DE4421606A1 - Vierradantrieb mit zweistufiger Nachschaltgruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung handelt von einer Antriebseinheit für vierradge­ triebene Fahrzeuge mit einer an ein Schaltgetriebe anschließen­ den Nachschaltgruppe, deren Gehäuse ein erstes als Geländegang- Stufe dienendes Planetengetriebe und ein zweites als Zentral­ differential dienendes Planetengetriebe enthält, wobei ein Hohlrad des ersten Planetengetriebes vom Schaltgetriebe aus an­ getrieben ist und wobei das zweite Planetengetriebe ein Hohlrad und ein Sonnenrad, die jeweils mit einer der beiden angetriebe­ nen Achsen verbunden sind, und einen Planetenträger aufweist, der mit dem des ersten Planetengetriebes vereint ist, und wobei das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes mittels einer Schaltkupplung wahlweise entweder mit dem Planetenträger oder mit dem Gehäuse drehfest verbindbar ist.

Eine derartige Antriebseinheit ist aus der EP-OS 151 711 be­ kannt. Bei dieser Einheit ist die Anordnung des Planetenträgers und der Schaltmuffe für die Geländegang-Stufe so getroffen, daß drei konzentrische Hohlwellen erforderlich sind und der Raumbe­ darf in Achsrichtung erheblich ist.

Auch die Geländegang-Schaltung ist ungünstig, weil die Schalt­ muffe dort für Betätigungsorgane schlecht zugänglich ist. Noch größer werden die Raum- und die Schaltprobleme, wenn zusätzlich auch noch das als Zentraldifferential wirkende zweite Planeten­ getriebe sperrbar sein soll.

Es ist daher Ziel der Erfindung, bei einer gattungsgemäßen An­ triebseinheit die geschilderten Einbauprobleme zu lösen und eine möglichst einfache Konstruktion mit einer gut zugänglichen und leichtgängigen Schaltung zu schaffen, auch wenn zusätzlich noch eine Sperrung des Zentraldifferentiales möglich sein soll.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Schaltkupp­ lung aus einer innerhalb des Sonnenrades angeordneten Schalt­ muffe mit mindestens einer ersten Keilverzahnung besteht, die in eine innere Keilverzahnung des Sonnenrades des ersten Pla­ netengetriebes und wahlweise entweder in eine Keilverzahnung des Gehäuses oder in eine Keilverzahnung des Planetenträgers eingreift, daß der Planetenträger dazu zwischen den den beiden Planetengetrieben angehörenden Planeten als Scheibe mit der Keilverzahnung am inneren Rand ausgebildet ist, und wobei die Schaltmuffe mittels einer auf der Seite des ersten Planeten­ getriebes angebrachten Vorrichtung verschiebbar ist.

