DE19711015A1 - Ausgleichsgetriebeanordnung für Transfer-Getriebe im Antriebsstrang eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Ausgleichsgetriebe und insbesondere ein Ausgleichsgetriebe in Transfergetrieben o. ä. mit einem inneren Armkreuz, mehreren Ritzeln und einem ringförmigen Halteglied.

Allgemein gibt es zwei grundsätzliche Bauweisen für die Kraftübertragung, nämlich Transfergetriebe, die mit handgeschalteten und automatischen Getrieben zusammenarbeiten, um Drehmoment an die vier Räder eines Fahrzeugs zu übertra­ gen. Dabei handelt es sich um ständig zugeschaltete Getriebe für den Allradantrieb, bei dem alle vier Räder eines Fahrzeugs angetrieben werden, sowie um zeitweise zugeschaltete Getriebe, bei denen zwei Räder ständig und die anderen beiden Räder wahlweise angetrieben sind.

Viele Transfergetriebe, insbesondere in der ständig zugeschalteten Bauweise sind mit einem Ausgleichsgetriebe versehen, so daß die Abtriebswellen mit unter­ schiedlichen Drehzahlen drehen können. Diese mit Differential versehenen Trans­ fergetriebe teilen das Eingangsdrehmoment auf die jeweiligen Abtriebswellen der Vorder- und Hinterräder des Fahrzeuges entsprechend den physikalischen Eigen­ schaften des Differentials auf. Es ist aber auch bekannt, das auf die Abtriebswellen aufgeteilte Drehmoment zu modulieren, um bestimmte Betriebsbedingungen zu erfüllen.

US 4,718,303 schildert eine derartige Anordnung mit einer elektromagneti­ schen Reibungskupplung, die auf die beiden Abtriebswellen wirkt, um die Drehmomentaufteilung zwischen der Vorder- und Hinterachse zu modulieren. Diese ansteuerbare Reibungskupplung macht es möglich, daß das Transfergetriebe sich leicht und schnell an wechselnde Fahrzeugbedingungen anpaßt, ohne seine Eigen­ schaften als Vierradantrieb zu verlieren. Auch in US 4,989,686 ist ein System zum Regeln der Drehmomentübertragung für einen Vierradantrieb erläutert.

Eine weitere Bauweise von Transfergetrieben sind solche, die auf Anforderung hin arbeiten und die zu den nicht ständig zugeschalteten Getrieben gehören. Dabei sind zwei Räder ganz normal angetrieben und die beiden anderen Räder werden ab­ hängig von äußeren Gegebenheiten angetrieben, wie dem Schlupfzustand der nor­ malerweise angetriebenen Räder. Zuschaltgetriebe dieser Bauweise sind für ge­ wöhnlich mit einer Reibkupplung versehen, nämlich einer Viskosekupplung zur Verbindung zweier Elemente des Ausgleichsgetriebes, so daß die beiden Abtriebs­ wellen mit unterschiedlichen Drehzahlen bis hin zu einem vorbestimmten Drehzahl­ unterschied entsprechend den Eigenschaften der Reibkupplung drehen können.

Das auf die Abtriebswellen solcher Getriebe aufgeteilte Drehmoment kann auch mit einer elektromagnetischen Reibkupplung moduliert werden, wie dies in US 5,407,024 dargestellt ist, wobei ferner auf die genannten Patentschriften hingewie­ sen wird.

