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Schaltkupplung für ein Fahrzeug mit mehr als zwei
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lenkbaren Rädern Die Erfindung betrifft eine Schaltkupplung nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bei einer derartigen aus der DE-PS 951 908 bekannten Schaltkupplung
sind der Eingangshebel und der Ausgangshebel jeweils zusammen mit den mit ihnen
verbundenen Kupplungszähnen bzw. Verriegelungszähnen axial unter entsprechender
Druckbeaufschlagung verschiebbar, wobei sie jeweils einzeln mit einer entsprechenden
Gegenverzahnung im Gehäuse in Eingriff bringbar sind oder miteinander in Eingriff
bringbar sind. Hierdurch kann wahlweise jeder einer Achse zugeordnete Radsatz einzeln
gelenkt oder mit dem Radsatz der anderen Achse gekuppelt werden. Diese bekannte
Ausgestaltung weist den Nachteil auf, daß Schaltstellungen möglich sind, in denen
die Räder sich völlig frei bewegen können. Des weiteren ist durch die Art der Verzahnung
bedingt ein spielfreies Kuppeln der lenkbaren Räder der beiden Achsen miteinander
nicht möglich, so daß ein sogenanntes Radflattern unvermeidbar ist. Dies hat zur
Folge, daß mit einer solchen Schaltkupplung ausgerüstete Fahrzeuge der gattungsgemäßen
Art auch auf normalen Straßen nur mit verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit
fahren dürfen.
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Aus der DE-PS 667 943 ist eine Schaltkupplung für ein Fahrzeug mit
mehr als zwei gelenkten Rädern bekannt, bei der das Lenkgestänge mittels einer Wechselkupplung
wahlweise für einzelne oder alle Radgruppen kuppelbar und gegenüber dem Rahmen feststellbar
ist, wobei diese Kupplung nach Art einer Klauenkupplung ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltkupplung der
gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß ein spielfreies Kuppeln bzw. Verriegeln
möglich ist, ohne daß beim Umschalten eine unkontrollierte Lenkbewegung entsteht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst. Durch die Art der Anordnung der Kupplungszähne einerseits
und der Verriegelungszähne andererseits können die einander paarweise zugeordneten
Zähne jeweils in einem Arbeitsgang hergestellt werden, so daß ein völlig spielfreier
Eingriff der Kupplungs- bzw. Verriegelungsgegenzähne möglich ist. Dies führt dazu,
daß eine spielfreie Ubertragung der Lenkbewegung von den ständig gelenkten Rädern
zu den wahlweise anzukuppelnden zusätzlichen Rädern möglich ist. Andererseits sind
aus dem gleichen Grunde die nur wahlweise lenkbaren Räder spielfrei in ihrer Geradeausfahrt-Stellung
verriegelbar, so daß wegen des Wegfalls des Räderflatterns höhere Geschwindigkeiten
auf normalen Straßen möglich sind.
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Durch die Maßnahmen nach Anspruch 2 wird sichergestellt, daß immer
definierte Schaltstellungen, also entweder Kuppeln oder Verriegeln, sichergestellt
sind.
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Die Maßnahmen nach den Ansprüchen 3 und 4 ermöglichen in einfacher
Weise sicherzustellen, daß beim Verriegeln der nur wahlweise lenkbaren Räder diese
in ihrer Ge- -radeausfahrt
-Stellung verriegelt werden bzw. daß
alle lenkbaren Räder nur in einer definierten Stellung zueinander miteinander gekuppelt
werden.
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Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen eine besonders einfache
Ausgestaltung im Hinblick auf die Verstellbewegungen der Kupplungsscheibe, wobei
die entsprechenden Maßnahmen im Anspruch 5 angegeben sind.
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Diese Maßnahmen können entsprechend Anspruch 6 dahingehend weitergebildet
werden, daß auch im Falle einer Störung die nur wahlweise lenkbaren Räder mit Sicherheit
in ihrer verriegelten unlenkbaren Stellung gehalten werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt Fig. 1 eine schematische
Darstellung einer Vorder- und einer Hinterachse eines Fahrzeuges mit zwei ständig
lenkbaren und zwei wahlweise lenkbaren Rädern in Draufsicht, Fig. 2 eine Schaltkupplung
gemäß der Erfindung im Mitten-Längsschnitt, Fig. 3 eine Draufsicht auf Kupplungs-
bzw. Verriegelungszähne der Schaltkupplung nach Fig. 2 und Fig. 4 eine Teil-Abwicklung
der Zähne nach Fig. 3.
