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Dokumentenidentifikation DE10019709A1 26.10.2000
Titel Drehmomentübertragungsverbindung
Anmelder Dana Corp., Toledo, Ohio, US
Erfinder Yoshioka, Jun, Fort Wayne, Ind., US
Vertreter Berendt und Kollegen, 81667 München
DE-Anmeldedatum 20.04.2000
DE-Aktenzeichen 10019709
Offenlegungstag 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse B60K 17/34
Zusammenfassung Es wird eine Achsgehäuseanordnung mit einer geschwindigkeitsabhängig arbeitenden Drehmomentübertragungseinrichtung bereitgestellt, welche eingesetzt wird, um das Drehmoment von einer Hohlradanordnung auf eine Planetendifferentialanordnung zu übertragen. Die Differentialanordnung stellt eine Drehmomentübertragung proportional zu der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe und der Planetenradsatz-Unterbaugruppe bereit, wobei die Erfindung eine Differentialgehäuseanordnung in zwei Hauptteile unterteilt, und eine geschwindigkeitsabhängig arbeitende Einrichtung zwischen diesen Teilen vorgesehen ist. Die Einrichtung ist vollständig im Innern einer Achsdifferentialgehäuseanordnung untergebracht. Gegebenenfalls kann eine Schlupfbegrenzungseinrichtung für die Differentialzahnräder vorgesehen sein. Die Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung vermeidet das Vorsehen eines zentralen Differentials in einem Verteilergetriebe, d.h. einem Interachsdifferential, wodurch sich die Kompliziertheit des Antriebsstranges reduziert und sich auch die Kosten reduzieren lassen, die nämlich dann erforderlich sind, wenn man eine gesonderte Drehmomentübertragungsverbindung in dem Verteilergetriebe oder im Zuge des Antriebsstrangs des Fahrzeugs vorsieht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung befaßt sich mit einer Drehmomentübertragungsverbindung und insbesondere einem geschwindigkeitsabhängigen, bedarfsabhängigen, drehmomentübertragenden Differential, vorzugsweise bei einem Fahrzeug mit einem ständigen Vierradantrieb, bei dem die Vorder- und Hinterräder immer miteinander über eine Drehmomentübertragungsverbindung verbunden sind.

Ein auf einen Reifen über eine Antriebswelle wirkendes Drehmoment treibt ein Fahrzeug durch die Reibung zwischen dem Reifen und der Fahrbahnoberfläche an, auf welchem das Fahrzeug fährt. Gegebenenfalls kann ein Schlupf zwischen der Fahrbahnoberfläche und dem Reifen auftreten. Das Schlupfverhältnis hängt von dem Reibungskoeffizienten zwischen dem Reifen und der Fahrbahnoberfläche ab. Der Reibungskoeffizient schwankt in Abhängigkeit von dem Zustand der Fahrbahnoberfläche und dem Reifen sowie in Abhängigkeit von der auf den Reifen wirkenden Belastung, in Abhängigkeit von dem auf den Reifen übertragenen Drehmoment, der Antriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs und so weiter.

Bei einem üblichen Fahrzeug mit Zweiradantrieb soll ein großes Drehmoment auf jedes Antriebsrad über ein Getriebe bei Fahrtbeginn des Fahrzeugs übertragen werden, so daß ein großer Schlupf zwischen der Fahrbahnoberfläche und dem Reifen des Rades auftreten könnte. Das über das Getriebe übertragene Drehmoment wird mit steigender Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs kleiner, so daß das Schlupfverhältnis kleiner wird.

Wenn das auf den Reifen übertragene Drehmoment so groß wird, daß der Reifen durchrutscht, wird das Drehmoment nicht vollständig zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt, so daß Antriebskraft vergeudet wird, sich ungünstige Kraftstoffverbrauchswerte ergeben, und das Fahrzeug sich in ungünstiger Weise manövrieren läßt.

Wenn die Schwankung des Reibungskoeffizienten groß ist, oder wenn der Reibungskoeffizient sehr klein ist, wie auf einer schlammigen Straße, einer teilweise vereisten Fahrbahn, einer mit Schnee bedeckten Fahrbahn, einer Schotterfahrbahn oder dergleichen, nimmt die Bewegungsstabilität des Fahrzeugs ab und der Bremsweg wird beim Blockieren des Rades beim Bremsen größer. Ferner ist es manchmal schwierig, die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs beizubehalten, wenn das Hinterrad blockiert (insbesondere beim Bremsen).

Aus den vorstehend genannten Gründen wurden Fahrzeuge mit Vierradantrieb immer populärer zur Fahrt auf vielen unterschiedlichen Straßen und bei unterschiedlichen Straßenverhältnissen. Bei Fahrzeugen mit Vierradantrieb wird die Antriebsleistung einer Brennkraftmaschine bei der Übertragung auf die vier Räder verteilt, um die vorstehend beschriebenen Nachteile und Schwierigkeiten zu überwinden.

