DE19851270A1 - Antriebseinheit mit drehzahldifferenzabhängiger hydraulischer Kupplung für den Antriebsstrang von Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung handelt von einer Antriebseinheit mit einer Eingangswelle, mindestens einer Ausgangswelle und einer drehzahldifferenzabhängigen hydraulischen Kupplung, bei der eine hydrostatische Verdrängungsmaschine bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle einen Druck erzeugt, der eine Senkung der Differenzdrehzahl bewirkt, wobei das Arbeitsfluid der Verdrängungsmaschine mittels einer Ansaugleitung aus einem stationären Gehäuse angesaugt wird.

Derartige Antriebseinheiten sind in vielen Varianten bekannt. Diese unterscheiden sich sowohl in der Bauweise der Verdrängungsmaschine als auch in der Wirkungsweise des Druckes zur Senkung der Differenzdrehzahl. Die Verdrängungsmaschine kann eine Tro­ choidenmaschine (US Patente 5,611,746; 5,595,214; 5,536,215), eine Zahnradmaschine (US Patente 4,091,901; 4,727,966; 3,923,113) oder eine Flügelzellenmaschine (US Patent 4,730,514) sein. Entsprechend sind die beiden relativ zueinander beweglichen Elemente der Verdrängermaschine ausgebildet.

In jedem Fall wird bei Drehzahldifferenz zwischen den beiden Elementen der Verdrän­ gungsmaschine ein Druck erzeugt, der entweder über eine Reibungskupplung (WO 95/23931 A, Fig. 1 und 22) oder durch Behindern der Relativbewegung zwischen den zwei Elementen (WO 95/23931 A, Fig. 12) eine Reduktion der Drehzahldifferenz bewirkt.

Bei Vorhandensein zweier Ausgangswellen kann zwischen diesen ein Differentialgetriebe (WO 95/23931 A, Fig. 1 und 12) vorgesehen sein, dessen Differentialwirkung durch den aufgebauten Druck blockiert wird. Es geht aber auch ohne Differentialgetriebe (US Patent 4,091,901).

Derartige Antriebseinheiten werden im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen bei der Ver­ teilung des Momentes auf die Räder einer Achse bzw. auf zwei Achsen eingesetzt. Sie bewirken bei Verlust der Bodenhaftung eines oder mehrerer Räder - die zu einer steigen­ den Drehzahldifferenz führt - eine Veränderung der Momentenverteilung und ermögli­ chen dadurch Traktion durch die Räder, die die Bodenhaftung nicht verloren haben.

Nachteilig ist dabei jedoch, daß nicht durch Verlust der Bodenhaftung hervorgerufene Drehzahldifferenzen, etwa durch Befahren von Kurven, beim Bremsen, Abschleppen oder Fahren mit einem Notrad, auch zu einer Veränderung der Momentenverteilung führen, die sehr unerwünscht bzw. gefährlich ist. Zur Behebung dieser Nachteile wird üblicherweise noch zusätzlich eine Freilaufkupplung vorgesehen, die aber (bei Rückwärtsfahrt) über­ brückbar sein muß.

Aus der US 4,727,966 ist eine derartige Antriebseinheit bekannt, bei der das Arbeitsflui­ dum für die Verdrängungsmaschine aus einem stationären Gehäuse angesaugt wird. Zur Steuerung der Kupplungswirkung, insbesondere zu deren Begrenzung in Abhängigkeit von Betriebsgrößen sind auf der Druckseite der Verdrängungsmaschine Überdruckventile vorgesehen, deren Ansprechdruck fluidisch verstellbar ist. Da die Druckräume sich in rotierenden Teilen der Verdrängungsmaschine befinden, bedingt das die Betätigung von Steuerorganen in den drehenden Teilen und die Zufuhr von Steuermedium zu diesen über eine Dreheintragung.

Das erfordert einen großen Bauaufwand und die Steuerung ist störungsanfällig und unge­ nau. Weiterhin führt das Ansprechen eines Überdruckventiles nur sehr verzögert zu einer Reduktion der Kupplungswirkung, da ein hoher Durchfluß bei hohem Druck durch den kleinen Querschnitt des Überdruckventiles erfolgen muß. Das Ventil stellt eine Drossel­ stelle dar, die zudem keinen vollständigen Druckabbau ermöglicht.

Es ist daher Ziel der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß mit geringstem Bauaufwand eine genau und schnell ansprechende Steuerung bis zur totalen Aufhebung der Kupplungswirkung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Saugraum zumindest teilweise von einer gehäusefesten Wand begrenzt und das Saugrohr mittels eines gesteuerten Ventiles abschließbar ist. Dadurch kann das gesteuerte Ventil raumfest angeordnet werden, was die Signal- bzw. Steuermediumzuleitung wesentlich vereinfacht und dessen Genauigkeit er­ höht. Das Signal wird in einer Steuereinheit in Abhängigkeit von bestimmten Betriebs­ größen und Schwellenwerten erzeugt.

