DE3439899A1 - Getriebe zum schalten eines fahrzeugs von zwei- auf vierradantrieb - Google Patents

Description

Patentanwälte 3 4 3 9

Dr. rer. nat Thomas Berendt

Dr.-Ing. Hans Loyh Innere Wfaner Str. IO - D 80G0 München GO

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

DANA CORPORATION
4500 Dorr Street
Toledo, Ohio, U.S.A.

Getriebe zum Schalten eines Fahrzeuges von Zwei- auf Vierradantrieb

- X - Dana Corp.

3 . A 14 845

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere eine Kraftübertragungsvorrichtung für vierradgetriebene Automobile und insbesondere eine übertragungsvorrichtung, die es mittels einer einzigen Schaltstange erlaubt, ein Getriebe auf Zweiradantrieb und Vierradantrieb bei hoher Geschwindigkeit umzuschalten während sieh das Fahrzeug bewegt, und ebenso, um einen Vierradantrieb mit niedriger Geschwindigkeit aus dem Stillstand zu schalten. Hierbei sollen Beanspruchungen im Getriebesystem, die aus Unterschieden in der Bewegung resultieren, die zwischen der vorderen und hinteren Ausgangswelle auftreten können, abgebaut werden.

Vierradgetriebene Fahrzeuge sind, obwohl sie sich sehr gut für das Gelände eignen, wegen ihrer größeren Zugkraft unter solchen Bedingungen, auch auf harten Oberflächen wirtschaftlicher zu betrieben als konventionelle zweiradgetriebene Fahrzeuge. Es ist daher erwünscht, von einem Zweiradantrieb auf einen Vierradantrieb und umgekehrt, umzuschalten. Es sind Getriebe vorgeschlagen worden, die eine solche Umschaltung von Zweirad- auf Vierradantrieb ermöglichen, sie haben jedoch den Nachteil, daß die Position der Naben der gewöhnlich nichtgetriebenen Räder manuell gesperrt oder gelöst werden muß, um der gewählten Steuerposition für den Vierradantrieb oder Zweiradantrieb zu entsprechen. Diese Umschaltung von Zweiradantrieb auf Vierradantrieb und umgekehrt, war schwerfällig, zeitraubend und Fehlern bei der Einstellung des gewünschten Antriebs ausgesetzt.

Wenn ein Fahrzeug im Vierradantrieb betrieben wird, treten ferner häufig Beanspruchungen im Getriebeschaltsystem auf, z.B. beim Wenden des Fahrzeugs. Solche Beanspruchungen können entstehen, wenn die Vorderräder eine andere Wegstrecke durchlaufen als die Hinterräder beim Drehen oder Wenden, was zu einer unterschiedlichen Drehung der vorderen und hinteren Antriebswellen des Getriebes führt. Das Schalten des Getriebes vom Vierradantrieb auf den Zweiradantrieb kann unter solchen Bedingungen schwierig, wenn nicht unmöglich sein, bis die Beanspruchungen abgebaut bzw. verschwunden sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Getriebe zu schaffen, zum Schalten des Antriebs eines Automobils auf Zweiradantrieb oder Vierradantrieb und umgekehrt» während das Fahrzeug in Bewegung ist. Ferner soll die Schaltung auf den Zweiradantrieb oder den Vierradantrieb mittels einer einzigen Schaltstange erfolgen.

Um dies zu erreichen, ist ein Getriebe mit einem Fünfgang-übertragungssystem vorgesehen, das zwei Gruppen von Zahnrädern mit ständigem Eingriff aufweist, wobei eine Gruppe ein Paar von axial beweglichen Zahnrädern ist, die durch die Eingangswelle der Getriebeeinheit angetrieben werden, während die andere Gruppe aus drei axial fixierten Zahnrädern besteht. Eine Synchronisiereinrichtung in der Getriebeeinheit arbeitet mit der zweiten Zahnradgruppe zusammen, um die Eingangsleistung des Getriebes zwischen den Ausgangsweilen für die Hinterräder und die Vorderräder zu verteilen.

Die axiale Bewegung des Zahnradpaares und die Betätigung der Synchronisiereinrichtung wird bewirkt durch die Position bzw. Einstellung eines Schalthebels, der seinerseits eine Trägerstange einstellt, auf welcher ein Paar Schaltgabeln montiert ist.

Eine der Schaltgabeln ist an der Trägerstange befestigt und bewirkt den Eingriff mit dem Zahnradpaar, um dessen axiale Bewegung zu bewirken zur Wahl des Weges, über welchen die Energie von der Eingangswelle, entweder nur zur hinteren oder zu beiden, nämlich der.vorderen und der hinteren Ausgangswelle der Getriebeeinheit zugeführt wird. Die andere Schaltgabel ist über einen Bereich der Trägerstange verschiebbar, um die Synchronisiereinrichtung für den Vierradantrieb des Fahrzeuges zu betätigen.

Eine Feder zwischen den beiden Schaltgabeln übt eine Vorspannkraft aus, welche auf die verschiebbare Schaltgabel einwirkt, welche die Synchronisiereinrichtung abschaltet beim Schalten vom Vierradantrieb auf den Zweiradantrieb, aber nur nach dem Abbau der obengenannten Beanspruchungen (windup stresses) in der Synchronisiereinrichtung, wodurch schwierige, wenn nicht unmögliche Schaltungen zwischen dem Vierradantrieb und dem Zweiradantrieb vermieden werden, während das Getriebe bei hoher Drehzahl arbeitet (high speed drive mode).

