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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf Verteilergetriebe zum Einsatz in vierradgetriebenen
Kraftfahrzeugen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
ein permanentes Verteilergetriebe mit einer Getriebeuntersetzungseinheit
für zwei
Drehzahlbereiche und einem Zwischenachsdifferential, welche in eine
Planetengetriebebaugruppe integriert sind, sowie mit einem synchronisierten
Bereichswechselmechanismus zum Umschalten zwischen Hochbereichs-
und Niedrigbereichs-Antriebsmodi.
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Es ist heute üblich, daß viele leichte Nutzfahrzeuge
und Geländewagen
mit einem Verteilergetriebe zur Übertragung
von Antriebsdrehmoment auf alle vier Räder ausgerüstet sind, wodurch ein Vierradantriebsmodus
hergestellt wird. Um unterschiedlichen Straßenoberflächen und -bedingungen gerecht zu
werden, sind viele Verteilergetriebe mit einer Untersetzungsgetriebeeinheit
ausgestattet, die sich wahlweise derart umschalten läßt, daß der Fahrer des
Kraftfahrzeugs zwischen einem Vierradantrieb im Hochbereichsmodus
(d. h. mit direktem Übersetzungsverhältnis) und
einem Vierradantrieb im Niedrigbereichsmodus (d. h. mit Untersetzung)
wählen kann.
In vielen Fällen
muß das
vierradgetriebene Fahrzeug angehalten werden, ehe ein Umschalten des
Verteilergetriebes zwischen dem Vierrad-Hochbereichs- und dem Vierrad-Niedrigbereichsmodus erfolgen
kann. Diese Notwendigkeit, das Fahrzeug vor dem Umschalten zwischen
den zur Verfügung stehenden
Vierradantriebs-Hochbereichs- und -Niedrigbereichsmodi anzuhalten,
ist leider vor allem dann unvorteilhaft, wenn man auf Straßenbedingungen oder
eine Geländebeschaffenheit
trifft, bei denen bzw. der die jeweils vorhandenen Bedingungen leichter
gemeistert werden könnten,
wenn das Fahrzeug seine Roll-Bewegungsenergie
beibehalten würde. Um
diese Nachteile teilweise zu verringern, wurden einige Untersetzungsgetriebeeinheiten
so gestaltet, daß sie
es dem Fahrer des Kraftfahrzeugs ermöglichen, ohne ein Anhalten
des Fahrzeugs (d. h. "fliegend") aus dem Vierrad-Niedrigbereichsmodus
in den Vierrad-Hochbereichsmodus
umzuschalten. So ist beispielsweise im US-Patent Nr. 5,054,335 ein Verteilergetriebe
beschrieben, welches mit einer synchronisierten Bereichswechselanordnung
für eine Untersetzungsgetriebeeinheit
vom Vorlegewellen-Typ versehen ist. Das U.S. Patent Nr. 5,346,442 mehrerer
Anmelder beschreibt alternativ hierzu ein Verteilergetriebe mit
einer synchronisierten Bereichswechselanordnung für eine Planetengetriebe-Untersetzungseinheit.
Schließlich
beschreibt das US-Patent Nr. 4,569,252 eine Planetengetriebe-Untersetzungseinheit,
welche ein synchronisiertes Umschalten in den Hochbe reichsantriebsmodus
und den Niedrigbereichsantriebsmodus bzw. aus diesen Modi erlaubt.
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Zusätzlich zur Untersetzungsgetriebeeinheit sind
viele Verteilergetriebe auch mit einem Betriebsartwechselmechanismus
ausgestattet, welcher es dem Fahrer des Kraftfahrzeugs ermöglicht,
wahlweise zwischen einem Zweiradantriebsmodus, in dem nur die Haupttransmission
angetrieben wird, und einem "zuschaltbaren" Vierradantriebsmodus,
in dem die sekundäre
Transmission starr an die Haupttransmission gekoppelt ist, umzuschalten.
Für die
Beschreibung eines als Beispiel dienenden zuschaltbaren Verteilergetriebes
mit einer Untersetzungsgetriebeeinheit und einem synchronisierten
Betriebsartwechselmechanismus kann auf das US-Patent Nr. 4,770,280 mehrerer Anmelder
verwiesen werden. Im Hinblick darauf, daß sich der Einsatz vierradgetriebener
Kraftfahrzeuge im Alltag beim Verbraucher einer steigenden Beliebtheit
erfreut, wurde der Betriebsartwechselmechanismus in einigen für zwei Drehzahlbereiche
ausgelegten Verteilergetrieben durch ein Zwischenachsdifferential
ersetzt, das zur kontinuierlichen Übertragung des Antriebsdrehmoments
sowohl an die vordere als auch an die hintere Transmission dient,
wobei das Differential zwischen beiden Transmissionen eine Drehzahldifferenzierung
ermöglicht. Für die Beschreibung
eines als Beispiel dienenden permanenten, für zwei Drehzahlbereiche ausgelegten
Verteilergetriebes, das mit einer Untersetzungsgetriebeeinheit und
einem Doppel-Planeten-Zwischenachsdifferential
ausgestattet ist, wird auf das US-Patent Nr. 4,677,873 mehrerer
Anmelder Bezug genommen. Um einen Traktionsverlust aufgrund eines
zu großen
Zwischenachsschlupfes zu verhindern, sind einige permanente Verteilergetriebe
zusätzlich
mit einer Sperrvorrichtung ausgestattet, die zum wahlweisen Sperren
des Differentials bzw. zum automatischen Erzwingen eines bestimmten
Drehzahlverteilungsverhältnisses
am Zwischenachsdifferential bei gleichzeitiger Verhinderung bzw.
Regulierung der Drehzahldifferenzierung in Abhängigkeit vom Schlupfzustand
dient. In einigen Systemen wird eine Sperr-Kupplung manuell betätigt, um
das Zwischenachsdifferential zu sperren. Andere permanente Verteilergetriebe
sind hingegen mit einer Hydraulikkupplung oder einer elektronisch
gesteuerten Vorspannkupplung zur automatischen Regulierung des Umfangs
der zulässigen
Drehzahldifferenzierung am Zwischenachsdifferential ausgestattet.
