DE4427358A1 - Dynamisch schaltendes Verteilergetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verteilergetriebe und insbesondere Verteilergetriebe mit zwei Drehzahlen.

Prinzipiell gibt es zwei Typen Verteilergetriebe für Hand­ schaltgetriebe und automatische Getriebe beim Vierradantrieb eines Fahrzeuges. Entweder sind alle vier Räder des Fahr­ zeugs ständig angetrieben, oder es sind nur zwei Räder ange­ trieben und der Antrieb für die beiden anderen Räder kann zugeschaltet werden.

Insbesondere im letzteren Fall sind Verteilergetriebe o.a. vorgesehen, die schaltbar sind und in Verbindung mit einem Zweiradantrieb und einem Vierradantrieb eine kleine und eine hohe Ausgangsdrehzahl haben. Dabei muß eine Schalthülse o. ä. zwischen einer Position für hohe Drehzahl, gewöhnlich für den Direktantrieb, und einer Position für die niedrige Dreh­ zahl hin- und hergeschoben werden. Siehe beispielsweise US 5,159,847. Hier kann die Schaltung nur bei angehaltenem Fahrzeug betätigt werden. Es ist aber auch bekannt, Synchro­ nisierungen bei solchen Schaltgetrieben einzubauen, um bei fahrendem Fahrzeug ein dynamisches Schalten zu erzielen.

Solche Schaltgetriebe sind mit der Ausgangswelle des Fahr­ zeugschaltgetriebes verbunden, so daß sie eine verhältnis­ mäßig hohe Rotationsträgheit besitzen, die an der Eingangs­ welle des Verteilergetriebes wirksam ist. Dieses hier wir­ kende hohe Trägheitsmoment zusammen mit dem begrenzten Dreh­ momentvermögen einer mechanischen Synchronisierung schränkt ein dynamisches Schalten auf sehr geringe Fahrzeuggeschwin­ digkeiten ein.

Andererseits sind viele Verteilergetriebe, insbesondere die ständig zugeschalteten, mit einem Differential versehen, das unterschiedliche Drehzahlen an der Ausgangswelle erlaubt. Solche Differential-Verteilergetriebe teilen das Eingangs­ drehmoment zwischen den Ausgangswellen für die Vorder- und Hinterräder des Fahrzeuges entsprechend den physikalischen Eigenschaften des Differentials auf. Es ist aber auch be­ kannt, daß das zwischen den Ausgangswellen aufgeteilte Dreh­ moment moduliert werden kann, um bestimmte Betriebsbedingun­ gen zu erfüllen. So ist in US 4,718,303 ein derartiges Dif­ ferential-Verteilergetriebe erläutert, bei dem eine elektro­ magnetische Reibkupplung an den beiden Ausgangswellen arbei­ tet, um die Drehmomentverteilung auf die Vorder- und Hinterradachse des Fahrzeuges zu verändern. Diese veränderliche Reibkupplung macht es möglich, daß sich das Verteilergetriebe ohne weiteres an sich änderende Fahrzeug­ bedingungen anpassen kann, aber der Vierradantrieb auf­ rechterhalten wird. Siehe auch US 4,989,686 mit einem System zum Steuern der Drehmomentübertragung bei einem Vierradan­ trieb.

Bei einer Abart eines zuschaltbaren Verteilergetriebes sind zwei Räder normalerweise angetrieben und die beiden anderen Räder werden abhängig von externen Einflüssen, beispiels­ weise vom Schlupf der normalerweise angetriebenen Räder au­ tomatisch angetrieben. Derartige Verteilergetriebe weisen für gewöhnlich eine Reibkupplung auf, beispielsweise eine Viskositätskupplung, die zwei Elemente des Differentials verbindet, so daß die beiden Ausgangswellen bis zu einem vorbestimmten Drehzahlunterschied entsprechend den physika­ lischen Eigenschaften der Reibkupplung mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen.

Das zwischen den beiden Ausgängen bei solchen Verteilerge­ trieben aufgeteilte Drehmoment kann mit einer elektromagne­ tischen Reibkupplung verändert werden, siehe US-Anmeldung 903,696 vom 24.06.1992 und US-Anmeldung 100,560 vom 30.07.1993, deren Inhalt in die vorliegende Offenbarung auf­ genommen werden soll.