Ein Ausgleichsgetriebe für ein Transfergetriebe oder für andere Anwendungen in einem Kraftfahrzeug umfaßt zwei Seitenräder, die ein zentrales Armkreuz flan­ kieren, das von einer Antriebswelle her angetrieben ist und mehrere Arme und Ke­ gelräder aufweist. Ein Ringbauteil hält die Kegelräder am Armkreuz. In einer ersten Ausführungsform wird das Ringbauteil am Armkreuz dadurch gehalten, daß in Längsöffnungen oder Schlitzen des Bauteils die Arme des Armkreuzes stecken und ein Federring am Umfang des Ringbauteils die Arme in den Öffnungen hält. In einer anderen Ausführungsform besitzen die Kegelräder vorragende gewölbte Flächen, die komplementär in gewölbten Flächen auf der Innenseite des Ringbauteils sitzen. In beiden Ausführungsformen ist das Ringbauteil schwimmend am Armkreuz und den Kegelrädern angeordnet und hält diese in Wirkverbindung mit den beiden seitli­ chen Kegelrädern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ausgleichsgetriebe für Trans­ fergetriebe im Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu schaffen. Ferner soll das Aus­ gleichsgetriebe ein schwimmendes Ringbauteil besitzen, das die Kegelräder am Armkreuz und die Anordnung im Betriebszustand hält. Dabei soll das Ausgleichsgetriebe ein Armkreuz mit mehreren radialen Armen aufweisen, auf de­ nen die Kegelräder bzw. Ritzel sitzen, und die in Schlitzen oder Öffnungen des Ringbauteils liegen. Die Kegelräder sollen kugelförmige Vorsprünge tragen, die in komplementären Ausnehmungen des Ringbauteils liegen, das das Armkreuz und die Kegelräder umschließt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Gesamtschnitt eines Transfergetriebes gemäß der Erfindung für zwei Drehzahlen, wobei die Schalthülse in der Stellung für hohe Drehzahl ist;

Fig. 2 eine ebene Abwicklung eines Teils der Ausnehmungen in den Kupp­ lungsringen für eine Sperrkugel in einer elektromagnetischen Reibkupplung des Transfergehäuses in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilschnitt des Ausgleichsgetriebes mit der Schalthülse in Neu­ tralstellung;

Fig. 4 einen Teilschnitt des Transfergehäuses mit der Schalthülse in der Stel­ lung für niedrige Drehzahl vor Eingriff der Verriegelungsnabe;

Fig. 5 einen Teilschnitt des Transfergetriebes mit der Schalthülse in der Stel­ lung für niedrige Drehzahl mit der Verriegelungsnabe im Eingriff;

Fig. 6 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines bevorzugten Transfergehäuses mit Ausgleichsgetriebe gemäß der Erfindung;

Fig. 7 einen Teilschnitt einer anderen Ausführungsform des Transfergehäuses mit Ausgleichsgetriebe gemäß der Erfindung und

Fig. 8 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Transfergetriebes in der geänderten Bauform gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 ein Transfergetriebe 10 mit einem Gehäuse 12, das aus einem vorderen und hinteren Gehäuseteil 14 und 16 besteht, die aneinander befestigt sind. In der vorderen Gehäusehälfte 14 sitzt eine Getriebeabtriebswelle (nicht dargestellt) in Antriebsverbindung mit einer innen verzahnten Antriebswelle 18. Der Antrieb erfolgt durch eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs oder Vans, Lastwagen usw.

Die Eingangswelle 18 ist Teil einer Übersetzung 20. Diese besteht aus einem Planetenradsatz und einer Schalthülse 22, deren Stellung für den unmittelbaren An­ trieb im Bereich "High" in Fig. 1 und deren Stellung für den untersetzten Antrieb im Bereich "Low" in Fig. 5 dargestellt ist. Der Planetenradsatz weist ein eingangsseiti­ ges Zentralrad 24 auf, das an der Antriebswelle 18 angeformt ist. Das Zentralrad 24 kämmt mit mehreren Planetenrädern 26, von denen eines dargestellt ist, die jeweils einzeln an einem Planetenradträger 28 gelagert sind. Die Planetenräder 26 kämmen mit einem Ringrad 30, das mit dem Gehäuse 12 drehfest verbunden ist.

Die Schalthülse 22 ist am Ende der Antriebswelle 32 verschiebbar angeordnet. Die Schalthülse 22 hat Außenzähne 34 an einem Ende, die in Innenzähne 36 der Antriebswelle 18 greifen, wenn die Schalthülse 22 in der Stellung "High" ist, wie dies Fig. 1 zeigt, so daß auch ein unmittelbarer Antrieb 1:1 von der Antriebswelle 18 zur Schalthülse 22 ergibt.

Wenn andererseits die Außenzähne 34 in die Innenzähne 38 des Planetenrad­ trägers 28 greifen, sobald die Schalthülse 22 in der Stellung "Low" gemäß Fig. 5 steht, so ergibt sich ein untersetzter Antrieb von der Antriebswelle 18 zur Schalthülse 22 über die Planetenräder 26 und dem Planetenträger 28.

