DE69402776T2

DE69402776T2 - Verteilergetriebe für vierradgetriebene Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE69402776T2
Application number: DE69402776T
Authority: DE
Inventors: Ray F Hamilton; Mark A Lindsey; Ronald A Schoenbach; Dan J Showalter
Original assignee: Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2014-05-28
Also published as: KR950003053A; EP0636506A1; US5409429A; DE69402776D1; US5520590A; EP0636506B1; KR100325273B1; JPH0776234A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verteilergetriebe zum Antrieb eines primären und eines sekundären Antriebstranges und insbesondere, aber nicht ausschließlich ein Verteilergetriebe in einem Fahrzeug mit Vierradantrieb mit einem Planetenrad-Untersetzungsgetriebe für hohe und niedere Drehzahl und mit mehreren Kupplungen zur Anwahl der direkten und untersetzten Ausgangsdrehzahl des Planetengetriebes an zwei Ausgangswellen. Das Verteilergetriebe kann entweder unmittelbar oder mit gezielt gesteuertem Gangwechsel angesteuert werden.
Die Vorteile des Vierradan triebes, bei kleineren Lastwagen, Sport-Nutzfahrzeugen, Geländefahrzeugen und Pkws sind allgemein bekannt. Eine verbesserte Fahrzeugstabilität und Lenkung erhöhen die Fahrzeugsicherheit z.B. bei nasser, verschneiter oder vereister Straße und verbessern die Geländegängigkeit.
Nicht alle Gesichtspunkte sprechen jedoch für den Vierradantrieb. Wegen des Bauautfwandes und höherer Reibungsverluste ist der Brennstoffverbrauch im Vierradantrieb höher als beim bekannten Einachs-Antrieb.
Der erhöhte Brennstoffverbrauch resultiert auch aus dem zusätzlichen Gewicht des Vierradantriebes. Die Gewichtserhöhung kann wesentlich sein, wenn das System dauernd in Betrieb ist, infolge der erforderlichen höheren Lebensdauer der Bauteile, wohingegen die Gewichtserhöhung etwas geringer ist, wenn der Vierradantrieb nur zeitweise zugeschaltet ist.
Wenn auch die meisten Befürworter des Vierradantriebes anerkennen, daß Nutzen und Vorteil solcher Systeme eher weniger häufig sind und damit Vierradantriebe in den meisten Fällen ausreichen, wenn sie sich auf Zweiradantrieb beschränken und bei Bedarf vom Fahrer oder einem Steuersystem in den Vierradantrieb umgeschaltet werden, so müssen diese Befürworter auch berücksichtigen, daß die Gestaltung solcher zeitweise zugeschalteter Vierradantriebe Aufmerksamkeit bei den mechanischen Bauteilen erfordert, welche die Umschaltung vom Zwei- auf den Vierradantrieb ausführen, sowie auch das Steuersystem, wenn es sich um eine Automatik handelt.
Die zeitweise Zuschaltung des Vierradantriebs erfordert bestimmte betriebliche Merkmale. Wenn beispielsweise bestimmte Antriebssysteme und Fahrzeuge unter Drehzahl vom Zwei- auf den Vierradantrieb umgeschaltet werden, so müssen andere Systeme zum vollständigen Stillstand gebracht werden, bevor die Schaltungen erfolgen. Ferner erlauben bestimmte Bauweisen des Antriebsstranges eine einfache Abschaltung des Vierradantriebs und die Rückkehr zum Zweiradantrieb bei hohen Drehzahlen, während es bei anderen Systemen erforderlich ist, daß das Fahrzeug angehalten und etwas zurückgesetzt wird, um das System zu lösen. Offensichtlich ist aber ein fliegender Übergang zwischen Zwei- und Vierradantrieb ein sehr wünscheswertes Merkmal.
Die betrieblichen Unterschiede zwischen den Systemen sind ebenso bedeutend bezüglich des Umschaltens von kleinem und hohem Gang des Verteilergetriebes. Auch hier muß oft das Fahrzeug angehalten werden, oder es darf eine bestimmte Geschwindigkeit nicht überrschreiten oder es sind andere Bedingungen zu beachten. Eine Bauweise, die alle Umschaltungen im vernünftigen Rahmen ermöglicht, ist nicht nur flexibler, sondern verbessert auch die Lebensdauer und den Service insofern, als Vorgänge, die von Fahrfehlern herrühren und damit einen Schaden für das Antriebssystem des Fahrzeugs bedeuten können, in einem anderen System mit höherer Flexibilität als normal, sicher und ohne Probleme bewältigt werden.
Eine weitere Überlegung bei einem manuellen, also vom Fahrer zeitweise zugeschalteten Vierradantrieb, richtet sich auf die Schnittstelle zwischen dem Fahrer und dem Fahrzeug. Drei Antriebsprogramme bietet das typische System: Zweirradantrieb (hohe Drehzahl), Vierradantrieb mit hoher Drehzahl und Vierradantrieb mit kleiner Drehzahl. In bekannter Weise liefern zwei Schalter die Steuerimpulse an ein Steuergerät, das für die richtige Abfolge und Betätigung beispielsweise der Sperrnaben und des Drehzahlbereiches des Verteilergetriebes und der Kupplungen sorgt. Ein erster Schalter für den Vierradantrieb mit hoher Drehzahl vorgesehen und schaltet das Verteilergetriebe mit dem Fahrzeug in dieses Antriebsprogramm. Ein zweiter Schalter ist für den Vierradantrieb mit geringer Drehzahl vorgesehen. Das Steuergerät verhindert auch Umschaltungen bei bestimmten Fahrzeugbedingungen, wie bei zu hoher Geschwindigkeit.