Da eine Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den vorderen Rädern und den hinteren Rädern des Fahrzeugs mit Vierradantrieb infolge der Wendekreisdifferenz zwischen den vorderen und hinteren Rädern beim Durchfahren einer Kurve mit dem Fahrzeug größer wird, wird ein Torsionsmoment (ein bei engen Kurven auftretendes Bremsphänomen) zwischen den Antriebswellen für die Vorder- und Hinterräder erzeugt, wenn eine Kurvenfahrt auf einer Fahrbahn mit einem großen Reibungskoeffizienten erfolgt (wie bei einer Pflasterstraße), wobei das Antriebsrad und die Fahrbahnoberfläche weniger zur Schlupfbildung relativ zueinander neigen. Aus diesem Grunde wurden unterschiedliche Arten von Fahrzeugen mit Vierradantrieb entwickelt, um die Verschlechterung der Fahreigenschaften des jeweiligen Fahrzeugs infolge des Torsionsmoments zu verhindern, um einen größeren Reifenverschleiß zu verhindern, sowie um eine Verkürzung der Standzeit des Fahrzeugs und so weiter zu verhindern.

Eine Bauart eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb ist ein Fahrzeug mit einem zeitweiligen Vierradantrieb, bei dem der Fahrer die Umschaltung von der Vierradantriebsbetriebsart auf die Zweiradantriebsbetriebsart vornimmt, wenn er auf einer Fahrbahn mit einem hohen Reibungskoeffizienten, wie einer Pflasterstraße fährt. Eine andere Bauart eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb wird von einem Fahrzeug mit einem ständig arbeitenden Vierradantriebssystem bei einem Fahrzeug mit einem sogenannten Allradantrieb gebildet, bei dem eine zentrale Differentialeinheit vorgesehen ist, um die Antriebsenergie auf eine Vorderradantriebswelle und eine Hinterradantriebswelle zu verteilen. Eine weitere Bauart eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb ist ein Fahrzeug mit einem ständigen Vierradantrieb, bei dem die Vorderräder oder die Hinterräder immer angetrieben sind, und bei dem die Hinterräder oder die Vorderräder über eine Viskokupplung angetrieben werden, weiche ein Drehmoment durch die Viskosität von Silikonöl oder dergleichen überträgt.

Obgleich ein Fahrzeug mit zeitweiligem Vierradantrieb sich mit relativ geringen Kosten verbunden herstellen läßt, ist es jedoch umständlich, die Umschaltung zwischen dem Zweiradantrieb und dem Vierradantrieb vorzunehmen, und es kann leicht passieren, daß das Fahrzeug sich langsam dreht, wenn der Fahrer fälschlicherweise vergißt, die entsprechende geeignete Antriebsart, d. h. Vierradantrieb und Zweiradantrieb, einzustellen. Es ist sehr unwahrscheinlich, daß jeder Fahrer genau das Auftreten eines Schlupfzustandes an den Antriebsrädern vorhersehen kann und dann die entsprechenden Schaltvorgänge ausführt.

Fahrzeuge mit ständig arbeitendem Vierradantrieb, welche mit einer zentralen Differentialeinheit ausgestattet sind, haben eine Vorderrad-Antriebsdifferentialeinheit, welche die Antriebsenergie auf die rechten und linken Vorderräder aufteilt, und eine Hinterrad-Antriebsdifferentialeinheit, welche die Antriebsenergie auf die rechten und linken Hinterräder aufteilt. Diese Fahrzeuge mit ständig arbeitendem Vierradantrieb haben Schwierigkeiten dahingehend, daß keine Antriebsenergie auf irgendeines der verbleibenden drei Räder der vier angetriebenen Räder übertragen wird, wenn sich ein Rad durchzudrehen beginnt oder die Reifenhaftung infolge eines Überhängens über die Fahrbahnseite oder des Seitenstreifens, infolge des Schlupfens auf einer eisigen Fahrbahn oder dergleichen verloren geht. Aus diesem Grunde ist die zentrale Differentialeinheit mit einer Differentialsperreinrichtung versehen. Die Differentialsperreinrichtung kann mechanisch oder elektrisch gesteuert ausgelegt sein. Bei der mechanisch gesteuerten Ausführungsform wird eine Differentialdrehung, die bei der zentralen Differentialeinheit auftritt, durch ein manuelles Schalten gestoppt, wenn keine Antriebsenergie auf drei von vier Antriebsrädern übertragen wird, um das Fahrzeug in einen Zustand mit direkt verbundenem Vierradantrieb zu bringen. Bei der elektronisch gesteuerten Bauart werden die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Kurvenfahrtwinkel des Fahrzeugs, die Drehzahl der Antriebswelle und so weiter mit Hilfe von Sensoren ermittelt, um die Differentialsperreinrichtung in einen Sperrzustand oder einen ungesperrten Zustand mittels einer elektronischen Steuereinrichtung zu bringen.