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In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung eine Vorderachse 1 und
eine Hinterachse 2 eines ansonsten nicht dargestellten Fahrzeuges, dargestellt,
die jeweils eine Achsbrücke 3, 4 und an deren Enden angelenkte
Vorderräder
5 bzw. Hinterräder 6 aufweisen. Die Vorderräder 5 und die Hinterräder 6 sind ausgezogen
in der Stellung für Geradeausfahrt und gestrichelt in einer Lenkstellung dargestellt,
wobei die entsprechende Lenkstellung der Vorderräder 5 und der Hinterräder 6 einander
zugeordnet sind. Mittels eines Lenkrades 7 mit Lenksäule wird das Vorderachs-Lenkgestänge
8 betätigt. Dieses ist mittels einer Lenkübertragungsstange 9 an einen Eingangshebel
10 einer Schaltkupplung 11 gekoppelt, deren Ausgangshebel 12 wiederum an ein Hinterachs-Lenkgestänge
13 der Hinterachse 2 angelenkt ist, mittels dessen die Hinterräder 6 lenkbar sind,
und zwar - bei eingeschalteter Schaltkupplung 11 -vom Lenkrad 7 her. An den Lenkgestängen
8, 13 und dem Lenkübertragungsgestänge 9 zeigen jeweils Doppelpfeile die Bewegungsrichtungen
bei Lenkbewegungen an.
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Die Schaltkupplung 11 ist mit ihrer Grundplatte 14 an der Achsbrücke
4 der Hinterachse 2 befestigt.
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Am Eingangshebel lo ist eine Kupplungshälfte 15 mittels Gewindeschrauben
16 befestigt, die aus einem Ring 17 und einem von diesem konzentrisch zur Mittel-Längsachse
18 und in Richtung auf die Grundplatte 14 hin abstehenden Zentriersteg 19 gebildet
ist, an dessen Stirnseite Kupplungszähne 20 ausgebildet sind.
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Mit dem Ausgangshebel 12 ist - ebenfalls konzentrisch zu Achse 18
- ein Führungsring 21 verbunden, an dem die andere in Form eines Ringes ausgebildete
Kupplungshälfte 22 mittels Gewindeschrauben 23 fest verbunden ist. Diese ringförmig
ausgebildete zweite Kupplungshälfte 22 ist konzentrisch und radial spielfrei um
den Zentriersteg 19 der ersten Kupplungshälfte 15 angeordnet und liegt gegen deren
Ring 17 an. An der der Grundplatte 14 zugewandten Stirnseite der zweiten
Kupplungshälfte
22 sind ebenfalls Kupplungszähne 24 ausgebildet, die in einer gemeinsamen Radialebene
mit den zugeordneten Kupplungszähnen 20 liegen.
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An der Grundplatte 14 ist eine Verriegelungshälfte 25 mittels Gewindeschrauben
26 angebracht, die genauso aufgebaut ist, wie die erste Kupplungshälfte 15, d. h.
sie weist einen gegen die Grundplatte 14 anliegenden Ring 27 und einen von diesem
in Richtung auf den Eingangshebel 10 vorspringenden Zentriersteg 28 auf, an dessen
freiliegender Stirnseite Verriegelungszähne 29 ausgebildet sind. Ebenfalls drehfest
mit dem Führungsring 21 des Ausgangshebels 12 mittels Gewindeschrauben 30 fest verbunden
ist eine in Form eines Rings ausgebildete zweite Verriegelungshälfte, die konzentrisch
und spielfrei auf dem Zentriersteg 28 geführt ist und gegen den Ring 27 derersten
Verriegelungshälfte 25 anliegt. Auch diese zweite Veriegelungshälfte 31 ist mit
Verriegelungszähnen 32 versehen, die in einer Radialebene mit den Verriegelungszähnen
29 der ersten Verriegelungshälfte 25 liegen.
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Konzentrisch zur Mittel-Längsachse 18 ist ein Achszapfen 33 angeordnet,
der mit einem radial vorspringenden Ringbund 34 zwischen dem Ring 27 der ersten
Verriegelungshälfte und der Grundplatte 14 in axialer Richtung festgelegt ist. Auf
seinem anderen Ende ist eine Anlagescheibe 35 angeordnet, die gegen die Außenseite
der ersten Kupplungshälfte 15 anliegt und in dieser Stellung mittels einer gesicherten
Mutter 36 gehalten ist, die auf ein Gewinde 37 am zugeordneten Ende des Achszapfens
33 aufgeschraubt ist. Hierdurch wird die aus dem Eingangshebel 10, der ersten Kupplungshälfte
15, der zweiten Kupplungshälfte 22, dem Führungsring 21 mit Ausgangshebel 12, der
zweiten Verriegelungshälfte
31, der ersten Verriegelungshälfte
25 und der Grundplatte 14 bestehende Einheit axial, d. h.
