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Diese Erfindung betrifft Schaltgetriebe
und insbesondere ein Verteilergetriebe in einem Antriebsstrang eines
Allradantriebs.
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Ein Antriebsstrang eines Allradantriebs
besteht im allgemeinen aus einem Motor, einem mehrstufigen Schaltgetriebe,
einer Verteilergetriebeanordnung und vorderen und hinteren Antriebswellen.
Die Verteilergetriebeanordnung ist in einem Verteilergetriebkasten
enthalten, der am außenliegenden
Ende des Schaltgetriebes befestigt ist. Dies erfordert, wie beispielsweise
aus der
US 3,968,704 bekannt,
daß der
Verteilergetriebekasten auf freitragende Weise am Schaltgetriebegehäuse gehalten
ist. Alternativ werden, wie beispielsweise aus der
US 4,037,429 bekannt, während des
Zusammenbaus zusätzliche Stützelemente
an der Unterseite des Fahrzeugs befestigt, um den Verteilergetriebkasten
zu versteifen.
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Aus der WO 97/46406 A1 ist ein Antriebsstrang
eines Allradantriebs mit einem Verteilergetriebe bekannt, bei dem
eine Abtriebswelle des Verteilergetriebes koaxial in der Abtriebswelle
der Getriebeanordnung angeordnet ist.
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Aus der
US 45 72 318 ist ein Antriebsstrang eines
Allradantriebs bekannt, bei dem zwischen Motor und Getriebe ein
einfaches Planetengetriebe als Verteilergetriebe angeordnet ist.
Der Antrieb der Vorderachse erfolgt über das Sonnenrad des einfachen Planetengetriebes
und die Hinterachse wird über
das Hohlrad des einfachen Planetengetriebes angetrieben.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, einen verbesserten Antriebsstrang eines Allradantriebs zu
schaffen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist ein Verteilergetriebe in einer axialen Kraftflußstrecke
zwischen einem hydrodynamischen Antrieb und einem mehrstufigen Planetengetriebe
angeordnet. Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung überträgt das Verteilergetriebe Kraft
von dem hydrodynamischen Antrieb zum Planetengetriebe und vom Planetengetriebe
zu einem Abtriebselement.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung umfaßt
das Verteilergetriebe zwei identische Sonnenräder und eine Planetenträgeranordnung
mit mehreren drehbar montierten Planetenrädern, die mit beiden Sonnenrädern kämmen. Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sonnenrad von
dem hydrodynamischen Antrieb angetrieben, das andere Sonnenrad liefert
dem mehrstufigen Getriebe eine Antriebskraft, und die Planetenträgeranordnung
treibt eine Kettenabtriebsanordnung an.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird die Antriebskraft von dem hydrodynamischen
Antrieb durch das eine Sonnenrad, die Planetenräder und das andere Sonnenrad
zu dem mehrstufigen Getriebe geleitet. Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung weist das mehrstufige Getriebe eine Differentialabtriebsanordnung
auf, die in Antriebsverbindung mit einem Käfig der Planetenträgeranordnung
und mit einem Abtriebselement steht. Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung überträgt der Käfig durch die
Kettenantriebsanordnung Kraft an die Vorderräder des Fahrzeugs, und das
Abtriebselement überträgt Kraft
an die Hinterräder
des Fahrzeugs. Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
ist ein mehrstufiges Getriebe eines Allradantriebs mit einem zentralen
Verteilergetriebe versehen, das in einer Kraftflußbeziehung
zwischen einem Drehmomentwandler und einem Planetengetriebe vorgesehen
ist, um Kraft von einer Kraftquelle an ein mehrstufiges Getriebe
und von dem Getriebe an einen Satz Fahrzeugantriebsräder zu übertragen.
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Die Zeichnung ist eine schematische
Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem Drehmomentwandler, einem
mehrstufigen Getriebe und einem zentralen Verteilergetriebe.
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Ein Antriebsstrang 10 weist
einen Motor 12, einen Drehmomentwandler 14, ein
zentrales Verteilergetriebe 16 und ein Planetengetriebe
mit mehreren Übersetzungen 18 auf.