Es sei angemerkt, daß die elektromagnetische Reibkupplung in das Verteilergetriebe nach US-Anmeldung 100,560 eingebaut ist, um ein dynamisches Heraufschalten zu gestatten, wenn der hohe Drehzahlbereich im System angefordert wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, ein Ver­ teilergetriebe mit zwei Drehzahlen zu schaffen, das zwischen hoher und niedriger Drehzahl dynamisch hin- und herschaltbar ist, und dessen Ausgänge modulierbar sind, um gewisse Be­ triebsbedingungen in jedem Drehzahlbereich zu erfüllen.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie der Patentansprüche 3 und 6 ge­ löst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü­ chen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß besteht ein Merkmal des Verteilergetriebes darin, daß es eine modulierbare Kupplung aufweist, die ein dynamisches Schalten in beiden Richtungen erlaubt und außer­ dem die beiden Ausgänge des Getriebes in jedem Drehzahlbe­ reich moduliert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Vertei­ lergetriebe eine modulierbare Reibkupplung in einem mit Dif­ ferential versehenen Verteilergetriebe mit zwei Drehzahlen auf, so daß eine Synchronisierung beim Herauf- und Herunter­ schalten erfolgt und außerdem die beiden Ausgänge des Diffe­ rentials in beiden Drehzahlbereichen moduliert werden.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal liegt darin, daß eine modulierbare Reibkupplung im Verteilergetriebe so angeordnet ist, daß sie sowohl beim Herauf- als auch beim Herunter­ schalten synchronisiert und außerdem die Vorspannfunktion bei nicht mit Differential versehenen Verteilergetrieben ausführt.

Prinzipiell weist das Verteilergetriebe erfindungsgemäß eine modulierbare Reibkupplung zwischen einer eingangsseitigen Schalthülse und einem der Ausgänge auf, sowie eine federver­ zögerte Sperrnabe zwischen der Schalthülse und einer Haupt­ antriebswelle. Diese Anordnung liefert zwischen der ein­ gangsseitigen Schalthülse und dem einen Ausgang ein Reibmo­ ment, um die Schalthülse und die Hauptantriebswelle vor ih­ rem Eingriff zu synchronisieren.

Diese Anordnung ermöglicht nicht nur dynamisches Herauf­ schalten, sondern auch Herunterschalten und die Veränderung der Drehmomentverteilung zwischen den beiden Abtrieben in beiden Drehzahlbereichen. Die verhältnismäßig kleine Träg­ heit bzw. der geringe Widerstand der Schalthülse und zugehö­ rigen Teile der Reibkupplung läßt ein "stoßartiges" Schalten der Schalthülse in Eingriff mit dem Zahnradsatz beim Herauf- und Herunterschalten zu, ohne daß sich störende Geräusche einstellen oder daß das Schalten für den Fahrer fühlbar wäre. Es kann jedoch eine kleine Synchronisierung benutzt werden, um die Drehzahlen der Schalthülse und des Zahnrad­ satzes anzugleichen, wenn ein Schaltstoß nicht gewünscht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Achsenschnitt eines erfindungsgemäßen Ver­ teilergetriebes, bei dem die Schalthülse in der Stellung für hohe Drehzahl ist;

Fig. 2 eine Teilansicht einer Sperrkugel in den Ausneh­ mungen von Kupplungsringen einer elektromagneti­ schen Reibkupplung für das in Fig. 1 dargestellte Verteilergetriebe;

Fig. 3 ist ein Teilschnitt des Verteilergetriebes, bei dem die Schalthülse in der Neutralstellung ist;

Fig. 4 ist ein Teilschnitt des Verteilergetriebes, bei dem die Schalthülse in der Stellung für kleine Drehzahl ist, bevor die Sperrnabe eingreift; und

Fig. 5 einen Teilschnitt des Verteilergetriebes, bei dem die Schalthülse in der Stellung für niedrige Dreh­ zahl ist, und die Sperrnabe im Eingriff ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Vertei­ lergetriebes 10 besitzt ein Gehäuse 12 mit vorderen und hin­ teren, aneinander befestigten Gehäuseteilen 14 und 16. Im Vorderteil 14 sitzt ein rohrförmiger Wellenstummel 18, der mit einer nicht dargestellten Getriebeabtriebswelle drehfest verbunden ist. Diese wiederum wird von einer Brennkraftma­ schine eines Fahrzeuges angetrieben.

