DE3733771A1 - Vierradantriebsverteilergetriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftübertra­ gungsmechanismus, der für ein vierradgetriebenes Fahr­ zeug geeignet ist. Genauer gesagt bezieht sich die Er­ findung auf ein Drehmomentverteilergetriebe, das Dreh­ moment von einer primären Bewegungsvorrichtung aufnimmt und dieses auf die vordere und hintere Antriebsachse des Fahrzeuges verteilt.

Vierradgetriebene Fahrzeuge, die ein Verteilergetriebe im Antriebszug zur Verteilung der Kraft auf die vordere und hintere Antriebsachse besitzen, sind bekannt. Bei einigen Anwendungsfällen findet im Verteilergetriebe ein Kegelraddifferential Verwendung, das das Antriebsdreh­ moment in gleicher Weise zwischen den angetriebenen Ach­ sen aufteilt, um jederzeit die Vorderachse und Hinter­ achse anzutreiben, jedoch eine Relativrotation zwischen den Achsen zuzulassen, um sich an die Lenkgeometrie an­ zupassen. Der Einsatz eines Zahnraddifferentials in ei­ nem Antriebszug besitzt jedoch einen schwerwiegenden Nachteil. Wenn sich irgendein Rad des Fahrzeuges auf einer Fläche mit niedriger Traktion befindet, ermögli­ chen die verschiedenen Achs- und Verteilergetriebedif­ ferentiale, daß sich das Rad frei drehen kann, so daß nur eine geringe Kraft bzw. ein entsprechendes geringes Drehmoment auf die verbleibenden Räder abgegeben wird.

Um das Durchdrehen der Räder auf ein Minimum zu bringen, ist ein derartiges Verteilergetriebedifferential übli­ cherweise mit einem manuell betätigten Sperrmechanismus versehen. Ein solcher Mechanismus wird entweder im ge­ sperrten oder im ungesperrten Zustand betätigt. Im ge­ sperrten Zustand verbindet der Mechanismus die vordere und hintere Antriebsachse und treibt zwangsweise beide an. Ein solcher Sperrmechanismus ermöglicht jedoch keine Differenzierung zwischen den Umdrehungsgeschwindigkeiten der vorderen und hinteren Antriebsachse. Im Falle des Durchdrehens eines Rades kann eine einfache Sperrvorrich­ tung ferner bewirken, daß der Rädersatz, der vorher Trak­ tion hatte, diese Traktion verliert.

Es sind bereits diverse Systeme vorgeschlagen worden, um ein Fahrzeug in Abhängigkeit von den Rutschbedingungen bzw. Durchdrehbedingungen eines Rades von Zweiradantrieb auf Vierradantrieb umzuschalten. Derartige Systeme be­ sitzen kein Mitteldifferential oder verwenden das Konzept eines ganzzeitigen Vierradantriebs. Es sind desweiteren Systeme bekannt, bei denen ein vierradgetriebenes Fahrzeug in Abhängigkeit von einem Lenksensor auf Zweiradantrieb um­ schaltet. Auch ein solches System bietet nicht die Vor­ teile eines ganzzeitigen Vierradantriebs. In den US-PS′en 54 84 653, 44 17 641 und 45 58 414 sind Beispiele von derartigen Systemen beschrieben.

Es verbleibt daher ein Bedarf nach einem Verteilergetrie­ be, das einerseits einen Vierradantrieb über die volle Zeit zur Verfügung stellen kann, das jedoch andererseits auf sich ändernde Fahrzeugbedingungen reagieren kann. Keiner der Versuche der Vergangenheit bietet eine der­ artige Kombination von Vorteilen.

Zur Befriedigung des Industriebedarfs schafft die Erfin­ dung ein Verteilergetriebe, in dem ein zentrales Diffe­ rential angeordnet ist, das einen Vollzeit-Vierradantrieb zur Verfügung stellt. Eine Vorspannkupplung ist im Ver­ teilergetriebe enthalten, um das an die vordere und hin­ tere Antriebsachse abgegebene Drehmoment zu modulieren. Mit Hilfe dieser modulierbaren Vorspannkupplung kann das Verteilergetriebe sich in einfacher und schneller Weise an sich verändernde Fahrzeugbedingungen ohne Minderung seiner Vierradantriebsfähigkeiten anpassen.