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch die Komponenten eines Vierradantriebssystems für ein Automobil mit einem Übertragungsgetriebe nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt vergrößert in Ansicht das Gehäuse des Übertragungsgetriebes nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt im Schnitt das Getriebe nach Fig. 2 längs der Linie 3-3 in Fig.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 2, wobei die Position der Schaltstange und der Schaltgabeln für den Eingriff mit den Zahnrädern dargestellt ist, um den direkten Zweiradantrieb für die Hinterräder herbeizuführen.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt ähnlich demjenigen nach Fig. 4, wobei die Position der Schaltstange und der Eingriff der Zahnräder dargestellt sind zur Herbeiführung des Vierradantriebs für d.as Fahrzeug.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt ähnlich demjenigen nach Fig. 4, wobei die Position der Schaltstange und der Eingriff der Zahnräder für die neutrale Position des Fahrzeugs dargestellt ist.

Fig. 7 zeigt einen Schnitt ähnlich demjenigen nach Fig. 4, wobei die Position der Schaltstange und der Eingriff der Zahnräder für einen Vierradantrieb bei niedriger Geschwindigkeit des Fahrzeugs dargestellt ist.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt ähnlich demjenigen nach Fig. 4, wobei die Position der Schaltstange und der Zahnräder dargestellt ist bei der Entlastung von Achsbeanspruchungen (windup stresses) während der Schaltung vom Vierradantrieb zum Zweiradantrieb.

Fig. 1 zeigt ein Getriebe 10 nach der Erfindung in einem vierradgetriebenen Fahrzeug hinter dem Motor 11 und dessen Vorgelege 12, das eine nicht-gezeigte

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Stirnwelle hat, mit welcher das Getriebe 10 verbunden ist zur Aufnahme der Antriebskraft des Motors. Die Energie bzw. das Drehmoment wird von dem Getriebe 10 auf die Hinterräder 14 über ein Differential 13 und auf die Vorderräder 1.6 über ein Differential 15 übertragen. Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Getriebegehäuses und zwar das Antriebsende für die hinteren Räder, wobei der Antriebsteil 21 für die Hinterräder gezeigt ist, ebenso das geschlossene Ende des Antriebsabschnitts 22 für die Vorderräder, sowie ein Abschnitt 23 für die Schaltstange. Fig. 3 zeigt im Querschnitt das Getriebe 10 längs einer fcjnie 3-3, wobei die Eingangs-Antriebswelle 20 dargestellt ist und die zugehörigen Zahnräder für den Antrieb der Ausgangswellen 31 und 32 für die Hinterräder und die Vorderräder. Die Antriebswelle 20 fluchtet axial mit der hinteren Ausgangswelle 31, wobei beide Wellen unabhängig voneinander drehbar sind, jedoch einander zugeordnet sind, wobei ein Endstück 34 mit reduziertem Durchmesser der hinteren Antriebswelle 31 in ein hohles entsprechendes Endstück der Eingangswelle 20 hineinragt. In einem schmalen Spalt 36 zwischen den koaxialen fluchtenden Wellen ist ein Nadellager 37 eingebaut, wodurch sich die beiden koaxialen Wellen gegenseitig abstützen.

Das Getriebe hat ein Paar Zahnradsätze, die in konstantem Eingriff stehen, von denen einer ein Eingangsantriebsrad 40 aufweist, das eine innenverzahnte Nabe hat, und das verschiebbar auf den gezahnten Enden der Wellen 20 und 31 montiert ist, ferner mit einem Zwischenrad 45, das verschiebbar auf einer drehbaren Büchse 48 sitzt, die auf einer stationären Trägerwelle 47 montiert ist. Der Satz aus Zahnrädern 40 und 45 ist seitlich bzw. in Querrichtung zusammen verschiebbar bzw. positionierbar, um eine Schaltung des Getriebes auf Direktantrieb der Hinterräder 14 oder Antrieb aller vier Räder 14, 16 zu ermöglichen und ebenso das Getriebe in neutrale Position zu schalten. Die andere Gruppe von in konstantem Eingriff stehenden Zahnrädern, die eine fixierte Position haben, umfassen ein hinteres Ausgangszahnrad 50, das frei drehbar auf der Ausgangswelle 51 angeordnet ist und das in Eingriff mit einem Zwischenrad 46 steht, das fest auf einer Büchse 48 montiert ist, die drehbar auf einer Trägerwelle 47 gelagert ist, ferner mit einem vorderen Ausgangszahnrad 49, das auf der vorderen Ausgangswelle 32 montiert ist und das ebenfalls in Eingriff mit dem Zwischenrad 46 steht. Der konstante Eingriff der Zahnräder trägt dazu bei, daß die Abnutzung oder der Verschleiß gleichmäßiger ist, ferner wird eine zuverlässige Zufuhr der Energie bewirkt mit

größerer Zuverlässigkeit im Betrieb.

