DE3914695A1 - Antriebseinrichtung fuer vierrad-antrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für vier­ rad-getriebene Fahrzeuge und insbesondere eine Achse zur Verwendung in der Antriebseinrichtung oder Antriebskette solcher Fahrzeuge.

Ein charakteristisches Problem für vierrad-getriebene Fahrzeuge mit fester mechanischer Verbindung zwischen den Antriebskomponenten ist das Verwindungsmoment (wind-up torque). Das Verwindungsmoment tritt auf, wenn die vordere und die hintere Achse rotieren mit relativ unterschiedli­ chen Drehzahlen, d.h. wie dies zum Beispiel beim Wenden oder beim Fahren von scharfen Kurven auftritt. Unter der Belastung des in den einzelnen Teilen gespeicherten Dreh­ momentes kann es dann zu Verwindungen kommen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, eine Tote-Gang-Kupplung in der Antriebskette des Fahrzeuges vorzusehen, um das ge­ speicherte Drehmoment zu entlasten oder zu verteilen bzw. aufzubrauchen. Diese Kupplung kann ein Zwischenachsen-Dif­ ferential sein, das gewöhnlich in dem Übertragungs-Gehäuse eingebaut ist. Bei Allradfahrzeugen, wo normalerweise die getriebene Achse die hintere Achse ist, ist das Zwischen­ achsen-Differential oft etwa in der Mitte des Antriebszuges angeordnet.

Jedoch der Trend im Fahrzeugbau in Richtung auf kleinere vorderrad-getriebene Fahrzeuge bringt neue Probleme mit sich bei der Anpassung der Antriebseinrichtungen dieser Fahrzeuge an Allradbetrieb.

Ein solches Problem ist die Anordnung der Komponenten des Antriebszuges. Bei einem konventionellen frontgetriebenen Fahrzeug ist der Motor quer eingebaut und die Kraftübertra­ gung ist integriert in eine Querachse (transaxle) im Motor­ bereich. Hier gibt es aber ernste Beschränkungen hinsicht­ lich des Platzbedarfes im vorderen Bereich des Fahrzeuges und die lokale Integration eines Zwischenachsendifferentials ist nicht praktikabel.

Ein weiteres Problem sind Geräusche, Schwingungen und Härte beim Fahrzeug, die in jedem System auftreten, wo relativ hohe Drehzahlen vorliegen oder wenn Komponenten an einer Maschine angebracht sind, bei der eine große Masse mit meh­ reren Tausend Umdrehungen pro Minute umläuft. Beispielsweise in Vierzylindermotoren wird eine Schwingung zweiter Ordnung durch die Motorausgangswelle übertragen, die zu harmonischen Schwingungen in der Antriebswelle zur Hinterachse führen kann. Der Einbau einer Tote-Gang-Kupplung in der hinteren Antriebswelle kann durch eine solche Schwingung unwirksam gemacht werden. Ferner können Probleme hinsichtlich des Platzbedarfes auftreten, die den Einbau einer Kupplung in diesen Bereich verhindern oder stark erschweren.

Die Erfindung sucht diese Nachteile zu vermeiden mittels einer verbesserten Achse, die eine variable Kupplung in einer der Achswellen aufweist, um eine Kupplung mit begrenz­ tem Schlupf zu ermöglichen, um Verwindungsmomente im An­ triebszug zu entlasten.

Vorzugsweise ist die variable Kupplung eine Viscose-Kupp­ lung, die auf Veränderungen der Drehzahlen der Wellen an­ spricht, die sie mit einem Drehmoment koppelt, das propor­ tional zur Größe der Veränderungen der Drehzahlen ist. Wenn keine Veränderung vorliegt, ist die Kupplung passiv und verbraucht keine Antriebsenergie.

Die Verwendung der variablen Kupplung in einer Achswelle vermeidet viele der oben angesprochenen Probleme hinsicht­ lich Platzbedarf und Schwingungen und sie erlaubt es ande­ rerseits, konventionelle Kraftübertragungssysteme an Vierrad-Antriebe anzupassen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 vereinfacht einen Antriebszug eines vierrad­ getriebenen Fahrzeuges zeigt, das mit dem Er­ findungsgegenstand versehen ist.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht und teilweise geschnitten die hintere Achse des Antriebszuges nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt vereinfacht den Antriebszug oder die Kraft­ übertragung für einen Vierrad-Antrieb oder Allrad-Antrieb eines Fahrzeuges 10. Die Funktion der Kraftübertragung besteht darin, das Antriebsmoment von einem Motor 12 auf eine Achse (bei Zweirad-Antrieb) oder auf beide Achsen (bei Vierrad-Antrieb) je nach Wunsch zu übertragen.