Aber auch eine für den Betrieb wesentliche Verbesserung wird dadurch erzielt: Da die Verdrängungsmaschine ihr Arbeitsfluid ansaugen muß, bricht bei Absperren des Saugroh­ res die Förderung sehr schnell und total zusammen. Durch langsame Ansteuerung kann die Förderung aber auch langsam abgeregelt werden. Das schnelle Zusammenbrechen der Förderung hat zur Folge, daß beim Bremsen, Abschleppen oder Fahren mit einem Notrad die Kuppelwirkung sehr schnell und ganz beendet werden kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Abbildung eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit im Längsschnitt beschrieben und erläutert:
In der Figur ist das stationäre Gehäuse der Antriebseinheit mit 1 bezeichnet. Eine Ein­ gangswelle 2 wird von einer nicht dargestellten Kraftquelle aus angetrieben. Eine erste Ausgangswelle 3 und eine zweite Ausgangswelle 4 sind mit den beiden Rädern einer Achse eines Fahrzeuges bzw. mit zwei Achsen eines Fahrzeuges antriebsverbunden, was nicht dargestellt ist. Die beiden Ausgangswellen 3, 4 werden von der Eingangswelle 2 über ein Differentialgetriebe 5, das in bekannter Weise die Momentenverteilung zwischen den beiden Ausgangswellen 3, 4 besorgt, angetrieben. Weiterhin ist eine differenzdreh­ zahlabhängige hydraulische Kupplung zwischen der Eingangswelle 2 und der ersten Aus­ gangswelle 3 vorgesehen, die aus einer Lamellenkupplung 6 und aus einer Verdrän­ gungsmaschine 7 besteht.

Das Gehäuse 1 ist nur angedeutet. Es ist mit einem Sumpfring 10 und einem Lagerschild 11 verschraubt. In dem Gehäuse befindet sich ein Ölsumpf 12, auf den später zurückge­ kommen wird. Am Lagerschild 11 sitzt innen ein Dichtungstragring 13. Das Differential­ getriebe 5 besteht aus einem Differentialgehäuse 14, Ausgleichsrädern 15 mit ihrer Welle, einem ersten Abtriebskegelrad 16, das mit der ersten Ausgangswelle 3 fest verbunden ist und einem zweiten Abtriebskegelrad 17, das mit der zweiten Ausgangswelle 4 fest ver­ bunden ist.

Die Lamellenkupplung 6 ist auch im Differentialgehäuse 14 untergebracht, in dessen In­ nerem Kuppelzähne 20, Außenlamellen 21 drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind. Innenlamellen 22 sitzen ebenfalls drehfest auf einem Kupplungsinnenteil 23, das mit dem ersten Abtriebskegelrad 16 drehfest verbunden ist. Weiterhin gehört zur Lamellenkupp­ lung 6 noch ein Kolben 24, der einerseits Druck auf die Lamellen 21, 22 ausübt und ande­ rerseits mit einer im Differentialgehäuse 14 befestigten Zwischenwand 25 einen Druck­ raum 26 bildet.

Die Verdrängungsmaschine 7 ist in einem mit dem Differentialgehäuse 14 verschraubten Pumpengehäuse 27 untergebracht und besteht im wesentlichen aus einem mit der ersten Ausgangswelle 3 drehfest verbundenen Innenrotor 28 und aus einem exzentrischen Au­ ßenrotor 29, der im Pumpengehäuse 27 drehbar ist. Zwischen den beiden Rotoren 28, 29 ist ein Arbeitsraum 30 gebildet, dessen Form von der Bauart der Verdrängungsmaschine bestimmt wird. Als Bauart kommt jede im eingangs genannten Stand der Technik be­ schriebene in Frage. Von dem Arbeitsraum 30 führt ein Druckkanal 31 in den Druckraum 26 der Lamellenkupplung, wobei je nach Bauart der Verdrängungsmaschine mehrere Druckkanäle mit entsprechenden selbststeuernden Vorrichtungen vorgesehen sein können.

Im Pumpengehäuse 27 ist mindestens ein Saugkanal 32 mit entsprechenden selbststeuern­ den Ventilen vorgesehen, der den Arbeitsraum 30 der Verdrängungsmaschine mit einem Saugraum 33 verbindet. Das Pumpengehäuse 27 weist in Achsnähe einen sich axial er­ streckenden Lagerkragen 34 auf, an dem die aus Differentialgetriebe 5, Lamellenkupp­ lung 6 und Verdrängungsmaschine 7 bestehende Baugruppe im Lagerschild 11 gelagert ist. Ein weiteres Lager auf der anderen Seite ist nicht dargestellt.

