DE4217744B4

DE4217744B4 - Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen

Info

Publication number: DE4217744B4
Application number: DE4217744A
Authority: DE
Inventors: Kenichiro Ito; Hiromi Iwata Nojiri; Kenro Iwata Adachi
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2012-05-30
Also published as: GB2256239A; GB2256239B; FR2677093B1; GB9211466D0; KR950005755B1; KR920021357A; US5355748A; DE4217744A1; FR2677093A1

Abstract

Antriebsübertragungs-Vorrichtung für ein vierradgetriebenes Fahrzeug mit
einer Antriebswelle (1, 20, 31, 42, 72), die mit einem Getriebe (C) eines Motors (B) gekuppelt ist;
einer mit der Antriebswelle (1, 20, 31, 42, 72) koaxialen Hinterrad-Antriebswelle (2, 32, 43, 79), die mit dem Hinterrad-Differential (D) gekoppelt ist;
einem um die Antriebswelle (1, 20, 31, 42, 72) drehbar gelagerten und als Außenring ausgestalteten Vorderrad-Abtriebsglied (3, 21, 41, 71), das mit dem Vorderrad-Differential (E) über eine Antriebswelle (H) gekoppelt ist; und
einer das Vorderrad-Abtriebsglied (3, 21, 41, 61) mit der Antriebswelle (1, 20, 31, 62, 67) verbindenden Kupplung (A) mit Freilaufeigenschaften, die zwischen Kraftübertragungsflächen (10, 11, 22, 23, 46, 47) der Antriebswelle (1, 20, 31, 42) und des Vorderrad-Abtriebsglieds (3, 21, 41, 71) einen gegenüber der Antriebswelle (1, 20, 31, 42, 72) drehbaren Käfig (12, 24, 48, 75) mit darin angeordneten Klemmkörpern (14, 28, 52, 77) aufweist, wobei die...

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsübertragungs-Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vierradgetriebene Fahrzeuge, die für Geländefahrten bestimmt sind, sind mit einem Sekundärgetriebe zum Umschalten der Antriebsart ausgerüstet. Ein solches Antriebssystem wird als System mit zuschaltbarem Vorder- oder Hinterradantrieb bezeichnet, das es dem Fahrer gestattet, in Abhängigkeit von den Straßenbedingungen zwischen Vierradantrieb und Zweiradantrieb umzuschalten. Weil bei einem solchen Fahrzeug mit Vierradantrieb eine große Antriebskraft übertragen werden muß, während mit niedriger Geschwindigkeit gefahren wird, erfolgt in einem solchen Fall der Antrieb derart, daß die vier Räder mechanisch und unmittelbar miteinander gekoppelt sind.

Bei Anordnungen, bei welchen die vier Räder mechanisch und unmittelbar miteinander gekoppelt sind, besteht jedoch das Problem, daß dann, wenn das Fahrzeug beispielsweise in städtischen Bereichen eine enge Kurve fährt, ein Schlupf zwischen den Vorderrädern, die sich rascher zu drehen suchen, und den Hinterrädern, die sich langsamer zu drehen suchen, auftritt, was auf eine Differenz in den Wenderadien der Vorder- und Hinterräder zurückzuführen ist. Infolgedessen benimmt sich das Fahrzeug so, wie wenn es gebremst würde. Andererseits besteht bei einem nur mit einem zentralen Ausgleichgetriebe ausgestatteten Fahrzeug mit Vierradantrieb das Problem, daß dann, wenn eines der Räder die Haftung auf der Fahrbahnoberfläche verliert und schlupft, die Antriebskraft nur auf dieses Rad übertragen wird, während keine Übertragung von Antriebskraft auf die anderen Räder erfolgt, die Haftung mit der Fahrbahnoberfläche haben.

Um diesem Problem zu begegnen, werden seit kurzem zentrale Ausgleichgetriebe entwickelt, die sowohl die Ausgleichsfunktion der Absorption etwaiger Rotationsdifferenzen zwischen den Vorder- und Hinterrädern als auch die Funktion haben, die Ausgleichsfunktion zu begrenzen, falls eines der Räder schlupft. Typische Beispiele solcher Ausgleichgetriebe weisen eine Flüssigkeitsreibungskupplung auf, welche den Scher widerstand eines hochviskosen Mediums nutzt, sowie eine Kupplung, die von der Reibungskraft zwischen einer Mehrscheibenkupplung und einem nachgiebigen Bauteil Gebrauch macht.

Bei Getrieben mit Flüssigkeitsreibungskupplung besteht jedoch das Problem, daß häufig keine ausreichende Drehmomentübertragung möglich ist und daß im Bereich niedriger Geschwindigkeiten keine ausreichende Antriebskraft erzielt werden kann, beispielsweise wenn das Fahrzeug im Gelände fährt, was in der Regel mit niedriger Geschwindigkeit erfolgt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß diese Kupplungen eine Drehzahldifferenz zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite zur Übertragung von Drehmoment nutzen.

Um im Bereich niedriger Geschwindigkeit das übertragene Drehmoment zu erhöhen, muß die Leistungsfähigkeit der Kupplung gesteigert werden, weil solche Kupplungen bei der Drehmomentübertragung von dem viskosen Widerstand oder der Reibungskraft Gebrauch machen. Dies führt zu einer sperrigen Kupplung. Andererseits würde die Verwendung eines Fluids von höherer Viskosität zur Steigerung des übertragenen Drehmoments beim Drehen mit niedriger Drehzahl zu einem hohen Schleppmoment führen.