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In einem Versuch, die Gesamtgröße von permanenten
Verteilergetrieben zu minimieren, wurde vorgeschlagen, die Untersetzungsgetriebeeinheit und
das Zwischenachsdifferential in eine gemeinsame Planetengetriebebaugruppe
zu integrieren. Eine solche Anordnung ist im US-Patent Nr. 4,644,822
beschrieben, welches ein Verteilergetriebe offenbart, bei dem ein
erster und ein zweiter Planetengetriebesatz "Rücken
an Rücken" angeordnet sind,
wobei Bauteile vorhanden sind, die gleichzeitig zu beiden Getriebesätzen gehören und
wahlweise so geschaltet werden können,
daß verschiedene
Vierradantriebsmodi hergestellt werden. In entsprechender Weise
beschreiben sowohl das US-Patent 5,284,068 als auch das US-Patent
5,411,447, die jeweils von mehreren Anmeldern angemeldet wurden,
ein permanentes Antriebsgetriebe für zwei Drehzahlbereiche, das
mit einer integrierten Planetengetriebebaugruppe ausgestattet ist,
welche als eine Einheit geschaltet wird, um die verschiedenen zur
Verfügung stehenden
Antriebsmodi herzustellen. Schließlich offenbaren die US-Patente
Nr. 4,677,875, 4,344,335, 4,215,593 und 4,805,484 jeweils ein Verteilergetriebe mit
einer gemeinsamen Planetengetriebebaugruppe, die dazu dient, verschiedene
Antriebsmodi durch Bedienung eines oder mehrerer geeigneter Schaltmechanismen
herzustellen. Während
bei solchen bekannten Anordnungen versucht wird, eine kompakte Konstruktion
zu erzielen, besteht doch immer noch ein Bedarf nach kostengünstigen,
vereinfachten Alternativen, die den modernen Anforderungen an ein niedriges
Geräuschniveau
und Gewicht Rechnung tragen, während
die Gesamtlänge
des Verteilergetriebes reduziert wird.
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Ein Verteilergetriebe gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ist in der
EP
924 118 A offenbart, die als nächstliegender regulärer Stand
der Technik betrachtet wird. Das Dokument
EP 1 036 691 A wird als nächstliegender
Stand der Technik gemäß Art. 54(3) und
(4) EPÜ angesehen.
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Überblick über die
Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verteilergetriebe für
ein Kraftfahrzeug mit permanentem Vierradantrieb zu beschreiben, welches
eine Planetengetriebebaugruppe umfaßt, in die eine Untersetzungsgetriebeeinheit
und ein Zwischenachsdifferential in einer gemeinsamen Anordnung
integriert sind.
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Eine zusätzliche Aufgabe besteht darin,
ein Verteilergetriebe zu beschreiben, welches einen Bereichswechselmechanismus
umfaßt,
der mit der Eingangswelle der Planetengetriebebaugruppe in Wirkverbindung
steht und wahlweise so betätigt
werden kann, daß sich
ein permanenter Vierrad-Hochbereichsantriebsmodus, ein Leerlaufmodus
und eine permanenter Vierrad-Niedrigbereichsantriebsmodus herstellen
lassen.
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Ein damit verbundenes Ziel der Erfindung besteht
darin, einen synchronisierten Bereichswechselmechanismus zu beschreiben,
der ein "fliegendes" Umschalten des Verteilergetriebes
zwischen dem permanenten Vierrad-Hochbereichs- und dem permanenten
Vierrad-Niedrigbereichs-Antriebsmodus ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Aufgabe der
vorliegenden Erfindung umfaßt
das Verteilergetriebe einen Betriebsartwechselmechanismus, der mit
den Ausgangselementen der Planetengetriebebaugruppe zusammenwirken
kann und sich wahlweise so betätigen
läßt, daß ein gesperrter
Vierrad-Hochbereichsantriebsmodus, ein gesperrter Vierrad-Niedrigbereichsantriebsmodus
und ein Zweirad-Hochbereichsantriebsmodus
hergestellt werden.
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Ein damit zusammenhängendes
Ziel der Erfindung besteht darin, einen synchronisierten Betriebsartwechselmechanismus
zu beschreiben, der ein fliegendes Umschalten des Verteilergetriebes zwischen
dem Zweirad-Hochbereichsantriebsmodus und
dem permanenten Vierrad-Hochbereichsantriebsmodus
ermöglicht,
wenn die vordere Transmission mit einem Achsen-Entkopplungsmechanismus versehen
ist.
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Gemäß Anspruch 1 der vorliegenden
Erfindung ist die Planetengetriebebaugruppe betriebsbereit zwischen
einer Eingangswelle und einer vorderen und hinteren Ausgangswelle
des Verteilergetriebes angeordnet und als eine kompakte Anordnung ausgebildet.
Die Planetengetriebebaugruppe umfaßt einen ersten Planetengetriebesatz
und einen zweiten Planetengetriebesatz, die durch eine gemeinsame Trägerbaugruppe
miteinander verbunden sind. Der erste Planetengetriebesatz ist betriebsbereit
zwischen der Eingangswelle und dem zweiten Planetengetriebesatz
angeordnet und dient zum Antrieb der Trägerbaugruppe entweder mit einem
ersten Drehzahlverhältnis
(d. h. im "Hochbereich") oder einem zweiten
Drehzahlverhältnis
(d. h. im "Niedrigbereich") relativ zur Eingangswelle.
