DE2605674A1

DE2605674A1 - Getriebeanordnung fuer dreiachs- kraftfahrzeuge mit allradantrieb

Info

Publication number: DE2605674A1
Application number: DE19762605674
Authority: DE
Inventors: James Frederick Mueller; Robert Kahler Nelson
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1975-02-13
Filing date: 1976-02-13
Publication date: 1976-09-09
Also published as: GB1493551A; ES445092A1; IN144754B; JPS51106921A; SE409833B; SE7601300L; DE2605674C2; JPS60111721U; JPS6320580Y2

Description

12. Februar 1976 LVuJaV; ,O₇₁,, 3S₆₅₃₉ PA 144 raku 359619

Telex 07 256610 smru

O C> O ζ K "7 / Telegramme Patentschutz

ZOUOD / H Esslingenneckar

Eaton Corporation/ 100 Erieview Plaza, Cleveland_f Ohio 44114 / USA

Getriebeanordnung für Dreiachs-Kraftfahrzeuge mit Allradantrieb

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung zur Übertragung eines Antriebsdrehmomentes vom Wechselgetriebe eines Kraftfahrzeuges auf eine hintere Doppelachse und eine vordere Lenktriebachse, mit einer Aufteilung des vom Wechselgetriebe abgegebenen Drehmomentes.

Diese Getriebeanordnung ist insbesondere für ein 6x6-Kraftfahrzeug geeignet. Ein 6 χ 6-Kraftfahrzeug ist ein Kraftfahrzeug mit 6 Rädern, die alle angetrieben sind. Abkürzungen, wie z. B. 6 χ 6 werden im folgenden benutzt, wobei die erste Zahl die gesamte Anzahl der Räder des Fahrzeugs und die zweite Zahl die Anzahl der angetriebenen Räder angibt. Obwohl die erfindungsgemäße Getriebeanordnung in Kraftfahrzeugen mit einer größeren Anzahl von Rädern, wie z. B. ein 8 χ 8-Kraftfahrzeug verwendet werden kann, falls die Vorderachse eine Lenktriebachse ist, ist die erfindungsgemäße Getriebeanordnung insbesondere für ein 6 χ 6-Kraftfahrzeug geeignet, wie das Ausführungsbeispiel beschreibt.

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ORIGINAL INSPECTED

Unter normalen Bedingungen funktioniert ein 6 χ 6-Kraftfahrzeug als 6 χ 4-Kraftfahrzeug, d.h. das Getriebe des Kraftfahrzeuges überträgt ein Drehmoment auf einen Tandemantrieb, der seinerseits ein Drehmoment an die beiden hinteren Achsen abgibt, wobei die Lenktriebachse nicht angetrieben wird. Zweifellos ist die erfindungsgemäße Getriebeanordnung auch für ein Kraftfahrzeug, das selbst unter normalen Bedingungen als 6 χ 6-Kraftfahrzeug arbeitet, anwendbar.

Das Wesentliche eines Tandemantriebs liegt in seiner Fähigkeit mehr als eine₍im allgemeinen zwei oder drei,Antriebsachsen anzutreiben. Kennzeichnenderweise wird dies durch ein Kraft- oder Drehmomentaufteiler erreicht, der im allgemeinen ein Differentialgetriebe ist, in dem das eine Kegelrad einen gewissen Prozentsatz des Eintriebsdrehmomentes zur ersten Antriebsachse und das andere Kegelrad den Rest des Drehmomentes über eine Kardanwelle auf eine weitere Achsanordnung mit einer zweiten Antriebsachse überträgt. Ein derartiger bekannter Tandemantrieb ist in der US-PS 3 000 456 beschrieben.