Genauer gesagt umfaßt das Verteilergetriebe der vorliegen­ den Erfindung ein Differential, das einen Planetengetrie­ besatz mit einem Sonnenrad, Ringrad und einer Vielzahl von miteinander kämmenden Planetenrädern oder Ritzeln, die von einem Planetenradträger getragen werden, aufweist. Das Ver­ teilergetriebe besitzt desweiteren eine erste und eine zweite Ausgangswelle. Jede dieser Ausgangswellen steht mit einem der drei Planetengetriebebestandteilen oder -elementen in Verbindung. Das dritte Element des Plane­ tengetriebesatzes ist mit der Antriebsquelle verbunden. Bei einer solchen Konstruktion bewirkt die Drehbewegung irgendeiner Welle, daß sich die anderen beiden Wellen in einer vorgegebenen abgestimmten Beziehung drehen. Das den Ausgangswellen zugeführte normale Drehmoment ist ein fester Anteil, der durch die Getriebegeometrie festge­ legt wird. Eine Reibungskupplungseinheit, die zwischen den Ausgangswellen angeordnet ist, dient dazu, das Dif­ ferential teilweise unter Vorspannung zu setzen. Durch die Hinzufügung einer Vorspannkupplung, die zwischen den Ausgangswellen für den Vorderradantrieb und den Hinter­ radantrieb angeordnet ist, kann die Drehmomentverteilung dazwischen in Abhängigkeit vom Grad des Kupplungseinrüc­ kens, des Eingangsdrehmomentes und von irgendetwas, das dazu neigt, das Verhältnis zwischen der Vorderradrotation und der Hinterradrotation zu ändern, drastisch verändert wer­ den.

In ihrer gegenwärtig bevorzugten Form besitzt die Kupp­ lungseinheit eine elektromagnetische Kupplung mit in Reibeingriff bringbaren Elementen zur Verbindung von zwei Differentialbestandteilen in einer Weise, daß die Rela­ tivdrehung zwischen den Ausgangswellen um ein Drehmoment­ niveau moduliert wird, das zwischen den in Reibeingriff tretenden Elementen der Kupplung vorhanden ist. Im Betrieb wird über die Vorspannkupplung die sich am langsamsten drehende Ausgangswelle mit Antriebsdrehmoment beaufschlagt, während von der sich am schnellsten drehenden Ausgangswel­ le Drehmoment abgenommen wird, und zwar in einer Größe, die der Drehmomentkapazität der Kupplung entspricht. Die Kupplung weist einen Kugelrampenmechanismus auf, der das Kupplungsbetätigungselement mit einer Servowirkung ver­ sieht. Das Kupplungsbetätigungselement dient dazu, die in Reibeingriff tretenden Elemente axial zusammenzupres­ sen, um dazwischen einen Reibkontakt herzustellen und ein Kupplungsdrehmoment zu erzeugen, dessen Größe als Funktion des Kupplungsstromes, der der elektromagneti­ schen Kupplung zugeführt wird, gesteuert wird. Der Grad der Kupplungsdrehmomentskapazität kann moduliert werden von vollständig frei bis zu einem solchen beim Radbloc­ kieren auf trockner Straße. Das Ausmaß des Kupplungsdreh­ momentes kann derart vorgewählt werden, daß die Betriebs­ eigenschaften des Fahrzeuges nach den Wünschen des Fahrers geändert werden können. Alternativ dazu kann ein automa­ tisches Steuersystem, das auf ein Radblockieren anspricht, verwendet werden, um die Drehmomentvorspannung zu steuern.

Die Fähigkeit, das Drehmomentniveau der Vorspannkupplung zu steuern oder zu modulieren, unterscheidet die vorlie­ gende Erfindung von den Systemen, die das Differential willkürlich sperren, um einen Vierradantrieb zu erzeu­ gen. Durch die Fähigkeit, das Drehmoment auf ein speziel­ les oder gewünschtes Niveau zu bringen, wird die Traktions­ steuerung verbessert, und es wird ein neuer Bereich von programmierbaren Eigenschaften zur Fahrzeughandhabung eröffnet. Wie vorstehend erläutert, kann im Falle des Durchdrehens eines Rades eine einfache Sperrvorrichtung bewirken, daß der vorher Traktion aufweisende Rädersatz diese Traktion verliert. Im Gegensatz dazu ist es mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgeschlagenen modulierbaren Vorspannkupplung möglich, die Drehmomentübertragung zu steuern, wobei an den Rädern, die greifen, die Traktion aufrechterhalten wird, während die rutschenden Räder all­ mählich unter Kontrolle gebracht werden. Hieraus ergibt sich ein verbessertes Traktionsverhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbes­ serten Drehmomentübertragungsmechanismus für ein vier­ radgetriebenes Fahrzeug zu schaffen, der in der Lage ist, eine Drehmomentbeaufschlagung zwischen vorderen und hin­ teren Antriebsrädern durchzuführen, während er gleich­ zeitig eine Antriebskraft für jedes dieser Räder zur Ver­ fügung stellt.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines Vier­ radantriebsverteilergetriebes mit einer Eingangswelle, zwei Ausgangswellen und Einrichtungen, die erregbar sind, um die Ausgangswellen über einen Planetengetriebediffe­ rentialmechanismus mit Drehmoment zu beaufschlagen.