Außerdem hat die Verwendung eines solchen komplizierten zentralen Ausgleichgetriebes zur Folge, daß das Triebwerk komplizierter, schwerer und damit auch teurer wird.

In DE 39 19 494 A1 ist eine Kupplung mit einem Außenring, einer in dem Außenring sitzenden Innenwelle, einem zwischen dem Außenring und der Innenwelle angeordneten Käfig und Nockengliedern offenbart, die in Taschen bewegbar angeordnet sind, welche in dem Käfig ausgebildet sind. Ein elastisches Drehmomenteinstellglied sitzt zwischen dem Käfig und dem Außenring oder der Innenwelle, derart, dass, solange das auf das elastische Drehmomenteinstellglied ausgeübte Drehmoment kleiner als ein voreingestellter Wert ist, sich die beiden Bauteile gemeinsam drehen, während ein gewisses Spiel in der Drehrichtung aufrechterhalten wird. Wenn das auf das Drehmomenteinstellglied ausgeübte Drehmoment größer als der voreingestellte Wert wird, verformt sich das Drehmomenteinstellglied, sodass sich der Käfig gegenüber dem mit ihm in Eingriff stehenden Bauteil drehen kann.
In der US-PS 3,300,002 wird eine in zwei Richtungen wirkende Freilaufkupplung mit einem Differentialgetriebe offenbart.
In EP 0 214 757 A1 wird ein Kraftübertragungssystem für ein vierradgetriebenes Fahrzeug offenbart. Das Kraftübertragungssystem weist Untersysteme zur Übertragung der Motorleistung auf die Vorderräder und auf die Hinterräder auf. Ein Vorwärtsfreilauf und ein Rückwärtsfreilauf sind in einem der Kraftübertragungssysteme angeordnet. Der Fahrer des Fahrzeuges kann einen der Freiläufe auswählen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen zu schaffen, die bei Verwendung im Triebwerk eines Fahrzeuges Unterschiede der Drehzahl zwischen den Vorder- und Hinterrädern absorbiert und die Ausgleichsfunktion begrenzt, ohne daß es eines zentralen Ausgleichsgetriebes bedarf, und bei der abhängig vom auf die Hinterachse übertragenen Drehmoment der Vorderradabtrieb zugeschaltet wird.

Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine gattungsgemäße Antriebsübertragungs-Vorrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche behandeln vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung.

Dabei können zusätzliche Verriegelungsteile zum wahlweisen Verhindern einer gegenseitigen Drehbewegung von Antriebswelle und Außenring vorgesehen sein.

Wenn sich bei der Vorrichtung die Antriebswelle dreht und eine Drehbewegungsdifferenz zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle auftritt, werden die nachgiebigen Bauteile verformt, so daß sich der Käfig und die Antriebswelle gegen einander bewegen können. Dadurch kommen die Klemmkörper mit den einander gegenüberliegenden Flächen der Antriebswelle und des Außenringes in Eingriff. In diesem Zustand werden die Vorderräder über den Außenring angetrieben, während der Antrieb der Hinterräder über die Abtriebswelle erfolgt. Das Fahrzeug wird daher im Vierradantriebsmodus angetrieben.

Wenn dagegen die Drehung der Vorderräder die Drehung der Hinterräder übertrifft, beispielsweise weil das Fahrzeug eine enge Kurve fährt, beginnt sich der Außenring rascher zu drehen als die Eingangswelle, wodurch die Klemmkörper überholt werden. Infolgedessen drehen sich die Vorderräder getrennt von den Hinterrädern.

Wenn sich bei der zweitgenannten Vorrichtung die Antriebswelle dreht, während diese Welle mit dem Getriebe, die Abtriebswelle mit dem Hinterradausgleichgetriebe, der Außenring mit dem Vorderradausgleichgetriebe und die Verriegelungsteile mit dem Sekundärgetriebe zum Umschalten der Antriebskraft gekuppelt sind, wird das Rückhalteteil verformt, weil die Abtriebswelle aufgrund des auf die Hinterräder ausgeübten Widerstandes an einer Bewegung gehindert wird. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle können sich daher relativ zueinander drehen. Die Klemmkörper kommen mit den Eingriffsflächen in Eingriff, wodurch die Antriebswelle und die Abtriebswelle miteinander gekuppelt werden. Jetzt werden die Vorderräder über den Außenring angetrieben, während der Antrieb der Hinterräder über die Abtriebswelle erfolgt. Mit anderen Worten, alle vier Räder werden angetrieben.

Wenn während dieses Vierradantriebsmodus die Vorderräder rascher als die Hinterräder zu rotieren beginnen, was beispielsweise der Fall ist, wenn das Fahrzeug eine enge Kurve fährt, übertrifft die Drehbewegung des Außenringes die Drehbewegung der Antriebswelle, so daß der Außenring die Antriebswelle überholt und die Klemmkörper außer Eingriff gebracht werden. Dadurch werden Vorder- und Hinterräder voneinander getrennt. Das Fahrzeug wird jetzt nur über die beiden Hinterräder angetrieben.

