DE8807664U1 - Doppelkupplung für eine differentiallose Drehmomentübertragung in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Neuerung betrifft eine Doppelkupplung für eine differentiallose Drehmomenttibet tragung In Kraftfahrzeugen mit zwei, vier oder mehr Treibrädern auf einer, zwei bzw. mehr geteilten Achswelle(n).

Bei Kraftfahrzeugen wird die Antriebsleistung üblicherweise vom Antriebsstrang über Winkel- und Ausgleichsgetriebe auf die Treibräder einer Achse übertragen. Das Ausgleichsgetriebe ermöglicht den Rädern, z.U. auf &bgr;&iacgr;&Pgr;&bgr;&Ggr; &Lgr;'&udigr;&Ggr;&ngr;&bgr;&Ggr;&iacgr;&ugr;&agr;&igr;&igr;&Ggr;&iacgr; 'unterschiedliche "egS ZürÜckZülSgSn. »&tgr;&thgr;&Pgr;&idiagr;&iacgr; die Kraftschlußverhältnisse der beiden Treibräder einer Achse verschieden groß sind, z.B. bei der Kurvenfahrt durch Belastung des kiirvenäußeren Rades und Entlastung des kurveninneren Rades, wird die Vortriebskraft der Achse durch die Radlast auf der entlasteten Seite bestimmt, d.h. es tritt ein Abfall der Vortriebskraft ein.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Doppelkupplung für eine differentiallose Drehmomentübertragung in Kraftfahrzeugen zu schaffen, bei der die Drehmomente unabhängig voneinander über die Achswellenteile auf die Treibräder übertragen werden können. Insbesondere soll eine Doppelkupplung geschaffen werden, durch die der Wellenteil mit dem belasteten Treibrad mit höherem Drehmoment und der Wellenteil mit dem entlasteten Treibrad mit einem verengerten Drehmoment beaufschlagt werden kann. Darüber hinaus soll durch die vorliegende Neuerung der Schlupfunterschied an den Treibrädern einer Achse bei der Kurvenfahrt vergleichmäßigt werden, so daß eine optimale Kraftübertragung Rad/Fahrbahn möglich ist. Schließlich soll bei Fahrzeugen mit Vierradantrieb und Antiblockiersystem die Schleudergefahr bei der Bremsung noch weiter herabgesetzt werden. Weitere Vorteile der Neuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Doppelkupplung neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß für jede der beiden Kupplungen der geteilten Achswelle ein Rohrkörper als Außenmitnehmer mit axial verschiebbaren Außenlamellen vorgesehen ist, die von den beiden Seiten in die Rohrkörper ragenden Achswellenteile Innenmitnehmer mit axial verschiebbaren Innenlamellen tragen und der Rohrkörper mit einem durch