Was die mechanische Auslegung betrifft, ist es schwierig, einen Zeitpunkt für den Beginn einer Differentialsperrwirkung vorzugeben, der Zeitpunkt läßt sich ferner nicht in Abhängigkeit von dem Bewegungszustand des Fahrzeugs verändern, und insbesondere ist es schwierig, die Differentialsperreinrichtung auf automatische Weise zu betrieben. Was die elektronische Bauart betrifft, ist die Einrichtung zum Steuern der Differentialsperreinrichtung komplizierter ausgelegt und die Herstellungskosten für eine solche Einrichtung sind sehr hoch.

Da die zentrale Differentialeinheit eine Eingangswelle aufweist, welche die von einer Brennkraftmaschine über ein Getriebe übertragene Antriebsenergie aufnimmt, ferner ein Differentialgehäuse aufweist, welches mit der Eingangswelle verbunden ist, eine treibende Welle aufweist, welche durch das Differentialgehäuse angetrieben wird, Zahnräder aufweist, welche drehbeweglich an der Umfangsfläche der treibenden Welle angebracht sind, ein erstes Nebenrad, welches in Eingriff mit dem Zahnrad ist und mit einer ersten Differentialeinrichtung zum Antreiben der Vorderräder oder der Hinterräder verbunden ist, ein zweites Nebenrad aufweist, welches in Eingriff mit dem Zahnrad ist und mit einer zweiten Differentialeinrichtung zum Antreiben der Hinterräder oder der Vorderräder verbunden ist, und die Differentialsperreinrichtung vorgesehen ist, welche mit dem Differentialgehäuse und dem Nebenrad über eine mechanische Arbeitsweise oder eine elektronische Steuerung zusammenarbeitet, sind die Kosten zur Herstellung einer zentralen Differentialeinheit sehr hoch und zudem wird das Gewicht des Fahrzeugs hierdurch größer.

Es ist auch bekannt, die zuvor beschriebene zentrale Differentialeinheit mit einer Drehmomentübertragungskopplung auszustatten, welche eine Eingangswelle umfaßt, welche mit dem Getriebeantrieb verbunden ist, und ein erstes Differential umfaßt, sowie eine Ausgangswelle, welche in Antriebsverbindung mit einem zweiten Differential sind, eine Ölpumpe, die durch die relative Drehbewegung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle angetrieben wird, um einen Öldruck entsprechend der Geschwindigkeit der relativen Drehung zu erzeugen, und eine Reibungskupplungseinrichtung umfaßt, welche mit der Eingangswelle und der Ausgangswelle durch den Öldruck zusammenarbeitet, welcher durch die Ölpumpe erzeugt wird. Das durch die Drehmomentübertragungsverbindung übertragene Drehmoment ist proportional zur Geschwindigkeit der relativen Drehbewegung. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Räder, die durch das erste Differential angetrieben werden, größer als jene der Räder ist, die durch das zweite Differential angetrieben werden, tritt eine Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den Eingangs- und den Ausgangswellen auf. Die Ölpumpe erzeugt einen Öldruck entsprechend der Drehgeschwindigkeitsdifferenz. Der Öldruck liegt an der Reibungskupplungseinrichtung an, so daß das Drehmoment von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle in Abhängigkeit von der Größe des Öldrucks übertragen wird. Wenn das Drehmoment auf das zweite Differential übertragen wird, wird die Drehgeschwindigkeit der mit dem zweiten Differential antriebsverbundenen Räder größer und nähert sich jener der Räder an, die durch das erste Differential angetrieben werden, wodurch die Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen kleiner wird. Kurz gesagt arbeitet die Drehmomentübertragungsverbindung in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeitsdifferenz, welche in Abhängigkeit von den Umgebungsverhältnissen des Fahrzeuges und den Fahrverhältnissen auftritt. In anderen Worten bedeutet dies, daß immer ein vorbestimmter Schlupf zugelassen ist.

Die üblichen Drehmomentübertragungsverbindungsanordnungen jedoch haben den Nachteil hinsichtlich der Anordnung und der Lage im Fahrzeugantriebsstrang. Übliche Drehmomentübertragungsanordnungen sind am Verteilergetriebe oder im Zuge des Antriebsstrangs oder der Antriebswelle eingebaut.

Daher besteht ein Bedürfnis nach einer Drehmomentübertragungsanordnung, welche die Notwendigkeit einer zentralen Differentialeinheit in einem Verteilergetriebe, d. h. einem Hinterachsdifferential, vermeidet, wodurch sich die Komplexität des Antriebsstranges reduziert und die Kosten abnehmen, welche bei einer gesonderten Drehmomentübertragungsverbindung in einem Verteilergetriebe oder im Zuge des Antriebsstrangs aufgewandt werden müßten.