Wenn andererseits die Antriebswelle und die Abtriebswelle über die Verriegelungsteile miteinander gekuppelt werden, die eine gegenseitige Drehbewegung von Antriebs- und Abtriebswelle verhindern, werden die Klemmkörper an einer Verstellbewegung gehindert. Der Außenring bleibt von der Antriebswelle getrennt. Das Fahrzeug wird ständig nur über die beiden Hinterräder angetrieben.

Wenn andererseits die Antriebswelle und der Außenring miteinander verriegelt werden, während die Antriebswelle und die Abtriebswelle voneinander getrennt sind, wird die Antriebskraft sowohl auf die Vorderräder als auch auf die Hinterräder übertragen. Es liegt jetzt ein voll eingekuppelter Vierradantriebsmodus vor.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen werden das Einrücken und das Überholen der mechanischen Kupplung genutzt, um in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen Antriebs- und Abtriebsseite selbsttätig und selektiv Antriebskraft auf die Vorder- und Hinterräder zu übertragen. Die Vorrichtung nach der Erfindung kann daher sowohl die Funktion der Aufnahme von Differenzen der Drehbewegungen zwischen Antriebs- und Abtriebsseite als auch die Ausgleichsbegrenzungsfunktion übernehmen. Mit anderen Worten, die Vorrichtung nach der Erfindung macht einen permanenten direkt gekuppelten Vierradantrieb bei einfachem Aufbau möglich, ohne daß es eines zentralen Ausgleichgetriebes bedarf.

Weil die Übertragung der Antriebskraft nicht unter Ausnutzung einer Drehzahldifferenz zwischen Antriebs- und Abtriebsseite, sondern durch mechanischen Eingriff der Klemmkörper erfolgt, kann das volle Motordrehmoment selbst dann übertragen werden, wenn das Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit fährt; dies gestattet einen leistungsfähigen Antrieb des Fahrzeuges.

