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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für allradgetriebene Kraftfahrzeuge
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Eine
derartige Antriebsvorrichtung beschreibt beispielsweise die
DE 103 44 969 A1 ,
bei der das Verteilergetriebe durch zwei steuerbare Lamellenkupplungen
gebildet ist, die das z. B. von einer Brennkraftmaschine über ein
Geschwindigkeits-Wechselgetriebe abgegebene Antriebsmoment voll
variabel auf die Achsdifferenziale des Kraftfahrzeuges verteilen.
Als Betätigungseinrichtung
dient ein elektromotorisch antreibbarer Kugel-Schraubtrieb, der
zwischen den koaxial angeordneten Lamellenkupplungen vorgesehen
ist und der beide Lamellenkupplungen – die eine im Schließsinne und
die andere im Öffnungssinne – betätigt. Da
systembedingt eine jede Lamellenkupplung auf das volle Antriebsmoment
ausgelegt sein muss, sind relativ hohe Kupplungsanpresskräfte und
-Lösekräfte erforderlich,
die bei entsprechenden Antriebsverlusten über die Axiallager (Ausrücklager)
zu übertragen
sind. Die Betätigungseinrichtung
kann auch elektromagnetisch oder hydraulisch wirkend ausgeführt sein.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der gattungsgemäßen Art
vorzuschlagen, die neben einer schnellen und feinfühligen Ansteuerung
der Lamellenkupplungen geringere Anpresskräfte und/oder Lösekräfte erfordert.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
dass zumindest eine Anpressscheibe über eine Kugel-Rampe-Einrichtung
mit einer axial verschiebbaren Rampenscheibe und einer axial unverschiebbaren,
aber zu den Kupplungslamellen verdrehbaren Rampenscheibe und dazwischen
liegenden Kugeln (oder ähnlichen
Wälzelementen)
die Lamellenkupplungen beaufschlagen, wobei die Kupplungsanpress- und/oder
-lösekräfte zumindest
teilweise als innere Kraft über
die unverschiebbar angeordnete Rampenscheibe abgestützt sind.
Durch ent-sprechende konstruktive Auslegung der Kugel-Rampe-Einrichtung kann
damit eine Kraftverstärkung
z. B. um den Faktor 5 bis 10 erzielt werden, die als innere Kraft
abgestützt nicht
auf das oder die Axiallager rückwirkt.
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Konstruktiv
besonders vorteilhaft können
bei einer beide Lamellenkupplungen antreibenden, zentralen Eingangswelle
des Verteilergetriebes beide Anpressscheiben in den abtreibenden,
trommelförmigen
Kupplungsgehäusen
axial verschiebbar, jedoch unverdrehbar geführt sein, wobei die Kugel-Rampe-Einrichtungen
beiderseits der Betätigungseinrichtung
auf der Eingangswelle angeordnet sind. Die inneren Kräfte stützen sich
somit gegensinnig wirkend unmittelbar auf der Eingangsweile des
Verteilergetriebes ab.
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Alternativ
können
bei einer beide Lamellenkupplungen antreibenden, zentralen Eingangswelle des
Verteilergetriebes eine Anpressscheibe in dem einen abtreibenden,
trommelförmigen
Kupplungsgehäuse
der einen Lamellenkupplung axial verschiebbar, jedoch unverdrehbar
geführt
sein, wobei die korrespondierende Kugel-Rampe-Einrichtung auf der Eingangswelle
angeordnet ist und wobei ferner die Beaufschlagung der zweiten Lamellenkupplung
mittels eines die axial verschiebbare Rampenscheibe der Kugel-Rampe-Einrichtung
mit der anderen Lamellenkupplung verbindenden Übertragungsgestänges erfolgt.
Das Übertragungsgestänge können mehrere
umfangsmäßig verteilte
Druck- oder Zugstangen sein. Daraus resultiert eine Ansteuerung
beider Lamellenkupplungen unter Verwendung nur einer Kugel-Rampe-Einrichtung.
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Dabei
kann die andere Lamellenkupplung mittels zumindest einer Membranfeder
in eine geschlossene Stellung vorgespannt sein, wobei das Übertragungsgestänge mittelbar über eine
Kupplungslamelle oder unmittelbar auf die Membranfeder im Sinne
eines Lösens
der Lamellenkupplung bei gleichzeitigem Schließen der einen Lamellenkupplung
wirkt. Damit ist mit einfachen Mitteln eine Ausfallsicherheit des
Antriebssystems bei ggf. defekter Betätigungseinrichtung gegeben.
