DE69802010T2

DE69802010T2 - Kraftübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69802010T2
Application number: DE69802010T
Authority: DE
Inventors: John Hugh Kerr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: AU1221099A; CA2315874A1; DE69813028D1; JP4313946B2; BR9815027A; CA2315875A1; JP2001525518A; AU1220999A; CA2315873C; EP1038117B1; EP1049883A1; DE69813028T2; EP1038125A1; WO1999028659A1; WO1999028644A1; AU1327999A; ATE206806T1; ATE244364T1; DE69802010D1; CA2315873A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Übertragung von Kraft von einer drehenden Eingangswelle auf eine Ausgangswelle. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Drehmomentwandler, Automatikgetriebe und Verteilergetriebe, bei denen Kupplungen für die Bewirkung der Kraftübertragung verwendet werden.

Hintergrund der Erfindung

Während der letzten Jahre wurden Automobilhersteller dazu gezwungen, Fahrzeuge herzustellen, die kraftstoffsparsamer sind und weniger schädliche Emissionen erzeugen. Die überwiegende Anzahl der Verbesserungen in diesem Bereich betrafen Kraftstoffzuführsysteme, Emissionsregelsysteme und die Aerodynamik von Fahrzeugen. Drehmomentwandler, Automatikgetriebe und Verteilergetriebe sind jedoch oft übersehene Quellen von Ineffizienz und schädlichen Emissionen.
Herkömmliche Drehmomentwandler bestehen aus einem Laufrad, das mit einer drehenden Eingangswelle gekoppelt ist, einer Turbine, die mit einer Ausgangswelle gekoppelt ist, und einem Stator, der mit dem Laufrad und der Turbine in Verbindung steht. Wenn die Schaufeln des Laufrades drehen, richtet das Laufrad hydraulische Flüssigkeit zwischen den Stator und die Turbine, wodurch der Stator dazu gedrängt wird, in einer dem Laufrad und der Turbine entgegengesetzten Richtung zu drehen. Um das Eingangsdrehmoment von dem Laufrad zu verstärken, muss jedoch verhindert werden, dass der Stator in umgekehrter Richtung dreht. Während eines Betriebs mit hoher Drehzahl ist es dahingegen gewünscht, das Laufrad direkt mit der Turbine über eine Sperrscheibenkupplung zu koppeln. Bei dieser Art, die allgemein als Wandlersperrung bezeichnet wird, muss der Stator mit dem Laufrad und der Turbine und in der gleichen Richtung wie das Laufrad und die Turbine drehen. Es war daher allgemeine Übung, den Stator mit dem Wandlergehäuse über einen Klemmrollenfreilauf zu koppeln, der verhindert, dass der Stator rückwärts dreht, es dem Stator jedoch ermöglicht, während der Wandlersperrung mit dem Laufrad und der Turbine zu drehen.
Wenn jedoch ein mit einem herkömmlichen Drehmomentwandler ausgestattetes Fahrzeug mit in Eingriff stehenden Bremsen und immer noch laufendem Motor angehalten wird, wird der Motor durch den Drehmomentwandler einem Schleppmoment unterworfen, da sich die Turbine nicht mehr frei drehen kann. Folglich ist es erforderlich, den Motor mit einer erhöhten Drehzahl im Leerlauf laufen zu lassen, um das auf den Motor ausgeübte Schleppmoment zu überwinden. Die erhöhte Leerlaufdrehzahl erfordert jedoch einen höheren Kraftstoffverbrauch und erzeugt umweltschädliche Emissionen. Außerdem dreht der Klemmrollenfreilauf auch während des Freilaufs nicht frei. Folglich übt die Einwegkupplung wieder ein geringes Schleppmoment auf den Motor aus, wenn sich der Drehmomentwandler im Sperrzustand befindet und der Stator mit dem Laufrad und der Turbine dreht, wodurch der Kraftstoffverbrauch erhöht wird.
Es wurden viele Versuche gemacht, um den herkömmlichen Drehmomentwandler zu verbessern. Der nächstgelegene Stand der Technik ist Ferodo (FR-A-1 480 241), der einen Drehmomentwandler lehrt, der ein mit einem Glockengehäuse gekoppeltes Laufrad, eine mit einer Ausgangswelle gekoppelte Turbine, einen zwischen dem Laufrad und der Turbine angeordneten Stator und eine Kupplung umfasst, die zwischen dem Glockengehäuse und der Turbine zur Vereinfachung der Wandlersperrung vorgesehen ist. Der Stator ist drehbar um die Ausgangswelle angeordnet und mit einer Einwegkupplung gekoppelt, um das Schleppmoment bei der Wandlersperrung zu reduzieren. Der von Ferodo gelehrte Drehmomentwandler kann jedoch nicht dazu verwendet werden, das Problem des Motorschleppmoments und der Kohlenwasserstoffemission anzusprechen, wenn die Ausgangswelle stationär ist.
Welch (US-Patent 3,724,208) lehrt eine Reibungsvorrichtung für einen Drehmomentwandler, die ein konisches Reibungselement umfasst, das mit einer festgelegten Hülse kerbverzahnt ist, und ein axial bewegliches konisches Reibungselement umfasst, das um das festgelegte Reibungselement herum angeordnet und mit dem Stator verbunden ist. Während des Betriebes fördert die Turbine hydraulische Flüssigkeit in die Turbine, die dann die Flüssigkeit auf die Vorderflächen der Statorlaufschaufeln richtet. Die sich ergebende Axialkraft, die durch die Flüssigkeit auf die Statorlaufschaufeln ausgeübt wird, treibt das bewegbare Reibungselement so an, dass es in Eingriff mit dem festgelegten Reibungselement kommt, wodurch der Stator gesperrt wird und der Wandler das Eingangsdrehmoment vervielfachen kann. Wenn die Turbine beschleunigt, vermindert sich der Angriffswinkel der die Turbine verlassenden Flüssigkeit, bis die Flüssigkeit auf die hinteren Flächen der Statorlaufschaufeln gerichtet wird, wodurch eine Axialkraft auf das bewegliche Reibungselement auf null reduziert wird. In diesem Zustand wird das bewegbare Reibungselement von dem festgelegten Reibungselement freigegeben, und der Wandler funktioniert als Flüssigkeitskupplung. Der von Welch gelehrte Drehmomentwandler kann jedoch, wie bei Ferodo, nicht dazu verwendet werden, das Problem des Motordrehmoments und der Kohlenwasserstoffemission anzusprechen, wenn die Ausgangswelle stationär ist.
Herkömmliche Automatikgetriebe bestehen aus einem Planetenzahnradsatz, der ein mit einer Eingangswelle gekoppeltes Drehmomenteingangselement, ein mit einer Ausgangswelle gekoppeltes Drehmomentausgangselement und ein Reaktionselement umfasst, das mit dem Drehmomenteingangselement und dem Drehmomentausgangselement in Verbindung steht. Zur Bewirkung von Gangwechseln weist das Automatikgetriebe eine erste Kupplungspackung für ein Festlegen des Reaktionselements an dem Getriebegehäuse und eine zweite Kupplungspackung für eine Kupplung des Reaktionselements entweder mit dem Drehmomenteingangselement oder dem Drehmomentausgangselement auf. Die Größe des Drehmoments, das durch die Kupplungspackungen übertragen werden muss, führte jedoch zur Verwendung von teuren Scheibenkupplungen mit einer großen Anzahl von Scheiben, wodurch das Gewicht des Getriebes erhöht wurde. Da jede Kupplungspackung nur zwei Zustände hat, nämlich einen eingerückten Zustand oder einen ausgerückten Zustand, ist das Schalten zwischen den Gängen oft abrupt. Diese abrupten Wechsel wirken sich nachteilig auf die Kraftstoffmenge aus, wodurch der Kraftstoffwirkungsgrad verringert und der Kraftstoffverbrauch erhöht wird.
Herkömmliche Verteilergetriebe für Vierradantriebe bestehen aus einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle für das Hinterraddrehmoment, die mit der Eingangswelle gekoppelt ist, einer Ausgangswelle für das Vorderraddrehmoment und einer Drehmoment-Übertragungsgetriebeanordnung für ein Übertragen eines Drehmoments von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle für das Vorderraddrehmoment. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung besteht insgesamt aus einem ersten Kettenzahnrad, das mit der Eingangswelle kerbverzahnt ist, einem zweiten Kettenzahnrad, das um die Ausgangswelle für das Vorderraddrehmoment herum drehbar angeordnet ist, einer Kette, die um das erste und das zweite Kettenzahnrad verläuft, einer Reihe von Kerben, die auf der Ausgangswelle für das Vorderraddrehmoment vorgesehen sind, und einem kerbverzahnten Ring für eine Kupplung des zweiten Kettenzahnrades mit der Ausgangswelle für das Vorderraddrehmoment. Um die unterschiedliche Drehung zwischen der vorderen und der hinteren Drehmomentausgangswelle während der Fahrzeugmanöver in Übereinstimmung zu bringen, bauen die Hersteller im Allgemeinen eine Reibungskupplung ein, die zwischen dem zweiten Kettenzahnrad und einer koaxial angebrachten Welle angeordnet ist, die das Auftreten eines Kupplungsschlupfs ermöglicht. Der Kupplungsschlupf unterbricht jedoch eine gleichmäßige Kraftübertragung beim Fahren um eine Ecke, wodurch der Kraftstoffwirkungsgrad und der Kraftstoffverbrauch verringert wird.
