DE102008000777A1

DE102008000777A1 - Schaltbares Verteilergetriebe

Info

Publication number: DE102008000777A1
Application number: DE200810000777
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Rosemeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2009-09-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugverteilergetriebe (1), welches mindestens ein Eingangselement (13) zum Antrieb des Fahrzeugverteilergetriebes (1), eine erste ausgangswelle (14) für einen ersten Abtrieb (5) von dem Fahrzeugverteilergetriebe (1), eine zweite Ausgangswelle (15) für einen zweiten Abtrieb (7) von dem Fahrzeugverteilergetriebe (1) umfasst sowie in einem Gehäuse (4) angeordnete Mittel zur Erzeugung von mindestens zwei schaltbaren Übersetzungen zwischen dem Eingangselement (13) und dem ersten und zweiten Abtrieb (5, 7) und zur schaltbaren Kopplung des ersten Abtriebs (5) mit dem zweiten Abtrieb (7). Die Mittel umfassen dabei mindestens einen Planetensatz (16), welcher mindestens aus den Elementen Sonnenrad (16a), Planetenrad (16b), Hohlrad (16c) und Planetenträger (16d) besteht, sowie eine Bremse (B), eine erste Kupplung (K1) und eine zweite Kupplung (K2), wobei das Eingangselement (13) ein erstes Element des Planetensatzes (16) ist. Zur Kopplung des ersten Abtriebs (5) mit dem zweiten Abtrieb (7) ist die erste Ausgangswelle (14) mit der zweiten Ausgangswelle (15) mittels der ersten Kupplung (K1) lösbar verbindbar, wobei erfindungsgemäß die Mittel zudem ein Zwischenelement (17) umfassen, welches mit einem zweiten Element des Planetensatzes (16) unlösbar verbunden ist. Das Zwischenelement (17) ist mittels der Bremse (B) mit dem Gehäuse (4) lösbar verbindbar und mittels der zweiten Kupplung (K2) mit der zweiten Ausgangswelle (15) lösbar verbindbar, wobei die ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verteilergetriebe eines Fahrzeugs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruch 1.
Im Fahrzeugbereich werden Verteilergetriebe zur Verteilung der Antriebsleistung eines oder mehreren Antriebsmotoren, beispielsweise Verbrennungsmotoren und/oder Elektromotoren, auf mindestens zwei Antriebsachsen, beispielsweise eine Vorderachse und eine Hinterachse, eingesetzt. Hierbei wird die Antriebsleistung in der Regel zuerst in einem dem Antriebsmotor nachgestellten Hauptgetriebe übersetzt, um anschließend mittels des Verteilergetriebes auf die einzelnen Antriebsachsen verteilt zu werden. Für Hauptgetriebe sind ein Vielzahl von Bauformen bekannt, beispielsweise Handschaltgetriebe, automatische Getriebe, automatisierte Schaltgetriebe oder stufenlose Getriebe. Die Fahrzeugachsen können bei Landfahrzeugen zum Vortrieb des Fahrzeugs auf Räder oder Gleisketten, bei See- und Luftfahrzeugen auf Propeller und bei Amphibienfahrzeugen auf Propeller, Räder und/oder Gleisketten wirken.
Die US 5,522,777 beschreibt ein Fahrzeugverteilergetriebe zur Verteilung der Antriebsleistung eines Antriebsmotors auf zwei Antriebsachsen, wobei jede Antriebsachse zum Vortrieb des Fahrzeugs auf zwei Fahrzeugräder wirkt. Das Verteilergetriebe weist ein Eingangselement auf, mittels welcher die Antriebsleistung des Antriebsmotors in das Fahrzeugverteilergetriebes eingeleitet wird, eine erste Ausgangswelle, welche für einen ersten Abtrieb auf die erste Antriebsachse des Fahrzeugs dient und eine zweite Ausgangswelle, welcher für einen zweiten Abtrieb auf die zweite Antriebsachse des Fahrzeugs dient, sowie in einem Gehäuse untergebrachte Mittel, welche zur Erzeugung von zwei schaltbaren Übersetzungen zwischen dem Eingangselement und dem ersten und zweiten Abtrieb dienen und welche zur schaltbaren Koppelung des ersten Abtriebs mit dem zweiten Abtrieb dienen. Die Mittel umfassen hierbei zwei Planetengetriebe mit den Elementen Sonnenrad, Planetenrad, Hohlrad und Planetenträger, sowie zwei Kupplungen, eine Bremse und eine Zwischenwellen, wobei das Eingangselement des Fahrzeugverteilergetriebes das Sonnenrad des ersten Planetensatzes ist. Dabei sind die Zwischenwelle, das Gehäuse und die weiteren Elemente des ersten Planetensatzes derart mittels der Bremse und der ersten Kupplung lösbar miteinander verbindbar, dass zwischen dem Eingangselement und der Zwischenwelle zwei Übersetzungen schaltbar sind. Die von dem Eingangselement in das Getriebe eingeleitete und von dem ersten Planetensatz übersetzte Antriebsleistung wird von der Zwischenwelle auf den zweiten Planetensatz weitergeleitet, welcher sie permanent auf die erste und die zweite Ausgangswelle im Sinne eines Differentials verteilt. Dabei dient die zweite Kupplung dazu, die erste und die zweite Ausgangswelle lösbar miteinander zu verbinden, wodurch die Differentialwirkung des zweiten Planetensatzes gesperrt wird und der erste Abtrieb und der zweite Abtrieb gekoppelt sind. Die erste Ausgangswelle ist hierbei direkt der erste Abrieb des Fahrzeugverteilergetriebes, wohingegen die zweite Ausgangswelle über einen Kettenantrieb mit einer Abtriebswelle verbunden ist, welche den zweiten Abtrieb des Fahrzeugverteilergetriebes bildet.