Das Getriebe ist ferner mit einer konventionellen Synchronisiereinrichtung versehen» die einen Bund oder Ring 26 aufweist, der z.B. mit Preßsitz auf der hinteren Ausgangswäle 31 sitzt, sowie einen quer verschiebbaren Kupplungsring 27, der mittels einer Verzahnung, z.B. in der Art einer Keilwelle, auf dem Bund 26 montiert ist. Der Kupplungsring 27 trägt eine Gruppe von Sperrstiften oder Verriegelungsstiften 29, die ihrerseits einen Kupplungskegel ring 28 halten, für einen selektiven Reibungs-Antriebseingriff mit einer überstehenden inneren Randfläche 52 des hinteren Ausgangszahnrads 50, die z.B. maschinenfertig bearbeitet, z.B. maschinell fertiggeschliffen ist.

Fig. 4 zeigt das Getriebe nach Fig. 3 längs der Linie 4-4 von Fig. 2, wobei der Zusammenhang zwischen der Schaltstange 55 mit einer Schaltgabel 60 für die Zahnräder und einer Schaltgabel 62 zur Betätigung der Synchronisiereinrichtung dargestellt ist. Die Schaltgabel 60 ist rechtwinklig fest auf einer Trägerhülse 61 montiert, die ihrerseits fest auf der Schaltstange sitzt und mit dieser bewegbar ist. Die Schaltstange 55 ist in Längsrichtung bewegbar mittels einer externen nicht-gezeigten Schaltsteuerstange. Die Schaltgabel 60 ist so geformt, daß sie in Eingriff bringbar ist mit einem Paar mit Nuten versehenen Kupplungsringen 66 und 67, welche dem verschiebbaren Eingangs-Antriebsrad 40 und seinem mit ihm zusammenwirkenden querverschiebbaren Zwischenzahnrad 45 zugeordnst sind, um entsprechend selektiv die Zanräder 40 und 45 gemeinsam zu positionieren bei einer Bewegung der Schaltgabel 60 durch die mit ihr verbundene Schaltstange 55. Die Synchronisiereinrichtung 25 wird durch die Schaltgabel 62 betätigt, die rechtwinklig fest auf einer Trägerhülse 63 montiert ist, welche benachbart zur Büchse 61 in Längsrichtung verschiebbar auf der Schaltstange 55 montiert ist. Eine Vorspannfeder 65 vom Schraubenfedertyp ist zwischen den Enden der beiden benachbarten Hülsen 61 und 63 eingebaut, die bei der Tätigkeit der Synchronisiereinrichtung in Funktion tritt, wie noch beschrieben wird.

Die Schaltgabel 62 tritt in Eingriff mit einer Umfangsnut 68 im Kupplungsring oder Arretierring 27 der Synchronisiereinrichtung, so daß bei einer Verschiebebewegung der Hülse 63 um ein entsprechendes Stück seitlich, bzw. in Querrichtung bewegt wird. Bei Betätigung der Synchronisiereinrichtung werden die

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Hülse 63, die Schaltgabel 62 und der Arretierring 27 in Querrichtung bewegt auf das hintere Ausgangszahnrad 50 zu, gesteuert durch die Schaltstange 55, wodurch der Ring 27 über die Länge der Verriegelungsstifte bewegt wird, um einen Kupplungseingriff des benachbart positionierten Kupplungsringes 28 mit der inneren Randfläche 52 des Zahnrades 50 zu bewirken, um dadurch das Zahnrad 50 auf eine Geschwindigkeit bzw. Drehzahl zu bringen synchron mit derjenigen der Arretier- und Kupplungsringe. Wenn das Zahnrad öO und der Kupplungsring 28 mit im wesentlichen derselben Drehzahl während dieser Betätigungsphase rotieren, werden durch die Kräfte der Schaltstange der Arretierring auf das Zahnrad 50 zu bewegt und die Innenverzahnung 30 des Arretierringes gleitet und tritt in Eingriff mit den Zähnen 51, die am Umfang der Nabe des Zahnrades 50 ausgebildet sind. Der Kupplungsring 27 bewegt sich gleichzeitig über die Schrägen oder Rampen 69 der Verriegelungsstifte 29 in eine Position um den Reibungs-Kupplungsring 28 in synchronen Eingriff mit· dem Zahnrad zu bringen. Wenn somit der Kupplungsring 28 in seiner synchronisierten Betriebsposition eingerastet oder eingerückt ist, wird das Zahnrad 50 mit der Antriebskraft von der Ausgangswelle 31 für die Hinteräder über den Ring 26 der Synchronisiereinrichtung und die ineinandergreifenden Verzahnungen 30 und 51 des Arretierringes 27 und des Zahnrades 50 versorgt.

Die Schaltstange 55 erstreckt sich aus dem Gehäuse des Getriebes 10 heraus, durch eine Dichtung 74 hindurch und ist durch einen Schalt-Steuerhebel (nicht gezeigt) in vier verschiedene Positionen bewegbar bzw. schaltbar, nämlich Zweiradantrieb hoch, Vierradantrieb hoch, neutral und Vierradantrieb tief, dargestellt durch die Symbole 2Hi, 4Hi, N und 4Lo. Die Schaltstange wird gegen ein Herausspringen oder Herausgleiten aus jeder Position gehalten durch eine nichtgezeigte federbelastete Kugel, die einen sicheren Eingriff mit einer entsprechend gekrümmten Vertiefung bewirkt, wodurch die Komponenten des Getriebes in jeder der Positionen geeignet einander zugeordnet werden.

