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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Verteilergetriebe
zur Verwendung in Fahrzeugen mit Allradantrieb. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung ein Verteilergetriebe mit einem synchronisierten
Bereichsschaltmechanismus, um während
der Fahrt zwischen einer Hochbereich-Antriebsart und einer Niedrigbereich-Antriebsart
zu schalten.
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Wie
es heute üblich
ist, sind viele leichte Nutzfahrzeuge und Geländewagen mit einem Verteilergetriebe
ausgestattet, das Antriebsdrehmoment auf alle vier Räder überträgt und dadurch
einen Allradantriebsbetrieb einstellt. Um unterschiedlichen Straßenbelägen und
-bedingungen gerecht zu werden, sind einige Verteilergetriebe mit
einer Getriebeuntersetzungseinheit ausgestattet, die von dem Fahrer
wahlweise geschaltet werden kann, um einen Hochbereich-Allradantrieb
und einen Niedrigbereich-Allradantrieb einzustellen. In vielen Fällen muss
das Fahrzeug jedoch angehalten werden, bevor das Verteilergetriebe
zwischen seinem Hochbereich-Allradantrieb und seinem Niedrigbereich-Allradantrieb
geschaltet werden kann. Leider ist es störend, dass das Fahrzeug vor
einem Schalten zwischen den Bereichen angehalten werden muss, insbesondere
wenn Straßenbedingungen
oder Gelände angetroffen
werden, bei denen das Fortdauern des Rollmoments des Fahrzeugs dazu
beitragen würde, diesen
Bedingungen gerecht zu werden. Daher sind einige Getriebeuntersetzungseinheiten
so ausgebildet, dass sie dem Fahrer das Schalten aus dem Niedrigbereich-Allradantrieb
in den Hochbereich-Allradantrieb
ohne Anhalten des Fahrzeugs ermöglichen.
Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 5,054,335 ein Verteilergetriebe,
das mit einer synchronisierten Bereichsschaltanordnung ausgestattet ist,
um eine Getriebeuntersetzungseinheit mit Nebenwelle während der
Fahrt zu schalten. Alternativ offenbart das gemeinsam gehaltene
US-Patent Nr. 5,346,442 ein Verteilergetriebe mit einer synchronisierten
Bereichsschaltanordnung, um eine Getriebeuntersetzungseinheit der
Planetenart während
der Fahrt zu schalten. Schließlich
offenbaren die US-Patente Nr. 4,569,252, 5,651,749, 5,655,986, 5,697,861 und
5,704,867 Verteilergetriebe, die mit Getriebeuntersetzungseinheiten
der Planetenart ausgestattet sind, die das synchronisierte Schalten
zwischen dem Hochbereich-Antriebsart und dem Niedrigbereich-Antriebsart
ermöglichen.
Folglich besteht immer noch ein Bedarf an der Entwicklung von synchronisierten
Bereichsschaltsystemen zur Verwendung in Allradantrieb-Verteilergetrieben,
die der heutigen Technologie voraus sind.
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Ein
Verteilergetriebe gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ist in der
US-A-5
655 986 offenbart.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verteilergetriebe
für ein
Fahrzeug mit Allradantrieb anzugeben, das eine Planetengetriebebaugruppe
und einen Bereichsschaltmechanismus hat, der wahlweise betätigt werden
kann, um einen Hochbereich-Allradantrieb, eine neutrale Betriebsart und
einen Niedrigbereich-Allradantrieb einzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verteilergetriebe gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
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Als
verwandten Erfindungsgegenstand enthält der Bereichsschaltmechanismus
Synchronisierer, die es erlauben, das Verteilergetriebe während der
Fahrt in den Hochbereich-Allradantrieb und den Niedrigbereich-Allradantrieb
zu schalten.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Planetengetriebebaugruppe wirkungsmäßig zwischen
einem Antriebselement und einem Abtriebselement installiert und
umfasst ein Hohlrad, ein Sonnenrad, das drehbar mit dem Antriebselement
befestigt ist, einen Planetenträger,
der drehbar mit dem Abtriebselement befestigt ist, und einen Satz
Planetenräder,
die mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad in Eingriff stehen und durch
den Planetenträger
drehbar gelagert sind. Der synchronisierte Bereichsschaltmechanismus enthält eine
Bereichsmuffe, die drehbar mit dem Hohlrad gekoppelt ist und auf
diesem zwischen einer ersten und zweiten Bereichsstellung bewegbar
ist, um jeweils eine erste bzw. zweite Antriebsverbindung zwischen
dem Antriebselement und dem Abtriebselement einzustellen. In ihrer
ersten Bereichsstellung ist die Bereichsmuffe mit einer ersten Kupplungsscheibe
gekoppelt, die drehbar mit dem Abtriebselement befestigt ist. Ist
die Bereichsmuffe in ihrer ersten Bereichsstellung, so wird das
Abtriebselement durch das Antriebselement mit einem ersten Drehzahlverhältnis angetrieben,
um einen Hochbereich-Allradantrieb zu definieren. In ihrer zweiten
Bereichsstellung ist die Bereichsmuffe mit einer zweiten Kupplungsscheibe
gekoppelt, die nicht drehbar an einem feststehenden Bauteil befestigt
ist. Ist die Bereichsmuffe in ihrer zweiten Bereichsstellung, so
wird das Abtriebselement durch das Antriebselement mit einem zweiten
Drehzahlverhältnis
angetrieben, um einen Niedrigbereich-Allradantrieb zu definieren.
