WO2002042663A2 - Allradverteilergetriebe für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2002042663A2
WO2002042663A2 PCT/EP2001/013504 EP0113504W WO0242663A2 WO 2002042663 A2 WO2002042663 A2 WO 2002042663A2 EP 0113504 W EP0113504 W EP 0113504W WO 0242663 A2 WO0242663 A2 WO 0242663A2
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output shaft
drive
wheel
drive shaft
shaft
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Ünal GAZYAKAN
Detlef Baasch
Gerhard Gumpoltsberger
Michael Ebenhoch
Barbara Schmohl
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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    • B60K17/34—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles
    • B60K17/344—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear
    • B60K17/346—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear the transfer gear being a differential gear
    • B60K17/3462—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear the transfer gear being a differential gear with means for changing distribution of torque between front and rear wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K17/3467—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a transfer gear the transfer gear being a differential gear combined with a change speed gearing, e.g. range gear

Definitions

  • the invention relates to a four-wheel transfer gearbox for a motor vehicle according to the kind defined in the preamble of claim 1.
  • a planetary gear set is actuated separately from one another as a translation stage for a switchable off-road gear and a controllable lock for blocking between a front axle and a rear axle of the motor vehicle via two separate actuators or electric motors.
  • the opening and closing of the lock and the connection or disconnection of the off-road gear is carried out here via the corresponding direction of rotation of the actuator or of the electric motor.
  • Switching off the off-road gear or unlocking the slat lock is effected, for example, by turning the electric motor to the left.
  • a further disadvantage is that the pressing of the slats during the closing or in the closed position of the slat lock cannot be exactly defined due to a bending of the lever, since the drive energy of the actuator applied to the slat lock when pressing the slats is partly due to the deformation of the Lever is used as energy loss and an exact relationship between the compression and the angle of rotation of the actuator or its drive shaft is no longer present.
  • the object of the present invention is therefore to provide an all-wheel transfer gearbox for a motor vehicle which has a small space requirement and with which an exact actuation of an off-road gear shift and a lock of the all-wheel transfer gearbox can be carried out.
  • the design effort and the number of components are advantageously reduced, since the actuation of the lock and the off-road gear shifting is realized by means of a single drive device.
  • the possible compact and low-wear design advantageously saves both installation space and weight and also costs due to the reduction in the number of components required.
  • Figure 1 is a schematic representation of an all-wheel transfer gearbox according to the invention of a motor vehicle with an off-road gear shift and a multi-plate lock.
  • FIG. 2 shows a simplified illustration of a drive device of the all-wheel transfer case according to FIG. 1, which is operatively connected to a linear drive for the off-road gear shift;
  • FIGS. 1 and 2 shows a half section through the drive device according to FIGS. 1 and 2 with an electromagnetic clutch and an electromagnetic brake in isolation and
  • Fig. 4 is an extremely schematic representation of the control range of the drive device.
  • the all-wheel drive transmission 1 has a controllable lock 4 for locking between a front axle drive train and a rear wheel drive train, the lock 4 and the transmission stage 2 being actuatable via a controllable drive device 5.
  • the drive device 5 has an input shaft 6 and two output shafts 7, 8, the first output shaft 7 being in operative connection with the transmission stage 2 and the second output shaft 8 with the lock 4.
  • the drive shaft 6 simultaneously represents an output shaft of an electric motor 9 of the drive device 5 and, during operation of the electric motor 9, transmits a torque which, depending on the activation of a switching device 10 of the drive device 5, for actuating the lock 4 or the transmission stage 2 from the drive shaft 6 to first output shaft 7 or the second output shaft 8 can be brought.
  • the first output shaft 7 is operatively connected to a linear drive 11 in the region of its end facing away from the drive shaft 6, the linear drive 11 having a ball screw 12 and a tiltable driver 13.
  • the ball screw drive 12 comprises a ball nut 15 which engages with a spindle-like region of the first output shaft 7 and has a plurality of balls 14, which is adjusted in the axial direction when the first output shaft 7 rotates and one Tilting movement of the driver 13 causes.
  • the ball nut 15 is displaced toward the drive device 5 in the axial direction of the first output shaft 7 when the electric motor 9 is turned to the left and is adjusted in the opposite direction when the electric motor 9 is turned to the right.
  • the driver 13 is tiltably mounted in a housing 16 of the all-wheel distributor gear 1 and is connected to a synchronization 17 of the transmission stage 2, wherein a tilting movement of the driver 13 causes a translational movement of the shift sleeve of the synchronization 17.
  • the second output shaft 8 is operatively connected to the lock 4 at its end facing away from the drive shaft 6 via a transmission device 18, the transmission device 18 having gears 20, 21 which are fixedly connected to a shaft 19 and rotatably arranged in the housing 16.
  • the first gear 20 of the shaft 19 is in engagement with a spur gear 22 which is fixedly connected to the second output shaft 8.
  • the lock 4 has an adjusting wheel 23 which is provided with a tooth profile 24 which extends partially over the circumference of the adjusting wheel 23 and which is in engagement with the second toothed wheel 21 of the shaft 19. Furthermore, the lock 4 has a plurality of axially displaceable slats, the inner slats 25 of the lock 4 being connected in a rotationally fixed manner to a rear wheel output shaft 28 of the all-wheel transfer gear 1 and the outer plates 27 of the lock 4 being connected in a rotationally fixed manner to a front wheel output shaft 26 of the all-wheel transfer gear 1.
  • a disk-like adjusting element 29 which is axially displaceable and non-rotatably arranged in the housing 16 of the all-wheel distributor gear 1 and which has spirally formed grooves 29A on its side facing the adjusting wheel 23, the depth of which in the Kind of an inclined path increases steadily up to a maximum low point.
  • the adjusting wheel 23 has on its side facing the adjusting element 29 corresponding to the grooves 29A of the adjusting element 29 corresponding spiral recesses 23A, with rolling elements 61 being guided between the adjusting wheel 23 and the adjusting element 29 in the grooves 29A and the recesses 23A.
  • the adjusting wheel 23 forms with the adjusting element 29 and the rolling elements or balls 61 arranged therebetween a ball-ramp system, the grooves 29A and the recesses 23A being arranged with respect to one another such that rotation of the adjusting wheel 23 causes the rolling elements to roll 61 in the grooves 29A and the recesses 23A and an axial movement of the actuating element towards the disk packs 25, 27 towards or away from them with the axially fixed adjusting wheel 23.
  • the rotation of the setting wheel 23 is brought about by the transmission of the drive torque emanating from the drive device 5 via the transmission device 18 to the setting wheel 23.
  • the switching device 10 of the drive device 5 has an electromagnetic clutch 30, with which a flow of force between the drive shaft 6 and the first output shaft 7 or the second output shaft 8 can be established.
  • the electromagnetic clutch 30 is provided with an axially and rotationally movable guided coupling element 31, which is rotatably connected to the drive shaft 6 and, depending on the current supply to the electromagnetic clutch 30, the power flow between the drive shaft 6 and the first output shaft 7 or produces second output shaft 8.
  • the off-road gear shift 2 is actuated via the linear drive 11 when the off-road gear is not shifted when the electric motor is turned to the left, that the ball screw 12 is displaced in the axial direction of the first output shaft 7, wherein a tilting movement of the driver 13 results in a translational movement of the shift sleeve of the synchronization 17.
  • the shifting sleeve of the synchronization 17 becomes in the presence of power flow between the drive shaft 6 and the first output shaft 7 Adjusted back into the neutral position shown in FIG. 1 via the linear drive 11.
  • the electromagnetic clutch 30 is controlled in such a way that there is a power flow between the drive shaft 6 and the second output shaft 8, the drive torque of the electric motor 9 transmitted from the drive shaft 6 to the second output shaft 8 causes the setting wheel 23 to rotate, which in turn causes a translatory movement of the actuating element 29 of the lock 4 to be closed in the direction of the plate packs 25, 27 results.