Eine weitere Kugel 70, die eine Hauptsperrwirkung oder Riegelwirkung bewirkt, ist in einer entsprechenden Aussparung 71 in der Büchse 63 angeordnet und

darin bewegbar zwischen einem Schlitz 72 in der beweglichen Schaltstange und einer fixierten Aussparung 73 in der Wand eines zylindrischen Abschnitts des Getriebegehäuses 10, in welchem die Schaltstange abgestützt bzw. gelagert ist.

Die Aussparung 71, der Schlitz 72 und die Aussparung 73 halten die Synchronisiei einrichtung 25 eingerastet oder verriegelt in jeder threr Antriebspositionen, ebenso wie in der neutralen Position und während einer kurzen verzögerten Schaltung zur Entlastung von Beanspruchungen (windup Stresses), die auftreten können während der Schaltung von der Vierrad-Antriebsposition in die Zweirad-Antriebsposition, wie im Detail noch beschrieben wird.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des Getriebes beschrieben.

Zweirad-Position, hoch:

Wenn sich das Getriebe in der Zweirad-Antriebsposition hoch befindet (2Hi), wie in Fig. 4 gezeigt, d.h. in einem wirtschaftlichen Antrieb des Fahrzeugs auf guten Oberflächen, geht der Fließweg der Energie, die von der Eingangswelle 20 zugeführt wird, direkt zur hinteren Ausgangswelle 31, da das Eingangszahnrad 40 in dieser Position der Schaltstange direkt die Enden der Wellen 20 und 31 über seine innere Verzahnung verbindet, welche in die Außenverzahnungen der beiden Enden der Welle 20 und eingreift. Das Zahnrad 40 wird in dieser Position gehalten durch Eingriff einer Kugel in eine Aussparung in der 2Hi-Position der Schaltstange 55. In dieser Position drückt die Hülse 61 die Schraubenfeder 65 gegen die Hülse 63, wodurch die Synchronisiereinrichtung in eine inaktive Position bewegt bzw. geschaltet wird. Die Hülse 63 ist gegen eine weitere Verschiebung durch Anschlag gegen die Kugel 70 am Ende des Schlitzes 72 gesperrt. Die Hinterräder werden damit in einem übersetzungsverhältnis von 1:1 zwischen der Eingangswelle 20 und der hinteren Ausgangswelle 31 angetrieben.

Vierrad-Position hoch:

Der Energieverlauf bzw. Drehmomentfluß durch das Getriebe kann von einem Zweiradantrieb auf einen Vierradantrieb geschaltet werden, wie in Fig. 5 gezeigt, während das Fahrzeug sich in Bewegung befindet, da die Schaltung

bewirkt wird durch Aktivierung der Kupplungswirkung der Synchronisiereinrichtung 25, wodurch die beiden anderen Räder angetrieben werden.

Die Verschiebung der Schaltstange 55 in ihre obere Vierrandantrieb-Position führt zu einer entsprechenden Bewegung der Hülse 63 und der Schaltgabel 62, wodurch die Synchronisiereinrichtung betätigt wird und dadurch das untere Ausgangszahnrad 50 auf die Drehzahl der hinteren Ausgangswelle 31 gebracht und durch diese angetrieben wird. Die in konstantem Eingriff stehende Gruppe von Zahnrädern 50, 46 und 49 wird somit getrieben durch die Welle 31, was zur Folge hat, daß ein Drehmoment auf die Ausgangswelle 32 und damit auf die Vorderräder 16 des Fahrzeuges übertragen wird. Die Zahnräder 49 und 50 haben dieselbe Zahnzahl, womit die hintere und die vordere Ausgangswelle 31 und 32 mit denselben Drehzahlen angetrieben werden.

Obwohl die Positionierung der Schaltstange 55 in die Position 4Hi (Fig. 5) zu einer seitlichen oder Querbewegung der Hülse 61 und der Schaltgabel 60 sowie der Zahnräder 40 und 45 führt, werden die Zahnräder nicht weit genug verschoben, um das Zahnrad 40 aus seiner Brückenposition herauszubewegen, in welcher es die Enden der Wellen 20 und 31 überbrückt und als Antriebselement wirkt. Das Zahnrad 45 ist in dieser Position weiterhin ein inaktives Zwischenrad. Die Hülse 63 und die Schaltgabel 62 sind in dieser aktivierten Position der Synchronisiereinrichtung durch die Kugel 70 verriegelt, die in Eingriff mit der Ausnehmung 73 oder mit dem Ende des Schlitzes 70 treten kann.

Neutrale Position:

Wenn die Schaltstange 55 in eine neutrale Position geschaltet wird, wie in Fig. 6 gezeigt, wird das Zahnrad 40 von der Verzahnung 41 der Welle 31 durch die Schaltgabel 40 gelöst. Die Zahnräder 40 und 45 werden somit durch die Eingangswelle 20 nur im Leerlauf gedreht. Die Synchronisiereinrichtung 25 wird in dieser Stellung der Schaltstange 55 in ihrer aktivierten Betriebsweise gehalten durch die Kugel 70, welche in der Ausnehmung 73 sitzt, wodurch die Hülse 63 und die Schaltgabel 62 in der verriegelten Betriebsposition der Synchronisiereinrichtung gehalten werden.

