DE4200998C2 - Verteilergetriebe für den zuschaltbaren Vierradantrieb eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verteilergetriebe für den zuschaltbaren Vierradantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einer Eingangswelle, einem von der Eingangswelle ange­ triebenen Antriebszahnrad, das einen Korb umgibt, einer Hauptantriebswelle und einer mit der Hauptantriebswelle mittels einer Klauenkupplung verbindbaren koaxialen Nebenantriebswelle.

Aus der EP-A-030476 ist ein Verteilergetriebe für einen Allradantrieb bekannt, bei dem das Antriebszahnrad einen Korb umgibt, in dem ein Längsdifferential angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, daß der Allradantrieb für viele Benutzer in den meisten Fahrsituationen gar nicht erfor­ derlich ist. Geländewagen werden zum großen Teil mehr aus sicherheitstechnischen und modischen Gründen gekauft und hauptsächlich innerorts oder auf Autobahnen gefahren. Allerdings ist es auch von diesen Benutzern erwünscht, dann, wenn es wirklich erforderlich ist, z. B. auf schnee­ glatter Fahrbahn, einen Vierradantrieb zu haben. Für andere Benutzer wiederum, für die das Fahrzeug mit dem Längsdifferential ursprünglich konstruiert wurde, ist der Allradantrieb unerläßlich.

In der AT-PS 375 881 ist eine Kupplung beschrieben, mit deren Hilfe bei ausgeschaltetem Vorderradantrieb eine Gelenkwelle stillgesetzt werden soll. Diese Gelenkwelle ist nicht Teil des Verteilergetriebes und weist außerdem keinen Korb eines Antriebszahnrades auf, in dem ein Längsdifferential angeordnet ist.

Die DE-PS 7 38 514 zeigt die Verwendung einer Lamellen­ kupplung zur Synchronisierung eines Eingriffs einer Klauenkupplung.

Die DE-A 21 08 701 offenbart die Steuerung einer Fahr­ kupplung beim Schalten eines Hauptgetriebes. Diese Kupp­ lung wird durch einen Befehl gelöst und wieder eingekop­ pelt, wenn ein Mikroschalter den Gleichlauf meldet.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Mitteln ein Verteilergetriebe für Hinterrad­ antrieb zu schaffen, bei dem die ruckfreie Zuschaltung des Vorderradantriebes während der Fahrt möglich ist und das mit wenig Aufwand durch Umwandlung eines Verteil­ ergetriebes für Allradantrieb hergestellt werden kann, in dessen Korb ein Längsdifferential vorgesehen ist.

Ausgehend von dem gattungsgemäßen Stand der Technik wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Inneren des Korbes zwischen der Hauptantriebswelle und der Nebenantriebs­ welle eine nur der Synchronisierung dieser beiden Wellen dienende Reibungskupplung im Kraftfluß parallel zur Klauenkupplung angeordnet ist, wobei die Reibungskupplung eine Lamellenkupplung mit einem axial verschiebbaren Kolben ist, dem Drucköl von einer Dreheintragung über Bohrungen in der Hauptantriebswelle zugeführt wird.

Durch die Unterbringung der Reibungskupplung in dem Korb ist es mit wenig konstruktivem Aufwand möglich, das erfindungsgemäße Verteilergetriebe durch Umrüstung eines Verteilergetriebes für Allradantrieb herzustellen, dessen Korb ursprünglich für die Aufnahme eines Längsdifferenti­ als vorgesehen war.

Die in dem Korb untergebrachte Reibungskupplung dient nur zur Synchronisierung und kann daher für ein sehr geringes Drehmoment ausgelegt werden. Daher kann die Reibungskupp­ lung so klein gebaut werden, daß sie im Korb des An­ triebszahnrads untergebracht werden kann. Ein weiteres Kupplungsgehäuse ist nicht erforderlich. Die Zuschaltung des Vorderradantriebs ist aufgrund der Synchronisierung durch die Reibungskupplung ruckfrei.