Die Bereichsmuffe kann ferner in eine dritte Bereichsstellung bewegt
werden, in der sie sowohl von der ersten als auch von der zweiten
Kupplungsscheibe entkoppelt ist, um das Abtriebselement von dem
Antriebselement abzukoppeln und einen nichtangetriebenen Neutralbetrieb
einzustellen.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus dem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung und
der anliegenden Ansprüche
in Verbindung mit den zugehörigen
Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
den Antrieb eines Kraftfahrzeugs mit Allradantrieb, das mit dem
Verteilergetriebe der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
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2 ist
eine Schnittansicht eines Verteilergetriebes, das mit einer Planetengetriebebaugruppe und
einem synchronisierten Bereichsschaltmechanismus gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist;
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3 ist
eine Teilschnittansicht der Planetengetriebebaugruppe und des synchronisierten
Bereichsschaltmechanismus aus 2;
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4 ist
eine schematische Ansicht des Verteilergetriebes aus 2,
das optional mit einem Betriebsartschaltmechanismus ausgestattet
ist;
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5 ist
eine schematische Ansicht des Verteilergetriebes aus 2,
das optional mit einer Differentialbaugruppe ausgestattet ist; und
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6 und 7 sind
schematische Ansichten des Verteilergetriebes aus 5,
das optional mit verschiedenen Vorspannkupplungen ausgestattet ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Allgemein
betrifft die vorliegende Erfindung eine Planetengetriebebaugruppe
und einen synchronisierten Bereichsschaltmechanismus, die in einem Verteilergetriebe
installiert sind, wie es in dem Antrieb eines Kraftfahrzeugs mit
Vierradantrieb verwendet wird, und die es ermöglichen, das Verteilergetriebe während der
Fahrt zwischen einem Hochbereich-Antriebsbetrieb und einem Niedrigbereich-Antriebsbetrieb zu
schalten.
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Insbesondere
mit Bezug auf 1 der Zeichnungen ist ein Antrieb 10 für ein Fahrzeug
mit Allradantrieb dargestellt. Der Antrieb 10 enthält einen ersten
oder vorderen Antriebsstrang 12 und einen zweiten oder
hinteren Antriebsstrang 14, die beide über ein Getriebe 18,
das ein Handschaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe sein kann,
von einer Kraftquelle wie einem Motor 16 angetrieben werden. Bei
dem dargestellten speziellen Ausführungsbeispiel ist der Antrieb 10 ein
Allradantriebssystem, das ein Verteilergetriebe 20 zum Übertragen
von Antriebsdrehmoment von dem Motor 16 und dem Getriebe 18 auf
den vorderen Antriebsstrang 12 und den hinteren Antriebsstrang 14 enthält. Gemäß der Darstellung
enthält
der vordere Antriebsstrang 12 ein Paar Vorderräder 24,
die an einander abgewandten Enden einer Vorderachsbaugruppe 26 befestigt
sind, die ein vorderes Differenzial 28 hat, welches an
ein Ende einer vorderen Antriebswelle 30 gekoppelt ist, deren
anderes Ende an eine vordere Abtriebswelle 32 des Verteilergetriebes 20 gekoppelt
ist. Entsprechend enthält
der hintere Antriebsstrang 14 ein Paar Hinterräder 34,
die an einander abgewandten Enden einer Hinterachsbaugruppe 36 befestigt
sind, die ein hinteres Differenzial 38 hat, welches an
ein Ende einer hinteren Antriebswelle 40 gekoppelt ist,
deren anderes Ende mit einer hinteren Abtriebswelle 42 des Verteilergetriebes 20 verbunden
ist.
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Das
Verteilergetriebe 20 enthält ein Gehäuse 44 und eine Antriebswelle 46,
die drehbar durch die Gehäusebaugruppe 44 gelagert
ist. Die Antriebswelle 46 ist ausgebildet, derart mit einer
(nicht dargestellten) Abtriebswelle des Getriebes 18 verbunden
zu werden, dass beide rotierend durch den Motor 16 des Kraftfahrzeugs
angetrieben werden. Wie dargestellt, ist die hintere Abtriebswelle 42 drehbar
zwischen der Antriebswelle 46 und dem Gehäuse 44 gehalten, während die
vordere Abtriebswelle 32 drehbar von dem Gehäuse 44 gehalten
ist. Gemäß der Darstellung
enthält
das Verteilergetriebe 20 zudem eine Planetengetriebebaugruppe 48,
einen synchronisierten Bereichsschaltmechanismus 50 und
eine Verteilerkupplung 52. Die Planetengetriebebaugruppe 48 enthält ein Hohlrad 54,
ein Sonnenrad 56, das drehbar mit der Antriebswelle 46 befestigt
ist, und einen Satz Planetenräder 58,
die jeweils drehbar auf einer Planetenradwelle 60 gelagert
sind und mit dem Sonnenrad 56 und dem Hohlrad 54 in
Eingriff stehen. Jede Planetenradwelle 60 erstreckt sich
zwischen einem vorderen Trägerring 62 und
einem hinteren Trägerring 64,
die so miteinander verbunden sind, dass sie einen Planetenträger 66 definieren.
