AT8907U1 - Verteilergetriebe mit zwei voneinander unabhängigen kupplungen zur steuerung der momentenverteilung auf zwei achsen, kupplung für ein solches und verfahren zu deren kalibrierung - Google Patents

Verteilergetriebe mit zwei voneinander unabhängigen kupplungen zur steuerung der momentenverteilung auf zwei achsen, kupplung für ein solches und verfahren zu deren kalibrierung Download PDF

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AT8907U1
AT8907U1 AT0052305U AT5232005U AT8907U1 AT 8907 U1 AT8907 U1 AT 8907U1 AT 0052305 U AT0052305 U AT 0052305U AT 5232005 U AT5232005 U AT 5232005U AT 8907 U1 AT8907 U1 AT 8907U1
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Abstract

Ein Verteilergetriebe enthält eine Eingangswelle (2), eine erste Abtriebswelle (3), eine zweite Abtriebswelle (4) und zwei voneinander unabhängig steuerbare Kupplungen (7, 8) zum Zumessen eines Antriebsmomentes zu einer ersten und einer zweiten Achse. Um eine darstellbare Konstruktion zu erreichen und allen Anforderungen hinsichtlich Betriebssicherheit zu genügen, besteht die erste Reibungskupplung (7) aus einem mit der Eingangswelle (2) drehfest verbundenen Innenteil (12) und einem mit der ersten Abtriebswelle (3) drehfest verbundenen Aussenteil (11) und besteht die zweite Reibungskupplung (8) aus einem mit der Eingangswelle (2) drehfest verbunden Aussenteil (21), einem mit der zweiten Abtriebswelle (4) drehfest verbundenen Innenteil (22). Die erste Reibungskupplung (7) ist mit einer formschlüssigen Kupplung (31) versehen.

Description

2 AT 008 907 U1
Die Erfindung betrifft ein Verteilergetriebe mit zwei voneinander unabhängigen Kupplungen zum steuerbaren Zumessen eines Antriebsmomentes zu einer ersten und einer zweiten Achse, wobei eine Eingangswelle über eine erste steuerbare Reibungskupplung mit einer einer ersten Achse zugeordneten ersten Abtriebswelle und über eine zweite steuerbare Reibungskupplung 5 mit einer einer zweiten Achse zugeordneten zweiten Abtriebswelle antriebsverbindbar ist. Eine derartige Anordnung erlaubt es, jeder Achse ein zwischen 0 und 100 % des an der Eingangswelle zur Verfügung stehenden Drehmomentes zuzumessen. Die erste Achse kann die Vorderoder die Hinterachse sein und vice versa. Das Verteilergetriebe kann längs oder quer zur Fahrtrichtung angeordnet sein. 10
Aus der US 4,709,775 ist ein derartiges Verteilergetriebe bekannt. Dort sind zwei Reibungskupplungen - Lamellenkupplungen - in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, das gleichzeitig der Aussenteil beider Reibungskupplungen ist. Die Reibungskupplungen sind hydraulisch betätigt, sodass das von jeder Reibungskupplung übertragene Moment durch Modulie-15 ren des Druckes steuerbar ist. Abgesehen von den in der nur schematischen Zeichnung nicht erkennbaren konstruktiven Problemen ist diese Bauart nur für hydraulische Betätigung geeignet. Diese aber ist für ein fahrdynamisch befriedigendes Verhalten unzureichend. Sie ist zu langsam und nicht geeignet, ein vorgegebenes übertragbares Moment genau und ungestört von Verschleisserscheinungen reproduzierbar einzustellen. 20
Ausserdem erfordert es die Betriebssicherheit, dass die Kupplungen zum Einen bei Systemausfall von selbst eine sichere Stellung einnehmen und zum Anderen bei Verwendung eines vorgelagerten Getriebes mit eingebauter Parksperre bei abgestelltem Fahrzeug soweit geschlossen sind, dass sie das Sperrmoment halten können. Zur Betriebssicherheit im weiteren Sinn gehört 25 auch die Fähigkeit, bei Systemausfall trotzdem mit eigener Kraft eine Werkstätte erreichen zu können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verteilergetriebe mit Kupplungen auszurüsten, die konstruktiv darstellbar und mit ausreichender Genauigkeit steuerbar sind und 30 alle Anforderungen hinsichtlich Betriebssicherheit im weiteren Sinn erfüllen. Die Steuerbarkeit erfordert einen Präzisionsmechanismus, der in der Regel elektromotorisch angetrieben ist.
