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Getriebeanordnung für ein Getriebesystem eines Motorfahrzeuges Die
Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung für ein Getriebesystem eines Motorfahrzeuges,
bei der die Motorleistung zu den vorderen und hinteren Fahrzeugrädern übertragen
wird und ein zentrales Differentialgetriebe zwischen den entsprechenden Trieben
zu den hinteren und den vorderen Fahrzeugrädern angeordnet ist, welche Getriebeanordnung
ein Wendegetriebe umfaßt, durch das ein Antriebsglied des Differentialgetriebes
zum Vorwärts-und Rückwärtslauf antreibbar ist und bei welchem eine Freilaufkupplung
für eine Drehrichtung dem Trieb vom Differentialgetriebe zu den hinteren und/ oder
vorderen Fahrzeugrädern zugeordnet ist.
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Bei einem Getriebesystem der genannten Art teilt das Differentialgetriebe
das Motordrehmoment zwischen den Abtrieben zu den vorderen und hinteren Achsen auf.
Die Anordnung ist insofern ideal, als ein freier Differentialbetrieb zwischen allen
motorgetriebenen Fahrzeugrädern vorliegt. Es müssen jedoch auch Nachteile in Kauf
genommen werden, denn wenn auch nur eines der Fahrzeugräder seine erforderliche
Haftung am Boden verliert und schlüpft, läuft dieses Rad leer, und es tritt ein
wesentlicher Verlust an allen Fahrzeugrädern auf. Es kann dann der Fall eintreten,
daß das Fahrzeug zum Stillstand kommt.
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Die Aufgabenstellung der Erfindung sieht in einem Getriebesystem dieser
Art ein Geschwindigkeitswechselgetriebe vereinigt mit einem Differentialgetriebe
mit Begrenzungsmitteln für den Differentialbetrieb vor. Diese Begrenzung wird bis
zu einem solchen Ausmaß getrieben, daß die vorderen (und/ oder die hinteren) Fahrzeugräder
daran gehindert werden, zu schlüpfen oder durchzudrehen und die hinteren (und/oder
vorderen) daran gehindert werden, beim starken Bremsen zu blockieren.
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Es ist bereits bekannt, eine Einweg-Freilaufvorrichtung bei Kraftübertragungen
von Kraftfahrzeugen eines anderen Systems zu verwenden, nämlich eines Systems, bei
dem die Motorleistung zu den hinteren und vorderen Rädern durch ein zentrales, schaltbares
Planetengetriebe übertragen wird.
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Das Übersetzungsverhältnis dieses Getriebes kann durch schnelles Bremsen
des mittleren Sonnenrades geändert werden, und in diesem Fall wird die Freilaufvorrichtung
wirksam, um die lange Welle des Sonnenrades von der quer verlaufenden Radachse zu
trennen, so daß diese Achse durch ihre Räder frei gedreht werden kann.
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Es ist weiterhin bekannt, eine Einweg-Freilaufvorrichtung zwischen
der langen Triebwelle der Vorderräder und den quer liegenden Halbachsen der Vorderräder
anzuordnen. Auf diese Weise können die Hinterräder unabhängig von dem Motorantrieb
die vom Motor angetriebenen Vorderräder überholen, wenn das Fahrzeug beispielsweise
durch eine Kurve gesteuert wird. Wenn bei einem solchen System die vom Motor getriebenen
Vorderräder rutschen oder durchdrehen, wird diesem Effekt durch die Hinterräder
über die dann blockierte Freilaufvorrichtung entgegengewirkt.
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Diese bekannten Systeme haben jedoch nichts gemeinsam mit der Begrenzung
der Differentialwirkung eines zentralen Differentialgetriebes.
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Nach der Erfindung ist eine Getriebeanordnung der oben beschriebenen
Art mit einer Einweg Freilaufvorrichtung gekennzeichnet durch eine Freilaufkupplung
für eine Drehrichtung, deren Laufglied mit der in beiden Richtungen laufenden Antriebswelle
für die Fahrzeugräder verbunden ist, die ein Antriebsglied des Differentialgetriebes
mit den nachgeschalteten Fahrzeugrädern verbindet, wogegen der überholende Teil
der Kupplung nur in einer einzigen Richtung von den nur in einer Richtung drehenden,
den Antrieb einleitenden Rädern des Wendegetriebes angetrieben ist, so daß auch
im Rückwärtsgang die Triebkraft auf dem gleichen Wege übertragen wird.