Der Zweirradantrieb ist der anfängliche Zustand bzw. Standard. Zum Umschalten in den Vierradantrieb mit hoher Drehzahl wird der entsprechende Schalter momentan gedrückt. Für die Rückkehr in den Zweirradantrieb wird dieser Schalter für den Vierradantrieb mit hoher Drehzahl nochmals gedrückt. Zum Zuschalten des Vierradantriebs mit kleiner Drehzahl wird ein Schalter mit Vierradantrieb und kleiner Drehzahl einmal gedrückt. Für die Rückkehr in den Zweirradantrieb muß zuerst der Schalter für Vierradantrieb mit kleiner Drehzahl momentan gedrückt werden und damit schaltet das Antriebssystem in den Vierradantrieb mit hoher Drehzahl. Dann muß der Schalter mit Vierradantrieb mit hoher Drehzahl niedergedrückt werden und damit kehrt das Antriebssystem in den Zweiradantrieb zurück. Hieraus ergibt sich, daß eine einfachere Umschaltung hinsichtlich des Vierradantriebes mit kleiner Drehzahl wünschenswert wäre.
Die Bau- und Betriebsweise der mechanischen und elektronischen Bauteile für zeitweisen Vierradantrieb sind Gegenstand großer Anstrengungen in der Entwicklung. Dabei richten sich die Bestrebungen oftmals auf die sogenannten Übergangszustände, d.h. die Bauteile, Maßnahmen und Betriebsabläufe des Antriebssystems, wenn es zwischen dem Zweirad- und Vierradantrieb sowie zwischen hoher und geringer Drehzahl hin und her geschaltet wird.
Der Stand der Technik im Vierradantrieb und hinsichtlich Verteilergetriebe zeigt, daß verschiedene Lösungen für die betrieblichen Vorgänge in Betracht gezogen wurden. Der Stand der Technik zeigt aber auch, daß noch Verbesserungen solcher Antriebssysteme und Bauteile wünschenswert und möglich sind.
Erfindungsgemäß ist ein Verteilergetriebe zur Drehmomentübertragung an einen primären und sekundären Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht aus einem Verteilergetriebe für einen zeitweise zugeschalteten Vierradantrieb mit einem Planetenuntersetzungsgetriebe, das von der Eingangswelle des Verteilergetriebes angetrieben wird und ausgangsseitig einen hohen und geringen Drehzahlbereich hat. Das Planetengetriebe liegt zwischen primären und sekundären verschiebbaren Kupplungsringen, wobei die Primärkupplung die hintere (primäre) Ausgangswelle entweder mit hoher oder geringer Drehzahl antreibt. Fliegendes Iieraufschalten des primären Antriebsstranges aus der kleinen in die große Drehzahl wird ohne weiteres ausgeführt. Die sekundäre Kupplung treibt die vordere (sekundäre) Ausgangswelle über einen Kettentrieb im kleinen Drehzahlbereich an. Die Kupplungsringe werden von einem einzelnen (gemeinsamen) Kupplungsstellglied gesteuert. Eine von der Eingangswelle angetriebene elektromagnetische Kupplung treibt den Kettentrieb für die vordere Ausgangswelle im hohen Drehzahlbereich an. Die elektromagnetische Kupplung dientsowohl zur Synchronisierung als auch zur Drehmomentabgabe und kann zum Antrieb des primären und sekundären Antriebsstranges in einem bestimmten Drehmomentverhältnis moduliert werden. Wenn hier die Beschreibung bezüglich eines Fahrzeugs mit primärem Hinterradantrieb folgt, so gelten die Funktionen des Verteilergetriebes in gleicher Weise für Fahrzeuge mit primärem Vorderradantrieb.
Das Verteilergetriebe kann entweder unmiffelbar oder in einem Zielprogramm für den Gangwechsel gesteuert werden und hat drei Stellungen und Betriebsprogramme: Zweirradantrieb (hohe Drehzahl); Vierradantrieb hohe Drehzahl und Vierradantrieb kleine Drehzahl. Die Auswahl jeweils eines Zustandes der drei Betriebsmöglichkeiten von Seiten des Fahrers mit der erfindungsgemäßen Gangwechselsteuerung ist unmittelbar und verwechslungsfrei.
Zur besseren Frläuterung der Erfindung wird nachstehend eine bevorzugte Ausführungsform beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb und Verteilergetriebe;
Fig. 2 einen Schnitt des Verteilergetriebes, dessen Kupplungen im Vierradantrieb mit kleiner Drehzahl dargestellt sind;
Fig. 3 einen Teilschnitt des Verteilergetriebes, dessen Kupplungen für hohen Drehzahlausgang des Planetenradgetriebes dargestellt sind;
Fig. 4 eine Seitenansicht der Betätigungseinrichtung der elektromagnetischen Kupplung mit Kugel und Rampen längs der Linie 4-4 in Fig. 4;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit Vierradsystem und Verteilergetriebe und Zielprogramm-Ansteuerung und
Fig. 6 eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform der Zielprogramm- Ansteuerung.
In Fig. 1 besitzt der Antriebssystem 10 einen Antriebsmotor 12 und ein Getriebe 14, dessen Ausgang mit dem Verteilergetriebe 16 gekuppelt ist, das eine primäre hintere Ausgangswelle 18 und eine sekundäre vordere Ausgangswelle 20 aufweist. Die hintere Welle 18 ist über eine Hinterradwelle 24 mit einem Hinterachsgetriebe 26 verbunden, das über Halbwellen 30 zwei Hinterräder 32 antreibt. Die vordere Ausgangswelle 20 des Verteilergetriebes 16 ist über eine vordere Antriebswelle 34 mit einem Vorderachsgetriebe 36 verbunden, das über Halbwellen 40 die Vorderräder 42 antreibt. Zwischen Welle 20 und Ausgleichsgetriebe 36 sind Universalgelenke 38 vorgesehen. Die Vorderräder sind mit Sperrnaben 44 versehen, die entweder manuell oder automatisch betätigt werden. Sind solche Spermaben bei dem System der Fig. 5 und anderen automatischen oder halbautomatischen Systemen vorgesehen, so werden sie vorzugsweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch ferngesteuert.
