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Die Erfindung betrifft ein Verteilergetriebe zum Antrieb einer ersten und einer zweiten Achse eines Kraftfahrzeuges, in dessen Gehäuse sich eine erste und eine zweite Ausgangswelle und eine steuerbare Reibungskupplung befinden, wobei das von der Reibungskupplung übertragene Drehmoment durch Druckbeaufschlagung einer Andruckplatte variierbar ist.
Verteilergetriebe finden in verschiedenen Konstellationen Verwendung. Sie können mit oder ohne Zentraldifferential , mit Differentialsperre oder zuschaltbarem Antrieb der zweiten angetriebenen Achse, mit oder ohne Untersetzungsstufe, und schliesslich auch längs oder quer eingebaut sein. Der Einsatz einer Reibungskupplung erlaubt zusätzlich zu weichem Einkuppeln auch die kontinuierliche Steuerung des von ihr übertragenen Momentes.
Zum Einkuppeln wird die Kupplung beaufschlagt, was erhebliche Betätigungs-kräfte erfordert. Diese Kräfte werden üblicherweise hydraulisch aufgebracht. Die hydraulische Betätigung ist jedoch zu langsam, um die Kupplung in der für elektronische Schlupfbegrenzungssysteme (ESB, ABS, etc) nötigen kurzen Schaltzeit zu lösen. Ausserdem besitzen Personenkraftwagen kein Hy-
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drauliksystem. Die nicht-hydraulische Betätigung, etwa mittels elektrischer Mittel und mechanischer Übertragung scheiterte bislang an den hohen Betätigungskräften, die über Lager ins Gehäuse eingeleitet werden mussten.
Auch stellt sich bei elektrischer Betätigung immer die Frage nach der Betriebssicherheit bei Ausfall der elektrischen Mittel. Das System muss eigensicher sein, dass heisst, dass sich bei Ausfall der Elektrik immer der sicherere Schaltzustand einstellen muss. Bei Verteilergetrieben mit einer Untersetzungsstufe (Geländegangstufe) zusätzlich zur Reibungskupplung besteht weiters das Problem, auch diese noch koordiniert mit der Differentialsperre oder Achsantriebszuschaltung anzusteuern.
Es ist daher Ziel der Erfindung, Verteilergetriebe dahingehend zu verbessern, dass sie schnell steuerbar sind, um die für RSB erforderlichen kurzen Schaltzeiten zu erreichen, dass keine Betätigungskräfte ins Gehäuse einzuleiten sind, und das in der Funktion eigensicher und mit minimalem Bauaufwand.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass a) zur Druckbeaufschlagung der Andruckplatte zwei mit der Reibungskupp- lung koachsiale drehentkoppelte Ringteile vorgesehen sind, von denen mindestens einer in Umfangsrichtung ansteigende Rampen besitzt, b) beide Ringteile in achsialer Richtung abgestützt sind und je einen Ram- penhebel besitzen, dessen freies Ende mit einer Steuereinheit zusammen- wirkt, welche elektrische Antriebsmittel besitzt und die die Rampenhebel gegensinnig bewegt, c) wobei die Steuereinheit eine verdrehbare Steuerscheibe mit zwei Kulissen aufweist und das Antriebsmittel ein elektrischer Getriebemotor ist.
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Die voneinander und von der sie tragenden Welle drehentkoppelten Ringe sind mittels ihrer Rampenhebel gegeneinander verdrehbar, wobei wegen de- ren gegensinniger Bewegung keine Betätigungskräfte zum Gehäuse abzulei- ten sind. Die ansteigenden Rampen in dem/den Ring (en) für hohe Betätigungskräfte nur eine sehr kleine relative Verdrehung, und sind bei Zwi- schenschaltung von Rollkörpern reibungslos, sodass im Zusammenwirken mit der elektrischen Betätigung sehr kurze Schaltzeiten erreicht werden. Der elektrische Getriebemotor baut bei entsprechender Wahl von Motordrehzahl und Getriebeübersetzung sehr klein und ist mit bekannten Mitteln schnell steuerbar. Die Ausführung beider Kulissen auf einer verdrehbaren Steuer- scheibe stellt die gegensinnige Bewegung unter allen Umständen sicher.