Desweiteren soll durch die Erfindung ein Vierradantriebs­ verteilergetriebe zur Verfügung gestellt werden, das eine Eingangswelle und zwei Ausgangswellen aufweist, die alle über ein Planetengetriebedifferential miteinander verbun­ den sind, so daß durch eine Drehbewegung irgendeiner Wel­ le eine Drehbewegung der anderen Wellen bewirkt wird, und das eine elektromagnetische Kupplungseinrichtung be­ sitzt, um die Ausgangswellen über einen Planetengetriebe­ differentialmechanismus mit Drehmoment zu beaufschlagen.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verteilergetriebe mit den Merkmalen der Patentan­ sprüche gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraft­ fahrzeuges, das mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Vierradantriebsverteilerge­ triebe versehen ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungs­ gemäß ausgebildeten Verteilergetriebes;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Ausführungsform ei­ nes erfindungsgemäß ausgebildeten Vierradan­ triebsverteilergetriebes; und

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt durch den Kugel­ rampenmechanismus der Kupplungseinheit der Erfindung.

In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Fig. 1 zeigt schematisch ein vierradgetriebenes Fahrzeug 10, das ein vorderes und ein hinteres Paar von Rädern 12 bzw. 14 besitzt. Die Räder 12 und 14 sind je­ weils an einer vorderen und einer hinteren Antriebsachse 16, 18 montiert. Das Fahrzeug 10 weist desweiteren einen Getriebezug auf mit einer Kraftquelle oder einem Motor 20, dessen Ausgangsleistung über ein Getriebe 22 und eine Antriebsübertragungseinheit 24, die eine zentrale oder interaxiale Differentialeinheit besitzt, auf jede Antriebs­ achse übertragen wird. Der Motor 20 besitzt einen Vergaser 26 mit einem an einer Spindel montierten Ventil 28 zum Regeln der Luftansaugmenge in den Ansaugkanal des Ver­ gasers, in dem sich ein Ansaugkrümmerunterdruck ausbil­ det. Das Fahrzeug kann desweiteren einen Lenkmechanis­ mus 30 besitzen. Der Lenkmechanismus 30 besitzt einen Lenkkasten 32, der mit einem Lenkrad 24 in Verbindung steht. Mit Ausnahme des Verteilergetriebes sind die Funk­ tionen der übrigen Teile des Fahrzeuges bekannt, so daß diese Teile hier nicht mehr im Detail erläutert werden.

Wie in den Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt ist, befinden sich die Bestandteile der Antriebsübertragungs­ einheit 24 bzw. des Verteilergetriebes in einem separa­ ten Gehäuse 36 und umfassen im einzelnen ein zentrales Differentialgetriebe 38, eine drehbar gelagerte Eingangs­ welle 40, die mit der Ausgangswelle 41 des Getriebes in Verbindung steht, zwei drehbar gelagerte Ausgangswellen 42 und 44 und eine Betätigungseinrichtung 46 in der Form einer elektromagnetischen Kupplungseinheit. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die zentrale Diffe­ rentialeinheit 38 einen Planetengetriebesatz. Für die Zwecke dieser Beschreibung soll jedoch mit den Begrif­ fen "Differential" und "Differentialeinheit" eine mecha­ nische Verbindung bezeichnet werden, die Drehmoment zwi­ schen den Vorder- und Hinterrädern in einem Verhältnis aufteilt, das durch eine ausgewählte Zahnradanordnung bestimmt wird.

Der gegenwärtig bevorzugte Planetengetriebesatz 38 um­ faßt drei Sätze von ineinandergreifenden und relativ zu­ einander drehbaren Elementen, nämlich ein Sonnenrad 48 mit Außenverzahnung, ein Ringrad 50 mit Innenverzahnung und Zwillingsritzel 52 und 52 A, die miteinander und mit dem Sonnenrad 48 und dem Ringrad 50 kämmen. Die Ritzel 52 und 52 A werden von einem Planetenradträger 54 getragen. Je nach der gewünschten Drehmomentübertragung kann ir­ gendeiner der drei Sätze von Elementen mit der Eingangs­ welle 40 verbunden sein. Bei der bevorzugten Ausführungs­ form dreht sich das Sonnenrad 48 um eine Drehachse des­ selben und steht in Wirkverbindung mit der Ausgangswelle 44. Das Ringrad 50 ist um eine Achse drehbar, die im we­ sentlichen koaxial zur Drehachse des Sonnenrades 48 an­ geordnet ist, und steht mit der Eingangswelle 40 in Wirk­ verbindung. Der Planetenradträger 54 des Differentials dreht sich um die Drehachse des Sonnenrades und steht mit einem Ende der Ausgangswelle 42 in Verbindung. Bei dieser Konstruktion bewirkt eine Drehbewegung irgendei­ ner Welle eine Drehbewegung der anderen beiden Wellen in einer vorgegebenen zeitlich abgestimmten Beziehung.

Die Ausgangswelle 42 ist relativ zur Eingangswelle 40 koaxial im Gehäuse montiert. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist das andere Ende der Ausgangswelle 42 mit einer hin­ teren Differentialeinheit 56 verbunden. Die hintere Dif­ ferentialeinheit 56 ist über die hintere Antriebsachsen­ einrichtung 18 mit den Hinterrädern 14 verbunden und treibt diese an. Sie ermöglicht, daß sich die Hinterrä­ der mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen kön­ nen und absorbiert Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den Rädern.