Unterer Vierradantrieb:

Beim Betrieb' des Fahrzeugs unter rauhen Bedingungen, z.B. bei der Fahrt auf Sand oder Schlamm» wird die Schaltstange aus der neutralen Position in ihre untere Vierradantrieb-Position geschaltet während das Fahrzeug steht. Die Schaltung in diese Position erfordert das manuelle Aufbringen einer Kraft auf die Schaltsteuerstange bis die Schaltung ausgeführt ist, da eine Gruppe von Zähnen 75 an der Innenseite der Nabe des Zahnrades 45 (Fig. 6) in Eingriff mit einem entsprechenden Satz von.Zähnen 76 auf der Büchse 48 gebracht werden muß, um die Aufteilung des Energieflusses zur vorderen und hinteren Ausgangswelle zu bewirken. Wie Fig. 7 zeigt, hält in der unteren Vierradantrieb-Position der Schaltstange 55 (4Lo in Fig. 7) die Schaltgabel 60 das Eingangs-Antriebszahnrad 40 voll angetrieben auf der Antriebswelle 20. Dem Zwtschenrad 45, das in ständigem Eingriff mit dem Zahnrad 40 steht, wird daher die Antriebsenergie zugeführt und es treibt seinerseits die Büchse 48 und das auf dieser sitzende und mit ihr fest, z.B. durch eine Verzahnung verbundene Zwischenrad 46. Den Zahnrädern 49 und 50 für den Vorderradantrieb und den Hinterradantrieb wird somit Energie bzw. Drehmoment zugeführt. Das Zahnrad 49 gibt die Antriebsenergie direkt an die vordere Ausgangswelle 32, während das Zahnrad 50 die Antriebsenergie an die hintere Ausgangswelle 31 über die verriegelte Synchronisiereinrichtung 25 abgibt. Die Zahnräder 49 und 50 haben dieselbe Anzahl von Zähnen, die in Eingriff mit dem getriebenen Zwischenrad 46 stehen, womit die Ausgangswellen 31 und 32 mit derselben Drehzahl angetrieben werden.

Das vom Getriebe in dieser Position zugeführte hohe Drehmoment resultiert aus dem kleineren Durchmesser des Eingangs-Antriebsrades im Vergleich zu dem des Zwischenrades 45. Beispielsweise können die Übersetzungsverhältnisse 1:2,6 sein, um eine Drehmomentsteigerung von 2,6:1 zu erzeugen.

Wie oben beschrieben, werden durch die Schaltstange 55 die Zahnräder 40 und 45 in ihre Positionen für den Vierradantrieb geschaltet unter einer manuell aufgebrachten Kraft. Unter diesen Bedingungen kann ein unschädlicher Eingriff der Verzahnungen 75, 76 auftreten, weil die Schaltung bei einer niedrigen Drehzahl der Eingangswelle 20 erfolgt, während das Fahrzeug gestoppt ist.

Wenn die Zahnräder 40 und 45 sich in ihrer Position für Vierradantrieb befinden, wird die Hülse 61 auf der Schaltstange 55 getrennt gehalten von der eng benachbarten federbelasteten Hülse 63. Die Hülse 63 wird dann in unabhängig verriegelter Position gehalten, wodurch die Synchronisiereinrichtung durch die Kugel 70 in aktivierter Betnebsstellung gehalten wird, wobei die Kugel 70 selbst in der Ausnehmung 71 und in der Ausnehmung 73 verrastet gehalten ist, wodurch eine Bewegung der Büchse 63 verhindert wird.

Umschaltung vom Vierradantrieb auf Zweiradantrieb, bei hoher Drehzahl bzw. im oberen Gang:

Beim Betrieb des Getriebes 10 im Vierradantrieb, können Beanspruchungen (windup stresses) im Getriebe auftreten, wenn das Fahrzeug wendet, d.h. wenn die Vorderräder einen größeren Weg durchlaufen als die Hinterräder. Obwohl im normalen Verlauf solche Beanspruchungen wieder abgebaut werden innerhalb einer kurzen Zeitspanne beim normalen Fahren, können sie das Schalten erschweren, wenn nicht unmöglich machen. Wie Fig. 8 zeigt, ist die Feder 65 zwischen den Hülsen 61 und 63 voll zusammengedrückt beim Schalten der Stange 55, die durch die nichtgezeigte Verriegelungsanordnung positioniert ist, vom Vierradantrieb auf Zweiradantrieb, und normalerweise wird unter keinen Beanspruchungs-Bedingungen die Schaltgabel 62 in eine Nicht-Eingriffs-Position für die Synchronisiereinrichtung gebracht, wie in Fig. 4. Wegen der obengenannten Beanspruchungen (windup stress) im System, die zu einer zusätzlichen Reibung zwischen den Zähnen 30 der Muffe 26 führen, tritt eine sofortige Lösung oder Freigabe der Synchronisiereinrichtung in eine inaktive Position nicht ein. Es tritt jedoch ein verzögerter automatischer Schaltvorgang auf unter dem Krafteinfluß der zusammengedrückten Feder 65, sobald die Beanspruchungen ausreichend abgebaut sind beim normalen Antrieb oder normalen Fahren, wobei die Schaltgabel sich auf der Muffe 26 seitlich verschieben kann, um die Synchronisiereinrichtung 25 vom Antriebszahnrad zu lösen. In dem Getriebe nehmen dann die Zahnräder und die Synchronisiereinrichtung die Positionen für einen Zweiradantrieb ein, wie anhand von Fig. 4 beschrieben wurde.