Auf diese Weise kann das Hohlrad des ersten Planetengetriebes innerhalb des vom Getriebe aus angetriebenen Zahnrades, das we­ gen der erforderlichen Untersetzung immer sehr groß ist, unter­ gebracht werden. Somit brauchen die beiden Planetengetriebe, die wegen des gemeinsamen Planetenträgers sehr nahe aneinander­ liegen, in Fahrzeugquerrichtung nicht mehr Raum als ein konven­ tionelles Vorderachsdifferential. Die im Inneren der Planeten­ getriebe verschiebbare Schaltmuffe mit den Keilverzahnungen er­ laubt eine sehr schmale Ausführung der Einheit, weil sie an Stelle der im Gehäuse angeordneten Kupplungsmuffen und Schalt­ gabeln des Standes der Technik tritt. Durch den als Scheibe ausgebildeten Planetenträger wird eine weitere Vereinfachung und vor allem Verringerung der Breite erzielt, auch der Schalt­ weg der Geländegang-Schaltung wird dadurch kürzer. Die auf die Schaltmuffe wirkende Verschiebevorrichtung hingegen kann außerhalb des Gehäuses auf der Seite des ersten Planetengetriebes angebracht sein, so daß sie überhaupt keinen Gehäuseraum in An­ spruch nimmt und gut zugänglich an der Seite des Schaltgetrie­ bes liegt.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung, in der zusätz­ lich eine Sperre des Zentraldifferentiales auch im Geländegang möglich ist, weist die Schaltmuffe einen auf ihr drehbar gela­ gerten Ring mit einer äußeren Keilverzahnung auf, der wahl­ weise entweder mit der Keilverzahnung des Planetenträgers oder einer inneren Keilverzahnung des Sonnenrades des zweiten Planetengetriebes zusammenwirkt (Anspruch 2). Diese Anordnung gestattet die Schaltung beider Planetengetriebe mit einer ein­ zigen Schaltvorrichtung. Dabei tritt der zusätzliche Vorteil auf, daß die Schaltstellungen bei stetig veränderlichen Straßen­ verhältnissen für den Fahrer sinnfällig aufeinanderfolgen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Keilverzahnung des Gehäuses auf einem in das Innere der Schalt­ muffe ragenden Teil angeordnet und wirkt mit einer zweiten Keilverzahnung im Inneren der Schaltmuffe zusammen (Anspruch 3). Dadurch kann der Schaltweg weiter verkürzt und die Führung der Schaltmuffe in axiale Richtung verbessert werden.

Schließlich gestattet die erfindungsgemäße Verbindung der Glie­ der der Planetengetriebe mit den An- und Abtriebsteilen die identische Ausbildung der Verzahnungsteile (Anspruch 4) bei Wahrung eines geeigneten Übersetzungssprunges und eines ver­ nünftigen Momentenverteilungsverhältnisses zwischen Hinter- und Vorderachsantrieb; der Vorteil einer größeren Anzahl von Gleichteilen liegt auf der Hand.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen be­ schrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1: Das Schema einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2: Die erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer ersten Arbeitsstellung,

Fig. 3: Die erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer zweiten Arbeitsstellung,

Fig. 4: Die erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer dritten Arbeitsstellung,

Fig. 5: Die erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer vierten Arbeitsstellung,

Fig. 6: Die erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer fünften Arbeitsstellung,

Fig. 7: Ein konstruktives Ausführungsbeispiel der Antriebseinheit der Fig. 1.

In Fig. 1 sind der Motor 1, die Kupplung 2 und das Schaltge­ triebe 3 nur angedeutet. Ein Zahnrad 4 des Getriebes treibt ein Antriebszahnrad 5, das bereits der summarisch mit 6 bezeichne­ ten Nachschaltgruppe angehört. Bei einem konventionellen front­ angetriebenen Fahrzeug würde das Antriebszahnrad das Vorder­ achsdifferential tragen. Bei der daraus abgeleiteten gegen­ ständlichen Allradversion wird statt dessen die Nachschalt­ gruppe 6 eingesetzt.

Die Nachschaltgruppe 6 ist in Fig. 1 schematisch und genauer in Fig. 7 dargestellt, wobei die Teile mit Bezugszeichen über 50 nur in Fig. 7 zu sehen sind. Die Nachschaltgruppe 6 ist in einem mit dem nicht dargestellten Getriebegehäuse verbundenen Gehäuse 7 untergebracht. Das Antriebszahnrad 5 ist mittels Schraubbolzen 50 mit einer Glocke 8 und mit einem Lagerflansch 51 verbunden, die mittels der Lager 52, 53 im Gehäuse 7 drehbar gelagert sind. Innerhalb des Antriebszahnrades 5 und der Glocke 8 ist ein erstes Planetengetriebe 9, das als GELÄNDEGANG-Stufe dient, und ein zweites Planetengetriebe 10, das als Zentral­ differential dient, untergebracht.