Ein vorderer und ein hinterer Anlaufring 68a und 68b sind
jeweils drehbar mit einem vorderen und hinteren Trägerring 62 und 64 befestigt
(d.h. drehfest verbunden) und axial auf diesen durch Sicherungsringe 70a und 70b gehalten.
Die Anlaufringe 68a und 68b lagern das Hohlrad 54 drehbar
relativ zu dem Planetenträger 66, während sie
die axiale Stellung des Hohlrads 54 relativ zu dem Planetenträger 66 beibehalten.
Der hintere Trägerring 64 ist
drehbar mit einem Abtriebselement befestigt (d.h. drehfest verbunden),
im Nachfolgenden als Trägernabe 72 bezeichnet,
das bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel
drehbar mit der hinteren Abtriebswelle 42 befestigt (d.h.
drehfest verbunden) ist.
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Die
Planetengetriebebaugruppe 48 arbeitet als eine zweistufige
Getriebeuntersetzungseinheit, die in Verbindung mit einer Bereichskupplung 74 des synchronisierten
Bereichsschaltmechanismus 50 betätigbar ist, um eine erste Antriebsverbindung
oder eine Hochbereich-Antriebsverbindung zwischen der Antriebswelle 46 und
der Trägernabe 72 einzustellen, indem
sie das Hohlrad 54 drehbar mit einer ersten Kupplungsscheibe 76 koppelt,
die drehbar mit der Trägernabe 72 befestigt
(d.h. drehfest verbunden) ist. Ist die erste Antriebsverbindung
eingestellt, so ist das Hohlrad 54 für eine gemeinsame Drehung mit
dem Planetenträger 66 gekoppelt.
Somit stellt die erste Antriebsverbindung einen Hochbereich-Antriebsbetrieb
ein, bei dem die Trägernabe 72 durch
die Antriebswelle 46 mit einem ersten (d.h. direkten) Drehzahlverhältnis angetrieben
ist. Entsprechend wird eine zweite Antriebsverbindung oder eine
Niedrigbereich-Antriebsverbindung zwischen der Antriebswelle 46 und
der Trägernabe 72 eingestellt,
indem das Hohlrad 54 mit einer zweiten Kupplungsplatte 78 gekoppelt
wird, die an dem Gehäuse 44 befestigt
ist. Ist die zweite Antriebsverbindung eingestellt, so ist das Hohlrad 54 gegen
eine Drehung befestigt und der Planetenträger 66 ist durch die
Antriebswelle 46 angetrieben. Somit stellt die zweite Antriebsverbindung einen
Niedrigbereich-Antriebsbetrieb
ein, bei dem die Trägernabe 72 bezüglich der
Antriebswelle 46 mit einem zweiten (d.h. geringeren) Drehzahlverhältnis angetrieben
ist. Ein Neutralbetrieb ist eingestellt, wenn die Bereichskupplung 74 das
Hohlrad 54 sowohl von der ersten Kupplungsscheibe 76 als
auch von der zweiten Kupplungsscheibe 78 entkoppelt, so
dass die Trägernabe 72 nicht
durch die Antriebswelle 46 angetrieben ist. Wie noch ausführlich beschrieben wird,
ist der synchronisierte Bereichsschaltmechanismus 50 betätigbar,
um ein Schalten des Verteilergetriebes 20 wäh rend der
Fahrt zwischen seinem Hochbereich-Antriebsbetrieb und seinem Niedrigbereich-Antriebsbetrieb
zu ermöglichen.
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Das
Verteilergetriebe 20 enthält einen Übertragungsmechanismus zum Übertragen
von Antriebsdrehmoment von der hinteren Abtriebswelle 42 über die
Verteilerkupplung 52 an die vordere Abtriebswelle 32.
Gemäß der Darstellung
enthält
der Übertragungsmechanismus
eine drehbar auf der hinteren Abtriebswelle 46 gelagerte
Antriebsnabe 80, ein an der Antriebsnabe 80 befestigtes
erstes Kettenrad 82, ein an der vorderen Abtriebswelle 32 befestigtes
zweites Kettenrad 84 und eine Kraftkette 86, die
das erste Kettenrad 82 und das zweite Kettenrad 84 miteinander
verbindet. Bei dem dargestellten speziellen Ausführungsbeispiel ist die Verteilerkupplung 52 eine
hydromechanische Kupplung mit einem Kupplungspaket 88,
das durch einander abwechselnd überlappende
Kupplungsscheiben 90 und 92 definiert ist, die
jeweils drehbar mit einer Kupplungsnabe 94 und einer Trommel 96 montiert
sind, welche die Kupplungsnabe 94 umgibt. Die Kupplungsnabe 94 ist
drehbar mit der hinteren Abtriebswelle 42 befestigt (d.h.
drehfest verbunden) und die Trommel 96 enthält eine
vordere Endplatte 98, die mit der Antriebsnabe 80 oder
dem ersten Kettenrad 82 befestigt (d.h. drehfest verbunden)
ist. Die Verteilerkupplung 52 steuert automatisch die Drehmomentverteilung und
die Drehzahldifferenzierung zwischen der hinteren Abtriebswelle 46 und
der ersten Abtriebswelle 32 in Abhängigkeit und als Funktion des
Betrags relativer Drehung (d.h. Schlupf am Zwischenachsdifferential)
zwischen diesen. Wie dargestellt ist es Aufgabe der Verteilerkupplung 52, über den Übertragungsmechanismus
Antriebsdrehmoment auf die vordere Abtriebswelle 32 zu übertragen
und so einen bedarfsabhängigen
Allradantrieb einzustellen.