Weil ferner bei der zweitgenannten Vorrichtung nach der Erfindung die mechanische Kupplung deaktiviert werden kann oder die Antriebs- oder Abtriebswelle unmittelbar mit dem Außenring gekuppelt werden kann, indem die Verriegelungsteile betätigt werden, stehen dem Fahrer die verschiedenartigsten Antriebsarten zur Verfügung. Der Fahrer kann daher jeden gewünschten Antriebsmodus in Abhängigkeit von den jeweils gegebenen Bedingungen wählen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung,
2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der 1,
3 eine schematische Ansicht der Montage der Vorrichtung nach den 1 und 2 in einem Fahrzeug,
4 einen Schnitt einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung,
5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der 4,
6 in größerem Maßstab eine Teilansicht der Vorrichtung nach den 4 und 5,
7 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung,
8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII der 7,
9 einen Längsschnitt einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung,
10 einen Schnitt entlang der Linie X-X der 9,
11 einen Schnitt englang der Linie XI-XI der 9,
12 eine schematische Darstellung des Einbaus der Vorrichtung nach den 9 bis 11 in einem Fahrzeug,
13 einen Längsschnitt einer fünften Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung,
14 einen Schnitt entlang der Linie XIV-XIV der 13, sowie
15 einen Längsschnitt einer sechsten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung.
In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen veranschaulicht; 3 zeigt den Einbau dieser Vorrichtung in das Triebwerk eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb.
Bei dem in 3 dargestellten Triebwerk ist mit B der Motor, mit C das Getriebe, mit A die Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen, mit D das Hinterradausgleichgetriebe und mit E das Vorderradausgleichgetriebe bezeichnet. Wie aus der Figur hervorgeht, ist eine Antriebswelle 1 mit dem Getriebe C gekuppelt, während eine Abtriebswelle 2 mit dem Hinterradausgleichgetriebe D über eine Gelenkwelle F in Verbindung steht. Ein Außenring 3 ist über eine geräuschlose Kette G an eine Antriebswelle H angekoppelt, die ihrerseits mit dem Vorderradausgleichgetriebe E in Verbindung steht.
Entsprechend 1 ist die Antriebswelle 1 in dem Außenring 3 über zwei Lager 4 und 5 drehbar abgestützt. Die Antriebswelle 1 weist an ihrem einen Ende eine axiale Ausnehmung 6 auf, in welche die Abtriebswelle 2 drehbar eingesetzt ist.
Entsprechend 2 ist an dem Ende der Abtriebswelle 2 ein unrunder Wellenabschnitt 7 ausgebildet. An dem geschlossenen Ende der axialen Ausnehmung 6 der Antriebswelle 1 befindet sich eine unrunde Öffnung 8, in die der Wellenabschnitt 7 lose eingreift, wobei zwischen der Öffnung 8 und dem Wellenabschnitt 7 ein Spalt X in Drehrichtung ausgebildet wird.
Der Außenring 3 trägt an seinem Außenumfang einen Kettenradkranz 9, der mit dem Außenring einstückig verbunden sein kann und der zum Eingriff mit der Kette G geeignet ist. Die Innenumfangsfläche des Außenrings 3 ist als zylindrische Fläche 10 ausgebildet.
Die Antriebswelle 1 trägt an ihrer der zylindrischen Fläche 10 gegenüberliegenden Außenumfangsfläche eine Mehrzahl von Nockenflächen 11. Zwischen den Nockenflächen 11 und der zylindrischen Fläche 10 werden keilförmige Räume gebildet, die sich in Umfangsrichtung nach beiden Seiten hin verengen.
Zwischen der zylindrischen Fläche 10 und den Nockenflächen 11 ist ferner ein Käfig 12 drehbar gelagert, der an einer den Nockenflächen 11 gegenüberliegenden Stelle mit Taschen 13 versehen ist. In den Taschen 13 sitzen als Klemmkörper dienende Rollen 14 sowie nachgiebige Bauteile 15. Bei den Bauteilen 15 handelt es sich um dünne federnde Metallteile. Beide Enden der nachgiebigen Bauteile 15 ragen in die Taschen 13 hinein, um die Rollen 14 in Richtung auf ihre Neutralstellung federnd vorzuspannen, in der sie außer Eingriff mit der zylindrischen Fläche 10 und den Nockenflächen 11 stehen.
Ein mit der Abtriebswelle 2 fest verbundener Stift 17 erstreckt sich durch Stiftöffnungen 16 hindurch, die in der Umfangswand der Antriebswelle 1 ausgebildet sind. Beide Enden des Stifts 17 stehen mit dem Käfig 12 in fester Verbindung.
Zwischen dem Stift 17 und den Stiftöffnungen 16 sitzen nachgiebige Ringe 18, welche den Wellenabschnitt 7 der Abtriebswelle 2 in einer Neutralstellung mit Bezug auf den sich in Drehrichtung erstreckenden Spalt X zu halten suchen. Auf diese Weise wird der Käfig 12 gegenüber der Antriebswelle 1 über den Stift 17 gedreht, wenn eine Differenz hinsichtlich der Drehzahlen von Antriebswelle 1 und Abtriebswelle 2 auftritt.
Die erläuterte Vorrichtung arbeitet wie folgt.
Wenn auf die Antriebswelle 1 von dem Getriebe C eine Drehbewegung übertragen wird, während das Fahrzeug steht, verformen sich die nachgiebigen Ringe 18, weil auf die Abtriebswelle 2 über die mit Bezug auf die Fahrbahnoberfläche stationären Hinterräder ein Widerstand gegen Drehung ausgeübt wird. Dadurch können sich die Abtriebswelle 2 und der Käfig 12 mit Bezug auf die Antriebswelle 1 drehen. Bei dieser Bewegung werden die Rollen 14 in Umfangsrichtung verstellt, wodurch sie mit der zylindrischen Fläche 10 und den Nockenflächen 11 in Eingriff kommen. Die Antriebswelle 1 und der Außenring 3 sind jetzt miteinander gekuppelt.