Dabei ergibt sich eine besonders platzsparende Bauweise, wenn die Drehach- se der Steuerscheibe ungefähr in der Bewegungsrichtung der freien Enden der beiden Rampenhebel ausgerichtet ist (Anspruch 2). Ausserdem ist es so mög- lich, auch eine gegebenenfalls vorhandene Untersetzungsstufe von demselben Getriebemotor aus zu betätigen und koordiniert und mit geringstem Aufwand eigensicher zu steuern.
In einer Ausführungsform des Verteilergetriebes mit einer Untersetzungsstu- fe, die durch axiales Verschieben eines ihrer Elemente schaltbar ist, ist erfin- dungsgemäss (Anspruch 3) vorgesehen, dass a) die Steuereinheit aus einer vom Getriebemotor angetriebenen Trägerwelle, einer mit dieser drehfest verbundenen aber verschiebbaren Umschaltmuffe, der auf der Trägerwelle drehbar gelagerten Steuerscheibe und einem auf dieser ebenfalls drehbar gelagerten Steuerritzel für die Umschaltung der
Untersetzungsstufe besteht,
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b) wobei die Umschaltmuffe mittels eines Elektromagneten verschiebbar ist und erste und zweite Kuppelzähne besitzt, mittels derer sie wahlweise die
Antriebsverbindung zur Steuerscheibe oder zum Steuerritzel herstellt.
Mit dieser Ausgestaltung kann mit einer einzigen Steuereinheit und einem einzigen Motor wahlweise sowohl die Reibungskupplung als auch die Untersetzungsstufe eigensicher angesteuert werden. Ausserdem spart es Kosten und Bauraum. Weiters ist sichergestellt, dass nicht beide gleichzeitig geschaltet werden und dass bei Ausfall der Steuereinheit die Reibungskupplung gelöst ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Elektromagnet ein Dreistellungsmagnet, der die Umschaltmuffe mittels einer Schaltgabel verschiebt (Anspruch 4) und besitzt die Umschaltmuffe Schaltzähne mit abdrängendem Eingriffswinkel (Anspruch 5). Dadurch wird bei Ausfall des Elektromagneten die Kupplung selbsttätig geöffnet, im Sinne einer eigensicheren Betätigung.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung des Verteilergetriebes mit einem mittels der Reibungskupplung sperrbaren Differential und einer Untersetzungsstufe, wobei im Differentialgehäuse ein von einer Eingangswelle getriebenes erstes Glied, und je ein Abtriebsglied zum Antrieb einer ersten und einer zweiten Ausgangswelle, sind im Differentialgehäuse nebst den Ausgleichsrädern Planetenräder der Untersetzungsstufe gelagert, welche einerseits mit einem Antriebssonnenrad und andererseits mit einem Hohlrad kämmen, wobei das Hohlrad in Axialrichtung verschiebbar ist (Anspruch 6). Dadurch sind Differential und Untersetzungsstufe baulich vereint, wodurch auch die gemeinsame Steuerung beider vereinfacht ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Steuerung der Reibungskupplung ist mit der Nabe der Steuerscheibe und mit dem Steuerritzel je eine Arretier- scheibe mit zumindest einer Arretierausnehmung fest verbunden, welche mit einem mit der Umschaltmuffe gekoppelten Arretierglied zusammenwirkt, welches Arretierglied aufjeder Seite einen Arretierzahn besitzt, sodass der Arretierzahn in die Arretierausnehmung der Arretierscheibe eingreift, wenn die Steuerscheibe ausgekuppelt ist, und sodass der Arretierzahn in die Arre- tierausnehmung der Arretierscheibe eingreift, wenn das Steuerritzel ausge- kuppelt ist (Anspruch 7). Auf diese Weise wird ohne äussere Einwirkung die inhärente Sicherheit hergestellt, dass das jeweils entkuppelte Abtriebselement arretiert ist und dass erst nach Beendigung eines Schalteingriffes ausgekup- pelt werden kann.