Die gemeinsame Trägerbaugruppe
dient als Eingangselement für
den zweiten Planetengetriebesatz, welcher erste und zweite Ausgangselemente
umfaßt,
die mit der vorderen bzw. hinteren Ausgangswelle des Verteilergetriebes
verbunden sind. Hierdurch ermöglicht
der zweite Planetengetriebesatz eine Drehzahldifferenzierung und
eine Drehmomentverteilung zwischen der vorderen und hinteren Ausgangswelle
des Verteilergetriebes. Ein synchronisierter Bereichswechselmechanismus
wird vorgesehen, welcher eine Bereichskupplung umfaßt, die
in einer ersten Bereichsposition das erste und zweite Bauteil des
ersten Planetengetriebesatzes derart an die Eingangswelle koppelt,
daß diese
sich gemeinsam drehen, wodurch der Vierrad-Hochbereichsantriebsmodus hergestellt
wird. Die Bereichskupplung dient in einer zweiten Bereichsposition
dazu, das erste Bauteil des ersten Planetengetriebesatzes an das
Verteilergetriebegehäuse
zu koppeln, wodurch der Vierrad-Niedrigbereichsantriebsmodus
hergestellt wird. Schließlich
dient die Bereichskupplung in einer dritten Bereichposition dazu,
das erste Bauteil des ersten Planetengetriebesatzes von der Eingangswelle
und dem Verteilergetriebegehäuse
zu entkoppeln, um einen Leerlaufmodus herzustellen.
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Ein zusätzliches Merkmal besteht darin,
daß das
Verteilergetriebe zusätzlich
einen Betriebsartwechselmechanismus mit einer Betriebsartkupplung umfaßt, die
so betätigt
werden kann, daß sie
drei verschiedene Antriebsmodi herstellt. Im einzelnen dient die
Betriebsartkupplung dabei zum Ankoppeln des zweiten Ausgangselements
des zweiten Planetengetriebesatzes an die vordere Ausgangswelle,
wobei gleichzeitig eine Relativdrehung zwischen dem ersten und zweiten
Ausgangselement des zweiten Planetengetriebesatzes ermöglicht und
so ein permanenter Vierradantriebsmodus hergestellt wird. Die Betriebsartkupplung
kann darüber
hinaus dazu eingesetzt werden, das zweite Ausgangselement des zweiten
Planetengetriebesatzes so an die vordere und hintere Ausgangswelle
zu koppeln, daß es
sich gemeinsam mit diesen dreht, wodurch eine Relativdrehung zwischen
der vorderen und hinteren Ausgangswelle verhindert und ein gesperrter
Vierrad-Antriebsmodus
hergestellt wird. Schließlich
kann die Betriebsartkupplung zur Entkopplung des zweiten Ausgangselements
des zweiten Planetengetriebesatzes von der vorderen und der hinteren
Ausgangswelle eingesetzt werden, wodurch das gesamte Drehmoment
auf die hintere Ausgangswelle übertragen
und somit ein Zweiradantriebsmodus hergestellt wird.
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Zusätzliche Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden
detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit der
beiliegenden Zeichnung.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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1 zeigt
den Antrieb eines vierradgetriebenen Kraftfahrzeugs, das mit dem
erfindungsgemäßen Verteilergetriebe
ausgestattet ist;
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2 zeigt
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verteilergetriebes;
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3 zeigt
eine Teilschnittansicht eines Verteilergetriebes auf der Grundlage
der schematischen Darstellung gemäß 2;
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4 zeigt
eine Teilschnittansicht eines Schaltsystems für das in 2 gezeigte Verteilergetriebe; und
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5 zeigt
eine Tabelle, in der die jeweilige Position der beweglichen Bereichs-
und Betriebsartkupplung für
die Herstellung einer Kombination von bei dem Verteilergetriebe
der 2 bis 4 zur Verfügung stehenden
Drehzahlbereichen und Antriebsmodi angegeben ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im allgemeinen betrifft die vorliegende
Erfindung eine Kombination einer Untersetzungsgetriebeeinheit und
eines Zwischenachsdifferentials zu einer "integrierten" Planetengetriebebaugruppe. Vorzugsweise
wird die integrierte Planetengetriebebaugruppe im Verteilergetriebe
eines vierradgetriebenen Kraftfahrzeugs zur Herstellung mehrerer
unterschiedlicher Kombinationen von Drehzahlbereichen und Antriebsmodi
integriert. Ein synchronisierter Bereichswechselmechanismus steht
mit dem Eingangselement der integrierten Planetengetriebebaugruppe
in Wirkverbindung, um ein "fliegendes" Umschalten des Verteilergetriebes
zwischen einem Niedrigbereichs-Drehzahlverhältnis und einem Hochbereichs-Drehzahlverhältnis während des
Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs durchzuführen. Zudem steht ein synchronisierter
Betriebsartwechselmechanismus mit den Ausgangselementen der integrierten
Planetengetriebebaugruppe in Wirkverbindung und ermöglicht so
ein "fliegendes" Umschalten des Verteilergetriebes
zwischen einem permanenten (d. h. differenzierten) Vierradantriebsmodus,
einem gesperrten (d. h. nicht differenzierten) Vierradantriebsmodus
und einem Zweiradantriebsmodus.
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Im folgenden wird insbesondere auf 1 der Zeichnung Bezug genommen,
die einen Antrieb 10 für
ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug zeigt. Der Antrieb 10 umfaßt eine
vordere Transmission 12 und eine hintere Transmission 14,
die beide von einer Kraftquelle, beispielsweise einem Motor 16,
durch ein Getriebe 18 angetrieben werden können, bei
dem es sich entweder um ein manuelles oder ein Au tomatikgetriebe
handeln kann. Bei dem speziellen, in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem Antrieb 10 um ein permanentes Vierradantriebssystem,
das ein Verteilergetriebe 20 zum Übertragen eines Drehmoments
vom Motor 16 und dem Getriebe 18 auf die vordere
Transmission 12 und die hintere Transmission 14 umfaßt. Wie
sich der Zeichnung entnehmen läßt, umfaßt die vordere Transmission 12 ein
Paar von Vorderrädern 24,
die an entgegengesetzten Enden einer vorderen Achsbaugruppe 26 an
dieser befestigt sind, wobei die Achsbaugruppe ein vorderes Differential 28 umfaßt, das
an ein Ende einer vorderen Kardanwelle 30 angekoppelt ist,
deren entgegengesetztes Ende an eine vordere Ausgangswelle 32 des
Verteilergetriebes 20 angekoppelt ist. In entsprechender
Weise umfaßt
die hintere Transmission 14 ein Paar von Hinterrädern 34,
die an entgegengesetzten Enden einer hinteren Achsbaugruppe 36 angebracht
sind, welche ein hinteres Differential 38 umfaßt, das
mit einem Ende einer hinteren Kardanwelle 40 gekoppelt
ist, deren entgegengesetztes Ende mit einer hinteren Ausgangswelle 42 des
Verteilergetriebes 20 verbunden ist.