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Diese Getriebeanordnung ist daher zu unterscheiden von dem älteren
Patent des gleichen Erfinders,
nach dem eine Zweiweg-Freilaufvorrichtung
verwendet wird und die die folgenden unterschiedlichen Kennzeichen hat: Die Antriebswelle
des Getriebes ist vom Motor über ein Wechsel- und Wendegetriebe angetrieben, wobei
die Anordnung so getroffen ist, daß nicht nur der Laufteil der Freilaufvorrichtung,
sondern auch ihr Überholteil umkehrbar sind. Auf Grund dieser Anordnung war eine
Zweiweh Freilaufvorrir;,tung erforderlich, und es ist allgemein bekannt, daß Vorrichtungen
dieser Art wesentlich komplizierter und unzuverlässiger sind als eine einfache Einweg-Freilaufvorrichtung.
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Weiterhin werden erfindungsgemäß zwei Einweh Freilaufvorrichtungen
verwendet, deren Laufteile jeweils mit den Antriebswellen verbunden sind, die sich
von den vorderen und hinteren Abtriebsteilen der Differentialgetriebe zu den Vorder-
und Hinterrädern erstrecken, und deren Überholteile beide mit der Kraftquelle zu
verbinden sind, so daß sie von dorther nur in einer Richtung angetrieben werden.
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Vorzugsweise ist die Freilaufvorrichtung oder jede dieser Vorrichtungen
mit der Kraftquelle, d. h. mit dem Getrieberad zu verbinden und somit unabhängig
vom Geschwindigkeitswechselgetriebe anzutreiben. Zum Beispiel sind der oder die
Überholteile mit dem Antrieb des Wechselgetriebes getrieblich verbunden.
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Der oder die Überholteile sind mit der Kraftquelle an der Antriebsseite
der Wendegetrieberäder zu verbinden, so daß die Freilaufwirkung während des Rückwärtsfahrens
gegeben ist.
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Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, in der Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch die Anordnung, Fig.
2 einen Schnitt entlang der Linie II-11 in der Fig. 1 darstellt und eine Einzelheit
zeigt.
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In dem Beispiel wird die Anordnung bei einem Getriebesystem der genannten
Art angewandt, indem ein hydraulischer Drehmomentwandler zwischen dem Fahrzeugmotor
und der Getriebeanordnung angebracht ist. Der Drehmomentwandler ist nicht dargestellt
und kann irgendeine zweckmäßige Ausführung haben. Die Antriebswelle des Drehmomentwandlers
ist mit 10 bezeichnet. Diese Welle treibt ein Zahnrad 11 an, von dem die
ganze Getriebeanordnung getrieben wird.
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Das Getriebesystem sieht die üblichen Antriebswellen 12 F und 12R
vor, die vordere und hintere Differentialräder antreiben. Diese Differentialräder
sind zwischen den vorderen Fahrzeugradhalbachsen angeordnet. In der Zeichnung sind
diese Differentialgetrieberäder und -achsen dargestellt. Die Wellen 12R und 12F
laufen von dem Gehäuse 13, in dem sie gelagert sind, nach vorn und hinten.
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Das Differentialgetriebe der Getriebeanordnung, das zwischen der vorderen
und hinteren Antriebswelle 12F und 12R angebracht ist, sieht zwei koaxial angeordnete
Abtriebssonnenräder 14F und 14R vor, einen Satz Planetenräder 15 und einen Planetenträger.
In dem vorliegenden Beispiel besteht dieser Träger aus drei koaxial angeordneten
Teilen 16, 17 und 18, durch die sich die Antriebswellen hindurch erstrecken. Die
Sonnenräder 14F und 14R sind Kegelräder, die mit den Antriebswellen 12F und 12R
entsprechend verkeilt sind. Die Planetenräder 15 sind ebenfalls Kegelräder, die
auf einer im Teil 17 des Planetenträgers gelagerten Querwelle 19 laufen.
Die Teile des Differentialgetriebes werden alle von dem Gehäuse 13 umschlossen.