Es wäre daher aus Umweltgesichtspunkten günstig, Drehmomentwandlerkonstruktionen, Automatikgetriebekonstruktionen und Verteilergetriebekonstruktionen bereitzustellen, die die Unzulänglichkeiten verringern, die bei Verwendung der hier verwendeten Kupplungen auftreten.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der Erfindung ist es, einen Kraftübertragungsvorrichtung zu schaffen, die die Unzulänglichkeiten verringert, die bei den bekannten Kraftübertragungsvorrichtungen auftreten.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird eine Kraftübertragungsvorrichtung bereitgestellt, die ein Drehmomenteingangselement, ein Drehmomentausgangselement, ein Drehmomentreaktionselement, das mit einer Drehreferenz gekoppelt ist und mit dem Drehmomenteingangselement und dem Drehmomentausgangselement in Verbindung steht, um ein Drehmoment von dem Drehmomenteingangselement zu dem Drehmomentausgangselement zu verstärken und zu übertragen, und eine Kupplung umfasst, die auf die Drehzahl des Drehmomenteingangselements anspricht, um das Drehmomentreaktionselement von der Drehreferenz freizugeben, wenn die Drehzahl einen Schwellwert erreicht.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird ein Kraftübertragungsgetriebe vorgesehen, das ein Drehmomenteingangselement, ein Drehmomentausgangselement, ein Reaktionselement, das mit dem Drehmomenteingangselement und dem Drehmomentausgangselement in Verbindung steht, und eine Binärkupplung für ein automatisches Schalten des Reaktionselements zwischen einem ersten Modus, in dem das Reaktionselement mit einer Drehreferenz gekoppelt ist, und einem zweiten Modus, in dem mit dem Drehmomenteingangselement oder dem Drehmomentausgangselement gekoppelt wird. Die Binärkupplung umfasst eine erste Kupplung für ein Koppeln des Reaktionselements mit dem Drehmomentelement, und eine Einwegkopplung für ein progressives Koppeln und Entkoppeln des Reaktionselementes mit bzw. von der Drehreferenz, wenn zwischen dem ersten und dem zweiten Modus geschaltet wird.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird eine Kraftübertragungsvorrichtung bereitgestellt, die ein Drehmomenteingangselement, ein Hinterrad- Drehmomentausgangselement, das mit dem Drehmomenteingangselement gekoppelt ist, ein Vorderrad-Drehmomentausgangselement und eine Drehmoment-Verteilervorrichtung für eine Übertragung eines Drehmoments von dem Drehmomenteingangselement auf das Vorderrad-Drehmomentausgangselement umfasst. Die Drehmoment-Verteilervorrichtung umfasst ein Paar von Einwegkupplungen, die zwischen dem Drehmomenteingangselement und dem Vorderrad-Drehmomentausgangselement gekoppelt sind, und entgegengesetzte Freilauf-Drehrichtungen aufweisen, um einen Überlauf des Vorderrad-Drehmomentausgangselements unabhängig von der Drehrichtung des Drehmomenteingangselements zu ermöglichen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun nur anhand eines Beispiels mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, von denen
Fig. 1 eine axiale Querschnittsansicht einer bekannten Kraftübertragungsvorrichtung für eine Verstärkung eines Motordrehmoments ist,
Fig. 2a bis 2c vergrößerten axiale Querschnittsansichten einer Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind,
Fig. 3a eine axiale Querschnittsansicht einer Einwegkupplung des Spiraltyps ist, die bei der in Fig. 2 gezeigten Kraftübertragungsvorrichtung verwendet wird,
Fig. 3b eine Querschnittsansicht der in Fig. 3a gezeigten Einwegkupplung des Spiraltyps ist,
Fig. 3c eine auseinandergezogene Darstellung der in Fig. 3a gezeigten Einwegkupplung des Spiraltyps ist,
Fig. 4 eine axiale Querschnittsansicht einer Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 5a eine axiale Querschnittsansicht einer Einwegkupplung vom Spiraltyp ist, die bei der in Fig. 4 gezeigten Kraftübertragungsvorrichtung verwendet wird,
Fig. 5b eine Querschnittsansicht der Einwegkupplung vom Spiraltyp ist, die in Fig. 5a gezeigt ist,
Fig. 5c eine auseinandergezogene Darstellung der Einwegkupplung vom Spiraltyp ist, die in Fig. 5a gezeigt ist,
Fig. 6 eine axiale Querschnittsansicht einer bekannten Kraftübertragungsvorrichtung ist, die eine Kraft zwischen einer Eingangswelle und einer vorderen und einer hinteren Ausgangswelle überträgt,
Fig. 7a bis 7c vergrößerte axiale Querschnittsansichten einer Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung sind,
Fig. 8 eine auseinandergezogene Darstellung eines Kupplungsbetätigungsgliedes ist, das bei der in Fig. 7 gezeigten Kraftübertragungsvorrichtung verwendet wird, und
Fig. 9a bis 9c vergrößerte axiale Querschnittsansichten von Variationen der in Fig. 7 gezeigten Kraftübertragungsvorrichtung sind.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Um das Verständnis einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu unterstützen, wird zunächst eine bekannte Drehmomentwandler-Kraftübertragungsvorrichtung beschrieben, woraufhin eine Beschreibung der ersten Ausführungsform folgt. In Fig. 1 ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete, bekannte Drehmomentwandler- Kraftübertragungsvorrichtung gezeigt, die ein rohrförmiges, stationäres Gehäuse 12, ein um das Gehäuse 12 angeordnetes Laufrad 14, eine Turbine 16 und einen Stator 18 umfasst, der in Fluidverbindung mit dem Laufrad 14 und der Turbine 16 steht. Das Laufrad 14 weist einen Eingangsflansch 20 und Muttern 22 auf, um das Laufrad 14 mit einer Drehmomenteingangseinrichtung zu koppeln, wie z. B. einem Motorglockengehäuse (nicht gezeigt), und ist drehbar mit dem Gehäuse 12 über ein Lager 24 gekoppelt, das um das Gehäuse 12 herum angeordnet ist.
Das Gehäuse 12 weist außerdem eine koaxial drehende Ausgangswelle 26 auf, die sich durch das Gehäuse 12 erstreckt. Die Turbine 16 ist mit der Ausgangswelle 26 über Keilnuten 28 verbunden, die an der Ausgangswelle 26 vorgesehen sind. Eine Scheibenüberbrückungskupplung 30 ist zwischen dem Laufrad 14 und der Turbine 16 für ein Koppeln des Laufrades 14 mit der Turbine 16 während einer Wandlerüberbrückung vorgesehen.
Der Stator 18 ist mit dem Gehäuse 12 über einen Klemmrollenfreilauf 32 verbunden, der es dem Stator 18 ermöglicht, sich mit dem Laufrad 14 und der Turbine 16 zu drehen, wenn die Überbrückungskupplung 30 eingerückt ist. Wenn die Überbrückungskupplung 30 ausgerückt ist, verhindert die Einwegkupplung 32 eine Drehung des Stators 18 von dem Laufrad 16 weg. Folglich wird das auf das Laufrad 14 aufgebrachte Eingangsdrehmoment vergrößert und auf die Turbine 16 für eine Lieferung an die Ausgangswelle 26 übertragen, wenn die hydraulische Flüssigkeit von dem Laufrad 14 auf den Stator 18 gerichtet wird.
Wie oben stehend diskutiert wurde, erhöht ein herkömmlicher Drehmomentwandler 16 das Motorschleppmoment, wenn das Fahrzeug stationär ist, da die Turbine 16 sich nicht frei drehen kann. Es ist deshalb erforderlich, den Motor mit einer erhöhten Drehzahl im Leerlauf laufen zu lassen, um das auf den Motor ausgeübte Schleppmoment zu überwinden. Die in Fig. 2a gezeigte Kraftübertragungsvorrichtung 110 beseitigt diesen Nachteil.