In dem vierrad-getriebenen Fahrzeug 10 ist der Motor 12 ein quer eingebauter Vierzylindermotor. Das Ausgangs-An­ triebsmoment des Motors wird über eine Transachsen-Einheit 14 übertragen, bei der es sich um ein integriertes Gerät handelt, das mehrere Funktionen ausführt, nämlich die Funk­ tion eines Getriebes, eines Frontachsen-Differentials und eines Übertragungsgehäuses. Das Frontachsen-Differential liefert den Ausgleich aufgrund von Unterschieden der Rad­ drehzahlen der Frontachse. Die Funktion des Übertragungs­ gehäuses besteht darin, das Antriebsmoment auf die Vorder­ achse und die Hinterachse aufzuteilen und zu übertragen.

Die Transachsen-Einheit 14 ist mit der linken und der rech­ ten vorderen Achswelle 16 und 18 verbunden. Die Wellen 16 und 18 ihrerseits treiben die Räder an, auf denen Reifen 20 und 22 montiert sind.

Die Einheit 14 ist ferner mit einer hinteren Antriebs­ welle 24 gekoppelt, welche das Drehmoment auf die hintere Achse überträgt. Die Antriebswelle 24 ist mit dem Eingang eines Hinterachsendifferentials 26 gekoppelt über ein Kar­ dangelenk 28. Das hintere Differential 26 als solches ist in jeder Hinsicht konventionell aufgebaut. Es verwendet Paare von Kegelrädern und Ritzeln zur Anpassung und zum Ausgleich von unterschiedlichen Drehzahlen zwischen den Rädern auf der Hinterachse. Das hintere Differential 26 hat eine linke Ausgangswelle 31, die über ein Kardangelenk 32 mit einer linken Achswelle 30 verbunden ist. Die Welle 30 ihrerseits treibt das linke Hinterrad an, auf welchem ein Reifen 34 montiert ist.

Der rechte Ausgang des hinteren Differentials 26 erfolgt über eine Welle 36, die über eine in Reihe liegende va­ riable Kupplung 38 mit einer äußeren Welle 40 gekoppelt ist. Die äußere Welle 40 ihrerseits ist mit dem rechten Hinterrad gekoppelt, auf dem ein Reifen 42 montiert ist.

Die Funktion der verstellbaren Kupplung 38 besteht darin, einen begrenzten Schlupf zu ermöglichen aufgrund von Ver­ änderungen der Drehzahlen der Wellen 36 und 40, um das Ver­ windungsmoment im Antriebszug des Fahrzeuges 10 zu vertei­ len bzw. aufzubrauchen. Die variable Kupplung 38 arbeitet in Verbindung mit dem hinteren Differential 26, die eine Drehzahlvervielfachung bis herauf zum Zweifachen der rech­ ten Ausgangswelle 36 ermöglichen kann. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kupplung 38 eine Vis­ cose-Kupplung. Die Prinzipien der Arbeitsweise von Viscose- Kupplungen im Antriebszug eines vierrad-getriebenen Fahr­ zeuges sind beispielsweise in dem US-Patent 27 43 792 und in dem britischen Patent 13 57 106 beschrieben. An­ dere Ausführungsformen der variablen Kupplung 38, die dieselbe Funktion wie eine Viscose-Kupplung ausführen können, sind beispielsweise elektrische und hydraulische Kupplungen.

Fig. 2 zeigt schematisch in Draufsicht den Teil der hin­ teren Achse, der für die Konstruktion einer praktischen Ausführungsform der Erfindung relevant ist.

Das hintere Differential 26 ist als geschlossene Einheit dargestellt, die in einem Gehäuse 44 untergebracht ist. Das Gehäuse 44 hat einen integralen vorwärts gerichteten Ansatz, der ein Rohr 46 für eine Eingangswelle bildet. Das Rohr 46 endigt mit seinem vorderen Ende in einem Mon­ tageflansch 48 zur Verbindung oder Ankopplung mit einem strukturellen Teil am unteren Bereich des Fahrzeuges 10. Das Rohr enthält die hintere Eingangswelle des Differen­ tials (nicht gezeigt), die mit ihrem vorderen Ende in einer Hälfte des Kardangelenkes 28 endigt.

Der linke Antriebsausgang des hinteren Differentials 26 erfolgt mittels einer Stummelwelle 31. Die Welle 31 ist mit der äußeren Welle 30 über ein Kardangelenk 32 verbun­ den. Das hintere Differentialgehäuse 44 hat ferner einen rechten integralen Ansatz, der ein Rohr 50 bildet, das die Welle 36 umgibt. Die Welle 36 ist mit der äußeren Welle 40 über die in einer Linie mit den Wellen liegenden variablen Kupplung 38 gekoppelt.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die variable Kupp­ lung 38 eine Viscose-Kupplung. Die innere Welle 36 erstreckt sich durch den axialen Teil der Kupplung 38 und sie ist von einer Nabe 52 umgeben. Die Nabe 52 ist konzentrisch von einer Trommel 54 umgeben, welche das Gehäuse der Kupplung 38 bildet. Die Trommel 54 ist auf der Nabe 52 mittels Lagern 56 a und 56 b montiert bzw. gelagert zur Drehung mit der Radachse. Die Außenfläche der Nabe 52 ist durchsetzt mit einer Mehrzahl von radial verlaufenden axial beabstandeten Platten oder Rippen 58. In gleicher Weise ist die innere Wand der Trommel 54 mit einem gleichen Satz von Platten oder Rippen 58 versehen, die zwischen die Platten oder Rippen geschachtelt sind, die von der Nabe 52 aus­ gehen. Der radiale Raum, der die Rippen 58 enthält, ist abgedichtet und enthält ein viskoses Fluid, das geschert oder durchtrennt werden muß, um eine relative Drehung der Rippen auf der Nabe 52 und der Trommel 54 zu erlauben. In dieser Hinsicht ist der Aufbau und die Wirkungsweise der Viscose-Kupplung 38 konventionell und beispielsweise in dem US-Patent 27 43 792 oder dem britischen Patent 13 57 106 beschrieben.