Der Motor 12 ist eine herkömmliche Brennkraftantriebsmaschine,
deren Arbeitsweise Fachleuten bekannt ist. Der Drehmomentwandler 14,
der auch eine herkömmliche
Kraftübertragungsvorrichtung
ist, weist ein Laufrad 20, eine Turbine 22 und
einen Stator 24 auf. Das Laufrad 20 wird von dem
Motor 12 über
ein Gehäuse 26 angetrieben.
Eine herkömmliche
Drehmomentwandlerkupplung 28 ist zum selektiven Eingriff
zwischen der Turbine 22 und dem Gehäuse 26 eingerichtet.
Sowohl die Turbine 22 als auch das Gehäuse 26 stehen in Antriebsverbindung
mit einer Drehmomentwandlerabtriebswelle 30. Der Eingriff
der Drehmomentwandlerkupplung 28 verbindet den Motor 12 direkt mit
der Welle 30, was den Drehmomentwandler auf bekannte Weise
aus der Kraftstrecke entfernt.
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Während
eines normalen Drehmomentwandlerbetriebs liefert eine Steuerpumpe 32 unter Druck
gesetztes Hydraulikfluid an ein Steuersystem, nicht gezeigt, das
einen Teil des Hydraulikfluids zum Drehmomentwandler 14 lenkt.
Ein Teil des Fluids wird auf das Planetengetriebe 18 zum
Betrieb mehrerer in diesem verwendeter, selektiv in Eingriff bringbarer
Kupplungen und Bremsen verteilt. Wenn der Drehmomentwandler arbeitet,
liefert der Motor 12 Kraft an das Laufrad 20,
das den mechanischen Antrieb in hydrodynamische Kraft umwandelt,
die auf die Turbine 22 übertragen
und dann auf die Welle 30 als mechanische Kraft verteilt
wird.
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Der Stator 24 lenkt das
Fluid von der Turbine 22 auf bekannte Weise zum Laufrad 20 um,
um die Drehmomentmultiplikation durch den Drehmomentwandler 14 zu
erhöhen.
Wenn sich der Drehmomentwandler 14 dem "Kupplungspunkt"
annähert,
trifft das Fluid, das die Turbine verläßt, auf die Rückseite
der Statorschaufeln auf, so daß eine
Vorwärtsdrehung des
Stators 24 bewirkt und die Drehmomentmultiplikation des
Drehmomentwandlers 14 auf annähernd eins reduziert wird.
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Die Welle 30 steht in Antriebsverbindung
mit einem Sonnenrad 34, das ein Element des zentralen Verteilergetriebes 16 ist.
Das zentrale Verteilergetriebe 16 umfaßt auch ein Sonnenrad 36 und
eine Trägeranordnung 38,
die aus mehreren Planetenrädern 40 besteht,
die drehbar in einem Käfig
oder Armkreuz 42 montiert sind. Das Sonnenrad 34 und
das Sonnenrad 36 weisen den gleichen Teilkreisdurchmesser
und die gleiche Zähnezahl
auf. Das Sonnenrad 36 steht in Antriebsverbindung mit einer
Planetenantriebsmuffenwelle 44, und der Käfig 42 der
Trägeranordnung 38 steht
in Antriebsverbindung mit einer Differentialabtriebswelle 46.
Der Träger
weist eine Außennabe 48 auf,
auf der ein Kettenrad 50 gebildet oder auf andere Weise
befestigt ist. Die Außennabe 48 ist
auf dem Gehäuse
des Antriebsstrangs 52 über
Lager 54 drehbar getragen. Eine flexible Kette 56 ist
zwischen dem Kettenrad 50 und einem in Antriebsverbindung mit
einer Abtriebswelle des Antriebsstrangs 60 stehenden Abtriebskettenrad 58 aufgezogen.
Die Abtriebswelle 60 kann mit entweder dem Vorder- oder Hinterradantriebsmechanismus
des Fahrzeugs, nicht gezeigt, verbunden sein. Zum Zweck dieser Offenbarung
wird angenommen, daß die
Welle 60 in Antriebsverbindung mit dem Vorderradantriebsmechanismus
steht.