In einer abgewandelten Ausführungsform der Steuerung (Anspruch 8) a) weist die verdrehbare Steuerscheibe eine erste Kupplungshälfte einer
Klauenkupplung auf und ist auf einer von dem elektrischer Getriebemotor angetriebenen Trägerwelle drehbar und verschiebar, b) ist auf der Trägerwelle die zweite Kupplungshälfte der Klauenkupplung fest angebracht, und c) greift an der Steuerscheibe ein im Gehäuse schwenkbar gelagerter Gabel- hebel an.
Die Steuerscheibe wird also zum Einrücken der Klauenkupplung achsial ver- schoben. Das Verschieben der Steuerscheibe wirkt sich wegen der gegensin- nigen Bewegung der beiden Rampenhebel aber nicht auf deren Funktion aus.
So wird eine besonders einfache Klauenkupplung mit wenigen Bauteilen ge- schaffen. Der Gabelhebel kann mit einem Elektromagneten zusammenwirken (Anspruch 9) und so entweder bei Bestromung die Klauenkupplung gegen die Kraft einer Feder einrücken (Anspruch 10) und gegebenenfalls auch festhal-
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ten, sodass bei Nicht-Bestromung die Klauenkupplung von der Feder ausgerückt wird, wobei die Klauenkupplung eine Abweisverzahnung aufweist (11).
In einer weitergebildeten Variante besitzt die Trägerwelle einen radial abstehenden Kuppelbolzen, der mit einer Steuerfläche der Steuerscheibe so zusammenwirkt, dass bei Verdrehung der Trägerwelle die Steuerscheibe mit ihrer ersten Kupplungshälfte mit der zweiten Kupplungshälfte in Eingriff gebracht wird und dass der Elektromagnet als Haftmagnet ausgebildet ist (Anspruch 12). Das Einrücken der Klauenkupplung wird so automatisch bei Anlaufen des Getriebemotors eingeleitet und die Klauenkupplung wird von dem Haltemagneten festgehalten, solange sie bestromt ist. Die Ausbildung als Haftmagnet hat den Vorteil, dass nur ein sehr kleiner Magnetisierungsstrom erforderlich ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben und erläutert. Es stellen dar: Fig. 1: Einen Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfin- dungsgemässen Verteilergetriebes mit der erfindungsgemässen Rei- bungskupplung, Fig. 2 : Schnitt nach CC in Fig. 1, Fig. 3 : Schnitt nach AA in Fig. 1, Fig. 4: Alternatives Detail zu Fig. 3, etwas vergrössert, Fig. 5 : Vertikalschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines
Verteilergetriebes mit der erfindungsgemässen Reibungskupplung, Fig. 6 : Schnitt nach VI-VI in Fig. 5.
In Fig. 1 ist das Gehäuse eines Verteilergetriebes insgesamt mit 1 bezeichnet, eine von der nicht dargestellten Antriebseinheit des Fahrzeuges kommende
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Eingangswelle mit 2, eine mit der Hinterachse antriebsverbundene erste Aus- gangswelle mit 3 und eine mit der ebenfalls nicht dargestellten Vorderachse antriebsverbundene zweite Ausgangswelle mit 4. Die zweite Ausgangswelle 4 treibt mittels eines ersten Zahnriemenrades 5 ein zweites Zahnriemenrad 6, dessen Achse gegenüber der Eingangswelle 2 seitlich und /oder abwärts ver- setzt ist und welches auf einer Abtriebswelle 7 für den Antrieb der Vorder- achse sitzt.
Zur Verteilung des Drehmomentes auf die beiden Ausgangswellen 3,4 ist ein summarisch mit 10 bezeichnetes Differentialgetriebe vorgesehen. Weiters ist eine Steuereinheit 11unter dem Differentialgetriebe 10 und eine Sperrkupp- lung 12 zum steuerbaren Sperren des Differentialgetriebes 10 vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Sperrkupplung baulich mit dem Differentialgetriebe 10 vereint. Sie könnte aber auch getrennt, ja sogar ir- gendwo anders im Verteilergetriebe bzw. im Antriebsstrang angeordnet sein.