Wie man den Fig. 2 und 3 entnehmen kann, ist das Son­ nenrad 48 der Differentialeinheit 38 an einem Ende einer rohrförmigen Hülsenwelle 58 angeordnet, die teleskopar­ tig um die Eingangswelle 40 drehbar montiert ist. Die Hülsenwelle 58 trägt ein erstes Kettenrad 60. Dieses erste Kettenrad 60 ist über geeignete Kraftübertragungs- oder Ketteneinrichtungen 64 mit einem zweiten Kettenrad 62 verbunden. Das zweite Kettenrad 62 wird von der ande­ ren Ausgangswelle 44 der Differentialeinheit getragen. Diese andere Ausgangswelle 44 ist mit seitlichem Abstand zur Ausgangswelle 42 parallel zu dieser angeordnet und drehbar im Gehäuse 36 gelagert. Wie Fig. 1 zeigt, ist die zweite Ausgangswelle 44 mit einer vorderen Differen­ tialeinheit 66 verbunden. Diese vordere Differentialein­ heit 66 treibt die Vorderräder 12 über die Vorderachsen­ einrichtung 16 an. Sie ermöglicht, daß sich die Vorder­ räder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen kön­ nen und absorbiert Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den Rädern.

Wie vorstehend erläutert, umfaßt das Verteilergetriebe desweiteren eine Kupplungseinheit 46 zur Modulation der Drehmomentübertragung über das zentrale Differential. Mit anderen Worten, die Kupplungseinheit erhöht oder er­ niedrigt das den Ausgangswellen zugeführte Drehmoment. Bei der bevorzugten Ausführungsform und wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt die elektromagnetische Kupplungseinheit 46 eine stationäre Magnetspule 70, die in geeigneter Wei­ se im Gehäuse 36 angeordnet ist und teilweise von einem Weicheisenrotor 42 umgeben wird. Wie nachfolgend beschrie­ ben wird, führen geeignete elektrische Leitungen 74 der Magnetspule 70 Strom zu, um einen Magnetfluß zu erzeugen. Auf einer Seite ist der Rotor 72 mit einer in geeigneter Weise geschlitzten Endfläche 76 versehen. Eine Verbin­ dungshülse oder ein Element 78, das mit der Welle 58 ver­ bunden ist, ist benachbart zur gegenüberliegenden Seite des Rotors 72 angeordnet. Wie am besten in Fig. 4 zu erkennen ist, ist der Rotor 72 über eine Kugelrampenkupp­ lung mit der Welle 58 gekoppelt. Diese Kupplung umfaßt eine Reihe von losen bewegbaren Sperrkugeln 80, die in einer Reihe von Taschen angeordnet sind, welche durch konisch geformte Ausnehmungen oder Rampen 82 (Fig. 4) gebildet werden, die sowohl am Rotor 72 als auch an der Verbindungshülse 78 vorgesehen sind. Ein wichtiges Merk­ mal dieser Vorrichtung besteht darin, daß die geometri­ schen Verhältnisse der Kugel/Rampen-Einheit des Kupp­ lungsmechanismus so sind, daß die Kupplungseinheit nicht selbstsperrend ist. Dies ist erforderlich, um sicherzu­ stellen, daß die Kupplung nicht selbst sperrt, ohne Be­ aufschlagung mit einem zusätzlichen Steuerimpuls, und bei Wegnahme des Steuerimpulses oder einem erniedrigten Steuerimpuls sich zwangsweise löst oder eine entspre­ chende Modulationsfähigkeit besitzt.

Eine oder mehrere elastische Federn 73 dienen dazu, den Rotor axial gegen das Verbindungselement oder die Hülse 78 zu pressen. Solche Federn sind zwischen einer radia­ len Fläche 75 am Rotor 72 und einem Sprengring 77 an der Welle 58 vorgesehen. Durch diese Konstruktion wird der Rotor 72 automatisch so positioniert, daß er im wesent­ lichen keine Druckkraft auf die Reibkupplung ausübt, wenn die elektromagnetische Spule 70 aberregt ist.

Wie Fig. 3 zeigt, umfaßt die Kupplungseinheit 46 deswei­ teren einen in geeigneter Weise geschlitzten Anker oder eine Reibscheibe 84. Diese Scheibe kann mit Ausnehmun­ gen oder Zähnen 86 versehen sein, die in treibender Be­ ziehung mit komplementär ausgebildeten Ausnehmungen oder Zähnen 88 zusammenwirken, welche an einer Verlängerung 53 des Planetenrad- oder Ritzelträgers 52 vorgesehen sind. Die Scheibe 84 kann sich relativ zur Welle 58 axial ver­ schieben und ist für einen Reibeingriff mit der geschlitz­ ten Endfläche 76 des Rotors 72 vorgesehen. Mit axialem Abstand zur Reibscheibe 84 ist eine ringförmige Stütz- oder Druckplabe 90 vorgesehen, die mit der Welle 58 ver­ bunden ist. Zwischen der Stützplatte 90 und der Reibschei­ be 84 befindet sich ein Satz von ineinandergeschachtel­ ten Reibplatten oder Scheiben 92 und 94, die jeweils der Verlängerung 53 und der Hülsenwelle 58 zugeordnet sind.