Ein derartiges Fahrzeugverteilergetriebe weist einen großen Bauraum auf, ist schwer und aufwendig zu fertigen. Zudem weist ein Antriebsstrang mit einem derartigen Fahrzeugverteilergetriebe hohe Reibungsverluste durch den permanenten Antrieb beider Antriebsachsen auf.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Fahrzeugverteilergetriebe bereitzustellen, welches sich durch ein geringeres Gewicht, kleineren Bauraum und eine einfachere Fertigung als der Stand der Technik auszeichnet. Zudem soll das Verteilergetriebe in einem Antriebsstrang geringere Reibungsverluste verursachen.
Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Hiernach umfasst ein Fahrzeugverteilergetriebe mindestens ein Eingangselement zum Antrieb des Fahrzeugverteilergetriebe, eine erste Ausgangswelle für einen ersten Abtrieb von dem Fahrzeugverteilergetriebe, eine zweite Ausgangswelle für einen zweiten Abtrieb von dem Fahrzeugverteilergetriebe, sowie in einem Gehäuse angeordnete Mittel zur Erzeugung von mindestens zwei schaltbaren Übersetzungen zwischen dem Eingangselement und dem ersten und zweiten Abtrieb und zur schaltbaren Kopplung des ersten Abtriebs mit dem zweiten Abtrieb. Die Mittel umfassen dabei mindestens einen Planetensatz, welcher zumindest aus den Elementen Sonnenrad, Planetenrad, Hohlrad und Planetenträger besteht, sowie eine Bremse, eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung, wobei das Eingangselement ein erstes Element des Planetensatzes ist. Zur Koppelung des ersten Abtriebs mit dem zweiten Abtrieb ist die erste Ausgangswelle mit der zweiten Ausgangswelle mittels der ersten Kupplung lösbar verbindbar.
Erfindungsgemäß umfassen die Mittel zudem ein Zwischenelement, welches mit einem zweiten Element des Planetensatzes unlösbar verbunden ist. Das Zwischenelement ist mittels der Bremse mit dem Gehäuse lösbar verbindbar und mittels der zweiten Kupplung mit der zweiten Ausgangswelle lösbar verbindbar, wobei die erste Ausgangswelle mit einem dritten Element des Planetensatzes unlösbar verbunden ist.
Das Fahrzeugverteilergetriebe im Sinne der Erfindung benötigt lediglich ein Planetensatz, wodurch es wesentlich kompakter gebaut werden kann und ein geringeres Gewicht und einen deutlich geringeren Teileumfang umfasst, wodurch es einfacher zu fertigen ist. Zudem kann bei dem Fahrzeugverteilergetriebe durch Schließen der Bremse, Öffnen der ersten Kupplung und Öffnen der zweiten Kupplung die zweite Ausgangswelle von dem Antrieb getrennt werden, wodurch die Antriebsleistung zum Vortrieb des Fahrzeugs nicht mehr durch den gesamten Antriebsstrang geführt wird und in diesem somit geringere Reibungsverluste auftreten.
Das Eingangselement ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Planetenrad oder der Planetenträger.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Element des Planetensatzes das Hohlrad ist und dass das dritte Element des Planetensatzes das Sonnenrad ist, wodurch das Zwischenelement mit dem Hohlrad verbunden ist und die erste Ausgangswelle mit dem Sonnenrad verbunden ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Element des Planetensatzes das Sonnenrad und das dritte Element des Planetensatzes das Hohlrad. Somit ist das Zwischenelement mit dem Sonnenrad und die erste Ausgangswelle mit dem Hohlrad verbunden.
Besonders bevorzugt ist das Fahrzeugverteilergetriebe abtriebsseitig hinter einem Hauptgetriebe angeordnet, wobei das Eingangselement des Fahrzeugverteilergetriebes gleichzeitig das Ausgangselement des Hauptgetriebes ist. Hierdurch kann das Verteilergetriebe besonders kompakt in das Hauptgetriebe integriert werden. Beispielsweise kann in einem Hauptgetriebe eine letzte Übersetzungsstufe durch einen Planetensatz mit einem Planetenträger gebildet werden, wobei als Abtrieb des Hauptgetriebes dieser Planetenträger verwendet wird. Der Planetenträger des Hauptgetriebes ist dabei gleichzeitig der Planetenträger des Fahrzeugverteilergetriebes über welchen es angetrieben wird, wodurch Kupplungen oder Übertragungswellen zwischen dem Hauptgetriebe und dem Fahrzeugverteilergetriebe entfallen können. Bei einer vorteilhaften Integration des Fahrzeugverteilergetriebes in das Hauptgetriebe können darüber hinaus neben dem Gehäuse und der Steuereinrichtung des Hauptgetriebes ein in dem Hauptgetriebe vorhandenes Druckversorgungssystem zur Betätigung der Bremse und der beiden Kupplungen des Fahrzeugverteilergetriebes genutzt werden. Ebenso ist die gemeinsame Nutzung eines Kühlsystems, eines Schmiersystems, eines Steuerungssystems sowie mechanischer Komponenten möglich, wodurch eine integrierte Hauptgetriebe-Verteilergetriebe-Kombination große Gewichts-, Bauraum- und Bauteilersparnisse gegenüber eines Hauptgetriebes und eines Fahrzeugverteilergetriebes aufweist, welche unabhängig voneinander funktionsfähig sind.
Die Bremse und die beiden Kupplungen des Fahrzeugverteilergetriebes sind bevorzugt lastschaltend ausgeführt, beispielsweise als Einscheiben- oder Mehrscheibenkupplung/-bremse, als Konuskupplung/-bremse oder als Magnetkupplung/-bremse. Zur Übertragung großer Lasten können die Kupplungen oder die Bremse jedoch ebenso formschlüssig wirken, beispielsweise als Klauen- oder Zahnkupplung/-bremse, wobei sie zur Erleichterung des Schaltvorgangs dann Synchronisationen aufweisen können.