Die hintere Ausgangswelle 18, hintere Antriebswelle 24, das hintere Ausgleichsgetriebe 26, die Universalgelenke 28, Achsen 30 und Hinterräder 32 bilden den hinteren oder primären Antriebsstrang und die Ausgangswelle 20, die vordere Antriebswelle 34, das Ausgleichsgetriebe 36, die Universalgelenke 38, die vorderen Antriebswellen 40, die Vorderräder 42 mit ihren Spermaben 44 bilden den vorderen oder sekundären Antriebsstrang.
Abgesehen von dieser dargestellten und beschriebenen Anordnung des Verteilergetriebes 16 kann dieses natürlich auch in ein Fahrzeug eingebaut werden, das primär Vorderradantrieb hat, während die hinteren Räder zugeschaltet werden.
Entsprechend den Fig. 2 und 3 besitzt das Verteilergetriebe 16 ein mehrteiliges, insbesondere gegossenes Gehäuse 50 mit Öffnungen für Wellen und Befestigungen, Montageflächen und Nuten für Dichtungen, Lager, Halteringe und andere innere Bauteile. Eine Eingangswelle 52 mit Keilnuten 54 zur Verbindung mit dem Getriebe 14 ist in dem Gehäuse 50 gelagert, nämlich einerseits mit einem Wälzlager bzw. Kugellager 56, und ist mit einer Dichtung 58 an der Vorderseite abgedichtet. Am anderen Ende des Gehäuses so ist ein Kugellager 62 vorgesehe, mit dem eine primäre oder erste Ausgangswelle 66 gelagert ist, die mit einer Dichtung 64 abgedichtet ist. Die primäre Ausgangswelle 66 hat am einen Ende eine Blindbohrung 68 mit einem Nadellager 72 zur Lagerung des Wellenendes 74 der Eingangswelle 52. Ein Wälzlager 76 lagert die Welle 66 zwischen dem Nadellager 72 und dem Kugellager 62.
Das Gehäuse 50 des Verteilergetriebes 16 lagert auch eine sekundäre oder zweite Ausgangswelle 78 mit zwei Wälzlagern, nämlich einem Kugellager 80 und einem Nadellager 82. Die Abtriebswelle 78 ist mit Keilnuten 84 und einer Dichtung 86 zwischen dem Gehäuse 50 und dem Universalgelenk 38 versehen.
Auf der Abtriebswelle 66 sitzt zwischen den Wälzlagern 62 und 76 eine Gerotor-Pumpe 88. Diese Pumpe 88 dient in bekannter Weise zum Ansaugen von Schmiermittel aus einem nicht dargestellten Sumpf, worauf das Schmiermittel den einzelnen Komponenten des Verteilergetriebes 18 über radiale Kanäle 92 und einen axialen Kanal 94 zugeführt wird, die in der primären Abtriebswelle 66 und einem Teil der Eingangswelle 52 vorgesehen sind.
An dem dem Getriebe 14 zugekehrten Ende des Verteilergetriebes 16, d.h.am Ende mit der Eingangswelle 52, liegt eine elektromagnetische Scheibenkupplung 100. Die Kupplung 100 sitzt auf der Antriebswelle 52 und besitzt einen Antriebsring 102, der über Keilnuten 104,106 mit der Eingangswelle 52 verbunden ist. Eine Seite des Antriebsringes 102 ist mit mehreren am Umfang beabstandeten Ausnehmungen 108 versehen, die schräge Abschnitte in Schraubenform gemäß Fig. 4 aufiveisen. In allen Ausnehmungen 108 liegt eine Kugel 110 zur Drehmomentübertragung.
Ein neben dem Antriebsring 102 liegender Abtriebsring 112 weist ebenfalls mehrere Ausnehmun gen 114 auf der Gegenseite auf, die den gleichen Querschnitt wie die Ausnehmungen 108 aufweisen. Die schrägen Rampen der Ausnehmungen 108 und 114 wirken mit den Kugeln 110 zusammen und drücken die beiden Ringe 102 und 112 bei relativer Verdrehung auseinander. Offensichtlich können die Ausnehmungen 108, 114 mit den Kugeln 110 durch andere mechanische Elemente ersetzt werden, die ebenfalls die Kupplungsringe 102 und 112 bei einer relativen Verdrehung auseinanderschieben. So lassen sich beispielsweise konische Rollen in entsprechenden konischen Querschnitten verwenden.
Der Abtriebsring 112 ist an der Antriebswelle 52 drehbar gelagert und besitzt einen radial nach außen reichenden Kupplungsflansch 116. Eine Druckfeder 118 auf der Welle 52 ist von einem Haltering 120 gehalten, der in einer Nut 122 der Eingangswelle 52 einsitzt. Die Druckfeder 118 kann aus mehreren Tellerfedern oder gewellten Federblechen bestehen. Die Druckfeder 118 übt eine Rückstellkraft auf den Abtriebsring 112 und den Kupplungsflansch 116 aus, nämlich in den Fig. 2 und 3 eine nach links gerichtete Kraft.
Links vom Kupplungsflansch 116 liegt ausgerichtet eine flache Kreisscheibe 124 und neben dieser ein Kupplungsanker 126. Dieser besitzt Zähne oder Keilnuten 128 am Umfang, die in entsprechende Zähne oder Nuten 132 axial am inneren zylindrischen Umfang eines Kupplungsgehäuses 134 greifen. Neben dem Anker 126 gegenüber der Scheibe 124 und dem Kupplungsflansch 116 liegt ein Gehäusering 136 für die Wicklung. Der Gehausering 136 ist frei drehbar auf einem entsprechend gestalteten gehäusefesten Montagering 138 angeordnet. Der Gehäusering 136 rotiert mit dem Antriebsring 112 über die Keilnutverbindung 140. Der Montagering 138 ist am Gehäuse 50 mit Elementen 142 verbunden. Der Montagering 138 trägt eine elektromagnetische Wicklung 144, die über Leiter 146 an eine Stromquelle angeschlossen ist.