Die Stummelwelle 18 ist Teil einer Getriebeeinheit 20. Diese besteht aus einem Planetenradsatz und einer Schalthülse 22, die in Fig. 1 in der Stellung für "hohe Drehzahl" für einen direkten Antrieb ist, während in Fig. 5 die Stellung für "niedrige Drehzahl", also mit verringerter Drehzahl ist. Der Planetenradsatz besitzt ein eingangsseitiges Sonnenrad 24, das am Wellenstummel 18 angeformt ist. Das Sonnenrad 24 kämmt mit mehreren Planetenrädern 26 (nur eines darge­ stellt), die in einem Planetenradträger 28 drehbar gelagert sind. Die Planetenräder 26 kämmen mit einem Ringrad 30, das am Gehäuse 12 festgelegt ist.

Die Schalthülse 22 ist am Ende einer eingangsseitigen Haupt­ welle 32 verschiebbar befestigt. Die Schalthülse 22 hat äußere Zähne 34 an einem Ende, die in innere Zähne 36 des Wellenstummels 18 greifen, wenn die Schalthülse 22 im "Schnellgang" ist, der in Fig. 1 dargestellt ist, und in dem zwischen Wellenstummel 18 und Schalthülse 22 das Drehzahl­ verhältnis 1 : 1 gilt.

Wenn jedoch die Außenzähne 34 in die Innenzähne 38 des Pla­ netenradträgers 28 eingreifen, wie Fig. 5 im "Langsamgang" zeigt, so erfolgt eine Drehzahlverringerung vom Wellenstum­ mel 18 zur Schalthülse 22 über die Planetenräder 26 und den Planetenradträger 28.

Das Verteilergetriebe 10 besitzt ferner eine Mitnehmer- bzw. Klauenkupplung 40 zum Antrieb der Hauptwelle 32 von der Schalthülse 22 und eine elektromagnetische Reibkupplung 42 zum Übertragen von Drehmoment von der Schalthülse 22 auf einen der beiden Abtriebe, die noch erläutert werden.

Die Klauenkupplung 40 besitzt eine Sperrnabe 44, die mit In­ nenzähnen gleitend auf Außenzähnen der Hauptwelle 32 sitzt und innerhalb eines erweiterten Abschnitts der Schalthülse 22 liegt. Die Sperrnabe 44 hat zwei axial beabstandete Zahn­ radsätze 46 und 48, die mit einem inneren Zahnradsatz der Schalthülse 22 in Eingriff treten können. Die Sperrnabe 44 ist auf der Hauptwelle 32 axial mit Hilfe zweier Wendelfe­ dern 52 festgelegt, die an entgegengesetzten Enden der Sperrnabe 44 anliegen und sich an zugehörigen Halteringen 54 auf der Hauptwelle 32 abstützen.

Die verschiebbare Nabe 44 und die Federn 52 sorgen für einen Verzögerungsmechanismus, der das Herstellen der Antriebsver­ bindung zwischen der Schalthülse 22 und der Hauptwelle 32 verzögert. Dieser Verzögerungsmechanismus wirkt mit der Reibkupplung 42 zusammen, um ein dynamisches Schalten der Schalthülse 22 vorwärts und rückwärts zwischen dem Schnell­ gang und dem Langsamgang zu gestatten. Dies wird noch erläu­ tert.

Die Reibekupplung 42 ist räumlich zwischen der Schalthülse 22 und einem Differential 56 eingebaut. Das hier darge­ stellte Beispiel ist ein Kegelraddifferential mit einem Dif­ ferentialgehäuse oder Träger 58, der mit einem Ende der Hauptwelle 22 über eine Keilverzahnung verbunden ist. Der Träger 58 trägt mehrere Kegelräder 60, die an radialen Zap­ fen drehbar gelagert sind, die Teil des Differentialgehäuses 58 sind. Die Kegelräder 60 kämmen mit zwei Seitenrädern 62 und 64, die in Bezug auf die Hauptwelle 32 sowie auch zuein­ ander relativ drehbar angeordnet sind.