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in Richtung der Mittel-Längsachse 18 zusammengehalten.
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Demgegenüber werden durch die Gewindeschrauben 16, 23, 26, 30 jeweils
die aus Eingangshebel 10 und erster Kupplungshälfte 15 bzw. aus Führungsring 21
mit Ausgangshebel 12 und zweiter Kupplungshälfte 22 und zweiter Verriegelungshälfte
31 bzw. aus Grundplatte 14 und erster Verriegelungshälfte 25 bestehenden Teileinheiten
jeweils axial zusammengehalten. Die Einzelteile dieser erwähnten Teileinheiten werden
jeweils durch Zentrierstifte 38 tangential zueinander ausgerichtet.
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Die Außenflächen der Ringe 17, 27, des Führungsrings 21 und der zweiten
Kupplungshälfte 22 und der zweiten Verriegelungshälfte 31 sind zylinderringförmig
ausgebildet und weisen etwa gleichen Durchmesser auf, so daß sie eine angenähert
ringzylindrische Außenwand begrenzen.
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Zwischen den Kupplungszähnen 20, 24 einerseits und den Verriegelungszähnen
29, 32 andererseits ist eine ringscheibenförmige Kupplungsscheibe 39 angeordnet,
die axial auf den Achszapfen 33 verschiebbar aber radial spielfrei geführt ist.
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An beiden axialen Stirnseiten dieser Kupplungsscheibe 39 sind Kupplungsgegenzähne
40 bzw. Verriegeungsgegenzähne 41 ausgebildet, die jeweils komplementär zu den paarweise
und jeweils in einer Radialebene angeordneten Kupplungszähnen 20, 24 bzw. Verriegelungszähnen
29, 32 ausgebildet sind.
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Wie sich aus den Fig. 3 und 4 ergibt, sind die Verzahnungen als Keilverzahnungen
ausgebildet, deren Flankenwinkel
α so gewählt ist, daß bei
Eingriff der Verzahnungen ineinander Selbsthemmung auftritt, wobei allerdings der
entsprechende Flankenwinkel in der Nähe der Selbsthemmung liegt, so daß durch verhältnismäßig
geringe axiale Kräfte der Zahneingriff gelöst werden kann.
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Um einen Eingriff der Kupplungsgegenzähne 40 in die Kupplungszähne
20 und 24 und entsprechend einen Eingriff der Verriegelungsgegenzähne 41 in die
Verriegelungszähne 29 und 32 nur jeweils in einer definierten Winkelstellung von
Eingangshebel 10 zu Ausgangshebel 12 bzw. von Ausgangshebel 12 zu Grundplatte 14
zu ermöglichen, ist in den Verzahnungen der Kupplungsscheibe 39 jeweils ein breiterer
Kupplungsgegenzahn 40' bzw. Verriegelungsgegenzahn 41' angebracht, dem eine entsprechend
große Zahnlücke in den Kupplungszähnen 20, 24 bzw. Verriegelungszähnen 29, 32 zugeordnet
sind.
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Der axiale Abstand a der einander gegenüberliegenden Kupplungszähne
20, 24 einerseits und Verriegelungszähne 29, 32 andererseits ist kleiner als der
axiale Abstand b der Zahnköpfe der Kupplungsgegenzähne 40 von den Zahnköpfen der
Verriegelungsgegenzähne 41. Dies hat zur Folge, daß immer entweder die Kupplungsgegenzähne
40 im Eingriff mit den Kupplungszähnen 20, 24 oder die Verriegelungsgegenzähne 41
im Eingriff mit den Verriegelungszähnen 29, 32 sind. Es gibt keine Leerlaufstellung
zwischen diesen Zähnen, d. h. es sind immer die Kupplungszähne 20, 24 oder die Verriegelungszähne
29, 32 drehfest miteinander verbunden, was wiederum zur Folge hat, daß der Ausgangshebel
12 immer entweder starr mit der Grundplatte 14 oder drehfest mit dem Eingangshebel
10 verbunden ist. In einem zwischen dem Achszapfen 33 und der Innenseite des Zentriersteges
28 begrenzten Ringraum 42 ist ein gegenüber dem Achszapfen
33
und dem Zentriersteg 28 abgedichteter Scheiben-Kolben 43 axial verschiebbar angeordnet,
der über eine Distanzhülse 44 gegen die zugewandte Fläche der Kupplungsscheibe 39
abgestützt ist. In den zwischen dem Kolben 43, dem Zentriersteg 28, dem Ring 27
und dem Achszapfen 33 begrenzten Ringraum 42 mündet ein Druckflüssigkeitsanschluß
45. Diesem Druckflüssigkeitsanschluß 45 wird über eine Druckleitung 46 Druckflüssigkeit
zugeführt, wenn ein in dieser Leitung 46 angeordneter Schalter 47 geöffnet ist,
was in ausgezogenen Linien dargestellt ist, während die geschlossene Stellung gestrichelt
angedeutet ist. Bei Druckbeaufschlagung, also bei geöffnetem Schalter 47 wird der
Kolben 43 in die - in Fig. 2 links dargestellte-Stellung verschoben, in der die
Kupplungszähne 20, 24 durch Eingriff der Kupplungsgegenzähne 40 miteinander gekoppelt
werden. In dieser Stellung werden also der Eingangshebel 10 und der Ausgangshebel
12 miteinander gekuppelt, d. h. bei einer Lenkbewegung werden Vorderräder 5 und
Hinterräder 6 entsprechend der Darstellung in Fig. 1 gelenkt.