In diesem Zustand wird die Drehbewegung der Antriebswelle 1 auf das Vorderradausgleichgetriebe E über den Außenring 3 und die Antriebswelle H übertragen. Die Vorderräder werden angetrieben. In dem Moment, in dem die Federkraft der verformten nachgiebigen Ringe 18 den Widerstand gegen Drehbewegung übertrifft, der von den Hinterrädern auf die Abtriebswelle 2 ausgeübt wird, beginnt sich die Abtriebswelle 2 zusammen mit der Antriebswelle 1 zu drehen, so daß sowohl die Vorderräder als auch die Hinterräder angetrieben werden. Beim Starten des Fahrzeugs erfolgt daher der Antrieb über alle vier Räder, so daß eine große Antriebskraft auf die Vorder- und Hinterräder übertragen werden kann.
Während dagegen das Fahrzeug geradeaus fährt, besteht, weil die Hinterräder und die Vorderräder zusammen rotieren, theoretisch keine Differenz zwischen den Drehzahlen von Antriebswelle 1 und Abtriebswelle 2. Tatsächlich aber ist in diesem Zustand die Fahrzeuggeschwindigkeit langsamer, und das Getriebe C rotiert rascher als die Abtriebswelle 2, weil ein Schlupf zwischen den Hinterrädern und der Fahrbahnoberfläche vorliegt. Bei der Geradeausfahrt des Fahrzeugs werden daher die Rollen 14 in Eingriff gehalten, und die Vorderräder werden angetrieben. Mit anderen Worten, der Vierradantriebsmodus bleibt beibehalten.
Wenn dagegen das Fahrzeug eine enge Kurve fährt und die Vorderräder rascher als die Hinterräder rotieren, dreht sich der Außenring 3 rascher als die Antriebswelle 1, so daß der Außenring 3 die Antriebswelle 1 überholt. Dadurch werden die Rollen 14 durch den Kontakt mit der zylindrischen Fläche 10 des Außenrings 3 in Umfangsrichtung verschoben; sie kommen auf diese Weise außer Eingriff mit der zylindrischen Fläche 10 und den Nockenflächen 11. Der Außenring 3 dreht sich jetzt getrennt von der Antriebswelle 1, und das Fahrzeug wird nur über die beiden Hinterräder angetrieben. Auf diese Weise kann eine Bremsung aufgrund der Differenz der Drehzahlen von Vorder- und Hinterrädern vermieden werden, während das Fahrzeug eine enge Kurve fährt.
Wenn während des Zweiradantriebsmodus über die Hinterräder eines der Hinterräder schlupfen oder von der Fahrbahn abkommen sollte, sinkt die Fahrzeuggeschwindigkeit, so daß die Drehzahl der Vorderräder (und des Außenrings 3) abfällt, bis sie gleich der Drehzahl der Antriebswelle 1 wird. Die Rollen 14 kommen jetzt mit der zylindrischen Fläche 10 und den Nockenflächen 11 in Eingriff, und die Antriebskraft wird auf die Vorderräder übertragen. Der Vierradantriebsmodus wird auf diese Weise automatisch eingeleitet.
Weil in diesem Fall die Antriebskraft des Motors nicht wie bei Flüssigkeitsreibungskupplungen entsprechend der Drehzahldifferenz zwischen den Vorder- und Hinterrädern, sondern durch mechanischen Eingriff der Klemmkörper übertragen wird, kann das volle Motordrehmoment auf die Vorder- und Hinterräder übertragen werden. Selbst wenn daher das Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit auf sandiger, schmutziger oder schlüpfriger, unregelmäßiger Oberfläche fährt, läßt sich eine hohe Antriebskraft auf die vier Räder übertragen, so daß das Fahrzeug seine Fahrt mit Kraft durchziehen kann.
Wenn dagegen während des Vierradantriebsmodus eines der Vorderräder die Haftung auf der Fahrbahnoberfläche verlieren sollte, wirkt das Ausgleichgetriebe E derart, daß auf das andere Rad, das Haftung auf der Fahrbahnoberfläche hat, keine Antriebskraft übertragen wird; es erfolgt daher keine Übertragung von effektiver Antriebskraft auf die Vorderräder. Weil jedoch über die Vorrichtung A ständig Antriebskraft auf die Hinterräder übertragen wird, wird der Zweiradantriebsmodus aufrechterhalten. Auf diese Weise wird eine stabile Fahrt sichergestellt.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung wurde vorstehend unter der Annahme erläutert, daß sich das Fahrzeug in einer Richtung bewegt. Wird jedoch die Richtung, in welcher die Antriebswelle 1 mittels des Getriebes gedreht wird, umgekehrt, drehen sich auch die Antriebswelle 1 und der Käfig 2 in umgekehrter Richtung, so daß die Rollen 14 in der entgegengesetzten Richtung in Eingriff mit der zylindrischen Fläche 10 und den Nockenflächen 11 gebracht werden. Es kann daher ein Wechsel des Antriebsmodus auf exakt die gleiche Weise unabhängig davon erfolgen, ob das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts fährt.
Wenn bei dieser Anordnung eines der Hinterräder oder der Vorderräder schlupft oder von der Fahrbahn abkommt, erfolgt ein selbsttätiger Wechsel des Antriebsmodus zwischen Vierradantrieb und Zweiradantrieb, wodurch das Fahrzeug in Fahrt gehalten wird. Beginnen die Vorderräder rascher zu rotieren als die Hinterräder, was beispielsweise vorkommt, wenn das Fahrzeug eine enge Kurve fährt, werden die Vorder- und Hinterräder aufgrund des Überholens der Kupplung nicht zusammen angetrieben. Auf diese Weise erfüllt die Vorrichtung A sowohl die Funktion der Absorption von Drehzahldifferenzen als auch die Differentialsperrfunktion. Es wird daher ein permanenter, direkt gekuppelter Vierradantrieb erreicht, ohne daß es eines zentralen Ausgleichgetriebes von kompliziertem Aufbau, beispielsweise mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung, bedarf.
In den 4 bis 6 ist eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zum Übertragen von Drehbewegungen veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform weist eine Antriebswelle 20 eine zylindrische Außenfläche 23 auf, die konzentrisch zu einer zylindrischen Fläche 22 eines Außenringes 21 liegt. Zwischen den zylindrischen Flächen 22 und 23 sitzen ein drehbarer Steuerkäfig 24 und ein mit der Antriebswelle 20 fest verbundener Festkäfig 25.
Der Steuerkäfig 24 und der Festkäfig 25 sind mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Taschen 26 und 27 zur Aufnahme jeweils eines doppelkeilförmigen Klemmkörpers 28 sowie von nachgiebigen Bauteilen 29 versehen.
