DE4200998A1 - Verzweigungsgetriebe fuer kraftfahrzeuge mit lamellenkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung handelt von einem Verzweigungsgetriebe für Kraft­ fahrzeuge, bestehend aus einer Eingangswelle, einer Hauptan­ triebswelle mit von der Eingangswelle aus angetriebenem An­ triebszahnrad und einer mit der Hauptantriebswelle mittels ei­ ner Klauenkupplung direkt oder indirekt verbindbaren Nebenan­ triebsstelle, wobei die Nebenantriebswelle mittels einer Klau­ enkupplung mit der Hauptantriebswelle verbindbar ist.

Ein derartiges Verzweigungsgetriebe ist aus der AT-PS 3 93 550 bekannt. Bei diesem Verzweigungsgetriebe - es handelt sich um ein Verteilergetriebe für permanenten Allradantrieb - ist das Antriebszahnrad mit dem Planetenträger eines Zentraldifferen­ tiales verbunden und mittels einer Klauenkupplung zwischen dem Antriebszahnrad und der Nebenabtriebswelle ist das Zentral­ differential sperrbar.

Aus der Praxis sind einfachere Verzweigungsgetriebe bekannt, bei denen das Antriebszahnrad fest auf der Hauptantriebswelle sitzt und die Nebenantriebswelle über eine Klauenkupplung zu­ schaltbar ist (zuschaltbarer Allradantrieb).

Bei Verzweigungsgetrieben für Lastkraftwagen und andere Schwer­ fahrzeuge, wozu nebst den obengenannten auch Verteilergetriebe mit nur einer Untersetzungsstufe und auch solche ohne Zwischen­ welle gehören, wird eine Klauenkupplung verwendet, weil nur diese in der Lage ist, bei den geforderten geringen Einbau­ maßen das hohe Drehmoment zu übertragen.

Ein gravierender Nachteil der Klauenkupplung besteht darin, daß sie nur im Stand, bei Gleichlauf oder bei relativ geringer Drehzahldifferenz eingerückt werden kann. Letzteres ist durch besondere Gestaltung der Klauen und entsprechende Steuerein­ richtungen bereits möglich, wie sie für verschiedene gattungs­ gemäße Verzweigungsgetriebe in der DE Anm. 41 13 127 vorge­ schlagen wurden. Trotzdem entsteht beim Einrücken der Klauen­ kupplung, egal ob zum Betätigen der Zentralsperre oder zum Zu­ schalten des Vorderradantriebes, ein Schaltstoß, der im Gelände zwar nicht wahrnehmbar ist, auf fester Straßendecke jedoch schon. Dieser Schaltstoß kann bei vereister Straße, ins­ besondere im Schubbetrieb, etwa bei Bergabfahrt, zum Verlust der Bodenhaftung führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Verzweigungsgetriebe unter Beibehaltung der Vorteile der Klauen­ kupplung so auszubilden, daß dieser Schaltstoß vermieden wird.

Dazu ist erfindungsgemäß zwischen Hauptantriebswelle und Neben­ antriebswelle eine nur der Synchronisierung dieser beiden Wel­ len dienende Reibungskupplung hinsichtlich des Kraftflusses pa­ rallel zur Klauenkupplung angeordnet.

Die nur der Synchronisierung dienende Reibungskupplung braucht nur für ein wesentlich geringeres Moment ausgelegt zu sein als die Klauenkupplung und ist daher im Inneren des Verzweigungs­ getriebes unterzubringen. Das Auslegungsmoment der Reibungskup­ plung kann wesentlich geringer sein, weil der Radschlupf, der die Betätigung der Zentralsperre oder die Zuschaltung des Vor­ derradantriebes erforderlich macht, nicht plötzlich auftritt, allein schon wegen der großen Trägheitsmomente der rotierenden Massen und wegen der Massenträgheit des gesamten Fahrzeuges. Bei frühzeitigem Zuschalten ist das Moment daher noch sehr ge­ ring, außerdem wird die Reibungskupplung immer nur kurzzeitig betätigt, sodaß Verschleiß und Erwärmung in Grenzen bleiben.

Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, nach Maßgabe der räumlichen Gegebenheiten im Inneren des Verzweigungsgetriebes, die Reibungskupplung zusätzlich zum Differential einzubauen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei einem Verzweigungsgetriebe, bei dem das Antriebszahnrad bereits mit einem Korb verbunden oder einstückig ist, ist die Reibungs­ kupplung im Inneren dieses Korbes untergebracht, wobei der eine Kupplungsteil mit dem Korb und der andere Kupplungsteil mit der in dem Korb hineinragenden Nebenantriebswelle fest verbindbar ist (Anspruch 2).

