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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung
für allradgetriebene
Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Aus der
DE 41 11 615 A1 ist bereits
eine Antriebsanordnung für
allradgetriebene Kraftfahrzeuge, mit einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe
und einem Längsdifferenzial
zur Antriebsmomentenverteilung auf ein erstes und ein zweites Achsdifferenzial, über die
die Vorderräder
und die Hinterräder
des Kraftfahrzeuges angetrieben werden, bekannt. Dabei treibt eine
Abtriebswelle des Wechselgetriebes ein Antriebselement des Längsdifferenzials
an und Abtriebselemente des Längsdifferenziales
sind mit den Achsdifferenzialen trieblich verbunden. Die Abtriebs-Übersetzungsverhältnisse
zwischen den Abtriebselementen des Längsdifferenziales und den Vorder-
bzw. den Hinterrädern
des Kraftfahrzeuges sind unterschiedlich, so dass bei Geradeausfahrt
des Kraftfahrzeuges Relativdrehzahlen zwischen dem Antriebselement
und einem der Abtriebselemente auftreten.
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Konkret ist eine derartige Antriebsanordnung in 1 dieser Druckschrift gezeigt,
wobei im Kraftfluss zwischen dem Antriebs element und einem der Abtriebselemente
des Längsdifferenziales
eine kontinuierlich regelbare Sperrkupplung eingeschaltet ist. Über verschieden
starkes Beaufschlagen der Sperrkupplung kann ein eindeutiges Moment
von der Hinterachse an die Vorderachse abgegeben werden. Dadurch
besteht die Möglichkeit,
in Abhängigkeit
von Fahrzuständen
die Momentenverteilung schnell umzuschalten.
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Weiter ist aus der
DE 21 35 791 A eine Antriebsanordnung
für allradgetriebene
Kraftfahrzeuge bekannt, die einen ähnlichen Aufbau wie die oben
beschriebene aufweist. Auch hier ist ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe
und ein Längsdifferenzial
zur Antriebsmomentenverteilung auf ein erstes und ein zweites Achsdifferenzial, über die
die Vorderräder und
die Hinterräder
des Kraftfahrzeuges angetrieben werden, umfasst. Eine Abtriebswelle
des Wechselgetriebes treibt ein Antriebselement des Längsdifferenziales
an und Abtriebselemente des Längsdifferenziales
sind trieblich mit den Achsdifferenzialen verbunden. Im Kraftfluss
zwischen den Abtriebselementen des Längsdifferenziales ist eine
Steuerkupplung mit viskoser Flüssigkeit,
wie dies dem Patentanspruch 18 zu entnehmen ist, eingeschaltet.
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Aus
1 der
DE 38 28 421 C1 ist
ein sperrbares Kegelraddifferenzial mit einer Viskokupplung bekannt,
welches beispielsweise als Längsdifferenzial
für vierradgetriebene
Kraftfahrzeuge Anwendung finden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb,
eine Antriebsanordnung der oben genannten Art vorzuschlagen, die
bei günstiger,
kon- struktiv vorgebbarer Antriebmomentenverteilung baulich . und
steuerungstechnisch besonders einfach ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Ertindung sind den weiteren Patentansprüchen ent- nehmbar.
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Gemäß Anspruch 1 ist im Kraftfluss
zwischen dem Antriebselement und einem der Abtriebselemente des
Längsdifferenziales
eine Viskokupplung eingeschaltet, die bei zunehmender Drehzahldifferenz
im Antriebszug zunehmend Antriebsmoment mit überträgt.
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Die Viskokupplung bildet dabei keine
drehzahlabhängige
Sperre, sondern lässt
die anfangs geringen Drehzahldifferenzen zu und beginnt erst mit zunehmenden
Drehzahldifferenzen aufgrund zunehmender Geschwindigkeit des Kraffahrzeuges
Antriebsmoment mit zu übertragen,
wodurch sich die vorgegebene Antriebsmomentenverteilung gezielt ändert. Es
ist ersichtlich, dass sich damit ohne steuerungstechnischen Aufwand
abhängig
von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges beliebige Momentenverteilungen
zwischen den Vorderrädern
und den Hinterrädern
erzielen lassen, die anfangs frontlastig oder hecklastig und bei
Maximal- geschwindigkett gleich sein können.