Das Transfergehäuse 10 besitzt ferner eine Klauenkupplung 40 o. ä. zur An­ triebsverbindung der Schalthülse 22 mit der Hauptwelle 32, und eine elektromagne­ tische Reibkupplung 42 zur Drehmomentübertragung von der Schalthülse 22 auf einen der beiden Abtriebe des Transfergetriebes 10, wie noch erläutert wird.

Die Klauenkupplung 40 besteht aus einer verzahnten Sperrnabe 44, die auf einer Außenverzahnung der Hauptwelle 32 verschiebbar und in einem vergrößerten Abschnitt der Schalthülse 22 angeordnet ist. Die Sperrnabe 44 hat zwei axial beab­ standete Verzahnungen 46 und 48, die mit einer Innenverzahnung 50 der Schalthülse 22 in Eingriff gelangen können. Die Sperrnabe 44 wird auf der Hauptwelle 32 von zwei Wendelfedern 52 axial lokalisiert, die an entgegengesetzten Enden der Sperrnabe 44 anliegen und sich auf Halteringen 54 an der Hauptwelle 32 abstützen.

Die verschiebbare Nabe 44 und die Wendelfedern 52 liefern eine zeitverzö­ gerte Verbindung zwischen der Schalthülse 22 und der Hauptwelle 32. Diese Zeit­ verzögerung dient zusammen mit der Reibkupplung 42 dazu, ein dynamisches Schalten der Schalthülse 22 vorwärts und rückwärts zwischen den Stellungen "High" und "Low" zu ermöglichen. Dies wird noch erläutert.

Das Transfergehäuse 10 besitzt auch ein Ausgleichsgetriebe 156. In den Fig. 1 und 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt, nämlich ein epizyklisches Ausgleichsgetriebe mit Kegelrädern und einem Ringbauteil oder Träger 158. Dieser kann als Bauteil in Nettoform hergestellt sein. Der Träger 158 besitzt mehrere, für gewöhnlich drei oder vier axiale Öffnungen, Kanäle oder Schlitze 160. Vorzugs­ weise liegen die Schlitze 160 in gleichen Abständen von 120°, wenn drei Schlitze vorgesehen sind und bei vier Schlitzen 160 in Abständen von 90°. Die geschlosse­ nen Enden der Schlitze 116 bilden halbzylindrische Flächen 162, die im wesentli­ chen medial auf der axialen Länge des Trägers 158 angeordnet sind. Die Innenflä­ che des Trägers 158 besitzt mehrere flache bzw. sehnenförmige Flächen 164, die zu je einem Schlitz 160 gehören und mittig die Schlitze umgebend angeordnet sind. Im axialen Abstand von der kreisförmigen Stirnseite des Trägers 158 auf der Seite der offenen Schlitze 160 ist eine Umfangsnut 166 angeordnet, in der ein Haltering 168 passender Größe aufgenommen ist.

Zentral im ringförmigen Träger 158 liegt ein Armkreuz 170. Dieses trägt eine zentrische Innenverzahnung 174 und ist in Eingriff mit einer Außenverzahnung 176 am Ende der Hauptwelle 32. Das Armkreuz 170 hat mehrere, vorzugsweise drei oder vier radiale Arme 178, deren Anzahl gleich der Anzahl der Schlitze 160 im Träger 158 ist und die auf die Schlitze ausgerichtet sind. Jeder Arm 178 trägt ein drehbar gelagertes Kegelrad 180.

Die Kegelräder 180 und das Armkreuz 170 sitzen innerhalb des Trägers 158 und dabei sitzen die Arme 178 in den Längsschlitzen 160 und werden von einem Federring 168 gehalten. Neben jeder Stirnseite des Trägers 158 liegt jeweils ein Seitenrad 182 und 184. Das Seitenrad 182 ist an einem Kettenrad 66 angeformt oder befestigt, das eine Abtriebswelle 67 im unteren Teil des Transfergetriebes 10 mit Hilfe einer Kette 68 antreibt. Die Abtriebswelle 67 treibt für gewöhnlich die Vor­ derachsen über ein vorderes Ausgleichsgetriebe eines Fahrzeuges mit Vierradantrieb an. Das Seitenrad 184 ist über eine Verzahnung mit einer koaxialen hinteren Ab­ triebswelle 70 gekuppelt, welche die Hinterachsen über ein Hinterachs-Ausgleichs­ getriebe antreibt (nicht dargestellt).