Wie aus 6 hervorgeht, sind der Außenumfang und der Innenumfang der Klemmkörper 28 als gekrümmte Flächen 30 ausgebildet, deren Krümmungszentren auf der Mittellinie der Klemmkörper liegen. Wenn die Klemmkörper um einen vorbestimmten Winkel entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn kippen, kommen sie mit den zylindrischen Flächen 22 und 23 in Eingriff, wodurch die Antriebswelle 20 mit dem Außenring 21 gekuppelt wird. Die nachgiebigen Baueile 29 werden von dem Steuerkäfig 24 getragen, und sie legen sich von beiden Seiten gegen die Klemmkörper 28 an. Dabei suchen sie die Klemmkörper in ihrer Neutralstellung zu halten, in welcher die Klemmkörper außer Eingriff mit den beiden zylindrischen Flächen 22 und 23 stehen.
Wenn bei dieser Anordnung eine Differenz in der Drehbewegung von Antriebswelle 20 und Abtriebswelle 2 auftritt, wird der Steuerkäfig 24 über den Stift 17 mit Bezug auf den Festkäfig 25 gedreht. Dadurch werden die Klemmkörper 28 mit den zylindrischen Flächen 22 und 23 in Eingriff gebracht; der Außenring 21 und die Antriebswelle 20 werden in gleicher Richtung gedreht.
Aufbau und Funktion der anderen Bauteile stimmen mit der ersten Ausführungsform überein und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.
In den 7 und 8 ist eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung veranschaulicht. Dabei sind in einer Antriebswelle 31 und einer Abtriebswelle 32 durchgehende Längsöffnungen 34 bzw. 33 ausgebildet. Ein nachgiebig verformbarer Torsionsstab 35 erstreckt sich durch die Öffnungen 33 und 34 hindurch. Das eine Ende des Torsionsstabs 35 ist mit der Antriebswelle 31 verbunden, während das andere Ende des Torsionsstabs 35 mit der Abtriebswelle 32 gekuppelt ist. Der Torsionsstab 35 hält einen unrunden Wellenabschnitt 36 der Abtriebswelle 32 nachgiebig in der Neutralstellung des sich in Drehrichtung erstreckenden Spalts X mit Bezug auf eine unrunde Ausnehmung 37 in der Antriebswelle 31.
Abweichend von der ersten Ausführungsform sitzen in den Stiftöffnungen 16 in der Umfangswand der Antriebswelle 31 keine nachgiebigen Ringe zum gegenseitigen Kuppeln der Abtriebswelle 32 und des Käfigs 12. Statt dessen sind beide Bauteile so zusammengesetzt, daß ein Spalt in Drehrichtung zwischen beiden verbleibt.
Die anderen Bauteile sind die gleichen wie im Falle der ersten Ausführungsform. Sie bedürfen daher keiner nochmaligen Erläuterung.
Wenn bei der vorstehend erläuterten Anordnung die Antriebswelle 31 rotiert und ihr Drehmoment kleiner als ein voreingestelltes Drehmoment des Torsionsstabs 35 ist, wird das Drehmoment auf die Abtriebswelle 32 über den Torsionsstab 35 übertragen.
Übertrifft dagegen das Drehmoment der Antriebswelle 31 das vorgegebene Drehmoment des Torsionsstabs 35, wird der Torsionsstab merklich verformt, so daß sich die Antriebswelle 31 und der Käfig 12 mit Bezug auf die Abtriebswelle 32 drehen können. Aufgrund dieser relativen Drehbewegung werden die Rollen 14 in Umfangsrichtung verstellt, bis sie mit der zylindrischen Fläche 10 und den Nockenflächen 11 in Eingriff kommen.
In den 9 bis 11 ist eine vierte Ausführungsform der Drehbewegungs-Übertragungsvorrichtung veranschaulicht, bei der ein Torsionsstab 45 in Öffnungen 44 eingesetzt ist, die in einer Antriebswelle 42 und einer Abtriebswelle 43 ausgebildet sind.
Ein Außenring 41 weist eine zylindrische Innenumfangsfläche 46 auf, während die Antriebswelle 42 mit einer zylindrischen Außenumfangsfläche 47 versehen ist, die konzentrisch zu der zylindrischen Fläche 46 ist und dieser gegenüberliegt. Zwischen den zylindrischen Flächen 46 und 47 befinden sich ein drehbarer Steuerkäfig 48 mit größerem Durchmesser und ein an der Antriebswelle 42 befestigter Festkäfig 49 mit relativ kleinerem Durchmesser.
Der Steuerkäfig 48 und der Festkäfig 49 sind mit in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Taschen 50 bzw. 51 versehen, die einander gegenüberliegen. In jedem Taschenpaar 50, 51 sitzen ein doppelkeilförmiger Klemmkörper 52 und ein nachgiebiges Bauteil 53.
Eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Nuten 54 ist, wie aus den 9 und 11 ersichtlich, am Ende der Antriebswelle 42 ausgebildet. Eine Mehrzahl von axial verlaufenden Nuten 55 ist in der Außenumfangsfläche der Abtriebswelle 43 in solchen Winkelabständen vorgesehen, daß die Nuten 55 den Nuten 54 gegenüberliegen. In den Nuten 55 sind Verriegelungsteile 56 verschiebbar gelagert. Die Verriegelungsteile 56 umfassen Keile 56a und ein Verstellteil 56b, wobei letzteres mit einem Sekundärgetriebe I (12) verbunden ist. Entsprechend der Darstellung in 9 können die Verriegelungsteile 56 in die Nuten 54 und 55 eingreifen, um eine relative Drehbewegung zwischen der Antriebswelle 42 und der Abtriebswelle 43 zu verhindern.
12 zeigt den Einbau der Drehbewegungs-Übertragungsvorrichtung A gemäß der vierten Ausführungsform in das Triebwerk eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb.
Wie veranschaulicht, ist die Antriebswelle 42 der Vorrichtung A mit dem Getriebe C des Motors B gekuppelt, während die Abtriebswelle 43 mit dem Hinterradausgleichgetriebe D über die Gelenkwelle F in Verbindung steht. Der Kettenrandkranz 9 des Außenrings 41 ist mit der Antriebswelle H verbunden, die mit dem Vorderradausgleichgetriebe E über die geräuschlose Kette G in Verbindung steht.
Die Verriegelungsteile 56 sind mit einem Sekundärgetriebe I verbunden, das neben dem Fahrersitz angeordnet ist und ein Umschalten des Antriebsmodus zuläßt. Durch Betätigen des Sekundärgetriebes I werden die Verriegelungsteile 56 entlang den Nuten 55 der Abtriebswelle 43 verschoben.