Die Lamellenkupplung beansprucht wegen der geringen Lamellendicke und dem geringen axialen Hub des Kolbens nur eine sehr geringe Baulänge und gestattet ein beson­ ders weiches Einkuppeln.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Drucköl zum Schließen der Reibungskupplung von einer Druckquelle über einen Druckspeicher und ein Steuerventil zugeführt. Der Druckspeicher stellt sicher, daß die Ölpumpe klein dimen­ sioniert werden kann bzw. eine vorhandene Ölpumpe nicht vergrößert werden muß und daß auch bei geringen Drehzah­ len ausreichender Öldruck und eine zum schnellen und verzögerungsfreien Einkuppeln ausreichende Ölmenge zur Verfügung stehen.

Vorzugsweise ist eine Steuereinheit vorgesehen, die über ein Zeitschaltglied mit dem Steuerventil der Reibungs­ kupplung und über ein Totzeitglied mit dem Steuerventil der Klauenkupplung verbunden ist. Es kann daher durch einen einzigen Befehl - von einem Handhebel oder von einer Steuereinheit - ruckfrei eingekuppelt werden. Mit dem Zeitschaltglied wird vorgegeben, wie lange die Rei­ bungskupplung geschlossen wird und mit dem Totzeitglied, um wieviel später dann die Klauenkupplung eingerückt wird. Bei geeigneter Auslegung der Kupplung kann für das Zeitschaltglied mit guter Näherung eine konstante Ein­ schaltdauer der Reibungskupplung gewählt werden. Die Totzeit gleicht in etwa dieser Einschaltdauer.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den Längsschnitt eines Verteilergetriebes;

Fig. 2 die Einzelheit II von Fig. 1, teilweise ver­ größert, teilweise schematisch;

Fig. 3 schematisch eine Schaltmöglichkeit des Verteil­ ergetriebes.

Fig. 1 zeigt ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Verteilerge­ triebe, als Beispiel für ein Verteilergetriebe das von einer nur symbolisch dargestellten Motorgetriebeeinheit 2 angetrieben wird. Es enthält eine Eingangswelle 3, im vorliegenden Aus­ führungsbeispiel auch eine Zwischenwelle 4, und ein Antriebs­ zahnrad 5, das Teil einer Antriebswelle 6 ist, die in Lagern 7, 8 gelagert ist.

In der Antriebswelle 6 ist im Lager 11 eine Vorderachsantriebs­ welle 10 gelagert, die in bekannter und üblicher Weise außer­ halb des Verzweigungsgetriebes über ein nicht bezeichnetes Kardangelenk die nicht dargestellte Vorderachse antreibt. Auf der Seite des Lagers 8 ist an die Antriebswelle 6 über ein nicht bezeichnetes Kardangelenk die Hinterachsantriebswelle 9 angeschlossen.

In dem dargestellten Beispiel ist die Hinterachsantriebs­ welle 6 immer angetrieben. Die Vorderachsantriebswelle 10 wird nur angetrieben, wenn eine allgemein mit 15 bezeichnete Klauen­ kupplung eingerückt ist. Diese Klauenkupplung 15 besteht aus einer ersten Kupplungshälfte 16, die mit der Antriebswelle 6 drehfest verbunden ist und aus einer zweiten Kupplungshälfte 17, die als auf einer Keilwelle 12 geführte Schiebemuffe 18 ausgebildet und mittels einer Schaltgabel 19 einrückbar ist. Dazu ist ein Einrückglied 20 vorgesehen, das von einer Steuer­ einheit 21 aus gesteuert wird. Weiters sind noch Drehzahlsen­ soren 22, 23 von bekannter Bauart und wie für ähnliche Zwecke gebräuchlich, vorgesehen, deren Ausgangssignale der Steuerein­ heit 21 zugeleitet werden. Der Drehzahlsensor 22 erfaßt dabei die Drehzahl der Vorderachsantriebswelle 10 an dem Keilwellen­ profil 12, und der Sensor 23 die Drehzahl der Antriebswelle 6, indem er die Zähne des Antriebszahnrades 5 abtastet. Dazu ist er an geeigneter Stelle im Gehäuse angebracht.