Im Betrieb spricht die Viscose-Kupplung auf Veränderungen bzw. Unterschiede der Drehzahlen von zwei oder mehr der Fahrzeugräder an, um einen begrenzten Schlupf zu ermögli­ chen, um den Aufbau eines gespeicherten Drehmomentes im Antriebszug des Fahrzeuges zu reduzieren oder zu verhin­ dern. Dies kann eintreten, wenn die vordere und die hin­ tere Achse mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren in­ folge Unterschieden in den Traktions-Flächen der vorderen und der hinteren Räder oder wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt.

Claims (12)

1. Antriebseinrichtung für ein vierrad-getriebenes Fahr­ zeug mit einer ersten Achse zur Aufnahme eines Ein­ gangsmomentes und Übertragung dieses Momentes auf ein Paar getriebener Räder, eine zweite Achse zur Aufnahme eines Eingangsmomentes und Übertragung dieses Momentes auf ein Paar getriebener Räder, gekennzeichnet durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung, die zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse angeordnet ist zur Steuerung der Übertragung des Antriebsmomentes auf die Achsen, ferner durch eine variable Kupplung, welche einer der Achsen zugeordnet ist und die auf Änderungen bzw. Unterschiede der Drehzahlen von zwei oder mehr Fahrzeugrädern anspricht, um einen begrenzten Schlupf zu erzeugen, um ein gespeichertes Moment in der Antriebs­ einrichtung zu reduzieren oder zu verhindern.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine der Achsen selektiv und die andere normal angetrieben ist und daß die variable Kupplung der selektiv angetriebenen Achse zugeordnet ist.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Achse, der die variable Kupplung zu­ geordnet ist, ein Differential enthält mit Ausgängen zum Antrieb der Räder, und daß die variable Kupplung in Flucht zwischen einem der Ausgänge der Differentials und dem entsprechenden Rad eingebaut ist.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehmomentübertragungseinrichtung ein Gehäuse aufweist zur Aufteilung und Übertragung des Antriebsmomentes auf die erste und auf die zweite Achse.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Achse, die der variablen Kupplung zugeordnet ist, die hintere Achse ist.

6. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Kupplung eine Viskose-Kupplung ist.

7. Antriebseinrichtung für ein vierrad-getriebenes Fahr­ zeug, gekennzeichnet durch eine Achse mit einem Dif­ ferential mit einem Eingang für ein Antriebsmoment und einem Paar Ausgängen, einer ersten Achswelle, die zwi­ schen einem der Differentialausgänge und einem Rad mon­ tiert ist für die Zufuhr des Antriebsmomentes zu dem Rad, sowie einer zweiten Achswelle, die zwischen dem an­ deren Differentialausgang und dem anderen Rad angeord­ net ist für die Zufuhr des Antriebsmomentes zu dem an­ deren Rad über eine Kupplung mit begrenztem Schlupf, um ein im Antriebszug gespeichertes Drehmoment zu re­ duzieren.

8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplung mit begrenztem Schlupf eine variable Kupplung ist.

9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplung mit begrenztem Schlupf in Reihe zwischen dem Differentialausgang und dem Rad ein­ gebaut ist.

10. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung mit begrenztem Schlupf eine Viscose-Kupplung ist.

11. Antriebseinrichtung für ein vierrad-getriebenes Fahr­ zeug, wobei der Antriebszug eine normal angetriebene Achse und eine selektiv angetriebene Achse aufweist sowie eine Drehmomentübertragungseinrichtung, die zwi­ schen den Achsen eingebaut ist und auf Zweirad-Antrieb oder Vierrad-Antrieb umschaltbar ist, um selektiv das Drehmoment auf die normal getriebene Achse oder auf beide Achsen zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Achsen eine variable Kupplung auf einer Seite eines Achsen-Differentials enthält, daß die Kupp­ lung auf Änderungen bzw. Unterschiede der Drehzahlen von zwei oder mehr der Fahrzeugräder anspricht, um einen begrenzten Schlupf zu erzeugen, um ein gespeicher­ tes Moment im Antriebszug zu reduzieren oder zu verhin­ dern.

12. Antriebseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die variable Kupplung eine Viscose-Kupp­ lung ist, die in Reihe zwischen dem Differential der Achse und dem Rad eingebaut ist.