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Das Geschwindigkeitswechselgetriebe der Getriebeanordnung hat drei
Übersetzungsverhältnisse für Vorwärtsgänge und Rückwärtsgang. Das Getriebe enthält
eine Gruppe treibender Räder, die in dem Gehäuse 13 untergebracht sind und von der
Antriebswelle 20 des Getriebes getragen werden. Die Welle ist im Gehäuse 13 gelagert
und verläuft parallel zu den Wellen 12F und 12R. Sie wird von einem Getrieberad
21 angetrieben, das mit ihr verkeilt ist und mit dem Getrieberad 11 kämmt. Das Rad
21 ist etwas größer als das Rad 11. Die treibenden Getrieberäder setzen sich aus
einem ersten Rad 22 für den niedrigen Gang, einem zweiten Rad 23 für den mittleren
Gang und einem dritten Rad 24 für den höchsten Gang zusammen. Diese treibenden Räder
bilden mit den getriebenen Rädern 25, 26 und 27 je ein Geschwindigkeitsübersetzungspaar,
und die Räder 25, 26 und 27 bilden zusammenhängende Teile des Planetenträgers 16,
17, 18. Das erste Getrieberad 22 sitzt nicht drehbar auf der Keilwelle 20, ist jedoch
auf dieser Welle unter der Einwirkung eines Schubfingers 28 verschiebbar und kann
in oder außer Eingriff mit dem Getrieberad 25 auf dem Teil 16 des Planetenträgers
gebracht werden. Das zweite und dritte Getrieberad 23 und 24 arbeitet al.wechselnd
mit der Welle 20 durch eine Synchronisierungsvorrichtung 29, welche von einem anderen
Schubfinger 30 verschieb-]ich ist, zusammen. Die Schubfinger 28 ,ind 30 sind an
einem Gleitstück 30 A angeordnet, das von dem Handhebel 30B als Ganghebel zu bewegen
ist. So kann beim Vorwärtsfahren irgendeines der drei Räderpaare 22, 25 oder 23,
26 oder 24,27 wahlweise verwendet werden, um den Planetenträger 16, 17, 18 anzutreiben.
Über diesen Planetenträger und die anderen Teile des Differentialgetriebes werden
die Wellen 12F und 12R angetrieben.
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Für die Rückwärtsfahrt wird eine Reihe von leer laufenden Zwischenrädern,
die hier nicht im einzelnen dargestellt sind, zwischen das kleine Getrieberad 22
und das Rad 25 eingeschaltet.
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Die Getriebeanordnung sieht auch zwei Freilaufeinrichtungen für eine
Richtung vor, die mit der vorderen und der hinteren Antriebswelle 12 F und 12 R
verbunden sind.
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Der Freilauf für eine Richtung, der mit der Welle 12F verbunden ist,
ist in üblicher Weise ausgeführt. Er besteht aus einem Laufteil 31 F, der mit der
vorderen Antriebswelle 12F verkeilt ist und sich im gleichen Sinne mit dem Abtriebsteil
14 F des Differentialgetriebes dreht, einem Überholteil 32F, der auf dem Teil 31F
frei drehbar gelagert ist und einer Anzahl von Zwischenteilen 33F, die nach dem
Ausführungsbeispiel Rollen sind, die zwischen den Teilen 31 F und 32 F liegen. Der
Überholteil 32 F weist ein Getrieberad 34 auf, das mit dem Getrieberad 21 kämmt
und dieselbe Größe hat.
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Die Freilaufvorrichtung, die mit der hinteren Antriebswelle 12R verbunden
ist, enthält gleichfalls einen Laufteil 31R, der mit der Welle 12R verkeilt ist,
einen überholtei132R und dazwischenliegende Teile als Rollen 33R. Der Teil 32R weist
ein Getrieberad 35 auf, das mit einem auf der Welle 20 verkeilten Getrieberad 36
kämmt.
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Nach der Fig. 2 ist der Laufteil 31 R der hinteren Freilaufvorrichtung
in bekannter Weise mit einer Anzahl von Abflachungen 37 versehen, die geneigt sind
und
mit der inneren zylindrischen Oberfläche des Überholteiles 32R eine Anzahl von keilförmig
zulaufenden Räumen bilden, in die die Rollen 33R aufgenommen sind. Kleine, federbelastete
Kolben 38 drücken die Rollen, damit sie sich leicht in den keilförmigen Räumen festsetzen.
Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß der Überholteil 32 R ohne weiteres den Laufteil
31R in Richtung des Uhrzeigersinns entsprechend der Fig. 2 überholen kann, während,
wenn der Laufteil 31 R den Teil 33 R in Richtung des Uhrzeigersinns überholt, die
Rollen 32R die beiden Teile fest miteinander verblocken. Die Drehrichtung im Uhrzeigersinn
ist der Vorwärtslauf des Antriebs.