Der Antrieb eines Achsdifferenziales ist stets sichergestellt.
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Eine
vorteilhafte Variante der Antriebsvorrichtung ist ferner dadurch
erzielbar, dass die Eingangswelle des Verteilergetriebes die eine
Lamellenkupplung zentral und die andere Lamellenkupplung über das
trommelförmige
Kupplungsgehäuse
antreibt und dass die Betätigungseinrichtung
und die Kugel-Rampe-Einrichtung
räumlich
hinter den Lamellenkupplungen angeordnet sind.
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Dabei
können
des Weiteren die Rampenscheiben der Kugel-Rampe-Einrichtung im trommelförmigen Kupplungsgehäuse angeordnet
sein, während
die Anpressscheibe auf der zentral angeordneten Abtriebswelle zum
einen Achsdifferenzial verschiebbar geführt ist.
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Eine
präzise
und feinfühlige
Kupplungssteuerung ist des Weiteren dadurch erzielbar, dass die Anpressscheibe über ein
zweireihiges Axiallager von der Betätigungseinrichtung beaufschlagt
ist, wobei sich Führungsstege
des Axiallagers durch eine Stirnwand des trommelförmigen Kupplungsgehäuses erstrecken
und dass ferner an die von den Führungsstegen
durchdrungene Stirnwand des Kupplungsgehäuses eine Hohlwelle und ein über ein
weiteres Axiallager mit der Betätigungseinrichtung
zusammenwirkender Stützflansch
angebaut sind.
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Dabei
kann vorteilhaft die eine Lamellenkupplung mittels zumindest einer
Tellerfeder in eine geschlossene Stellung vorgespannt sein, wobei Übertragungsmittel
zwischen der verschiebbaren Rampenscheibe der Kugel-Rampe-Einrichtung und der
Tellerfeder vorgesehen sind, die auf die Membranfeder im Sinne eines
Lösens
der Lamellenkupplung bei gleichzeitigem Schließen der anderen Lamellenkupplung
wirken.
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Die Übertragungsmittel
können
fertigungstechnisch günstig
durch ein tassenförmiges,
das Kupplungsgehäuse überspannendes
Rohrteil und mehrere, auf die Tellerfeder wirkende Druckstangen gebildet
sein, die trieblich miteinander verbunden sind.
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Schließlich kann
die Betätigungseinrichtung durch
zwei, eine gemeinsame Hydraulikkammer einschließende und im Getriebegehäuse des
Verteilergetriebes gegensinnig zueinander verschiebbar geführte Ringkolben
gebildet sein, an denen die Axiallager anlaufen und die mittels
eines an sich bekannten elektro-hydraulischen Steuersystems entsprechend ansteuerbar
sind.
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Drei
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die
grob schematische Zeichnung zeigt in:
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1 eine
Antriebsvorrichtung für
allradgetriebene Kraftfahrzeuge mit einem nur als obere Hälfte dargestellten
Verteilergetriebe mit zwei koaxial angeordneten Lamellenkupplungen,
einer dazwischen liegenden, hydraulischen Betätigungseinrichtung und zwei
Kugel-Rampe-Einrichtungen;
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2 eine
weitere, alternative Antriebsvorrichtung gemäß 1, jedoch
mit nur einer Kugel-Rampe-Einrichtung; und
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3 eine
weitere, alternative Antriebsvorrichtung mit einer den beiden Lamellenkupplungen nachgeschalteten,
hydraulischen Betätigungseinrichtung.
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In
der 1 ist eine Antriebsvorrichtung mit einem Verteilergetriebe 10 in
der oberen Hälfte
dargestellt, die untere Hälfte
ist sich im Wesentlichen spiegelbildlich gleich vorzustellen. Das
Verteilergetriebe 10 setzt sich im Wesentlichen zusammen
aus einer Eingangswelle 12, zwei koaxial und benachbart zueinander
angeordneten Lamellenkupplungen 14, 16, einer
hydraulischen Betätigungseinrichtung 18 und
zwei Ausgangswellen 20, 22, die in einem Gehäuse 24 des
Verteilergetriebes 10 angeordnet sind.
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Das
Verteilergetriebe 10 kann an ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe
(nicht dargestellt) des Kraftfahrzeuges angebaut sein, wobei wie
ersichtlich die eine Ausgangswelle 20 eine Hohlwelle ist,
die ein in das Wechselgetriebe integriertes vorderes Achsdifferenzial
antreibt, während
die auf der Zeichnung rechte Ausgangswelle 22 mit einem
hinteren Achsdifferenzial des Kraftfahrzeuges trieblich verbunden
ist. Die Wellen 12, 20, 22 sowie die
Lamellenkupplungen 14, 16 sind in dem Gehäuse 24 des Verteilergetriebes 10 in
bekannter Weise drehbar gelagert.