Das Ausgleichsgetriebe 156 arbeitet in bekannter Weise und teilt das Ein­ gangsdrehmoment an der Hauptwelle 32 auf die beiden Abtriebswellen 67 und 70 über die Seitenräder 182 und 184 auf. Das Ausgleichsgetriebe 156 wird gemeinhin als Zwischenachs-Ausgleichsgetriebe bezeichnet, da die Abtriebswellen 67 und 70 Achsanordnungen antreiben, die typischerweise ihre eigenen Ausgleichsgetriebe aufweisen (nicht dargestellt), um unterschiedliche Drehzahlen auszuführen.

Die Fig. 1, 7 und 8 zeigen eine abgeänderte Ausführungsform des Ausgleichs­ getriebes 190. Diese Ausführungsform besteht ebenfalls aus einem epizyklischen Ausgleichsgetriebe mit Kegelrädern und einem ringförmigen Träger 192. Dieser hat typischerweise drei oder vier axiale Öffnungen bzw. Schlitze 194, deren Enden halbzylindrisch bei 196 sind. Die Schlitze reichen axial bis etwa zur Mitte des Trä­ gers 192. Drei Schlitze liegen vorzugsweise in Abständen von 120° und vier Schlitze in Abständen von 90°. Die Innenseite des Trägers 192 besitzt mehrere ebene bzw. sehnenförmige Abschnitte 198, am Umfang zentrisch zu den Schlitzen 194 angeordnet. In jedem Abschnitt 198 ist eine kugelförmige Ausnehmung 202 konzentrisch mit einem Referenzzylinder angeordnet, der teilweise von der halbzy­ lindrischen Fläche 192 gebildet ist, d. h. koaxial zur Achse der Flächen 192. Die ku­ gelförmige Ausnehmung 202 umfaßt nur einen Teil einer Kugel und kann mit einem sphärischen Fräswerkzeug leicht hergestellt werden. Der Träger 192 kann aber auch in Nettoform hergestellt sein.

Zentral im Träger 192 liegt ein Armkreuz 206, hat vorzugsweise drei oder vier radiale Arme 212 entsprechend der Anzahl der Schlitze 194 im Träger 192. Auf je­ dem Arm 212 ist ein Kegelrad 214 drehbar gelagert, und zwar mit Hilfe einer Boh­ rung 216, die eine Achse für die Zähne 218 bildet. Die Kegelräder 214 sind eben­ falls mit Kugelflächen 212 konzentrisch zu den Bohrungen 216 versehen. Die Ra­ dien der Kugelflächen 202 und 220 sind gleich und die Kugelflächen 220 liegen in den Ausnehmungen 202, wenn das Armkreuz 206 und die Kegelräder 214 in dem Träger 192 eingebaut sind. Zu beiden Seiten des Trägers 192 ist jeweils ein Seiten­ rad 182 und 184 vorgesehen, wie beschrieben wurde.

Für den Zusammenbau des Ausgleichsgetriebes 190 werden zuerst die Kegel­ räder 214 auf die Arme 212 des Armkreuzes 206 aufgesetzt und dann das Armkreuz in den Träger 192 eingesetzt, wobei die Arme 212 mit den Schlitzen 194 fluchten. Die Kegelräder 214 können dann radial nach außen verschoben werden, so daß die Kugelflächen 220 der Kegelräder 214 in die Ausnehmungen 202 einsitzen. Die bei­ den Seitenräder 182 und 184 halten die Kegelräder 214 in ihren in Fig. 7 dargestell­ ten Lagen und damit auch den Ringträger 192, so daß sich der zusammengebaute Zustand der Anordnung 190 ergibt. Wie bei der bevorzugten Ausführungsform der Anordnung 156 ist der Ringträger 192 schwimmend angeordnet. Der Zusammenbau erfolgt ohne Nut 166 und Federring 168, die in der Anordnung 156 erforderlich sind, wobei die Positionierung über die Kugelflächen 202 und 220 des Trägers 192 und der Kegelräder 214 erfolgt.