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Die vordere Freilaufeinrichtung ist ähnlich. Solange das Getriebe
11 von der Antriebswelle 10 des Drehmomentwandlers angetrieben wird, dreht sich
der überholtei132F mit einer Geschwindigkeit, die in einem konstanten Verhältnis
zu der Antriebswelle 20 steht. Andererseits dreht sich der Laufteil 31 F in Einheit
mit der vorderen Antriebswelle 12 F und dem Teil 14 F des Differentialgetriebes,
so daß die Geschwindigkeit des Laufteils 31F abhängig ist von dem Getrieberadpaar
des Wechselgetriebes, das im Eingriff ist, sowie von anderen Faktoren. Die verschiedenen
Getrieberäder sind so ausgelegt, daß unter normalen Bedingungen beim Vorwärtslauf
der Überholteil 32F sich in derselben Richtung dreht wie der Laufteil 31F, jedoch
mit größerer Geschwindigkeit. Wenn nach dem Beispiel die Getrieberäder für den höchsten
Gang miteinander im Eingriff stehen und keine Differentialwirkung auftritt, macht
der Oberholteil 32 F 105 Umdrehungen gegenüber 100 Umdrehungen des Laufteils 31F.
Der Unterschied in der Geschwindigkeit wird sich im bestimmten Verhältnis vom großen
Getrieberad zu kleinen vergrößern. Unter solchen Bedingungen teilt das Differentialgetriebe
das antreibende Drehmoment gleichmäßig zwischen der vorderen und der hinteren Antriebswelle
auf. Das Differentialgetriebe kann in der normalen Weise arbeiten.
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Sollten indessen die Bedingungen vom Normalen abweichen infolge eines
freien Differentialbetriebs zwischen dem vorderen Abtriebsrad 14F und dem Planetenträger
16, 17, 18, so daß die Geschwindigkeit der vorderen Triebwelle sich bis zu einer
solchen Größe steigert, daß der Laufteil 31 F normalerweise überholenden Teil
32F zu überholen versucht, dann verblocken die Zwischenteile 33 F, die beiden
Teile 31F, 32F, wie schon in bezug auf Fig. 2 erläutert wurde. Ein weiteres Anwachsen
der relativen Geschwindigkeit der vorderen Triebwelle wird also durch das Verblocken
der Freilaufvorrichtung verhindert, und der Differentialbetrieb ist so lange unterbrochen,
wie diese Betriebsbedingungen aufrechterhalten werden. Das Folgende wird daher ohne
weiteres erklärlich: Es soll angenommen werden, daß ein starker Schlupf oder ein
starkes Durchrutschen an den Vorderrädern auftritt. Dadurch wird die vordere Triebwelle
12F genügend beschleunigt, so daß die Freilaufeinrichtung 31 F bis 33 F verblockt
wird und die Differentialwirkung aufhört und damit verhindert wird, daß die Vorderräder
durchdrehen. Andererseits wird die vordere Freilaufvorrichtung durch eine Beschleunigung
der hinteren Triebwelle 12R nicht beeinflußt, so daß sie eist Durchdrehen der Hinterräder
nicht verhindern kann.
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Es soll jetzt angenommen werden, daß die Hinterräder stark gebremst
werden und zum Durchrutschen neigen. Die hintere Treibwelle 12R wird dann verzögert
und diese Verzögerung überträgt sich auf den Planetenträger 16, 17, 18 und den vorderen
überholteil 32F, bis der Betriebspunkt erreicht ist, bei dem die Freilaufvorrichtung
verblockt ist und eine weitere Differentialwirkung aufhört, so daß die Hinterräder
an einem Blockieren oder Durchrutschen dem Bremsen gehindert werden, außer wenn
das unter allerstärkster Bremsbetätigung zusammen mit den Vorderrädern eintritt.
Andererseits kann die vordere Freilaufvorrichtung ein Blockieren der Vorderräder
nicht verhindern, wenn stark gebremst wird.