In Fig. 2a ist eine Kraftübertragungsvorrichtung 110 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in Form eines Drehmomentwandlers gezeigt, der das rohrförmige stationäre Gehäuse 12, das um das Gehäuse 12 angeordnete Laufrad 14, die Turbine 16 (nicht gezeigt) und den Stator 18 umfasst, der mit dem Laufrad 14 und der Turbine 16 in Fluidverbindung steht. Der Stator 18 ist mit dem rohrförmigen Gehäuse 12 über eine Dualmodus-Einwegkupplung 132 vom Spiraltyp gekoppelt.
Der Aufbau und die Dynamik der Einwegkupplung 132 vom Spiraltyp kann besser mit Bezug auf die Fig. 3a bis 3d verstanden werden.
Die in den Fig. 3a bis 3d gezeigte Einwegkupplung 132 vom Spiraltyp umfasst ein rohrförmiges Kupplungsgehäuse 134, das mit dem Stator 18 gekoppelt ist, ein rohrförmiges Gleitstück 136, das koaxial zu dem Kupplungsgehäuse 134 in diesem angeordnet ist, einen zylindrischen Laufring 138, der mit dem stationären Gehäuse 12 gekoppelt ist und koaxial zu dem Gleitstück 136 in diesem angeordnet ist, und einen Betätigungsring 140, der mit dem Gleitstück 136 gekoppelt ist. Das Kupplungsgehäuse 134 weist eine innere Rohrfläche 142 auf, die eine Mehrzahl von gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufenden Flächenabschnitten 142a umfasst.
Das Gleitstück 136 weist eine innere zylindrische Reibungsfläche 144 auf und umfasst mehrere Gleitstücksegmente 146, die um die innere Rohrfläche 142 angeordnet sind. Die Gleitstücksegmente 146 umfassen gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufende Oberflächenabschnitte 146a und abgeschrägte Kanten 146b. Die gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufenden Oberflächeabschnitte 146a sind im Wesentlichen kongruent zu den gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitten 142a. Vorzugsweise sind die spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitte 142a, 146a Evolventenspiralen, so dass das Kupplungsgehäuse 134 sich relativ zu dem Gleitstück 136 dreht, wobei die spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitte 142a parallel zu den spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitten 146a bleiben. Je nach Anwendungserfordernis können jedoch auch andere Spiralformen verwendet werden. Der zylindrische Laufring 138 weist eine äußere zylindrische Reibungsfläche auf, die kongruent zu der inneren zylindrischen Reibungsfläche 144 ist.
Die innere Rohrfläche 142 und die spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitte 146a bilden zusammen einen Kanal 148, der zwischen dem Kupplungsgehäuse 134 und dem Gleitstück 136 angeordnet ist und sich in Längsrichtung des Kupplungsgehäuses 134 und des Gleitstücks 136 erstreckt. Innerhalb des Kanals 148 sind mehrere Wälzlager 150 und elastische Elemente 152 angeordnet, um eine begrenzte Drehbewegung zwischen dem Gleitstück 136 und dem Kupplungsgehäuse 134 auf eine nachstehend beschriebene Weise zu schaffen. Die elastischen Elemente 152 dienen zur Abschwächung des Einrückens und des Ausrückens der Kupplung 132. Das Kupplungsgehäuse 134 ist mit mehreren Flanschen 154 versehen, die sich von der inneren Rohrfläche 142 radial nach innen erstrecken, um eine Radialbewegung der Wälzlager 150 entlang des Kanals 148 zu beschränken und hierdurch die Einrück- und Ausrückzeit der Kupplung 132 zu verringern.
Die zwei Betriebsmodi der Dualmodus-Einwegkupplung 132 vom Spiraltyp werden nun beschrieben. Wenn der Betätigungsring 140 nicht gegen die abgeschrägte Kante 146b drückt, greift die äußere Reibungsfläche des Laufrings 138 an der inneren Reibungsfläche 144 des Gleitstücks 136 an. Wenn das Kupplungsgehäuse 134 gegen die Uhrzeigerrichtung gedreht wird, drehen sich folglich die gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitte 142 in Richtung der gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitte 146a, wodurch sich die Breite des Kanals 142 zwischen den spiralförmigen Oberflächenabschnitten 142a, 146a verengt und die äußere Reibungsfläche des Laufrings 138 mit größerer Kraft gegen die innere Reibungsfläche 144 gehalten wird. Wenn das Kupplungsgehäuse 134 sich weiter gegen die Uhrzeigerrichtung dreht, verengt sich der Kanal 142, bis das Gleitstück 136 und der Laufring 138 an dem Kupplungsgehäuse 134 gesperrt werden. Zu diesem Zeitpunkt ist das Eingangsdrehmoment von dem Kupplungsgehäuse 134 mit dem Laufring 138 gekoppelt, weshalb das Kupplungsgehäuse 134 mit dem Laufring 138 und dem stationären Gehäuse 12 verriegelt wird.
Wenn die Drehrichtung des Kupplungsgehäuses 134 umgekehrt wird, wird die Breite des Kanals 142 größer, wodurch der Laufring 138 von dem Kupplungsgehäuse 134 entkoppelt wird. Wenn der Betätigungsring 140 nicht gegen die abgeschrägte Kante 146b drückt, sind deshalb der Stator 18 und das Kupplungsgehäuse 134 frei um das stationäre Gehäuse 12 in Uhrzeigerrichtung drehbar, werden jedoch gegen die Uhrzeigerrichtung an dem stationären Gehäuse 12 blockiert. Wenn dahingegen der Betätigungsring 140 gegen die abgeschrägte Kante 146b drückt (auf eine zu beschreibende Weise), greift der Betätigungsring 140 an der abgeschrägten Kante 146b an, wodurch sich die Gleitstücksegmente 146 radial nach außen von dem Laufring 138 wegbewegen. Deshalb können der Stator 18 und das Kupplungsgehäuse 134 frei in beiden Richtungen um das stationäre Gehäuse 12 drehen.
Der Mechanismus, mittels dessen der Betätigungsring 140 an der abgeschrägten Kante 146b angreift, wird nun zurückkehrend auf Fig. 2a beschrieben. Wie es in der Detailzeichnung ganz links in Fig. 2a gezeigt ist, ist der Betätigungsring 140 über ein Lager 158 mit einem axial bewegbaren Flansch 156 gekoppelt. Ein geneigter Flansch 160 ist an dem Laufrad 14 befestigt und bildet zusammen mit dem axial bewegbaren Flansch 156 einen Kanal 162 für ein Halten des Lagers 164. Wie erläutert wird, drehen die Flansche 156, 160 mit dem Laufrad 14 um ein gemeinsames Drehzentrum. Der geneigte Flansch 160 ist nach außen von dem Drehzentrum aus geneigt, und der axial bewegbare Flansch 156 erstreckt sich radial von dem Drehzentrum nach außen.
Wenn das Fahrzeug im Betrieb stationär ist und sich die Turbine 16 deshalb nicht frei drehen kann, drehen der Motor und das Laufrad 14 langsam. Folglich verursacht die durch die Blattfeder 166 gegen den axial bewegbaren Flansch 156 ausgeübte Kraft, dass sich der radial äußerste Abschnitt des Kanals 162 verengt und das Lager 164 in dem Kanal 162 an dessen radial innerstem Abschnitt gehalten wird. Deshalb drückt der Betätigungsring 140 gegen die abgeschrägten Kanten 146b des Gleitstücks 136, wodurch das Gleitstück 136 von dem Laufring 138 freigegeben wird und sich der Stator 18 frei um das stationäre Gehäuse 12 drehen kann. Da sich der Stator 18 frei drehen kann, wenn das Fahrzeug stationär ist, können die Motordrehzahl und daher die Menge von Schadstoffemissionen soweit reduziert werden, dass sie unterhalb der bei gewöhnlichen Drehmomentwandlern erzeugten liegen.
Wenn die Motordrehzahl ansteigt, neigt jedoch die durch das Lager 164 gegen den geneigten Flansch 160 und den axial bewegbaren Flansch 156 ausgeübte Zentrifugalkraft dazu, den axial bewegbaren Flansch 156 von dem Betätigungsring 140 wegzudrücken. Wenn die durch das Lager 164 gegen den axial bewegbaren Flansch 156 ausgeübte Kraft größer ist als die durch die Feder 166 auf den axial bewegbaren Flansch 156 ausgeübte Gegenkraft, bewegt sich das Lager 164 in den radial äußersten Abschnitt des Kanals 162, und der Betätigungsring 140 wird von der abgeschrägten Kante 146b des Gleitstücks 136 freigegeben, wie es in der Detailzeichnung ganz rechts in Fig. 2a gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Stator 18 vollständig mit dem stationären Gehäuse 12 gekoppelt, wodurch das Eingangsdrehmoment des Laufrades 14 wie oben beschrieben vergrößert werden kann.