Neben dem Kupplungsflansch 116 im Gehäuse 134 liegen Kupplungsscheiben 148. Diese bestehen aus mehreren zusammengesetzten Reibplatten oder Scheiben 152. Mehrere erste größere Scheiben 152A sind mit der Welle 52 über Keilnuten 154 drehfest verbunden, die in Nuten 104 der Antriebswelle 52 greifen. Zweite kleinere Scheiben 152B liegen zwischen den Scheiben 152A und greifen mit Nuten 156 am Außenumfang in Nuten oder Zähne 132 am Innenumfang des Ringgehäuses 134 greifen.
Wird die Wicklung 144 der Kupplung 100 erregt, so wird der Anker 126 an das Spulengehäuse 136 gezogen und die dabei auftretende Reibung des Ankers 126 am Spulengehäuse 136 und die sich dadurch ergebende Hemmung veranlaßt die Kugeln 110, auf den Rampen der Ausnehmungen 108 und 114 aufwärts zu wandern, und damit den Abtriebsring 112 und den Kupplungsflansch 116 auseinanderzuschieben. Die magnetische Anziehungskraft und die sich daraus ergebende Reibhemmung, die Größe des von der Antriebswelle 52 über die Kupplungsscheiben 148 zum Gehäusering 134 übertragenen Drehmoments sind abhängig von der Höhe des Stroms in der Wicklung 144 und somit abhängig vom Magnetfeld steuer- und einstellbar.
Die Druckfeder 118 liefert eine Rückstellkraft zum Rückführen des Abtriebsringes 112 zum Antriebsring 102, so daß die lastübertragenden Kugeln 110 in die Mittellage in den Ausnehmungen 106 und 114 zurückkehren und damit ein maximales Spiel und eine minimale Reibung zwischen den Komponenten der Kupplung 100 herbeiführen, wenn die Kupplung entregt ist. Ein bedeutendes Entwurfsmerkmal der Ausnehmungen 108, 114 und der Kugeln 110 liegt darin, daß die Geometrie zusammen mit der Druckfeder 118 und dem Spiel der Kupplung sicherstellt, daß diese nicht selbst blockiert. Die Kupplung 100 darf nicht von selbst einrücken, sondern muß vielmehr abhängig vom Erregerstrom in der Wicklung 144 proportional arbeiten.
Das Gehäuse 134 ist in geeigneter Weise, wie Gewindeschrauben 116 mit einem Kettenrad verbunden, das frei auf der Antriebswelle 52 drehbar ist. Hierzu sind Wälzlager, wie das Nadellager 164, vorgesehen. Das Kettenrad 162 hat mehrere Zähne 166 zum Antriebseingriff mit einer Kette 168. Diese umschlingt ein angetriebenes Kettenrad 172 mit Zähnen 174 und Keilnuten 176 in seiner Innenbohrung 178, welche in entsprechende Nuten 84 der sekundären Abtriebswelle 78 greifen.
Das Kettenrad 162 besitzt mehrere Keilnuten oder Zähne 180, die im Eingriff mit entsprechenden Nuten bzw. Zähnen 182 an der Innenseite einer sekundären Mitnahmekupplung 184 greifen. Die Mitnehmerkupplung 184 besteht aus einer radialen Scheibe 186, von der ein Teil frei drehbar in einer Gabel 188 einer sekundären Gangwechselgabel 192 liegt. Die Gangwechselgabel 192 hat einen Lagerring 164, der auf einer Steuerstange 196 verschiebbar ist, die im Gehäuse 50 verschiebbar angeordnet ist. Neben dem Lagerring 194 nahe der Kette 168 und an der Steuerstange 196 ist eine Druckfeder 198 vorgesehen. Ein Federanschlag 202 in Form eines Stiftes reicht radial durch die Steuerstange 196 und eine Scheibe an der Steuerstange dient als Anschlag für die Druckfeder 198, deren anderes Ende an dem Lagerring 194 anliegt. Ein entsprechender Anschlag 204, ebenfalls ein radialer Stift in der Steuerstange 196 oder ein Sicherungsring, liegt neben dem anderen Ende des Lagerrings 194 und begrenzt die Verschiebung der Gangwechselgabel 192 auf der Stange 196 entsprechend der Kraft der Druckfeder 198. Das Zusammenwirken des Federanschlags 202 und des Grenzanschlags 204 mit dem Lagerring 194 der sekundären Gangwechselgabel 192 und der Druckfeder 198 bietet eine elastische Kupplung zwischen der Steuerstange 196 und der Gangwechselgabel 192, wenn die Steuerstange 196 in den Fig. 2 und 3 nach rechts schiebt. Die Druckfeder 198 läßt sich auch dazu verwenden, eine Vorspannung auszuüben, um die Gangwechselgabel 192 an den Grenzanschlag 204 zu drücken, falls dies gewünscht wird.
Wird die sekundäre Mitnehmerkupplung 184 nach rechts bewegt (Fig. 2 und 3), so erfassen die Zähne 182 entsprechende Zähne 206 am sekundären Antriebsring 206.
Dieser sekundäre Antriebsring 208 dient als Abtriebsglied des Planetengetriebes 210. Dieses Untersetzungsgetriebe besteht aus einem Planetenträger 212, der über eine Keilnutverbindung 214 mit dem Antriebsring 208 drehfest verbunden ist. Der Träger 212 trägt mehrere feste Wellenstümpfe 216, von denen einer in Fig. 3 dargestellt ist, und auf denen jeweils ein Planetenrad 218 sitzt. Alle Planetenräder 218 kämmen mit den Zähnen 220 eines gehäusefesten Ringrades 222, das im Gehäuse 50 befestigt ist.
Ferner kämmt laufend ein Zentralrad 224 mit den Planetenrädem 218. Das Zentralrad 224 hat am Umfang Zähne 226 und ist mit der Antriebswelle 52 drehfest verbunden über die Keilnutverbindung 228. Ein primärer Antriebsring 232 ist ebenfalls mit der Antriebswelle 52 über eine Keilnutverbindung 234 verbunden und liegt unmittelbar neben der Seite des Zentralrades 228 gegenüber dem sekundären Antriebsring 208. Der primäre Antriebsring 232 hat mehrere Zähne oder Nuten 236 an seinem Umfang. Gewünschtenfalls kann der primäre Antriebsring 232 mit dem Zentralrad 224 verbunden oder an diesem angeformt sein.