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Bevorzugt kann das Längsdifferenzial
durch ein Planetenradgetriebe gebildet sein, dessen Antriebselement
ein Planetenradträger
mit Planetenrädern
und dessen Abtriebselemente ein innenverzahntes Außenrad und
ein außenverzahntes
Sonnenrad sind, wobei die Viskokupplung an den Planetenradträger und
eines der Abtriebselemente angebaut ist. Derartige Planetenradgetriebe
sind fertigungstechnisch günstig
und robust; ferner lassen sich Antriebsmomentenverteilungen wie
z.B. 40:60 oder 30:70 etc. einfach durch entsprechende Auslegung
der Abtriebselemente verwirklichen.
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Baulich besonders vorteilhaft kann
das mit der Viskokupplung verbundene Abtriebselement das Sonnenrad
des Längsdifferenziales
sein, insbesondere wenn dieses über
das vordere Achsdifferenzial die Vorderräder des Kraftfahrzeuges antreibt.
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Das Längsdifferenzial kann aber auch
ein Kegelraddifferenzial sein, dessen Antriebselement das Ausgleichsgehäuse und
dessen Abtriebselemente Achskegelräder sind, wobei dann die Viskokupplung
trieblich zwischen dem Ausgleichsgehäuse und einem der Achskegelräder angeordnet
ist. Auch ein derartiges Kegelraddifferenzial kann mit unterschiedlichem
Antriebsmoment zu den Achsdifferenzialen ausgelegt sein und ist
insbesondere aufgrund seiner kompakten Einbaumaße hinsichtlich des erforderlichen
Bauraumes günstig.
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Die unterschiedlichen Abtriebs-Übersetzungsverhältnisse
zwischen den Abtriebselementen des Längsdifferentiales und den Vordu-
bzw. Hinteräden
des Kraftfahrzuges können
durch unterschiedliche Verzahnungen in den Achsdifferenzialen gebildet sein,
z.B. durch unterschiedliche Zähnezahlen
an den Tellerrädern
der Achsdifferenziale. Es können
jedoch auch geringfügig
unterschiedliche Reifengrößen an den
angetriebenen Vorder- und Hinterrädern des Kraftfahrzeuges verwendet
sein, die die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse
bilden. Es versteht sich, dass bei dem letzterem Vorschlag sicherzustellen
ist, dass keine Verwechslungen bei der Montage der Räder auftreten.
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Bei einer bevorzugten Auslegung wird über das
Längsdifferenzial
eine größere Antriebsmomentenverteilung
zu den Hinterrädern
des Kraftfahrzeuges vorgegeben und die Viskokupplung zwischen dem
Antriebselement des Längsdifferenziales
und dem mit dem vorderen Achsdifferenzial trieblich verbundenem
Abtriebselement des Längsdifferenziales eingeschaltet.
Daraus resultiert im Anfahrbereich und ggf. unteren Geschwindigkeitsbereich
des Kraftfahrzeuges ein stärkeres
Antriebsmoment an der Hinterachse des Kraftfahrzeuges mit dem Vorteil,
dass z.B. beim Durchfahren enger Kurven ein antriebsbedingtes Übersteuern
des Kraftfahrzeuges erzeugbar ist und beim Bergauffahren der dynamischen
Achslastverteilung Rechnung getragen wird.
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Besonders vorteilhaft wird dabei
die Viskokupplung mit Bezug zu den unterschiedlichen Abtriebs-Übersetzungsverhältnissen
so ausgelegt, dass bei der Maximalgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges eine
gleiche Antriebsmomentenverteilung vorliegt und dass bei gegenüber der
Maximalgeschwindigkeit niedrigeren Geschwindigkeiten unterschiedliche
Antriebsmomentenverteilungen vorliegen. Das heißt, dass bei entsprechender
Auslegung der Viskokupplung diese bei Maximalgeschwindigkeit des
Kraftfahrzeuges genau so viel Antriebsmoment mit überträgt, dass
die vorgegebene unterschiedliche Abtriebsmomentenverteilung ausgeglichen
ist.
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Die Viskokupplung kann ferner so
ausgelegt sein, dass sie bei Drehzahldifferenzen, die größer als die
Drehzahldifferenz bei Maximalgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges
ist, zunehmend in an sich bekannter Weise als Längssperre wirkt. Somit kann ohne
Mehraufwand auch eine Sperrtunktion erzielt werden, die z.B. durchdrehende
Räder an
einer Achse des Kraftfahrzeuges bei Überschreiten einer vorgegebenen
Drehzahldifferenz ausschließt.
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Schließlich wird vorgeschlagen, die
Viskokupplung als eine geschlossene Einheit innerhalb des Längsdifferenziales
auszuführen.