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Ritzel vom Antriebsstrang angetriebenen Tellerrad verbunden ist. Bei dieser Lamellen-Doppelkupplung sind die Kupplungen unabhängig voneinander steuerbar. Die Übertragungsmomente können daher von einem Rechner elektronisch so gesteuert werden, daß sich insgesamt, d.h. für die Summe aller Antriebsräder unter den momentanen Kurvenfahrtbedingungen eine optimale Kraftübertragung Räder/Fahrbahn ergibt. Durch die individuelle Steuerbarkeit beider Kupplungen einer Achse ist es miioHrh. Hi &eegr; nnf Hip Trpi hräripr 7:11 ühertraoenden Momente den an dem betreffenden Treibrad herrschenden Kraftübertragungsbedingungen anzupassen. So kann bei der Kurvenfahrt das auf das kurvenäußere (belastete) Treibrad zu übertragende Moment gesteigert und das auf das kurveninnere (entlastete) Treibrad zu übertragende Moment verringert werden. Die unter den gegebenen Kraftschluß- und Belastungsverhältnissen optimal zu übertragenden Momente werden von einem Rechner aufgrund der für die Verhältnisse am Treibrad maßgebenden Faktoren, wie Lenkeinschlagwinkel ß, Fahrzeuggeschwindigkeit, Relativgeschwindigkeiten der Räder zueinander und fahrzeugspezifische Faktoren ermittelt und als Stellbefehl an die entsprechende Kupplung gegeben. Die Relativgeschwindigkeiten der Räder zueinander stehen bei vorhandenem ABS ohnehin zur Verfügung und können in diesem Fall ohne großen Aufwand dem Rechner zugeführt werden. Ein fahrzeugspezifischer Faktor, der dem Rechner zugeführt werden kann, ist z.B. ein Verwindungsschutz für die Achswelle: Bei Geradeausfahrt können aufgrund von Fahrbahnunterschieden oder wegen eines Notlaufrades Relativgeschwindigkeiten an dfcrh Rädern auftreten. Sind bei der Geradeausfahrt die Kupplungen beider Achswellenteile geschlossen, würde die Achswelle tordiert werden. Während bei Fahrzeugen mit ABS die dabei gelieferten Drehzahlen der Räder geeignete Signale für den Rechner sind, um den Verwindungsschutz zu initiieren, kann man in anderen Fällen mit Dehnungsmeßstreifen ein der auftretenden Gleitung proportionales elektrisches Signal erzeugen, das über den Rechner eineKupplung öffnet, wenn ein vorbestimmter Wert der Gleitung überschritten wird.

Durch die neuerungsgemäße Doppelkupplung entfällt das Ausgleichsgetriebe in der bzw. den Antriebsachsen, wodurch sich eine erhebliche

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Kosteneinsparung ergibt. Darüber hinaus ergeben sich betriebliche Vorteile durch geringeren Kraftstoffverbrauch, weil die TreibrMder geringeren Schlupf haben und die neuerungsgemäße Doppelkupplung im Vergleich zum Ausgleichsgetriebe eine Gewichtseinsparung bringt. Insbeondere werden die Fahrstabilität und die Fahrsicherheit wesentlich erhöht.

Die Doppelkupplung erlaubt eine stufenlose Drehmomentübertragung auf die Achswellenteile und damit die gewünschte stufenlose Steuerung der Drehmomentverteilung auf die Treibräder bzw. von der Cardanwelle auf die den Treibrädern zugeordneten Achswellenteilen. Die Kupplung kann beispielsweise eine hydraulisch oder elektromagnetisch betätigte Lamellenkupplung sein. Die Betätigung erfolgt durch Stellmotoren, die vom Rechner gesteuert werden. Im übrigen können je nach Einsatz oder Größe der zu übertragenden Momente unterschiedliche Kupplungen Anwendung finden, z.B. Trockenkupplungen, Ölbadkupplungen. Die Kupplungen können durch Einwirkung von Öldruck öffnen oder schließen oder die können z.B. auch elektromechanisch öffnen oder schließen.

Bei einer Ausführungsform der Doppelkupplung bei einem Fahrzeug mit Vierradantrieb ist neuerungsgemäß vorgesehen, daß der Antriebsstrang frei von einem Zwischendifferential ist. Bei Fahrzeugen mit zwei angetriebenen Achswellen dient das Zwischendifferential zur Momentverteilung auf die Achswellen. Da die Momente durch die neuerungsgemäße Doppelkupplung unmittelbar auf die Achswellenteile übertragen werden, ist eine Momentverteilung auf die beiden Antriebsachsen nicht mehr erforderlich, d.h. die an der Vorder- und Hinterachse maximal verfügbaren Drehmomente können gleich sein.

Die Drehmomentübertragung durch die neuerungsgemäße Doppelkupplung ist bei einem Fahrzeug mit Vierradantrieb und Antiblockiersystem weiter dadurch gekennzeichnet, daß bei Aktivierung des Antiblockiersystems während eines Bremsvorgangs alle Kupplungen durch ein vom Antiblockiersystem über den Rechner laufendes Signal geöffnet werden. Im Augenblick der Bremsung unter Einbeziehung des Antiblockiersystems werden somit alle Kupplungen

gelöst, so daß die vier Treibräder durch das ABS frei bremsbar sind. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Hinterräder über den Antriel,i>etrang zu stark gebremst werden und dadurch auch bei ABS-gebremsten Fahrzeugen Schlendern auftritt bzw. erhebliche Kosten dadurch entstehen, daß dieser Mangel technisch behoben wird.