Eine primäre Mitnehmerkupplung 238 besitzt innere Zähne oder Nuten 242 entsprechend den Zähnen oder Nuten 236 am Umfang des primären Antriebsrings 232. Die primäre Mitnehmerkupplung 238 gleitet axial mit Zähnen oder Nuten 244 auf dem benacbbarten Endabschnitt der Abtriebswelle 66. Die Außenseite der Mitnehmerkupplung 238 neben dem Zentralrad 224 ist mit Zähnen oder Vorsprüngen 246 versehen. Diese greifen in entsprechende Zähne bzw. Nuten 248 am Planetenträger 212. Die primäre Mitnehmerkupplung 238 hat ferner eine Ringseheibe 252, die in einer Gabel 252 einer primären Gangwechselgabel 256 liegt. Die primäre Gangwechselgabel 256 hat ferner einen Ring 258, der an der Steuerstange 196 befestigt ist.
Ein Stellglied 262 für den Gangwechsel, das elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeitet, wird über eine Leitung 264 angesteuert und verschiebt die Steuerstange 196 und damit die Mitnehmerkupplungen 184 und 238 in drei unterschiedliche Stellungen und zwar nach links in den Fig. 2 und 3 für hohe Drehzahl, nach rechts für die kleine Drehzahl und in eine neutrale Stellung in der Mitte zwischen links und rechts, wobei in dieser Stellung die sekundäre Mitnehmerkupplung 184 den sekundären Antriebsring 208 nicht erfaßt und auch die primäre Mitnehmerkupplung 238 weder den primären Antriebsring 232 noch den Planetenträger 212 erfaßt.
In Fig. 5 ist das Antriebssystem 10 der Fig. 1 nochmals dargestellt und enthält alle Maßnahmen und Komponenten, insbesondere das Verteilergetriebe 16 und die Sperrnaben 44 vorne am Fahrzeug im sekundären Antriebsstrang. Wie bereits erläutert, ist die Erfindung in gleicher Weise für einen Vorderradantrieb primär und Hinterradantrieb sekundär geeignet.
Die Sperrnaben 44 lassen sich pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch betätigen. Eine Leitung 266 liefert ein Steuersignal bzw. Energie zur Betatigung der Sperrnaben 44. Die Leitung 266 und die Leitungen 146 und 264 führen alle zu einem Steuergerät 270. Dieses besitzt einen Mikroprozessor zum Überwachen und Steuern des Vierradantriebes. Das Steuergerät 270 erhält auch noch andere Signale, beispielsweise den am Getriebe 14 eingestellten Gang, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Drehzahl des Motors 12 usw.. Das Steuergerät 270 erhält ferner Signale über die Leitungen 272 von einem Steuerschalter 274 für einen unmittelbaren oder programmierten Gan gwechsel. Vorzugsweise hat der Steuerschalter 274 drei Schaltstellungen. Eine Leitung 272A ist mit einem mittigen Anschluß des Steuerschalters 274 verbunden, wobei ein Schleif am Schalter 274 ein Kontaktstück 276 kontaktiert und damit ein Signal über die Leitung 272B an das Steuergerät 270 überträgt, wonach Zweiradantrieb (hohe Drehzahl) vom Fahrer angewählt wurde. Der Schalter 274 kann dann in eine Mittelstellung verdreht werden, in der die Leitung 272A mit dem Kontaktstück 278 verbunden wird und damit über die Leitung 272C mit dem Steuergerät. In dieser Schaltstellung ist der Allradantrieb, hier Vierradantrieb, mit hoher Drehzahl angewählt. Schließlich kann der Schalter 274 weiter verdreht werden, so daß die Leitung 272A mit dem Kontaktstück 280 und damit über die Leitung 272D mit dem Steuergerät 270 verbunden wird. In dieser Stellung ist der Vierradantrieb im kleinen Drehzahlbereich angewählt. Es wird daraufhingewiesen, daß eine der Leitungen 2728, C oder D weggelassen werden kann, wenn beispielsweise das Steuergerät 270 ein bestimmtes Standardantriebsprogramm hat und so kein Rückstellsignal auf den beiden verbleibenden Leitungen benötigt.
In jeder Stellung liefert das Steuergerät 270 Signale über die Leitungen 146, 264 und 266 für die richtige Betatigung der elektromagnetischen Kupplung 100, des Gangwechsel-Stellgliedes 262 und der Sperrnaben 44. Mit dem Dreistellungs-Drehschalter 274 ist es möglich, daß der Fahrer unmittelbar und eindeutig eine der drei Betriebsweisen des Vierradantriebes 10 auswählen kann.
Fig. 6 zeigt eine erste abgeänderte Ausführungsform für die in Fig. 5 dargestellte unmittelbare oder gezielte Gangwechselsteuerung. Das in Fig. 6 dargestellte System besitzt ein Steuergerät 270' ähnlich dem Steuergerät 270 der Fig. 5, das somit Steuersignale bzw. Energie über die Leitungen 146, 264 und 266 an die Komponenten des Antriebssystems 10 führen. Das Steuergerät 270' erhält ferner Signale bezüglich der Motordrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des gewählten Ganges von entsprechenden Sensoren im Fahrzeug. Das Steuergerät 270' unterscheidet sich insofern, als es von Momentschaltern Pulse oder gepulste Signale erhält und elektrische Signale an Anzeigen liefert, die den Fahrer über die eingestellte Antriebsweise informieren.