Erfindungsgemäß wird das mit den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Anspruches erreicht. Die Reibungskupplungen sind so angeordnet, dass die Eingangswelle mit dem Innenteil der 35 ersten Kupplung und mit dem Aussenteil der zweiten Kupplung drehfest verbunden ist. So erhält man eine hinsichtlich Lagerung und Zusammenbau vorteilhafte Lösung und die Andruckkolben sind für präzise Aktuatorik von aussen zugänglich. Deren Federbelastung im Öffnungssinn stellt die Eigensicherheit bei Systemausfall sicher. Eine der Reibungskupplungen ist im ganz geöffneten Zustand von einer formschlüssigen Kupplung überbrückbar. 40
Vorzugsweise sind als präzise Aktuatorik relativ zueinander verdrehbare Rampenringe vorzusehen, die mit den Andruckkolben Zusammenwirken, wobei die Rampenringe abstehende Hebel aufweisen, auf die ein elektromotorisch betriebener Aktuator wirkt (Anspruch 2). Die Rampenringe sind so gut zugänglich und der dem Andruckkolben abgewandte Rampenring 45 kann ohne zusätzlichen Bauaufwand abgestützt sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Primärteil der formschlüssigen Kupplung am Aussenteil der jeweiligen Reibungskupplung und deren Sekundärteil am jeweiligen Andruckkolben ausgebildet (Anspruch 3). So sind Bauaufwand und Raumbedarf der formschlüssigen Kupplung mi-50 nimal.
Wenn es sich um ein Verteilergetriebe der Bauart handelt, bei der die zweite Abtriebswelle ein Treibrad für einen die Verbindung zur zweiten Achse herstellenden Versatztrieb aufweist, ist die formschlüssige Kupplung vorzugsweise der ersten Reibungskupplung zugeordnet (Anspruch 4). 55 Von dieser führt eine (meist Kardan-) Welle direkt zur ersten Achse, wohingegen der Versatz- 3 AT 008 907 U1 trieb, zum Beispiel mit einem Zugband, ein weiteres Glied hat, das versagen kann.
In Weiterbildung der Erfindung kann auch ein Problem gelöst werden, das bei Einsatz formschlüssiger Kupplungen besteht: Wenn die Eingriffselemente, meist Zähne oder dergleichen, 5 Zahn auf Zahn stehen, ist ein Einrücken unmöglich. Da das Einrücken sicherheitsrelevant ist, muss dem vorgebeugt werden. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß der Sekundärteil auf dem Andruckkolben in Achsrichtung verschiebbar und von einer Feder im Einrücksinn der formschlüssigen Kupplung beaufschlagt (Anspruch 5). Eine Wellfeder braucht besonders wenig Bauraum - zumal sie schwächer als die Ausrückfeder der Reibungskupplung sein muss, sie ist io so eingesetzt, dass sie sich einerseits an einer Schulter des Andruckkolbens und andererseits am Sekundärteil abstützt (Anspruch 6).
Um die Präzision der Aktuatorik auf die Dauer sicherzustellen, muss diese von Zeit zu Zeit kalibriert werden. Unter Kalibrieren versteht man das Anfahren mindestens eines Betriebspunk-15 tes und Vergleichen des Rückmeldesignals - meist ein Positionssignal - mit dem Sollwert des Betriebspunktes. Das geschieht meist bei Stillstand des Fahrzeuges, der einzig geeignete Zeitpunkt dafür ist unmittelbar nach Stillsetzen des Fahrzeuges (Abziehen des Zündschlüssels). Es ist ein weiteres im Zusammenhang mit der gestellten Aufgabe zu lösendes Problem, beim Kalibrieren den Besonderheiten des Verteilergetriebes und der Kupplungen Rechnung zu tra-20 gen.