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Die
hydraulische Betätigungseinrichtung 18 weist
zwei im Gehäuse 24 und
in sich verschiebbare Ringkolben 26, 28 auf, die
eine gemeinsame, ringförmige
Hydraulikammer 30 begrenzen und die durch entsprechende
Druckmittelzuführung
relativ zueinander und zum Gehäuse 24 verschoben
werden können.
Das Hydrauliksystem zur Drucksteuerung ist bekannter Bauart mit
einer Druckmittelquelle, einem elektrohydraulischem Steuerventil,
etc. und deshalb nicht dargestellt.
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Die
Ringkolben 26, 28 der wie ersichtlich zwischen
den beiden Lamellenkupplungen 14, 16 angeordneten
Betätigungseinrichtung 18 wirken über Axiallager 32, 34 (hier
Rollen-Wälzlager)
auf Anpressscheiben 36, 38, die axial verschiebbar,
aber unverdrehbar in den trommelförmigen Gehäusen 40, 42 der
Lamellenkupplungen 14, 16 geführt sind.
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Die
Anpressscheiben 36, 38 wirken wiederum mit je
einer Kugel-Rampe-Einrichtung 44, 46 zusammen,
die sich aus jeweils zwei Rampenscheiben 48, 50 und
dazwischen angeordneten Wälzelementen
bzw. Kugeln 52 zusammensetzt. Auf der Zeichnung ist nur
jeweils eine Kugel 52 ersichtlich, es sind jedoch mehrere
Kugeln 52 über
den Umfang der Rampenscheiben 48, 50 verteilt.
Die Kugeln 52 laufen an in die Rampenscheiben 48, 50 in
Umfangsrichtung V-förmig
geneigt eingearbeiteten Rampen (ohne Bezugszeichen) derart an, dass
bei einer Relativverdrehung der Rampenscheiben 48, 50 diese mit
einer Kraftverstärkung
um den Faktor 5 bis 10 auseinandergedrückt werden.
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Die
Rampenscheiben 48 sind wie die Innenlamellen (einheitlich
mit 54 bezeichnet) der Lamellenkupplungen 14, 16 auf
der Eingangswelle 12 axial verschiebbar, jedoch unverdrehbar
(über übliche Kupplungsverzahnungen)
geführt.
Abweichend dazu sind die Rampenscheiben 50 verdrehbar,
jedoch über
scheibenförmige
Anschlagmittel 64 axial unverschiebbar auf der Eingangswelle 12 gehalten.
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Die
Innenlamellen 54 der Lamellenkupplungen 14, 16 wirken
in bekannter Weise mit Außenlamellen
(einheitlich mit 56 bezeichnet) zusammen, die in den trommelförmigen Gehäusen 40, 42 axial
verschiebbar geführt
sind. Es sind der besseren Darstellung wegen nur einige der Kupplungslamellen 54, 56 gezeichnet;
die Lamellenkupplungen 14, 16 können aber
soweit nicht beschrieben handelsüblicher
Konstruktion und Ausführung
sein.
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Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 wird die
rechte Lamellenkupplung 16 durch Anpressen der Kupplungslamellen 54, 56 geschlossen,
wobei dann Antriebsmoment von der Eingangswelle 12 über die
Kupplungslamellen 54, 56 auf das Gehäuse 42 und
von diesem auf die mit dem Gehäuse 42 fest verbundene
Abtriebswelle 22 geleitet wird.
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Hingegen
wird die linke Lamellenkupplung 14 mittels zumindest einer
Tellerfeder 58 in eine geschlossene Stellung vorgespannt.
Das Öffnen
der Lamellenkupplung 14 wird bewerkstelligt mittels mehrerer,
umfangsmäßig verteilter
Druckstangen 60, die an der Rampenscheibe 48 anliegen,
die sich durch Durchbrüche 62 der
Innenlamellen 54 erstrecken und die sich auf der der Tellerfeder 58 unmittelbar
benachbarten Innenlamelle 54 abstützen.
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Im
drucklosen Zustand der Betätigungseinrichtung 18 ist
somit die linke Lamellenkupplung 14 geschlossen und die
rechte Lamellenkupplung 16 geöffnet. Somit wird Antriebsmoment
von der Eingangswelle 12 über die Lamellenkupplung 14 auf
die Abtriebs-Hohlwelle 20 und in nicht dargestellter Weise
auf das Vorderachsdifferenzial des Kraftfahrzeuges übertragen.