Dieser Korb enthält bei Verzweigungsgetrieben nach dem Stand der Technik das Zentraldifferential, das erfindungsgemäß durch die Reibungskupplung ersetzt wird. Es ist somit möglich, die Erfindung ohne Veränderung des gesamten Verzweigungsgetriebes in Konstruktionen nach dem Stand der Technik anzuwenden. So wird zwar ein Getriebe für permanenten Allradantrieb zu einem für zuschaltbaren Vorderachsantrieb, doch wird dabei die mühe­ lose Zuschaltung des Vorderradantriebes gewonnen, die in vielen Fahrsituationen nützlicher als der permanente Allradantrieb ist. Der Bauaufwand bleibt dabei gering, weil wegen des bereits vorhandenen Korbes ein eigenes Kupplungsgehäuse nicht erforder­ lich ist.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Reibungskupplung eine Lamellenkupplung mit einem axial verschiebbaren Kolben, dem Drucköl von einer Dreheintragung über Bohrungen in der Haupt­ antriebswelle zugeführt wird (Anspruch 3).

Eine Lamellenkupplung beansprucht bei der geringen Lamellen­ dicke und dem geringen axialen Hub des Kolbens nur sehr geringe Baulänge, und gestattet ein besonders weiches Einkuppeln.

In Ausgestaltung der Erfindung kann das Drucköl der Reibungs­ kupplung von einer Pumpe über einen Druckspeicher und ein Steu­ erventil zugeführt werden (Anspruch 4). Der Druckspeicher stellt sicher, daß die Ölpumpe nur klein dimensioniert zu wer­ den braucht bzw. eine vorhandene Ölpumpe nicht vergrößert wer­ den muß und daß auch bei geringen Drehzahlen ausreichender Öl­ druck und eine zum schnellen und verzögerungsfreien Ein­ kuppeln ausreichende Ölmenge zur Verfügung stehen.

Zur Betätigung der beiden Kupplungen gibt es die verschieden­ sten Möglichkeiten, von Hand gesteuert bis vollautomatisch. Eine besonders einfache und wirkungsvolle Steuerung wird mit einer Steuereinheit erhalten, die über ein Zeitschaltglied mit dem Steuerventil der Reibungskupplung und über ein Tot­ zeitglied mit dem Steuerventil der Klauenkupplung verbunden ist (Anspruch 5).

Es kann also durch einen einzigen Befehl - egal ob er von einem Handhebel oder von einer Steuerelektronik kommt - ruckloses Einkuppeln erreicht werden. Mit dem Zeitschaltglied wird vor­ gegeben, wie lange die Reibungskupplung geschlossen wird und mit dem Totzeitglied, um wieviel später dann die Klauenkupplung eingerückt wird. Bei geeigneter Auslegung der Kupplung kann für das Zeitschaltglied mit guter Näherung eine konstante Ein­ schaltdauer der Reibungskupplung gewählt werden und die Tot­ zeit etwa gleich dieser Einschaltzeit.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Abbildungen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert.

Fig. 1 Erfindungsgemäßes Verzweigungsgetriebe im Längsschnitt,

Fig. 2 Detail II in Fig. 1, teils vergrößert, teils schematisch,

Fig. 3 Schematische Darstellung einer Möglichkeit, das Ver­ zweigungsgetriebe zu schalten.

Fig. 1 zeigt ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Verzweigungsge­ triebe, als Beispiel für ein Verzweigungsgetriebe das von einer nur symbolisch dargestellten Motorgetriebeeinheit 2 angetrieben wird. Es enthält eine Eingangswelle 3, im vorliegenden Aus­ führungsbeispiel auch eine Zwischenwelle 4, und ein Antriebs­ zahnrad 5, das Teil einer Antriebswelle 6 ist, die in Lagern 7, 8 gelagert ist.

In der Antriebswelle 6 ist im Lager 11 eine Vorderachsantriebs­ welle 10 gelagert, die in bekannter und üblicher Weise außer­ halb des Verzweigungsgetriebes über ein nicht bezeichnetes Kardangelenk die nicht dargestellte Vorderachse antreibt. Auf der Seite des Lagers 8 ist an die Antriebswelle 6 über ein nicht bezeichnetes Kardangelenk die Hinterachsantriebswelle 9 angeschlossen.