Das erste Planetengetriebe 9 besteht aus einem Hohlrad 11, das hier mit dem Antriebszahnrad 5 einstückig ausgeführt ist, einem Planetenträger 12 mit Planetenrädern 13 und aus einem Sonnenrad 14. Der Planetenträger 12, der beiden Planetengetriebe 9, 10 gemeinsam ist, besteht aus vorzugsweise drei Planetenlagerzap­ fen 54, einer zwischen den Planetenrädern angeordneten Scheibe 55 und gegebenenfalls zwei äußeren Käfigringen 56. Das Sonnen­ rad 14 des ersten Planetengetriebes ist in einem Lager 57 im Lagerflansch 51 gelagert und, wie weiter unten beschrieben mit verschiedenen Gliedern verbindbar.

Das zweite Planetengetriebe 10 besteht aus einem Hohlrad 16, das fest mit einer mittels Lagern 59, 60 in der Glocke 8 ge­ lagerten Trompete 58 verbunden ist, aus auf dem gemeinsamen Planetenträger 12 gelagerten Planetenrädern 17 und aus einem Sonnenrad 18, die über eine Kerbverzahnung 62 mit der Vorder­ achsabtriebswelle 23 verbunden ist. Die Trompete 58 ist mittels einer Keilverzahnung 61 mit der Hinterachsabtriebswelle 20 ver­ bunden.

Die beiden als Hohlwellen ausgeführten Abtriebswellen 20, 23 (nur Fig. 1) führen aus dem Gehäuse 7 heraus. Die Hinterachsab­ triebswelle 20 treibt über ein Kegelradpaar 21 eine zu den nicht dargestellten Rädern der Hinterachse führende Kardanwelle 22. Die Vorderachsabtriebswelle 23 treibt über das Vorderachs­ differential 24 eine rechte Halbachse 25 und, unter Zwischen­ schaltung einer durch die Nachschaltgruppe 6 hindurchführenden Verbindungswelle 26, eine linke Halbachse 27.

Innerhalb der Sonnenräder 14,18 der beiden Planetengetriebe 9, 10 (wieder Fig. 1 und Fig. 7) ist eine rohrförmige Schaltmuffe 30 axial beweglich angeordnet und an ihrer aus den Planeten­ getrieben 9, 10 (in den Figuren nach links) herausstehenden Seite mit einer Nut 31 für den Angriff einer Schaltgabel 65 versehen. Letztere kann beispielsweise von einem Schwenkhebel 66 verschoben werden. Die rohrförmige Schaltmuffe 30 ist außen mit einer ersten Keilverzahnung 32 und innen mit einer zweiten Keilverzahnung 33 versehen. An ihrer am tiefsten in die Plane­ tengetriebe 9, 10 hineinragenden Seite ist auf der Schaltmuffe 30 ein Ring 34 mit äußerer Keilverzahnung 35 drehbar gelagert.

Die Keilverzahnungen 32, 33, 35 der Schaltmuffe 30 können je nach Schaltstellung mit einer oder mehreren passenden Keilverzahn­ ungen zusammenwirken: das Sonnenrad 14 des ersten Planetenge­ triebes weist an ihrem inneren Umfang eine innere Keilverzah­ nung 36 auf, das Gehäuse 7 bzw. ein mit diesem fest verbundener Teil des Gehäuses 70, in der gezeigten Ausführung ein einwärts gestülpter Kragen, eine äußere Keilverzahnung 37, die Scheibe 55 des Planetenträgers 12 eine innere Keilverzahnung 38 und schließlich das Sonnenrad 18 des zweiten Planetengetriebes eine innere Keilverzahnung 39.

In Fig. 7 ist schließlich noch strichliert angedeutet, daß der vordere Teil 71 der Schaltmuffe 30 auch weggelassen werden kann, wenn in einer vereinfachten Ausführung keine Sperrung des Längsdifferentiales erforderlich ist, dann kann auch die Keil­ verzahnung des Sonnenrades 18 wegfallen. Weiters ist strich­ liert eine andere Ausführungsform des Gehäuseteiles 72 mit einer inneren Keilverzahnung 73 (anstelle der äußeren Keil­ verzahnung 37 in Vollinie) dargestellt, als Alternative zu den in Vollinie gezeichneten Teil 70. In diesem Fall kann die zweite Keilverzahnung 33 der Schaltmuffe 30 wegfallen und die erste Keilverzahnung 32 muß etwas weiter nach außen reichen.