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Wie sich insbesondere den 2 und 3 der Zeichnung entnehmen läßt, umfaßt das Verteilergetriebe 20 eine
Eingangswelle 44, die drehbeweglich in einem Gehäuse 46 gehaltert
ist. Die Eingangswelle 44 ist so ausgelegt, daß sie sich
mit einer (nicht gezeigten) Ausgangswelle des Getriebes 18 derart
verbinden läßt, daß beide
drehbeweglich durch den Motor 16 des Kraftfahrzeugs angetrieben
werden. In entsprechender Weise sind die vordere Ausgangswelle 32 und
die hintere Ausgangswelle 42 drehbeweglich im Gehäuse 46 gehaltert.
Wie sich der Zeichnung entnehmen läßt, umfaßt das Verteilergetriebe 20 zudem
eine Planetengetriebebaugruppe 50, die betriebsbereit zwischen
der Eingangswelle 44 und der vorderen und hinteren Ausgangswelle 32 bzw. 42 installiert
ist. Die Planetengetriebebaugruppe 50 umfaßt einen
ersten Getriebesatz 52 und einen zweiten Getriebesatz 54,
die durch eine gemeinsame Trägerbaugruppe 56 miteinander
verbunden sind. Beim ersten Getriebesatz 52 handelt es
sich um eine einfache Planetengetriebebaugruppe, die ein Hohlrad 58,
ein erstes Sonnenrad 60 und einen Satz erster Planetenräder 62 umfaßt, welche
jeweils drehbeweglich an einer Planetenradwelle 64 gehaltert
sind und mit dem ersten Sonnenrad 60 und dem Hohlrad 58 in
Eingriff stehen. Jede Planetenradwelle 64 erstreckt sich
zwischen einem vorderen Tragring 66 und einem hinteren
Tragring 68, die miteinander zur Trägerbaugruppe 56 verbunden
sind. Das erste Sonnenrad 60 ist (über eine Keilverzahnungsverbindung)
an der Eingangswelle 44 fixiert, die wiederum drehbeweglich an
der hinteren Ausgangswelle 42 gehaltert ist.
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Wie später noch im einzelnen erläutert wird, fungiert
der erste Getriebesatz 52 als eine Untersetzungsgetriebeeinheit
für zwei
Drehzahlbereiche, die zusammen mit einer Bereichskupplung 72 eines
synchronisierten Bereichswechselmechanismus 74 dazu dient,
eine erste bzw. Hochbereichs-Drehzahlverhältnis-Antriebsverbindung zwischen der Eingangwelle 44 und
der Trägerbaugruppe 56 herzustellen,
indem sie das Hohlrad so an das erste Sonnenrad 60 koppelt,
daß es
sich gemeinsam mit diesem dreht. Zudem wird zwischen der Eingangswelle 44 und
der Trägerbaugruppe 56 durch
Ankoppeln des Hohlrads 58 an das Verteilergetriebegehäuse 46 zum Abbremsen
des Hohlrads 58 eine zweite bzw. Niedrigbereichs-Drehzahlverhältnis-Antriebsverbindung hergestellt.
Ein Leerlaufmodus wird hergestellt, wenn das Hohlrad 58 sowohl
von der Eingangswelle 44 als auch vom Verteilergetriebegehäuse 46 entkoppelt wird.
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In den 2 und 3 ist zudem ein als Doppel-Planetengetriebebaugruppe
ausgebildeter zweiter Getriebesatz 54 dargestellt, der
als ein Zwischenachsdifferential fungiert und so eine Drehzahldifferenzierung
und die Verteilung von Drehmoment zwischen der vorderen Ausgangswelle 32 und
der hinteren Ausgangswelle 42 ermöglicht. Wie noch im einzelnen
erläutert
wird, dient die Trägerbaugruppe 56 als
Eingangselement des zweiten Getriebesatzes 54, wenn sie
entweder mit dem Hochbereichs- oder dem Niedrigbereichs-Drehzahlverhältnis angetrieben wird,
wobei die Ausgangselemente des Getriebesatzes 54 an die
vordere Ausgangswelle 32 und die hintere Ausgangswelle 42 angekoppelt
sind. Im einzelnen umfaßt
der zweite Getriebesatz 54 ein zweites Sonnenrad 76,
ein drittes Sonnenrad 78, einen Satz zweiter Planetenräder 80,
die jeweils mit dem zweiten Sonnenrad 76 in Eingriff stehen,
und einen Satz dritter Planetenräder 82,
die jeweils mit einem entsprechenden der zweiten Planetenräder 80 sowie
mit dem dritten Sonnenrad 78 in Eingriff stehen. Bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
dient das zweite Sonnenrad 76 als ein erstes Ausgangselement
des zweiten Getriebesatzes 54, wobei es (über eine
Kerbverzahnungsverbindung) so an die hintere Ausgangswelle 42 angekoppelt
ist, daß es
sich gemeinsam mit dieser dreht. In entsprechender Weise dient das
dritte Sonnenrad 78 als ein zweites Ausgangselement des
zweiten Getriebesatzes 54, wobei es, wie sich der Zeichnung
entnehmen läßt, integral
mit einer Hohlwelle 84 ausgebildet ist, welche ihrerseits
so gehaltert ist, daß sie
sich relativ zur hinteren Ausgangswelle 42 drehen kann.
Zudem ist jedes zweite Planetenrad 80 drehbeweglich auf
der Planetenradwelle 64 gehaltert, wobei die entgegengesetzten
Enden der Planetenradwellen, wie erwähnt, in einem vorderen bzw.
hinteren Tragring 66 bzw. 68 der Trägerbaugruppe 56 gehaltert
sind. In entsprechender Weise ist jedes dritte Planetenrad 82 drehbeweglich
an einer Planeten radwelle 86 gehaltert, wobei die entgegengesetzten
Enden der Planetenradwellen ebenfalls in dem vorderen bzw. hinteren
Tragring 66 bzw. 68 gehaltert sind.