So liefert die Leitung 292A vom Steuergerät 270' elektrische Energie oder ein Logiksignal an mehrere Drucktastenschalter. Ein erster Drucktastenschalter 294 wird kurzzeitig niedergedrückt, um den Zweiradantrieb (hohe Drehzahl) anzuwählen. Eine Leitung 292B liefert dieses Signal, also den Impuls zum Steuergerät 270'. Ein zweiter Drucktastenschalter 296 wird kurzzeitig niedergedrückt, um den Vierradantrieb für hohe Drehzahl anzuwählen und die Leitung 292C liefert ein Signal bzw. den Impuls an das Steuergerät 270'. Ein dritter Druektastenschalter 298 kann kurzzeitig vom Fahrer niedergedrückt werden, um den Vierradantrieb im kleinen Drehzahlbereich zuzuschalten. Über die Leitung 292D wird das Signal bzw. der Impuls zum Steuergerät 270' übertragen. Es ist einsehbar, daß der Fahrer eine der Tasten 294, 296 oder 298 unmittelbar auswählt und drückt und damit unmittelbar und eindeutig die gewünschte Antriebsweise auswählt. Eine erste Anzeigelampe oder LED 302 ist über die Leitungen 308A und 308B an das Steuergeröt 270 angeschlossen und leuchtet au{ wenn Zweiradantrieb ausgewählt wurde. Eine zweite Anzeigelampe oder LED 304 wird über die Leitung 308C erregt und leuchtet bei Vierradantrieb im hohen Drehzahlbereich aus. Schließlich wird eine dritte Anzeigelampe oder LED 306 über die Leitung 308D an Spannung gelegt und leuchtet beim Vierradantrieb im geringen Drehzahlbereich auf. Die Lampen oder LEDs 302, 304, 306 können mit den Drucktasten 294, 296 und 298 kombiniert sein und können auch unterschiedliche Farben wie Grün, Gelb und Rot haben, um so die angewählte Betriebsweise deutlich zu machen.
Ein wesentliches Merkmal des Verteilergetriebes 16 liegt in der Anordnung bzw. Zuordnung der Komponenten in Längsrichtung der Antriebswelle 52 und Abtriebswelle 66. So ist das Kettenrad 162 zum Antrieb der Vorderachse 42 über die zweite Abtriebswelle 78 zwischen der Scheibenkupplung 100 und der sekundären Mitnehmerkupplung 184 angeordnet. Das Kettenrad 162 ist am ringförmigen Kupplungsgehäuse 134 der Scheibenkupplung 100 befestigt. So erhält das Kettenrad 162 auf der einen Seite ein moduliertes oder direktes Drehmoment mit hoher Drehzahl. Die sekundäre Mitnehmerkupplung 184 kann in Antriebsverbindung mit den Zähnen 206 am sekundären Antriebsring 208 treten und damit den Planetenträger 212 des Planetengetriebes 210 kuppeln. Damit erhält das Kettenrad 162 Drehmoment im kleinen Drehzahlbereich von der anderen Seite.
So gibt es zwei Drehmomentwege zwischen der Antriebswelle 52 und dem Kettenrad 162. Der erste Weg geht über die Scheibenkupplung 100 und das gelieferte Drehmoment kann so abgestuft bzw. moduliert werden, daß das Kettenrad 162 und seine angetriebenen Komponenten auf eine gewünschte Drehzahl gebracht werden, d.h. sie werden auf eine bestimmte Drehzahl abhängig von der Zeit synchronisiert (dV/dt). Ferner kann das Einrücken der Kupplung 100 und damit die Drehmomentübertragung mit Hilfe eines Schlupfsteuersystems moduliert werden, das keinen Teil der Erfindung bildet, um das Fahrzeugverhalten bei schlechten Traktionsbedingungen zu verbessern. Andererseits erhält man den direkten Antrieb mit hoher Drehzahl am Kettenrad 162 und den Komponenten des sekundären Antriebsstranges durch volle Betätigung und Einrücken der Kupplung 100. Alternativ können das Kettenrad 182 und seine Komponenten des sekundären Antriebsstranges auch direkt und kraftschlüssig vom Planetenträger 212 des Planetengetriebes 210 bei kleiner Drehzahl angetrieben werden, wenn die sekundäre Mitnehmerkupplung 184 mit den Zähnen 206 den sekundären Antriebsring 208 kuppelt. Die primäre Mitnehmerkupplung 238 und ihre inneren Zähne 242 und äußere Zähne 246 sind so ausgelegt, daß sie zwischen einer Antriebsverbindung mit den Zähnen 236 am Umfang des primären Antriebsringes 232, also für einen direkten Antrieb der Abtriebswelle 66 von Seiten der Antriebswelle 52, oder in Antriebsverbindung mit den Zähnen 248 am Planetenträger 212 des Planetengetriebes 210 treten, so daß der kleine Drehzahlbereich zwischen der Antriebswelle 52 und der Abtriebswelle 66 eingeschaltet ist.
Die Anwahl der großen und kleinen Drelizahlbereiche und das Modulieren bzw. die direkte Drehmomentübertragung von der Antriebswelle zur primären oder ersten Abtriebswelle 66 und der sekundären oder zweiten Abtriebswelle 78 erfolgt durch passende Steuerbefehle am Stellglied 282 und durch Erregen der Wicklung 144, um die Kupplung 100 zu modulieren oder voll zu aktivieren.
Die Verschiebung und das Einrücken der Mitnehmerkupplungen 184 und 238 wird nicht nur mit Hilfe der Anordnung der Komponenten auf der Antriebswelle 52 und der Abtriebswelle 66 bewerkstelligt, sondern auch mit Hilfe der gemeinsamen Kupplungsverbindung der Kupplungen mit der Steuerstange 196.