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Gemäß 2 und 3 enthält der synchronisierte
Bereichsschaltmechanismus 50 eine Bereichskupplung 74,
eine erste Synchronisierbaugruppe 100a, die zwischen der
Bereichskupplung 74 und der ersten Kupplungsscheibe 76 angeordnet
ist, und eine zweite Synchronisierbaugruppe 100b, die zwischen
der Bereichskupplung 74 und der zweiten Kupplungsscheibe 78 angeordnet
ist. Die Bereichskupplung 74 ist eine Bereichsmuffe 102,
die einen Satz innerer Keilzähne 104 hat,
die mit äußeren Keilzähnen 106 in
Dauereingriff stehen, die auf einem Nabensegment 108 des
Hohlrads 54 gebildet sind. Somit ist die Bereichsmuffe 102 drehbar
mit dem Hohlrad 54 befestigt und ferner so gelagert, dass
sie in zwei Richtungen relativ zu diesem verschiebbar ist. Die erste
Synchronisierbaugruppe 100a enthält einen Sperrring 110a,
der eine innere Kegelfläche
definiert, einen inneren Kegelring 112a, der eine äußere Kegelfläche definiert,
und einen Reibungsring 114a, der zwischen der inneren und
der äußeren Kegelfläche angeordnet
ist. Ansätze 116a auf
dem Sperrring 110a sind derartig in entsprechenden Kantenschlitzen
aufgenommen, die in dem Nabensegment 108 des Hohlrads 54 ausgebildet
sind, dass der Sperrring 110a mit dem Hohlrad 54 drehbar
ist. Desweiteren sind Nasen 118a auf dem Sperrring 110a in
Kantenschlitzen gehalten, die in dem inneren Kegelring 112a ausgebildet
sind. Wie dargestellt, enthält
der Reibungsring 114a Endnasen 122a, die in entsprechenden Öffnungen 124a aufgenommen
sind, die in der ersten Kupplungsscheibe 76 ausgebildet
sind. Eine Verstärkungsfeder 126a ist
in einer Nut gehalten, die zwischen den Ansätzen 116a und Indexzähnen 128a auf
dem Sperrring 110a ausgebildet ist. Da die Bauteile der
zweiten Synchronisierbaugruppe 100b im Wesentlichen denen
der ersten Synchronisierbaugruppe 100a entsprechen, werden
gemeinsame Bezugszeichen mit den Zusätzen „a" bzw. „b" versehen, welche diese Gemeinsamkeiten
deutlich machen.
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Ist
die Bereichsmuffe 102 in einer neutralen Stellung (durch
die Positionslinie „N" bezeichnet), so sind
ihre Keilzähne 104 aus
dem Eingriff mit den Kupplungszähnen 130 auf
der ersten Kupplungsscheibe 76 gelöst. Die erste Synchronisierbaugruppe 100a ist
betätigbar,
um eine Drehzahlsynchronisierung zwischen der Antriebswelle 46 und
der Trägernabe 72 zu
bewirken, wenn die Bereichsmuffe 106 aus ihrer N-Stellung
in eine Hochbereichsstellung (durch die Positionslinie „H" bezeichnet) bewegt wird.
Sobald die Drehzahlsynchronisierung beendet ist, können sich
die Keilzähne 104 auf
der Bereichsmuffe 102 durch die Indexzähne 128a des Sperrrings 110a und
in Kopplungseingriff mit den Kupplungszähnen 130 auf der ersten
Kupplungsscheibe 76 bewegen. Wenn die Bereichsmuffe 102 in
ihrer H-Stellung ist,
wird das Hohlrad 54 folglich mit der ersten Kupplungsscheibe 76 gekoppelt,
so dass die Trägernabe 72 so
gekoppelt ist, dass sie sich mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 46 dreht,
um die erste Antriebsverbindung zwischen diesen einzustellen. Ist die
erste Antriebsverbindung eingestellt, so ist der Hochbereich-Antriebsbetrieb
eingestellt, um Drehkraft auf die hintere Abtriebswelle 42 zu übertragen.