Wie schon erwähnt, besitzt das Transfergetriebe 10 eine elektromagnetische Reibkupplung 42 zwischen der Schalthülse 22 und dem Ausgleichsgetriebe 156. Die Reibkupplung 42 dient zur Drehmomentübertragung von der Schalthülse 22 zu einer der Abtriebswellen des Transfergetriebes 10. So dient sie als Vorspannkupplung zum Modulieren des Drehmomentes durch das Ausgleichsgetriebe 156. Das heißt, die Reibkupplung 42 addiert oder subtrahiert Drehmoment zu den Abtriebswellen 67 und 70. Sie arbeitet auch mit der Verzögerungsanordnung zusammen, die aus der Sperrnabe 44 und den Federn 52 besteht, um ein dynamisches Schalten der Schalthülse 22 zu erzielen.

Vorzugsweise besteht die Reibkupplung 41 aus einer Spule 72 im Gehäuse 16, die teilweise von einem Weicheisenrotor 74 umschlossen ist. Leiter (nicht darge­ stellt) führen Strom zur Spule 72 zum Erzeugen von Magnetfluß. Der Rotor 74 be­ sitzt eine geschlitzte Stirnseite und ist an einem Innenring 76 angeordnet, der auf einer ersten Verlängerungshülse 78 rotiert, die auf der Hauptwelle 32 gelagert ist und in Antriebsverbindung mit dem Seitenrand 62 und einem Kettenrad 66 an einem Ende steht.

Der Rotor 74 ist auch mit der ersten Verlängerungshülse 78 über eine Kugel-Klemmkupplung gekuppelt, die aus dem Innenring 76, einem benachbarten Kupp­ lungsring 80, der mit der Verlängerungshülse 78 verzahnt ist, und mehreren frei be­ weglichen Klemmkugeln 82 besteht. Die Klemmkugeln 82 sind in einer Reihe koni­ scher Ausnehmungen bzw. Rampenflächen 83 angeordnet (Fig. 2), die am Innenring 76 des Rotors 74 und dem Kupplungsring 80 vorgesehen sind, der mit der Verlänge­ rungshülse 78 verzahnt ist. Wesentlich bei dieser Klemmkupplung ist die Geometrie der Rampenflächen derart, daß die Kupplung nicht selbst sperrt. Dies ist deshalb nötig, damit die Kupplung ohne Anstehen eines Steuersignals nicht sperren kann und damit beim Abschalten oder der Verkleinerung des Steuersignals das Lösen bzw. die Fähigkeit zur Modulation gewährleistet ist.

Mit einer oder mehreren Federn 81 wird der Kupplungsring 80 axial auf den Innenring 76 des Rotors 74 gedrückt. Die Federn 81 liegen zwischen den Stirnseiten des Kupplungsrings 80 und einem inneren Kupplungskragen 84, der endseitig mit der Verlängerungshülse 78 verzahnt ist und von einem Federring gehalten ist. Der Kupplungskragen 84 bildet einen Teil der Reibkupplung 42. Diese Bauweise posi­ tioniert den Rotor 74 automatisch derart, daß keine wesentlichen Druckkräfte an der Reibkupplung 42 auftreten, wenn die Spule 72 nicht erregt ist.

Fig. 1 zeigt einen geschlitzten Anker bzw. eine Reibplatte 85. Diese trägt eine Außenverzahnung in Eingriff mit einer Innenverzahnung eines Kupplungsgehäuses 86. Dieses hat eine Endwandung, die mit einer zweiten Verlängerungshülse 88 ver­ zahnt ist, die auf der Hauptwelle 32 rotiert. Die zweite Verlängerungshülse 88 ist axial auf der Hauptwelle 32 fest und drehfest, aber verschiebbar mit der Schalthülse 22 durch eine passende Verzahnung verbunden.

Die Reibplatte 85 ist axial zum Kupplungsgehäuse 86 verschiebbar und tritt in Reibeingriff mit der geschlitzten Stirnseite des Rotors 74. Eine ringförmige Druck­ platte 90 liegt neben der Reibplatte 85 und ist mit dem Kupplungskragen 84 über eine Verzahnung verbunden. Zwischen der Druckplatte 90 und der Endwandung des Gehäuses 86 liegen mehrere Reibplatten 92 und 94, die abwechselnd mit dem Kra­ gen 84 bzw. mit dem Kupplungsgehäuse 86 verzahnt sind.