Wenn die Antriebswelle 42 von dem Getriebe C mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, während die Verriegelungsteile 56 außer Eingriff mit der Antriebswelle 42 stehen, wird der Torsinnsstab 45 unter dem Einfluß des auf die Abtriebswelle 43 ausgeübten Widerstands gegen Drehbewegung verformt, so daß sich die Antriebswelle 42 und die Abtriebswelle 43 gegeneinander drehen. Dadurch werden der Steuerkäfig 48 und der Festkäfig 49 gegeneinander verstellt, und die Klemmkörper 52 können mit den zylindrischen Flächen 46 und 47 in Eingriff kommen. Die Drehbewegung der Antriebswelle 42 wird dadurch über den Außenring 41 auf das Vorderradausgleichgetriebe E übertragen.
Wenn sich der Torsionsstab 45 so weit verformt, daß seine Federkraft den auf die Abtriebswelle 43 einwirkenden Widerstand gegen Drehbewegungen übertrifft, beginnt sich die Abtriebswelle 43 zusammen mit der Antriebswelle 42 zu drehen, wodurch die Hinterräder angetrieben werden. Das Fahrzeug wird jetzt im Vierradantriebsmodus angetrieben.
Wenn die Vorderräder rascher als die Hinterräder rotieren, beispielsweise während das Fahrzeug eine enge Kurve fährt, überholt der Außenring 41 die Klemmkörper 52. Infolgedessen werden die Klemmkörper 52 außer Eingriff mit den zylindrischen Flächen 46 und 47 gebracht, so daß der Außenring 41 von der Antriebswelle 42 getrennt wird. Das Fahrzeug wird jetzt nur über die beiden Hinterräder angetrieben.
Wenn dagegen die Verriegelungsteile 56 über das Sekundärgetriebe I so verstellt werden, daß sie sowohl mit den Nuten 54 als auch mit den Nuten 55 in Eingriff stehen, drehen sich die Antriebswelle 42 und die Abtriebswelle 43 gemeinsam, wodurch die Klemmkörper 52 außer Eingriff gehalten werden. In diesem Zustand wird die Antriebskraft nur auf die Hinterräder übertragen, und der Zweiradantriebsmodus wird aufrechterhalten.
Hält man bei dieser Anordnung die Antriebswelle 42 von der Abtriebswelle 43 getrennt, erfolgt ein selbsttätiger Übergang zwischen dem Zweiradantriebsmodus und dem Vierradantriebsmodus, wenn eine Drehzahldifferenz zwischen den vorderen und den hinteren Rädern auftritt. Dies macht es möglich, für einen permanenten, direkt gekuppelten Vierradantrieb zu sorgen. Wenn die Antriebswelle 42 mit der Abtriebswelle 43 über die Verriegelungsteile 56 gekuppelt wird, kann das Fahrzeug nur über die Hinterräder angetrieben werden. Der Fahrer kann daher je nach den gegebenen Verhältnissen frei zwischen verschiedenen Antriebsarten wählen.
Bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform werden die Verriegelungsteile 56 mittels des Sekundärgetriebes I verstellt. Die Verstellung der Verriegelungsteile kann jedoch auch über andere mechanische Mittel oder über eine elektrische Anordnung erfolgen.
In den 13 und 14 ist eine fünfte Ausführungsform der Vorrichtung veranschaulicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zu der Anordnung gemäß 9 Nuten 63 und 64 in dem einen Ende des Außenrings 61 und an der Außenumfangsfläche der Antriebswelle 62 ausgebildet. Verriegelungsteile 65 sind in die Nuten 64 verstellbar eingesetzt. Die Verriegelungsteile 65 können wahlweise mit den Nuten 63 in Eingriff gebracht werden, um eine relative Drehbewegung zwischen der Antriebswelle 62 und dem Außenring 61 zu verhindern. Im übrigen entspricht diese Ausführungsform der vierten Ausführungsform, wobei entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Wenn bei dieser Ausbildung die Verriegelungsteile 65 mit den Nuten 63 und 64 in Eingriff gebracht werden, während die Verriegelungsteile 56 von der Antriebswelle 62 ge trennt sind, sind die Antriebswelle 62 und der Außenring 61 miteinander gekuppelt, wobei der Torsionsstab 45 verformt wird und ein unrunder Wellenabschnitt 66 mit einer unrunden Öffnung 67 in Eingriff kommt. Auf diese Weise wird Drehmoment unmittelbar von der Antriebswelle 62 auf die Abtriebswelle 43 übertragen. Die Vorderräder und Hinterräder sind jetzt unmittelbar miteinander gekuppelt, und es erfolgt ein starrer Vierradantrieb. Mittels eines solchen Antriebs wird eine hohe Antriebskraft selbst dann sichergestellt, wenn das Fahrzeug auf einer Fahrbahn fährt, die sich in denkbar schlechtem Zustand befindet, beispielsweise einer sandigen oder verschlammten Piste.
Durch gesondertes Verstellen der Verriegelungsteile 56 und 65 kann bei der Ausführungsform gemäß 13 der Antriebsmodus zwischen vollautomatischem Vierradantrieb, Hinterrad-Zweiradantrieb und starr gekuppeltem Vierradantrieb umgeschaltet werden. Der Fahrer kann daher entsprechend den Fahrbahnbedingungen aus den verschiedenen Optionen jeden gewünschten Antriebsmodus auswählen.
15 zeigt eine sechste Ausführungsform. Dabei sitzt ein mit Taschen 76 versehener Käfig 75 zwischen einer Antriebswelle 72 und einem Außenring 71. Die Taschen 76 nehmen Rollen 77 auf, die mit einer zylindrischen Fläche 73 des Außenrings 71 und Nockenflächen 74 der Antriebswelle 72 in Eingriff gebracht werden können. In die Taschen 76 greifen ferner nachgiebige Bauteile ein, welche die Rollen 77 in Richtung auf ihre Neutralstellung vorspannen.
Ein Stift 80 kuppelt eine Abtriebswelle 79 mit dem Käfig 75. Nachgiebige Ringe 82 sitzen zwischen dem Stift 80 und Stiftöffnungen 81, die in der Antriebswelle 72 ausgebildet sind. Die nachgiebigen Ringe 82 suchen einen unrunden Wellenabschnitt 83 der Abtriebswelle 79 in einer Neutralstellung des sich in Drehrichtung erstreckenden Spalts X mit Bezug auf eine unrunde Öffnung 84 zu halten.
Die übrigen Bauteile entsprechen der vierten und der fünften Ausführungsform und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.