  • a spring device (not shown) of the lock 4 exerts a restoring force on the disk packs 25, 27, which in turn translates the actuating element 29 in the direction of the adjusting wheel 23 to open the lock 4 causes.
  • the lamella lock 4 is always brought from an open to a closed or locking position only by one direction of movement or direction of rotation of the electric motor 9, advantageously only a small amount of control is required.
  • the lock 4 is closed via the drive device 5 and then held in the locking position by the electric motor 9 as long as required. If the locking effect of the lock 4 is to be removed again, either the power flow between the second output shaft 8 and the drive shaft 6 canceled via the electromagnetic clutch 30 or the electric motor 9 switched off, the spring device of the lock 4 acting in the axial direction of the rear wheel output shaft 28 in the manner described above on the actuating element 29. Due to the design of the grooves 29A of the adjusting element 29 and the recesses 23A of the adjusting wheel 23 and the roller bodies or balls 61 arranged between them, the adjusting wheel 23 is set in rotation and the lock 4 is opened.
  • FIG. 2 shows the drive device 5 with the linear drive 11 on its own and is intended to illustrate the mode of operation of the linear drive 11 and the tilting movement of the driver 13 due to an axial adjustment of the ball screw 12.
  • the driver 13 is rotatably mounted in the housing 16 at a pivot point 32 and is rotatably connected to the ball screw drive 12 at its end facing the first output shaft 7. At its end facing away from the ball screw 12, the driver 13 is connected to the synchronization 17 shown in FIG. 1 and, when it rotates about the pivot point 32, causes the sliding sleeve of the synchronization 17 to translate.
  • the end of the driver 13 facing away from the ball screw 12 experiences a deflection directed in the axial direction of the first output shaft 7, which leads to the adjustment of the sliding sleeve of the synchronization 17 and has the result that the off-road gear is switched on and off.
  • Fig. 3 shows the drive device 5 alone, the drive shaft 6 in the area of the
  • Output shafts 7, 8 facing end is configured with a flange-like collar 34, on which in the present case as Leaf spring or membrane spring formed resilient element 35 of the coupling element 31 is rotationally fixed.
  • the flange-like collar 34 is formed in one piece with a hollow cylindrical component 36 which is firmly connected to the drive shaft 6, the connection between the hollow cylindrical component 36 and the drive shaft 6 in the region of the end of the hollow cylindrical component facing away from the output shafts 7, 8 36 and the region of the end of the drive shaft 6 facing the output shafts 7, 8.
  • the hollow cylindrical component 36 extends in the axial direction of the drive shaft 6 such that the first output shaft 7 engages in a central bore 37 of the hollow cylindrical component 36, a roller bearing 38 for receiving a between the first output shaft 7 and the hollow cylindrical component 36 the flange-like collar 34 and the hollow cylindrical component 36 acting radial forces is arranged.
  • the arrangement or configuration of the hollow cylindrical component 36 and the roller bearing 38 between the first output shaft 7 and the hollow cylindrical component 36 ensures exact positioning of the components relative to one another and a compact design of the drive device 5.
  • the electromagnetic clutch 30 has a cast-in coil 39, which is arranged in an annular magnetic body 41 with a U-shaped cross section.
  • the coupling element 31 is formed in addition to the resilient element 35 with an annular, in cross-section L-shaped guide element 42 which is rotatably guided on the magnetic body 41 of the electromagnetic clutch 30 and in the axial direction of the drive shaft 6, the guidance of the guide element 42 is formed on the magnetic body 41 in such a way that a rotational movement of the drive shaft 6 is transmitted to the hollow cylindrical component 36, the resilient element 10 and also to the guide element 42 and can be carried out by the latter.
  • An annular transmission element 43 which is at least approximately U-shaped in cross section, is fastened to the guide element 42, the guide element 42 and the transmission element 43 representing the armature of the electromagnetic clutch 30.
  • the guide element 42 and the transmission element 43 are displaced in the axial direction of the drive shaft 6 in the direction of the two output shafts 7, 8 along the guide of the magnetic body 41 against a holding force which arises from a reversible deformation of the resilient element 35 ,
  • the second output shaft 8 is designed as a hollow shaft surrounding the first output shaft 7 and can be brought into operative connection at its end facing the drive shaft 6 with the coupling element 31 or a toothing 44 of the transmission element 43 such that a rotationally fixed connection between the drive shaft 6 and of the second output shaft 8 is in the de-energized state of the electromagnetic clutch 30.
  • the toothing 44 of the transmission element 43 is as one over the entire beginning of the transmission element 43 extending internal toothing formed and engages in a tooth profile of the second output shaft 8, which is formed on a funnel-shaped end of the second output shaft 8 facing the drive shaft 6.
  • non-positive connection for example a frictional connection via two friction surfaces, instead of the positive connection between the transmission element 43 and the second output shaft 8.
  • non-rotatable connection can also be formed via another suitable positive connection type instead of the toothing described.
  • the first output shaft 7 is provided in the region of its end facing the drive shaft 6 with a collar 45, with which the coupling element 31 or the transmission element 43 contacts in the energized state of the electromagnetic clutch 30 such that between the drive shaft 6 and the first output shaft 7 there is a non-rotatable connection and the drive torque introduced via the drive shaft 6 is transmitted to the first output shaft 7 via the coupling element 31.
  • the collar 45 of the first output shaft 7 is designed as a separate flange-like component which is connected to the first output shaft 7 via a press fit.
  • the person skilled in the art is at liberty to form the collar 45, if necessary, in one piece with the output shaft 7, and another non-positively or positively - in any case non-rotatably Provide connection between the first output shaft 7 and the collar 45.
  • the coupling element 31 or the guide element 42 and the transmission element 43 is pressed in the axial direction on the collar 45 by the electrical field generated by the cast-in coil 39 of the electromagnetic clutch 30, the toothing 44 of the Transfer element 43 is brought out of engagement with the tooth profile of the second output shaft 8.
  • the connection between the drive shaft 6 and the second output shaft 8 is released and a frictional connection between the transmission element 43 and the collar 45 is established, so that a
  • the transmission element 43 and the guide element 42 are caused by the potential energy supplied to the resilient element 35 in the energized state of the electromagnetic clutch 30 in the axial direction of the drive shaft 6 from the collar 45 to the coil 39 of the electromagnetic clutch 30 postponed.
  • the frictional connection between the transmission element 43 and the collar 45 is released, and the toothing 44 of the transmission element 43 is again in engagement with the tooth profile of the second output shaft 8.
  • an electromagnetic brake 46 is provided to relieve the load on the drive device 5, with which the drive shaft 6 is dependent an energization of the electromagnetic brake 46 is held in a rotationally fixed position.
  • the electromagnetic brake 46 has a cast-in coil 47, the coil 47 being arranged in an annular magnetic body 49 which is designed with a U-shaped cross section.
  • the electromagnetic brake 46 comprises a brake element 50 which is rotatable with the drive shaft 6 and is movable in the axial direction of the drive shaft 6 and which forms a flow of force between the drive shaft 6 and the electromagnetic brake 46 when the electromagnetic brake 46 is energized.
  • the brake element 50 In the de-energized state of the electromagnetic brake 46, the brake element 50 is arranged at a distance from the coil 47 and the magnetic body 49 of the electromagnetic brake 46 in the axial direction of the drive shaft 6.
  • the drive shaft 6 Due to the contact between the brake element 50 and the magnetic body 47 of the electromagnetic brake 46 and a fastening of the magnetic body 49 in a housing 51 of the drive device 5, the drive shaft 6 is held in a desired standing position with the torque applied via the electromagnetic brake 46 without a drive torque or a counter torque must be applied to the drive device 5.
  • the applied torque acts on the drive shaft 6 as a function of the position of the electromagnetic clutch 30 from the first output shaft 7 or the second output shaft 8 or the disk lock 4 or the transmission stage 2.
  • the electric motor 9 of the drive device 5 could be permanent be energized.
  • this is undesirable since the permanent energization of the electric motor 9 required to maintain the counter torque requires a high amount of energy and would result in undesired heating of the drive unit 5. This is successfully avoided by using the electromagnetic brake 46.