Damit kann innerhalb des Längsdifferenziales
ohne spezielle Abdichtmaßnahmen
das übliche
Schmiermittel verwendet sein, zuverlässig getrennt von dem die entsprechende
Scherreibung erzeugenden Viskosemittel in der Viskokupplung.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind
im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher beschrieben.
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Die anliegende schematische Zeichnung zeigt
in:
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1 ein
Blockschaltbild einer Antriebsanordnung für ein allradgetriebenes Kraftfahrzeug
mit einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe
mit integriertem Vorderachsdifterenzial, einem Längsdifferenzial mit Planetengetriebe
und integrierter Viskokupplung und einer Abtriebswelle zum Antrieb
eines hinteren Achsdifferenziales; und
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2 ein
Kegelraddifterenzial mit integrierter Viskokupplung als Längsdifferenzial
für eine
Antriebsanordnung gemäß 1.
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Die 1 zeigt
eine Antriebsanordnung für einen
Allradantrieb in einem Kraftfahrzeug, mit einem nur teilweise dargestelltem
Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 12 mit einem integrierten
Achsdifferenzial 14 zum Antrieb der vorderen Räder des
Kraftfahrzeuges, einem ebenfalls integrierten Längsdifferenzial bzw. Planetenradgetriebe 16 und
einer Abtriebswefle 18, die in an sich bekannter Weise
beispielsweise über
eine Kardanwelle und ein hinteres Achsdifferenzial die hinteren
Räder des
Kraftfahrzeuges antreibt. Soweit nicht dargestellt, können die
genannten Antriebsteile herkömmlicher
Bauart und Konstruktion sein.
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Der Kraftfluss verläuft von
einer antreibenden Brennkraftmaschine mit einer Kraftabgabewelle 20 über eine
Trennkupplung 22 auf die Getriebe-Eingangswelle 24 und über die
nur teilweise dargestellten Gangstufen 26 oder 28 auf
eine hohle Abtriebswelle 30.
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Die Abtriebswelle 30 ist
mit einem Planetenradträger 32 mit
mehreren Planetenrädern 34 als
Antriebselement des als einfaches Planetenradgetriebe 16 ausgebildeten
Längsdifferenziales
verbunden.
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Die Planetenräder 34 kämmen einerseits
mit einem außenverzahnten
Sonnenrad 36 als erstes Abtriebselement und einem innenverzahnten
Außenrad 38 als
zweites Abtriebselement des Planetenradgetriebes 16.
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Das Sonnenrad 36 ist mit
einer Abtriebswelle 40 verbunden, die über ein Ritzel 42 in
bekannter Weise das Tellerrad 44 des Achsdifferenziales 14 antreibt.
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Des weiteren ist das Außenrad 38 des
Planetenradgetriebes 16 mit der besagten Abtriebswelle 18 verbunden.
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Schließlich ist in das Längsdifferenzial 16 eine
in sich geschlossene Viskokupplung 46 integriert, deren
nicht näher
dargestellte Lamellen alternierend mit dem trommelförmigen Gehäuse 48 des Planetenradträgers 32 und
der Abtriebswelle 40 verbunden sind.
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Es versteht sich, dass die angeführten Bauteile
in einem Getriebegehäuse
entsprechend gelagert und geführt
sind.
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Die Abtriebs-Übersetzungsverhältnisse
zwischen den Abtriebselementen (36; 33; 56; 58)
des Längsdifferenzials
(14; 50) und den nicht dargestellten Vorder- bzw.
Hinteräden
des kraftfahrzuges sind unterschiedlich ausgelegt (z.B. unterschiedliche
Zähnezahlen
der Tellerräder 44),
so dass bei einer Fahrt des Kraftfahrzeuges Relativdrehzahlen zwischen dem
Planetenrad träger 32 und
der Abtriebswelle 40 bzw. innerhalb der dazwischengeschalteten
Viskokupplung 46 auftreten.
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Die Viskokupplung 46 ist
ferner so konstruiert, dass sie bei zunehmender Drehzahldifferenz
(= zunehmende Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges) aufgrund der
Scherreibung des Viskosemediums zunehmend Antriebsmoment von der
Abtriebswelle 30 auf die Abtriebswelle 40 überträgt.