Eine Variation der Kraftübertragungsvorrichtung 110 zur Verringerung des Motorschleppmoments bei Betrieb mit hoher Drehzahl ist in Fig. 2b gezeigt. Wie es in der Detailzeichnung von Fig. 2b gezeigt ist, sind die relativen Positionen des axial beweglichen Flansches 156 und des geneigten Flansches 160 umgekehrt, so dass, wenn die Drehzahl des Laufrades einen maximalen Schwellwert erreicht, das Lager 164 gegen den geneigten Flansch 160' und den axial beweglichen Flansch 156' drückt und den Betätigungsring 140' in Richtung der abgeschrägten Kante 146b drängt, wodurch der Stator 18 von dem stationären Gehäuse 12 entkoppelt wird. Der maximale Schwellwert ist so gewählt, dass der Stator 18 von dem stationären Gehäuse 12 freigegeben wird, nachdem die Kraftübertragungsvorrichtung 110 in einen Wandler-Überbrückungsmodus eingetreten ist, weshalb der Stator 18 mit dem Laufrad 14 und der Turbine 16 mit minimalen parasitären Verlusten drehen kann.
Eine zweite Variation der Kraftübertragungsvorrichtung 110 ist in Fig. 2 gezeigt und enthält sowohl die in Fig. 2a gezeigte Variation als auch die in Fig. 2b gezeigte. Bei dieser Variation sind die parasitären Verluste bei hoher Drehzahl und niedriger Drehzahl verringert.
In Fig. 4 ist eine Kraftübertragungsvorrichtung 210 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in Form eines Automatikgetriebes gezeigt, die ein Eingangsritzel 212, einen Ausgangskäfig 214, einen Reaktionsring 216, der mit dem Eingangsritzel 212 und dem Ausgangskäfig 214 in Verbindung steht, und eine Binärkupplung für ein automatisches Schalten des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes zwischen einem ersten Übersetzungsverhältnis, in dem der Reaktionsring 216 mit dem Getriebegehäuse 218 gekoppelt ist, und einem zweiten Einheitsübersetzungsverhältnis, in dem der reaktive Ring 216 mit dem Ausgangskäfig 214 gekoppelt ist.
Die binäre Kupplung umfasst ein inneres Kupplungspaket 220 mit einem hydraulisch betätigten inneren Kupplungsbetätigungsglied 222 für ein Koppeln und Entkoppeln des Reaktionsrings 216 mit und von dem Ausgangskäfig 214 und eine Einwegkupplung 232 vom Spiraltyp, die mit dem Gehäuse 218 über ein Gehäuseelement 224 für ein progressives Koppeln des Reaktionsrings 216 mit dem Gehäuse 218 gekoppelt ist, wenn das innere Kupplungspaket 220 den Reaktionsring 216 von dem Ausgangskäfig 214 entkoppelt, und für ein progressives Entkoppeln des Reaktionsrings 216 von dem Gehäuse 218, wenn das innere Kupplungspaket 220 den Reaktionsring 216 mit dem Ausgangskäfig 214 koppelt. Die Binärkupplung umfasst außerdem ein äußeres Kupplungspaket 225 mit einem hydraulisch betätigten äußeren Kupplungsbetätigungsglied 226 für ein Koppeln des Reaktionsrings 216 mit dem Gehäuse 218 für ein Motorbremsen. Der Aufbau und die Dynamik der Einwegkopplung 232 vom Spiraltyp kann besser mit Bezug auf die Fig. 5a bis 5c verstanden werden.
Die in den Fig. 5a bis 5c gezeigte Einwegkupplung 232 vom Spiraltyp umfasst ein rohrförmiges Kupplungsgehäuse 234, das mit dem Gehäuseelement 224 gekoppelt ist, ein elastisches, C-förmiges, rohrförmiges Gleitstück 236, das koaxial zu dem Kupplungsgehäuse 234 in diesem angeordnet ist, und einen konischen Laufring 238, der koaxial zu dem Gleitstück 234 in diesem angeordnet ist. Der Laufring 238 ist mit der Laufringführung 227 kerbverzahnt, wobei die Laufringführung 227 ihrerseits durch eine Verlängerung 229 mit dem Reaktionsring 216 gekoppelt ist. Das Kupplungsgehäuse 234 weist eine innere Rohrfläche 242 auf, die mehrere gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufende Oberflächenabschnitte 242a umfasst.
Das Gleitstück 236 weist eine innere konisch Reibungsfläche 244 und eine äußere Rohrfläche 246 auf, die mehrere gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufende Oberflächenabschnitte 246a umfasst. Das Gleitstück 236 ist mit einem Schlitz 236a versehen, der sich zwischen der inneren konischen Reibungsfläche 244 und der äußeren Rohrfläche 246 axial entlang der Länge des Gleitstücks 236 erstreckt, damit sich das Gleitstück 236 ansprechend auf eine Axialbewegung des Laufrings 238 ausdehnen und zusammenziehen kann. Die gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitte 246a sind im Wesentlichen kongruent zu den gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitten 242a. Vorzugsweise sind die Spiraloberflächenabschnitte 242a, 246a Evolventenspiralen, so dass das Kupplungsgehäuse 234 relativ zu dem Gleitstück 236 dreht, wobei die spiralförmigen Oberflächenabschnitte 242a parallel zu den spiralförmigen Oberflächenabschnitten 246a bleiben. Je nach Anwendungserfordernis können jedoch auch andere Spiralformen verwendet werden. Der konische Laufring 238 weist eine äußere konische Reibungsfläche 240 auf, die kongruent zu der inneren konischen Reibungsfläche 244 ist.
Die innere Rohrfläche 242 und die äußere Rohrfläche 246 bilden gemeinsam einen Kanal 248, der zwischen dem Kupplungsgehäuse 234 und dem Gleitstück 236 angeordnet ist, das sich in Längsrichtung des Kupplungsgehäuses 234 und des Gleitstücks 236 erstreckt. Mehrer Wälzlager 250 und elastische Elemente 252 sind innerhalb des Kanals 248 angeordnet, um eine beschränkte Drehbewegung zwischen dem Gleitstück 236 und dem Kupplungsgehäuse 234 zu schaffen.
Die Betriebsmodi der Einwegkupplung 232 des Spiraltyps werden nachstehend kurz beschrieben. Aufgrund der elastischen Eigenschaft des Gleitstücks 236 und des Vorhandenseins des Schlitzes 236a dehnt sich das Gleitstück 236 ansprechend auf die Axialbewegung des Laufrings 238 radial aus, wenn der konische Laufring 238 in das Gleitstück 236 so bewegt wird, dass die äußere konische Reibungsfläche 240 an der inneren konischen Reibungsfläche 244 angreift, wodurch die durch das Gleitstück 236 gegen den Laufring 238 ausgeübte Radialkraft erhöht wird. Wenn der Laufring 238 ausreichend tief in das Gleitstück 238 bewegt wird und dann darauf folgend in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, drehen sich die gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitte 246a in Richtung der gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitte 242a, weshalb die Breite des Kanals 248 verringert wird und die äußere konische Reibungsfläche 240 mit einer größeren Kraft gegen die innere konische Reibungsfläche 244 gehalten wird. Wenn der Laufring 238 weiter in Uhrzeigerrichtung dreht, verengt sich der Kanal 248, bis das Gleitstück 236 und der Laufring 238 durch das Kupplungsgehäuse 234 blockiert werden.
Wenn die Drehrichtung des Laufrings 238 umgekehrt wird, wird die Breite des Kanals 248 größer, wodurch der Laufring 238 von dem Kupplungsgehäuse 234 entkoppelt wird. Wenn der konische Laufring 238 axial in das Gleitstück 236 bewegt wird, kann sich der Reaktionsring 216 deshalb frei gegen die Uhrzeigerrichtung drehen, wird jedoch durch das Gehäuse 218 in Uhrzeigerrichtung blockiert. Wenn der konische Laufring 238 dahingegen aus dem Gleitstück 236 herausgezogen wird, wird die durch das Gleitstück 236 gegen den Laufring 238 ausgeübte Kraft verringert, so dass sich der Laufring 238 frei in beiden Richtungen drehen kann. Folglich kann der Reaktionsring 216 in beiden Richtungen um das Gehäuse 218 drehen.
Der Mechanismus, durch den der konische Laufring 238 in Richtung des Gleitstückes 236 vorbewegt und von diesem zurückgezogen wird, wird nun zurückkehrend auf Fig. 4 beschrieben. Wie es in der Detailzeichnung ganz oben in Fig. 4 gezeigt ist, ist der konische Laufring 238 mit einer Feder 228 gekoppelt, die den konischen Laufring 238 in das Gleitstück 236 drückt. Der konische Laufring 238 steht andererseits ebenfalls mit dem hydraulisch betätigten inneren Betätigungsglied 222 über einen Fluidkanal 230 in Verbindung. Wenn die innere Kupplungspackung 220 inaktiv ist, greift der konische Laufring 238 deshalb an dem Gleitstück 236 an, wodurch der Reaktionsring 216 an dem Gehäuse 218 für ein erstes Übersetzungsverhältnis festgelegt wird. Wenn die innere Kupplungspackung 220 aktiviert ist, wirkt der gegen das innere Betätigungsglied 222 ausgeübte hydraulische Fluiddruck gegen den durch die Feder 228 auf den konischen Laufring 238 ausgeübten Druck. Deshalb wird der konische Laufring 238 gleichmäßig von dem Gleitstück 236 zurückgezogen, wodurch ein weicher Übergang von dem ersten Übersetzungsverhältnis zu dem zweiten Übersetzungsverhältnis geschaffen wird. Wenn die innere Kupplungspackung 220 deaktiviert ist, greift der konische Laufring 238 auf ähnliche Weise weich an dem Gleitstück 236 an, wodurch ein weicher Übergang von dem zweiten Übersetzungsverhältnis zurück zu dem ersten Übersetzungsverhältnis geschaffen wird.