In dem dargestellten Beispiel ist, die Hinterachsantriebs­ welle 6 immer angetrieben. Die Vorderachsantriebswelle 10 wird nur angetrieben, wenn eine allgemein mit 15 bezeichnete Klauen­ kupplung eingerückt ist. Diese Klauenkupplung 15 besteht aus einer ersten Kupplungshälfte 16, die mit der Antriebswelle 6 drehfest verbunden ist und aus einer zweiten Kupplungshälfte 17, die als auf einer Keilwelle 12 geführte Schiebemuffe 18 ausgebildet und mittels einer Schaltgabel 19 einrückbar ist. Dazu ist ein Einrückglied 20 vorgesehen, das von einer Steuer­ einheit 21 aus gesteuert wird. Weiters sind noch Drehzahlsen­ soren 22, 23 von bekannter Bauart und wie für ähnliche Zwecke gebräuchlich, vorgesehen, deren Ausgangssignale der Steuerein­ heit 21 zugeleitet werden. Der Drehzahlsensor 22 erfaßt dabei die Drehzahl der Vorderachsantriebswelle 10 an dem Keilwellen­ profil 12, und der Sensor 23 die Drehzahl der Antriebswelle 6, indem er die Zähne des Antriebszahnrades 5 abtastet. Dazu ist er an geeigneter Stelle im Gehäuse angebracht.

Das Antriebszahnrad 5 umgibt einen Korb 30, der bei einem kon­ ventionellen Verzweigungsgetriebe das Zentraldifferential ent­ halten würde, der eine Reibungskupplung 31 (hier eine Lamellen­ kupplung) enthält. Diese ermöglicht das Verbinden der Antriebs­ welle 6 (der Hauptantriebswelle) mit der Vorderachsantriebs­ welle 10 (der Nebenantriebswelle). Dazu sind in üblicher Weise Innenlamellen 32 drehfest mit der Nebenantriebswelle 6 ver­ bunden und Außenlamellen 33 mit einem Außenring 34 der drehfest mit dem Korb 30 verbunden oder mit ihm einstückig ist. Der Korb 30 selbst ist zwar auch einstückig eingezeichnet, er ist aber aus Montagegründen aus mehreren Teilen zusammengesetzt. Im Korb 30 befindet sich auf einer Seite eine Gegendruckplatte 35 und auf der anderen Seite, im Außenring 34 abdichtend axial ver­ schiebbar, ein Kolben 36, der mit der benachbarten Wand des Korbes eine Druckkammer 37 bildet, der über eine Dreheinführung 39 bekannter Bauweise und Bohrungen 38 in der Hauptantriebs­ welle 6 Drucköl zugeführt wird.

Die Betätigung der Reibungskupplung 31 kann vom Steuergerät 21 aus über eine Signalleitung 40 erfolgen, wobei die Steuerung der Klauenkupplung 15 etwa gemäß der DE-Patentanmeldung 41 13 128 gestaltet sein könnte. Die Signalleitung 40 wird bei der Be­ schreibung der Fig. 2 wieder aufgegriffen.

In Fig. 2 ist stark vergrößert die Hauptantriebswelle 6 mit ihren Druckölbohrungen 38 zu sehen. Die Druckölzufuhr zur Welle erfolgt über eine Dreheintragung 52, die aus einem stationären Ring 39 und aus federnden Dichtringen 50 besteht, diese greifen in Umfangsnuten der Welle und rotieren mit ihr. Zwischen diesen verfügt die Welle über eine Umfangsnut 51, von der die Ölzu­ fuhrbohrungen 38 zur Reibungskupplung führen. Der Ring 39 ist mit einem Flanschring 53 fest verbunden oder einstückig, zu dem über ein Anschlußnippel 54 die Druckölleitung 41 führt.

Eine Ölpumpe 55 führt über ein Rückschlagventil 56 Drucköl zu einem Druckspeicher 57, von dem das Drucköl über ein Steuer­ ventil 58 zur Dreheintragung 52 gelangt wird. Die Befehls­ leitung 40 aus Fig. 1 wirkt hier auf das Steuerventil 58. Diese Teile des Ölkreislaufes sind nur schematisch und beispiels­ weise dargestellt, so könnte der Druckspeicher 57 unter Um­ ständen weggelassen oder durch einen Druckübersetzer ersetzt sein.

Fig. 3 zeigt eine andere Möglichkeit, die beiden parallelge­ schalteten Kupplungen 15, 31 zu steuern. Die Steuereinrichtung 60 wird hier von einem Handhebel 61 betätigt, dessen ausge­ zogene Stellung der gelösten Klauenkupplung 15 entspricht. Be­ wegung dieses Hebels 61 in die strichlierte Stellung 61′ be­ deutet den Befehl zum Einrücken der Klauenkupplung 15. Dieser Befehl wirkt sofort über ein Zeitschaltglied 64 und die Be­ fehlsleitung 40 auf das Steuerventil 58, die Reibungskupplung wird für eine bestimmte Zeit T′ geschlossen. Weiters wird der Befehl zum Einrücken einem Totzeitglied 62 übermittelt, das während der Totzeit T′′ (die etwa gleich T′ ist) den Befehl zu­ rückhält und erst dann an das Steuerventil 63 weitergibt, das die Druckölzufuhr von einer nicht dargestellten Quelle zu dem Einrückglied 20 der Klauenkupplung 15 weitergibt. Dabei können die einzelnen Steuerglieder elektrisch, hydraulisch oder gar mechanisch ausgeführt sein.