Zur Erzeugung einer direkten Übersetzung im Sinne einer ersten Übersetzung zwischen dem Eingangselement und dem ersten und zweiten Abtrieb muss die Bremse im Öffnungssinne betätigt werden und die zweite Kupplung im Schließsinne betätigt werden, wohingegen zur Erzeugung einer zweiten Übersetzung zwischen dem Eingangselement und der ersten und zweiten Ausgangswelle die Bremse im Schließsinne betätigt werden muss und die zweite Kupplung im Öffnungssinne betätigt werden muss. Die zweite Übersetzung kann dabei je nach Dimensionierung der Elemente des Planetensatzes ins Schnelle oder ins Langsame erfolgen. Falls die erste und die zweite Kupplung im Schließsinne betätigt sind, kann zudem die Bremse kontrolliert im Schließsinne betätigt werden, wodurch die erste und die zweite Ausgangswelle gezielt gegen das Gehäuse gebremst werden können, beispielsweise im Sinne einer Bergabfahrtshilfe eines Landfahrzeugs, oder im Sinne einer Feststellbremse oder einer Diebstahlsicherung.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Bremse und die zweite Kupplung derart mechanisch oder elektronisch gekop gelt, dass entweder die Bremse im Schließsinne betätigt ist, während die zweite Kupplung im Öffnungssinne betätigt ist oder die Bremse im Öffnungssinne betätigt ist, während die zweite Kupplung im Schließsinne betätigt ist, wodurch ein ungewolltes Bremsen oder Sperren des Fahrzeugverteilergetriebes verhindert werden kann. Auf dem Zwischenelement kann hierzu eine Baugruppe, beispielsweise eine Schaltmuffe, drehsteif und verschieblich angeordnet sein, welche mindestens ein erstes und mindestens ein zweites Eingriffselement aufweist, vorzugsweise Klauen oder Zähne. Dabei greift bei einer Verschiebung der Baugruppe in eine erste Richtung das erste Eingriffselement im Sinne der Bremse in mindestens ein weiteres Eingriffselement, welches ortsfest mit dem Gehäuse in Verbindung steht und bei einer Verschiebung der Baugruppe in eine zweite Richtung greift das zweite Eingriffselement im Sinne der zweiten Kupplung in mindestens ein anderes Eingriffelement, welches ortsfest mit der zweiten Ausgangswelle in Verbindung steht. Eine Mittelstellung der Baugruppe, in welcher weder das erste Eingriffselement noch das zweite Eingriffselement im Eingriff steht, dient hierbei als Leerlaufstellung, welche sicherstellt, dass ausschließlich entweder die Bremse oder sie zweite Kupplung im Schließsinne betätigt ist.
Die Bremse und die beiden Kupplungen können entweder rein mechanisch, beispielsweise über Hebel, betätigt werden oder über Aktuatoren, beispielsweise über hydraulische oder pneumatisch Schaltzylinder oder über elektromechanische Stellelemente. Dabei kann die Ansteuerung der Aktuatoren rein manuell durch einen Fahrzeugbediener erfolgen, teilautomatisch oder vollautomatisch mittels einer vorzugsweise elektronischen Steuerung. Teilautomatisch bedeutet hierbei, dass ein Fahrzeugbediener mindestens eine Einstellung des Getriebes manuell vorgeben kann, beispielsweise die gewünschte Anzahl der angetriebenen Antriebsachsen und die Steuerung des Fahrzeugverteilergetriebe legt anhand von Sensormessergebnissen die weiteren Einstellungen des Fahrzeugverteilergetriebes fest, beispielsweise die eingelegte Übersetzung. Vollautomatisch bedeutet hingegen, dass die Steuerung sämtliche Einstellun gen des Fahrzeugverteilergetriebes, vorzugsweise anhand von Sensormessergebnissen, selbständig wählt. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Fahrzeugverteilergetriebe neben den Sensoren eine elektronischen Steuerung mit mindestens einem darin hinterlegten Kennfeld auf, anhand welchem die Steuerung die Einstellungen des Fahrzeugverteilergetriebes wählt. Dabei kann die Steuerung des Fahrzeugverteilergetriebes auch integrierter Teil der Steuerung des Hauptgetriebes sein, oder sie kann die durch die Steuerung des Hauptgetriebes beeinflusst werden, oder sie kann selbst Einfluss auf die Steuerung des Hauptgetriebes nehmen, wodurch beispielsweise die Wahl der Übersetzung des Fahrzeugverteilergetriebes mit der eingelegten Übersetzung des Hauptgetriebes automatisch abgestimmt werden kann. Ebenso kann die Steuerung des Fahrzeugverteilergetriebes integrierter Teil einer Steuerung des Antriebsmotors sein, oder sie kann durch die Steuerung des Antriebsmotors beeinflusst werden, oder sie kann selbst Einfluss auf die Steuerung des Antriebsmotors nehmen, wodurch beispielsweise ein von dem Antriebsmotor bereitgestelltes Antriebdrehmoment oder eine Antriebsdrehzahl durch das Fahrzeugverteilergetriebes begrenzt werden kann.
Selbstverständlich kann entsprechend dem Stand der Technik die erste Ausgangswelle direkt den erster Abtrieb des Fahrzeugverteilergetriebes bilden und die zweite Ausgangswelle, beispielsweise über eine Ketten-, Zahnrad- oder Wellenverbindung, mit einer Abtriebswelle verbunden sein, welche den zweiten Abtrieb des Fahrzeugverteilergetriebes bildet. Es kann auch die zweite Ausgangswelle direkt den zweite Abtrieb des Fahrzeugverteilergetriebes bilden und die erste Ausgangswelle, beispielsweise über eine Ketten-, Zahnrad- oder Wellenverbindung, mit einer Abtriebswelle verbunden sein, welche den ersten Abtrieb des Fahrzeugverteilergetriebes bildet. Ebenso kann sowohl die erste als auch die zweite Ausgangswelle, beispielsweise über eine Ketten-, Zahnrad- oder Wellenverbindung, mit jeweils einer Abtriebswelle verbunden sein, welche dann den ersten und zweiten Abtrieb von dem Fahrzeugverteilergetriebe bilden.
Der Planetensatz des Fahrzeugverteilergetriebe kann beliebig viele Planetenräder aufweisen, wobei drei bis fünf Planetenräder auf Grund der angestrebten kleinen Bauform des Fahrzeugverteilergetriebes vorzuziehen sind.