Da die Einwegkupplung 232 in einer Richtung freiläuft, könnte die Einwegkupplung 232 das erste Übersetzungsverhältnis während eines Motorbremsens oder im Rückwärtsgang nicht aufrechterhalten. Unter diesen Umständen kann die äußere Kupplungspackung 225 eingerückt werden, um den Reaktionsring 216 mit dem Gehäuse 218 zu koppeln. Da die äußere Kupplungspackung 225 deshalb nur für ein Motorbremsen und einen Rückwärtsgang erforderlich ist, ist die Größe der äußeren Kupplungspackung 225 geringer als bei einer, die bei bekannten Automatikgetriebekonstruktionen verwendet wird. Da durch die innere Kupplungspackung 220 das Einheitsübersetzungsverhältnis geschaffen wird, wird außerdem der mit dem Überlaufschleppmoment der Einwegkupplung 232 in Zusammenhang stehende Kraftverlust virtuell beseitigt.
Eine Variation der Kraftübertragungsvorrichtung 210 ist in der untersten Detailzeichnung von Fig. 4 gezeigt. Wie es hier gezeigt ist, ist die Einwegkupplung 232 durch eine ähnliche Einwegkupplung ersetzt, die jedoch durch einen unabhängigen Fluidkanal 230' aktiviert wird. Diese Variation kann deshalb dazu verwendet werden, wahlweise ein Entkuppeln des Antriebsstrangs zu erhalten.
Um das Verständnis der dritten Ausführungsform der Erfindung zu unterstützen, wird nun ein bekanntes Verteilergetriebe beschrieben, woraufhin eine Beschreibung der dritten Ausführungsform der Erfindung folgt. Das in Fig. 6 gezeigte bekannte Verteilergetriebe für einen Vierradantrieb, das insgesamt mit 310 bezeichnet ist, umfasst eine Eingangswelle 312, eine Hinterrad-Drehmomentausgangswelle 314, die mit der Eingangswelle 312 gekoppelt ist, eine Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 316 und eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für eine Übertragung eines Moments von der Eingangswelle 312 auf die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 316. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung umfasst ein erstes Vorderradantriebs- Kettenzahnrad 318, das mit der Eingangswelle 312 kerbverzahnt ist, ein zweites Vorderradantriebs-Kettenzahnrad 320, das um die Vorderrad- Drehmomentausgangswelle 316 drehbar angeordnet ist und Keilnuten 321 aufweist, und eine Kette 322, die um das erste und das zweite Zahnrad 318, 320 verläuft.
Die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 316 umfasst mehrere Keilnuten 324, die darauf vorgesehen sind. Ein mit Keilnuten versehener Ring 326, der koaxial zu den Keilnuten 324 angeordnet ist, wird manuell über eine Gabel 328 zwischen einer ersten Position, in der der mit Keilnuten versehene Ring 326 mit dem zweiten Vorderradantriebs-Kettenzahnrad 320 über Keilnuten 321 mit den Keilnuten 324 an der Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 316 gekoppelt ist, und einer zweiten Position axial bewegt, in der das zweite Vorderradantriebs-Kettenzahnrad 320 frei um die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 316 drehen kann. Wenn der mit Keilnuten versehene Ring 326 sich in der ersten Position befindet, werden daher sowohl die Hinterrad-Drehmomentausgangswelle 214 als auch die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 316 mit der Eingangswelle 312 gekoppelt. Wenn sich der mit Keilnuten versehene Ring 324 in der zweiten Position befindet, wird nur die Hinterrad- Drehmomentausgangswelle 214 mit der Eingangswelle 312 gekoppelt. Um die unterschiedliche Drehung zwischen der vorderen und der hinteren Drehmomentausgangswelle 314, 316 während Fahrzeugmanövern auszugleichen, wenn sich der mit Keilnuten versehene Ring 326 in der ersten Position befindet, ist eine Reibungskupplung (nicht gezeigt) zwischen dem zweiten Vorderradantriebs-Kettenzahnrad 320 und einer koaxial angebrachten Welle (nicht gezeigt) angeordnet, die ein Auftreten eines Kupplungsschlupfs ermöglicht. Wie es jedoch oben stehend beschrieben wurde, unterbricht ein Kupplungsschlupf eine gleichmäßige Kraftübertragung während eines Fahrens um eine Ecke, wodurch der Kraftstoffwirkungsgrad und der Kraftstoffverbrauch reduziert wird.
Der Vorderradantriebsabschnitt der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung in Form eines Verteilergetriebes wird nun anhand von Fig. 7a beschrieben. Die Kraftübertragungsvorrichtung 410 umfasst eine Eingangswelle (nicht gezeigt), eine Hinterrad-Drehmomentausgangswelle (nicht gezeigt), eine Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 416, ein erstes Vorderradantriebs-Kettenzahnrad (nicht gezeigt), das mit der Eingangswelle kerbverzahnt ist, eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 420, die mit der Vorderrad- Drehmomentausgangswelle 416 gekoppelt ist, und eine Kette 422, die zwischen dem ersten Vorderradantriebs-Kettenzahnrad und der Kraftübertragungsvorrichtung 420 verbunden ist. Wie es zu erkennen ist, überträgt die Drehmomentübertragungsvorrichtung 420 ein Drehmoment von dem ersten Vorderradantriebs-Kettenzahnrad auf die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 416, wobei die Vorderrad- Drehmomentausgangswelle 416 unabhängig von der Drehrichtung der Eingangswelle überlaufen werden kann.
Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 420 umfasst ein ringförmiges Kettenzahnrad 424, das um die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 416 drehbar angeordnet ist, ein Paar von Einwegkupplungen 432a, 432b und ein Betätigungsglied 426. Das ringförmige Kettenzahnrad 424 weist eine innere Rohrfläche auf, die die Vorderrad- Drehmomentausgangswelle 416 umgibt, wobei ein Innenraum 428 dazwischen gebildet wird und die Einwegkupplungen 432a, 432b innerhalb des Innenraums 428 angeordnet sind.
Die Einwegkupplungen 432a, 432b sind der Einwegkupplung 232 ähnlich. Die Einwegkupplung 432a umfasst ein rohrförmiges Kupplungsgehäuse 434a, das mit dem ringförmigen Kettenzahnrad 424 gekoppelt ist, ein elastisches, C-förmiges, rohrförmiges Gleitstück 436a, das koaxial zu dem Kupplungsgehäuse 434a in diesem angeordnet ist, und einen konischen Laufring 438a, der innerhalb des Gleitstückes 436a angeordnet ist. Das Kupplungsgehäuse 434a weist eine innere Rohrfläche auf, die mehrere in Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufende Oberflächenabschnitte umfasst. Das Gleitstück 436a weist eine innere konische Reibungsfläche 444a auf und eine äußere rohrförmige Fläche auf, die mehrere in Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufende Oberflächenabschnitte umfasst, die kongruent zu den in Uhrzeigerrichtung spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitten an dem Kupplungsgehäuse 434b sind. Das Gleitstück 436a ist mit einem Schlitz versehen, der sich zwischen der inneren konischen Reibungsfläche 444a und der äußeren rohrförmigen Fläche axial entlang der Länge des Gleitstücks 436a erstreckt. Ein Kanal ist zwischen dem Kupplungsgehäuse 434a und dem Gleitstück 436a angeordnet, um mehrere Wälzlager und elastische Elemente darin zu halten.