Bekannte Getriebeanordnungen für 6 χ 6-Kraftfahrzeuge verwenden ein Verteilergetriebe, das entweder auf der Rückseite des Wechselgetriebes montiert ist und von der Hauptwelle direkt angetrieben wird, oder das an dem Fahrgestell befestigt ist und über eine Gelenkwelle zwischen der Hauptwelle des Wechselgetriebes und der Eintriebwelle des Verteilergetriebes angetrieben wird. Beispiele bekannter Getriebeanordnungen mit Verteilergetrieben sind aus den US-Patentschriften 2 770 150, 3 191 708 und 3 495 477 bekannt. Die Benutzung eines derartigen Verteilergetriebes erfordert zusätzliche Getriebeelemente und erhöht wesentlich die Kosten und das Gewicht einer solchen Getriebeanordnung. Weiterhin muß das Verteilergetriebe ziemlich groß sein, damit seine Abtriebwelle zur Lenktriebachse am Getriebegehäuse

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vorbeigeführt werden kann.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeanordnung zu schaffen, die die Übertragung eines Antriebsdrehmomentes auf die Lenktriebachse ermöglicht und die kein Verteilergetriebe und die damit verbundenen Anforderungen an Raum, Gewicht und Kosten erfordert.

Eine v/eitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug mit Tandemantrieb zu schaffen, in dem das Getriebe des Tandemantriebs zum Abzweigen eines Drehmomentes für die Lenktriebachse benutzt wird.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Getriebeanordnungen für 6 χ 6-Kraftfahrzeuge liegt darin, daß das Verteilergetriebe bei Antrieb der Lenktriebachse im allgemeinen 50 % des Drehmomentes zum Tandemantrieb und 50 % zum Antrieb der Lenktriebachse übertragen muß. Eine derartige Drehmomentverteilung entspricht nicht der Verteilung der Achslast, da im allgemeinen 30 % des Gewichtes auf der Vorderachse und 70 % des Gewichtes auf den Hinterradachsen ruht. Diese Drehmomentverteilung mit 50 % : 50 % bleibt im allgemeinen bis zum Verlust der Bodenhaftung einer Achse konstant, die normalerweise die Lenktriebachse ist, da der Anteil des zur Lenktriebachse übertragenen Drehmomentes größer als der Anteil an der gesamten Last dieser Achse ist. Diese Tatsache verursacht einen unerwünscht niedrigen Grenzwert für das bis zum Verlust der Bodenhaftung auf den Boden übertragbare Drehmoment.

Dementsprechend ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Getriebeanordnung für ein 6 χ 6-Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem die Drehmomentverteilung der Achslastverteilung besser angepaßt ist, als dies mit bekannten Getriebeanordnungen möglich war.

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-A-

Eine damit zusammenhängende Aufgabe der Erfindung ist es, eine Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die mit Lösung der obigen Aufgaben das gesamte, auf den Boden übertragbare Drehmoment ohne Verlust der Bodenhaftung erhöht.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Getriebeanordnung einen das von dem Wechselgetriebe aufgenommenen Eintriebsdrehmoment aufteilenden Drehmomentteiler mit einem ersten und zweiten abtreibenden Getriebeteil aufweist, dessen Getriebeteile jeweils mit einer der Hinterachsen über ein erstes bzw. zweites Getriebeelement gekoppelt sind, von denen das erste Getriebeelement ein drittes Getriebeelement antreibt, das über eine Welle mit der Vorderachse gekoppelt ist und daß dem dritten Getriebeelement eine wahlweise betätigbare Kupplung zugeordnet ist, durch die das dritte Getriebeelement im ausgerückten Zustand von der Welle getrennt und im eingerückten Zustand mit dieser gekoppelt ist.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Antriebssystem mit einer Getriebeanordnung gemäß der Erfindung, in einem 6 χ 6-Kraftfahrezug, in einer halbschematischen Ansicht von oben,

Fig. 2 eine Getriebeanordnung gemäß der Erfindung, wie sie im Antriebssystem der Fig. 1 Verwendung findet, im axialen Schnitt,

Fig. 3 die GetriebeanOrdnung nach Fig. 2, geschnitten längs der Linie 3-3 der Fig. 2, im halbschematischen Querschnitt, im gleichen Maßstab, und

Fig. 4 einen axialen Querschnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 3, im gleichen Haßstab.