  • another resilient element is provided between a shaft flange 52 of the drive shaft 6 and the brake element 50 Element 53 is provided, which experiences a reversible deformation due to the axial displacement of the brake element 50 in the energized state of the electromagnetic clutch 46 and stores potential spring energy.
  • the stored energy leads to an axial displacement of the brake element 50 away from the magnetic body 49 of the electromagnetic brake 46 into a rest position of the brake element 50 when the electromagnetic brake 46 is switched to a de-energized state.
  • the shaft flange 52 is firmly connected to the drive shaft 6 via a press fit and held via a shoulder 54 of the drive shaft 6 in the axial direction of the drive shaft 6.
  • the electromagnetic clutch 30, like the electromagnetic brake 46, is fixed and immovable via its holder 41 in the housing 51 of the drive device 5.
  • the electromagnetic clutch 30 and the electromagnetic brake 46 are basically of the same type, the electromagnetic fields generated having different effects on the they have surrounding components.
  • the field of the electromagnetic clutch 30 thus repels the coupling element 31, whereas the field of the electromagnetic brake 46 attracts the braking element 50, which is the armature of the electromagnetic brake 46.
  • the magnetic bodies 41, 49 are made of iron in order to be able to optimally form the electromagnetic field.
  • the drive shaft 6 is mounted in the housing 51 via a ball bearing 55, which absorbs axial forces acting on the drive shaft 6.
  • the second output shaft 8 is also rotatably mounted in the housing 51 via a ball bearing 58, the first output shaft 7 being rotatable via the roller bearing 38 in the hollow cylindrical component 36 and via two further roller bearings 57A, 57B and an additional ball bearing 56 in the second output shaft 8 is stored.
  • the drive unit 5 has the separate housing 51 fastened to the housing 16 of the all-wheel transfer case 1.
  • the arrangement of the drive unit 5 lying outside the gear housing 16 enables a simple construction of the latter, since e.g. no cable seals have to be provided in the housing, and simple installation.
  • FIG. 4 shows an extremely schematic representation of the control range of the drive device 5 or of the electric motor 9, a horizontal line with arrowheads starting from a zero point “0” representing the two directions of rotation of the electric motor 9.
  • the one shown with “0” Operating point, the electric motor 9 is at a standstill. Starting from this point, there is a rotation via the angle ⁇ in the direction of an operating point H (“high”) or an opposite rotation via the angle - ⁇ in the direction of a point L (“Low”).
  • the points L and H symbolize coupling points at which the electromagnetic clutch 30 is switched over in the present case.
  • the area between the operating point “0” that characterizes a standstill and the coupling points L and H represents the control range of the first output shaft 7.
  • a switch is made to regulating the second output shaft 8, the control range of which is directly related to the Coupling points with the control ranges 59, 60 shown in FIG. 4 are connected.
  • control of the second output shaft 8 begins immediately after reaching the coupling points L or H without an idling range.
  • a displacement sensor is arranged in the area of the ball screw drive 12, which signals when the coupling points L and H have been reached, so that an assigned electronic control unit can recognize that immediately upon actuation the second output shaft 8 can be started.
  • control element A slot electromagnetic coupling coupling element pivot point flange-like collar resilient element hollow cylindrical component central bore roller bearing cast-in coil of the electromagnetic

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Abstract

Es wird ein Allradverteilergetriebe (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Planetensatz als Übersetzungsstufe (2) für einen zuschaltbaren Geländegang und mit einem Planetensatz (3) mit variabler Teilung für eine Verteilung eines Antriebsmoments auf eine Vorderachse und eine Hinterachse beschrieben. Weiter weist das Allradverteilergetriebe (1) eine regelbare Sperre (4) zur Sperrung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse auf, wobei die Sperre (4) und die Übersetzungsstufe (2) über eine ansteuerbase Antriebseinrichtung (5) betätigbar sind. Die Antriebseinrichtung (5) weist eine Antriebswelle (6) und zwei Abtriebswellen (7, 8) auf, wobei die erste Abtriebswelle (7) mit der Übersetzungsstufe (2) und die zweite Abtriebswelle (8) mit der Sperre (4) in Wirkverbindung steht. Ein über die Antriebswelle (6) zugeführtes Moment ist in Abhängigkeit einer Ansteuerung einer Umschalteinrichtung (10) zum Betätigen der Sperre (4) oder der Übersetzungsstufe (2) auf die erste oder die zweite Abtriebswelle (7 oder 8) aufbringbar.

Description

Allradverteilergetriebe für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Allradverteilergetriebe für ein Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
Bei aus der Praxis bekannten Allradverteilergetrieben für Kraftfahrzeuge wird ein Planetensatz als Übersetzungs- stufe für einen zuschaltbaren Geländegang und eine regelbare Sperre zur Sperrung zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftfahrzeuges über zwei separate Aktuato- ren beziehungsweise Elektromotoren getrennt voneinander betätigt .
Derartige Allradverteilergetriebe mit Einrichtungen zum Betätigen einer Geländegangschaltung sowie einer regelbaren Sperre weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie einen großen Bauraum benötigen und der generellen Anforderung in der Kraftfahrzeugtechnik in bezug auf eine Gewichtsreduzierung zur Minimierung des Kraftstoffverbrauches entgegenwirken.
In der US 6,022,289 ist ein Allradverteilergetriebe eines Kraftfahrzeuges beschrieben, bei welchem eine Gelän¬ degangschaltung und eine Sperre über eine gemeinsame Antriebseinrichtung betätigt werden. Dabei wird die als La¬ mellensperre ausgebildete Sperre von einem Aktuator der Antriebseinrichtung über einen Hebelarm von einer offenen Stellung in eine geschlossene Stellung, und dabei in eine einen Vorderradantrieb mit einem Hinterradantrieb sperrende Stellung, gebracht. Eine Betätigung der Geländegangschal¬ tung erfolgt über eine Kurvenscheibe, welche einen von dem Aktuator ausgehenden rotatorischen Antrieb in eine translatorische Bewegung bzw. Betätigung der Geländegangschaltung umwandelt .
Das Öffnen und das Schließen der Sperre und die Zu- bzw. Abschaltung des Geländeganges erfolgt hierbei über die jeweils damit korrespondierende Drehrichtung des Aktuators bzw. des Elektromotors. Das bedeutet, daß beispielsweise eine Rechtsdrehung des Elektromotors eine Verstellung des Geländeganges in eine Schaltposition bzw. eine Verstellung der Lamellensperre in eine Schließstellung bewirkt. Das Abschalten des Geländeganges oder ein Entsperren der Lamellensperre wird beispielsweise durch eine Linksdrehung des Elektromotors bewirkt.
Nachteilig ist dabei jedoch, daß die für eine Betätigung der Lamellensperre und der Geländegangschaltung über deren jeweilig gesainten Betriebsbereich erforderlichen verschiedenen Drehrichtungen des Elektromotors ein sogenanntes Umschlagspiel bei der Drehrichtungsumkehr verursachen, welches insbesondere bei der Ansteuerung des Antriebs für die Lamellensperre eine exakte Einstellung eines Anpreßdrucks nur in unbefriedigender Art und Weise ermöglicht.
Weiter ist von Nachteil, daß die Verpressung der Lamellen während des Schließens oder in geschlossener Position der Lamellensperre aufgrund einer Verbiegung des Hebels nicht exakt definierbar ist, da die beim Verpressen der Lamellen die auf die Lamellensperre aufgebrachte Antriebs- energie des Aktuators teilweise durch die Verformung des Hebels als Verlustenergie verbraucht wird und ein exakter Zusammenhang zwischen der Verpressung und dem Drehwinkel des Aktuators bzw. dessen Antriebswelle nicht mehr gegeben ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Allradverteilergetriebe für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, welches einen geringen Bauraumbedarf aufweist und mit der eine exakte Betätigung einer Geländegangschaltung und einer Sperre des Allradverteilergetriebes durchführbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Allradverteilergetriebe wird der konstruktive Aufwand und die Anzahl der Bauteile vorteilhafterweise reduziert, da die Betätigung der Sperre und der Geländegangschaltung über eine einzige Antriebseinrichtung realisiert wird. Mit der möglichen kompakten und verschleißarmen Bauweise werden in vorteilhafter Weise sowohl Bauraum und Gewicht als auch aufgrund der Reduzierung der erforderlichen Bauteile Kosten eingespart.