Die Einwegkupplung 432b ist ein Spiegelbild der Einwegkupplung 432a und umfasst ein rohrförmiges Kupplungsgehäuse 434b, ein elastisches, C-förmiges, rohrförmiges Gleitstück 436b und einen konischen Laufring 438b. Das Kupplungsgehäuse 434b weist eine innere Rohrfläche auf, die mehrere gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmige verlaufende Oberflächenabschnitte umfasst. Das Gleitstück 436b weist eine innere konische Reibungsfläche 444b und eine äußere Rohrfläche auf, die mehrere gegen die Uhrzeigerrichtung nach außen spiralförmig verlaufende Oberflächenabschnitte umfasst, die kongruent zu den gegen die Uhrzeigerrichtung spiralförmig verlaufenden Oberflächenabschnitten des Kupplungsgehäuses sind. Ein Kanal ist zwischen dem Kupplungsgehäuse 434b und dem Gleitstück 436b angeordnet, um mehrere Wälzlager und elastische Elemente darin zu halten.
Der konische Laufring 438a und der konische Laufring 438b sind auf einem rohrförmigen gemeinsamen Laufringelement 438 angeordnet, verjüngen sich jedoch entgegengesetzt. Das Laufringelement 438 ist mit der Vorderrad- Drehmomentausgangswelle 416 kerbverzahnt und bewegt sich darauf axial zwischen einer ersten Position (Fig. 7b), in der der Laufring 438a an dem Gleitstück 436a angreift, und einer zweiten Position (Fig. 7c), in der der Laufring 438b an dem Gleitstück 436b angreift. Wenn das Laufringelement 438 in die erste Position bewegt wird und die Eingangswelle in Uhrzeigerrichtung dreht, treibt das ringförmige Kettenzahnrad 424 deshalb die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 416 in Uhrzeigerrichtung an, wobei die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 416 das ringförmige Kettenzahnrad 424 in Uhrzeigerrichtung frei überlaufen kann. Wenn das Laufringelement 438 in die zweite Position bewegt wird und die Eingangswelle gegen die Uhrzeigerrichtung dreht, treibt das Kettenzahnrad 424 die Vorderrad- Drehmomentausgangswelle 416 gegen die Uhrzeigerrichtung an, wobei die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 416 das ringförmige Kettenzahnrad 424 gegen die Uhrzeigerrichtung frei überlaufen kann.
Das Betätigungsglied 426 wird nun mit Bezug auf die Fig. 7a und 8 beschrieben. Wie es hier gezeigt ist, weist die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 416 einen rohrförmigen Hohlraum 446 auf. Das Betätigungsglied 426 umfasst ein rohrförmiges Element 448, das koaxial zu dem gemeinsamen Laufringelement 438 und dem rohrförmigen Hohlraum 446 in diesem angeordnet ist, und einen rohrförmigen Stopfen 450, der innerhalb des rohrförmigen Elements 448 angeordnet ist. Das rohrförmige Element 448 umfasst eine spiralförmige Betätigungsnocke 452, eine Betätigungswelle 454, die mit dem gemeinsamen Laufringelement 438 gekoppelt ist und durch den rohrförmigen Stopfen 450 und die Betätigungsnocke 452 hindurchgeht, und eine erste Schraubenfeder 456, die innerhalb des rohrförmigen Hohlraums 446 angeordnet ist und axial gegen den rohrförmigen Stopfen 450 drückt. Das Betätigungsglied 426 weist außerdem eine Einwegkupplung 458 auf, die zwischen dem rohrförmigen Element 448 und dem Gehäuse 460 des Verteilergetriebes 410 gekoppelt ist.
Wenn sich die Eingangswelle im Betrieb in Uhrzeigerrichtung (vorwärts) dreht, werden die Hinterrad-Drehmomentausgangswelle und das ringförmige Kettenzahnrad 424 dazu gezwungen, in Uhrzeigerrichtung zu drehen. Die erste Schraubenfeder 456 schiebt das Laufringelement 438 in die erste Position, die in Fig. 7b gezeigt ist, wodurch das ringförmige Kettenzahnrad 424 an dem Gleitstück 434a angreift und die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 416 in Vorwärtsrichtung dreht. Das Fahrzeug bewegt sich daher in Vorwärtsrichtung. Wenn das Fahrzeug in eine Kurve eintritt, wodurch die Vorderräder schneller drehen als die Hinterräder, überläuft die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 416 das ringförmige Kettenzahnrad 424, wodurch die Kurve gleichmäßig beendet werden kann. Wenn die Hinterräder zu irgendeiner Zeit zu rutschen beginnen, hält das Fahrzeug seine Geschwindigkeit aufgrund der Kraft aufrecht, die auf die Vorderräder über die Einwegkupplung 432a aufgebracht wird.
Wenn die Richtung der Eingangswelle umgedreht wird, werden die Hinterrad- Drehmomentausgangswelle und das Kettenzahnrad 424 dazu gezwungen, gegen die Uhrzeigerrichtung (rückwärts) zu drehen, wodurch das Fahrzeug dazu gezwungen wird, sich rückwärts zu bewegen. Deshalb wird die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 416 dazu gezwungen, sich gegen die Uhrzeigerrichtung zu drehen. Einer Drehung des rohrförmigen Elements 448 gegen die Uhrzeigerrichtung setzt sich jedoch die Einwegkupplung 458 entgegen, weshalb des Laufringelement 438 unter Wirkung der Betätigungsnocke 452 und der Betätigungswelle 454 in die zweite Position verschoben wird, die in Fig. 7c gezeigt ist. Das ringförmige Kettenzahnrad 424 greift dann an dem Gleitstück 434b an und treibt die Vorderrad-Drehmomentausgangswelle 416 in Rückwärtsrichtung an.
Wie es in Fig. 7a gezeigt ist, wird der Kupplungskörper der Einwegkupplung 458 durch eine zweite Schraubenfeder 462 und einen Bajonettstopfen 464 gegen das Gehäuse 460 gehalten. Wenn der Bajonettstopfen 464 von dem Gehäuse 460 freigegeben wird, drängen die erste und die zweite Schraubenfeder 456, 462 das Laufringelement 438 in eine Position zwischen den Einwegkupplungen 436a, 436b (Fig. 7a). Das ringförmige Kettenzahnrad 424 wird daher von der Vorderrad- Drehmomentausgangswelle 416 in beiden Richtungen entkoppelt, weshalb das Fahrzeug abgeschleppt werden kann.
Andere Variationen der Drehmomentübertragungsvorrichtung 420 sind möglich. Eine solche Variation ist in Fig. 9a gezeigt und umfasst ein Ersetzen der Einwegkupplungen 432a, 432b und des konischen Laufringelements 438 durch zylindrische Einwegkupplungen 532a, 532b und ein zylindrisches gemeinsames Laufringelement 538. Ein vollständiger Satz von Kugellagern 566a, 566b ist auf dem Laufringelement 538 angeordnet und drückt gegen die abgeschrägten Kanten der Gleitstücke 536a, 536b der Einwegkupplungen, wenn die Betätigungswelle 454 das Laufringelement 538 axial zwischen der ersten und zweiten Position verschiebt.
Eine andere Variation ist in Fig. 9b gezeigt und umfasst den Ersatz der Einwegkupplungen 432a, 432b und des konischen Laufringelements 438 durch zylindrische, axial bewegbare Einwegkupplungen 632a, 632b und getrennte zylindrische Laufringelemente 638a, 638b. Ein vollständiger Satz von Kegelrollenlagern 666 ist in einem Laufring zwischen den Laufringelementen 638a, 638b angeordnet und drückt auf die abgeschrägten Kanten der Gleitstücke 636a, 636b der Einwegkupplungen, wenn die Betätigungswelle 654 die Gleitstücke 636a, 636b zwischen der ersten Position und der zweiten Position axial verschiebt. Ein Federelement 656 wirkt der Axialbewegung der Gleitstücke 636 entgegen und dient für ein Entkoppeln der Einwegkupplung 632b von der Vorderradantriebs-Drehmomentausgangswelle 416, wenn sich die Betätigungswelle 654 in die erste Position bewegt.
Fig. 9c zeigt eine Drehmomentübertragungsvorrichtung, die der Drehmomentübertragungsvorrichtung von Fig. 9b im Wesentlichen ähnlich ist, außer dass die Betätigungswelle 654 durch eine Betätigungsnockenplatte 768, eine Einwegkupplung 770, die in Reibungseingriff mit dem Gehäuse 760 steht, und Wälzlager 772 ersetzt ist, die zwischen der Nockenplatte 768 und der Einwegkupplung 770 angeordnet sind, um die Einwegkupplung 632a mit der Vorderradantriebs-Drehmomentausgangswelle 416 zu koppeln, wenn die Eingangswelle in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, und um die Einwegkupplung 632b mit der Vorderradantriebs-Drehmomentausgangswelle 416 zu koppeln, wenn die Eingangswelle gegen die Uhrzeigerrichtung gedreht wird.
Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform dient zur Darstellung der vorliegenden Erfindung. Jenen mit normalen Fähigkeiten ist es möglich, gewisse Hinzufügungen, Weglassungen oder Modifikationen der beschriebenen Ausführungsform durchzuführen, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