Bevorzugt wird das Fahrzeugverteilergetriebe bei Landfahrzeugen eingesetzt, wo es die Verteilung der von dem Antriebsmotor bereitgestellten Antriebsenergie auf mindestens zwei Antriebsachsen übernimmt, wobei jede Antriebsachse zum Vortrieb des Fahrzeugs auf mindestens ein Fahrzeugrad oder eine Gleiskette wirkt. Bei einem Einsatz des Fahrzeugverteilergetriebes in einem Amphibienfahrzeug dient das Fahrzeugverteilergetriebe beispielsweise dazu, einem Landantrieb, beispielsweise einer auf Fahrzeugräder wirkende Antriebsachse, einen Wasserantrieb, beispielsweise eine auf einen Schiffspropeller wirkende Antriebsachse, hinzuzuschalten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Zeichnungen näher erläutert, aus welchen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen entnommen werden können. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung,
1 einen Antriebsstrang eines Landfahrzeugs bei welchem die von einem Antriebsmotor erzeugte und über ein Hauptgetriebe übersetzte Antriebsleistung mittels des Fahrzeugverteilergetriebes auf zwei Antriebsachsen verteilt wird;
2 eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Fahrzeugverteilergetriebes, bei welcher das Eingangselement des Fahrzeugverteilergetriebes der Planetenträger ist und das Zwischenelement mit dem Hohlrad des Planetensatzes unlösbar verbunden ist und die erste Ausgangswelle mit dem Sonnenrad des Planetensatzes unlösbar verbunden ist;
3 eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines Fahrzeugverteilergetriebes, bei welcher das Eingangselement des Fahrzeugverteilergetriebes der Planetenträger ist und das Zwischenelement mit dem Sonnenrad des Planetensatzes unlösbar verbunden ist und die erste Ausgangswelle mit dem Hohlrad des Planetensatzes unlösbar verbunden ist;
4 ein Schaltschema der ersten und zweiten Kupplung und der Bremse des Fahrzeugverteilergetriebes mit den schaltbaren Betriebsarten des Fahrzeugverteilergetriebes;
5 eine Ausgestaltung des Bremse und der zweiten Kupplung des Fahrzeugverteilergetriebes, wobei die Bremse und die zweite Kupplung eine funktionelle Einheit bilden;
6 das Fahrzeugverteilergetriebe als ein integrierter Bestandteil des Hauptgetriebes, wobei das Eingangselement des Fahrzeugverteilergetriebes das Planetenrad ist.
1 zeigt einen Antriebsstrang eines Landfahrzeugs mit einem Fahrzeugverteilergetriebe 1, welches abtriebsseitig hinter einem Antriebsmotor 2 und einem Hauptgetriebe 3 angeordnet ist. Ein Gehäuse 4 des Fahrzeugverteilergetriebes 1 ist dabei direkt an ein Gehäuse 4 des Hauptgetriebes 3 angeflanscht. Falls es sich bei dem Antriebsmotor 2 um einen Verbrennungsmotor handelt, kann zwischen dem Antriebsmotor 2 und dem Hauptgetriebe 3 eine nicht dargestellte Kupplung angeordnet sein, durch welche der Antriebsmotor 2 mit dem Hauptgetriebe 3 lösbar verbindbar ist. Zudem kann sich zwischen dem Antriebsmotor 2 und dem Hauptgetriebe 3 ein sekundärer Antriebsmotor befinden, vorzugsweise ein Elektromotor, welcher im Sinne eines Hybridantriebs den Antriebsmotor 2 unterstützen oder zeitweise ersetzen kann und welcher als Generator zum Laden einer Energiequelle nutzbar ist. An dem Fahrzeugverteilergetriebe 1 ist ein erster Abtrieb 5 vorgesehen, welcher mit einer hinteren Übertragungswelle 6 verbunden ist und ein zweiter Abtrieb 7, welcher mit einer vorderen Übertragungswelle 8 verbunden ist, wobei die Übertragungswellen 6, 8 vorzugsweise Gelenkwellen, wie Kardanwellen oder Gleichlaufwellen sind. Die hintere Übertragungswelle 6 mündet wiederum in ein Ausgleichsgetriebe 9 einer hinteren Antriebsachse 10 und die vordere Übertragungsachse 8 mündet in ein Ausgleichsgetriebe 9 einer vorderen Antriebsachse 11, wobei die Antriebsachsen 10, 11 zum Vortrieb des Fahrzugs auf je zwei Fahrzeugräder 12 wirken, welche beiderseits des Fahrzeugs angeordnet sind.
Die von dem Antriebsmotor 2 erzeugte Antriebsenergie wird hierbei zuerst in das Hauptgetriebe 3 geleitet, wo durch schaltbare Übersetzungen ein anliegendes Antriebsdrehmoment beziehungsweise eine anliegende Antriebsdrehzahl erhöht oder reduziert werden kann. Anschließend wird die Antriebsleistung durch das Fahrzeugverteilergetriebe 1 über die hintere Übertragungswellen 6 auf die permanent angetriebene hintere Antriebsachse 10 und gegebenenfalls über die vordere Übertragungswelle 8 auf die vordere Antriebsachse 11 verteilt, wobei die Antriebsleistung auch ungleich auf die beiden Antriebsachse 10, 11 verteilt werden kann. Beispielsweise kann 40% der vom Antriebsmotor 2 zur Verfügung gestellten Antriebsenergie in die vordere Antriebsachse 11 geleitet werden und 60% in die hintere Antriebsachse 10. Zudem kann das Fahrzeugverteilergetriebe 1 die Antriebsleistung in zwei Übersetzungsstufen auf die Antriebsachsen 10, 11 verteilen. In den Ausgleichsgetrieben 9 der Antriebsachsen 10, 11 erfolgt die Verteilung der Antriebsleistung schließlich auf die Fahrzeugräder 12, welche die Antriebsleistung in einen Vortrieb des Fahrzeugs umsetzen. Hierbei können die Ausgleichsgetriebe 9 nicht sperrbar oder sperrbar im Sinne von Sperrdifferentialen oder Differentialsperren sein.