Fig. 1 ist eine halbschematische Darstellung und zeigt in einer Ansicht von oben nur die zur Erläuterung des Antriebssystems notwendigen Teile eines Kraftfahrzeuges. Das Kraftfahrzeug 1 weist einen bekannten Rahmen 2 auf, der in geeigneter Weise von einem Vorderachsaggregat 3 und ninem hinteren Doppelachsaggregat 4 getragen wird. Ein Wechselgetriebe 5 liefert das Drehmoment für das für das Doppelachsaggregat 4. Das dargestellte Kraftfahrzeug besitzt einen Allradantrieb, d.h. mehrere Hinterräder 6 werden angetrieben und unter bestimmten Bedingungen auch die beiden Vorderräder 7. Dies wird innerhalb des Doppelachsaggregats 4 mit Hilfe eines Tandemantriebsmechanismus 11 erreicht, der das Eingangsdrehmoment aufteilt und zu einem Hinterachspaar R₁ und R₃ sowie einer vorderen Lenktriebsachse F über eine Kardanwelle S weiterleitet. Die

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erfindungsgemäße Getriebeanordnung, mit deren Hilfe die oben beschriebene Drehmomentaufteilung innerhalb des Tandemantriebs 11 erreicht wird_r ist im folgenden anhand der Fig. 2 bis 4 näher beschrieben.

Der Tandemantrieb 11 weist, wie Fig. 2 zeigt, ein Gehäuse 13 auf und zwei in axialer Flucht liegende Wellen 15, 17.' Die Welle 15 steht über ein Kardangelenk 19 mit einer nicht dargestellten Kardanwelle in Verbindung, die das Eingangsdrehmoment auf die Welle 15 überträgt. Das vordere Ende 21 der Welle 15 v/eist eine Keil verzahnung auf zur formschlüssigen Befestigung eines Kardangelenkes · 19. An dem gegenüberliegende Ende läuft die Welle 15 in eine Nabe 23 von verkleinertem Querschnitt aus, die drehbar in eine Büchse 25 hineinragt, welche in einem Sockelteil 27 eingesetzt ist, das sich im vorderen Ende der Welle 17 befindet, die teilweise im Querschnitt dargestellt ist. Das gegenüberliegende Ende der Welle 17 weist eine Keilverzahnung 29 auf, auf der ein kardanisches Gelenk befestigt ist. Die beiden Wellen 15, 17 sind in Gehäuse 13 mit geeigneten Wälzlagern 33, 35, 37 drehbart gelagert.

Die Welle 15 überträgt das Eingangsdrehmoment von der Kardanwelle zu einem Zwischen-Ausgleichsgetriebe oder Drehmomentaufteiler 39, der ein Ausgleichgehäuse oder einen Ausgleichstern 41 aufweist, in dem mehrere Ausgleichsachsen befestigt sind, von denen jede drehbar befestigt ein Planetenausgleichsrad 4 5 trägt. Im Eingriff mit den Ausgleichsrädern 45 steht ein Kegelrad 47, das mit Hilfe einer geeigneten Büchse 4 9 drehbar auf der Welle 15 gelagert ist. Mit den Ausgleichsrädern 45 steht auch ein Kegelrad 51 im Eingriff, von dem ein Teil als Sitz des Innenrings eines Lagers 35 ausgebildet ist und formschlüssig mit der Welle 17 über eine Kei!verzahnung 53 verbunden ist.