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Als Mittel zur wahlweisen Herstellung
der Hochbereichs- und Niedrigbereichs-Antriebsverbindung zwischen der Eingangswelle 44 und
der Trägerbaugruppe 56 ist
ein mit dem ersten Getriebesatz 52 zusammenwirkender synchronisierter
Bereichswechselmechanismus 74 vorgesehen. Wie bereits erwähnt, dient
der synchronisiertere Bereichswechselmechanismus 74 dazu,
ein "fliegendes" Umschalten des Verteilergetriebes 20 zwischen
dessen Hochbereichs- und Niedrigbereichs-Antriebsmodi zu ermöglichen.
Wie ebenfalls bereits erwähnt,
umfaßt
der synchronisierte Bereichswechselmechanismus 74 eine
Bereichskupplung 72, die zum wahlweisen Ankoppeln des Hohlrades 58 entweder
an die Eingangswelle 44 oder an das Verteilergetriebegehäuse 46 dient.
Im einzelnen umfaßt
die Bereichskupplung 72 eine neutrale Nabe 88,
die drehbeweglich auf der Eingangswelle 44 gehaltert ist.
Das Hohlrad 58 umfaßt
ein Tragplattensegment 90, das so (über eine Kerbzahnverbindung)
an der neutralen Nabe 88 fixiert ist, daß es sich
zusammen mit dieser dreht. Die Bereichskupplung 72 umfaßt zusätzlich eine
Bereichsmuffe 92 mit internen Keilen 94, welche
mit externen Keilen 96 an der neutralen Nabe 88 in
ständigem
Eingriff stehen. Hierdurch ist die Bereichsmuffe 92 so
gehaltert, daß sie
sich mit der neutralen Nabe 88 dreht und derart eine axiale
Gleitbewegung relativ zur neutralen Nabe 88 durchführt, daß ihre Keile 94 mit
den Keilen 96 an der neutralen Nabe 88 in allen Bereichspositionen
in Eingriff verbleiben.
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Die Bereichskupplung 72 umfaßt zudem
eine erste Synchronisierbaugruppe 98, die betriebsbereit zwischen
der neutralen Nabe 88 und einer an der Eingangswelle 44 fixierten
Kupplungsscheibe 100 angeordnet ist. Auf der Kupplungsscheibe 100 sind externe
Kupplungszähne 102 ausgeformt.
Die erste Synchronisierbaugruppe 98 dient dazu, eine Drehzahlsynchronisierung
zwischen der Eingangwelle 44 und der neutralen Nabe 88 in
Abhängigkeit
von einer Bewegung der Bereichsmuffe 92 aus einer dargestellten
neutralen Position (die mit der Positionslinie "N" gekennzeichnet
ist) in eine Hochbereichsposition (die mit der Positionslinie "H" gekennzeichnet ist) herzustellen. Sobald
der Drehzahlsynchronisierprozeß abgeschlossen
ist, kann sich die Bereichsmuffe 92 durch einen ersten
Blockierring 104 bewegen und derart in einen Kupplungseingriff
mit der Kupplungsscheibe 100 kommen, daß ihre Keile 94 mit
Kupplungszähnen 102 in
Eingriff kommen. Wie bereits erwähnt,
verbleibt die Bereichsmuffe 92 zusätzlich zum Eingriff mit der
Kupplungsscheibe 100 auch in Eingriff mit der neutralen
Nabe 88. Dementsprechend wird dann, wenn die Bereichsmuffe 92 in
ihrer H-Position angeordnet ist, die Kupplungsscheibe 100 derart
an die neutrale Nabe 88 angekoppelt, daß das Hohlrad 58 so
gekoppelt ist, daß es
mit derselben Drehzahl umläuft
wie die Eingangswelle 44. Wenn sowohl das Hohlrad 58 als
auch das erste Sonnenrad 60 so angekoppelt sind, daß sie sich
gemeinsam mit der Eingangswelle 44 drehen, werden die ersten
Planetenräder 62 daran
gehindert, sich um ihre Achsen zu drehen, wodurch wiederum die Trägerbaugruppe 56 dazu
gezwungen ist, sich als eine Einheit zusammen mit der Eingangswelle 44 zu
drehen, wodurch die Hochbereichs-Antriebsverbindung hergestellt
wird.
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Die Bereichskupplungsvorrichtung 72 umfaßt zusätzlich eine
zweite Synchronisierbaugruppe 106, die betriebsbereit zwischen
der neutralen Nabe 88 und einer stationären Bremsscheibe 108 angeordnet
ist, welche (über
eine Keilverzahnungsverbindung) am Verteilergetriebegehäuse 46 fixiert
ist. Die zweite Synchronisierbaugruppe 106 dient dazu,
in Abhängigkeit
von einer Bewegung der Bereichsmuffe 92 aus ihrer N-Position
in Richtung auf eine Niedrigbereichsposition (die mit der Positionslinie "L" gekennzeichnet ist) eine Drehzahlsynchronisierung zwischen
der Bremsscheibe 108 und der neutralen Nabe 88 herzustellen.
Sobald die Drehzahlsynchronisierung abgeschlossen ist, ist die Bereichsmuffe 92 in
der Lage, sich durch einen zweiten Blockierring 110 zu
bewegen und derart in einen Kupplungseingriff mit der Bremsscheibe 108 zu
kommen, daß ihre Keile 94 in
die Kupplungszähne 112 an
der Bremsscheibe 108 eingreifen. Die Kopplung der Bremsscheibe 108 an
die neutrale Nabe 88 führt
dazu, daß ein
Hohlrad 58 stationär
gehalten wird. Befindet sich die Bereichsmuffe 92 in ihrer
L-Position, so treibt das erste Sonnenrad 60 die ersten
Planetenräder 62 derart
um das stationäre
Hohlrad 58 an, daß die
Trägerbaugruppe 56 mit
einem relativ zur Eingangswelle 44 herabgesetzten Geschwindigkeitsverhältnis angetrieben
und so die Niedrigbereichs-Antriebsverbindung hergestellt wird.