Das Seitenrad 62 ist als Kettenrad 66 ausgebildet, das über eine Kette 68 eine im unteren Teil des Getriebes 10 ver­ setzte Abtriebswelle 57 antreibt. Die Stummelwelle 67 treibt für gewöhnlich die Vorderachse eines vierradgetriebenen Fahrzeugs über ein vorderes Differential (nicht gezeigt). Das Seitenrad 64 ist antriebsmäßig mit einer koaxialen Ab­ triebswelle 70 mit einer Keilverzahnung verbunden und treibt die Hinterachse über ein entsprechendes Differential (nicht gezeigt). Das Differential 56 arbeitet in bekannter Weise, um das von der Hauptwelle 32 erhaltene Drehmoment auf die Abtriebswellen 67 und 70 mit Hilfe der Seitenräder 62 und 64 auf zuteilen. Das Differential 56 wird gewöhnlich als zentra­ les oder Zwischenachsendifferential bezeichnet, weil die Ab­ triebswellen 67 und 70 Achsen antreiben, die regelmäßig mit eigenen Differentialen versehen sind, um beidseitige Dreh­ zahländerungen auszugleichen.

Wie bereits erwähnt, besitzt das Verteilergetriebe 10 auch eine Reibkupplung 42 zur Übertragung von Drehmoment von der Schalthülse 22 auf einen der Abtriebe des Verteilergetriebes 10. Somit arbeitet die elektromagnetische Reibkupplung 42 als Vorspannkupplung zum Modulieren der Drehmomentübertra­ gung durch das zentrale Differential 56. D.h., die Reibkupp­ lung 42 addiert oder subtrahiert Drehmoment, das an die Ab­ triebswellen 67 und 70 übertragen wird. Die Kupplung 42 wirkt auch mit dem Verzögerungsmechanismus, nämlich der Sperrnabe 44 und den Federn 52 zusammen, um ein dynamisches Schalten der Schalthülse 22 zu ermöglichen.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die elektroma­ gnetische Reibkupplung 42 aus einer gehäusefesten Magnet­ spule 72, die am Gehäuse 16 befestigt ist und teilweise von einem Weicheisenrotor 74 umgeben ist. Elektrische Anschlüsse führen Strom zur Magnetspule 72, um Magnetfluß zu erzeugen. Der Rotor 74 besitzt eine stirnseitige Ausnehmung und sitzt an einem Innenring 76, der auf einer Verlängerungshülse 78 rotiert, die auf der Hauptwelle 32 gelagert ist und an­ triebsmäßig mit dem Seitenrad 62 und Kettenrad 66 einseitig verbunden ist.

Der Rotor 74 ist auch mit der Verlängerungshülse 78 über eine Kugelrampenkupplung verbunden, die den Innenring 76, einen benachbarten Kupplungsring 90, der mit der Verlänge­ rungshülse 78 verzahnt ist und mehrere lose bewegliche Sperrkugeln 82 aufweist. Die Sperrkugeln 82 liegen innerhalb mehrerer kegelig geformter Ausnehmungen oder Rampen 83 (Fig. 2), die sowohl am Innenring 76 des Rotors 72 als auch am Kupplungsring 80 der Verlängerungshülse 78 vorgesehen sind. Ein wesentliches Merkmal dieser Kupplung besteht darin, daß die Rampen geometrisch so angeordnet sind, daß die Kupplung nicht selbst sperrt. Dies muß sein, damit die Kupplung nicht von selbst greift, ohne daß ein zusätzlicher Steuereingang vorhanden ist, und daß sie tatsächlich löst bzw. ein Modula­ tionsvermögen hat, wenn die eingangsseitige Steuerung ent­ fällt oder sich verringert.

Eine oder mehrere Federn 81 drücken den Kupplungsring 80 in axialer Richtung auf den Innenring 76 des Rotors 74. Diese Federn sitzen zwischen Stirnseiten des Kupplungsringes 80 und einer inneren Kupplungsnabe 84, die mit einer Keilver­ zahnung mit dem Ende der Verlängerungshülse 78 verbunden und von einem Springring gehalten ist. Die Nabe 84 ist ein Teil der Reibkupplung 42. Diese Konstruktion positioniert automa­ tisch den Rotor 74 derart, daß er keine wesentlichen Druck­ kräfte auf die Reibkupplung ausübt, wenn die Spule 72 nicht erregt ist.

Ferner besitzt die Reibkupplung 42 einen passenden Anker bzw. eine Reibscheibe 85, die Außenzähne aufweist, die an­ triebsmäßig mit entsprechenden Innenzähnen eines Kupplungs­ gehäuses 86 verbunden sind. Dieses hat eine Stirnwand, die mit einer Keilverbindung mit einer zweiten Verlängerungs­ hülse 88 verbunden ist, die auf der Hauptwelle 32 rotiert. Die Verlängerungshülse 88 ist axial auf der Hauptwelle 32 befestigt und ist über passende Keilzähne mit der Schalt­ hülse 22 verschiebbar und drehfest verbunden.