Die Erfindung berücksichtigt die vorstehend genannten Umstände und Verhältnisse. Die Erfindung zielt daher darauf ab, ein Fahrzeug mit Vierradantrieb bereitzustellen, welches nicht die vorstehend beschriebenen Nachteile und Schwierigkeiten hat, und bei dem die Funktionen des Vierradantriebs unter allen Bedingungen befriedigt werden können und dennoch aufgrund der Auslegung man Vereinfachungen erhält und auch günstigere Kosten bei der Herstellung sich ergeben.

Die Erfindung stellt eine Achsgehäuseanordnung für eine geschwindigkeitsabhängig arbeitende Einrichtung bereit, welche zur Übertragung eines Drehmoments von einem Hohlrad auf ein Planetendifferentialgehäuse eingesetzt wird. Die erfindungsgemäße Differentialanordnung stellt eine Drehmomentübertragung proportional zur Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe und einer Planetenradsatz-Unterbaugruppe bereit, wobei bei der Erfindung eine Differentialgehäuseanordnung in zwei Hauptstücke unterteilt wird und eine geschwindigkeitsabhängig arbeitende Einrichtung zwischen den jeweiligen Stücken bzw. Teilen vorgesehen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die gesamte Einrichtung im Innern einer Achsdifferentialanordnung untergebracht. Eine gegebenenfalls vorgesehene Schlupfbegrenzungseinrichtung kann für die Differentialräder vorhanden sein.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb mit einer Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise auseinandergezogene Ansicht zur Verdeutlichung der Hohlradanordnung, der Lageranordnung und der Differentialanordnung nach der Erfindung, wobei die geschwindigkeitsabhängig arbeitende Drehmomentkopplungseinrichtung weggelassen ist;

Fig. 3 eine Ansicht einer Drehmomentübertragungskopplung- und Differentialanordnung nach Fig. 2 im eingebauten Zustand mit einem Pumpsystem und einer Kupplungspackung, welche zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe und der Differential-Unterbaugruppe angeordnet ist;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Achsdifferentialgehäuses, welches die Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung nach der Erfindung aufnimmt;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Achsdifferentials und der Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung nach Fig. 4;

Fig. 6 eine linke Seitenansicht der Differential- und Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung nach Fig. 5;

Fig. 7 eine Schnittansicht der Differential- und Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung gemäß der Schnittlinie VII-VII in Fig. 6;

Fig. 8 eine Schnittansicht der Differential- und Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung längs der Schnittlinie VIII-VIII in Fig. 6;

Fig. 9 eine linke Seitenansicht der Differential- und Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung nach Fig. 5, wobei die Komponenten der Pumpenbetätigungseinrichtung in gebrochener Linie dargestellt sind; und

Fig. 10 bis 13 auseinandergezogene Ansichten der Hauptkomponenten einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 weist ein Fahrzeug mit einem Vierradantrieb nach der Erfindung eine Brennkraftmaschine 110, ein Getriebe 130, welches durch die Brennkraftmaschine 110 über eine Kupplung 120 angetrieben wird, um die Drehzahl der Ausgangsdrehbewegung der Brennkraftmaschine 110 zu verändern. Ein Verteilergetriebe 150 verteilt die Drehmomentübertragung zwischen einer ersten Differentialeinrichtung 140, welche das Vorderradsystem oder das Hinterradsystem antreibt, und einer zweiten Differentialeinrichtung 170, welche das Hinterradsystem oder das Vorderradsystem antreibt.

Eine Drehmomentübertragungsverbindung 200 ist zwischen einem Hohlrad und einem Planetendifferentialgehäuse vorgesehen. Die Drehmomentübertragungsverbindung 200 weist eine Ölpumpe auf, welche durch die relative Drehbewegung zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe und einer Planetenradsatz-Unterbaugruppe angetrieben wird, um einen Öldruck entsprechend der Geschwindigkeit der relativen Drehbewegung zu erzeugen. Eine Reibungskupplungseinrichtung arbeitet mit der Hohlrad-Unterbaugruppe und der Differentialzahnradsatz-Unterbaugruppe zusammen, und zwar mittels des Öldrucks, welcher durch die Ölpumpe erzeugt wird. Die Drehmomentübertragungsverbindung hat somit eine Eigenschaft dahingehend, daß durch das durch die Verbindung übertragene Drehmoment proportional zur Geschwindigkeit der relativen Drehbewegung ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 weist die Drehmomentübertragungsverbindung 200 eine Hohlrad-Unterbaugruppe 210, eine Differential-Unterbaugruppe 220 und eine Lager-Unterbaugruppe 230 (siehe Fig. 2) auf. Die Hohlradunterbaugruppe 210 umfaßt ein Hohlrad 212, welches fest mit einem Seitengehäuseteil 214 mittels Befestigungseinrichtungen 216 verbunden ist. Während Fig. 3 Befestigungsmittel 216 in Form von Schrauben zeigt, welche das Hohlrad 210 an dem Seitengehäuseteil 214 festlegen, können natürlich auch zahlreiche andere Befestigungsmittel im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden. Die Differential-Unterbaugruppe 220 weist ein Differentialgehäuse 222, eine Welle 223, welche durch das hintere Differentialgehäuse 222 angetrieben wird, treibende Zahnräder 224a, 224b, welche drehbeweglich an der Umfangsfläche der Welle 223 angeordnet sind, und Nebenräder 226a, 226b auf, welche mit den treibenden Zahnrädern 224 in Eingriff sind. Die Nebenräder 226a, 226b treiben die rechten und linken Achsen (in Fig. 3 nicht gezeigt) an.

Zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 und der Differential-Unterbaugruppe 220 ist eine Lageranordnung 230 vorgesehen, welche eine relative Verdrehung zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 und der Differential-Unterbaugruppe 220 gestattet.

Ferner ist zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 und der Differential- Unterbaugruppe 220 eine geschwindigkeitsabhängig arbeitende Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung vorgesehen, welche insgesamt mit 240 bezeichnet ist. Die geschwindigkeitsabhängig arbeitende Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung 240 umfaßt bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung eine Fluidpumpe 250 und eine Kupplungspackung 260. Die Fluidpumpe 250 gemäß der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform ist eine Gerotor-Pumpe mit automatischer Umkehr, aber nur einer Durchströmung in einer Richtung. Die näheren Auslegungseinzelheiten der Fluidpumpe 250 und der Kupplungspackung 260 werden nachstehend beschrieben.

Bei der Anordnung nach den Fig. 2 und 3 ist eine Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung innerhalb der Achsdifferentialgehäuseanordnung vorgesehen. Wenn daher die Drehgeschwindigkeit der Räder, die durch das erste Differential 140 angetrieben werden, größer als jene der Räder ist, die durch das zweite Differential 170 angetrieben werden, tritt eine Drehgeschwindigkeitsdifferenz auf. In diesem Fall erzeugt die Pumpe 250 einen Öldruck entsprechend der Drehgeschwindigkeitsdifferenz. Der Öldruck liegt an der Reibungskupplungseinrichtung 260 an, so daß das Drehmoment in geeigneter Weise zwischen dem ersten Differential 140 und dem zweiten Differential 170 in Abhängigkeit von der Größe des Öldrucks aufgeteilt wird. Wenn das Drehmoment auf das zweite Differential 170 übertragen wird, wird die Drehgeschwindigkeit der Räder, die antriebsverbunden mit dem zweiten Differential 170 sind, größer und nähert sich jener Drehzahl jener Räder an, die durch das erste Differential 140 angetrieben werden, wodurch die Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den Vorder- und Hinterrädern kleiner wird.

Wenn das Fahrzeug langsamer wird, ist der Absolutwert der Drehgeschwindigkeit, die auf das erste Differential 140 übertragen wird, klein, und somit ist die Drehgeschwindigkeit der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 daher ebenfalls klein. Selbst wenn die Drehgeschwindigkeit der Differential-Unterbaugruppe 220 und der Ausgangswelle Null ist oder sehr klein ist, ist der Absolutwert der Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den Unterbaugruppen 210, 220 klein. Ferner ist im allgemeinen der Anstieg des Öldrucks, der durch die Ölpumpe erzeugt wird, bei einer niedrigen Drehgeschwindigkeit im allgemeinen aufgrund des inneren Pumpenleckens gering. Aus diesem Grunde ist das durch die Reibungskupplungseinrichtung 260 übertragene Drehmoment sehr klein, so daß die Hohlrad-Unterbaugruppe und die Differential-Unterbaugruppe relativ zueinander schlupfen können. Folglich wird ein Drehmoment verursacht zwischen den Antriebswellen der Vorderräder und der Hinterräder bei einer geringfügigen Kurvenfahrt des Fahrzeugs durch die Reibungskupplungseinrichtung 260 aufgenommen, um ein Bremsphänomen bei engen Kurven zu verhindern.

Wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, und wenn die Drehgeschwindigkeit der Räder, die durch das zweite Differential 170 angetrieben werden, noch etwas niedriger als jene der Räder ist, die durch das erste Differential 140 angetrieben werden, ist es sicher, daß der Absolutwert der Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 und der Differential- Unterbaugruppe 220 größer wird, da der Absolutwert der Drehgeschwindigkeit, die auf das erste Differential 140 übertragen wird, im Verhältnis zu der Antriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs groß ist. Folglich ist das durch die Reibungskupplungseinrichtung 260 übertragene Drehmoment ebenfalls groß und entspricht dem Absolutwert der Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Hohlrad- Unterbaugruppe 210 und der Differential-Unterbaugruppe 220 sowie deren Wellen, so daß diese Wellen einen Drehmomentübertragungszustand ähnlich einem Direktverbindungsantriebszustand beibehalten. Folglich wird bei einer schnellen Fahrt des Fahrzeugs das Drehmoment der Brennkraftmaschine auf die Vorderräder und die Hinterräder übertragen, während zugleich das Drehmoment nahezu mit einem Verhältnis 50 : 50 zwischen diesen aufgeteilt wird, so daß man eine gute Laufstabilität des Fahrzeugs erhält und sich günstige Kraftstoffverbrauchswerte ergeben.