Erfindungsgemäß besteht das Verfahren zum Kalibrieren der Reibungskupplungen eines Verteilergetriebes nach Anspruch 1 in den in Anspruch 7 angegebenen Schritten, wobei die formschlüssige Kupplung der ersten Reibungskupplung zugeordnet ist. Beim Stillsetzen des Fahr-25 zeuges darf die Antriebsverbindung im Verteilergetriebe keinen Moment unterbrochen sein, um die Parksperre nicht unwirksam zu machen. Deshalb wird zuerst die zweite Reibungskupplung ganz geschlossen und derweil die erste Reibungskupplung durch Anfahren von mindestens zwei Betriebspunkten kalibriert und sodann in die ganz geöffnete Stellung gebracht, in der die formschlüssige Kupplung greift. 30
Erst dann wird die zweite Reibungskupplung ganz geöffnet. Damit wird für den Fall vorgesorgt, dass die formschlüssige Kupplung Zahn-auf-Zahn steht und nicht greifen konnte. Das Öffnen der zweiten Reibungskupplung erlaubt eine kleine Verdrehung, die die Zahn-auf-Zahn-Stellung beendet. Nun ist das Fahrzeug sicher stillgesetzt und die zweite Reibungskupplung kann kalib-35 riert werden.
Wird später das so abgestellte Fahrzeug mit den kalibrierten Kupplungen wieder in Betrieb genommen, wird vor dem Lösen der formschlüssigen Kupplung die zweite Reibungskupplung geschlossen. Jetzt kann die erste Reibungskupplung unter Durchfahren des Lüftspieles in 40 Betriebsstellung gebracht werden, ohne dass die Antriebsverbindung auch nur einen Moment ganz unterbrochen wäre (Anspruch 8).
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar: 45
Fig. 1: Einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verteilergetriebes,
Fig. 2: Detail zu Fig. 1, obere Bildhälfte, in einer ersten Stellung,
Fig. 3: Detail zu Fig. 1, untere Bildhälfte, in einer zweiten Stellung. 50
In Fig. 1 ist das Gehäuse eines Verteilergetriebes insgesamt mit 1 bezeichnet. Es enthält eine von einer Motor-, Getriebe-Einheit angetriebene Eingangswelle 2, eine mit einer nicht dargestellten ersten Achse antriebsverbundene erste Abtriebswelle 3 und eine zweite Abtriebswelle 4. Die 3 Wellen 2, 3, 4 sind koaxial, ihre Drehachse ist mit 0 bezeichnet. Von der zweiten Ab-55 triebswelle 4 ist über ein Treibrad 6, hier eine Kette beziehungsweise ein Zugband 6' oder der- 4 AT 008 907 U1 gleichen und eine Versatzwelle 5 eine nicht dargestellte zweite Achse, zum Beispiel die Vorderachse, angetrieben. Weiters enthält das Gehäuse 1 eine erste Reibungskupplung 7 und eine zweite Reibungskupplung 8. 5 Die erste Reibungskupplung 7 besteht aus einem Außenteil 11 und einem Innenteil 12. Der Außenteil 11 ist als Glocke ausgebildet und umgibt das aus abwechselnd angeordneten Innen-und Außenlamellen bestehende Lamellenpaket 30. Der Außenteil 11 ist fest mit der ersten Abtriebswelle 3 verbunden, beispielsweise mittels einer Kuppelverzahnung. Der Innenteil 12 ist fest mit einer Nabe 13 verbunden, welche ihrerseits auf der Eingangswelle 2 sitzt. Das Lamel-io lenpaket 30 wird von einem Andruckkolben 14, der drehfest aber verschiebbar auf dem Innenteil 12 sitzt, gegen die Kraft von Federn 15, hier ein Paket von Tellerfedern, steuerbar zusammengedrückt. Zur Ansteuerung der ersten Kupplung 7 ist ein Paar relativ zueinander verdrehbarer Rampenringe 16 mit Scherenhebeln 17 vorgesehen, auf die ein Aktuator 18 wirkt. Rampenringe 16, Scherenhebel 17 und Aktuator 18 bilden die der ersten Kupplung zugeordnete Aktua-15 torik.