Die Neuerung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher be-Bchrieuen. Ea zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung der neuerungsgemäßen Drehmomentübertragung bei einem Kraftfahrzeug mit zwei angetriebenen Rädern;

Figur 2 einen Schnitt der neuerungsgemäßen Doppelkupplung in detaillierter Darstellungsweise;

Figur 3 eine schematsiche Darstellung wie Fig. 1, jedoch für fein Kraftfahrzeug mit Vierradantrieb;

Figur 4 eine Darstellung wie in Fig. 3, jedoch mit Antiblockiersystem; und

Figur 5 eine graphische Darstellung, die im Prinzip die Momentverteilung auf die Treibräder einer Achswelle in Abhängigkeit von dem Lenkeinschlagwinkel bei Kurvenfahrt zeigt.

Nach Figur 1 besteht die geteilte Antriebsachse eines Fahrzeugs •us einem Achswellenteil 5 mit dem Treibrad 8 und dem Achswellenteil • mit dem Treibrad 9. Die inneren Enden der Wellenteile 5 und 6 sind Abtriebsteile einer Doppelkupplung 1, die weiter unten näher beschrieben wird. Das Aii_,.iebsteil der Doppelkupplung 1 trägt ein Tellerrad 10, das zusammen mit dem Ritzel 12 des Antriebsstrangs 11 ein Winkelgetriebe bildet, wie es auch bisher bei Differentialen üblich ist. Die beiden Kupplungseinheiten der Doppelkupplung 1 werden in Abhängigkeit von dem Einschlagwinkel ß de··⁵-' Lenkers 13 und der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert. Hierzu ist der Lenker 13 mit einem Wink 1-

fiensor 3 ausgestattet, der das Winkelsignal auf einen im i; ieug

untergebrachten Rechner 2 gibt. Der Rechner 2 berechnet aus der Ifinkeleingabe, der Geschwindigkeit und ggfs. anderen, z.B. von der Fahrzeugbewegung und dem Fahrzeug selbst abhängigen Faktoren

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separate Stellgrößen für die Einsteuerung der KupplungseJnheiten der Doppelkupplung 1 und übermittelt diese Stellbefehle an die Stellglieder der Kupplungseinheiten. Beim Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stand sind grundsätzlich alle Kupplungseinheiten geschlossen, und der Regelungsprozess erfolgt sofort nach Erreichen einer vorgegebenen Minimalgeschwindigkeit.

Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Doppelkupplung, bei der nur die eine Hälfte, nämlich der Kupplungsteil für den Achswellenteil 5 im Schnitt dargestellt ist. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich nur auf die dargestellte Hälfte der Doppelkupplung. Die andere, nicht dargestellte Hälfte der Doppelkupplung stimmt mit der dargestellten Hälfte im wesentlichen überein, so daß auf die Darstellung und Beschreibung verzichtet werden konnte.

Das von dem Ritzel 12 angetriebene Tellerrad 10 ist Über ein an ihm fest angebrachtes Rohrstiick 21 z.B. durch ein Kugellager 22 an dem Gehäuse 20 drehbar gelagert. Die Verbindung zwischen dem Tellerrad IC und dem Rohrstück 21 ist in Figur 2 nicht näher dargestellt. Die Teile können z.B. verschraubt oder verschweißt sein. Wenn die Kupplung innerhalb des RohrstUcks 21 eine Trockenkupplung ist, ist eine Wellendichtung 23 zur Abdichtung gegen den ölgefUllten Getrieberaum 24 erforderlich. Die Wellendichtung 23 kann andere als dargestellt auch gegen die Gehäusestirnwand 20^a dichten, so daß das Kugellager 22 ölverbindung mit dem Getrieberaum 24 hat.