Da das zweite Differential 170 immer mit dem ersten Differential 140 über die Drehmomentübertragungsverbindung 240 verbunden ist, ist es nicht erforderlich, ein umständliches Schalten zwischen einem Zweiradantrieb und einem Vierradantrieb wie beim Stand der Technik bei einem Fahrzeug mit einem zeitweiligen Vierradantrieb vorzunehmen.

Wenn das antreibende Rad während der Fahrt des Fahrzeugs etwas schlupft, welches nach der Erfindung ausgelegt ist, wird die Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 und der Differential-Unterbaugruppe 220 der Drehmomentübertragungsverbindung sofort größer, so daß auch der Öldruck entsprechend der Drehgeschwindigkeitsdifferenz größer wird. Folglich wirkt die Reibungskupplungseinrichtung 216 sofort, um ein Ansteigen der Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 und der Differential-Unterbaugruppe 220 zu verhindern, so daß das durchrutschende Antriebsrad von einem Abrutschen zur Seite hin abgehalten wird. Ein übergroßes Drehmoment wird auf die anderen, nicht schlupfenden Antriebsräder an Stelle auf das schlupfende Antriebsrad übertragen, so daß das Drehmoment der Brennkraftmaschine, weiches über das Getriebe übertragen wird, bei der Übertragung auf das erste und das zweite Differential 140, 170 aufgeteilt wird. Somit erhält man geeignete Antriebskräfte auf automatische Weise und auf konstante Weise bei den Vorderrädern und den hinteren Antriebsrädern. Insbesondere erhält man ein schnelles Ansprechvermögen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 13 wird eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung nachstehend näher beschrieben. Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung im zusammengebauten Zustand, und Fig. 4 zeigt ein Differentialgehäuse 222, welches in einem äußeren Gehäuse 215 angeordnet ist, welches fest mit dem Seitengehäuse 214 verbunden ist. Die Schrauböffnungen 214a gehen sowohl durch das Seitengehäuseteil 214 als auch durch einen Flansch 215a, welcher am anderen Gehäuseteil 215 ausgebildet ist. Öffnungen 214b sind zur Aufnahme von Schrauben 216 vorgesehen, um ein Hohlrad (nicht gezeigt) an dem Seitengehäuse 214 und dem äußeren Gehäuse 215 anzubringen. Fig. 5 ist eine Seitenansicht des drehmomentübertragenden Differentials nach Fig. 4.

Fig. 6 ist eine linke Seitenansicht des drehmomentübertragenden Differentials nach Fig. 5 zur Verdeutlichung des Seitengehäuses 214 und der Schrauben 216, welche in den Schrauböffnungen 214b angebracht sind.

Fig. 7 ist eine Schnittansicht des drehmomentübertragenden Differentials längs der Schnittlinie VII-VII in Fig. 6, und Fig. 8 ist eine Schnittansicht des drehmomentübertragenden Differentials längs der Schnittlinie VIII-VIII in Fig. 6. Fig. 9 ist eine linke Seitenansicht der Differential- und Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung nach Fig. 5, wobei die Komponenten der Pumpenbetätigungseinrichtung in gebrochenen Linien dargestellt sind.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen die Komponenten der Drehmomentübertragungsverbindungseinrichtung, welche zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 und der Differential-Unterbaugruppe 220 angeordnet ist. Das Hohlrad 212 ist in den Fig. 4 bis 8 weggelassen. Die Differentialanordnung, welche in einer Querschnittsansicht gezeigt ist, umfaßt das Differentialgehäuse 222, treibende Zahnräder 224a, 22b und Nebenräder 226a, 226b, wobei die treibenden Zahnräder 224a, 224b, an der Welle 223 angebracht sind.