Im stationären Dichtungstragring 13 ist ein erster Dichtring 36 vorgesehen, der für die Abdichtung zwischen dem stationären Gehäuse und dem drehenden Pumpengehäuse sorgt. Ein zweiter Dichtring 37 zwischen dem Gehäuse und der ersten Ausgangswelle 3 schließt den Saugraum 33 dichtend ab. Dieser Saugraum 33 wird somit begrenzt durch die rotierenden Teile Pumpengehäuse 27 und Lagerkragen 34 sowie durch die raumfesten Teile Lagerschild 11 und Dichtungstragring 13. Der Saugraum 33 ist somit ein hermetisch geschlossener Raum. In dem Dichtungstragring 13 ist unten ein Saugrohr 41 dicht befe­ stigt, das den Saugraum 33 mit dem Ölsumpf 12 verbindet, aus dem somit die Verdrän­ gungsmaschine 7 ihr Arbeitsmedium ansaugt. Das Saugrohr 41 ist mittels eines steuerba­ ren Ventiles 38 abschließbar, das über eine Signalleitung 40 von einem irgendwo im Fahrzeug untergebrachten Steuergerät angesteuert wird.

Die Arbeitsweise dieser Einheit ist die folgende. Wenn sich im Betrieb die beiden Aus­ gangswellen 3, 4 und auch die Eingangswelle 2 gleich schnell drehen, so besteht keine Differenzgeschwindigkeit. Wenn eine der beiden Ausgangswellen 3, 4 durch Verlust der Bodenhaftung sich schneller zu drehen beginnt, so entsteht zwischen den Lamellenpake­ ten der Lamellenkupplung 6 und zwischen den Rotoren 28, 29 eine Differenzdrehzahl. Durch diese wird in der Verdrängungspumpe ein Druck aufgebaut, der auf den Kolben 24 der Lamellenkupplung 6 wirkt und diese ungefähr proportional der Differenzgeschwin­ digkeit schließt, sofern der Druck nicht überhaupt durch ein Steuerventil im Kolben eingestellt wird. Damit wird eine graduelle Sperrung des Differentiales erreicht. Soll nun, etwa bei einer abrupten Bremsung oder bei Verwendung eines Notrades, trotz auftretender Differenzdrehzahl keine Sperrung stattfinden, so wird über die Signalleitung 40 das steu­ erbare Ventil 38 geschlossen und so die Zufuhr von Betriebsmedium unterbrochen. Da­ durch kann augenblicklich kein Arbeitsmedium mehr angesaugt werden und die Förde­ rung der Verdrängungspumpe 7 hört bei schnellem und vollständigem Schließen des Ventiles 38 beinahe schlagartig auf ebenso die Sperrwirkung. Auf diese Weise kann aber auch bei langsamem bzw. teilweisem Öffnen, und je nach Zeitpunkt des Öffnens entweder überhaupt kein Druck aufgebaut werden und einem Greifen der Lamellenkupplung zuvor­ gekommen bzw. bei bereits vorhandener Differenzdrehzahl die Wirkung der Verdrän­ gungsmaschine 7 dem Fahrzustand angepaßt werden.

Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Sie ist bei allen im ein­ gangs genannten Stand der Technik beschriebenen Anordnungen und Arten von Verdrän­ gungsmaschinen anwendbar, insbesondere auch, wenn keine Lamellenkupplung vorge­ sehen ist und die Rotoren 28, 29 der Verdrängungsmaschine 7 bei Abschluß des Arbeits­ raumes 30 selbst die Kupplungsverbindung herstellen.

Claims (1)

1. Antriebseinheit mit einer Eingangswelle (2), mindestens einer Ausgangswelle (3) und einer drehzahldifferenzabhängigen hydraulischen Kupplung (6, 7), bei der eine hy­ drostatische Verdrängungsmaschine (7) bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen Eingangswelle (2) und Ausgangswelle (3) einen Druck erzeugt, der eine Senkung der Differenzdrehzahl bewirkt, wobei das Arbeitsfluid der Verdrängungsmaschine mittels einer Ansaugleitung (41) aus einem stationären Gehäuse (1) in einen Saugraum (33) ange­ saugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugraum (33) zumindest teilweise von einer gehäusefesten Wand (11, 13) begrenzt und die Ansaugleitung (41) mittels eines ge­ steuerten Ventiles (38) abschließbar ist.