Dadurch, daß die Sperre und die Kopplung zum Planetensatz, welcher als Ubersetzungsstufe für den zuschaltbaren Geländegang dient, über eine gemeinsame Antriebseinrichtung betätigbar sind und ein Moment der Antriebswelle der Antriebseinrichtung jeweils in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Umschalteinrichtung zum Betätigen der Sperre oder der Ubersetzungsstufe auf die erste Antriebswelle oder die zweite Antriebswelle der Antriebseinrichtung aufgebracht wird, wird der Aufwand zur Steuerung und Regelung der wechselseitigen Betätigung der Sperre und der Geländegangschaltung erheblich vereinfacht. Dieser Vorteil ergibt sich durch die Tatsache, daß lediglich eine Maschine, wie beispielsweise ein Elektromotor der Antriebseinrichtung, das Antriebsmoment erzeugt und lediglich die Umschalteinrichtung zur Umleitung des Antriebsmomentes von der Antriebs- welle auf eine der beiden Abtriebswellen angesteuert wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Allradverteilergetriebes eines Kraftfahrzeuges mit einer Geländegangschaltung und einer Lamellensperre;
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung einer Antriebseinrichtung des Allradverteilergetriebes nach Fig. 1, welche mit einem Linearantrieb für die Geländegangschaltung in Wirkverbindung steht;
Fig. 3 einen Halbschnitt durch die Antriebseinrich- tung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 mit einer elektromagnetischen Kupplung und einer elektromagnetischen Bremse in Alleinstellung und
Fig. 4 eine äußerst schematisierte Darstellung des Regelbereiches der Antriebseinrichtung.
Bezug nehmend auf Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Allradverteilergetriebes 1 für ein Kraft- fahrzeug mit einem ersten Planetensatz als Ubersetzungsstufe 2 für einen zuschaltbaren Geländegang und mit einem zweiten Planetensatz 3 mit variabler Teilung für eine Verteilung eines Antriebsmoments auf eine Vorderachse und eine Hinterachse dargestellt. Weiter weist das Allradverteilergetriebe 1 eine regelbare Sperre 4 zur Sperrung zwischen einem Vorderachsabtriebsstrang und einem Hinterradabtriebsstrang auf, wobei die Sperre 4 und die Ubersetzungsstufe 2 über eine ansteuerbare Antriebseinrichtung 5 betätigbar sind.
Die Antriebseinrichtung 5 weist eine Antriebswelle 6 und zwei Abtriebswellen 7, 8 auf, wobei die erste Abtriebswelle 7 mit der Ubersetzungsstufe 2 und die zweite Ab- triebswelle 8 mit der Sperre 4 in Wirkverbindung steht. Die Antriebswelle 6 stellt gleichzeitig eine Ausgangswelle eines Elektromotors 9 der Antriebseinrichtung 5 dar und überträgt im Betrieb des Elektromotors 9 ein Moment, welches in Abhängigkeit einer Ansteuerung einer Umschalteinrichtung 10 der Antriebseinrichtung 5 zum Betätigen der Sperre 4 oder der Ubersetzungsstufe 2 von der Antriebswelle 6 auf die erste Abtriebswelle 7 oder die zweite Abtriebswelle 8 bringbar ist.
Die erste Abtriebswelle 7 steht im Bereich ihres der Antriebswelle 6 abgewandten Endes mit einem Linearantrieb 11 in Wirkverbindung, wobei der Linearantrieb 11 einen Kugelgewindetrieb 12 und einen kippbaren Mitnehmer 13 aufweist. Der Kugelgewindetrieb 12 umfaßt eine mit einem spindelartig ausgebildeten Bereich der ersten Abtriebswelle 7 in Eingriff stehende, mehrere Kugeln 14 aufweisende Kugelmutter 15, die bei einer Rotation der ersten Abtriebswelle 7 in deren axialer Richtung verstellt wird und eine Kippbewegung des Mitnehmers 13 bewirkt. Dabei wird bei der gezeigten Ausführung die Kugelmutter 15 bei einer Linksdrehung des Elektromotors 9 in axialer Richtung der ersten Abtriebswelle 7 auf die Antriebseinrichtung 5 zu verschoben und bei einer Rechtsdrehung des Elektromotors 9 in entgegengesetzter Richtung verstellt.
Der Mitnehmer 13 ist in einem Gehäuse 16 des Allradverteilergetriebes 1 kippbar gelagert und mit einer Syn- chronisierung 17 der Ubersetzungsstufe 2 verbunden, wobei eine Kippbewegung des Mitnehmers 13 eine translatorische Bewegung der Schaltmuffe der Synchronisierung 17 bewirkt.
Es versteht sich, daß der Fachmann bei einer alterna- tiven Ausführung auch eine starr mit dem Linearantrieb verbundene, nicht kippbare Gabel anstelle des hier gezeigten Mitnehmers 13 vorsehen kann.
Die zweite Abtriebswelle 8 steht an ihrem der An- triebswelle 6 abgewandten Ende über eine Übersetzungseinrichtung 18 mit der Sperre 4 in Wirkverbindung, wobei die Übersetzungseinrichtung 18 mit einer Welle 19 fest verbundene und im Gehäuse 16 drehbar angeordnete Zahnräder 20, 21 aufweist. Das erste Zahnrad 20 der Welle 19 steht mit einem mit der zweiten Abtriebswelle 8 fest verbundenen Stirnrad 22 in Eingriff.
Die Sperre 4 weist ein Stellrad 23 auf, das mit einem sich teilweise über den Umfang des Stellrades 23 erstre- ckenden Zahnprofil 24 versehen ist und mit dem zweiten Zahnrad 21 der Welle 19 in Eingriff steht. Weiter weist die Sperre 4 mehrere axial verschiebliche Lamellen auf, wobei Innenlamellen 25 der Sperre 4 drehfest mit einer Hinterradabtriebswelle 28 des Allradverteilergetriebes 1 und Außenlamellen 27 der Sperre 4 drehfest mit einer Vorderradabtriebswelle 26 des Allradverteilergetriebes 1 verbunden sind.
Zwischen den Lamellenpaketen 25, 27 und dem Stellrad 23 ist ein in dem Gehäuse 16 des Allradverteilergetrie- bes 1 axial verschiebliches und drehfest angeordnetes, scheibenartiges Stellelement 29 vorgesehen, welches auf seiner dem Stellrad 23 zugewandten Seite spiralförmig ausgebildete Nuten 29A aufweist, deren Tiefe in der Art einer schiefen Bahn bis zu einem maximalen Tiefpunkt stetig zu- nimmt. Zusätzlich weist das Stellrad 23 auf seiner dem Stellelement 29 zugewandten Seite mit den Nuten 29A des Stellelementes 29 korrespondierende spiralförmige Ausnehmungen 23A auf, wobei zwischen dem Stellrad 23 und dem Stellelement 29 in den Nuten 29A und den Ausnehmungen 23A Wälzkörper 61 geführt sind.
Das Stellrad 23 bildet mit dem Stellelement 29 und den dazwischen angeordneten Wälzkörpern bzw. Kugeln 61 ein Kugel-Rampe-System aus, wobei die Nuten 29A und die Ausneh- mungen 23A derart zueinander angeordnet sind, daß eine Rotation des Stellrades 23 ein Abwälzen der Wälzkörper 61 in den Nuten 29A und den Ausnehmungen 23A sowie eine axiale Bewegung des Stellelementes auf die Lamellenpakete 25, 27 zu oder von diesen weg bei axial feststehendem Stellrad 23 bewirkt. Die Rotation des Stellrades 23 wird durch die Ü- bertragung des von der Antriebseinrichtung 5 ausgehenden Antriebsmomentes über die Übersetzungseinrichtung 18 auf das Stellrad 23 bewirkt. Diese Konstruktion, bei der wenig biegeweiche Teile zum Einsatz kommen, zeichnet sich durch ein sehr vorteilhaftes Hystereseverhalten mit kleiner Hysterese aus, wo- durch eine sehr feine Einstellung der Lamellensperre 4 möglich ist.