Die Betriebsweise ist wie folgt: Die Schalthülse 22 ist entweder in der Stellung für hohe Drehzahl gemäß Fig. 1 oder für geringe Drehzahl gemäß Fig. 5. Die Spule 72 bleibt zunächst unerregt, die Reibkupplung 42 vermittelt keinen Antrieb. Dann erfolgt die Drehmomentaufteilung zu den Antriebsachsen entsprechend der Geome­ trie des Ausgleichsgetriebes 56, das im Fall der dargestellten Kegelräder 50/50 be­ trägt. Wird die Spule 72 erregt, so wird durch den Magnetfluß die Reibplatte bzw. der Anker 85 an die geschlitzte Stirnseite des Rotors 74 gezogen und damit ein Reibantrieb zwischen dem Rotor 74 und der Reibplatte 85 hergestellt. Die Reib­ platte 85 steht mit der Hauptwelle 32 über die Verlängerungshülse 88, die Schalthülse 22 und die Sperrnabe 44 in Verbindung. Damit drehen sich der Rotor 74 und der innere Kupplungsring 76 mit der gleichen Drehzahl wie die Hauptwelle 32. Andererseits ist der Kupplungsring 80 mit der versetzten Abtriebswelle 67 über die erste Verlängerungshülse 78, das Kettenrad 66 und die Kette 68 verbunden. Damit dreht sich der Kupplungsring 80 mit der gleichen Drehzahl wie die Abtriebswelle 87 und das integrale Seitenrad/Kettenrad 62, 182. Tritt zwischen der Hauptwelle 32 und der Abtriebswelle 67 eine Relativbewegung auf, so laufen die Kugeln 82 auf den Schrägflächen 83 aufwärts und damit verschiebt die Kugelklemmkupplung den Kupplungsring 80 und die Druckplatte 90 gemeinsam in axialer Richtung und drückt die Reibplatten 92 und 94 zusammen, so daß von diesen Antriebskräfte von der Hauptwelle 32, die mit der Schalthülse 22 verriegelt ist, auf die Abtriebswelle 67 übertragen werden können, die zu dem Kettenrad/Seitenrad 62, 182 Triebverbin­ dung hat. Damit addiert die Reibkupplung Drehmoment zu dem Seitenrad 182, 184 und der zugehörigen Abtriebswelle 67, 70 und subtrahiert Drehmoment vom schneller rotierenden Seitenrad und Abtriebswelle. Durch Ändern des Spulenstroms kann die Relativdrehung der Abtriebswellen 67 und 70 moduliert werden. Das heißt, mit der Bauweise der Kupplung derart, daß sie unter Drehmoment löst, muß ein zu­ sätzliches Drehmoment dem vorherigen Kupplungsvorgang hinzugefügt werden, um die erforderliche Axialkraft zu erzeugen, welche die Reibplatten 92 und 94 in Ein­ griff hält. Dieses Drehmoment wird von der Kupplung 42 geliefert. Die Stromamplitude in der Spule 72 bestimmt das Vorspanndrehmoment der Kupplung 42. Das heißt, die Größe der Drehmomentvorspannung kann durch entsprechende Einstellung des Stroms in der Spule 72 abhängig von verschiedenen Parametern bestimmt werden. Gewünschtenfalls erhält die Spule 72 eine bestimmte Strom­ amplitude ständig. Damit ergibt sich eine ständige Drehmomentvorspannung. Die Reibkupplung 42 kann aber auch abhängig von einem relativen Radschlupf arbeiten. Einzelheiten eines Steuersystems für die Drehmomentvorspannung abhängig vom Radschlupf sind in US 4,989,686 erläutert.

Zum dynamischen Schalten arbeitet die Reibkupplung 42 mit der aus der Sperrnabe 44 und den Federn 52 bestehenden Verzögerung zusammen, um zwi­ schen "High" und "Low" hin und her zu schalten. Das Transfergetriebe 10 arbeitet "High", wenn die Schalthülse 22 nach links verschoben ist und in Eingriff mit der Innenverzahnung 36 der Eingangswelle 18 und der Außenverzahnung 46 der Sperrnabe 44 steht (Fig. 1).