In der ganz linken Stellung der Steuerstange 196, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, wird die sekundäre Mitnehmerkupplung 184 vom sekundären Antriebsring 208 gelöst. Mit der sekundären Mitnehmerkupplung 184 in dieser Stellung kann die Scheibenkupplung 100 aktiviert bzw. moduliert werden, um das Kettenrad 162 und die Komponenten des sekundären Antriebsstranges auf die Drehzahl der Antriebswelle 52 während einer bestimmten Zeitdauer zu beschleunigen. Ferner kann die Kupplung 100 moduliert werden, um Drehmoment auf das Kettenrad 162 und die Komponenten des sekundären Antriebsstranges auf Kurz- oder Langzeitbasis zu übertragen, um so beispielsweise ein Durchdrehen des Rades zu steuern und die Traktion zu verbessern. Ferner erfaßt die primäre Mitnehmerkupplung 238 in der Stellung der Steuerstange 196 ganz links den primären Antriebsring 232 und stellt dadurch eine direkte Antriebsverbindung von der Eingangswelle 52 zur Ausgangswelle 66 her.
Die Steuerstange 196 kann in eine mittlere Stellung verschoben werden, in der die primäre Mitnehmerkupplung 238 sowohl vom primären Antriebsring 232 und auch vom Planetenträger 212 des Planetengetriebes 210 gelöst wird (die sekundäre Mitnehmerkupplung 184 bleibt gegenüber dem sekundären Antriebsring 234 in dieser Stellung gelöst und wenn die Kupplung 100 nicht aktiviert ist, hat das Keifenrad 162 neutrale Stellung und rotiert frei). In der Annahme, daß die Kupplung 100 nicht aktiviert ist, stellt die mittlere Position der Steuerstange 196 die neutrale Stellung dar, in der weder die erste primäre Abtriebswelle 66 noch die sekundäre Abtriebswelle 78 mit der Antriebswelle 52 gekuppelt sind.
Gemäß Fig. 2 kann die Steuerstange 196 ferner nach rechts vom Stellglied 262 verschoben werden. In dieser Stellung kuppelt die primäre Mitnehmerkupplung 238, die mit der Steuerstange 196 über die Gabel 256 unmittelbar verbunden ist, den Planetenträger 212 des Planetengetriebes 210 mit der Abtriebswelle 66, so daß die primäre Abtriebswelle 66 mit dem kleinen Drehzahlbereich arbeitet und über die Kupplungsverbindung der zweiten Mitnehmerkupplung 184 mit dem sekundären Antriebsring 208 der kleine Drehzahlbereich auch für das Kettenrad 162 und seine Komponenten eingestellt wird.
Da die sekundäre Gangwechselgabel 192 mit der Steuerstange 196 elastisch gekuppelt ist (Druckfeder 198), steuert letztlich das Einrücken der Zähne 246 an der primären Mitnehmerkupplung 236 in die Zähne 248 am Planetenträger 212 die seitliche Verschiebung der Steuerstange 196 hinsichtlich des Gangwechsels vom großen oder neutralen zum kleinen Drehzahlbereich am Abtrieb. Die elastische Verbindung der sekundären Gangwechselgabel 192 mit der Steuerstange 196 läßt ferner eine volle Verschiebung der Steuerstange 196 zu und das Einrücken der sekundären Mitnehmerkupplung 184 in die Zähne 206 des sekundären Antriebsringes 208, sobald sich die Zähne richtig ausrichten.
Die verschiedenen Elemente des Verteilergetriebes 50 gemäß der Erfindung arbeiten so zusammen, daß die primäre Abtriebswelle 66, die in der dargestellten Weise die hinteren Räder 32 antreibt und die sekundäre Abtriebswelle 78, welche -wie dargestellt - die Vorderräder 42 über die Sperrnaben 44 antreibt, im großen oder - kleinen Drehzahlbereich arbeitet oder in Neutralstellung ist. Nochmals, das Verteilergetriebe 50 gemäß der Erfindung kann in ein Fahrzeug eingebaut werden, dessen von der Abtriebswelle 66 angetriebene Räder die Vorderräder sind, während die von der sekundären Abtriebswelle 78 angetriebenen Räder die Hinterräder sind.
Das erfindungsgemäße Verteilergetriebe ermöglicht fliegendes Heraufschalten von der niedrigen auf die hohe Drehzahl. Das Herunterschalten von hoch auf niedrig wird vorzugsweise durchgeführt, wenn das Fahrzeug stillsteht.
Die Scheibenkupplung 100 ermöglicht verschiedene wünschenswerte Funktionen. Als erstes kann sie mit einem Strom geringer Stärke aktiviert werden, um nur einen Bruchteil des an der Antriebswelle 52 verfügbaren Drehmoments dem Kettenrad 162 zuzuführen, um den vorderen Antriebsstrang auf eine Drehzahl zu bringen, die geringer ist oder gleich der Drehzahl der Eingangswelle 52. Die Drehzahl des sekundären Antriebsstranges kann so aufjede gewünschte Drehzahl synchronisiert werden. Die Scheibenkupplung 100 kann aber auch mit einem höheren Strom aktiviert werden, um dem Kettenrad 162 und seinen Komponenten des vorderen Antriebsstranges ein höheres Drehmoment zuzuführen.
Wie bereits erwähnt, kann der jeweilige Pegel für die Betätigung der Scheibenkupplung 100 und für die Drehmomentübertragung von einem Computer gesteuert werden, der die Raddrehzahl erhält, um eine Antriebs- und/oder Traktionssteuerung durchzuführen. Schließlich ermöglicht die Scheibenkupplung 100 eine Synchronisierung und erleichtert ein stoßfreies, fliegendes Schalten vom niederen Drehzahlbereich des Planetengetriebes 210 in den hohen Drehzahlbereich. Dies erfolgt durch Stromanstieg in der Wicklung 144 der Scheibenkupplung 100 und zeitweisen Primärantrieb über die sekundären Räder 42, d.h. die Vorderräder in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, während die primäre Mitnehmerkupplung 238 aus der Stellung für den niedrigen Drehzahlbereich über neutral in den hohen Drehzahlbereich geht, d.h. in die Stellung für den direkten Antrieb.