Auch das Differentialgetriebe 10 selbst kann im Rahmen der Erfindung sehr verschieden ausgebildet sein.
In den Fig. 1 und Fig. 2 ist eine beispielsweise und besondere Ausführung des Differentialgetriebes erkennbar. Im Inneren des Differentialgehäuses 16, das hier gleichzeitig als Planetenträger dient, befindet sich ein drehfest mit der Eingangswelle 2 verbundenes Sonnenrad 17, im Differentialgehäuse 16 dreh- bar gelagerte Planetenräder 18 der Untersetzungsstufe sowie erste Ausgleichs- räder 21 und zweite Ausgleichsräder 22. Erstere (21) sind mit der ersten Aus- gangswelle 3 und zweitere (22) sind mit der zweiten Ausgangswelle 4 dreh- fest verbunden. Das Differentialgehäuse 16 ist von einem Hohlrad 19 umge- ben, das achsial verschiebbar und im Geländegang mit dem Differentialge- häuse 16 drehfest verbunden ist.
Diese besondere Ausführungsform des Diffe-
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rentialgetriebes 10 ist Gegenstand des Österreichischen Patentes 405 157 und dort in Bau- und Funktionsweise ausführlicher beschrieben.
In Fig. 1 ist auch die Sperrkupplung 12 im Detail dargestellt. Sie besteht aus einem Kupplungsgehäuse 26, das mit dem Differentialgehäuse 16 fest ver- bunden bzw. hier sogar einstückig ist, einem Kupplungsinnenteil 27 das dreh- fest mit der zweiten Ausgangswelle 4 verbunden ist, einem Lamellenpaket 28, und einer Andruckplatte 29, die von Rückholfedern 30 in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist. Zwischen der Andruckplatte 29 und der zweiten Ausgangs- welle, hier insbesondere dem auf dieser sitzenden ersten Zahnriemenrad 5 sind zwei Ringe 31,32 angeordnet. Zwischen diesen Ringen 31,32 befinden sich in entsprechenden Umfangsrillen Kugeln 33. Diese Umfangsrillen sind in einem der Ringe, oder in beiden, als Rampen ausgebildet, sodass bei Relativ- drehung der beiden Ringe gegeneinander durch Auflaufen der Kugel auf der Rampe eine Achsialkraft erzeugt wird.
Die beiden Ringe 31,32 stehen ganz still, wenn die Kupplung nicht betätigt wird. Zur Drehentkopplung sind daher beide Ringe 31,32 auf Nadellagern 34 achsial abgestützt und gelagert.
Der erste Ring 31 besitzt einen ersten Rampenhebel 35, der zweite Ring 32 einen zweiten (36), welche mit einem Ende fest mit dem Ring verbunden sind, nach unten ragen und an ihren freien Enden 37,38 Rollen 39 besitzen.
Zwischen den beiden Rollen 39 befindet sich eine drehbare Steuerscheibe 40.
Bei Verdrehen dieser Steuerscheibe werden die Rollen 39 auseinanderbewegt und über die scherenartig bewegten Rampenhebel 35,36 die Ringe 31,32 ge- geneinander verdreht.
In Fig. 2 und Fig. 3 ist ein elektrischer Getriebemotor mit 46 bezeichnet, des- sen Motorausgangswelle 47 sich bei laufendem Motor entsprechend untersetzt dreht. Mit dieser ist drehfest eine hülsenartig auf diese aufgesteckte Träger-
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welle 48 verbunden, die beiderseits im Gehäuse 1 gelagert ist. Auf der Trä- gerwelle 48 ist die Nabe 49 der Steuerscheibe 40 und ein Ritzel 50 drehbar gelagert. Zwischen der Nabe 49 und dem Ritzel 50 ist auf der Trägerwelle 48 mittels einer Kugellängsführung 51eine Umschaltmuffe 52 drehfest aber in Längsrichtung verschiebbar angebracht. Die Umschaltmuffe 52 wird mittels einer Umschaltgabel 53 verschoben, welche von einem Umschaltmagneten 54 (Fig.1) über einen in einer Umschaltgabelachse 55 (Fig.l) gelagerten Hebel betätigt wird.