Beim Schalten von "High" nach "Low" läuft das dynamische Herunterschalten wie folgt ab: Der Fahrzeuglenker wählt "Low" mit einem elektrischen Schalter, wenn die Schaltung elektrisch erfolgt, oder schiebt einen Schalthebel in Richtung "Low" bei einem Handschaltgetriebe. Abhängig davon verdreht ein Schalt-Stell­ glied 95 die Schaltstange 96 und eine Schnecke 98, welche eine Gabel 100 und die Schalthülse 22 nach rechts in Fig. 1 verschiebt. Die Außenverzahnung 34 der Schalthülse 22 löst sich dann aus der "High"-Verzahnung 36 der Eingangswelle 18 zeitgleich oder nahe gleichzeitig, wenn die Schalthülse 22 sich aus der Verzahnung 46 der Sperrnabe 44 löst. Die gelöste bzw. neutrale Stellung ist in Fig. 3 dargestellt.

Die vorgenannte Abfolge kann nicht eintreten, wenn die Reibkräfte der käm­ menden Zähne 36 und 46, die von dem vom Motor auf das Transfergetriebe 10 über die Eingangswelle 18 übertragene Drehmoment kleiner sind als die Kräfte der Schnecke 98 an der Gabel 100, so daß die Schalthülse 22 nach rechts aus der Ein­ griffsstellung aus Fig. 1 in die neutrale Stellung in Fig. 3 verschoben werden kann. Sind die Reibkräfte größer, so wird dies vom Fahrzeuglenker korrigiert, der die Drosselklappe zurücknimmt und damit das vom Motor gelieferte Drehmoment ver­ ringert. Es ist auch möglich, einen Drosselklappensensor im Schaltmechanismus einzubauen, insbesondere bei einem elektrisch geschalteten Transfergetriebe, so daß die Schaltfolge nur bei "Tip-out" bzw. Drosselklappenwinkel Null beginnt.

Sobald jedenfalls die Schalthülse 22 in die neutrale Stellung der Fig. 3 gelangt, setzt sich die Verschiebung der Schalthülse 22 nach rechts fort und die Verzahnung 34 der Schalthülse 22 kommt in Eingriff mit der Innenverzahnung 38 des Planeten­ radträgers 28.

Der Eingriff der abgeschrägten Enden der Zähne 34 und 38 veranlaßt eine na­ hezu momentane Beschleunigung der beiden Bauteile auf Synchron-Drehzahl, da die Trägheit der Schalthülse 22 und der zugehörigen Kupplungsteile sehr gering ist, so daß in den meisten Fällen ein plötzlicher Eingriff zulässig ist. Eine kleine Syn­ chronisieranordnung kann aber auch eingebaut werden, um vor dem Eingriff der Zähne die Drehzahl der Schalthülse 22 und des Trägers 28 anzugleichen.

Wird die Schalthülse 22 über die neutrale Stellung hinaus verschoben, so ge­ langt die abgeschrägte Innenverzahnung 50 der Schalthülse 22 in Kontakt (mit Hilfe einer relativen Drehbewegung) mit den schrägen Enden der zweiten Außenverzah­ nung 48 an der Sperrnabe 44. Die relative Drehzahl zwischen der Schalthülse 22 und der Sperrnabe 44 verhindert einen Eingriff der Zähne 48 und 50 und verschiebt die Sperrnabe 44 gegen die Kraft der rechten Feder 52 in axialer Richtung. Die Axialverschiebung der Sperrnabe 44 setzt sich fort, bis die Zähne 34 in die Zähne 38 eingreifen und damit die Schalthülse 22 mit dem Planetenradträger 28 in der Drehzahl "Low" gemäß Fig. 4 antriebsmäßig verbunden ist. Ist dies erfolgt, so wird die Reibkupplung 42 erregt und mit der vollen Kupplungskapazität wird die Dreh­ zahl des Trägers 28 und der Abtriebswelle 67 angeglichen. Nach erfolgtem Aus­ gleich ist die Drehzahl der Schalthülse 22 gleich oder fast gleich der Drehzahl der Hauptwelle 32, die mit den Seitenrädern 62 und 64 des Zahnradsatzes 56 antriebs­ mäßig verbunden ist. Diese Synchronisierung macht es möglich, daß die rechte Fe­ der 52 die Sperrnabe 44 bei dem verzögerten Eingriff nach links in Eingriff mit der Schalthülse 23 verschiebt, um das Herunterschalten entsprechend Fig. 5 abzu­ schließen.