Das Antriebszahnrad 5 umgibt einen Korb 30, der bei einem kon­ ventionellen Verteilergetriebe das Zentraldifferential ent­ halten würde, der eine Reibungskupplung 31 (hier eine Lamellen­ kupplung) enthält. Diese ermöglicht das Verbinden der Antriebs­ welle 6 (der Hauptantriebswelle) mit der Vorderachsantriebs­ welle 10 (der Nebenantriebswelle). Dazu sind in üblicher Weise Innenlamellen 32 drehfest mit der Nebenantriebswelle 6 ver­ bunden und Außenlamellen 33 mit einem Außenring 34, der drehfest mit dem Korb 30 verbunden oder mit ihm einstückig ist. Der Korb 30 selbst ist zwar auch einstückig eingezeichnet, er ist aber aus Montagegründen aus mehreren Teilen zusammengesetzt. Im Korb 30 befindet sich auf einer Seite eine Gegendruckplatte 35 und auf der anderen Seite, im Außenring 34 abdichtend axial ver­ schiebbar, ein Kolben 36, der mit der benachbarten Wand des Korbes 30 eine Druckkammer 37 bildet, der über eine Dreheinführung 39 bekannter Bauweise und Bohrungen 38 in der Hauptantriebs­ welle 6 Drucköl zugeführt wird.

Die Betätigung der Reibungskupplung 31 kann vom Steuergerät 21 aus über eine Signalleitung 40 erfolgen, wobei die Steuerung der Klauenkupplung 15 etwa gemäß der DE-Patentanmeldung 41 13 128 gestaltet sein könnte. Die Signalleitung 40 wird bei der Be­ schreibung der Fig. 2 wieder aufgegriffen.

In Fig. 2 ist stark vergrößert die Hauptantriebswelle 6 mit ihren Druckölbohrungen 38 zu sehen. Die Druckölzufuhr zur Welle 6 erfolgt über eine Dreheintragung 52, die aus einem stationären Ring 39 und aus federnden Dichtringen 50 besteht, diese greifen in Umfangsnuten der Welle 6 und rotieren mit ihr. Zwischen diesen verfügt die Welle 6 über eine Umfangsnut 51, von der die Ölzu­ fuhrbohrungen 38 zur Reibungskupplung führen. Der Ring 39 ist mit einem Flanschring 53 fest verbunden oder einstückig, zu dem über ein Anschlußnippel 54 die Druckölleitung 41 führt.

Eine Ölpumpe 55 führt über ein Rückschlagventil 56 Drucköl zu einem Druckspeicher 57, von dem das Drucköl über ein Steuer­ ventil 58 zur Dreheintragung 52 gelangt. Die Befehls­ leitung 40 aus Fig. 1 wirkt hier auf das Steuerventil 58. Diese Teile des Ölkreislaufes sind nur schematisch und beispiels­ weise dargestellt, so könnte der Druckspeicher 57 unter Um­ ständen weggelassen oder durch einen Druckübersetzer ersetzt sein.

Fig. 3 zeigt eine andere Möglichkeit, die beiden parallelge­ schalteten Kupplungen 15, 31 zu steuern. Die Steuereinrichtung 60 wird hier von einem Handhebel 61 betätigt, dessen ausge­ zogene Stellung der gelösten Klauenkupplung 15 entspricht. Be­ wegung dieses Hebels 61 in die strichlierte Stellung 61′ be­ deutet den Befehl zum Einrücken der Klauenkupplung 15. Dieser Befehl wirkt sofort über ein Zeitschaltglied 64 und die Be­ fehlsleitung 40 auf das Steuerventil 58, die Reibungskupplung wird für eine bestimmte Zeit T′ geschlossen. Weiters wird der Befehl zum Einrücken einem Totzeitglied 62 übermittelt, das während der Totzeit T′′ (die etwa gleich T′ ist) den Befehl zu­ rückhält und erst dann an das Steuerventil 63 weitergibt, das die Druckölzufuhr von einer nicht dargestellten Quelle zu dem Einrückglied 20 der Klauenkupplung 15 weitergibt. Dabei können die einzelnen Steuerglieder elektrisch, hydraulisch oder gar mechanisch ausgeführt sein.