Die Umschaltmuffe 52 hat an ihren beiden Achsialenden erste Schaltzähne 56 zur drehfesten Verbindung mit der Nabe 49 und zweite Schaltzähne 57 zur drehfesten Verbindung mit dem Ritzel 50. Die Schaltzäh- ne 56,57 sind Kuppelzähne mit abdrängendem Eingriffswinkel.
Das Ritzel 50 kämmt mit einem Zahnsegment 60, das Teil einer um eine Ach- se 61 im Gehäuse schwenkbaren Schaltgabel 62 ist, mittels derer das Hohlrad 19 zur Umschaltung in den Geländegang verschoben wird. Durch diese ver- schiebbare Umschaltmuffe kann derselbe Getriebemotor 46 wahlweise ent- weder der Sperrung des Differentiales oder der Umschaltung in den Gelände- gang dienen, nie beides gleichzeitig. Bei Ausfallen des Umschaltmagneten 54 wird die Umschaltmuffe 52, wenn sie gerade mit der Nabe 49 oder dem Ritzel 50 in Eingriff steht, durch den abdrängenden Eingriffswinkel der Schaltzähne 56,57 und derer Gegenzähne in die entkuppelte Stellung abgedrängt. Auf die- se Weise wird bei Ausfall des Magneten die Differentialsperre sicher gelöst.
Soll ausgehend von der neutralen Stellung der Umschaltmuffe 52 entweder des Differential gesperrt oder in den Geländegang geschaltet werden, so wird diese durch Bestromung des als Dreistellungsmagneten ausgebildeten Schaltmagneten 54 entweder mit der Nabe 49 oder mit dem Ritzel 50 drehfest verbunden. Sodann wird durch Einschalten des Motors die entsprechende Verstellung vorgenommen.
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Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausfiihrungsform der Steuereinheit 11. Auf der Trägerwelle 48 ist einerseits die Nabe 49 der Steuerscheibe 40 und andererseits das Steuerritzel 50 drehbar gelagert. Die Nabe 49 ist mit einer ersten Arretierscheibe 64 und das Steuerritzel 50 mit einer zweiten Arretierscheibe 65 fest verbunden beziehungsweise einstückig. Die Arretierscheiben 64,65 haben an ihrem Aussenumfang mindestens eine Arretierausnehmung 66,67, welche mit einem mit der Umschaltmuffe 52 gekoppelten Arretierglied 68 zusammenwirken. Dieses kann mit der Umschaltgabel 53 einstückig oder so verbunden sein, dass es deren Bewegung in Längsrichtung folgt.
Das Arretierglied 68 besitzt auf der Seite der Nabe 49 einen die Arretierscheibe 64 übergreifenden ersten Arretierzahn 69 und auf der Seite des Steuerritzels 50 einen die Arretierscheibe 65 übergreifenden zweiten Arretierzahn 70. Der erste Arretierzahn 69 greift nicht in die erste Arretierausnehmung 66 ein, wenn die Nabe 49 mit der Umschaltmuffe 52 gekuppelt ist, die Arretierscheibe 64 kann sich ungehindert drehen. In dieser Stellung des Arretiergliedes 68 ist das Steuerritzel 50 entkuppelt und der zweite Arretierzahn 70 greift in die zweite Arretierausnehmung 67 ein, sodass das Steuerritzel 50 arretiert ist.
Soll nun, nachdem die Steuerscheibe 40 ihre Stellbewegung beendet hat, zu einer Verstellung mittels des Steuerritzels 50 übergegangen werden, so wird die Umschaltgabel 53 im Bild nach rechts verschoben. Wenn die Steuerscheibe 40 ihre Stellbewegung ordnungsgemäss beendet hat, kann der Arretierzahn 69 in die Arretierausnehmung 66 eingreifen und arretiert so die Steuerscheibe 40. Gleichzeitig wird auf der anderen Seite der Arretierzahn 70 nach rechts aus der Arretierausnehmung 67 herausgeschoben und die Umschaltmuffe 52 greift mit ihrer Kuppelverzahnung 57 in die zugehörige Kuppelverzahnung des Steuerritzels 50 ein. So wird dieses entriegelt und gekuppelt.