Die ebenfalls geschlitzte Scheibe 85 läßt sich gegenüber dem Kupplungsgehäuse 86 axial verschieben und dient zum Reibein­ griff mit dem geschlitzten Stirnende des Rotors 84. Ein Druckring 90 liegt neben der Reibscheibe 85 und ist mit dem Innenring 84 der Reibkupplung mit einer Keilverzahnung ver­ bunden. Zwischen der Druckplatte 90 und der Stirnwand des Gehäuses 86 sind mehrere verschachtelte Reibplatten oder Scheiben 92 und 94 angeordnet, die mit dem Innenring 84 und dem Kupplungsgehäuse 86 jeweils drehfest verbunden sind.

Die Betriebsweise der Drehmomentaufteilung ist wie folgt. Die Schalthülse 22 ist entweder im Schnellgang (Fig. 1) oder im Langsamgang (Fig. 5). Die Magnetspule 72 ist zunächst entregt, so daß es keine Antriebsverbindung über die Kupp­ lung 42 gibt. Die Drehmomentaufteilung auf die Antriebsach­ sen bestimmt sich nach der Zahnradgeometrie des Planetenrad­ satzes 56, die 50-50 für das dargestellte Kegelraddifferen­ tial ist. Erhält die Wicklung 72 Strom, so wird durch den Magnetfluß die Reibscheibe bzw. der Anker 85 an die ge­ schlitzte Stirnseite des Rotors 74 gezogen und zwischen dem Rotor 74 und der Scheibe 85 entsteht eine Reibantriebsver­ bindung. Die Scheibe 85 ist mit der Eingangswelle 32 über die Verlängerungshülse 88, die Schalthülse 22 und die Sperr­ nabe 44 verbunden. Somit rotieren der Rotor 74 zusammen mit dem inneren Kupplungsring 76 mit der gleichen Drehzahl wie die Eingangswelle 32. Andererseits ist der Kupplungsring 80 mit der Abtriebsstummelwelle 67 über die Verlängerungshülse 68, das Kettenrad 66 und die Kette 68 verbunden. Somit ro­ tiert der Kupplungsring 80 mit der gleichen Drehzahl wie die Abtriebswelle 67 und das integrale Seitenrad/Kettenrad 62, 66. Gibt es eine Relativdrehung zwischen der eingangsseiti­ gen Hauptwelle 32 und der Abtriebswelle 67, so laufen die Kugeln 82 auf den kegeligen Ausnehmungen 83 aufwärts. Damit drückt die Kupplung mit Kraft und in axialer Richtung auf den Kupplungsring 80 und die Druckplatte 90, so daß die Kupplungsplatten 92 und 94 mit Druck bzw. durch die Keilwir­ kung zusammengedrückt werden. Dann können die Reibplatten 92 und 94 Kräfte zwischen der Hauptwelle 32, die mit der Schalthülse 22 verbunden ist, und der Abtriebswelle 67 über­ tragen, die mit dem Seitenrad/Kettenrad 62, 66 verbunden ist. Auf diese Weise liefert die Reibkupplung zusätzliches Drehmoment an das langsamer drehende der beiden Seitenräder 62 und 64 und damit an die zugehörigen Abtriebswellen 67, 70, und subtrahiert Drehmoment von dem schneller drehenden Seitenrad und Abtriebswelle. Durch Ändern des Kupplungsstro­ mes kann die Relativdrehung der Abtriebswellen 67 und 70 mo­ duliert werden. D.h., wenn die Kupplung in der Lage ist, sich unter Drehmoment zu lösen, so muß ein zusätzliches Drehmoment der Kupplung zugeführt werden, um die erforderli­ che Axialkraft zu erzeugen, die die Reibplatten 92 und 94 in Eingriff halten. Dieses Drehmoment wird von der elektro­ magnetischen Reibkupplung 42 geliefert.