Das erfindungsgemäße Verzweigungsgetriebe arbeitet folgender­ maßen:
Wenn sich das Fahrzeug auf trockener Straße bewegt, wird nur die Hauptantriebswelle 6 angetrieben, die Nebenantriebs­ welle 10 läuft leer mit der gleichen Drehzahl mit. Wenn sich der Reibschluß der permanent angetriebenen Räder verschlech­ tert, beginnen diese durchzurutschen und ihre Drehzahl beginnt zu steigen bzw. das Fahrzeug beginnt langsamer zu werden. Das wird vom Fahrer oder der Steuereinheit 21 registriert und der Befehl zum Zuschalten der Nebenantriebswelle 10 gegeben, ent­ weder vom Steuergerät 21 (Fig. 1) oder von der Steuereinrichtung 60 (Fig. 3). Von dort wird der Befehl zum Schließen der Rei­ bungskupplung über die Befehlsleitung 40 sofort gegeben. Das Steuerventil 58 öffnet sich und Drucköl strömt aus dem Druck­ speicher 57 zur Reibungskupplung.

In der kurzen Zeit ist die Drehzahl der permanent angetriebenen Räder noch nicht stark angestiegen, sodaß die Reibungskupplung mit nur geringem Moment diese Räder wieder verzögert, bis die Drehzahlen der beiden Wellen 6, 10 annähernd gleich sind. Das wird entweder durch geeignete Wahl der Einschaltzeit T′ in Zeitschaltglied 64 (Fig. 3) erreicht oder das Steuergerät 21 (Fig. 1) stellt das mittels der Drehzahlsensoren 22, 23 fest. Nun erfolgt das Einrücken der Klauenkupplung 15 mittels des Ein­ rückgliedes 20, im Falle der Fig. 1 durch Befehl der Steuerein­ heit 21, in der Ausführung gemäß Fig. 3 durch geeignete Wahl der Totzeit T′′ im Totzeitglied 62, wobei zweckmäßigerweise die Dauer T′ im Zeitschaltglied 64 und die Totzeit T′′ im Tot­ zeitglied ungefähr gleich sind. Sobald die Klauenkupplung ge­ schlossen ist, wird das Steuerventil für die Reibungskupplung 31 wieder geschlossen und die Reibungskupplung öffnet sich, sie wird ja nun nicht mehr gebraucht.

Es gelingt aber mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die Hauptantriebswelle 6 und die Nebenantriebswelle 10 in einem frühen Stadium durchrutschender Räder mit geringem Kraftaufwand zu synchronisieren und so ein sanftes Einrücken der Klauenkup­ plung 15 zu ermöglichen.

Claims (5)

1. Verzweigungsgetriebe für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer Eingangswelle (3), einem von der Eingangswelle (3) aus angetriebenen Antriebszahnrad (5), einer Hauptantriebswelle (6) und einer mit der Hauptantriebswelle (6) mittels einer Klauen­ kupplung (15) direkt oder indirekt verbindbaren Nebenantriebs­ welle (10), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hauptan­ triebswelle (6) und der Nebenantriebswelle (10) eine nur der Synchronisierung dieser beiden Wellen (6, 10) dienende Rei­ bungskupplung (31) im Kraftfluß parallel zur Klauenkupplung (15) angeordnet ist.

2. Verzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, bei dem das An­ triebszahnrad (5) mit einem Korb (30) verbunden oder einstückig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungskupplung (31) im Inneren des Korbes (5) untergebracht ist, wobei ein Kupplungs­ teil (33, 34) mit dem Korb (5) und der andere Kupplungsteil (32) mit der in den Korb hineinragenden Nebenantriebswelle (10) drehfest verbunden ist.

3. Verzweigungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzei­ chnet, daß die Reibungskupplung (31) eine Lamellenkupplung mit einem axial verschiebbaren Kolben (36) ist, dem Drucköl von einer Dreheintragung (52) über Bohrungen (38) in der Hauptan­ triebswelle (6) zugeführt wird.

4. Verzweigungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Drucköl zum Schließen der Reibungskupplung (31) von einer Druckquelle (55) über einen Druckspeicher (57) und ein Steuerventil (58) zugeführt wird.

5. Verzweigungsgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Steuereinheit (60) vorgesehen ist, die über ein Zeitschaltglied (64) mit dem Steuerventil (58) der Reibungskupplung (31) und über ein Totzeitglied (62) mit dem Steuerventil (63) der Klauenkupplung verbunden ist.