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In der Ausführung der Fig. 5 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie in den Fig. lund 2, vermehrt um 100, bezeichnet. Sie unterscheidet sich dadurch, dass keine Untersetzungsstufe und kein Differentialgetriebe vorhan- den sind. Das Moment für die zweite Ausgangswelle, wird mittels der steuer- baren Reibungskupplung 112 von der ersten Ausgangswelle 103 abgezweigt.
Das Kupplungsgehäuse 126 ist mittels einer Nabe 108 fest mit der Eingangs- welle 102 verbunden. Ansonsten ist die Kupplung wie in Fig. 1 und 2 ; die Ringe 131,132 und die Rampenhebel 135,136 sind unverändert übernommen.
Die Steuereinheit 111 ist wegen der weggefallenen Untersetzungsstufe einfa- cher und in einer weiteren Variante in Fig. 6 abgebildet.
In Fig. 6 sind ebenfalls die um 100 erhöhten Bezugszeichen eingetragen, sie zeigt somit die Steuereinheit 111. Die Steuerscheibe 140 mit den beiden Ku- lissen 141,142, die sich über den gesamten Umfang erstrecken und durch eine Anschlagfläche 143 unterbrochen sind, bildet selbst die erste Kupplungshälfte 113 einer Klauenkupplung, deren Klauenflanken so geneigt sind, dass eine Abweiswirkung auftritt.
Die Steuerscheibe 140 könnte auch mit der ersten Kupplungshälfte 113 fest verbunden sein. Jedenfalls ist sie hier auf der Trägerwelle 147 drehbar und achsial verschiebbar geführt. Die entsprechende zweite Kupplungshälfte 114 ist fest auf der Trägerwelle 147 angebracht. Auf der Steuerscheibe 140 oder auf der ersten Kupplungshälfte 113 ist eine Ringnut 116 angebracht, in die ein Gabelhebel 117 eingreift. Dieser bildet mit einem Arm 119 einen im gehäuse- festen Lager 118 schwenkbaren zweiarmigen Hebel.
An diesem zweiarmigen Hebel kann ein gewöhnlicher Elektromagnet angrei- fen, der bei Bestromung über den Gabelhebel 117 die Klauenkupplung ein- rückt. Zusätzlich oder alternativ ist an dem Arm 119 eine Haftplatte 120 an-
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gebracht, die mit einem Haftmagneten 121 zusammenwirkt. Dieser bewirkt, dass die Klauenkupplung mit geringem Strombedarf eingerückt gehalten wird, und durch die zwischen den beiden Kupplungshälften 113,114 wirkende Feder 115 und die Abweisverzahnung der Kupplungsklauen geöffnet wird, sobald kein Strom mehr fliesst - aus welchem Grund auch immer.
Wenn nur Haftplatte 120 und Haftmagnet 121 vorgesehen sind, kann die Verschiebung der Steuerscheibe 140 und der ersten Kupplungshälfte 113 auch durch eine weitere Steuerkurve 122 an dem der ersten Kupplungshälfte 113 abgewandten Rand der Steuerscheibe 140 erfolgen, die mit einem fest in der Trägerwelle 147 angebrachten Kuppelstift 123 zusammenwirkt. Wenn der Getriebemotor eingeschaltet wird, die Trägerwelle 147 sich also zu drehen beginnt, wird die Steuerscheibe 140 vom Kuppelstift nach (in Fig. 6) rechts geschoben und dann vom Haftmagneten gehalten. Dass bei der Verschiebung der Steuerscheibe 140 beide Rampenhebel verschwenkt werden, ist belanglos, da es ja nur auf deren Relativdrehung zueinander ankommt.