Die zweite Reibungskupplung 8 besteht aus einem Außenteil 21, der fest mit der Nabe 13 verbunden oder mit dieser einstückig ist und aus einem Innenteil 22, der fest auf der zweiten Abtriebswelle 4 sitzt. Auf dem Innenteil 22 ist ein Andruckkolben 24 drehfest aber verschiebbar 20 geführt. Tellerfedern 25, Rampenringe 26, Scherenhebel 27 und ein Aktuator 28 entsprechen den gleichnamigen Teilen der ersten Kupplung 7 und sind die der zweiten Kupplung zugeordnete Aktuatorik.
Fig. 2 zeigt im Detail die zusätzlich mit einer formschlüssigen Kupplung 31 versehene erste 25 Reibungskupplung 7. Diese besteht aus einem Primärteil 32 am äußeren Rand des Außenteiles 11 und aus einem Sekundärteil 35, der drehfest mit dem Andruckkolben 14 verbunden ist. Der zylindrische Teil 11' des Außenteiles 11 hat anschließend an das Lamellenpaket 30 an seiner Innenseite eine freie Zone 33 und schließlich über den Umfang verteilte Eingriffsteile 34, beispielsweise Kuppelzähne oder andere formschlüssige Kuppelelemente. Der Sekundärteil 35 hat 30 entsprechende Eingriffsteile 36 und ist über eine Schiebeverzahnung 37 drehfest mit dem Andruckkolben 14 verbunden. Der Sekundärteil 35 hat auch eine ungefähr in einer achsnormalen Ebene liegende Flanschplatte 38, die den Andruckkolben 14 nach innen übergreift. Zwischen Flanschplatte 38 und Andruckkolben 14 sind Druckfedern 39 angeordnet. Diese können von beliebiger Art sein, beispielsweise ein zusammenpressbarer Gummiring oder eine Wellfeder, 35 was im einzelnen nicht dargestellt ist.
In Fig. 2 befindet sich die erste Reibungskupplung 7 in einer mehr oder minder eingerückten Stellung. Die Eingriffsteile 36 des Sekundärteiles 35 befinden sich in der Freizone 33, also nicht im Eingriff mit den Eingriffsteilen 34 des Primärteiles 32. Wird nun die erste Reibungskupplung 40 7 vollständig geöffnet, hier in dem die Rampenringe 16 in ihre relative Endstellung verdreht werden, drücken die Tellerfedern 15 den Andruckkolben 14 vom Lamellenpaket 30 so weit weg, dass die Eingriffsteile 36 des Sekundärteiles 35 in die Eingriffsteile 34 des Primärteiles 32 ein-greifen. Diese Stellung ist in Fig. 3 zu sehen. Wenn während dieses Überganges die Eingriffsteile 34, 36 Zahn auf Zahn stehen, so wird der Andruckkolben 14 von den Tellerfedern 45 dennoch weiter vom Lamellenpaket 30 weggedrückt, wobei allerdings die Druckfedern 39 zusammengedrückt werden. Durch eine geringfügige Relativdrehung, die immer irgendwie zustande kommt, gelangen die Eingriffsteile 34, 36 aus der Zahn-Auf-Zahnstellung und werden von der in den Druckfedern 39 gespeicherten Kraft schließlich auch in die eingerückte Stellung gebracht. Die formschlüssige Kupplung 31 überbrückt so die erste Reibungskupplung 7, wenn so diese ganz geöffnet ist. Das heißt, dass Außenteil 11 und Innenteil 12 formschlüssig miteinander verbunden sind. Diese formschlüssige Verbindung wirkt als Parksperre und erlaubt auch einen Notbetrieb des Fahrzeuges („limp-home“) bei Systemausfall.