Die Stromstärke der Spule 72 bestimmt das Vorspannmoment der Kupplung 42. D.h., eine genaue Steuerung der Momentenvor­ spannung läßt sich erhalten, wenn man den Spulenstrom abhän­ gig von verschiedenen Parametern erhöht oder verkleinert. Wenn gewünscht, kann eine bestimmte Spulenstromstärke stän­ dig die Wicklung 72 erregen. Damit wird eine ständige Momen­ tenvorspannung auf die Kupplung 42 ausgeübt. Alternativ kann die Kupplung 42 auch auf einen relativen Radschlupf anspre­ chen. Einzelheiten einer Steuerung zum Einstellen der Momen­ tenvorspannung abhängig von einem relativen Radschlupf sind im US Patent 4,989,686 erläutert, deren Inhalt in die vor­ liegende Offenbarung aufgenommen ist.

Die Betriebsweise beim dynamischen Schalten ist folgende. Die Reibkupplung 42 wirkt auch mit dem Verzögerungsmechanis­ mus zusammen, der aus der Nabe 44 und den Federn 52 besteht, um das dynamische Schalten zu gestatten.

Ist die Schalthülse 22 im Schnellgang, also links im Ein­ griff mit den Innenzähnen 36 der eingangsseitigen Stummel­ welle 18, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, so kann nun wie folgt heruntergeschaltet werden. Der Fahrer wählt die untere Geschwindigkeit mit einem elektrischen Schalter, wenn es sich um ein elektrisch geschaltetes Verteilergetriebe handelt, oder beginnt einen Schalthebel in die untere Dreh­ zahlstellung zu bewegen, wenn es sich um ein mechanisch ge­ schaltetes Getriebe handelt. Dann dreht eine Schaltbetäti­ gung 95 eine Schaltstange 96 mit einer Schnecke 98, so daß das Joch 100 und die Schalthülse 22 nach rechts in Fig. 1 verschoben werden. Die Schalthülse 22 löst sich von den Zäh­ nen 36 für den Schnellgang gleichzeitig oder nahezu gleich­ zeitig damit, wenn sich die Schalthülse 22 von den Zähnen 46 der Sperrnabe 44 löst. Die gelöste Stellung bzw. Ruhestel­ lung ist in Fig. 3 dargestellt.

Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß der obige Vorgang nicht erfolgen kann, wenn nicht die Reibkräfte an den ein­ greifenden Zähnen 36 und 48, die vom Drehmoment herrühren, das vom Motor auf das Verteilergetriebe über die Stummel­ welle 18 ausgeübt wird, kleiner sind als die Kräfte der Schnecke 98, so daß die Schalthülse 22 sich aus der Schalt­ stellung in Fig. 1 nach rechts in die Neutralstellung gemäß Fig. 3 verschieben kann. Sind die Reibkräfte größer, so lädt sich vom Fahrer die Situation leichter beherrschen, wenn er die Drosselklappe zurückstellt, so daß das vom Motor auf das Verteilergetriebe ausgeübte Drehmoment entfällt oder wenig­ stens verringert wird. Es ist auch möglich, einen Druckklap­ pensensor in der Schaltung einzubauen, insbesondere bei einem elektrisch geschalteten Verteilergetriebe, so daß das Umschalten nur dann beginnt, wenn die Drosselklappe "losge­ lassen" wird oder in Nullstellung ist.

Wenn die Schalthülse 42 die Neutralstellung in Fig. 3 er­ reicht, so wird in jedem Fall die Verschiebung der Schalt­ hülse 22 nach rechts fortgesetzt, um die Zähne 34 der Schalthülse 22 mit den Zähnen 38 des Planetenradträgers 28 in Eingriff zu bringen. Der Eingriff der angefasten Enden der Zahnräder 34 und 38 verursacht nahezu sofort die Be­ schleunigung der beiden Bauteile auf Synchrondrehzahl, weil die relativ geringe Trägheit der Schalthülse 22 und der zu­ gehörigen Kupplungsteile in den meisten Fällen einen unbe­ denklichen Eingriffsstoß zulassen. Alternativ kann aber auch eine kleine Synchronisierung eingebaut werden, um die Dreh­ zahl der Schalthülse 22 an die des Trägers 28 vor dem Ein­ griff der Zahnräder anzugleichen.