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Mit Bezug auf die hintere Freilaufvorrichtung ist das Verhältnis zwischen
den Getrieberädern 36 und 35 derart, daß wie bei der vorderen Vorrichtung 31 F,
32 F, 33 F der Teil 32 R den Teil 31 R überholt, wenn keine Differentialwirkung
stattfindet. Aus der Beschreibung der Wirkungsweise des vorderen Freilaufs ist offensichtlich,
daß die Wirkung der hinteren Frei-Laufvorrichtung darin besteht, ein Durchdrehen
der Hinterräder oder ein Blockieren der Vorderräder - außer zusammen mit den Hinterrädern
- beim Bremsen zu verhindern. Das Überholverhältnis der hinteren Vorrichtung kann
etwas kleiner sein als das der vorderen, das, wie erwähnt, 105:100 in dem vorliegenden
Beispiel ist. Das liegt daran, daß die vordere Vorrichtung genügend überholungsspielraum
zulassen muß, wenn die Vorderräder beim Kurvensteuern die Hinterräder überholen.
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Unter mittleren Getriebebedingungen, wenn die Getrieberäder 23 und
26 miteinander kämmen, ist eine größere Beschleunigung auf Grund des Durchdrehens
der Räder oder starken Bremsens als bei eingelegtem höchstem Gang erforderlich,
bevor die Differentialwirkung aufhört; und bei dem niedrig eineingelegten Gang,
nämlich wenn die Getrieberäder 22 und 25 miteinander kämmen, muß die Beschleunigung
noch wesentlich größer sein. In der Praxis sind diese Unterschiede gegenüber den
Bedingungen beim höchsten Gang nicht wesentlich, wenn in der Getriebeanordnung ein
Drehmomentwandler vorhanden ist, weil mit einem derartigen Drehmomentwandler das
Getriebesystem unter normalen Vorwärtsfahrtbedingungen im höchsten Gang gehalten
wird. Bei der Rückfahrt (s. Fig. 2) dreht sich der Laufteil 31 R (und 31 F) entgegen
dem Uhrzeigersinn, während die Drehrichtung des normalerweise überholenden Teiles
33 R (und 33 F) unverändert beibehalten wird, nämlich im Uhrzeigersinn. Auf diese
Weise dreht sich der überholteil32F oder 32R immer noch in derselben Überholrichtung
relativ gegenüber dem Laufteil 31F oder 31R, so daß die Freilaufwirkung ständig
erhalten bleibt. Dieses ist ein ganz wesentlicher Vorteil der Vorrichtung. Der Vorteil
ergibt sich daraus, daß der Antrieb (über die Getrieberäderpaare 21, 34 und 36,
35) zu den Überholteilen 32F oder 32R an der Leistungsaufnahmeseite des Umsteuergetriebes
angeordnet ist. Wenn statt dessen der Antrieb der Überholteile ebenfalls umgesteuert
würde, dann würden die Einzelteile der Freilaufeinrichtung miteinander verblockt,
und in diesem Falle wäre es notwendig, diese Vorrichtungen außer Wirkung zu setzen,
um mit dem Fahrzeug rückwärts fahren zu können.
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Die Freilaufvorrichtungen verhindern ein unbeabsichtigtes Rückwärtsfahren
des Fahrzeuges auf ansteigender Straße, wenn der Rückwärtsgang nicht eingeschaltet
ist. Beide Überholteile 32F und 32R
drehen sich dann in der entgegengesetzten
Richtung schneller als die Laufteile 31F und 31R, so da.ß die Freilaufvorrichtungen
und das Differentialgetriebe verblockt sind.
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Die Einweg-Freilaufvorrichtungen können jede zweckdienliche konstruktive
Ausführung haben.
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Ist kein Drehmomentwandler in dem Getriebesystem angeordnet, so kann
eine Klauenkupplung zwischen dem Getrieberad 11 und dessen Antriebswelle 10 angeordnet
werden. Eine derartige Anordnung ist für den Fall wertvoll, daß das Fahrzeug abgeschleppt
wird. In diesem Fall würden die Fahrzeugräder den Motor über die dann blockierten
Freilaufvorrichtungen und die Antriebswelle 20 antreiben. Durch das Auskuppeln
einer derart angeordneten Klauenkupplung würde der Motor von den Fahrzeugrädern
getrennt. Eine Kupplung ist nicht erforderlich, wenn ein hydraulischer Drehmomentwandler
vorgesehen ist, denn ein solcher Wandler dreht sich frei, da er bei kleinen Geschwindigkeiten
praktisch kein Drehmoment zu übertragen hat.
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In Abwandlung der Erfindung kann auch z. B. nur die vordere Freilaufvorrichtung
vorgesehen werden. In diesem Fall würde ein Durchdrehen der hinteren Fahrzeugräder
und ein Blockieren der vorderen beim Bremsen verhindert werden, es sei denn zusammen
mit den hinteren Rädern.