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Ein Teil des Eingangsdrehmomentes (im allgemeinen 50% ) des Zwischen-Ausgleichgetriebes 39 wird seinerseits auf die Welle 17 übertragen, während der Rest in einer unten beschriebenen Art und Weise auf ein Achswellenpaar übertragen wird. Das Kegelrad 47 weist auf seiner Außenfläche eine Verzahnung 55 auf, die mit einer zugeordneten Verzahnung 57 eines Zahnrades 59 in Eingriff steht, das mit Hilfe einer Keilverzahnung 6 3 mit dem vorderen Ende einer Ritzelwelle 61 verbunden ist. Die Ritzelwelle ist im Gehäuse 13 mit Hilfe von Drucklagern 65, 67 drehbar gelagert. Auf der der Keilverzahnung 6 3 gegenüberliegenden Seite trägt die Ritzelwelle ein Antriebsritzel 69, das den Rest des Drehmomentes auf einen Zahnkranz 71 überträgt, der seinerseits das Drehmoment mit Hilfe eines Differentialgetriebes auf ein Paar Achswellen, bestehend aus einer rechten Achse und einer in Fig. 2 nicht dargestellten linken Achse, überträgt. Das Differentialgetriebe 73 enthält ein mit dem Zahnkranz 71 über geeignete Schrauben oder Nieten 79 verbundenes Ausgleichgehäuse oder Tragkreuz 77. Das Ausgleichgehäuse enthält mehrere Planeten-Ausgleichsräder 81 im Eingriff mit einem rechten Kegelrad 8 3 und einem nicht dargestellten linken Kegelrad.

Die Welle 15 weist weiterhin im Mittelteil eine Keilverzahnung 85 auf, auf der verschiebbar ein Kupplungsteil befestigt ist, das sich nach hinten erstreckende Kupplungszähne 8 9 zur Kupplung mit einer entsprechenden Kupplungsverzahnung 91 aufweist, die sich an der Vorderseite des Kegelrades 47 befindet.

Die Arbeitsweise dieser Kupplung wird später näher beschrieben.

Die Fig. 3 zeigt in einem Querschnitt das Kegelrad 47 und das Zahnrad 59. In einem gewissen Abstand

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parallel zur Welle 61 befindet sich eine Welle 101. Ein schräg verzahntes Antriebsrad 103 ist unter normalen Antriebsbedingungen auf der Welle 101 frei drehbar. .An der Außenseite weist das Antriebsrad 103 eine Verzahnung 105 auf, die mit der Verzahnung 5 7 des Zahnrades 59 im Eingriff steht. Die Welle 101 erstreckt sich nach vorne (nach links in Fig. 4) aus dem Gehäuse heraus und ist in diesem drehbar mit Hilfe des Lagers gelagert, nie Welle 101 ragt nach vorne bis zu einem Punkt (der in Fig..4 nicht dargestellt ist), an dem sie mit der Kardanwelle verbunden ist, die ihrerseits die Lenktriebachse F über einen der bekannten Vorderachsantriebsmechanismen antreibt.

Die Welle 101 weist eine Keilverzahnung 109 auf, die formschlüssig ir.it der inneren Keilverzahnung des Kupplungsteiles 111 verbunden ist, das eine Kupplungsverzahnung 113 für die Kupplung mit einer zugeordneten Kupplungsverzahnung 115 auf der Vorderseite des Zahnrades aufweist. Das Kupplungsteil 111 besitzt eine Ringnut 117 zur Kupplung mit einer Schaltgabel, die nicht dargestellt ist, damit das Kupplungsteil 111 mit dem Zahnrad 103 verbunden oder von diesem getrennt werden kann.

Sobald das Kupplungsteil 87 mit seiner Kupplungsverζahnung 89 durch Verschieben mit der Kupplungsverzahnung 91 in Verbindung gebracht worden ist, verriegelt das Zwischen-Ausqleichgetriebe 39, so daß jedes der Kegelräder 47, 51 50 % des Eingangsdrehmomentes erhält. Ebenso wird durch verschieben des Kupplungsteiles 111 über die Kupplungsver-zahnung 113, 115 das Zahnrad 103 mit der Welle 1Ο1 fest verbunden, so daß die eine" Hälfte des Drehmoments das von dem Kegelrad 47 übertragen wird, von der Ritzelwelle 61 und die andere Hälfte des Drehmomentes von der Welle 1Ο1 zum Antrieb der Lenktriebachse aufgenommen wird. Auf diese Weise werden durch Anwendung der Erfindung