Die Umschalteinrichtung 10 der Antriebseinrichtung 5 weist eine elektromagnetische Kupplung 30 auf, mit welcher ein Kraftfluß zwischen der Antriebswelle 6 und der ersten Abtriebswelle 7 oder der zweiten Abtriebswelle 8 herstellbar ist. Zur Ausbildung des Kraftflusses ist die elektromagnetische Kupplung 30 mit einem axial und rotatorisch beweglichen geführten Koppelelement 31 versehen, welches drehfest mit der Antriebswelle 6 verbunden ist und in Abhängigkeit einer Bestromung der elektromagnetischen Kupplung 30 den Kraftfluß zwischen der Antriebswelle 6 und der ersten Abtriebswelle 7 oder der zweiten Abtriebswelle 8 herstellt.
Im Betrieb des Elektromotors 9 und bei einer Ansteuerung der elektromagnetischen Kupplung 30 zur Herstellung eines Kraftflusses zwischen der Antriebswelle 6 und der ersten Abtriebswelle 7 erfolgt eine Betätigung der Gelände- gangschaltung 2 über den Linearantrieb 11 bei nichtgeschal- tetem Geländegang bei einer Linksdrehung des Elektromotors dahingehend, daß der Kugelgewindetrieb 12 in axialer Richtung der ersten Abtriebswelle 7 verschoben wird, wobei eine Kippbewegung des Mitnehmers 13 eine translatorische Bewe- g ng der Schaltmuffe der Synchronisierung 17 zur Folge hat. Bei einer Rechtsdrehung des Elektromotors 9 wird bei bestehendem Kraftfluß zwischen der Antriebswelle 6 und der ersten Abtriebswelle 7 die Schaltmuffe der Synchronisierung 17 über den Linearantrieb 11 wieder in die in Fig. 1 dargestellte Neutralposition zurückverstellt.
Wird hingegen die elektromagnetische Kupplung 30 der- art angesteuert, daß ein Kraftfluß zwischen der Antriebswelle 6 und der zweiten Abtriebswelle 8 vorliegt, bewirkt das von der Antriebswelle 6 auf die zweite Abtriebswelle 8 übertragene Antriebsmoment des Elektromotors 9 eine Rotation des Stellrades 23, welche wiederum eine translatorische Bewegung des Stellelementes 29 der zu schließenden Sperre 4 in Richtung der Lamellenpakete 25, 27 zur Folge hat.
Wird der Kraftfluß zwischen der Antriebswelle 6 und zweiten Abtriebswelle 8 aufgehoben oder der Elektromotor 9 stromlos geschaltet, übt eine nicht näher dargestellte Federeinrichtung der Sperre 4 eine Rückstellkraft auf die Lamellenpakete 25, 27 aus, die wiederum eine translatorische Bewegung des Stellelements 29 in Richtung des Stellrades 23 zum Öffnen der Sperre 4 bewirkt.
Dadurch, daß die Lamellensperre 4 immer nur durch eine Bewegungsrichtung bzw. Drehrichtung des Elektromotors 9 von einer geöffneten in eine geschlossene bzw. sperrende Stellung gebracht wird, ist vorteilhafterweise nur ein geringer Regelaufwand erforderlich.
Wenn die Vorderradabtriebswelle 26 und die Hinterradabtriebswelle 28 miteinander versperrt werden sollen, wird die Sperre 4 über die Antriebseinrichtung 5 geschlossen und anschließend durch den Elektromotor 9 solange wie erforderlich in sperrender Stellung gehalten. Wenn die sperrende Wirkung der Sperre 4 wieder aufgehoben werden soll, wird entweder der Kraftfluß zwischen der zweiten Abtriebswelle 8 und der Antriebswelle 6 über die elektromagnetische Kupplung 30 aufgehoben oder der Elektromotor 9 stromlos geschaltet, wobei die Federeinrichtung der Sperre 4 in axialer Richtung der Hinterradabtriebswelle 28 in der oben beschriebenen Art und Weise auf das Stellelement 29 einwirkt. Aufgrund der Ausgestaltung der Nuten 29A des Stellelementes 29 und der Ausnehmungen 23A des Stellrades 23 und den dazwischen angeordneten Wälzkörpern bzw. Kugeln 61 wird das Stellrad 23 in Rotation versetzt und die Sperre 4 geöffnet.
Die Fig. 2 zeigt die Antriebseinrichtung 5 mit dem Linearantrieb 11 in Alleinstellung und soll die Wirkungsweise des Linearantriebes 11 und die Kippbewegung des Mitnehmers 13 aufgrund einer axialen Verstellung des Kugelgewindetrie- bes 12 verdeutlichen. Der Mitnehmer 13 ist an einem Drehpunkt 32 drehbar in dem Gehäuse 16 gelagert und an seinem der ersten Abtriebswelle 7 zugewandten Ende drehbar mit dem Kugelgewindetrieb 12 verbunden. An seinem dem Kugelgewindetrieb 12 abgewandten Ende ist der Mitnehmer 13 mit der in Fig. 1 dargestellten Synchronisierung 17 verbunden und bewirkt bei einer Drehung um den Drehpunkt 32 eine translatorische Bewegung der Schiebemuffe der Synchronisierung 17. Dabei erfährt das dem Kugelgewindetrieb 12 abgewandte Ende des Mitnehmers 13 eine in axialer Richtung der ersten Ab- triebswelle 7 gerichtete Auslenkung, die zur Verstellung der Schiebemuffe der Synchronisierung 17 führt und eine Zu- bzw. Abschaltung des Geländeganges zur Folge hat.
Die Fig. 3 zeigt die Antriebseinrichtung 5 in Allein- Stellung, wobei die Antriebswelle 6 im Bereich ihres den
Abtriebswellen 7, 8 zugewandten Endes mit einem flanschartigen Bund 34 ausgestaltet ist, an dem ein vorliegend als Blattfeder bzw. Membranfeder ausgebildetes federndes Element 35 des Koppelelementes 31 drehfest befestigt ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der flanschar- tige Bund 34 einstückig mit einem hohlzylindrischen und mit der Antriebswelle 6 fest verbundenen Bauteil 36 ausgebildet, wobei die Verbindung zwischen dem hohlzylindrischen Bauteil 36 und der Antriebswelle 6 im Bereich des den Abtriebswellen 7, 8 abgewandten Endes des hohlzylindrischen Bauteils 36 und dem Bereich des den Abtriebswellen 7, 8 zugewandten Endes der Antriebswelle 6 vorgesehen ist. Das hohlzylindrische Bauteil 36 erstreckt sich in axialer Richtung der Antriebswelle 6 derart, daß die erste Abtriebswelle 7 in eine mittige Bohrung 37 des hohlzylindrischen Bau- teils 36 eingreift, wobei zwischen der ersten Abtriebswelle 7 und dem hohlzylindrischen Bauteil 36 ein Wälzlager 38 zur Aufnahme von auf den flanschartigen Bund 34 und das hohlzylindrische Bauteil 36 einwirkenden Radialkräften angeordnet ist.
Die Anordnung bzw. die Ausgestaltung des hohlzylindrischen Bauteils 36 und des Wälzlagers 38 zwischen der ersten Abtriebswelle 7 und dem hohlzylindrischen Bauteil 36 gewährleistet eine exakte Positionierung der Bauteile zuein- ander sowie eine kompakte Bauweise der Antriebseinrichtung 5.