Das Achswellenteil 5 ist durch ein SchrMglager 23 in dem Tellerrad 10 abgefangen, so daß Axialkräfte der Welle aufgenommen werden können. Außerdem ist das Achswellenteil 5 mittels Leger 26 noch an der Gehäusestirnwand 20^a drehbar gelagert. An dem Tellerrad 10 und/oder dem Rohrstück 21 ist ferner ein RohrkÖrper 27 fest angebracht, der als Außenmitnehmer für die in dem Rohr-

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Körper 27 axial verschiebbaren Außenlamellen 28 dient.. Die Außenlamellen 28 haben hierzu mehrere über den !Anfang verteilte Radialnuten, in die entsprechend ausgebildete Längsnoclqen des Rohrkörpers 27 eingreifen. Die Außenlamellen 28 sitzen mit Spielpassung in dem Rohrkörper 27, so daß sie axial verschoben werden können. Auf dem Achswellenteil 5 ist ein Rohrkörper 29 als Innenmitnehmer fest angebracht, auf dem Innenlamellen 30 axial verschiebbar sind. Hierzu tragen die Innenlamellen mehrere Nuten, in die entsprechend ausgebildete Längsnocken des Rohrkörpers 29 mit Spielpassui% eingreifen. In den Rohrkörper 27 ist nahe seinem äußeren Ende ein Stützring 32 fest angebracht. Zwischen dem StUtzring 32 und der äußersten Außenlamelle 28 ist mit Vorspannung eine Tellerfeder eingesetzt, die das Lamellenpaket 28,30 zusammendrückt und damit die Kupplung geschlossen hält. Auf dem äußeren Ende des Rohrkörpers 29 ist ein ringförmiges Ausrücklager 33 axial verschiebbar. Bei einem nach innen gerichteten axialen Druck des Ausrücklagers 33 auf die Tellerfeder 31 wird deren Druckeinwirkung auf das Lamellenpaket 28,30 reduziert und dadurch dieser Kupplungsteil kontinuierlich geöffnet. Die axiale Verschiebung des Ausrücklagers 33 kann in verschiedener Weise erfolgen, z.B. durch einen Hebel, der von außen durch eine Öffnung in der Stirnwand 20^a des Gehäuses 20 greift und mit dem AusrUcklager 33 in Eingriff ist. Die Betätigung des Ausrücklagers 33 wurde in Figur 2.nicht dargestellt, weil sie im Prinzip in verschiedener Weise ausgeführt werden kann und für das Wesen der Erfindung nicht wesentlich ist. Die Verstellung des Ausrücklagers kann z.B. durch Öldruck oder elektromagnetisch oder auch durch einen Elektrostellmotor erreicht werden. So kann an dem Gehäusedeckel 20^a ein Steilgewinde angebracht sein, durch das eine von dem Stellmotor gelieferte Drehbewegung in die Axialbewegung des Ausrücklagers 33 umgeformt wird. Der Schutzumfang des erfindungsgemäßen Drehmomnet-Übertragungssystems ist grundsätzlich unabhängig von der Art, wie die beiden Kupplungsteile betätigt werden, d.h. wie die AusrUcklager 33 von außen bewegt werden.

Figur 3 zeigt den Einsatz der neuerungsgemäßen Doppelkupplung bei einem Fahrzeug mit Allradantrieb. Bei dieser Ausführungsform besteht die Hinterachse ebenso wie die in Figur 1 gezeigte Vorderachse aus den beiden Achswellenteilen 16 und 17 mit den Treibrädern 18 bzw. 19. Die Wellenteile 16 und 17 sind ebenfalls als Abtriebsteile einer Doppelkupplnng 1 ausgebildet, deren Antriebsteil vom Aatriebsstrang 11 über das Winkelgetriebe 14,15 angetrieben wird. In diesem Falle ermittelt der Rechner 2 getrennte spezifische Stellgrößen für die Kupplungen der Achswellenteile 16 und 17, die von denen für die Kupplungen der Wellenteile 5 und 6 verschieden sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Antriebsmomente in Abhängigkeit von den ■omentanen Radlastgrößen auf die vier Räder 8,9,18,19 optimal *u verteilen. So werden weniger Schlupf una bessere Kraftübertragung vom Rad auf die Fahrbahn und damit ein geringerer Kraftstoffverbrauch erreicht. Bei dieser Ausführungaform entfallen nicht nur di2 Ausgleichsgetriebe in den Achswellen, sondern auch das Zwischendiff^rential in dem Antriebsstrang 11.