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25 % des Drehmoments der Vorderachse zugeführt, 25 % des Drehmoments werden auf die Hii auf die Hinterachse R2 übertragen

des Drehmoments werden auf die Hinterachse R.. und 50 %

Das folgende Beispiel soll quantitativ den Vorteil der Erfindung erläutern, d.h. die zusätzliche Drehmomentübertragung auf den Boden. Im Beispiel wird angenommen,

4 daß die gesamte Ladung des Kraftfahrzeuges 2,49 χ 10 kg beträgt, deren Gewicht entsprechend der Spalte "Masse" auf die drei Achsen verteilt ist. Die beiden Spalten unter der Überschrift "Verteilergetriebe" zeigen eine bekannte prozentuale Drehmomentverteilung und das auf den Boden über die einzelnen Achsen übertragene Drehmoment (dabei wird angenommen, daß die Kraftschlußgrenze bei einem Drehmoment von 0,3 Nm pro kg erreicht ist). Unter der Überschrift "Erfindung" ist die prozentuale Verteilung des Drehmoments und die Drehmomentübertragung auf den Boden für den Fall eines Dreiachs-Kraftfahrzeuges mit Allradantrieb und einem erfindungsgemäßen Antriebssystem angegeben.

Masse

Verteilergetriebe

% Drehmoment %

Erfindung Drehmoment

F 6,8Ox1O³ kg 50 2,O4x1O³ Nm 25

R₂ 9,O7x1O³ kg 25 1,O2x1O³ Nm 50

1,36x10 Nm

9,O7x1O³ kg 25 1,O2x1O³ Nm 25 1,36x1O³

2,72x10 Nm

Summe 2,49x1O⁴ kg 100 4,O8x1O³ Nm 100 5,44χ1Ο³ Nm

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Wie nan der Tabelle entnimmt/ verliert die Lenktriebachse bei einen bekannten Antriebssystem (z. B. mit einem Verteilergetriebe) bei einem Drehmoment von 2.O4 χ 10 Nm die Bodenhaftung. Dadurch wird die Lenkbarkeit beeinträchtigt und das insgesamt übertragbare Drehmoment auf 4.08 χ 10^ rim begrenzt. Dagegen verliert im erfindungsgemäßen Antriebssystem die Hinterachse R2 die Bodenhaftung, jedoch erst bei einem Drehmoment von 2.7 2 χ 10 Nm und ermöglicht so die übertragung eines gesamten Drehmomentes von 5,44 χ 10³ Nm.

Es ist selbstverständlich, daß bei Benutzung des hier offenbarten Antriebssystems eine Vorrichtung verwendet werden muß, die die beiden Kupplungsteile- 87, 111 betätigt, und zwar gemeinsam oder hintereinander (vorzugsweise wird das Kupplungsteil 87 vor dem Kupplungsteil 111 betätigt). Die Kupplungsteile 87, 111 können in einer der zahlreichen bekannten Arten und Weisen betätigt werden, wie z.B.mit Hilfe eines pneumatischen Kolbens oder eines Hubmagneten. Eine Handsteuerung dieser Betätigungsglieder kann unter bestimmten Fahrbedingungen vorgenommen werden, wie z.B. beim Verlust der Bodenhaftung, indem der Fahrer von Hand beide Kupplungsstückc geneinsam betätigt und so das Dreiachs-Kraftfahrzeug mit Allradantrieb verriegelt, oder er betätigt nur das Kupplungsstück 87, um die beiden Antriebsachsen R₁, R, miteinander zu verriegeln, oder aber er betätigt das Kupplungsteile 111, um die Lenktriebachse F mit der hinteren Antriebsachse R-j ohne Einschluß der hinteren Antriebsachse R₉ zu verriegeln.