Das erfindungsgemäße Verteilergetriebe arbeitet folgender­ maßen: Wenn sich das Fahrzeug auf trockener Straße bewegt, wird nur die Hauptantriebswelle 6 angetrieben, die Nebenantriebs­ welle 10 läuft leer mit der gleichen Drehzahl mit. Wenn sich der Reibschluß der permanent angetriebenen Räder verschlech­ tert, beginnen diese durchzurutschen und ihre Drehzahl beginnt zu steigen bzw. das Fahrzeug beginnt langsamer zu werden. Das wird vom Fahrer oder der Steuereinheit 21 registriert und der Befehl zum Zuschalten der Nebenantriebswelle 10 gegeben, ent­ weder vom Steuergerät 21 (Fig. 1) oder von der Steuereinrichtung 60 (Fig. 3). Von dort wird der Befehl zum Schließen der Rei­ bungskupplung über die Befehlsleitung 40 sofort gegeben. Das Steuerventil 58 öffnet sich und Drucköl strömt aus dem Druck­ speicher 57 zur Reibungskupplung.

In der kurzen Zeit ist die Drehzahl der permanent angetriebenen Räder noch nicht stark angestiegen, so daß die Reibungskupplung mit nur geringem Moment diese Räder wieder verzögert, bis die Drehzahlen der beiden Wellen 6, 10 annähernd gleich sind. Das wird entweder durch geeignete Wahl der Einschaltzeit T′ in Zeitschaltglied 64 (Fig. 3) erreicht oder das Steuergerät 21 (Fig. 1) stellt das mittels der Drehzahlsensoren 22, 23 fest. Nun erfolgt das Einrücken der Klauenkupplung 15 mittels des Ein­ rückgliedes 20, im Falle der Fig. 1 durch Befehl der Steuerein­ heit 21, in der Ausführung gemäß Fig. 3 durch geeignete Wahl der Totzeit T′′ im Totzeitglied 62, wobei zweckmäßigerweise die Dauer T′ im Zeitschaltglied 64 und die Totzeit T′′ im Tot­ zeitglied ungefähr gleich sind. Sobald die Klauenkupplung ge­ schlossen ist, wird das Steuerventil für die Reibungskupplung 31 wieder geschlossen und die Reibungskupplung öffnet sich, sie wird ja nun nicht mehr gebraucht.

Es gelingt aber mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verteilergetriebes, die Hauptantriebswelle 6 und die Nebenantriebswelle 10 in einem frühen Stadium durchrutschender Räder mit geringem Kraftaufwand zu synchronisieren und so ein sanftes Einrücken der Klauenkup­ plung 15 zu ermöglichen.

Claims (3)

1. Verteilergetriebe für den zuschaltbaren Vierradantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einer Eingangswelle (3), einem von der Eingangswelle (3) angetriebenen Antriebszahnrad (5), das einen Korb (30) umgibt, einer Hauptantriebswelle (6) und einer mit der Hauptantriebswelle (6) mittels einer Klauenkupplung (15) verbindbaren koaxialen Nebenan­ triebswelle (10), dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Korbes (30) zwischen der Hauptantriebs­ welle (6) und der Nebenantriebswelle (10) eine nur der Synchronisierung dieser beiden Wellen (6, 10) dienende Reibungskupplung (31) im Kraftfluß parallel zur Klauenkupp­ lung (15) angeordnet ist, wobei die Reibungskupplung (31) eine Lamellenkupplung mit einem axial verschiebbaren Kolben (36) ist, dem Drucköl von einer Dreheintragung (52) über Bohrungen (38) in der Hauptantriebswelle (6) zugeführt wird.

2. Verzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß Drucköl zum Schließen der Reibungskupplung (31) von einer Druckquelle (55) über einen Druckspeicher (57) und ein Steuerventil (58) zugeführt wird.

3. Verzweigungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Steuereinheit (60) vorgesehen ist, die über ein Zeitschaltglied (64) mit dem Steuerventil (58) der Rei­ bungskupplung (31) und über ein Totzeitglied (62) mit dem Steuerventil (63) der Klauenkupplung verbunden ist.