In der Nähe des Nebenrads 226a ist eine innere Kupplungshülse 242 angeordnet, welche eine Außenkeileinrichtung 242a hat. Eine Kupplungspackung ist zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 und der Differential-Unterbaugruppe 220 angeordnet. Die Kupplungspackung wird von Kupplungsplatten 244 und 245 gebildet, welche abwechselnd zwischen der inneren Kupplungshülse 242 und dem äußeren Gehäuse 215 angeordnet sind. Die Kupplungsplatten 244 passen zu Keileinrichtungen 215b, welche an der Kupplungshülse 242 ausgebildet sind, und die Kupplungsplatten 245 passen zu Keileinrichtungen 215b, welche auf der inneren Fläche des äußeren Gehäuses 215 ausgebildet sind. Die Kupplungsplatten 244 sind in Reibschlußeingriff mit den Kupplungsplatten 245, um eine Drehmomentübertragungsverbindungsanordnung zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 und der Differential-Unterbaugruppe 220 zu bilden. Das Drehmoment wird von dem Hohlrad auf das äußere Gehäuse 215 und dann auf die Kupplungsplatten 245 übertragen. Die Kupplungsplatten 245 übertragen das Drehmoment auf die Kupplungsplatten 245, welche ihrerseits das Drehmoment auf die Kupplungshülse 242 übertragen. Die Kupplungshülse 242 überträgt dann das Drehmoment auf das Differentialgehäuse 222.

Eine geschwindigkeitsabhängig arbeitende Fluidpumpenanordnung 250 beaufschlagt die Kupplungspackung, um den Reibschlußeingriff zwischen den Kupplungsplatten 244, 245 zu verstärken. Die geschwindigkeitsabhängig arbeitende Fluidpumpenanordnung 250 weist ein äußeres Ringteil 252, einen äußeren Rotor 254 und einen inneren Rotor 256 auf. Der innere Rotor 256 ist passend zu der Kupplungshülse 242 ausgelegt, und das äußere Ringteil 252 ist passend zu der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 vermittels eines Bolzens 253 ausgelegt.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, hat der innere Rotor 256 einen Zahn weniger als der äußere Rotor 254, und wenn der innere Rotor 256 angetrieben wird, treibt er den äußeren Rotor 254 an, welcher sich innerhalb des äußeren Ringteils 252 frei drehen kann, so daß man eine Reihe von Fluidtaschen mit kleiner werdendem und größer werdendem Volumen erhält, wodurch der Fluiddruck erzeugt wird.

Außerhalb der Pumpe selbst ist der innere Rotor 256 in passender Weise mit der Kupplungshülse 242 verbunden, und die Kupplungshülse 242 ist in Kämmeingriff mit den Kupplungsplatten 244. Wenn eine relative Bewegung zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 und der Differential-Unterbaugruppe 220 auftritt, setzt die Kupplungshülse 242 den inneren Rotor 256 der Pumpe 250 zur Erzeugung eines Fluiddrucks in Drehung.

Die nach der Erfindung vorgesehen Drehmomentübertragungsverbindung weist die Hohlrad-Unterbaugruppe 210, die Differential-Unterbaugruppe 220, die Reibungskupplungseinrichtung 260 und die Ölpumpe 250 zum Ineingriffbringen der Kupplungseinrichtung in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Hohlrad-Unterbaugruppe 210 und der Differential-Unterbaugruppe 220 auf. Daher ist die drehmomentübertragende Verbindung im Vergleich zu einer üblichen zentralen Differentialeinheit bei einem Fahrzeug mit ständigem Vierradantrieb verbessert, die Kosten für die Bereitstellung der drehmomentübertragenden Verbindung sind geringer, und das Gewicht des Fahrzeugs mit Vierradantrieb läßt sich bei der erfindungsgemäßen Auslegung reduzieren.

Wenn das Vorderradsystem des Fahrzeugs mit Vierradantrieb nach der Erfindung durch die erste Differentialeinrichtung angetrieben wird, wird ein Drehmoment auf die Hinterräder an der Seite der zweiten Differentialeinrichtung so lange übertragen, bis die Vorderräder nicht durch ein scharfes Bremsen des Fahrzeugs blockiert werden. Daher erhält man einen Antiblockiereffekt. In anderen Worten bedeutet dies, daß das Drehmoment auf die Hinterräder von den Vorderrädern durch die Drehmomentübertragungsverbindung übertragen wird. Hierdurch wird verhindert, daß an den Hinterrädern ein frühzeitiges Blockieren auftritt, welches leicht dann auftreten kann, wenn ein Bremsen auf einer Fahrbahn mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten, wie auf einer eisigen Fahrbahn, vorgenommen wird.

Wie zuvor beschrieben, erfüllt das Fahrzeug mit Vierradantrieb nach der Erfindung die Funktionen eines Vierradantriebs auf zufriedenstellende Weise, obgleich man eine kompakter ausgelegte, gewichtsmäßig leichtere Drehmomentübertragungsverbindung hat, welche keine elektronische Steuerung benötigt, welche mit hohen Kosten verbunden wäre. Die Auslegung nach der Erfindung ist relativ einfach, so daß sich die Herstellungskosten für die Drehmomentübertragungsverbindung senken lassen. Natürlich kann eine elektronische Steuereinrichtung in Verbindung mit der hierin beschriebenen drehmomentübertragenden Differentialanordnung eingesetzt werden, wobei dann die Fluidpumpe an Stelle einer elektronischen Steuereinrichtung oder eine andere geeignete Steuereinrichtung zur Steuerung der Kupplungseinrichtung oder zur Steuerung einer Drehmomentübertragungseinrichtung entfallen kann.