Als erste Synchronisierbaugruppe 98 und zweite Synchronisierbaugruppe 106 kann
jede beliebige herkömmliche
Konstruktion dienen, wie etwa eine Single-Cone- oder eine Dual-Cone-Anordnung.
Für einen
Fachmann auf diesem Gebiet ist somit klar, daß jeder beliebige geeignete
Synchronisieranordnungstyp zur Vereinfachung der Drehzahlsynchronisierung
zwischen den direkt miteinander zu koppelnden Bestandteilen eingesetzt werden
kann.
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Die Bereichsmuffe 92 ist
in ihrer (durch die Positionslinie "N" gekennzeichneten)
neutralen Position dargestellt, in der ihre Keile 94 nicht
mehr mit den Kupplungszähnen 102 an
der Kupplungsscheibe 100 und den Zähnen 112 an der Bremsscheibe 108,
jedoch mit den Keilen 96 an der neutralen Nabe 88 in Eingriff
ste hen. Die Drehbetätigung
der Eingangswelle 44 an sich verursacht eine Drehbewegung
des ersten Sonnenrads 60 und der ersten Planetenräder 62 um
ihre Achsen, während
der Träger 56 stationär bleibt.
Somit verursachen die ersten Planetenräder 62 eine Drehbewegung
des Hohlrades 58 und der neutralen Nabe 88. Da
die Bereichsmuffe 92 die neutrale Welle 88 weder
an die Kupplungsscheibe 100 noch an die Bremsscheibe 108 koppelt,
wenn sie sich in ihrer N-Position befindet, wird kein Antriebsdrehmoment
durch die Trägeranordnung 56 auf
die vordere und hintere Ausgangswelle 32 bzw. 42 übertragen,
wodurch der neutrale Leerlaufmodus hergestellt ist.
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Wie bereits erwähnt, fungiert der zweite Getriebesatz 54 als
Zwischenachsdifferential. Im einzelnen dient dabei die Trägerbaugruppe 56 als
Eingangselement, während
das zweite Sonnenrad 76 und das dritte Sonnenrad 78 die
Ausgangselemente darstellen. Somit verursacht die Drehbetätigung der
Trägerbaugruppe 56 eine
vorbestimmte Aufteilung (d. h. ein vorbestimmtes Verteilungsverhältnis) des
durch das zweite Sonnenrad 76 an die hintere Ausgangswelle 42 und
durch das dritte Sonnenrad 78 an die Hohlwelle 84 zu übertragenden
Drehmoments. Wie sich der Zeichnung entnehmen läßt, ist eine Verteilerbaugruppe 114 dazu
vorgesehen, wahlweise ein Antriebsdrehmoment von der Hohlwelle 84 auf
die vordere Ausgangswelle 32 zu übertragen. Die Verteilerbaugruppe 114 umfaßt ein Antriebskettenrad 116, das
drehbeweglich auf der Hohlwelle 84 gehaltert ist, ein angetriebenes
Kettenrad 118, das an der vorderen Ausgangswelle 32 fixiert
ist, und eine Endloskette 120, die das angetriebene Kettenrad 118 mit
dem Antriebskettenrad 116 verbindet.
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Als Mittel zum wahlweisen Herstellen
wenigstens dreier verschiedener Antriebsverbindungen zwischen dem
zweiten Getriebesatz 54 und der vorderen und hinteren Ausgangswelle 32 bzw. 42 enthält das Verteilergetriebe 20 einen
synchronisierten Betriebsartwechselmechanismus 122. Der
synchronisierte Betriebsartwechselmechanismus 122 umfaßt eine
Betriebsartkupplung 124, die dazu dient, die Hohlwelle 84 wahlweise
an das Antriebskettenrad 116 zu koppeln, um einen differenzierten
(d. h. "permanenten") Vierradantriebsmodus
herzustellen, bei dem eine Geschwindigkeitsdifferenzierung zwischen der
vorderen Ausgangswelle 32 und der hinteren Ausgangswelle 42 auftreten
darf. Die Betriebsartkupplung 124 dient zudem zum wahlweisen
Ankoppeln der Hohlwelle 84 an das Antriebskettenrad 116 und
die hintere Ausgangswelle 42, um so einen nicht differenzierten
(d. h. "gesperrten") Vierradantriebsmodus
herzustellen, in dem eine Drehzahldifferenzierung zwischen der vorderen
Ausgangswelle 32 und der hinteren Ausgangswelle
42 verhindert
wird. Schließlich
dient die Betriebsartkupplung 124 dazu, das Antriebskettenrad 116 wahlweise
von der Hohlwelle 84 zu entkoppeln, um einen Zweiradantriebsmodus
herzustellen, in dem das gesamte Antriebsdrehmoment auf die hintere
Ausgangswelle 42 übertragen
wird. Wie noch im einzelnen erläutert
wird, verwendet der Betriebsartwechselmechanismus 122 eine
Synchronisierbaugruppe, um einen "fliegenden" Betriebsartwechsel zwischen dem Zweiradantriebs- und
dem Vierradantriebsmodus zu ermöglichen.
Das Antriebskettenrad 116 ist drehbeweglich auf der Hohlwelle 84 gehaltert,
da im beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der synchronisierte
Betriebsartwechselmechanismus 122 dazu vorgesehen ist,
wahlweise das Antriebskettenrad 116 aus dem Eingriff mit
der Hohlwelle 84 zu bringen, um den Zweiradantriebsmodus
zusätzlich
zu den zur Verfügung
stehenden permanenten und gesperrten Vierrad-Antriebsmodi herzustellen.
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Die Betriebsartkupplung 124 umfaßt eine Kupplungsnabe 126,
welche (über
eine Keilverzahnungsverbindung) an der Hohlwelle 84 befestigt
ist und einen äußeren zylindrischen
Rand mit darauf ausgeformten externen Keilen 128 aufweist,
eine Betriebsart-Synchronisierbaugruppe 130, eine an dem Antriebskettenrad 116 befestigte
erste Kupplungsscheibe 132, an der externe Kupplungszähne 134 ausgeformt
sind, sowie eine zweite Kupplungsscheibe 136, die an der
hinteren Ausgangswelle 42 angebracht ist und einen äußeren zylindrischen
Rand aufweist, auf dem Kupplungszähne 138 ausgeformt sind.