Im Betrieb kann sich die Magnetspule 70 anfangs im nicht­ erregten Zustand befinden, so daß keine direkte An­ triebsverbindung zwischen den Ausgangswellen 42 und 44 existiert. Die Aufteilung des Drehmomentes auf jede An­ triebsachse wird somit durch die Zahnradgeometrie des Planetenzahnradsatzes festgelegt. Durch das Anlegen ei­ nes elektrischen Stromes an die stationäre Spule 70 der Kupplung wird ein Magnetfluß erzeugt, der bewirkt, daß die Reibscheibe oder der Anker 84 in Richtung auf die Endfläche 76 des Rotors 72 gezogen wird, so daß zwischen dem Rotor 72 und der Reibscheibe 84 eine Antriebsverbin­ dung mittels Reibung hergestellt wird. Da die Reibschei­ be 84 in Verbindung mit der Ausgangswelle 42 steht, dreht sie sich mit der gleichen Geschwindigkeit. Da der Rotor 72 über den Kettenantrieb und die Welle 58 mit der Aus­ gangswelle 44 in Verbindung steht, dreht er sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Ausgangswelle 44. Wenn eine Relativbewegung zwischen den Ausgangswellen 42 und 44 existiert, bewirkt eine derartige Bewegung, daß die Kugeln 80 auf den konisch geformten Ausnehmungen 82 nach oben rollen. Der Kupplungsmechanismus bewegt somit den Rotor 72 und die Reibscheibe 84 als Einheit in Axialrich­ tung, so daß die Reibplatten 92 und 94 mit einer Druck­ kraft oder einer entsprechenden Keilwirkung zusammenge­ preßt werden. Im zusammengepreßten Zustand dienen die Reibplatten 92 und 94 dazu, eine Bewegungskraft zwischen den Ausgangswellen 42 und 44 zu übertragen. Die Kupplung beaufschlagt somit diejenige Ausgangswelle, die sich langsamer dreht, mit einem zusätzlichen Drehmoment und erniedrigt das Drehmoment der sich schneller drehenden Ausgangswelle. Durch Modulation des der Kupplung zuge­ führten elektrischen Stromes kann die Relativdrehung der Ausgangswellen 42 und 44 moduliert werden. Mit anderen Worten, wenn der Kupplungsmechanismus so ausgebildet ist, daß er unter Drehmoment ausrückt, muß ein zusätzliches Drehmoment der vorläufigen Verbindung zugeführt werden, um die erforderliche Axialkraft zum Ineingriffhalten der Reibplatten 92 und 94 zu erzeugen. Dieses Dreh­ moment wird von der Magnetkupplung 46 zugeführt.

Die Größe des der Magnetspule 70 der Kupplungseinheit zugeführten elektrischen Stromes steuert das "Vorspann- Drehmoment" der Kupplungseinheit. Mit anderen Worten, es kann eine genaue Steuerung dieses Drehmomentes er­ reicht werden, indem der über die Leitungen 74 der Spu­ le 70 zugeführte elektrische Strom in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern erhöht oder erniedrigt wird. Falls gewünscht, kann auch ein Kupplungsstrom einer vorgegebenen Größe kontinuierlich der Magnetspule 70 zugeführt werden. Somit wird hiermit von der Kupplungs­ einheit eine beständige Drehmomentvorspannung aufge­ bracht. Alternativ dazu kann die Kupplungseinheit auch auf den relativen Radschlupf ansprechen. Einzelheiten eines Steuersystems zum Steuern der Drehmomentvorspan­ nung in Abhängigkeit vom relativen Radschlupf sind in der amerikanischen Patentanmeldung 0 06 207 vom 23. Ja­ nuar 1987 erläutert, die auf den gleichen Anmelder zu­ rückgeht.

Aus dem Vorhergehenden wird deutlich, daß die Erfindung ein Zentraldifferential zur Verfügung stellt, das die Drehmomentübertragung auf die Vorderrad- und Hinterrad- Antriebswellen eines Fahrzeuges durch Betätigung einer Vorspannkupplung moduliert. Mit Hilfe der Erfindung kön­ nen alle vier Räder kontinuierlich eine Bewegungskraft empfangen, während gleichzeitig die Drehmomentgröße ei­ nes jeden Rades gesteuert wird.

Claims (33)

1. Verteilergetriebe für ein vierradgetriebenes Fahrzeug, gekennzeichnet durch:
ein Planetengetriebe (38), das mit einer Ausgangswelle (41) eines Getriebes (22) in Verbindung steht und minde­ stens drei miteinander kämmende Getriebebestandteile (48, 50, 52, 52 A) zum Verbinden der Ausgangswelle des Getriebes mit einer Vorderradantriebsausgangswelle (44) und einer Hinterradantriebsausgangswelle (42), so daß durch die Drehbewegung irgendeiner Welle eine Drehbewe­ gung der anderen beiden Wellen in einer vorgegebenen zeitlich abgestimmten Beziehung erzeugt wird, aufweist; und
eine elektrogmagnetisch betätigte Reibungskupplung (46) mit in Reibeingriff bringbaren Elementen (92, 94) zum Verbinden von zwei der Planetengetriebebestandteile in einer Art und Weise, daß die Relativdrehung zwischen der Vorderradantriebsausgangswelle (44) und der Hinterradan­ triebsausgangswelle (42) über ein Drehmoment moduliert wird, das zwischen den in Reibeingriff bringbaren Elemen­ ten der Reibungskupplung erzeugt wird.

2. Verteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die drei Bestandteile des Planetengetriebes ein Sonnenrad (48), ein Ringrad (50) und eine Vielzahl von Planetenrädern (52, 52 A) umfassen, die mit dem Sonnenrad und dem Ringrad kämmen.

3. Verteilergetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Sonnenrad (48) mit der Vorderradantriebsaus­ gangswelle (44) in Treibverbindung steht.

4. Verteilergetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ringrad (50) mit der Getriebeausgangswelle (41) in Treibverbindung steht.

5. Verteilergetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es desweiteren einen Planetenradträger (54) aufweist, an dem die Planetenräder (52, 52 A) mon­ tiert sind und der mit der Hinterradantriebsausgangs­ welle (42) in Treibverbindung steht.

6. Verteilergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reibeingriff bringbaren Elemente (92, 94) der Reibungskupplung (46) jeweils dem Ringrad (50) und dem Planetenradträger (54) zugeordnet sind.

7. Verteilergetriebe nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungskupp­ lung (46) die Kombination einer Reibungskupplung mit einem Kugelrampenmechanismus umfaßt, wobei die Reibungs­ kupplung in Reibeingriff bringbare ineinandergeschachtel­ te Elemente (92, 94) aufweist, die der Vorderradantriebs­ ausgangswelle und/oder der Hinterradantriebsausgangswel­ le zugeordnet sind, wobei der Kugelrampenmechanismus er­ ste und zweite relativ zueinander bewegbare Elemente (72, 78) mit entgegengesetzt gerichteten Kugelrampen (92) aufweist, von denen ein Element (78) mit einer der An­ triebsausgangswellen in Treibverbindung steht und das andere Element (72) benachbart zur Reibungskupplung an­ geordnet und relativ zum anderen Element (78) über frei drehbare kugelförmige Elemente (80), die zwischen den Kugelrampen angeordnet sind, lose montiert ist, und daß dem Kugelrampenmechanismus eine elektromagnetische Ein­ richtung (70) zum wahlweisen Bewegen des lose montierten Elementes (72) in Richtung auf die Reibungskupplung zu­ geordnet ist, um eine Druckkraft gegen die in Reibein­ griff bringbaren ineinandergeschachtelten Elemente (92, 94) auszuüben, so daß die Relativdrehung zwischen den An­ triebsausgangswellen über ein Drehmoment gesteuert wird, das durch die Druckkraft aufgebaut wird, mit der die Rei­ bungskupplung beaufschlagt wird.

8. Verteilergetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das lose montierte Element (72) aus magnetischem Material besteht und daß die elektromagnetische Einrich­ tung (70) eine Spule umfaßt, die im Gehäuse gelagert und während des Fließens eines Erregungsstromes durch die Ein­ regung betätigbar ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen, in das sich das lose montierte Element (72) erstreckt.

9. Verteilergetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß es desweiteren eine mechanische Einrichtung (73) zum Pressen des lose montierten Elementes in einer Rich­ tung von den in Reibeingriff stehenden Elementen (92, 94) der Reibungskupplung weg umfaßt.

10. Verteilergetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß es desweiteren ein drittes Element (84) aufweist, das mit der anderen Antriebsausgangswelle (42) drehbar und zwischen dem lose montierten Element (72) und der Rei­ bungskupplung angeordnet ist.

11. Verteilergetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kugelrampenmechanismus so ausgebildet ist, daß eine Selbstsperrung der Reibungskupplung verhindert wird.

12. Verteilergetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer dreh­ baren Eingangswelle und zwei drehbaren Ausgangswellen, gekennzeichnet durch:
ein Gehäuse (38);
ein Planetengetriebe (38) mit mindestens drei Elementen (48, 50, 52, 52 A), die im Gehäuse angeordnet sind und ein Sonnenrad (48), das mit einer der Wellen in Treib­ verbindung steht, ein Ringrad (50), das mit einer zwei­ ten Welle dieser Wellen in Treibverbindung steht, und eine Planetenradeinheit (52, 52 A, 54) umfaßt, die mit dem Sonnenrad (48) und dem Ringrad (50) kämmt und der­ art mit der dritten Welle (40) in Treibverbindung steht, daß durch die Drehbewegung einer Welle die anderen Wel­ len in einer vorgegebenen zeitlich abgestimmten Weise angetrieben werden;
eine elektronisch betätigbare Vorspannkupplung (46), die wahlweise zwei der Planetengetriebeelemente in einer Wei­ se miteinander verbindet, daß die anderen beiden Wellen mit einem Drehmoment beaufschlagt werden.

13. Verteilergetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplung (46) eine elektromagnetische Kupplung umfaßt, die eine stationäre Magnetspule (70) aufweist, die im Gehäuse angeordnet ist.

14. Verteilergetriebe nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wirkung der Kupplung (46) als Funktion des Erregungszustandes der Magnetspule (70) moduliert ist.

15. Verteilergetriebe nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sonnenrad (48) mit einer der Ausgangs­ wellen in Treibverbindung steht.

16. Verteilergetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Planetenradeinheit (52, 52 A, 54) mit der anderen Ausgangswelle in Treibverbindung steht.

17. Verteilergetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplung (46) eine Reibungskupplung mit ineinandergeschachtelten Reibplatten (92, 94) um­ faßt, wobei eine oder mehrere der Reibplatten sich zu­ sammen mit einer Ausgangswelle (42) drehen und die rest­ lichen Reibplatten sich zusammen mit der anderen Aus­ gangswelle (44) drehen, einen Kugelrampenmechanismus mit ersten und zweiten relativ zueinander beweglichen Elementen (72, 78) mit entgegengesetzt gerichteten Ku­ gelrampen (82), wobei eines der Elemente (78) mit einer (44) der Ausgangswellen in Treibverbindung steht und das andere Element (72) relativ zu dem einen Element (78) über Kugelelemente (80), die zwischen den Kugelrampen (82) angeordnet sind, lose montiert ist, und ein drit­ tes Element (84), das mit der anderen Ausgangswelle (42) in Treibverbindung steht, wobei eine elektromagnetische Einrichtung (70) dem Kugelrampenmechanismus zugeordnet ist, um das lose montierte Element (72) mit dem drit­ ten Element (84) zu einer betätigbaren Einheit zu kop­ peln und diese Einheit in Richtung auf die Reibungskupp­ lung zu bewegen, um darauf eine Druckkraft auszuüben, wodurch die Relativdrehung zwischen den Ausgangswellen um ein Drehmoment gedrosselt wird, das durch die auf die Kupplung ausgeübte Druckkraft erzeugt wird.

18. Verteilergetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das lose montierte Element (72) aus magne­ tischem Material besteht und daß die elektromagnetische Einrichtung (70) eine Spule aufweist, die im Gehäuse (38) gelagert ist und auf einen Erregerstrom anspricht, um ein Magnetfeld aufzubauen, in das sich das lose mon­ tierte Element (72) erstreckt.

19. Verteilergetriebe nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die auf die Reibungskupplung ausgeübte Druckkraft eine Funktion eines vorgegebenen Erregerstro­ mes ist, der der Spule zugeführt wird.

20. Verteilergetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es desweiteren eine mechanische Einrich­ tung (73) zur Ausübung einer Kraft auf das lose montier­ te Element (72) aufweist, und zwar derart, daß das lose montierte Element (72) im wesentlichen keine Druckkraft auf die Reibungskupplung ausübt, wenn sich die elektro­ magnetische Einrichtung im aberregten Zustand befindet.

21. Verteilergetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das dritte Element (84) zwischen dem lose montierten Element (72) und der Reibungskupplung ange­ ordnet ist.

22. Verteilergetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kugelrampenmechanismus so ausgebildet ist, daß eine Selbstsperrung der Reibungskupplung ver­ hindert wird.