Selbstverständlich kann das Fahrzeugverteilergetriebe 1 derart in dem Antriebsstrang angeordnet sein, dass die Antriebsleistung permanent auf die vordere Antriebsachse 11 statt auf die hintere Antriebsachse 10 geleitet wird.
Das Fahrzeugverteilergetriebe 1 ist grundsätzlich in den in 4 gezeigten vier Betriebsarten BA1, BA2, BA3, BA4 betreibbar, wobei bei einer bevorzugen Verwendung einer lastschaltenden ersten Kupplung K1, das Fahrzeugverteilergetriebe 1 stufenlos zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart BA1, BA2, sowie stufenlos zwischen der dritten und der vierten Betriebsart BA3, BA4 betreibbar ist, wodurch die Antriebsleistung, wie beschrieben, unterschiedlich auf die beiden Antriebsachsen 10, 11 verteilt werden kann.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugverteilergetriebes 1 mit einem Eingangselement 13, mittels welchem die von dem Antriebsmotor 2 erzeugte Antriebsenergie in das Fahrzeugverteilergetriebe 1 geleitet wird, einer ersten Ausgangswelle 14, an welchem die Antriebsleistung permanent abgreifbar ist, einer zweite Ausgangswelle 15, an welchem die Antriebsleistung nur bei einer entsprechenden Betriebsart des Fahrzeugverteilergetriebes 1 abgreifbar ist, einem Planetensatz 16 mit den Elementen Sonnenrad 16a, Planetenrad 16b, Hohlrad 16c und Planetenträger 16d, einem Zwischenelement 17, sowie einer ersten Kupplung K1, einer zweiten Kupplung K2 und einer Bremse B.
In der hier gezeigten besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Eingangselement 13 durch den Planetenträger 16d gebildet, wobei das Zwischenelement 17 mit dem Hohlrad 16c unlösbar verbunden ist und die erste Ausgangswelle 14 mit dem Sonnenrad 16a unlösbar verbunden ist. Die zweite Ausgangswelle 15 ist über die erste Kupplung K1 mit der ersten Ausgangswelle 14 lösbar verbindbar und über die zweite Kupplung K2 mit dem Zwischenelement 17 lösbar verbindbar. Das Zwischenelement 17 ist wiederum über die Bremse B mit einem ortsfesten Gehäuse 4 lösbar verbindbar, welches vorzugsweise das Gehäuse 4 des Fahrzeugverteilergetriebes 1 oder das Gehäuse 4 des Hauptgetriebes 3 ist.
Die durch die Bremse B und die beiden Kupplungen K1, K2 schaltbaren Betriebsarten BA1, BA2, BA3, BA4 des hier gezeigten Fahrzeugverteilergetriebes 1 sind in 4 dargestellt.
3 zeigt eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher das Eingangselement 13 ebenfalls durch den Planetenträger 16d gebildet wird. Hierbei ist das Zwischenelement 17 jedoch mit dem Sonnenrad 16a und die erste Ausgangswelle 14 mit dem Hohlrad 16c unlösbar verbunden. Identisch zu dem Fahrzeugverteilergetriebe 1 aus 2 ist dabei die zweite Ausgangswelle 15 über die erste Kupplung K1 mit der ersten Ausgangswelle 14 lösbar verbindbar und über die zweite Kupplung K2 mit dem Zwischenelement 17 lösbar verbindbar. Ebenso ist das Zwischenelement 17 über die Bremse B mit dem ortsfesten Gehäuse 4 lösbar verbindbar.
Die durch die Bremse B und die beiden Kupplungen K1, K2 schaltbaren Betriebsarten des hier dargestellten Fahrzeugverteilergetriebes 1 sind identisch zu den Betriebsarten BA1, BA2, BA3, BA4 des in 2 gezeigten Fahrzeugverteilergetriebes 1 und dementsprechend in 4 dargestellt.
Beim Einsatz des in 2 oder 3 dargestellten Fahrzeugverteilergetriebes 1 in einem Antriebsstrang gemäß 1 kann die ständig mit dem Planetensatz 16 in Verbindung stehende und daher permanent angetriebene erste Ausgangswelle 14 auf die vordere oder die hintere Antriebsachse 10, 11 wirken, das heißt das Fahrzeug kann einen permanenten Frontantrieb oder einen permanenten Heckantrieb aufweisen. Dabei kann eine der beiden Ausgangswellen 14, 15 direkt als der erster Abtrieb 5 des Fahrzeugverteilergetriebes 1 dienen, wobei die andere der beiden Ausgangswellen 14, 15 über eine nicht dargestellte Ketten-, Zahnrad-, oder Wellenverbindung mit einer Abtriebswelle verbunden sein kann, welche als zweiter Abtrieb 7 des Fahrzeugverteilergetriebes 1 dient. Es können jedoch auch beide Ausgangswellen 14, 15 jeweils über eine Ketten-, Zahnrad-, oder Wellenverbindung mit je einer Abtriebswelle ver bunden sein, welche dann als erster und zweiter Abtrieb 5, 7 des Fahrzeugverteilergetriebes 1 dienen.
Selbstverständlich kann bei den in 2 und 3 gezeigten Ausgestaltungen der Erfindung das Hohlrad 16c beziehungsweise das Sonnenrad 16a ein gemeinsames Bauteil mit dem Zwischenelement 17 beziehungsweise der ersten Ausgangswelle 14 bilden. Das bedeutet beispielsweise, dass das Sonnenrad 16a je nach Ausgestaltung des Fahrzeugverteilergetriebes 1 entweder durch ein in die erste Ausgangswelle 14 oder durch ein in das Zwischenelement 17 eingearbeitetes Ritzel gebildet werden kann und dass das Hohlrad 16c durch eine in die erste Ausgangswelle 14 oder durch eine in das Zwischenelement 17 eingearbeitete Innenverzahnung gebildet werden kann.