Andererseits ist es möglich und im allgemeinen vorzuziehen, die KupplunfTsstücke 87, 111 durch ein .automatisches ,1'~r;t^n -?.u b^tMtirren, das selbsttätig eine vorgegebene f'eschvinriicrkcitsdifferenz zwischen bestimmten Elementen des System.«=: feststellt, die normalerweise die gleiche Drehgeschwindigkeit haben sollten, wie z. B. die Antriebsachsen

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R₁ und R₂ oder die Kegelräder 47, 51. Eine automatische Verriegelungsvorrichtung, verwendbar für die Betätigung der Kupplungsteile 87,111, ist in der Patentanmeldung P 25 33 840 vom 30. Juli 1974 beschrieben und beansprucht. Obwohl die neue Anordnung eine automatische Verriegelung des Zwischen-Ausgleichgetriebes enthält (Zwischen-Ausgleichgetriebe 39), ist es selbstverständlich, daß eine solche automatische Verriegelungsvorrichtung leicht auch für die Betätigung des Kupplungsteiles 111 angepaßt werden kann.

-P atentansprüche-

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Claims

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Patentansprüche

Getriebeanordnung zur übertragung eines Antriebsdrehmoments vom Wechselgetriebe eines Kraftfahrzeuges auf eine hintere Doppelachse und eine vordere Lenktriebachse, mit einer Aufteilung des vom Wechselgetriebe abgegebenen Drehmoments, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen das von dem Wechselgetriebe (5) aufgenommene Eintriebsdrehmoment aufteilenden Drehmomentteiler (39) mit einem ersten und zweiten abtreibenden Getriebeteil (47, 51) aufweist, dessen Getriebeteile (47, 51) jeweils mit einer der Hinterachsen (R₁, R~) über ein erstes bzw. zweites Getriebeelement (5 9, 17) gekoppelt sind, von denen das erste Getriebeolenont (59) ein drittes Getriebeelement (103) antreibt, dan fiber eine Welle (101) mit der Vorderachse (F) gekoppelt ist und daß dem dritten Getriebeelement (103) eine wahlweise betätigbare Kupplung (111, 113, 115) zugeordnet ist, durch die das dritte Getriebeelement (103) im ausgerückten Zustand von der Welle (101) getrennt und im eingerückten Zustand mit dieser gekoppelt ist.
2. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste abtreibende Getriebeteil (47) im wesentlich die Hälfte und das zweite abtreibende Getriebeteil (51) den Rest des Eintriebsdrehmoments aufnimmt.
3. Getriebeanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hinterradachse (R₁) im wesentlichen die Hälfte und das dritte Getriebeelement (103) den Rest des dem ersten abtreibenden Getriebeteil (47) zugeführten Drehmomentes aufnimmt.

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4. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dr.ehm omen tauf teiler ein Zwischen-Ausgleichsgetriebe(39) aufweist und daß das erste und zweite abtreibende Getriebeteil Kegelräder (47, 51) aufweisen.
5. Getriebeanordnung nach Anspurch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Getriebeelement ein mit dem Kegelrad (47) in Eingriff stehendes Zahnrad (59) aufweist.
6. Getriebeanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Getriebeelement ein mit dem Zahnrad (59) in Eingriff stehendes Zahnrad (103) aufweist.
7. Getriebeanordnung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Tanderaantrieb der Doppelachse das dritte Getriebelement (103) in Abhängigkeit vom Verlust der Bodenhaftung einer der beiden hinteren Antriebsachsen (R-, R₂) einschaltbar ist.
8. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Fühleinrichtung aufweist, durch die das überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Differenz der Drehzahlen der Lenktriebachse (F) und einer der hinteren Antriebsachsen (R.., R₂) bestimmbar ist.
9. Getriebeanordnung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischen-Ausgleichgetriebe (39) eine die Differentialwirkung zwischen den beiden Kegelrädern (47, 51) verhütende Verriegelungsvorrichtung (87, 89, 91) aufweist.

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10. Getriebeanordnung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung (87, 89, 91) durch eine das Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Differenz der

Drehzahlen der hinteren Achsen (E₁, R₂)- fest-' " stellende Fühleinrichtung betätigbar ist.

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