Obgleich voranstehend bevorzugte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert worden sind, ist die Erfindung natürlich nicht auf die dort beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.


Anspruch[de]
  1. 1. Drehmomentübertragungsverbindung für eine Achse eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, welche folgendes aufweist:

    ein zweiteiliges Differentialgehäuse (214, 215), welches ein erstes Teil und ein zweites Teil hat;

    ein Hohlrad (212), welches fest mit dem ersten Teil verbunden ist und ein Eingangsdrehmoment überträgt;

    wenigstens eine treibende Radanordnung (224a, 224b) und eine Nebenradanordnung (226a, 226b), welche fest mit dem zweiten Teil verbunden sind und ein Ausgangsdrehmoment aufnehmen,

    eine mehrere Scheiben (244, 245) umfassende Kupplungseinrichtung (216), welche derart beschaffen und ausgelegt ist, daß sie ein Drehmoment von dem ersten Teil auf das zweite Teil überträgt, wenn die mehrere Scheiben umfassende Kupplungseinrichtung (216) in ihrer eingerückten Position ist, wobei ein erster Satz von Kupplungsplatten (244) fest mit dem ersten Teil verbunden ist, und ein zweiter Satz von Kupplungsplatten (245) fest mit dem zweiten Teil verbunden ist; und

    ein geschwindigkeitsabhängig arbeitendes Pumpenbetätigungssystem (250), welches auf die relative Drehbewegung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil anspricht, um hierdurch die mehrere Scheiben umfassende Kupplungseinrichtung (216) zu beaufschlagen,

    wobei sowohl das geschwindigkeitsabhängig arbeitende Pumpenbeaufschlagungssystem (250) als auch die Kupplungseinrichtung (216) in dem Differentialgehäuse angeordnet sind, welches eine Differentialanordnung umgibt.
  2. 2. Drehmomentübertragungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad-Eingangsteil (212) fest mit einer äußeren Differentialgehäuseanordnung (214) verbunden ist, welche wenigstens einen Teil des zweiten Teils des zweiteiligen Differentials (140) umschließt.
  3. 3. Drehmomentübertragungsverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgehäuse-Ausgangsteil (215) wenigstens eine treibende Zahnradanordnung und eine Nebenzahnradanordnung antreibt.
  4. 4. Drehmomentübertragungsverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Lageranordnung (230) vorgesehen ist, welche eine relative Drehbewegung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil bereitstellt.
  5. 5. Drehmomentübertragungsverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil des zweiteiligen Differentialgehäuses (140) von einem schalförmigen Teil gebildet wird.
  6. 6. Drehmomentübertragungsverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (216) koaxial bezüglich einer Drehachse des Ausgangsteils angeordnet ist.
  7. 7. Drehmomentübertragungsverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das geschwindigkeitsabhängig arbeitende Pumpenbetätigungssystem (250) eine Gerotor-Pumpe aufweist, welche unter Druck stehendes Fluid an die Reibungskupplungseinrichtung (216) abgibt.
  8. 8. Drehmomentübertragungsverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Antriebsrad- und Nebenradanordnung eine Planetendifferentialanordnung aufweist, welche selektiv ein Drehmoment auf ein Paar von koaxial angeordneten Achsen überträgt, wobei die Gerotor-Pumpe koaxial bezüglich diesen Achsen angeordnet ist.
  9. 9. Drehmomentübertragungsverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung (216) wenigstens eine Eingangskupplungsplatte (244) aufweist, welche drehfest bezüglich des ersten Teils vorgesehen ist, und wenigstens eine Ausgangsreibungsplatte (245) aufweist, welche drehfest bezüglich des zweiten Teils vorgesehen ist, wobei die Eingangsreibungsplatte (244) derart beschaffen und ausgelegt ist, daß sie die Ausgangsreibungsplatte (245) kontaktiert, wenn eine Beaufschlagung durch das geschwindigkeitsabhängig arbeitende Pumpenbetätigungssystem (250) erfolgt.
  10. 10. Drehmomentübertragungsverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das geschwindigkeitsabhängig arbeitende Pumpenbetätigungssystem (250) folgendes aufweist:

    ein erstes sich drehendes Teil (252), welches sich zusammen mit dem ersten Teil dreht; und

    ein zweites, sich drehendes Teil (254), welches an dem zweiten Teil vorgesehen ist, welches dem ersten sich drehenden Teil zugewandt ist, so daß es sich zusammen mit dem zweiten Teil dreht;

    wobei der Druck eines eingeschlossenen Öls durch die relative Drehbewegung zwischen dem ersten sich drehenden Teil (252) und dem zweiten sich drehenden Teil (254) während der relativen Drehbewegung größer wird, so daß das Öl der Kupplungseinrichtung (216) zugeführt wird.






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