Claims

Antriebsübertragungs-Vorrichtung für ein vierradgetriebenes Fahrzeug mit einer Antriebswelle (1, 20, 31, 42, 72), die mit einem Getriebe (C) eines Motors (B) gekuppelt ist; einer mit der Antriebswelle (1, 20, 31, 42, 72) koaxialen Hinterrad-Antriebswelle (2, 32, 43, 79), die mit dem Hinterrad-Differential (D) gekoppelt ist; einem um die Antriebswelle (1, 20, 31, 42, 72) drehbar gelagerten und als Außenring ausgestalteten Vorderrad-Abtriebsglied (3, 21, 41, 71), das mit dem Vorderrad-Differential (E) über eine Antriebswelle (H) gekoppelt ist; und einer das Vorderrad-Abtriebsglied (3, 21, 41, 61) mit der Antriebswelle (1, 20, 31, 62, 67) verbindenden Kupplung (A) mit Freilaufeigenschaften, die zwischen Kraftübertragungsflächen (10, 11, 22, 23, 46, 47) der Antriebswelle (1, 20, 31, 42) und des Vorderrad-Abtriebsglieds (3, 21, 41, 71) einen gegenüber der Antriebswelle (1, 20, 31, 42, 72) drehbaren Käfig (12, 24, 48, 75) mit darin angeordneten Klemmkörpern (14, 28, 52, 77) aufweist, wobei die Klemmkörper (14, 28, 52, 77) bei Verdrehen des Käfigs (12, 24, 48, 75) gegenüber der Antriebswelle (1, 20, 31, 42, 72) in kraftschlüssigen Kontakt mit den Kraftübertragungsflächen (10, 11, 22, 23, 46, 47) gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterrad-Abtriebswelle (2, 32, 43, 79) mit der Antriebswelle (1, 20, 31, 42, 72) über elastisch nachgiebige Verbindungsmittel (18, 35, 45, 82) drehelastisch mit Spiel (Spalt X) in Drehrichtung gekoppelt ist, und dass der Käfig (12, 24, 48, 75) mit der Hinterrad-Antriebswelle (2, 32, 43, 79) drehfest verbunden ist, derart, dass bei Auftreten einer elastischen Verdrehung der Antriebswelle (1, 20, 31, 42, 72) relativ zur Hinterrad-Antriebswelle (2, 32, 43, 79) der Käfig (12, 24, 48, 75) relativ zur Antriebswelle (1, 20, 31, 42, 72) verdreht wird und die Klemmkörper (14, 28, 52, 77) in eine die Vorderrad-Antriebswelle (3, 21, 41, 71) mit der Antriebswelle (1, 20 31, 42, 72) kuppelnde Stellung bringt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch lösbare erste Verriegelungsteile (56), mit denen die Hinterrad-Abtriebswelle (43, 79) an der Antriebswelle (42, 72) verdrehungsfest verriegelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zweite Verriegelungsteile (65), mit denen das Vorderrad-Abtriebsglied (61, 71) an der Antriebswelle (62, 72) drehfest verriegelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch elastisch nachgiebige Bauteile (15, 29, 53), die in den Taschen (13, 26, 50, 76) des Käfigs (12, 24, 48, 75) angeordnet sind und die Klemmkörper (14, 28, 52, 77) außer Eingriff mit den Kraftübertragungsflächen (10, 11, 22, 23, 46, 47, 73, 74) der Antriebswelle (1, 20, 42, 72) bzw. des Vorderrad-Abtriebsgliedes (3, 21, 41, 61, 71) halten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorderrad-Abtriebsglied (3, 21, 41, 6 1, 71) über eine parallel zur Hinterrad-Abtriebswelle (2, 32, 43, 79) verlaufende Vorderrad-Antriebswelle (H) mit dem Vorderrad-Differentialgetriebe (E) verbunden ist.