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Mit
einer entsprechenden Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 18 bzw.
einer zunehmenden Druckmittelzuführung
in die Hydraulikkammer 30 werden über die Ringkolben 26, 28 die
sich drehenden Anpressscheiben 36, 38 an die Rampenscheiben 50 der
beiden Kugel-Rampe-Einrichtungen 44, 46 angepresst.
Damit dreht die jeweilige Rampenscheibe 50 mit der Drehzahl
des Gehäuses 40, 42 der
Lamellenkupplungen 14, 16, und die jeweilige Rampenscheibe 48 mit
der Drehzahl der Eingangswelle 12.
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Im
Falle einer Drehzahldifferenz zwischen den Rampenscheiben 48, 50 bewirken
die Kugel-Rampe-Einrichtungen 44, 46 mit dem genannten Faktor
kraftverstärkend
ein zunehmendes Schließen der
rechten Lamellenkupplung 16 und gleichzeitig ein zunehmendes Öffnen der
linken Lamellenkupplung 14, bzw. eine variable Umverteilung
des Antriebsmomentes von dem vorderen Achsdifferenzial des Kraftfahrzeuges
auf dessen hinteres Achsdifferenzial. Das Reaktionsmoment der kraftverstärkenden
Wirkung der Kugel-Rampe-Einrich tungen 44, 46 wird
nicht an den Axiallagern 32, 34, sondern wie ersichtlich über die
axial unverschiebbaren Rampenscheiben 50 als innere Kraft
an der Eingangswelle 12 bzw. an den dort angeordneten Anschlagmitteln 64 abgestützt.
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Abweichend
zur 1 kann auch die linke Lamellenkupplung 14 gleich
der rechten Lamellenkupplung 16 ausgebildet sein, also
im drucklosen Zustand der Betätigungseinrichtung 18 geöffnet sein. Dies
würde zusätzliche
Freiheitsgrade in der Ansteuerung der Lamellenkupplungen 14, 16 bis
hin zur Funktion einer Anfahrkupplung erlauben. Dann ist aber eine
getrennte Ansteuerung der beiden Ringkolben 26, 28 erforderlich;
die Hydraulikkammer 30 müsste durch eine feste Gehäusewand
in zwei getrennt ansteuerbare Hydraulikkammern unterteilt und das
Hydrauliksystem entsprechend ausgeführt sein.
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Die 2 zeigt
eine alternative Antriebsvorrichtung bzw. ein alternatives Verteilergetriebe 10', das zur Vermeidung
von Wiederholungen nur soweit beschrieben ist, als es sich von der 1 wesentlich unterscheidet.
Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Abweichend
zur 1 ist für
beide Lamellenkupplungen 14', 16 nur
eine kraftverstärkende
Kugel-Rampe-Einrichtung 46 vorgesehen, die wie vorbeschrieben über den
Ringkolben 28, das Axiallager 34 und die Anpressscheibe 38 beaufschlagbar
und an der rechten Lamellenkupplung 16 angeordnet ist.
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An
der modifizierten linken Lamellenkupplung 14' ist die Tellerfeder 58 unmittelbar
benachbart der Anpressscheibe 66 positioniert, wobei die
Anpressscheibe 66 auf der Eingangswelle 12 über die Anschlagmittel 64 axial
unverschiebbar und unverdrehbar gehalten ist und nur als eine Art
Stützflansch über das
Axiallager 32 mit dem Ringkolben 26 zusammenwirkt.
Die Tellerfeder 58 ist an der Eingangswelle 12 einerseits
und an der ersten Innenlamelle 54 an dererseits abgestützt und
spannt wiederum die Lamellenkupplung 14' in eine geschlossene Stellung vor.
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Zur
gleichzeitigen Steuerung der beiden Lamellenkupplungen 14', 16 sind
an der axial verschiebbaren Rampenscheibe 48 der rechten
Lamellenkupplung 16 Übertragungsmittel
bzw. Zugstangen 68 (es ist nur eine Zugstange 68 ersichtlich)
angeschlossen, die mit der ersten, mit der Tellerfeder 58 zusammenwirkenden
Innenlamelle 54 der linken Lamellenkupplung 14' gekoppelt sind.