4 zeigt listenförmig die durch die Bremse B und die erste und zweite Kupplung K1, K2 grundsätzlich schaltbaren Betriebsarten BA1, BA2, BA3, BA4 des Fahrzeugverteilergetriebes 1. Ein ausgefüllter Kreis bedeutet hierbei, dass die jeweilige Kupplung K1, K2 oder die Bremse B im Schließsinne betätigt ist, ein leerer Kreis hingegen, dass die jeweilige Kupplung K1, K2 oder die Bremse B im Öffnungssinne betätigt ist.
Die erste Betriebsart BA1 wird durch ein Öffnen der Bremse B, ein Öffnen der ersten Kupplung K1 und ein Schließen der zweiten Kupplung K2 erzeugt. Hierbei wird die Antriebsleistung von dem Eingangselement 13 auf die erste und die zweite Ausgangswelle 14, 15 verteilt, wobei zwischen den beiden Ausgangswellen 14, 15 eine Differentialwirkung besteht. Das bedeutet bei einem Blockieren einer der Ausgangswellen 14, 15 wird die komplette Antriebsleistung in die andere der Ausgangswellen 14, 15 geleitet. Die Übersetzung des Fahrzeugverteilergetriebes 1 ist in der ersten Betriebsart BA1 direkt.
Die zweite Betriebsart BA2 wird durch ein Öffnen der Bremse B, ein Schließen der ersten Kupplung K1 und ein Schließen der zweiten Kupplung K2 erzeugt, wodurch der Planetensatz 16 eine Sperrwirkung erzeugt, durch welche die Antriebsleistung zwangsweise auf die erste und die zweite Ausgangswellen 14, 15 im Sinne einer Differentialsperre übertragen wird. Die Übersetzung des Fahrzeugverteilergetriebes 1 ist in der zweiten Betriebsart BA2 ebenfalls direkt.
Die dritte Betriebsart BA3 wird durch ein Schließen der Bremse B, ein Öffnen der ersten Kupplung K1 und ein Öffnen der zweiten Kupplung K2 erzeugt. Hierbei wird die gesamte Antriebsleistung in die erste Ausgangswelle 14 eingeleitet, während die zweite Ausgangswelle 15 ohne Antrieb ist. Zudem bewirkt der Planetensatz 16 durch das starr stehende Hohlrad 16c beziehungsweise durch das starr stehende Sonnenrad 16a je nach Dimensionierung der Elemente 16a, 16b, 16c des Planetensatzes 16 eine Übersetzungswirkung des Fahrzeugverteilergetriebes 1 ins Schnelle oder ins Langsame. Da in der dritten Betriebsart BA3 die zweite Ausgangswelle 15 nicht angetrieben wird, kann deren Verschleiß und der Verschleiß der mit ihr verbundenen Antriebsachse 10, 11 deutlich reduziert werden. Ebenso können die Reibungsverluste des mit der zweiten Ausgangswelle 15 verbundenen Teils des Antriebsstrangs deutlich reduziert werden.
Die vierte Betriebsart BA4 wird durch ein Schließen der Bremse B, ein Schließen der ersten Kupplung K1 und ein Öffnen der zweiten Kupplung K2 erzeugt. Hierbei ist die erste Ausgangswelle 14 über die erste Kupplung K1 mit der zweiten Ausgangswelle 15 verbunden, wodurch die Antriebsleistung im Sinne einer Differentialsperre zwangsweise auf die erste und die zweite Ausgangswelle 14, 15 verteilt wird. Auch in der vierten Betriebsart BA4 bewirkt der Planetensatz 16 durch dessen starr stehendes Hohlrad 16c beziehungsweise durch dessen starr stehendes Sonnenrad 16a eine Übersetzungswirkung des Fahrzeugverteilergetriebes 1 ins Schnelle oder ins Langsame.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der ersten Kupplung K1 als lastschaltende Kupplung kann durch ein gezieltes Öffnen oder Schließen der ersten Kupplung K1 stufenlos zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart BA1, BA2, sowie zwischen der dritten und der vierten Betriebsart BA3, BA4 gewechselt werden, wodurch das Fahrzeugverteilergetriebe 1 zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart BA1, BA2 und der dritten und der vierten Betriebsart BA3, BA4 betreibbar ist. Hierdurch ist gezielt zwischen 0% und 50% der Antriebsleistung auf die zweite Ausgangswelle 15 übertragbar, wodurch einer der Antriebsachsen 10, 11 in dem Maße mehr Antriebsleistung zum Vortrieb des Fahrzeugs zugeteilt werden kann, wie einer weiteren der Antriebsachsen 10, 11 Antriebsleistung zum Vortrieb des Fahrzeugs entzogen werden kann. Dies ist beispielsweise beim Fahren auf teilweise rutschigem Untergrund vorteilhaft, wo für ein sicheres Vorankommen gegebenenfalls sehr kurzfristig derjenigen Antriebsachse 10, 11 mehr Antriebsleistung zugeteilt werden muss, deren Räder 12 oder Gleisketten am wenigsten Schlupf mit dem Untergrund aufweisen.
Vorzugsweise sind die Elemente 16a, 16b, 16c des Planetensatzes 16 derart dimensioniert, dass die Übersetzung des Planetensatzes 16 in der dritten und vierten Betriebsart BA3, BA4 ins Schnelle erfolgt. Hierdurch erhöht sich zwar die Drehzahl der Ausgangswellen 14, 15, es verringert sich jedoch auch das an ihnen anliegende Drehmoment, wodurch sie kleiner und leichter dimensioniert werden können. Zur Umwandlung der Antriebsenergie in einen Vortrieb des Fahrzeugs kann dabei, beispielsweise an den Enden der Antriebsachsen 10, 11, im Sinne eines Vorgeleges ein zusätzliches ins Langsame übersetzendes Übersetzungsglied angeordnet sein, welches die anliegende Drehzahl wieder reduziert und das Drehmoment zum Vortrieb des Fahrzeugs erhöht.