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Die Muffenwelle 44 steht
in Antriebsverbindung mit einem Sonnenrad 62 eines einfachen
Planetenradsatzes 64 in einer Planetenradanordnung 66,
die ein Bauteil des Planetengetriebes 18 ist. Der Planetenradsatz 64 umfaßt auch
ein Hohlrad 68 und eine Trägeranordnung 70 mit
mehreren Planetenrädern 72,
die mit dem Sonnenrad 62 und Hohlrad 68 kämmen und
drehbar an einem Käfig
oder Armkreuz 74 montiert sind. Die Planetenradanordnung 66 umfaßt auch
einen zweiten Planetenradsatz 76, der ein Sonnenrad 78,
ein Hohlrad 80 und eine Trägeranordnung 82 aufweist,
die einen Käfig
oder Armkreuz 84 umfaßt,
in dem mehrere Planetenräder 86 drehbar montiert
sind. Die Planetenräder 86 stehen
in kämmender
Beziehung zwischen dem Sonnenrad 62 und dem Hohlrad 68.
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Der Käfig 74 der Trägeranordnung 70 steht
in Antriebsverbindung mit dem Hohlrad 80 und einer Trägeranordnung 120 einer
mittleren Differentialanordnung 126. Das Hohlrad 68 steht
in Wirkverbindung mit einer Freilaufdrehmomentübertragungseinrichtung 92 und
einer selektiv in Eingriff bringbaren Reibkupplung 94.
Die Freilaufdrehmomentübertragungseinrichtung 92 ist
auch mit einer selektiv in Eingriff bringbaren Reibkupplung 96 verbunden.
Das Sonnenrad 78 steht in Antriebsverbindung mit einer Nabe 98,
die in Wirkverbindung mit einer selektiv in Eingriff bringbaren
Reibkupplung 100, einer selektiv in Eingriff bringbaren
Reibbremse 102 und einer Freilaufdrehmomentübertragungseinrichtung 104 steht.
Die Freilaufdrehmomentübertragungseinrichtung 104 steht
in Wirkverbindung mit einer selektiv in Eingriff bringbaren Reibbremse 106.
Die Trägeranordnung 82 steht über eine
Nabe 110 in Wirkverbindung mit einer selektiv in Eingriff
bringbaren Reibkupplung 108 und über eine Nabe 114 mit
der selektiv in Eingriff bringbaren Reibkupplung 96, der
selektiv in Eingriff bringbaren Reibkupplung 94 und einer selektiv
in Eingriff bringbaren Reibbremse 112. Die selektiv in
Eingriff bringbaren Reibkupplungen sind vorzugsweise fluidbetätigte Mehrscheibenvorrichtungen,
die in der Schaltgetriebetechnik bekannt sind. Die Nabe 114 steht
auch in Wirkverbindung mit einer Freilaufdrehmomentübertragungseinrichtung 116. Die
selektiv in Eingriff bringbaren Reibkupplungen 100 und 108 stehen
auch in Wirkverbindung mit der Welle 44.
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Die selektiv in Eingriff bringbaren
Reibbremsen sind vorzugsweise entweder fluidbetätigte Vorrichtungen der Bandart
oder Mehrscheibenvorrichtungen, die auch in der Schaltgetriebetechnik
bekannt sind. Die selektiv in Eingriff bringbaren Reibbremsen 102, 106 und 112 stehen
auch in Wirkverbindung mit dem Antriebsstranggehäuse 52, um das gesteuerte
Element an einer Drehung zu hindern, wenn die Bremsen in Eingriff
stehen. Die Freilaufdrehmomentübertragungseinrichtung 116 steht
auch in Wirkverbindung zwischen dem Gehäuse 52 und der Nabe 114,
um das Hohlrad 68 daran zu hindern, sich in einer entgegengesetzten
Richtung zur Antriebswelle 44 zu drehen, wenn die Kupplung 96 in
Eingriff steht.
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Die Trägeranordnung 70 steht
in Antriebsverbindung mit der mittleren Differentialanordnung 126,
die zwei seitliche Abtriebszahnräder 128 und 130 aufweist.
Das seitliche Zahnrad 128 steht in Antriebsverbindung mit
der Welle 46, und das seitliche Zahnrad 130 steht
in Antriebsverbindung mit einer Abtriebswelle 132, die
in Antriebsverbindung mit einem Hinterradantriebsmechanismus, nicht
gezeigt, steht. Die mittlere Differentialanordnung 126 wird
das Drehmoment zwischen den vorderen und hinteren Antriebsmechanismen
ausgleichen. Daher der Ausdruck mittleres Differential. Die Differentialanordnung 126 ist
eine herkömmliche
Einheit, die Fachleuten in der Getriebetechnik bekannt ist.