Die Betriebsartkupplung 124 umfaßt zudem eine erste Betriebsartmuffe 140 mit
internen Keilen 142 und eine zweite Betriebsartmuffe 144 mit
internen Keilen 146. Die Keile 142 der ersten
Betriebsartmuffe 140 stehen in konstantem Eingriff mit
dem externen Keil 128 der Kupplungsnabe 126, wodurch
die erste Betriebsartmuffe 140 relativ zu ihr axial verschoben
werden kann. Die Betriebsartsynchronisierbaugruppe 130 ist
zwischen der Kupplungsnabe 126 und der ersten Kupplungsscheibe 132 angeordnet und
dient dazu, in Abhängigkeit
von der Bewegung der ersten Betriebsartmuffe 140 aus einer
(durch die "2WD"-Positionslinie gekennzeichneten)
Zweirad-Antriebsposition
in eine (durch die "4WD"-Positionslinie gekennzeichnete)
Vierradantriebsposition eine Drehzahlsynchronisierung zwischen der
Nabe 126 und der ersten Kupplungsscheibe 132 herzustellen.
Sobald die Drehzahlsynchronisierung abgeschlossen ist, kann sich
die erste Betriebsartmuffe 140 durch einen Betriebsartblockierring 148 hindurchbewegen
und mit der ersten Kupplungsscheibe 132 derart in Kupplungseingriff
kommen, daß ihre Keile 142 zusätzlich in
die Kupplungszähne 134 eingreifen.
Interne Keile 146 der zweiten Betriebsartmuffe 144 stehen
in konstantem Eingriff mit Kupplungszähnen 138 auf der zweiten Kupplungsscheibe 136,
wodurch die zweite Betriebsartmuffe 144 axial relativ hierzu
verschoben werden kann. Die zweite Betriebsartmuffe 144 ist
relativ zur zweiten Kupplungsscheibe 136 in Achsrichtung
zwischen einer (durch die "LOCK"-Positionslinie gekennzeichneten) gesperrten
Position und einer (durch die "OPEN"-Positionslinie gekennzeichnete)
gelösten
Position hin- und herbewegbar. Befindet sich die zweite Betriebsartmuffe 144 in
ihrer LOCK-Position, so stehen ihre Keile 146 zusätzlich mit
Keilen 128 an der Kupplungsnabe 126 in Eingriff,
um die Hohlwelle 84 an die hintere Ausgangswelle 42 zu
koppeln. Eine Bewegung der zweiten Betriebsartmuffe 144 in
ihre OPEN-Position führt
hingegen dazu, daß ihre
Keile 146 aus dem Eingriff mit den auf der Kupplungsnabe 126 befindlichen
Keilen 128 kommen, wodurch eine Relativdrehung zwischen
der Hohlwelle 84 und der hinteren Ausgangswelle 42 ermöglicht wird.
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Wie sich aus den 2 und 4 ersehen
läßt, ist
mit dem Verteilergetriebe 20 ein Schaltsystem 150 verbunden,
welches eine an der Bereichsmuffe 92 angekoppelte Bereichsgabel 152,
eine an der ersten Betriebsartmuffe 140 angekoppelte erste
Betriebsartgabel 154, eine an der zweiten Betriebsartmuffe 144 angekoppelte
zweite Betriebsartgabel 156, einen Bewegungs-Koordiniermechanismus 158 und
einen Betätiger 160 umfaßt. Die
Bereichsgabel 152 ist an einer Schaltschiene 162 montiert,
die in Gehäusesockeln 164 und 166 gleitbeweglich
gehaltert ist. Die Bereichsgabel 152 ist über einen
Stift 168 derart an der Schiene 162 fixiert, daß sie zusammen
mit dieser eine Gleitbewegung nach vorne und hinten durchführen kann.
Die erste Betriebsartgabel 154 und die zweite Betriebsartgabel 156 sind über Wellenlager
an der Schiene 162 gehaltert. Der Bewegungs-Koordiniermechanismus 158 umfaßt eine
Stellplatte 170, die an einer drehbeweglichen Betätigerwelle 172 fixiert
ist, eine erste durch eine Feder vorgespannte Schaltbaugruppe 174,
die eine Wirkverbindung zwischen der ersten Betriebsartgabel 154 und
der Stellplatte 170 herstellt, und eine zweite durch eine
Feder vorgespannte Schaltbaugruppe 176, die eine Wirkverbindung
zwischen der zweiten Betriebsartgabel 156 und der Stellplatte 170 herstellt.
Zur Steuerung der Bewegung der Bereichsmuffe 92 ist ein
Stößelstift 178 an
der Schiene 162 fixiert, der eine Rolle 180 umfaßt, die
in einem in der Stellplatte 170 ausgebildeten Bereichsschlitz 182 gehaltert
wird. Die Umrisse des Bereichsschlitzes 182 dienen dazu,
die Schiene 162 in Abhängigkeit
der in zwei Richtungen möglichen
Drehung der Stellplatte 170 in eine von zwei Richtungen
zu bewegen.