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Die
zweite Synchronisierbaugruppe 100b ist betätigbar,
um eine Drehzahlsynchronisierung zwischen dem Hohlrad 54 und
dem Gehäuse 44 zu
bewirken, wenn die Bereichsmuffe 102 aus ihrer N-Stellung
in eine Niedrigbereichsstellung (durch die Positionslinie „L" bezeichnet) bewegt
wird. Sobald die Drehzahlsynchronisierung beendet ist, können sich die
Keilzähne 104 auf
der Bereichsmuffe 102 durch die Indexzähne 128b des Sperrrings 110b und
in Kopplungseingriff mit den Kupplungszähnen 132 auf der zweiten
Kupplungsscheibe 78 bewegen. Wenn die Be reichsmuffe 102 in
ihrer L-Stellung ist, wird das Hohlrad 54 mit dem Gehäuse 44 gekoppelt
und das Sonnenrad 56 treibt die Planetenräder 58 über das feststehende
Hohlrad 54 derart an, dass der Planetenträger 66 und
die Trägernabe 72 mit
einem geringeren Drahzahlverhältnis
relativ zu der Antriebswelle 46 angetrieben werden, um
die zweite Antriebsverbindung und den Niedrigbereich-Antriebsbetrieb
einzustellen. Ist die Bereichsmuffe 102 in ihrer N-Stellung,
so wird kein Antriebsdrehmoment auf die Trägernabe 72 übertragen
und dadurch der Neutralbetrieb eingestellt wird. Die Bereichsmuffe 102 ist
so konstruiert, dass ihre Keilzähne 104 über die
gesamte Länge
der axialen Bewegung der Bereichsmuffe 102 zwischen ihrer
N- und L-Stellung mit den Keilzähnen 106 auf
dem Nabensegment 108 des Hohlrads 54 in Eingriff
bleiben.
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Als
Mittel zum Bewegen der Bereichsmuffe 102 zwischen ihren
drei Bereichsstellungen enthält das
Verteilergetriebe 20 ein Schaltsystem 135, das eine
an dem Gehäuse 44 montierte
Welle 120, eine verschiebbar auf der Welle 120 montierte
Muffe 136, eine Bereichsgabel 138, die an der
Muffe 136 befestigt ist und in die Bereichsmuffe 102 eingreift,
einen Betätiger 140,
der die axiale Bewegung der Muffe 136 und der Bereichsgabel 138 bewirkt,
und einen Betriebsartwählschalter 142 zum
wahlweisen Betätigen
des Betätigers 140 umfasst.
Gemäß 2 ist der
Betätiger 140 ein
Getriebemotor/eine Codiererbaugruppe mit einem Drehausgang 144,
der an einer Sektorscheibe 146 befestigt ist. Ein an der
Muffe 136 befestigter Mitnehmerstift 148 ist in
einem Bereichsschlitz 150 gehalten, der in der Sektorscheibe 146 ausgebildet
ist. Die Muffe 136 ist derartig verschiebbar auf der Welle 120 montiert,
dass eine durch die Betätigung
des Betätigers 140 ausgelöste Zweirichtungsdrehung
des Ausgangs 144 und der Sektorscheibe 146 zu
einer axialen Verschiebung der Bereichsgabel 138 in zwei
Richtungen führt
und die Bereichsmuffe 102 zwischen ihren drei bestimmten
Bereichsstellungen bewegt. Die Richtung und die Größe der Drehung
des Ausgangs 144 werden auf ein elektrisches Steuersignal
hin gesteuert, das an den Getriebemotor/die Codiererbaugruppe gesendet wird,
wenn der Fahrer eine gewünschte
Betriebsart durch Betätigen
des Betriebsartwählschalters 142 auswählt. Der
Fahrer kann zwischen dem Hochbereich-Antriebsbetrieb, dem Niedrigbereich-Antriebsbetrieb
und dem Neutralbetrieb wählen.
Der Betriebsartwählschalter 142 kann
ein Schalthebel oder ein Druckschalter/Drehschalter sein. Alternativ
kann die Drehung der Sektorscheibe 142 durch manuelle Betätigung einer
manuell betätigten
Schaltverbindung erfolgen, die mit einem Schalthebel verbunden ist.
Es ist ferner beabsichtigt, dass jedes manuell oder kraftbetätigte Schaltsystem,
das für
die Verwendung in herkömmli chen
zweistufigen Verteilergetrieben bekannt ist, an Stelle der dargestellten
speziellen Anordnung verwendet werden kann.
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Wie
in 4 schematisch dargestellt, ist ein Verteilergetriebe 20A,
das eine modifizierte Variante des Verteilergetriebes 20 ist,
wahlweise mit einem Betriebsartwählmechanismus 160 ausgestattet,
der die Wahl eines gesperrten Allradantriebs zusätzlich zu dem bedarfsabhängigen Allradantrieb
ermöglicht. Der
Betriebsartwählmechanismus 160 enthält eine Betriebsartkupplung 162,
die betätigbar
ist, um die hintere Abtriebswelle 42 wahlweise mit der
Antriebsnabe 80 zu koppeln und so den gesperrten Allradantrieb
einzustellen. Bei denjenigen zweistufigen Verteilergetrieben, bei
denen keine Verteilerkupplung 52 benötigt wird, ist es Aufgabe der
Betriebsartkupplung 162, wahlweise einen Zweiradantrieb
oder den gesperrten Allradantrieb einzustellen.