Während der Schaltung vom Vierradantrieb auf den Zweiradantrieb wird die

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Schaltstange in eine Position verschoben, in welcher der Schlitz 72 so positioniert ist, daß die Kugel 70 von der Ausnehmung 73 freigegeben wird. Hierdurch wird entsprechend die vorher arretierte Hülse 63 freigegeben für eine Verschiebung der Schaltgabel 62 zum Ausrücken der Synchronisiereinrichtung, um den zulässigen Betrag durch Bewegung der Kugel in der öffnung 71 zum entgegengesetzten Ende des Schlitzes 72, wie in Fig. 5 gezeigt ist.

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Claims (17)

43§|9| Dana Corp. - A 14 84b Patantanspr'uche

1. Getriebe zum wahlweisen Schalten eines motorgetriebenen Fahrzeugs auf Zweiradantrieb oder Vierradantrieb, gekennzeichnet durch eine Eingangswelle, eine erste Ausgangsweile für ein erstes Paar Räder und eine zweite Ausgangswelle für ein zweites Paar Räder, Einrichtungen zum Koppeln der Eingangswelle und der ersten Ausgangswelle zum Antreiben der ersten beiden Rä'der des Fahrzeugs-, einen Zahnradsatz mit drei in ständigem Eingriff stehenden Zahnrädern mit einem Ausgangs-Zahnrad für die ersten Räder, das frei drehbar auf der ersten Ausgangswelle sitzt, einem Zwischenrad, das in Eingriff mit dem ersten Ausgangs-Zahnrad und einer Zwischenwelle steht, auf welchem das Zwischen-Zahnrad montiert ist, ferner durch ein zweites Ausgangs-Zahnrad für die zweiten Räder, das auf der zweiten Ausgangswelle sitzt und in Eingriff mit dem Zwischen-Zahnrad steht, eine Synchronisiereinrichtung, die auf der ersten Ausgangswelle angebracht ist zur Drehung mit dieser, daß ferner die Synchronisiereinrichtung in Eingriff mit dem ersten Ausgangs-Zahnrad bringbar ist, wodurch dieser Zahnrad-Satz und die zweite Ausgangswelle durch die Eingangs-Antriebswelle über diese erste Ausgangs-Welle antreibbar sind, sowie durch Einrichtungen zam Aktivieren der Synchronisiereinrichtung, um sie in Eingriff mit dem ersten Ausgangs-Zahnrad zu schalten, wodurch das Getriebe selektiv auf Zweiradantrieb oder Vierradantrieb des Fahrzeugs schaltbar ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs-Antriebswelle und die erste Ausgangswelle in Flucht zueinander liegen, daß die eine Welle eine Bohrung an ihrem einen Ende hat und die andere Welle einen in diese passenden Ansatz, und daß in einem Ringraum zwischen dem Ansatz und der Bohrung ein Lager angeordnet ist, um die eine Welle in der anderen Welle zu lagern.

3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle und die erste Ausgangswelle axial fluchten und daß die Einrichtung zum Kuppeln der Eingangswelle und der ersten Ausgangswelle ein Element aufweist, das verschiebbar auf den Enden der Eingangswelle und der ersten Ausgangswelle sitzt und mit diesen Enden, die von diesem Element überbrückt werden, durch Verzahnungen verbunden ist, und daß dieses Element selektiv vollständig auf wenigstens einer dieser Wellen positionierbar ist, so daß das Element durch Verschieben von der ersten Ausgangswelle gelöst werden kann, um das Getriebe in neutrale Position zu schalten.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement ein Eingangs-Zahnrad ist und daß das Zwischen-Zahnrad auf der Zwischenwelle befestigt ist und daß ein zweites Zwischen-Zahnrad frei drehbar und verschiebbar auf der Zwischenwelle sitzt, daß ferner das Eingangs-Zahnrad und das zweite Zwischen-Zahnrad zusammen seitlich in Eingriff miteinander auf ihren Wellen verschiebbar sind, daß das zweite Zwischenzahnrad eine zweite Gruppe von Zähnen hat, daß die Zwischenwelle einen entsprechenden Satz von Za'hnen hat zur seitlichen Bewegung des zweiten Zwischen-Zahnrades zum Eingriff mit diesen zweiten Zähnen des zweiten Zwischen-Zahnrades, daß ferner das Eingangs-Zahnrad eine wesentlich kleinere Anzahl von Zähnen hat als sein in ständigem Eingriff mit ihm stehendes zweites Zwischenrad, wodurch das Getriebe auf einen Antrieb mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl des ersten und des zweiten Paares von Rädern des Fahrzeugs schaltbar ist beim Eingriff des zweiten Zahnradsatzes des zweiten Zwischen-Zahnrades mit den entsprechenden Zähnen der Zwischenwelle.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Zähne des zweiten Zwischenrades an der Innenfläche von dessen Nabe angebracht sind unddaß die entsprechenden Zähne am Umfang um die Zwischenwelle angebracht sind.