23. Vorrichtung zur Verwendung an einem Fahrzeug mit ei­ ner Hauptantriebswelle und einer ersten und zweiten Aus­ gangswelle, die in der Lage sind, alle vier Räder des Fahrzeuges mit einem Antriebsdrehmoment zu beaufschla­ gen, gekennzeichnet durch:
ein Gehäuse (38);
eine im Gehäuse angeordnete Einrichtung (38) zum Kuppeln der Hauptantriebswelle (40) mit der ersten und zweiten Ausgangswelle (42, 44) derart, daß durch die Drehung ir­ gendeiner Welle die anderen beiden Wellen in einer vor­ gegebenen zeitlich abgestimmten Beziehung angetrieben werden, wobei die Kupplungseinrichtung (38) drei mitein­ ander kämmende, relativ zueinander drehbare Elemente einschließlich eines Sonnenrades (48), das mit einer der Ausgangswellen in Treibverbindung steht, eines Ringrades (50), das von der Hauptantriebswelle angetrieben wird, und miteinanderkämmenden Planetenrädern (52, 52 A), die mit der anderen Ausgangswelle in Verbindung stehen, um­ faßt; und
eine modulierbare Kupplungseinrichtung (46), die zwi­ schen zwei der relativ zueinander drehbaren Elemente der Kupplungseinrichtung (38) angeordnet ist, um die Relativ­ drehung zwischen den Wellen mit Hilfe eines Drehmomen­ tes zu steuern, das durch Betätigung der Kupplung erzeugt wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich­ net, daß die modulierbare Kupplungseinrichtung (46) die Kombination aus einer Reibungskupplung, einem Kugelram­ penmechanismus und einer elektromagnetischen Einrichtung umfaßt, die dem Kugelrampenmechanismus zugeordnet ist, um die Reibungskupplung wahlweise zu betätigen.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich­ net, daß die Reibungskupplung in Reibeingriff bringbare, ineinandergeschachtelte Elemente (92, 94) aufweist, von denen mindestens eines einer Ausgangswelle zugeordnet ist und das andere der anderen Ausgangswelle zugeordnet ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kugelrampenmechanismus eine sich frei dre­ hende Scheibe (72) umfaßt, die koaxial zu einer der Aus­ gangswellen angeordnet ist und einen ersten Flächenab­ schnitt besitzt, wobei ein zweiter Flächenabschnitt so angeordnet ist, daß er sich in zeitlich abgestimmter Be­ ziehung zu einer der Ausgangswellen dreht und wobei bei­ de Flächenabschnitte einander gegenüberliegen und je­ weils mit mindestens einer keilförmigen Ausnehmung (82) versehen sind, welche Ausnehmungen im wesentlichen zu­ einander ausgerichtet sind, und mit einem kugelförmigen Element (80), das in den Raum zwischen den Ausnehmungen frei drehbar angeordnet ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeich­ net, daß die elektromagnetische Einrichtung (70) nach ihrer Erregung mit dem Kugelrampenmechanismus zusammen­ wirkt, um die frei montierte Scheibe (72) wahlweise in Richtung auf die Reibungskupplung zu bewegen und somit eine Druckkraft auf die miteinander in Eingriff bring­ baren ineinanderverschachtelten Elemente (92, 94) aus­ übt, so daß die Relativdrehung zwischen der ersten und zweiten Ausgangswelle (44, 42) über die Größe eines Dreh­ momentes gesteuert wird, das durch die auf die Reibungs­ kupplung ausgeübte Druckkraft erzeugt wird.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeich­ net, daß die sich frei drehende Scheibe (72) aus magne­ tischem Material besteht und die elektromagnetische Ein­ richtung eine Spule aufweist, die im Gehäuse gelagert ist und während des Fließens eines Erregerstromes ein Magnetfeld aufbaut, in das sich die Scheibe erstreckt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeich­ net, daß die auf die Reibungskupplung ausgeübte Druck­ kraft eine Funktion eines vorgegebenen Erregerstromes ist, der der Spule zugeführt wird.

30. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeich­ net, daß sie desweiteren eine Positionierungseinrichtung (73) zur Ausübung einer Kraft auf die sich frei drehen­ de Scheibe umfaßt, derart, daß die Scheibe so positioniert wird, daß sie im wesentlichen keine Druckkraft auf die Reibungskupplung ausübt, wenn sich die elektromagnetische Einrichtung im aberregten Zustand befindet.

31. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kugelrampenmechanismus so ausgebildet ist, daß eine Selbstsperrung der Reibungskupplung verhindert wird.

32. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeich­ net, daß sie desweiteren eine zweite Scheibe (84) auf­ weist, die koaxial zu der sich frei drehenden Scheibe angeordnet ist, sich zusammen mit der anderen Ausgangs­ welle dreht und zwischen der sich frei drehenden Schei­ be und der Reibungskupplung angeordnet ist.

33. Verteilergetriebe für einen Vierradantrieb, der durch eine Kraftquelle angetrieben wird, gekennzeichnet durch:
ein Gehäuse (38);
ein Planetengetriebe (38), das im Gehäuse angeordnet ist, um ein von der Kraftquelle herrührendes Drehmoment auf jedes der vier Räder zu übertragen, wobei dieses Plane­ tengetriebe ein Sonnenrad (48) mit Außenverzahnung, das um eine Drehachse drehbar ist und mit einer ersten Aus­ gangsantriebswelle (44) in Treibverbindung steht, ein Ringrad (50) mit Innenverzahnung, das um eine Drehachse drehbar ist, die im wesentlichen koaxial zur Drehachse des Sonnenrades verläuft, und mit einer Eingangsan­ triebswelle in Treibverbindung steht, und eine Vielzahl von Planetenrädern (52, 52 A) umfaßt, die von einem Pla­ netenträger (54) getragen werden, der sich um die Dreh­ achse des Sonnenrades dreht und mit einer zweiten Aus­ gangsantriebswelle in Treibverbindung steht, wobei die Planetenräder (52, 52 A) mit dem Sonnenrad (48) und dem Ringrad (50) derart kämmen, daß durch die Drehung ir­ gendeiner Welle eine Drehung der anderen Welle bewirkt wird; und
eine Reibungskupplung (46) mit einem ersten und zweiten Reibelement (92, 94), die so montiert sind, daß sie sich zusammen mit der ersten und zweiten Ausgangswelle (44, 42) drehen, und mit einer elektromagnetisch betätigten Einrichtung (70) zur Modulation des Reibeingriffes zwi­ schen der ersten und zweiten Reibscheibe, so daß hier­ durch die relative Drehgeschwindigkeit zwischen der er­ sten und zweiten Ausgangswelle gesteuert wird.