Durch Verwendung identischer Zahnräder für beide Planetenge­ triebe 9, 10 entstehen bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Glieder der Planetengetriebe vernünftige Verhältnisse. Wird beispielsweise für den Geländegang (LOW-Stufe) ein Untersetz­ ungsverhältnis von 1 : 1,55 gewählt, so erhält man eine Momenten­ verteilung zwischen Vorderachse und Hinterachse von 60 : 40.

Nun wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Antriebseinheit anhand der Fig. 2 bis 6 erläutert.

Fig. 2: Geländegang (LOW-Stufe), Zentraldifferential gesperrt:
Die Schaltmuffe 30 befindet sich in der äußersten Stellung (siehe auch Fig. 7), ihre erste Keilverzahnung 32 greift in die innere Keilverzahnung 36 des Sonnenrades 14, ihre zweite Keil­ verzahnung 33 in die Keilverzahnung 37 des Gehäuses 7; die Keilverzahnung 35 des auf der Schaltmuffe 30 drehbar gelagerten Ringes 34 greift in die Keilverzahnung 38 des Planetenträgers 12 und in die innere Keilverzahnung 39 des Sonnenrades 18. Da­ mit ist das Sonnenrad 14 drehfest mit dem Gehäuse verbunden und das Sonnenrad 18 drehfest mit dem Planetenträger 12. Die Dre­ hung des Antriebszahnrades 5 wird im ersten Planetengetriebe 9 durch die Festlegung des Sonnenrades 14 in eine langsamere Dre­ hung des Planetenträgers 12 untersetzt, im zweiten Planetenge­ triebe erfolgt durch die Sperrung des Sonnenrades 18 gegen den Planetenträger 12 starrer Durchtrieb.

Fig. 3: Geländegang eingeschaltet, Zentraldifferential offen:
Wird die Schaltmuffe 30 in die nächste Stellung einwärts ge­ schoben, bleiben deren Keilverzahnungen 32, 33 mit den Keilver­ zahnungen 36 und 37 von Sonnenrad 14 und Gehäuse 7 in Eingriff, die Keilverzahnung 35 des drehbaren Ringes 34 gibt jedoch die Keilverzahnung 38 des Planetenträgers 12 frei. Im ersten Plane­ tengetriebe 9 hat sich dadurch nichts verändert. Durch den freigegebenen Planetenträger 12 jedoch ist die Sperrung des zweiten Planetengetriebes 10 aufgehoben und das Antriebsmoment wird im durch die Zähnezahlen des Planetengetriebes gegebenen Verhältnis auf die Vorderachse und die Hinterachse verteilt.

Fig. 4: Neutralstellung:
Bei weiterem Einwärtsschieben der Schaltmuffe 30 verläßt deren zweite Keilverzahnung 33 die Keilverzahnung 37 des Gehäuses 7. Da das Sonnenrad 14 des ersten Planetengetriebes jetzt gemein­ sam mit der Schaltmuffe 30 frei umläuft, wird kein Drehmoment übertragen.

Fig. 5: Straßengang, Zentraldifferential wirksam:
In der darauffolgenden Stellung der Schaltmuffe 30, greift de­ ren erste Keilverzahnung 32 in die innere Keilverzahnung 36 das Sonnenrad 14 des ersten Planetengetriebes und in die Innenver­ zahnung 38 des Planetenträgers 12. Der drehbar gelagerte Ring 34 ist nun so weit innen, daß er gänzlich außer Eingriff ist.

Durch die starre Verbindung des Sonnenrades 14 mit dem Plane­ tenträger 12 erfolgt im ersten Planetengetriebe starrer Durch­ trieb (Straßengang). Im zweiten Planetengetriebe ist die Keil­ verzahnung 39 des Sonnenrades 18 nicht mehr mit dem Planeten­ träger 12 verbunden (unabhängig davon, ob der drehbare Ring 34 noch in sie eingreift oder nicht), das Zentraldifferential ist somit wirksam.