Die fortgesetzte Verschiebung der Schalthülse 22 über die Neutralstellung hinaus bringt auch die angefasten Innenzähne 50 der Schalthülse 22 in Eingriff (mit Relativdrehung zwi­ schen den beiden) mit den angefasten Enden der zweiten Außenzähne 48 der Sperrnabe 44. Die Relativdrehzahl zwischen der Schalthülse 22 und der Sperrnabe 44 verhindert den Ein­ griff der Zähne 48 und 50 und verschiebt die Sperrnabe 44 axial entgegen der Vorspannung der rechten Feder 52. Die axiale Verschiebung der Sperrnabe 44 setzt sich fort, bis die Zähne 34 die Zähne 38 erfassen und damit die Schalthülse 22 mit dem Planetenradträger 28 treibend verbinden, der Niedriggang in Fig. 4 also erreicht ist. Ist diese Antriebs­ verbindung zwischen der Schalthülse 22 und dem Träger 28 vollendet, so wird die Reibkupplung 42 erregt, und ihre volle Kapazität ausgenützt, um die Drehzahlen des Planeten­ radträgers 28 und der Ausgangswelle 67 anzugleichen. Ist der Ausgleich erfolgt, so ist die Drehzahl der Schalthülse 22 die gleiche oder nahezu die gleiche wie die Drehzahl der Hauptwelle 32, die mit den Seitenrädern 62 und 64 des Diffe­ rentials 58 antriebsmäßig verbunden ist. Diese Synchronisie­ rung gestattet es der rechten Feder 52, die Sperrnabe 44 für den verzögerten Eingriff nach links in Eingriff mit der Schalthülse 22 zu verschieben, um das Herunterschalten zu beenden, wie in Fig. 5 dargestellt ist.

Das dynamische Heraufschalten in den Schnellgang erfolgt in gleicher, jedoch umgekehrter Folge.

Die Anordnung der Reibkupplung 42 im Antriebsstrang zwischen der Schalthülse 22 und der Abtriebswelle 67 gestattet es, daß dies für alle Vorspannfunktionen Verwendung finden kann, die in den vorgenannten US-Patenten 4,718,202 und 4,989,686 sowie in den US-Anmeldungen 903 696 und 100,560 erläutert sind.

Die verhältnismäßig hohe Drehmomentkapazität der Reibkupp­ lung 42 läßt ein dynamisches Schalten zwischen den beiden Drehzahlbereichen unter Situationen vor, bei denen ein Schalten mit bekannten mechanischen Synchronisierungen nicht möglich war. Das dynamische Schalten kann sogar erfolgen, ohne daß ein Automatikgetriebe in Neutralstellung ist, wenn das Verteilergetriebe zusammen mit einem Automatikgetriebe verwendet wird. Wird es mit einem Handschaltgetriebe verwen­ det, so sind dynamische Schaltvorgänge möglich, ohne daß die Kupplung am Motor gelöst werden muß und mit hoher Gewißheit auch ohne daß das Handschaltgetriebe in die Leerlaufstellung geschaltet werden muß.

Wird das Verteilergetriebe 10 elektrisch geschaltet, so muß die Schaltdrehzahl nach oben begrenzt werden, um Überdreh­ zahl des Motors zu vermeiden. Wird das Verteilergetriebe 10 mechanisch geschaltet, so sind solche Grenzwerte ebenfalls nötig, um Überdrehzahl des Motors zu vermeiden und bei Hand­ schaltgetrieben eine zu hohe Drehzahl der Kupplung zu ver­ meiden.

Im Ausführungsbeispiel ist ein Differential dargestellt, doch kann dieses auch entfallen. Zwar ist die erläuterte elektromagnetische Reibkupplung wegen ihrer Steuerung bevor­ zugt, doch läßt sich auch eine andere Reibkupplung verwen­ den, beispielsweise eine hydraulisch betätigte Kupplung, die entsprechenderweise steuerbar ist.

Claims (11)

1. Verteilergetriebe mit einem Zahnradsatz (20), einer eingangsseitigen Hauptwelle (32), einer Schalthülse (22) zum Betätigen des Zahnradsatzes zur Drehzahländerung der Hauptwelle und mit zwei Abtrieben (67, 70) zum Antrieb der Vorder- und Hinterachse eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß eine modulierbare Reibkupplung (42) vor­ gesehen ist, die im Antriebsstrang zwischen der Schalthülse (22) und einem der Abtriebe (67, 70) angeordnet ist, um die Drehmomentaufteilung zwischen den beiden Abtrieben zu modu­ lieren und bei dynamischem Schalten der Schalthülse zum Zwecke der Drehzahländerung im Zahnradsatz Hilfestellung zu leisten.

2. Verteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schalthülse (22) mit der Hauptwelle (32) über eine Sperrnabe (44) mit verzögertem Eingriff verbunden ist, so daß die Verbindung der Schalthülse (22) mit der Ein­ gangswelle (32) verzögert wird, bis eine im wesentlichen synchrone Drehzahl beider Bauteile erreicht ist.

3. Verteilergetriebe für zwei Abtriebsdrehzahlen, die dynamisch schaltbar sind, bestehend aus:

• - einer eingangsseitigen Hauptwelle (32), die treibend mit zwei Abtrieben (67, 70) verbunden ist,
• - einer Eingangswelle (18) zum Antrieb eines Zahnrad­ satzes (20) für eine niedrige und eine hohe Drehzahl an der Hauptwelle,
• - einer Schalthülse (22), die verschiebbar und drehfest zwischen den Zahnrädern des Zahnradsatzes (20) und der Hauptwelle (32) angeordnet ist, und zwischen einer Stellung für niedrige Drehzahl, in der sie mit dem Ein­ gang (38) für niedrige Drehzahl in Eingriff ist, und einer Stellung für hohe Drehzahl, in der sie mit dem Eingang (36) für hohe Drehzahl in Eingriff ist, ver­ schiebbar ist,
• - einer Sperrnabe (44), die verschiebbar auf der Haupt­ welle (32) und der Schalthülse (22) befestigt ist, und die Drehmoment von der Schalthülse auf die Hauptwelle überträgt,
• - Federn (52) zum Vorspannen der Sperrnabe (44) in einer bestimmten axialen Stellung, in der die Sperrnabe an­ triebsmäßig die Schalthülse und die Hauptweile verbin­ det, wenn die Schalthülse in der Stellung für niedrige Drehzahl oder für hohe Drehzahl ist, um Drehmoment von der Schalthülse auf die Hauptwelle zu übertragen, und
• - einer modulierbaren Reibkupplung (42) zur Drehmoment­ übertragung zwischen der Schalthülse (22) und einem der Abtriebe (67, 70), wobei die Reibkupplung zur Drehmo­ mentvorspannung der beiden Abtriebe (67, 70) betätigt wird sowie zum Unterstützen eines dynamischen Schaltens der Schalthülse (22) beim Stellungswechsel zwischen der hohen und niedrigen Drehzahl.

4. Verteilergetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federn (52) die Antriebsverbindung der Sperrnabe (44) verzögern, wenn die Schalthülse von einer Stellung in eine andere geschaltet wird, bis der angewählte Eingang des Zahnradsatzes und die Schalthülse im wesentli­ chen synchrone Drehzahl mit Hilfe der modulierbaren Reib­ kupplung (42) erreichen.

5. Verteilergetriebe für zwei Drehzahlen gemäß An­ spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibkupplung eine magnetische Reibkupplung ist.

6. Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Differential (56) auf­ weist, dessen Eingang (58) mit der Hauptwelle und zwei Aus­ gängen (62, 64) verbunden ist, und daß die elektromagneti­ sche Reibkupplung (42) zwischen der Schalthülse (22) und einem der Ausgänge (62, 64) des Differentials angeordnet ist, so daß von der Reibkupplung eine Drehmomentvorspannung der beiden Ausgänge (62, 64) erfolgt, und das Getriebe dyna­ misch schaltbar ist.

7. Verteilergetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Kegelraddifferential mit zwei Seitenrädern (62, 64) als Ausgänge vorgesehen ist.

8. Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnradsatz ein Planeten­ radgetriebe ist, das zur Hauptwelle (32) koaxial liegt.

9. Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrnabe (44) einen Zahnsatz (46) zur Antriebsverbindung mit der Schalthülse (22) im Schnellgang und einen Zahnsatz (48) zur Antriebsver­ bindung mit der Schalthülse im Niedriggang aufweist.

10. Verteilergetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schalthülse (22) einen einzigen Zahnsatz (50) zum Eingriff mit den Zahnsätzen der Sperrnabe aufweist.

11. Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die eingangsseitige Welle (18) als Stummelwelle ausgeführt ist, die den Zahnradsatz (20) antreibt, der einen Eingang (38) für niedrige Drehzahl und einen koaxialen Eingang (36) für hohe Drehzahl an der Hauptwelle aufweist.