Es ist eine der Anforderungen an ein Verteilergetriebe der gezeigten Bauart, dass zumindest im 55 Ruhezustand niemals beide Kupplungen gleichzeitig geöffnet sein dürfen. Andererseits ist es

Claims (8)

  1. 5 AT 008 907 U1 für eine präzise Steuerung der Reibungskupplungen 7, 8 nötig, die Aktuatorik von Zeit zu Zeit zu kalibrieren. Zum Kalibrieren werden dem Aktuator 18 beispielsweise zwei einzustellende Sollwerte einge-5 geben und die tatsächlich eingestellte Position des Andruckkolbens 14 gemessen, etwa mittels eines nicht dargestellten Wegsensors. Bei einer Diskrepanz zwischen dem vorgegebenen Sollwert und der erreichten Stellung des Andruckkolbens 14 wird die Beziehung zwischen beiden Größen so korrigiert, dass diese Diskrepanz verschwindet. Da das Kalibrieren in der Regel einige Sekunden dauert, ist der günstigste Zeitpunkt für die Kalibrierung anschließend an das io Stillsetzen des Fahrzeuges. Um das Kalibrieren mit der Forderung, dass nie beide Reibungskupplungen 7, 8 gleichzeitig geöffnet sein dürfen, zu vereinbaren, wird ein erfindungsgemäßes Verfahren angewandt. Zuerst wird die zweite Reibungskupplung 8 ganz geschlossen, sodass die der ersten Reibungskupp-15 lung 7 zugeordnete Aktuatorik derweil kalibriert werden kann. Ist das geschehen, wird sie ganz geöffnet, bis in die Endstellung, in der die formschlüssige Kupplung 31 schließt. Weil der Fall eintreten kann, dass die Eingriffsteile 34, 36 der formschlüssigen Kupplung Zahn auf Zahn stehen, wird als nächstes die zweite Reibungskupplung 8 ganz geöffnet wodurch die Zahn auf Zahn Stellung aufgehoben werden kann und die formschlüssige Kupplung 31 sicher in die 20 geschlossene Stellung springt. In der Folge kann auch die zweite Reibungskupplung 8 kalibriert werden. Soll das Fahrzeug wieder in Betrieb genommen werden, wird zuerst die zweite Reibungskupplung 8 geschlossen und dann erst die erste Reibungskupplung 7 aus der formschlüssig arretier-25 ten Stellung heraus in eine Betriebsstellung gebracht. Es ist ein Sicherheitserfordemis, dass bei Systemausfall die Kupplungen sich ohne äußere Krafteinwirkung in die sichere (geöffnete) Stellung begeben. Eine weitere Forderung besteht darin, bei Systemausfall trotzdem noch mit eigener Kraft zur nächsten Werkstätte zu gelangen. Auch dafür sorgt die formschlüssige Kupplung 31, weil sie bei Systemausfall ja selbsttätig durch das gänzliche Öffnen der Reibungskupp-30 lung 7 in ihre eingerückte Stellung gelangt. Ansprüche: 1. Verteilergetriebe mit zwei voneinander unabhängigen Kupplungen zum steuerbaren Zu messen eines Antriebsmomentes zu einer ersten und einer zweiten Achse, wobei eine Eingangswelle (2) über eine erste steuerbare Reibungskupplung (7) mit einer einer ersten Achse zugeordneten ersten Abtriebswelle (3) und über eine zweite steuerbare Reibungskupplung (8) mit einer einer zweiten Achse zugeordneten zweiten Abtriebswelle (4) an- 40 triebsverbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) die erste Reibungskupplung (7) aus einem mit der Eingangswelle (2) drehfest verbunden Innenteil (12), einem mit der ersten Abtriebswelle (3) drehfest verbundenen Aus-senteil (11) und einem im Öffnungssinn federbelasteten Andruckkolben (14) besteht, b) die zweite Reibungskupplung (8) aus einem mit der Eingangswelle (2) drehfest verbun- 45 den Aussenteil (21), einem mit der zweiten Abtriebswelle (4) drehfest verbundenen In nenteil (22) und einem im Öffnungssinn federbelasteten Andruckkolben (24) besteht, und c) eine der Reibungskupplungen (7) im ganz geöffneten Zustand von einer formschlüssigen Kupplung (31) überbrückbar ist. 50