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6. Getriebe nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisiereinrichtung eine Reibungskupplung aufweist, die durch die Synchronisiereinrichtung angetrieben wird und die seitlich in Reibungseingriff mit einer passenden Fläche des ersten Ausgangs-Zahnrades schaltbar ist, um die Kupplung und das zweite Ausgangs-Zahnrad auf im wesentlichen angepaßte Drehzahlen zu bringen.

7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung einen Reibungs-Kupplungsring aufweist und.die Synchronisiereinrichtung einen seitlich bewegbaren zweiten Ring hat zum Abstützen und Drehen des Kupplungsringes, daß der zweite Ring eine Innenverzahnung aufweist, daß das erste Ausgangs-Zahnrad eine zweite Gruppe von Zähnen an seiner Nabe besitzt zum Eingriff mit dieser Innenverzahnung, wodurch diese zweite Gruppe von Zähnen in treibendem Eingriff mit der Innenverzahnung des zweiten Ringes kämmt bei Anpassung der Drehzahlen und einer seitlichen Eingriffsbewegung des Kupplungsringes mit dem ersten Ausgangs-Zahnrad.

8. Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aktivierung der Synchronisiereinrichtung ein Betätigungselement aufweist, das auf einer in Längsrichtung beweglichen Schaltstange montiert ist, zum Eingreifen und Bewegen des Kupplungsringes in Eingriff mit dem ersten Ausgangs-Zahnrad, aufgrund einer entsprechenden Bewegung der Schaltstange.

9. Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewirken des Eingriffs des ersten Ausgangs-Zahnrades mit der Synchronisiereinrichtung eine in Längsrichtung bewegbare Getriebeschaltstange aufweist, ferner ein Synchronisier-Betätigungselement, das auf einem Trägerelement befestigt ist, welches verschiebbar auf und bewegbar mit der Schaltstange montiert ist, und daß wenigstens eine Kugel vorgesehen ist, die der Schaltstange und dem Trägerelement zugeordnet ist, um selektiv das Trägerelement fest am Gehäuse des Getriebes zu verriegeln, um die Synchronisiereinrichtung.in aktiviertem Zustand mit dem ersten Ausgangs-Zahnrad zu halten.

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10. Getriebe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine in Längsrichtung bewegbare Schaltstange, ein Synchronisier-Betätigungselement, das auf einem ersten Trägereiement befestigt ist, das auf der Schaltstange montiert und mit dieser bewegbar ist, ein Zahnrad-Schaltelement, das auf einem zweiten Trägereiement angebracht ist, welches auf der Schaltstange montiert und mit dieser bewegbar ist* daß das Zahnrad-Schaltelement in Eingriff mit der Gruppe aus dem Eingangszahnrad und dem zweiten Zwischenrad ist, um eine seitliche Bewegung beider zu bewirken aufgrund einer Bewegung der Schaltstange,.wodurch das Getriebe selektiv auf dem Zweiradantrieb in den Vierradantrieb schaltbar ist, während es in Betrieb ist und umgekehrt, ferner in eine neutrale Stellung und in einen Vierradantrieb mit hohem Drehmoment.

11. Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Trägerelement auf der Schaltstange verschiebbar ist und mit einer zusammenwirkenden Verriegelungskugel versehen ist, um selektiv das erste Trägerelement mit der Schaltstange zu verriegeln, um die Synchronisiereinrichtung in vorgegebenen. Positionen auf der Schaltstange zu betreiben.

12. Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannfeder zwischen dem ersten und dem zweiten Trägerelement angeordnet ist, um das erste Trägerelement und das Synchroni sier-Betätigungselement, das auf diesem befestigt ist, in einer Richtung weg von dem ersten Trägerelement zu beaufschlagen, daß die Vorspannkraft dieser Feder ausreichend ist, um die Synchronisiereinrichtung aus dem betätigten Zustand auszurücken, wenn sie sich in einer Antriebsstellung mit niedriger Beanspruchung befindet, daß die Vorspannkraft jedoch nicht ausreicht, um die Synchronisiereinrichtung auszurücken, wenn sie sich im Antriebszustand unter Beanspruchung über einem vorgegebenen Niveau befindet, um Beschädigungen infolge einer zu starken Differenz der Zahnraddrehzahlen während des Schaltens vom Vierradantrieb auf den Zweiradantrieb bei fahrendem Fahrzeug zu vermeiden.