5 zeigt einen Ausschnitt eines Fahrzeugverteilergetriebes 1 bei welchem die Bremse B und die zweite Kupplung K2 derart mechanisch gekoppelt sind, dass entweder die Bremse B im Schließsinne betätigt ist, während die zweite Kupplung K2 im Öffnungssinne betätigt ist, oder die Bremse B im Öffnungssinne betätigt ist, während die die zweite Kupplung K2 im Schließsinne betätigt ist, wodurch ausgeschlossen ist dass es durch ein beiderseitiges Schließen der Bremse B und der zweiten Kupplung K2 zu einem ungewollten Bremsen oder Blockieren des Fahrzeugverteilergetriebes 1 kommen kann. Hierzu ist auf dem Zwischenelement 17 im Sinne einer Schaltmuffe eine ringförmige Baugruppe 18 drehsteif und verschieblich angeordnet, welche mindestens ein erstes und mindestens ein zweites Eingriffselement 18a, 18b aufweist. Das erste Eingriffselement 18a wirkt bei einer Verschiebung der Baugruppe 18 aus der dargestellten Mittelstellung heraus in eine erste Richtung 19 mit mindestens einem weiteren Eingriffselement 20 formschlüssig zusammen, welches mit dem Gehäuse 4 ortsfest verbunden ist oder welches Bestandteil des Gehäuses 4 ist und das zweite Eingriffelement 18b wirkt bei einer Verschiebung der Baugruppe 18 aus der dargestellten Mittelstellung heraus in eine zweite Richtung 21 mit mindestens einem anderen Eingriffselement 22 formschlüssig zusammen, welches mit der zweiten Ausgangswelle 15 ortsfest verbunden ist oder welches Bestandteil der zweiten Ausgangswelle 15 ist.
Um ein gleichzeitiges Zusammenwirken des ersten Eingriffselements 18a mit dem Gehäuse 4 und des zweiten Eingriffelements 18b mit der zweiten Ausgangswelle 15 zu vermeiden, steht die Baugruppe 18 in der gezeigten Mittelstellung im Sinne eines Freilaufs weder mit dem Gehäuse 4, noch mit der zweiten Ausgangswelle 15 in Kontakt.
Zur Erleichterung des Schaltvorgangs der Baugruppe 18 in die erste oder zweite Richtung 19, 21 kann zwischen der Baugruppe 18 und dem Gehäuse 4 oder zwischen der Baugruppe 18 und der zweiten Ausgangswelle 15 eine Synchronisierung vorgesehen sein, und selbstverständlich können das erste und/oder das zweite Eingriffselement 18a, 18b auch auf der Außenseite oder auf der Innenseite der Baugruppe 18 angeordnet sein.
Alternativ hierzu können die Bremse B und die zweite Kupplung K2 auch lastschaltend ausgeführt sein und mittels einer geregelten Überschneidungsschaltung zusammengeschaltet sein, wodurch ein Schalten zwischen den Be triebsarten BA1, BA2, BA3, BA4 möglich ist, ohne dass eine Unterbrechung der Übertragung der Antriebsleistung zwischen dem Eingangselement 13 und den Ausgangswellen 14, 15 notwendig ist.
In 6 ist eine Möglichkeit der Integration des Fahrzeugverteilergetriebes 1 in das Hauptgetriebe 3 dargestellt. Hierbei bilden die Planetenräder 23b eines abschließenden Planetensatzes 23 des Hauptgetriebes 3 ein gemeinsames Bauteil mit den Planetenrädern 16b des Planetensatzes 16 des Fahrzeugverteilergetriebes 1, wodurch das Ausgangselement des Hauptgetriebes 3 gleichzeitig das Eingangselement 13 des Fahrzeuggetriebes 1 ist. Die Planetenräder 16b, 23b sind dabei drehbar mit dem Planetenträger 16d des Fahrzeugverteilergetriebes 1 verbunden, welcher wiederum drehbar auf den Sonnenrädern 23a, 16a, oder drehbar auf einer Hauptgetriebewelle 24 und auf der ersten Ausgangswelle 14 gelagert ist.
Statt wie abgebildet kann der abschließende Planetensatz 23 des Hauptgetriebes 3 neben dem Sonnenrad 23a und den Planetenrädern 23b unter anderem einen eigenen Planetenträger umfassen, auf welchem die Planetenräder 23b drehbar angeordnet sind und/oder der Planetensatz 23 kann ein Hohlrad umfassen, mit welchem die Planetenräder 23b im Eingriff stehen. Das Sonnenrad 23a, das Hohlrad oder der Planetenträger des Hauptgetriebes 3 kann dann als Abtrieb des Hauptgetriebes 3 dienen und mit dem Planetenträger 16d des Fahrzeugverteilergetriebes 1 verbunden sein, wodurch ebenso das Eingangselement 13 des Fahrzeugverteilergetriebes 1 gleichzeitig das Ausgangselement des Hauptgetriebes 3 ist.
Selbstverständlich kann zur Integration des Fahrzeugverteilergetriebes 1 in das Hauptgetriebe 3 auch eine Ausgangswelle des Hauptgetriebes 3 im Sinne des Ausgangselements das Eingangselement 13 des Fahrzeugverteilergetriebes 1 bilden, indem die Ausgangswelle direkt mit dem Planetenträger 16d des Fahrzeugverteilergetriebes 1 verbunden ist, beispielsweise falls die letzte Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes 3 durch eine Stufenübersetzung gebildet wird oder falls das Hauptgetriebe 3 ein Stufengetriebe oder ein stufenloses Getriebe ist.
Nicht dargestellt ist in 6, dass das Fahrzeugverteilergetriebe 1 mit dem Hauptgetriebe 3 ein gemeinsames Steuerungs-, Druckversorgungs-, Schmier- oder Kühlsystem nutzen kann, wodurch zusätzliche Gewichts- und Bauraumeinsparungen erreichbar sind.