  2. 2. Verteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass relativ zueinander verdrehbare Rampenringe (16, 26) mit den Andruckkolben (14, 24) Zusammenwirken, wobei die Rampenringe (16, 26) abstehende Hebel (17, 27) aufweisen, auf die ein elektromotorisch betriebener Aktuator (18, 28) wirkt. 55 AT 008 907 U1
  3. 3. Verteilergetriebe nach Anspruch 1, wobei die formschlüssige Kupplung (31) aus einem Primärteil (32) und einem Sekundärteil (35) besteht, welche jeweils zusammenwirkende Eingriffsteile (34, 36) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärteil (32) am Aussenteil (11) der überbrückbaren Reibungskupplung (7) und der Sekundärteil (35) am 5 Andruckkolben (14) der überbrückbaren Reibungskupplung (7) ausgebildet ist.
  4. 4. Verteilergetriebe nach Anspruch 1, bei dem die zweite Abtriebswelle (4) ein Treibrad (6) für einen die Verbindung zur zweiten Achse herstellenden Versatztrieb (5, 6, 6') autWeist, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Kupplung (31) der ersten Reibungs- io kupplung (7) zugeordnet ist.
  5. 5. Verteilergetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärteil (35) auf dem Andruckkolben (14) in Achsrichtung verschiebbar und von einer Feder (39) im Einrücksinn (der formschlüssigen Kupplung) beaufschlagt ist. 15
  6. 6. Verteilergetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (39) eine Wellfeder ist, die sich einerseits an einer Schulter des Andruckkolbens (14) und andererseits am Sekundärteil (35) abstützt.
  7. 7. Verfahren zum Kalibrieren der Reibungskupplungen samt ihrer Aktuatorik eines Verteiler getriebes nach Anspruch 1, wobei die formschlüssige Kupplung (31) der ersten Reibungskupplung (7) zugeordnet ist, bestehend in den folgenden Schritten: a) Beim Abstellen des Fahrzeuges wird zuerst die zweite Reibungskupplung (8) ganz geschlossen, 25 b) dann wird die der ersten Reibungskupplung (7) zugeordnete Aktuatorik durch Anfahren von mindestens zwei Betriebspunkten kalibriert, c) dann öffnet die erste Reibungskupplung (7) ganz, sodass die formschlüssige Kupplung (31) eingerückt wird, d) sodann wird die zweite Reibungskupplung (8) ganz geöffnet, 30 e) schließlich wird die der zweiten Reibungskupplung (8) zugeordnete Aktuatorik durch Anfahren von mindestens zwei Betriebspunkten kalibriert.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Wiederinbetriebnahme des Fahrzeuges mit dem Verteilergetriebe mit den kalibrierten Kupplungen (7, 8) zuerst die 35 zweite Reibungskupplung (8) geschlossen und dann erst die der ersten Reibungskupplung (7) zugeordnete formschlüssige Kupplung (31) gelöst und die erste Reibungskupplung (7) in eine Betriebsstellung gebracht wird. 40 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 45 50 55
AT0052305U 2005-07-29 2005-07-29 Verteilergetriebe mit zwei voneinander unabhängigen kupplungen zur steuerung der momentenverteilung auf zwei achsen, kupplung für ein solches und verfahren zu deren kalibrierung AT8907U1 (de)

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