1. Drehmomentwandler mit

einem Drehmomenteingangselement (14);

einem Drehmomentausgangselement (16);

einem Drehmomentreaktionselement (18), das mit einem stationären Gehäuse (12) gekoppelt ist und mit dem Drehmomenteingangselement (14) und dem Drehmomentausgangselement (16) in Verbindung steht, um ein Drehmoment von dem Drehmomenteingangselement (14) zu dem Drehmomentausgangselement (16) zu verstärken und zu übertragen,

einer Kupplung (132), die auf die Drehzahl des Drehmomenteingangselements (14) anspricht, um das Drehmomentreaktionselement (18) von dem stationären Gehäuse (12) freizugeben, wenn die Drehzahl einen Schwellenwert erreicht,

wobei die Kupplung eine Einweg-Kupplung (132) und eine Zentrifugalregeleinrichtung (156, 160, 164) umfasst, die mit der Einwegkupplung (132) und dem Drehmomenteingangselement (14) gekoppelt ist, um die Einwegkupplung (132) selektiv zwischen einem Aktivmodus und einem Inaktivmodus ansprechend auf die Drehzahl zu schalten, dadurch gekennzeichnet, dass

die Einwegkupplung (132) eine Spiraltyp-Einwegkupplung umfasst, die ein rohrförmiges Kupplungsgehäuse (134), ein rohrförmiges Gleitstück (136), das koaxial zu dem Kupplungsgehäuse (134) angeordnet ist, einen Spiralkanal (148) zwischen dem Kupplungsgehäuse (134) und dem Gleitstück (136), in dem eine Vielzahl von Walzenelementen (150) angeordnet sind, und einen rohrförmigen Laufring (138) aufweist, wobei der rohrförmige Laufring (138) mit dem stationären Gehäuse (12) gekoppelt ist, um an dem rohrförmigen Gleitstück (136) anzugreifen, und ein Betätigungsglied (140) mit dem Gleitstück (136) gekoppelt ist, um das Gleitstück relativ zu dem Laufring (138) zu bewegen.

2. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugalregeleinrichtung (156, 160, 154) das Drehmomentreaktionselement (18) von dem stationären Gehäuse (12) freigibt, wenn die Drehzahl unterhalb eines Schwellenwertes fällt.

3. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugalregeleinrichtung (156, 160, 164) das Drehmomentreaktionselement (18) von dem stationären Gehäuse (12) freigibt, wenn die Drehzahl einen Schwellenwert überschreitet.

4. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadaurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugalregeleinrichtung (156, 160, 164) einen geneigten Flansch (160), einen axial beweglichen Flansch (156), der mit der Einwegkupplung (132) gekoppelt ist und mit dem geneigten Flansch (160) einen zwischenliegenden Kanal (162) bildet, und ein Lager (164) aufweist, das innerhalb des Kanals (163) angeordnet ist, wobei die Flansche (156, 160) mit dem Drehmomenteingangselement (14) gekoppelt sind und einen gemeinsamen Drehmittelpunkt aufweisen, und der geneigte Flansch (160) von dem Drehmittelpunkt nach außen geneigt ist.