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Die
Betriebsartkupplung 162 enthält eine angetriebene Nabe 164,
die an der hinteren Abtriebswelle 42 befestigt ist, und
eine Betriebsartkupplungsscheibe 168, die an der angetriebenen
Nabe 80 befestigt ist. Die Betriebsartkupplung 162 enthält zudem
eine Betriebsartmuffe 172 mit inneren Keilzähnen 174,
die mit den äußeren Keilzähnen 166 auf
der angetriebenen Nabe 164 in Dauereingriff stehen, so dass
die Betriebsartmuffe 172 relativ dazu axial verschiebbar
ist. Ist die Betriebsartmuffe 172 in einer ersten oder
gesperrten Allradantriebsstellung, die durch die Positionslinie "4LOCK" bezeichnet ist,
so befinden sich ihre Keilzähne 174 mit
den Kupplungszähnen 170 auf
der Betriebsartkupplungsscheibe 168 in Eingriff. In dieser
ersten Betriebsartstellung ist die hintere Abtriebswelle 42 mit
der angetriebenen Nabe 80 derart gekoppelt, dass die angetriebene Drehung
der Trägernabe 72 bewirkt,
dass das Antriebsdrehmoment zwischen der hinteren Abtriebswelle 42 und
der vorderen Abtriebswelle 32 gleichmäßig verteilt wird, während sie
keine Drehzahldifferenzierung zwischen diesen zulässt und
somit den gesperrten Allradantrieb einstellt. Eine Axialbewegung
der Betriebsartmuffe 172 aus ihrer 4LOCK-Stellung in eine
zweite oder bedarfsabhängige
Antriebsstellung, die durch die Positionslinie „OD" bezeichnet ist, bewirkt hingegen, dass
sich die Zähne 174 auf der
Betriebsartmuffe 172 aus dem Eingriff mit den Kupplungszähnen 170 auf
der Kupplungsscheibe 168 lösen. In dieser zweiten Betriebsartstellung
wird die angetriebene Nabe 80 von der hinteren Abtriebswelle 42 entkoppelt,
um eine relative Drehung zwischen den Abtriebswellen 32 und 42 zu
verhindern, wobei die Verteilerkupplung 52 die Drehmomentübertragung
zwischen diesen steuert.
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Wie
weiter in 4 zu sehen ist, enthält das zu
dem Verteilergetriebe 20A gehörige Schaltsystem 135 eine
Betriebsartgabel 176, welche die Betriebsartmuffe 172 mit
dem Betätiger 140 koppelt.
Der Betätiger 140 kann
jede beliebige geeignete Vorrichtung sein, die betätigbar ist,
um die koordinierte axiale Bewegung der Bereichsmuffe 102 und
der Betriebsartmuffe 172 zu bewirken, wenn der Fahrer über den Betriebsartwählschalter 142 eine
bestimmte Antriebsart wählt.
Vorzugsweise hat die Sektorscheibe 146 eine Betriebsart-Nockenanordnung,
die der vorstehend genannten Bereichs-Nockenanordnung ähnlich ist,
um die koordinierte axiale Bewegung der Schaltgabeln 138 und 176 in
einer Weise zu vereinfachen, die im Wesentlichen derjenigen ähnlich ist, die
in dem gemeinsam gehaltenen US-Patent Nr. 5,076,112 beschrieben
ist. Alternativ kann das Verteilergetriebe 20A ein Paar
unabhängig
gesteuerte Betätiger
enthalten, welche die Bewegung der Schaltgabeln 138 und 176 separat
steuern.
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Wie
in 5 schematisch dargestellt, ist ein Verteilergetriebe 20B,
das eine weitere modifizierte Variante des Verteilergetriebes 20 ist,
mit einer Differenzialbaugruppe 180 und einer Vorspannkupplung 182 an
Stelle der Verteilerkupplung 52 ausgestattet. Aufgabe des
Zwischenachsdifferentials 180 ist es, die Drehzahlsynchronisierung
zwischen der vorderen Abtriebswelle 32 und der hinteren
Abtriebswelle 42 zu ermöglichen,
um einen differenzierten oder permanenten Allradantrieb einzustellen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist eine Trägernabe 72' drehbar auf
der hinteren Abtriebswelle 42 gelagert und wirkt als Eingang
zu dem Zwischenachsdifferential 180, wenn sie durch den
Träger 66 mit
einem ersten oder zweiten Drehzahlverhältnis angetrieben wird. Das Differential 180 enthält eine
Trägerbaugruppe 184, die
drehbar mit der Trägernabe 72' befestigt ist
und lange Planetenradwellen 186, auf denen lange Planetenräder 188 drehbar
gelagert sind, und kurze Planetenradwellen 190 hat, auf
denen kurze Planetenräder 192 drehbar
gelagert sind. Die langen Planetenräder 188 stehen mit
einem zweiten Sonnenrad 194 und die kurzen Planetenräder 192 mit
einem dritten Sonnenrad 196 in Eingriff. Zudem stehen Paare
langer Planetenräder 188 mit
kurzen Planetenrädern 190 in
Eingriff. Das zweite Sonnenrad 194 ist drehbar mit der
hinteren Abtriebswelle 42 befestigt und wirkt als ein erster
Ausgang des Zwischenachsdifferentials 180. Dementsprechend
ist das dritte Sonnenrad 196 drehbar mit der Antriebsnabe 80 befestigt
und wirkt als ein zweiter Ausgang des Zwischenachsdifferentials 180.