SSS

13. Getriebe zum wahlweisen Schalten eines motorgetriebenen Fahrzeuges auf Zweiradantrieb oder Vierradantrieb, gekennzeichnet durch ein Getriebegehäuse, in welchem eine Eingangswelle angeordnet ist, ferner eine Antriebswelle für einen ersten Satz von Fahrzeugrädern und eine Antriebswelle für einen zweiten Satz von Fahrzeugrädern, daß ferner die Eingangswelle und die Antriebswelle für den ersten Satz von Fahrzeugrädern axial in Flucht und aneinandergrenzend angeordnet sind, ferner mit einem Kupplungselement für eine direkte Antriebsverbindung zwischen der Eingangswelle und der getriebenen Welle für die zweite Gruppe von Fahrzeugrädern, einem Zahnradsatz aus drei in ständigem Eingriff stehenden Zahnrädern zur Übertragung der Kraft bzw. des Drehmoments auf die andere Antriebswelle mit einem Ausgangs-Zahnrad für die ersten Fahrzeugräder, das frei drehbar auf der einen Ausgangswelle sitzt, einem Zwischenzahnrad in Eingriff mit diesem einen Ausgangszahnrad und einem weiteren Ausgangszahnrad für die zweite Gruppe von Fahrzeugrädern, das auf der anderen Ausgangswelle sitzt in Eingriff mit dem Zwischenrad, ferner durch Einrichtungen, um selektiv dieses eine Ausgangszahnrad direkt mit der einen Ausgangswelle zu kuppeln, um die andere Ausgangswelle zusammen mit dieser anzutreiben, wodurch das Getriebe so schaltbar ist, daß das Fahrzeug über die eine oder beide Gruppen von Fahrzeugrädern antreibbar ist.

14. Getriebe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die selektiv betätigbare Kupplungseinrichtung eine Synchronisiereinrichtung aufweist, die auf der einen Ausgangswelle sitzt und mit dieser drehbar ist, zum wahlweisen Eingriff mit und zur Übertragung der Kraft bzw. des Drehmoments auf dieses eine Ausgangs-Zahnrad.

15. Getriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zähne dieses anderen Ausgangs-Zahnrades so in bezug zur Anzahl der Zähne dieses einen Ausgangs-Zahnrades steht, daß die Umfangsgeschwindigkeiten der ersten und der zweiten Gruppe von Fahrzeugrädern im wesentlichen dieselbe ist.

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16. Getriebe zum wahlweisen Schalten eines motorgetriebenen Fahrzeugs auf Zweiradantrieb oder Vierradantrieb, gekennzeichnet durch ein Getriebegehäuse mit einer Eingangswege, einer Antriebswelle für die Hinterräder und einer Antriebswelle für die Vorderräder, daß die Eingangswelle und die Antriebswelle für die Hinterräder axial in Flucht liegen und aneinandergrenzen, ferner durch ein Element zum Kuppeln der Enden der Eingangswelle und der Antriebswelle für die Hinterräder, um die letzteren anzutreiben, einen Zahnradsatz aus drei in ständigem Eingriff stehenden Zahnrädern mit einem hinteren Ausgangs-Zahnrad, das frei drehbar auf der hinteren Ausgangswelle angeordnet ist, ein Zwischenzahnrad in Eingriff mit dem hinteren Ausgangszahnrad und einer Zwischenwelle, auf welcher das Zwischenzahnrad montiert ist,sowie einem vorderen Ausgangs-Zahnrad, das auf der Ausgangswelle für die Vorderräder befestigt ist und in Eingriff mit dem Zwischen-Zahnrad steht, ferner durch eine Synchronisiereinrichtung, die auf der hinteren Ausgangswelle angeordnet und drehbar mit dieser ist, daß die Synchronisiereinrichtung in Antriebseingriff mit dem hinteren Ausgangs-Zahnrad schaltbar ist, wodurch dieser Zahnradsatz und die vordere Ausgangswelle durch die Eingangswelle antreibbar sind über diese hintere Ausgangswelle, ferner durch Einrichtungen, um selektiv das hintere Ausgangs-Zahnrad in Eingriff zu bringen mit der Synchronisiereinrichtung, wodurch das Getriebe auf Zweiradantrieb oder Vierradantrieb schaltbar ist.

17. Getriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenzahnrad auf der Zwischenwelle befestigt ist und ein zweites Zwischen-, zahnrad frei drehbar und verschiebbar auf der Zwischenwelle angeordnet ist, daß das Kupplungselement ein Eingangs-Zahnrad ist, das verschiebbar aber drehfest gekoppelt auf den Enden der Eingangswelle und der hinteren Antriebswelle sitzt, daß das zweite Zwischenzahnrad in ständigem Eingriff mit dem Eingangszahnrad steht, daß das Eingangszahnrad und das zweite Zwischenzahnrad seitlich zusammen verschiebbar sind unter ständigem Eingriff auf ihren entsprechenden Wellen, daß das zweite Zwischenzahnrad einen zweiten Satz von Zähnen hat, daß die Zwischen-

welle einen entsprechenden Satz von Zähnen hat, die im Bereich der seitlichen Verschiebung des zweiten Zwischenzahnrades angeordnet
sind zum antreibenden Eingriff mit dem zweiten Satz von Zähnen des zweiten Zwischenzahnrades, daß das Eingangs^Antriebszahnrad eine
wesentlich kleinere Anzahl von Zähnen hat, die in Eingriff mit den Zähnen des zweiten Zwischen-Zahnrades stehen, wodurch das Getriebe in Vierradantrieb mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl
schaltbar ist bei Eingriff der zweiten Zähne des zweiten Zwischenzahnrades mit den entsprechenden Zähnen der Zwischenwelle.