Das dynamische Heraufschalten von "Low" auf "High" erfolgt ähnlich in um­ gekehrter Folge.

Die relativ hohe Drehmomentkapazität der Reibkupplung 42 macht ein dyna­ misches Schalten zwischen Drehzahlbereichen möglich, wie es bisher mit konven­ tionellen mechanischen Synchronisieranordnungen nicht möglich war. Das dynami­ sche Schalten kann sogar erfolgen, ohne daß ein automatisches Getriebe in Neutral­ stellung verbracht werden muß, wenn das Transfergetriebe 10 mit einem automati­ schen Getriebe zusammenarbeitet. Im Zusammenhang mit einem Handschaltge­ triebe sind dynamische Schaltungen für den Drehzahlwechsel möglich, ohne daß die Motorkupplung gelöst werden muß und ohne daß das Handschaltgetriebe in den Leerlauf geschaltet werden muß. Wird das Transfergetriebe 10 elektrisch geschaltet, so muß die Schaltdrehzahl nach oben begrenzt werden, um Überdrehzahlen des Motors zu vermeiden. Wird das Transfergetriebe 10 mechanisch geschaltet, so sind solche Grenzwerte ebenfalls nötig, um zu hohe Drehzahlen des Motors zu vermei­ den und auch zu hohe Drehzahlen der Kupplung bei einem Handschaltgetriebe.

Abgesehen von der Verwendung des Transfergetriebes in einem Fahrzeug sind auch weitere Anwendungen denkbar, wie in allgemeinen mechanischen Systemen mit Leistungsaufteilung sowie überall dort, wo die Vorteile des erfindungsgemäßen Getriebes wünschenswert sind.

Claims (10)

1. Ausgleichsgetriebe (156) für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, beste­ hend aus einem Armkreuz (170) mit einem Mittelteil und mehreren Armen (178), die sich vom Mittelteil radial erstrecken, mehreren Kegelrädern (180), die jeweils auf einem Arm (178) drehbar angeordnet sind, einem ringförmigen Haltebauteil (158) mit mehreren Öffnungen (160) zur Aufnahme der Arme (178) und zwei seitli­ chen Stirnrädern (182, 184), die jeweils mit den Kegelrädern (180) kämmen.

2. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Haltebauteil (158) an der Innenseite mit sehnenförmigen Flächen (164) im Bereich jeder Öffnung (160) versehen ist.

3. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringbauteil (158) einseitig offene Längsschlitze (160) und auf dieser Seite eine Umfangsnut (166) aufweist, in der ein Sicherungsteil (168) einsitzt.

4. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungsteil (168) ein Federring ist.

5. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ringbauteil (192) eine Innenfläche und für jede Öffnung (194) eine kugelförmige Ausnehmung (202) aufweist, die komplementär zu einem kugel­ förmigen Vorsprung (220) an den Kegelrädern (214) ist.

6. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringbauteil Längsschlitze aufweist, die sich zur Stirnseite öffnen.

7. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine kugelförmige Ausnehmung (202) jeweils an einer flachen, sehnenförmigen Fläche (198) im Bereich jedes Schlitzes vorgesehen ist.

8. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mittelteil des Armkreuzes (170) mit einer verzahnten Öffnung (174) versehen ist.

9. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Armkreuz (170) von einem Antriebsteil (32) angetrieben ist und ein seitliches Stirnrad (184) ein erstes Abtriebsteil (70) und das andere seitliche Stirnrad (182) ein zweites Abtriebsteil (67) antreibt.

10. Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Gehäuse (14) eine Eingangswelle (18), einen Planetenradsatz (20), eine elektromagnetische Kupplung (42), eine erste Abtriebswelle (70) und eine zweite Abtriebswelle (67) vorgesehen sind, und die Abtriebswellen jeweils von einem seitlichen Stirnrad (182, 184) angetrieben sind.