Fig. 6: Straßengang, Zentraldifferential gesperrt:
In der innersten Stellung der Schaltmuffe 30 greift deren erste Keilverzahnung 32 in die Keilverzahnungen 36, 39 beider Sonnen­ räder 14, 18 und in die dazwischenliegende Keilverzahnung 38 des Planetenträgers 12. In beiden Planetengetrieben erfolgt nun starrer Durchtrieb, mit anderen Worten im ersten Planetenge­ triebe erfolgt keine Untersetzung und im zweiten keine Drehmo­ mentverteilung.

Es ist zu erkennen, daß die verschiedenen Schaltstellungen der Schaltmuffe 30 und damit auch eines im Bereich des Fahrers an­ geordneten Stellhebels oder Schalters, sinnfällig aufeinander­ folgen. Beim Übergang von Straßen- zu Geländefahrt wird zuerst durch Bewegen des Hebels in eine Richtung in den ungesperrten Geländegang geschaltet und bei weiterer Verschlechterung des Geländes der Schalter in derselben Richtung um eine Stufe weiterbewegt, um auch das Zentraldifferential zu sperren.

Claims (4)

1. Antriebseinheit für vierradgetriebene Fahrzeuge mit einer an ein Schaltgetriebe (3) anschließenden Nachschaltgruppe (6), de­ ren Gehäuse ein erstes als Geländegang-Stufe dienendes Plane­ tengetriebe (9) und ein zweites als Zentraldifferential dienen­ des Planetengetriebe (10) enthält, wobei ein Hohlrad (11) des ersten Planetengetriebes (9) vom Schaltgetriebe (3) aus an­ getrieben ist und wobei das zweite Planetengetriebe (10) ein Hohlrad (16) und eine Sonnenrad (18), die jeweils mit einer der beiden angetriebenen Achsen verbunden sind und einen Planeten­ träger (12) aufweist, der mit dem des ersten Planentengetriebes (9) vereint ist, und wobei die Sonnenrad (14) des ersten Plane­ tengetriebes (9) mittels einer Schaltkupplung (30) wahlweise entweder mit dem Planetenträger (12) oder mit dem Gehäuse (7; 70; 73) drehfest verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung (30) aus einer innerhalb der Sonnenrad (14) angeordneten Schaltmuffe mit mindestens einer ersten Keilver­ zahnung (32) besteht, die in eine innere Keilverzahnung (36) des Sonnenrades (14) des ersten Planetengetriebes (9) und wahl­ weise entweder in eine Keilverzahnung (37; 73) des Gehäuses (7; 70; 73) oder in eine Keilverzahnung (38) des Planetenträgers (12) eingreift, daß der Planetenträger (12) dazu zwischen den den beiden Planetengetrieben (9, 10) angehörenden Planeten (13, 17) als Scheibe (55) mit der Keilverzahnung (38) am inneren Rand ausgebildet ist, und wobei die Schaltmuffe (30) mittels einer auf der Seite des ersten Planetengetriebes (9) ange­ brachten Vorrichtung (65, 66) verschiebbar ist.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmuffe (30) einen auf ihr drehbar gelagerten Ring (34) mit einer äußeren Keilverzahnung (35) aufweist, der wahlweise entweder mit der Keilverzahnung (55) des Planetenträgers (12) oder einer inneren Keilverzahnung (39) das Sonnenrad (18) des zweiten Planetengetriebes (10) zusammenwirkt.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilverzahnung (37) des Gehäuses (7) auf einem in das Inne­ re der Schaltmuffe (30) ragenden Teil (70) angeordnet ist und mit einer zweiten Keilverzahnung (33) im Inneren der Schaltmuf­ fe (30) zusammenwirkt.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Planetengetriebe (9,10) identische Verzahnungsteile (11, 16; 13, 17; 14, 18) aufweisen.