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Auf der gegenüberliegenden Seite liegt gegen die Kupplungsscheibe
39 eine vorgespannte Schrauben-Druckfeder 48 an, die sich andererseits gegen den
Ring 17 der ersten Kupplungsscheibe 15 abstützt. Bei Abfall des Druckes im Ringraum
42 - sei es durch öffnen des Schalters 47 oder sei es durch eine Störung im Hydrauliksystem
-schiebt die Druckfeder 48 die Kupplungsscheibe 39 in die in Fig. 2 rechts dargestellte
Stellung, in der die Kupplungszähne 20, 24 nicht mehr miteinander gekuppelt sind,
in der aber die Verriegelungszähne 29, 32 durch Eingriff der Verriegelungsgegenzähne
41 starr miteinander verbunden sind, so daß der Ausgangshebel 12 mit der Grundplatte
14 drehfest verbunden ist. In
dieser Stellung werden die Hinterräder
6 also nicht mehr gelenkt. Durch den sich über eine Zahnbreite von mehreren Zähnen
erstreckenden Verriegelungsgegenzahn 41' wird sichergestellt, daß das Verriegeln
des Ausgangshebels 12 mit der Grundplatte 14, also das Auskuppeln der Hinterräder
6 aus der Allradlenkung nur in der in Fig. 1 ausgezogen dargestellten Geradeausfahrt-Stellung
der Hinterräder 6 erfolgen kann. Durch die entsprechende Ausgestaltung des einen
Kupplungsgegenzahnes 40' wird sichergestellt, daß ein Kuppeln von Eingangshebel
10 und Ausgangshebel 12 ebenfalls nur in der Geradeausfahrt-Stellung von Vorderrädern
5 und Hinterrädern 6 erfolgen kann.
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Um die jeweilige Schaltstellung der Schaltkupplung, nämlich die in
Fig. 2 links dargestellte Kupplungsstellung 49 bzw. die in Fig. 2 rechts dargestellte
Verriegelungsstellung 50 anzeigen zu können, sind Kontrollschalter 51, 52 vorgesehen,
die in eine Zahnlücke der Kupplungszähne 20 bzw. der Verriegelungszähne 29 eintauchen,
und die bei Eingriff der entsprechenden Kupplungsgegenzähne 40 bzw. Verriegelungsgegenzähne
41 geschlossen werden, wodurch eine entsprechende Anzeige im Fahrerhaus vorgenommen
werden kann.
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Wie insbesondere die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, können die einander
paarweise zugeordneten Verzahnungen, nämlich die Kupplungszähne 20, 24 und die Verriegelungszähne
29, 32 in einem Arbeitsgang hergestellt, beispielsweise gefräst, werden, so daß
die Kupplungsgegenzähne 40 bzw. Verriegelungsgegenzähne 41 völlig spielfrei in sie
eingreifen können. Da die Schaltkupplung auf einer Seite eine feste Grundplatte
14 aufweist, kann diese an der Achsbrücke 4 der Hinterachse 2 angebracht werden,
so daß beim Einfedern der Achse keine
fehlerhaften Lenkbewegungen
der Hinterräder 6 ausgeübt werden. Wenn Eingangshebel 10 und Ausgangshebel 12 miteinander
gekuppelt sind, ist daher ein Räderflattern ausgeschlossen.
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Anstelle einer hydraulischen Beaufschlagung des Kolbens 43 kann auch
eine pneumatische oder mechanische Kraftbeaufschlagung vorgesehen sein, wobei allerdings
die hydraulische und auch noch die pneumatische Beaufschlagung bevorzugt ist.