5. Automatikgetriebe zur Übertragung einer Kraft zwischen einem Motor und einem Drehabtrieb, wobei das Automatikgetriebe umfasst:

ein Drehmomenteingangselement (212),

ein Drehmomentausgangselement (214),

ein Reaktionselement (116), das mit dem Drehmomenteingangselement (212) und dem Drehmomentausgangselement (214) in Verbindung steht, und

eine Binärkupplung (220, 224) für ein automatisches Schalten des Reaktionselementes (216) zwischen einem ersten Modus, in dem das Reaktionselement mit einem Getriebegehäuse (218) gekoppelt ist, und einem zweiten Modus, in dem das Reaktionselement mit dem Drehmomenteingangselement (212) oder dem Drehmomentausgangselement (214) gekoppelt wird, wobei die Binärkupplung (220, 224) eine erste Kupplung (220) umfasst, die eine erstes Kupplungsbetätigungsglied (222) für ein Koppeln des Reaktionselements (216) mit dem einen Drehmomentausgangselement (214) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

es außerdem eine Einwegkupplung (232) für ein progressives Koppeln und Entkoppeln des Reaktionselements (216) mit oder von dem Getriebegehäuse (218) umfasst, wenn zwischen dem ersten und zweiten Modus geschaltet wird,

die Einwegkupplung eine Spiraltyp-Einwegkupplung umfasst, die ein rohrförmiges Kupplungsgehäuse (234), ein rohrförmiges Gleitstück (236), das koaxial in dem Kupplungsgehäuse (234) angeordnet ist, einen zwischen dem Kupplungsgehäuse (234) und dem Gleitstück(236) angeordneten Spiralkanal (248), in dem eine Vielzahl von Walzenelementen (250) angeordnet ist, und einem rohrförmigen Laufring (238) aufweist, wobei der rohrförmige Laufring (238) mit dem Gleitstück (236) und dem ersten Kupplungsbetätigungsglied (222) in Verbindung steht, um abhängig von einer Position des ersten Kupplungsbetätigungsgliedes (222) das Gleitstück (236) bezüglich des Kupplungsgehäuses (234) progressiv radial zu bewegen.

6. Automatikgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungsbetätigungsglied (222) hydraulisch betätigt wird, und das rohrförmige Gleitstück (236) mit dem ersten Kupplungsbetätigungsglied (222) in Fluidverbindung steht.

7. Automatikgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Binärkupplung (220, 224) eine zweite Kupplung (224) aufweist, die das Reaktionselement (216) während eines Motorbremsens mit dem Getriebegehäuse (218) verbindet.

8. Vierradanstriebsverteilergetriebe mit

einem Drehmomenteingangsement (424), einem Hinterrad- Drehmomentausgangselement (314), das mit dem Drehmomenteingansgelement (424) gekoppelt ist,

einem Vorderrad-Drehmomentausgangselement (416), und

einer Drehmoment-Verteilervorrichtung (420) für eine Übertragung eines Drehmoments von dem Drehmomenteingangsgelement (424) auf das Vorderrad-Drehmomentausgangselement (416), wobei die DrehmomentVerteilervorrichtung (420) ein Paar von Einwegkupplungen (432a, 432; 532a, 532b; 632a, b) umfasst, die zwischen dem Drehmomenteingangselement (424) und dem Vorderrad-Drehmomentausgangselement (416) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass

die Einwegkupplungen entgegengesetzte Freilauf- Drehrichtungen aufweisen, um einen Überlauf des Vorderrad- Drehmomentausgangselements (416) unabhängig von der Drehrichtung des Drehmoment-Eingangselements (424) zu ermöglichen,

die Drehmomentverteilervorrichtung (420) ein Kettenrad aufweist, das mit dem Hinterrad-Drehmomentausgangselement (314) gekoppelt ist, und

jede Einwegkupplung (432a, 432b; 532a, 532b; 632a, 632b) eine Spiraltyp-Einwegkuppung umfasst, die ein rohrförmiges Kupplungsgehäuse (234), ein rohrförmiges Gleitstück (436a, 436b; 536a, 536b; 636a, 636b), das koaxial in dem Kupplungsgehäuse angeordnet ist, einen zwischen dem Kupplungsgehäuse und dem Gleitstück angeordneten Spiralkanal, in dem eine Vielzahl von Walzenelementen angeordnet sind, und einen rohrförmigen Laufring (438a, 438b; 538; 638a, 638b) aufweist, wobei das Kupplungsgehäuse eine innere rohrförmige Fläche (434a, 434b) aufweist, die das Vorderrad- Drehmomentausgangselement (416) umgibt und dazwischen einen Innenraum bildet,

wobei der rohrförmige Laufring mit dem Vorderrad- Drehmomentausgangselement (416) gekoppelt ist und innerhalb des Innenraums zwischen der inneren rohrförmigen Fläche (434a, 434b) und dem Laufring angeordnet ist, und den Spiralkanal zwischen der inneren rohrförmigen Fläche (434a, 434b) und dem Gleitstück (436a, 436b; 536a, 536b; 636a, 636b) bildet, und

ein Betätigungsglied (426) mit dem Gleitstück (436a, 436b; 536a, 536b; 636a, 636b) gekoppelt ist, um das Gleitstück bezüglich des Laufrings radial zu bewegen.

9. Vierradantriebsverteilergetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmigen Laufringe (438a, 438b; 538) konische Laufringe umfassen und auf einem gemeinsamen Laufringelement (438; 538) angeordnet sind, das längs des Vorderrad-Drehmomentausgangselements (416) zwischen einer ersten Position, in der es an einem der Kupplungsgleitstücke (436a, 436b) angreift, und einer zweiten Position axial verschiebbar ist, in der es an dem anderen der Kupplungsgleitstücke (436b, 436a) angreift.

10. Vierradantriebsverteilergetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (426) ein rohrförmiges Element (448), das koaxial zu dem gemeinsamen Laufringelement (438; 538) liegt und auf dem eine Spiralbetätigungsnocke (452) vorgesehen ist, und eine Betätigungswelle (454) umfasst, die mit dem gemeinsamen Laufringelement (438; 538) gekoppelt ist und durch die Betätigungsnocke (452) hindurchgeht, um abhängig von Änderungen der Drehrichtung des Vorderrad-Drehmomentausgangselements (416) das gemeinsame Laufringelement (438; 538) axial in Richtung der jeweiligen Kupplungsgleitstücke (436a, 436b; 536a, 536b) zu bewegen.

11. Vierradantriebsverteilergetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes rohrförmige Gleitstück (436a, 436b) eine abgeschrägte Kante aufweist, und das Betätigungsglied ein zu den rohrförmigen Laufringen (438a, 438b; 538) koaxiales rohrförmiges Element (448), auf dem eine Spiralbetätigungsnocke (452) vorgesehen ist, und eine Betätigungswelle (454) aufweist, die mit den abgeschrägten Kanten gekoppelt ist und durch die Betätigungsnocke (452) hindurchgeht, um die jeweiligen Einwegkupplungen (432a; 432b) abhängig von Änderungen der Drehrichtung des Vorderrad- Drehmomentausgangselements (416) auszurücken.

12. Vierradantriebsverteilergetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmigen Gleitstücke (536a, 536b) eine abgeschrägte Kante aufweisen und längs des Vorderrad-Drehmomentausgangselements (416) axial verschiebbar sind, und das Betätigungsglied ein axial stationäres Betätigungselement, das angrenzend an die abgeschrägten Kanten angeordnet ist, ein zu den rohrförmigen Laufringen koaxiales rohrförmiges Element (448), auf dem eine Spiralbetätigungsnocke (452) vorgesehen ist, und eine Betätigungswelle (454; 654) umfasst, die mit den Kupplungsgleitstücken (438; 538; 638) gekoppelt ist und durch die Betätigungsnocke (452) hindurchgeht, um abhängig von Änderungen der Drehrichtung des Vorderrad- Drehmomentausgangselements die jeweiligen abgeschrägten Kanten gegen das stationäre Betätigungselement zu drücken.