Betrachtet man den Aufbau der elektromagnetischen Kupplung 30, so weist diese eine eingegossene Spule 39 auf, die in einem ringförmigen Magnetkörper 41 mit einem U- förmigen Querschnitt angeordnet ist. Das Koppelelement 31 ist zusätzlich zu dem federnden Element 35 mit einem ringförmigen, im Querschnitt L-förmig ausgeführten Führungselement 42 ausgebildet, welches auf dem Magnetkörper 41 der elektromagnetischen Kupplung 30 rotatorisch sowie in axialer Richtung der Antriebswelle 6 beweglich geführt ist, wobei die Führung des Führungselements 42 auf dem Magnetkörper 41 derart ausgebildet ist, daß eine Rotationsbewegung der Antriebswelle 6 auf das hohlzylindrische Bauteil 36, das federnde Element 10 und auch auf das Führungselement 42 übertragen wird und von diesem ausgeführt werden kann.
An dem Führungselement 42 ist ein ringförmiges, im Querschnitt wenigstens annähernd U-förmig ausgebildetes Übertragungselement 43 befestigt, wobei das Führungselement 42 und das Übertragungselement 43 den Anker der elektromagnetischen Kupplung 30 darstellen. In bestromtem Zustand der elektromagnetischen Kupplung 30 wird das Führungselement 42 und das Übertragungselement 43 in axialer Richtung der Antriebswelle 6 in Richtung der beiden Abtriebswellen 7, 8 entlang der Führung des Magnetkörpers 41 entgegen einer Haltekraft verschoben, die durch eine reversible Verformung des federnden Elementes 35 entsteht.
Die zweite Abtriebswelle 8 ist als eine die erste Abtriebswelle 7 umgebende Hohlwelle ausgebildet und an ihrem der Antriebswelle 6 zugewandten Ende mit dem Koppelelement 31 bzw. einer Verzahnung 44 des Übertragungselementes 43 derart in Wirkverbindung bringbar, daß eine drehfes- te Verbindung zwischen der Antriebswelle 6 und der zweiten Abtriebswelle 8 in unbestromtem Zustand der elektromagnetischen Kupplung 30 vorliegt. Die Verzahnung 44 des Übertragungselementes 43 ist als eine sich über den gesamten Um- fang des Übertragungselementes 43 erstreckende Innenverzahnung ausgebildet und greift in ein Zahnprofil der zweiten Abtriebswelle 8 ein, die an einem der Antriebswelle 6 zugewandten, sich trichterförmig aufweitenden Ende der zweiten Abtriebswelle 8 ausgebildet ist.
Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmannes, anstatt der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Übertragungselement 43 und der zweiten Abtriebswelle 8 eine kraftschlüssige Verbindung, wie beispielsweise eine reibschlüssige Verbindung über zwei Reibflächen, vorzusehen. Darüber hinaus kann die drehfeste Verbindung anstatt der beschriebenen Verzahnung auch über eine andere geeignete formschlüssige Verbindungsart ausgebildet werden.
Die erste Abtriebswelle 7 ist im Bereich ihres der Antriebswelle 6 zugewandten Endes mit einem Bund 45 versehen, mit welchem im bestromten Zustand der elektromagnetischen Kupplung 30 das Koppelelement 31 bzw. das Übertra- gungselement 43 derart kontaktiert, daß zwischen der Antriebswelle 6 und der ersten Abtriebswelle 7 eine drehfeste Verbindung vorliegt und das über die Antriebswelle 6 eingeleitete Antriebsmoment über das Koppelelement 31 auf die erste Abtriebswelle 7 übertragen wird.
Der Bund 45 der ersten Abtriebswelle 7 ist gemäß der Ausführung nach Fig. 3 als ein separates flanschartiges Bauteil ausgebildet, welches über einen Preßsitz mit der ersten Abtriebswelle 7 verbunden ist. Es ist dem Fachmann jedoch unbenommen, den Bund 45 gegebenenfalls einstückig mit der Abtriebswelle 7 auszubilden sowie eine andere kraft- oder formschlüssige - auf jeden Fall drehfeste - Verbindung zwischen der ersten Abtriebswelle 7 und dem Bund 45 vorzusehen.
In bestromtem Zustand der elektromagnetischen Kupp- lung 30 wird das Koppelelement 31 bzw. das Führungselement 42 und das Übertragungselement 43 von dem durch die eingegossene Spule 39 der elektromagnetischen Kupplung 30 erzeugten elektrischen Feld in axialer Richtung auf den Bund 45 gedrückt, wobei die Verzahnung 44 des Übertragungs- elementes 43 aus dem Eingriff mit dem Zahnprofil der zweiten Abtriebswelle 8 gebracht wird. Damit ist im bestromten Zustand der elektromagnetischen Kupplung 30 die Verbindung zwischen der Antriebswelle 6 und der zweiten Abtriebswelle 8 gelöst und ein Reibschluß zwischen dem Übertragungs- element 43 und dem Bund 45 hergestellt, so daß ein
Kraftfluß zwischen der Antriebswelle 6 und der ersten Abtriebswelle 7 über das Koppelelement 31 vorliegt.
In unbestromtem Zustand der elektromagnetischen Kupp- lung 30 wird das Übertragungselement 43 und das Führungselement 42 durch die dem federnden Element 35 im bestromten Zustand der elektromagnetischen Kupplung 30 zugeführte potentielle Energie in axialer Richtung der Antriebswelle 6 von dem Bund 45 zu der Spule 39 der elektromagnetischen Kupplung 30 hin verschoben. Dabei wird die reibschlüssige Verbindung zwischen dem Übertragungselement 43 und dem Bund 45 gelöst, und die Verzahnung 44 des Übertragungselementes 43 steht wieder in Eingriff mit dem Zahnprofil der zweiten Abtriebswelle 8.
Im Bereich der Antriebswelle 6 ist zur Entlastung der Antriebseinrichtung 5 eine elektromagnetische Bremse 46 vorgesehen, mit welcher die Antriebswelle 6 in Abhängigkeit einer Bestromung der elektromagnetischen Bremse 46 in einer Position drehfest gehalten wird. Die elektromagnetische Bremse 46 weist eine eingegossene Spule 47 auf, wobei die Spule 47 in einem ringförmigen Magnetkörper 49 angeordnet ist, der mit einem U-förmigen Querschnitt ausgebildet ist.
Darüber hinaus umfaßt die elektromagnetische Bremse 46 ein mit der Antriebswelle 6 drehfest und in axialer Richtung der Antriebswelle 6 bewegliches Bremselement 50, wel- ches im bestromten Zustand der elektromagnetischen Bremse 46 einen Kraftfluß zwischen der Antriebswelle 6 und der elektromagnetischen Bremse 46 ausbildet. Im unbestromten Zustand der elektromagnetischen Bremse 46 ist das Bremselement 50 in axialer Richtung der Antriebswelle 6 beabstandet zu der Spule 47 und dem Magnetkörper 49 der elektromagnetischen Bremse 46 angeordnet. Aufgrund des Kontaktes zwischen dem Bremselement 50 und dem Magnetkörper 47 der elektromagnetischen Bremse 46 und einer Befestigung des Magnetkörpers 49 in einem Gehäuse 51 der Antriebseinrichtung 5 wird die Antriebswelle 6 über die elektromagnetische Bremse 46 in einer gewünschten stehenden Position mit anliegendem Moment gehalten, ohne daß von der Antriebseinrichtung 5 ein Antriebsmoment bzw. ein Gegenmoment aufgebracht werden muß.
Das anliegende Moment wirkt in Abhängigkeit der Position der elektromagnetischen Kupplung 30 von der ersten Abtriebswelle 7 oder der zweiten Abtriebswelle 8 bzw. der Lamellensperre 4 oder der Ubersetzungsstufe 2 auf die Antriebswelle 6 ein. Für den Fall, daß von der Antriebsein- richtung 5 ein dem an den beiden Abtriebswellen 7, 8 oder an einer Abtriebswelle 7 oder 8 anliegenden Moment entgegenwirkendes Gegenmoment aufgebracht werden soll, könnte der Elektromotor 9 der Antriebseinrichtung 5 permanent bestromt werden. Dies ist jedoch unerwünscht, da die zur Aufrechterhaltung des Gegenmomentes notwendige permanente Bestromung des Elektromotors 9 einen hohen Energieeinsatz erfordert und eine unerwünschte Erwärmung der Antriebsein- heit 5 zur Folge hätte. Dies wird durch den Einsatz der elektromagnetischen Bremse 46 erfolgreich vermieden.