Somit wird auf die Trägerbaugruppe 184 übertragenes
Drehmoment über
die Sonnenräder 194 und 196 auf
die hintere Abtriebswelle 42 und die vordere Abtriebswelle 32 übertragen,
während
eine Drehzahldifferenzierung zwischen diesen erleichtert wird, um
den permanenten Allradantrieb einzustellen.
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Als
Mittel zum Steuern der Drehmomentübertragung und der Drehzahldifferenzierung
zwischen der vorderen Abtriebswelle 32 und der hinteren
Abtriebswelle 42 ist das Verteilergetriebe 20B mit einer
Vorspannkupplung 182 ausgestattet. Die Vorspannkupplung 182 ist
für gewöhnlich betätigbar,
um eine Drehzahldifferenzierung zwischen der vorderen Abtriebswelle 32 und
der hinteren Abtriebswelle 42 zu ermöglichen, um dadurch den permanenten
Allradantrieb einzustellen. Die Vorspannkupplung 182 wird
betätigt,
um fortlaufend die Drehmomentübertragung
und die Drehzahldifferenzierung in Abhängigkeit und als Funktion des
Betrags relativer Drehung (d.h. Schlupf am Zwischenachsdifferential)
zwischen der vorderen Abtriebswelle 32 und der hinteren
Abtriebswelle 42 zu regulieren. Die Kennlinien Drehmoment
vs. Schlupf der Vorspannkupplung 182 können so eingestellt werden,
dass sie speziellen Fahrzeuganwendungen gerecht werden. Die Vorspannkupplung 182 ist
eine hydromechanische Kupplung und enthält ein Kupplungspaket 88 mit
einander abwechselnd überlappenden
Kupplungsscheiben 90 und 92, die jeweils drehbar
mit der Kupplungsnabe 94 und der Trommel 96 montiert
sind. Eine Kupplungseinrückkraft,
die wirksam ist, um Drehmoment auf die sich langsamer drehende Kupplungsscheibe
zu übertragen,
kann beispielsweise in Abhängigkeit
der in viskosen Flüssigkeiten
auftretenden Scherkräfte (d.h.
Viskokupplungen), von Hydraulikdruck (d.h. Getriebezugeinheiten)
oder auf andere bei Drehmomentübertragungseinrichtungen
bekannte Arten erzeugt werden. Falls gewünscht, könnte ein Betriebsartschaltmechanismus ähnlich dem
vorstehend beschriebenen zwischen der Trommel 96 und der
hinteren Abtriebswelle 42 angeordnet sein, um die Drehung
zwischen diesen wahlweise zu verhindern und das Wählen des
permanenten oder des gesperrten Allradantriebs zu ermöglichen.
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6 ist
eine schematische Darstellung eines Verteilergetriebes 20C,
das eine modifizierte Variante des Verteilergetriebes 20B ist.
Insbesondere ist das Verteilergetriebe 20C mit einer Vorspannkupplung 202 ausgestattet,
die einen Satz äußerer Kupplungsscheiben 204,
die an einer Trommelbaugruppe 206 befestigt sind, welche
ihrerseits drehbar mit der Antriebsnabe 80 befestigt ist,
und einen Satz innerer Kupplungsscheiben 208 hat, die drehbar
mit der hinteren Abtriebswelle 42 befestigt sind und abwechselnd überlappend
mit den äußeren Kupplungsscheiben 156 angeordnet
sind, um ein Kupplungspaket zu definieren. Die Vorspannkupplung 202 enthält ferner
einen Schubmechanismus 210 zum Ausüben einer Einrückkraft
auf das Kupplungspaket und einen Betätiger 212 zum Steuern
der Größe der Einrückkraft
als Funktion des Betrags des Schlupfs zwischen den Achsen. In dem
dargestellten speziellen Ausführungsbeispiel
ist der Schubmechanismus 210 ein Kolben 214, der
in einer Druckkammer 216 der Vor spannkupplung 202 für eine Drehung
relativ zu dem Kupplungspaket axial bewegbar ist. Wie dargestellt, ist
der Betätiger 212 eine
Pumpe, die der Druckkammer 216 Hochdruck-Hydraulikfluid
aus einem Pumpensumpf zuführt,
um die axiale Stellung des Kolbens 214 relativ zu dem Kupplungspaket
und damit die darauf ausgeübte
Einrückkraft
zu steuern.
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Die
Pumpe 212 kann eine Wellenpumpe wie beispielsweise eine
Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor oder eine Zahnradpumpe sein,
bei der der erzeugte und der Druckkammer 216 zugeführte Austrittsdruck
proportional zu der Drehzahldifferenz zwischen der vorderen Abtriebswelle 32 und
der hinteren Abtriebswelle 42 ist. Bei einer derartigen
Wellenpumpe 212 ist die Position des Kolbens 214 in
der Druckkammer 216 und die auf das Kupplungspaket ausgeübte Einrückkraft
progressiv und auch im Wesentlichen proportional zu der Drehzahldifferenz
zwischen den beiden Abtriebswellen 32 und 42.