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Wie sich am besten 4 entnehmen läßt, umfaßt die erste Schaltbaugruppe 174 eine
Klammer 184 mit Endflanschen 186, die über Wellenlager
an der Schiene
162 befestigt sind, eine zwischen einem Endflansch 186 und
der ersten Betriebsartgabel 154 wirkende Feder 188 und
einen Stößelstift 190,
der an der Klammer 184 befestigt und mit einer Rolle 192 versehen
ist, welche in einem in der Stellplatte 170 ausgebildeten
ersten Betriebsartschlitz 194 gehalten wird. Die Umrisse
des ersten Betriebsartschlitzes 194 dienen dazu, die erste
Betriebsartgabel 154 an der Schiene 162 in Abhängigkeit
von einer in zwei Richtungen möglichen
Drehbewegung der Stellplatte 170 in eine von zwei Richtungen
in eine Gleitbewegung zu versetzen. Die Feder 188 dient
dazu, die erste Betriebsartgabel 154 normalerweise in Richtung
ihrer 2WD-Positon hin vorzuspannen. Die zweite Schaltbaugruppe 176 umfaßt eine
Klammer 196 mit Endflanschen 198, die über Wellenlager
an der Schiene 162 angebracht sind, ein Paar von Federn 200,
die zwischen den Endflanschen 198 und den Enden der zweiten
Betriebsartgabel 156 wirken, und einem Stößelstift 202,
der an der Klammer 196 fixiert ist und eine Rolle 204 umfaßt, welche
in einem in der Stellplatte 170 ausgebildeten zweiten Betriebsartschlitz 206 gehalten
wird. Die Umrisse des zweiten Betriebsartschlitzes 206 dienen
dazu, in Abhängigkeit
von einer in zwei Richtungen möglichen
Drehbewegung der Stellplatte 170 eine Gleitbewegung der
zweiten Betriebsartgabel 156 auf der Schiene 162 in
eine von zwei Richtungen zu bewirken. Als Betätiger 160 kann jede
beliebige kraftbetätigte
Vorrichtung, wie etwa ein Getriebemotor/Impulsgeber 210,
dienen, die die Betätigerwelle 172 und
die Stellplatte 170 in Abhängigkeit von durch eine vom
Fahrer betätigte
Betriebsartschaltvorrichtung 212 (z. B. einem Hebel, Druckschaltern,
Drehschaltern etc.) ausgegebenen Betriebsartsignalen in eine Drehbewegung
versetzen kann, um einen gewünschten
Antriebsmodus herzustellen. Alternativ hierzu könnte auch eine mechanische
Gestängebaugruppe
mit der Betätigerwelle 172 verbunden
werden, um ein manuelles Umschalten zwischen den zur Verfügung stehenden
Antriebsmodi zu ermöglichen.
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In 5 ist
eine Tabelle gezeigt, der sich eine Aufstellung der Kombinationsmöglichkeiten
von Bereichspositionen der Bereichsmuffe 92 und Betriebsartpositionen
der ersten Betriebsartmuffe 140 und der zweiten Betriebsartmuffe 142 zum
sequentiellen Herstellen einer Anzahl durch das Verteilergetriebe 20 zur
Verfügung
gestellter unterschiedlicher Antriebsmodi entnehmen läßt. Im einzelnen
wird dabei ein Zweirad-Hochbereichsantriebsmodus (2WD-H) hergestellt,
wenn sich die Bereichsmuffe 92 in ihrer H-Position, die
erste Betriebsartmuffe 140 in ihrer 2WD-Position und die zweite Betriebsartmuffe 142 in
ihrer OPEN-Position befindet. Ein permanenter Vierrad-Hochbereichsantriebsmodus
(4DIFF-H) wird hergestellt, indem die erste Betriebsartmuffe 140 in
ihre 4WD-Position geschaltet wird, während die zweite Betriebsartmuffe 142 in
ihrer OPEN-Position und die Bereichsmuffe 92 in ihrer H-Position
gehalten wird. Ein gesperrter Vierrad-Hochbereichs-Antriebsmodus (4LOCK-H)
wird hergestellt, indem die zweite Betriebsartmuffe 142 in
ihre LOCK-Position gebracht wird, während die erste Betriebsartmuffe 140 in
ihrer 4WD-Position und die Bereichsmuffe 92 wiederum in ihrer
H-Position verbleibt. Ein gesperrter Vierrad-Niedrigbereichs-Antriebsmodus
(4LOCK-L) wird hergestellt, indem die Bereichsmuffe 92 in
ihre L-Position bewegt wird, während
die erste Betriebsartmuffe 140 in ihrer 4WD-Position und
die zweite Betriebsartmuffe 142 in ihrer LOCK-Position
verbleiben. Ein permanenter Vierrad-Niedrigbereichs-Antriebsmodus (4DIFF-L)
wird hergestellt, indem die zweite Betriebsartmuffe 142 in
ihre OPEN-Position bewegt wird, während die erste Betriebsartmuffe 140 in
ihrer 4WD-Position und die Bereichsmuffe 92 in ihrer L-Position
verbleibt. Ein Zweirad-Niedrigbereichs-Antriebsmodus (2WD-L) wird
hergestellt, indem die erste Betriebsartmuffe 140 in ihre
2WD-Position bewegt wird, während
die zweite Betriebsartmuffe 142 in ihrer OPEN-Position
und die Bereichsmuffe 92 in ihrer L-Position verbleibt. Schließlich wird ein
Leerlaufmodus hergestellt, indem die Bereichsmuffe 92 in
ihre N-Position bewegt wird, während
die erste Betriebsartmuffe 140 in ihrer 2WD-Position und die
zweite Betriebsartmuffe 142 in ihrer OPEN-Position verbleibt.
Zwar reicht es für
die genannte Antriebsmodusfolge aus, nur entweder die Bereichsmuffe 92 oder
die erste oder zweiten Betriebsartmuffe 140 bzw. 142 zu
bewegen, um den nachfolgenden Antriebsmodus herzustellen; die Erfindung
ist aber nicht auf eine derartige Abfolge begrenzt, und es ist auch
nicht notwendig, daß alle
sieben Antriebsmodi zur Verfügung
stehen. Insbesondere kann die Anzahl der Antriebsmodi, die durch
Betätigung
des Schaltbetätigers 212 hergestellt
werden können,
entsprechend den speziellen Anforderungen an die Einsatzmöglichkeiten
der einzelnen unterschiedlichen Fahrzeuge ausgewählt werden.
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Die obige Beschreibung offenbart
und beschreibt verschiedene Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung. Für
einen Fachmann auf diesem Gebiet wird aus dieser Beschreibung, der
beigefügten
Zeichnung und den beiliegenden Ansprüchen klar, dass hierbei verschiedene
Modifikationen, Abwandlungen und Variationen möglich sind, ohne den durch
die nachfolgenden Ansprüche
festgelegten Rahmen der Erfindung zu überschreiten.