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Bei
einer Betätigung
des Ringkolbens 28 der Betätigungseinrichtung 18 im
Schließsinne
wird wie vorbeschrieben die Lamellenkupplung 16 zunehmend
geschlossen, wobei über
die Kugel-Rampe-Einrichtung 46 die Rampenscheibe 48 auf
der Zeichnung nach rechts verschoben wird. Über die Zugstangen 68 wird
auch die der Tellerfeder 58 benachbarte Innenlamelle 54 nach
rechts verlagert, so dass die linke Lamellenkupplung 14' gleichzeitig
zunehmend geöffnet
wird. Die Funktion im Detail ist analog der zur 1 beschriebenen.
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Die 3 zeigt
eine weitere alternative Antriebsvorrichtung bzw. ein alternatives
Verteilergetriebe 10'', das wiederum
nur soweit beschrieben ist, als es sich wesentlich von den 1 und 2 unterscheidet.
Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Gemäß 3 ist
die hydraulische Betätigungseinrichtung 18 räumlich hinter
den beiden Lamellenkupplungen 14, 16' angeordnet.
Ferner ist nur eine Kugel-Rampe-Einrichtung 70 vorgesehen,
die wie nachstehend beschrieben angeordnet ist. Die Kugel-Rampe-Einrichtung 70 wirkt
wiederum über Übertragungsmittel,
bestehend aus einem tassenförmigen
Rohrteil 72 und mehreren, umfangsmäßig verteilten Druckstangen 60 auch
auf die Lamellenkupplung 14.
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Abweichend
zu den 1 und 2 ist die Eingangswelle 12' mit dem trommelförmigen Gehäuse 74 der
rechten Lamellenkupplung 16' fest
verbunden. An das Gehäuse 74 schließt sich
wie ersichtlich eine Stirnwand 76, eine Hohlwelle 78 und
ein radial nach außen
abragender Stützflansch 80 an,
die fest mit dem Gehäuse 74 verbunden
sind.
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Innerhalb
des Gehäuses 74 und
der Hohlwelle 78 ist die Abtriebswelle 22' drehbar gelagert, die
wie ersichtlich die Innenlamellen 54 der Lamellenkupplung 16' aufnimmt, während die
Außenlamellen 56 in
dem Gehäuse 74 geführt sind.
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Ferner
sind die Rampenscheiben 82, 84 der Kugel-Rampe-Einrichtung 70 in
dem Gehäuse 74 angeordnet,
wobei die Rampenscheibe 82 unverdrehbar, aber axial verschiebbar
und die Rampenscheibe 84 über Anschlagmittel 64 unverschiebbar,
aber verdrehbar, in dem Gehäuse 74 geführt und
gehalten sind.
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Die
ebenfalls innerhalb der Stirnwand 76 der Lamellenkupplung 16' angeordnete
und auf der Abtriebswelle 22' unverdrehbar,
aber verschiebbar geführte
Anpressscheibe 86 stützt
sich über
ein zweireihiges Axialwälzlager,
bestehend aus den Axiallagern 88, 90 und die Axiallager 88, 90 miteinander
verbindenden Führungsstegen 92 an
dem Ringkolben 26 der Betätigungseinrichtung 18 ab.
Die Führungsstege 92 erstrecken
sich dabei durch entsprechende Durchbrüche 94 in der Stirnwand 76.
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Des
Weiteren ist ein Axiallager 34 zwischen dem Ringkolben 28 der
Betätigungseinrichtung 18 und
dem Stützflansch 80 der
Lamellenkupplung 16' eingesetzt.
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Die
Lamellenkupplung 14 ist entsprechend der Ausführung in 1 mittels
der Tellerfeder 58 in die geschlossene Stellung vorgespannt,
die Lamellenkupplung 16' geöffnet.
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Bei
einer Druckeinsteuerung in die Hydraulikkammer 30 der Betätigungseinrichtung 18 wird
der Ringkolben 26 auf der Zeichnung 3 nach links verschoben,
während
sich der Kolben 28 an dem Stützflansch 80 abstützt.
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Dementsprechend
wird über
das zweireihige Axialwälzlager 88, 90, 92 die
Anpressscheibe 86 an die drehende Rampenscheibe 84 angelegt
und es wird zunehmend die Lamellenkupplung 16' wie vorbeschrieben
geschlossen.
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Gleichzeitig
wird durch die sich nach links verlagernde Rampenscheibe 82 über die Übertragungsmittel 72, 60 die
der Tellerfeder 58 unmittelbar benachbarte Innenlamelle 54 verschoben
und somit wie ebenfalls vorbeschrieben die Lamellenkupplung 14 zunehmend
geöffnet.
Das Rohrteil 72 wird dabei über einen Mitnehmerring 96 an
der verschiebbaren Rampenscheibe 82 entsprechend beaufschlagt.