Alternativ kann die Vorspannkupplung 202 elektronisch mit dem
von der Pumpe 212 erzeugten Austrittsdruck gesteuert werden,
der automatisch durch ein Steuersystem gesteuert wird, das eine
Steuerung 220 umfasst, die Eingangssignale von verschiedenen
Fahrzeugsensoren wie beispielsweise von einem hinteren Drehzahlsensor 222 und
einem vorderen Drehzahlsensor 224 empfängt. Die Steuerung 220 bestimmt
den Echtzeitwert der Drehzahldifferenz aus den durch die Drehzahlsensoren 222 und 224 zugeführten Sensorsignalen
und sendet ein Steuersignal an eine elektrisch gesteuerte Pumpe 212,
um deren Austrittsdruck als Funktion des Steuersignals zu regeln.
Bei beiden Anordnungen können
Ventile verwendet werden, um die Einkupplungseigenschaft des Kolbens 214 in
der Kammer 216 einzustellen, und Rückstellfedern können eingesetzt
werden, um den Kolben 214 in eine gegenüber dem Kupplungspaket gelöste Position
zurückzustellen.
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Die
Steuerung 220 kann so programmiert sein, dass sie den betätigten Zustand
der Vorspannkupplung 202 zwischen ihrer nicht betätigten und
ihrer vollkommen betätigten
Grenzstellung steuert, um die Größe der Drehzahldifferenz
und des über
das Differential 180 übertragenen
Drehmoments als Funktion der Sensoreingangssignale zu variieren.
Ist das Verteilergetriebe 20C mit dem elektrisch gesteuerten
Hydrauliksystem ausgestattet, so könnte der Betriebsartwählschalter 142 ausgebildet
sein, es dem Fahrer zu ermöglichen,
zwischen einem permanenten Hochbereich-Allradantrieb und Niedrigbereich-Allradantrieb
mit automatischer Kupplungssteuerung, einem gesperrten Hochbereich-Allradantrieb
und Niedrigbereich-Allradantrieb und dem Neutralbetrieb zu wählen. Bei
den progressiven Systemen kann eine Betriebsart-Sperrkupplung eingesetzt werden,
um die Trommel 206 wahlweise mit der hinteren Abtriebswelle 42 zu
koppeln, um den gesperrten Allradantrieb einzustellen.
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7 ist
eine schematische Darstellung eines Verteilergetriebes 20D,
das mit einer mechanisch betätigten
Vorspannkupplung 230 ausgestattet ist. Insbesondere ist
die Vorspannkupplung 230 eine elektronisch gesteuerte Kupplungsbaugruppe,
die wirkungsmäßig zwischen
der vorderen Abtriebswelle 32 und der hinteren Abtriebswelle 42 angeordnet
ist, um die Größe der Drehzahldifferenz
automatisch zu steuern und das Drehmomentübertragungsverhältnis zu
verändern.
Die Vorspannkupplung 230 hat einen Schubmechanismus 232 zum
Ausüben
einer Einrückkraft
auf das Kupplungspaket mittels eines Betätigers 234, der die
Größe der Einrückkraft
als Funktion des Wertes des Schlupfs zwischen den Achsen steuert.
Insbesondere enthält
der Schubmechanismus 232 eine schwenkbare Hebelarmanordnung 236.
Auch in diesem Fall steuert die Steuerung 220 die von der
Vorspannkupplung 230 ausgeübte Reibungsvorspannung in
Abhängigkeit
eines Steuersignals, das ausgehend von dem Wert der Sensoreingangssignale
erzeugt wird. Vorzugsweise erleichtert der Betätiger 234 die koordinierte
Bewegung der Bereichsmuffe 102 und der Hebelarmanordnung 236, um
es dem Fahrer zu erlauben, über
die Betätigung des
Betriebsartschalters 142 einen permanenten Hochbereich-
bzw. Niedrigbereich-Allradantrieb, einen Neutralbetrieb und einen
gesperrten Hochbereich- bzw. Niedrigbereich-Allradantrieb zu wählen. Bei
den permanenten Allradbetriebsarten wird die Vorspannkupplung 230 automatisch
gesteuert, um die Drehmomentübertragung
und den Schlupf am Differential 180 zu regulieren. Wenn
eine der gesperrten Varianten des Allradantriebs gewählt ist, wird
die Vorspannkupplung 230 in ihrem vollständig betätigten Zustand
gehalten. Die oben genannten Wahlmöglichkeiten werden bei der
Vorspannkupplung 230 des Verteilergetriebes 20D zur
Verfügung gestellt,
wenn der Schalter 142 der Steuerung 220 ein Signal
zuführt,
das die bestimmte ausgewählte Betriebsart
angibt.
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Die
vorstehende Abhandlung offenbart und beschreibt verschiedene Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung. Hier wird davon ausgegangen, dass die
hydraulisch betätigten
(6) und mechanisch betätigten (7), elektronisch
gesteuerten Kupplungssysteme, die den Vorspannkupplungen zugeordnet
sind, ebenfalls in dem Verteilergetriebe 20 verwendet werden
könnten,
um die Kupplungsbetätigungseigenschaften
der Verteilerkupplung 52 automatisch zu steuern.