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Das Planetengetriebe 18 ist
auf bekannte Weise steuerbar, um vier Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang
durch die überlegte
Betätigung
der Kupplungen und. Bremsen bereitzustellen. Beispielsweise steht
im ersten und niedrigsten Gang die Kupplung 96 in Eingriff
und die Freilaufeinrichtung 116 arbeitet mit dieser zusammen,
um ein Reaktionselement am Hohlrad 68 bereitzustellen,
während
das Sonnenrad 62 von dem Motor über das zentrale Verteilergetriebe 16 angetrieben
wird. Der zweite Vorwärtsgang
wird von der Bremse 106 bereitgestellt, während die
Kupplung 96 in Eingriff bleibt. Der dritte Vorwärtsgang
wird durch den Eingriff der Kupplung 108 hergestellt. Die
Kupplung 96 bleibt in Eingriff, und die Bremse 106 kann
auch in Eingriff bleiben, da die Freilaufeinrichtungen 116 und 104 überholen werden.
Der vierte Vorwärtsgang
wird durch das in Eingriff bringen der Bremse 102 hergestellt.
Die Kupplungen 96 und 108 bleiben in Eingriff,
und die Bremse 106 kann auch in Eingriff bleiben. Die Freilaufeinrichtungen 116, 104 und 92 werden
in einem Überholzustand
sein. Der Rückwärtsgang
wird durch das in Eingriff bringen der Kupplung 100 und
der Bremse 112 hergestellt. Alle anderen Reibvorrichtungen
stehen nicht in Eingriff. Die Kupplung 94 kann in Eingriff
stehen, wenn ein Leerlaufbremsen des Motors im dritten Gang erwünscht ist,
und die Bremse 112 steht in Eingriff, wenn ein Motorbremsen
im ersten Gang erwünscht
ist.
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Wenn ein Gang eingelegt ist und die
Fahrzeugbremsen gelöst
werden, wird die Differentialanordnung 126 gedreht, die
wiederum die Wellen 46 und 132 dreht. Die Welle 46 dreht
die Trägeranordnung 38 und
somit die Welle 60 durch die Kette 56. Die Drehung
des Trägers
beeinflußt
nicht die Drehzahl der Sonnenräder 34 und 36.
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Das zentrale Verteilergetriebe 16 bewirkt, daß Antriebskraft
von der Welle 30 an die Welle 44 übertragen
wird, während
gleichzeitig Abtriebskraft von der Differentialanordnung 126 an
die Trägeranordnung 38 übertragen
wird. Diese einzigartige Zahnradanordnung des zentralen Verteilergetriebes 16 gestattet
es, daß eine
Kraftentnahme aus dem mehrstuiigen Getriebe an dem Aufbau in einer
Kraftflußbeziehung
zwischen einem Antrieb und einem mehrstufigen Schaltgetriebe angeordnet
werden kann. Diese Anordnung erhöht
die Eigenfrequenz des Antriebsstrangs im Vergleich mit herkömmlichen Allradantrieben,
bei denn eine Kraftentnahme an der Rückseite des Antriebsstranggehäuses aufgehängt ist.
Die Zunahme der Eigenfrequenz reduziert Geräusch- und Schwingungspegel
des Antriebsstrangs und verbessert dadurch die Lebensdauer des Antriebsstrangs
und den vom Fahrer wahrgenommenen Betrieb des Fahrzeugs.
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Zusammengefaßt weist ein Allradantriebsgetriebe
ein Verteilergetriebe auf, das in axialer Ausrichtung zwischen einem
hydrodynamischen Antrieb und einem Antriebselement eines Planetengetriebes
angeordnet ist. Das Verteilergetriebe überträgt Kraft von einem hydrodynamischen
Antrieb an ein Planetengetriebe und von einem Differentialabtrieb
eines Planetengetriebes an ein erstes Abtriebselement. Ein zweites
Abtriebselement ist mit dem Differentialabtrieb verbunden. Ein Abtriebselement
ist mit vorderen Antriebsrädern
eines Fahrzeugs verbindbar, und das andere Abtriebselement ist mit
den hinteren Antriebsrädern
des Fahrzeugs verbunden.