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Des weiteren ist das Planetenradgetriebe 16 so
ausgelegt, dass es eine Antriebsmomentenverteilung von 40:60 ausübt; d.h.,
dass auf die Abtriebswelle 18 zum Antrieb der hinteren
Räder des
Kraftfahrzeuges 60% und auf die Abtriebswelle 40 zu den
vorderen Rädern
40% des Antriebsmomentes übertragen
werden.
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Daraus resultiert, dass beim Anfahren
des Kraftfahrzeuges eine Momentenverteilung von Vorderachse : Hinterachse
von 40:60 vorliegt. Steigt die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges
und damit die Drehzahldifferenz an der Viskokupplung 46 weiter an,
so überträgt die Viskokupplung 46 auslegungsgemäß so viel
Antriebsmoment von der Abtriebswelle 30 direkt auf die
Abtriebswelle 40, dass sich die Momentenverteilung bei
Maximalgeschwindigkeit auf 50:50 ausgleicht.
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Innerhalb der bis zur maximalen Geschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges auftretenden Drehzahldifferenz aufgrund der
vorgegebenen, unterschiedlichen Abtriebs-Übersetzungsverhältnisse
zwischen den Abriebselementen (36; 38; 56; 58)
des Längsdifferenziales
(16; 50) und den Vorder- bzw. steigt die DrehmomentHinterädern des
kraftfahrzeuges steigt die Drehmoment- übertragung der Viskokupplung 46 nicht
weiter an (sofern dies nicht konstruktiv zur Erzielung einer anderer
Drehmomentverteilung vorgegeben wäre).
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Erst bei Vorliegen einer weit höheren Drehzahldifferenz – die die
der Maximalgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges entsprechende Drehzahldifferenz
deutlich übersteigt – nimmt
die Momentenübertragung
der Viskokupplung 46 bis hin zu einer vollständigen Sperrwirkung
des Längsdifferenziales 16 zu.
Diese höhere
Drehzahldifferenz kann aber nur bei durchdrehenden Rädern des
Kraftfahrzeuges an einer Achse auftreten und entspricht nicht regulärem Fahrbetrieb.
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Die Antriebsanordnung gemäß 2 ist nur soweit dargestellt
und beschrieben, als sie von der 1 wesentlich
abweicht. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Anstelle des Planetenradgetriebes 16 ist
als Längsdifferenzial
ein Kegelraddifferenzial 50 vorgesehen, dessen Antriebselement
bzw. Ausgleichsgehäuse 52 mit
der hohlen Abtriebswelle 30 des Wechselgetriebes 12 verbunden
ist.
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In dem Ausgleichsgehäuse 52 sind
in bekannter Weise Planetenräder 54 und
mit diesen kämmende
Achskegelräder 56, 58 drehbar
gelagert. Dabei ist das eine Achskegelrad 56 mit der Abtriebswelle 40 zum
Antrieb des vorderen Achsdifferenziales 14 und das andere
Achskegelrad 58 mit der Abtriebswelle 18 zum Antrieb
des hinteren Achsdifferenziales (nicht dargestellt) fest verbunden.
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Ferner ist in das Ausgleichsgehäuse 52 die als
geschlossene Einheit ausgeführte
Viskokupplung 46 integriert, die mittels der Lamellen und
der eingefüllten
Scherreibungsflüssigkeit
bei definierten, einen unteren Wert übersteigenden Drehzahldifferenzen ein
Antriebsdrehmoment von dem Ausgleichsgehäuse 52 auf die Abtriebswelle 18 direkt überträgt.
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Die Antriebsmomentenverteilung in
dem nicht symmetrischen Längsdifferenzial
bzw. Kegelraddifferenzial 50 ist 60:40, d.h., mit 60% Antriebsmoment
auf die Vorderräder
und 40% auf die Hinterräder
des Kraftfahrzeuges beim Anfahren.
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Bei Maximalgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges
und dementsprechend höherer
Drehzahldifferenz ändert
sich wiederum die Momentenverteilung auf 50:50 (oder auch auf andere
vorgegebene Werte).
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Die unterschiedlichen Abtriebs-Übersetzungsverhältnisse
zwischen dem ersten und dem zweiten Achsdifferenzial können auch
durch unterschiedliche Reifengrößen an den
angetriebenen Vorder- und Hinterrädern des Kraftfahrzeuges erzeugt sein.
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Es versteht sich, dass auch andere
als die angeführten
Antriebsmomentenverteilungen konstruktiv vorgegeben werden können, wobei
die Viskokupplung 46 und die Übersetzungsverhältnisse
entsprechend zu modifizieren sind.