Figur A zeigt im wesentlichen die gleiche Darstellung wie Figur 3, Jedoch ist die Bremsanlage mit einem AntiblotAiersyetee ausgestattet. Dieses System dient ebenfalls als Signalgeber für den Rechner 2. Bei einem positiven Signal des Systems 7 an den Rechner 2 wird dieser veranlaßt, Öffnungebefehle an alle vier Stellglieder der Kupplungen zu geben, so daß die Treibräder 8,9, 18,19 vom Antriebsstrang 11 getrennt werden. Die TreibrMder sind dann unabhängig voneinander und vom Antriebsstrang durch das Antiblockiersystem frei bremsbar.

Figur 5 zeigt für die neuerungsgemäße Doppelkupplune das Auegangemoment der Kupplung 1 zum kurvenäußeren Rad in Verhältnis Eur Summe der Auegangsmomente dieser Kupplung in X in Abhängigkeit vom Lenkeinschlagwinkel ß für zwei unterschiedliche Fahr- «euggeschwindigkeiten, wobei v₂ >v_J ist. Aus der Darstellung ist

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ersichtlich, daß eine stufenlose Drehmomentsteuerung auf die Treibräder und damit eine optimale Anpassung an die augenblicklichen Kraftschlußbedingungen der Räder möglich ist.

Claims (3)

PATENTANWALT* 'im Bröltal 78 5202 Hennef 1 Telefon (02242) 5478 Bernhard Hartwig 5202 Hennef 1 Doppelkupplung für eine differentiallose Drehmomentübertragung in Kraftfahrzeugen Schutzansprüche

1. Doppelkupplung für eine differentiallose Drehmomentübertragung in Kraftfahrzeugen mit zwei, vier oder mehr Treibrädern y.uf einer, zwei bzw. mehr geteilten Achswelle(n), dadurch gekennzeichnet, da./ für jede der beiden Kupplungen (1) der geteilten Achswelle (5_f">· 16,17) ein Rohrkörper (27) als Außenmitnehmer hit axial verschiebbaren Außenlamellen (28) vorgesehen ist, die von beiden Seiten in die Rohrkörper (27) ragenden Acbswellenteile (5,6; 16,17) Innenmitnehmer (29) mit axial verschiebbaren Innenlamellen (30) tragen und der Rohrkörper (27) mit einem durch Ritzel (12;IA) vom Antriebsstrang (11) angetriebenen Tellerrad (10; 15) verbunden ist.

2. Doppelkupplung nach Anspruch 1 bei einem Fahrzeug mit Vierradantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstrang (11) frei von einem Zwischendifferential ist.

3. Doppelkupplung nach Anspruch 1 oder 2 bei einen Fahrzeug nit Vierradantrieb und Antiblockiersystem, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aktivierung des Antiblockiersystems (7) während eines Bremsvorgangs alle Kupplungen (1) durch ein vom Antiblockiersystem (7) über einen Rechner (2) laufendes Steuersignal geöffnet werden.

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4, Doppelkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechner (2) auf Grund des zugeführten Lenkeinschlagwinkels ß, der Radgeschwindigkeiten und fahrzeugspezifischer Daten die Kupplung (1) so steuert, daß immer das stärker belastete Treibrad (8 oder 9; 18 oder 19) einer Achswelle (5,6; 16,17), speziell bei Kurvenfahrt das kurvenäußere Rad angetrieben wird.