Claims

1. Verteilergetriebe zum Übertragen von Drehmoment zu einem primären und sekundären Antriebsstrang bestehend aus folgender Kombination: einem Antriebsteil (52);

einem primären Abtriebsteil (66) zum Übertragen von Drehmoment an den primären Antriebsstrang;

einem sekundären Abtriebsteil (162) zum Übertragen von Drehmoment zu dem sekundären Antriebsstrang;

modulierende Kupplungsmillel (100) mit einem mit dem Antriebsteil (52) verbundenen Eingang und einem das sekundäre Abtriebsteil (162) antreibenden Ausgang (134);

einem Planetengetriebe (210) mit einem mit dem Antriebsteil (52) verbundenen Eingang;

einem Ausgang (208,212) und einem Untersetzungsgetriebe (218,222, 224), das zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeordnet ist;

primären Kupplungsmittel (238) mit einem das primäre Abtriebsteil (66) antreibenden Ausgang und wahlweise einrückbar mit dem Antriebsteil (52) oder dem Ausgang (212) des Planetengetriebes (210) und

sekundären Kupplungsmitteln (184) mit einem das sekundäre Abtriebsteil (162) antreibenden Ausgang zum selektiven Einrücken des Planetenrad- Ausgangs (208) in das sekundäre Abtriebsteil (162).

2. Verteilergetriebe nach Anspruch 1, ferner mit einem Gehäuse (50), wobei das Planetengetriebe (210) ein Ringrad (222) in dem Gehäuse (50) aufweist, das in Antriebsverbindung mit mindestens einem Planetenrad (218) ist.

3. Verteilergetriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das sekundäre Abtriebsteil (162) ein mit diesem gekuppeltes Kettenrad (78) ist und ferner mit einer Antriebskette (168) in Antriebsverbindung mit dem Kettenrad (78) und einem Kettenrad (162), das mit dem Ausgsang (134) der modulierenden Kupplungsmittel (100) gekuppelt ist und die Antriebskette (168) antriebt.

4. Verteilergetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Antriebsteil (52) eine Welle ist, welche eine Achse definiert und bei dem die primären (238) und sekundären (184) Kupplungsmittel als Mitnehmerkupplungen ausgebildet sind, die koaxial an der Achse angeordnet sind.

5. Verteilergetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit gemeinsamen Mitteln (262) zum Betätigen der primären (238) und sekundären (184) Kupplungsmittel.

6. Verteilergetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die modulierenden Kupplungsmittel (100) als Scheibenkupplung (148) mit ersten und zweiten einander abwechselnden Kupplungsplatten (152) sind, von denen ein Saltz (152A) zur gemeinsamen Drehung mit dem Antriebsteil (52) vorgesehen ist.

7. Verteilergetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die modulierenden Kupplungsmittel (238) eine dritte Stellung aufweisen, in der der Ausgang weder mit dem Antriebsteil (52) noch mit dem Ausgang (212) des Planetengetriebes (210) verbunden ist.

8. Verteilergetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die primären Kupplungsmittel (238) neben dem Planetengetriebe (210) angeordnet sind und die sekundären Kupplungsmittel (184) zwischen den modulierenden Kupplungsmittel (100) und dem Planetengetriebe (210) angeordnet sind.

9. Verteilergetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die modulierenden Kupplungsmittel (100) eine elektromagnetische Wicklung (144) und eine Einrückplatte (116) aufweisen, um die Scheibenkupplung (148) zusammenzudrücken.

10. Verteilergetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Steuerung (274;294;296;298), die an das Verteilergetriebe (16) angeschlossen ist, um unmittelbar eines von drei Antriebsprogrammen anzuwählen, nämlich den Zweiradantrieb, den Vierradantrieb mit hoher Drehzahl und den Vierradantrieb mit kleiner Drehzahl.