Um die reibschlüssige Verbindung zwischen dem Bremselement 50 und dem Magnetkörper 49 der elektromagnetischen Bremse 46 beim Übergang vom bestromten Zustand in den un- bestromten Zustand der elektromagnetischen Bremse 46 sicher zu lösen, ist zwischen einem Wellenflansch 52 der Antriebswelle 6 und dem Bremselement 50 ein weiteres federndes Element 53 vorgesehen, welches aufgrund der axialen Verschie- bung des Bremselementes 50 im bestromten Zustand der elektromagnetischen Kupplung 46 eine reversible Verformung erfährt und potentielle Federenergie speichert. Die gespeicherte Energie führt beim Übergang in einen unbestromten Zustand der elektromagnetischen Bremse 46 zu einer axialen Verschiebung des Bremselementes 50 von dem Magnetkörper 49 der elektromagnetischen Bremse 46 weg in eine Ruheposition des Bremselementes 50. Der Wellenflansch 52 ist fest mit der Antriebswelle 6 über einen Preßsitz verbunden und über einen Absatz 54 der Antriebswelle 6 in axialer Richtung der Antriebswelle 6 gehalten.
Die elektromagnetische Kupplung 30 ist ebenso wie die elektromagnetische Bremse 46 über ihre Halterung 41 in dem Gehäuse 51 der Antriebseinrichtung 5 fest und unbeweglich angeordnet. Hinsichtlich ihres Aufbaus sind die elektromagnetische Kupplung 30 und die elektromagnetische Bremse 46 grundsätzlich von gleicher Art, wobei die erzeugten elektromagnetischen Felder unterschiedliche Auswirkungen auf die sie umgebenden Bauteile haben. So bewirkt das Feld der e- lektromagnetischen Kupplung 30 eine Abstoßung des Koppelelementes 31, wohingegen das Feld der elektromagnetischen Bremse 46 eine Anziehung des Bremselementes 50, das den Anker der elektromagnetischen Bremse 46 darstellt, bewirkt. Die Magnetkörper 41, 49 sind aus Eisen hergestellt, um das elektromagnetische Feld optimal bilden zu können.
Die Antriebswelle 6 ist in dem Gehäuse 51 über ein Kugellager 55 gelagert, welches auf die Antriebswelle 6 einwirkende Axialkräfte aufnimmt. Die zweite Abtriebswelle 8 ist ebenfalls über ein Kugellager 58 in dem Gehäuse 51 drehbar gelagert, wobei die erste Abtriebswelle 7 über das Wälzlager 38 in dem hohlzylindrischen Bauteil 36 und über zwei weitere Wälzlager 57A, 57B sowie ein zusätzliches Kugellager 56 in der zweiten Abtriebswelle 8 drehbar gelagert ist.
Die Antriebseinheit 5 weist im vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel das separate an dem Gehäuse 16 des Allradverteilergetriebes 1 befestigte Gehäuse 51 auf. Die außerhalb des Getriebegehäuses 16 liegende Anordnung der Antriebseinheit 5 ermöglicht einen einfachen Aufbau letzterer, da z.B. keine Kabeldichtungen im Gehäuse vorgesehen werden müssen, sowie eine einfache Montage.
Es bleibt aber dem Fachmannes überlassen, die Antriebseinrichtung 5 in Abhängigkeit des jeweiligen Anwendungsfalles in einer weiteren Ausführungsform des Allrad- verteilergetriebes ohne eigenes Gehäuse in das Gehäuse des Allradverteilergetriebes zu integrieren. Die Fig. 4 zeigt eine äußerst schematisierte Darstellung des Regelbereiches der Antriebseinrichtung 5 bzw. des Elektromotors 9, wobei eine waagrechte Linie mit Pfeilspitzen ausgehend von einem Nullpunkt „0" die beiden Drehrich- tungen des Elektromotors 9 wiedergibt. An dem mit „0" wiedergegebenen Betriebspunkt befindet sich der Elektromotor 9 in Stillstand. Von diesem Punkt ausgehend erfolgt eine Drehung über den Winkel α in Richtung eines Betriebspunktes H („high") oder eine entgegengesetzte Drehung über den Win- kel -α in Richtung eines Punktes L („Low"). Die Punkte L und H symbolisieren Kupplungspunkte, bei denen vorliegend eine Umschaltung der elektromagnetischen Kupplung 30 erfolgt.
Der Bereich zwischen dem einen Stillstand kennzeichnenden Betriebspunkt „0" und den Kupplungspunkten L bzw. H stellt den Regelbereich der ersten Abtriebswelle 7 dar. An den Kupplungspunkten L, H wird zu einer Regelung der zweiten Abtriebswelle 8 umgeschaltet, deren Regelbereich sich jeweils direkt an die Kupplungspunkte mit den in der Fig. 4 ersichtlichen Regelbereichen 59, 60 anschließt.
In diesen Regelbereichen 59, 60 wird die Versperrung der Lamellensperre 4 geregelt, wobei in Richtung ,,+α" eine aktive Regelung der Lamellensperre 4 erfolgt und in Richtung ,,-α" das Verstellsystem aus Stellrad 23, Wälzkörpern 61 und dem Stellelement 29 wirkt. Dabei ist besonders von Vorteil, daß die Regelung der zweiten Abtriebswelle 8 ohne Leerlaufbereich unmittelbar nach Erreichen der Kupp- lungspunkte L bzw. H beginnt. In einer weiteren Ausführung kann es auch vorgesehen sein, daß im Bereich des Kugelgewindetriebs 12 ein Wegsensor angeordnet ist, der signalisiert, wann die Kupplungspunkte L bzw. H erreicht sind, so daß eine zugeordnete e- lektronische Steuereinheit erkennen kann, daß sofort mit der Betätigung der zweiten Abtriebswelle 8 begonnen werden kann.
Durch die Entkoppelung des Antriebs der Lamellensperre vom Antrieb der Geländegangbetätigung liegt bei der gezeigten Ausführung des Allradverteilergetriebes in vorteilhafter Weise ein Ein-Quadranten-Regelbereich vor, welcher regelungstechnisch einfach zu handhaben ist.
Bezugszeichen
1 Allradverteilergetriebe 2 Ubersetzungsstufe
3 Zweiter Planetensatz
4 Sperre bzw. Lamellensperre
5 Antriebseinrichtung
6 Antriebswelle 7 erste Abtriebswelle
8 zweite Abtriebswelle
9 Elektromotor
10 Umschalteinrichtung
11 Linearantrieb 12 Kugelgewindetrieb
13 Mitnehmer
14 Kugel
15 Kugelmutter
16 Gehäuse des Allradverteilergetriebes 17 Synchronisierung
18 Übersetzungseinrichtung
19 Welle 20, 21 Zahnrad
22 Stirnrad der zweiten Abtriebswelle 23 Stellrad
23A Ausnehmung
24 Zahnprofil
25 Innenlamellen
26 Vorderradabtriebswelle 27 Außenlamellen
28 Hinterradabtriebswelle
29 Stellelement A Nut elektromagnetische Kupplung Koppelelement Drehpunkt flanschartiger Bund federndes Element hohlzylindrisches Bauteil mittige Bohrung Wälzlager eingegossene Spule der elektromagnetischen
Kupplung Magnetkörper der elektromagnetischen Kupplung Führungselement Übertragungselement Verzahnung des Übertragungselementes Bund elektromagnetische Bremse eingegossene Spule der elektromagnetischen Bremse Magnetkörper der elektrischen Bremse Bremselement Gehäuse Wellenflansch der Antriebswelle federndes Element Absatz der Antriebswelle , 56 Kugellager A, 57B Wälzlager Kugellager , 60 Regelbereich Wälzkörper, Kugel

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Allradverteilergetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Planetensatz als Ubersetzungsstufe für einen zuschaltbaren Geländegang, mit einem Planetensatz mit variabler Teilung für eine Verteilung eines Antriebsmoments auf eine Vorderachse und eine Hinterachse, und mit einer regelbaren Sperre zur Sperrung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse, wobei die Sperre und die Ubersetzungsstufe über eine ansteuerbare Antriebseinrichtung betätigbar sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Antriebseinrichtung (5) eine Antriebswelle (6) und zwei Abtriebswellen (7, 8) aufweist, wobei die erste Abtriebswelle (7) mit der Ubersetzungsstufe (2) und die zweite Abtriebswelle (8) mit der Sperre (4) in Wirkverbindung steht und ein über die Antriebswelle (6) zugeführtes Moment in Abhängigkeit einer Ansteuerung einer Umschalteinrichtung (10) zum Betätigen der Sperre (4) oder der Ubersetzungsstufe (2) auf die erste oder die zweite Abtriebswelle (7 oder 8) aufbringbar ist.
2. Allradverteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Umschalteinrich- tung (10) eine elektromagnetische Kupplung (30) aufweist, mit welcher ein Kraftfluß zwischen der Antriebswelle (6) und der ersten oder der zweiten Abtriebswelle (7 oder 8) herstellbar ist.
3. Allradverteilergetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sperre (4) und die Ubersetzungsstufe (2) von der Antriebseinrich- tung (5) sequentiell translatorisch antreibbar und in einer Stellung haltbar sind.
4. Allradverteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die erste Abtriebswelle (7) im Bereich ihres der Antriebswelle (6) abgewandten Endes mit einem Linearantrieb (11) in Wirkverbindung steht.
5. Allradverteilergetriebe nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Linearantrieb (11) einen Kugelgewindetrieb (12) und einen kippbaren Mitnehmer (13) aufweist, wobei der Kugelgewindetrieb (12) eine mit der ersten Abtriebswelle (7) in Wirkverbindung stehen- de, mehrere Kugeln (14) aufweisende Kugelmutter (15) umfaßt, die bei einer Rotation der ersten Abtriebswelle (7) in axialer Richtung der ersten Abtriebswelle (7) verstellt wird und eine Kippbewegung des Mitnehmers (13) bewirkt.
6. Allradverteilergetriebe nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mitnehmer (13) derart in einem Gehäuse (16) des Allradverteilergetriebes (1) kippbar gelagert und mit einer Synchronisierung (17) verbunden ist, daß eine Kippbewegung des Mitnehmers (13) eine Betätigung der Ubersetzungsstufe (2) bewirkt.
7. Allradverteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite Abtriebswelle (8) an ihrem der Antriebswelle (6) abgewandten Ende über eine Übersetzungseinrichtung (18) mit der Sperre (4) in Wirkverbindung steht.
8. Allradverteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sperre (4) mehrere axial verschiebliche Lamellen (25, 27) aufweist, wobei Innenlamellen (25) der Sperre (4) drehfest mit einer Hinterradabtriebswelle (28) des Allradverteilergetriebes (1) und Außenlamellen (27) der Sperre (4) drehfest mit einer Vorderradabtriebswelle (26) des Allradverteilergetriebes (1) verbunden sind.
9. Allradverteilergetriebe nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Einstellung der Sperre (4) ein Stellrad (23) und zwischen den Lamellenpaketen (25, 27) und dem Stellrad (23) ein in dem Gehäuse (16) des Allradverteilergetriebes (1) axial verschiebliches und drehfest angeordnetes Stellelement (29) vorgesehen sind, wobei das Stellelement (29) auf seiner dem Stellrad (23) zugewandten Seite wenigstens eine Nut (29A) zur Aufname von Wälzkörpern (61) aufweist, welche mit wenigstens einer Ausnehmung (23A) auf der dem Stellelement (29) zugewandten Seite des Stellrades (23) derart korrespondiert, daß eine Rotation des Stellrades (23) ein Abwälzen der Wälzköper (61) und eine axiale Bewegung des Stellelementes (29) bewirkt .
10. Allradverteilergetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Übersetzungseinrichtung (18) zwei mit einer Welle (19) fest verbundene und in dem Gehäuse (16) drehbar angeordnete Zahnräder (20, 21) aufweist, wobei das erste Zahnrad (20) mit einem mit der zweiten Abtriebswelle (8) fest verbundenen Stirnrad (22) in Eingriff steht.
11. Allradverteilergetriebe nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sperre (4) zur Herstellung der Wirkverbindung mit der zweiten Abtriebswelle (8) mit einem sich wenigstens teilweise über den Umfang des Stellrades (23) erstreckenden Zahnprofil (24) versehen ist.
12. Allradverteilergetriebe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das zweite Zahnrad (21) der Welle (19) mit dem Zahnprofil (24) des Stellrades (24) in Eingriff steht.
13. Allradverteilergetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektromagnetische Kupplung (30) ein axial und rotatorisch beweglich geführtes Koppelelement (31) aufweist, welches drehfest mit der Antriebswelle (6) verbunden ist und in Abhängigkeit einer Bestromung der elektromagnetischen Kupplung (30) den Kraftfluß zwischen der Antriebswelle (6) und der ersten oder der zweiten Abtriebswelle (7 oder 8) herstellt.
14. Allradverteilergetriebe nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Antriebswelle (6) im Bereich ihres den Abtriebswellen (7, 8) zugewandten Endes einen flanschartigen Bund (34) aufweist, an dem ein federndes Element (35) des Koppelelementes (31) drehfest befestigt ist.
15. Allradverteilergetriebe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite Abtriebswelle (8) als eine die erste Abtriebswelle (7) umgebende Hohlwelle ausgebildet ist und an ihrem der An- triebswelle (6) zugewandten Ende mit dem Koppelelement (31) derart in Wirkverbindung bringbar ist, daß eine drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle (6) und der zweiten Abtriebswelle (8) in unbestromten Zustand der elektromagne- tischen Kupplung (30) vorliegt, wobei dann die Verbindung zwischen der Antriebswelle (6) und der ersten Abtriebswelle (7) gelöst ist.
16. Allradverteilergetriebe nach einem der Ansprü- ehe 13 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die erste Abtriebswelle (7) im Bereich ihres der Antriebswelle (6) zugewandten Endes einen Bund (45) aufweist, mit welchem im bestromten Zustand der elektromagnetischen Kupplung (30) das Koppelelement (31) derart kontaktiert, daß zwischen der Antriebswelle (6) und der ersten Abtriebswelle (7) eine drehfeste Verbindung vorliegt, wobei dann die Verbindung zwischen der Antriebswelle (6) und der zweiten Abtriebswelle (8) gelöst ist.
17. Allradverteilergetriebe nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Ausbildung der drehfesten Verbindung zwischen der Antriebswelle (6) und der ersten oder der zweiten Abtriebswelle (7 oder 8) jeweils eine formschlüssige oder kraft- schlüssige Verbindung vorgesehen ist.
18. Allradverteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Entlastung der Antriebseinrichtung (5) im Bereich der An- triebswelle (6) eine elektromagnetische Bremse (46) vorgesehen ist, mit welcher die Antriebswelle (6) in Abhängigkeit einer Bestromung der elektromagnetischen Bremse (46) in einer Position drehfest gehalten wird.
19. Allradverteilergetriebe nach Anspruch 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektromagnetische Bremse (46) ein mit der Antriebswelle (6) drehfest und in axialer Richtung der Antriebswelle (6) bewegliches Bremselement (50) aufweist, welches im bestromten Zustand der elektromagnetischen Bremse (46) einen Kraftfluß zwischen der Antriebswelle (6) und der elektromagnetischen Bremse (46) ausbildet.
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