1: Fahrzeugverteilergetriebe
2: Antriebsmotor
3: Hauptgetriebe
4: Gehäuse
5: erster Abtrieb
6: hintere Übertragungswelle
7: zweiter Abtrieb
8: vordere Übertragungswelle
9: Ausgleichsgetriebe
10: hintere Antriebsachse
11: vordere Antriebsachse
12: Fahrzeugräder
13: Eingangselement
14: erste Ausgangswelle
15: zweite Ausgangswelle
16: Planetensatz des Fahrzeugverteilergetriebes 1
16a: Sonnenrad
16b: Planetenrad
16c: Hohlrad
16d: Planetenträger
17: Zwischenelement
18: Baugruppe
18a: erstes Eingriffselement
18b: zweites Eingriffselement
19: erste Richtung
20: weiteres Eingriffselement
21: zweite Richtung
22: anderes Eingriffselement
23: Planetensatz des Hauptgetriebes 3
23a: Sonnenrad
23b: Planetenrad
24: Hauptgetriebewelle
B: Bremse
BA1: erste Betriebsart
BA2: zweite Betriebsart
BA3: dritte Betriebsart
BA4: vierte Betriebsart
K1: erste Kupplung
K2: zweite Kupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5522777 [0003]

Claims

Fahrzeugverteilergetriebe (1), mindestens umfassend ein Eingangselement (13) zum Antrieb des Fahrzeugverteilergetriebes (1), eine erste Ausgangswelle (14) für einen ersten Abtrieb (5) von dem Fahrzeugverteilergetriebe (1) und eine zweite Ausgangswelle (15) für einen zweiten Abtrieb (7) von dem Fahrzeugverteilergetriebe (1), sowie in einem Gehäuse (4) angeordnete Mittel zur Erzeugung von mindestens zwei schaltbaren Übersetzungen zwischen dem Eingangselement (13) und dem ersten und zweiten Abtrieb (5, 7) und zur schaltbaren Koppelung des ersten Abtriebs (5) mit dem zweiten Abtrieb (7), wobei die Mittel mindestens einen Planetensatz (16), bestehend aus mindestens den Elementen Sonnenrad (16a), Planetenrad (16b), Hohlrad (16c) und Planetenträger (16d) umfassen, sowie mindestens eine Bremse (B), eine erste Kupplung (K1) und eine zweite Kupplung (K2), wobei das Eingangselement (13) ein erstes Element des Planetensatzes (16) ist und zur Koppelung des ersten Abtriebs (5) mit dem zweiten Abtrieb (7) die erste Ausgangswelle (14) mit der zweiten Ausgangswelle (15) mittels der ersten Kupplung (K1) lösbar verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein Zwischenelement (17) umfassen, welches mit einem zweiten Element des Planetensatzes (16) unlösbar verbunden ist, wobei das Zwischenelement (17) mittels der Bremse (B) mit dem Gehäuse (4) lösbar verbindbar ist und mittels der zweiten Kupplung (K2) mit der zweiten Ausgangswelle (15) lösbar verbindbar ist und dass die erste Ausgangswelle (14) mit einem dritten Element des Planetensatzes (16) unlösbar verbunden ist.
Fahrzeugverteilergetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erste Element des Planetensatzes (16) der Planetenträger (16d) oder das Planetenrad (16b) ist.
Fahrzeugverteilergetriebe (1) nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das zweite Element des Planetensatzes (16) das Hohlrad (16c) ist und das dritte Element des Planetensatzes (16) das Sonnenrad (16a) ist.
Fahrzeugverteilergetriebe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element des Planetensatzes (16) das Sonnenrad (16a) ist und das dritte Element des Planetensatzes (16) das Hohlrad (16c) ist.
Fahrzeugverteilergetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugverteilergetriebe (1) abtriebsseitig hinter einem Hauptgetriebe (3) angeordnet ist, wobei ein Ausgangselement (23b) des Hauptgetriebes (3) das Eingangselement (13) des Fahrzeugverteilergetriebes (1) ist.
Fahrzeugverteilergetriebe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugverteilergetriebe (1) in das Hauptgetriebe (3) integriert ist, wobei das Gehäuse (4) des Fahrzeugverteilergetriebes (1) zumindest zum Teil ein Gehäuse (4) des Hauptgetriebes (3) ist und ein Schmier-, Kühl-, Druckversorgungs- oder Steuerungssystem des Hauptgetriebes (3) als ein Schmier-, Kühl-, Druckversorgungs- oder Steuerungssystem des Fahrzeugverteilergetriebes (1) dient.
Fahrzeugverteilergetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste oder die zweite Kupplung (K1, K2) oder die Bremse (B) lastschaltbar ist.
Fahrzeugverteilergetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste oder die zweite Kupplung (K1, K2) oder die Bremse (B) formschlüssig wirkt.
Fahrzeugverteilergetriebe (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (B) und die zweite Kupplung (K2) derart mechanisch oder elektronisch gekoppelt sind, dass die Bremse (B) geschlossen ist während die zweite Kupplung (K2) geöffnet ist und dass die Bremse (B) geöffnet ist während die zweite Kupplung (K2) geschlossen ist.
Fahrzeugverteilergetriebe (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Zwischenelement (17) eine Baugruppe (18) drehsteif und verschieblich angeordnet sind, welche mindestens ein erstes und mindestens ein zweites Eingriffelement (18a, 18b) aufweist, wobei das erste Eingriffselement (18a) bei einer Verschiebung der Baugruppe (18) in eine erste Richtung (19) im Sinne der Bremse (B) formschlüssig mit mindestens einem weiteren Eingriffselement (20) zusammenwirkt, welches mit dem Gehäuse (4) unlösbar verbunden ist und das zweite Eingriffelement (18b) bei einer Verschiebung der Baugruppe (18) in eine zweite Richtung (21) im Sinne der zweiten Kupplung (K2) formschlüssig mit mindestens einem anderen Eingriffselement (22) zusammenwirkt, welches mit der zweiten Ausgangswelle (15) unlösbar verbunden ist.
Fahrzeugverteilergetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugverteilergetriebe (1) eine elektronische Steuerung und Sensoren umfasst, wobei die Bremse (B) oder die erste Kupplung (K1) oder die zweite Kupplung (K2) anhand von Messwerten der Sensoren und anhand mindestens eines in der elektronischen Steuerung gespeicherten Kennfeldes betätigt wird.