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Kraftübertragung für Kraftfahrzeuge Die Erfindung liegt auf dem Gebiet
der Kraftfahrzeuge mit Kraftübertragungen, bei denen die Motorleistung nicht nur
zu den hinteren Fahrzeugrädern, sondern auch auf die vorderen Fahrzeugräder übertragen
wird und bei denen ein gesteuertes Differential (nach stehend »Zentraldifferential«
genannt) zwischen der hinteren und vorderen Antriebswelle gelegen ist, die die Teile
der Antriebe zu .den vorderen Fahrzeugrädern einerseits und zu den hinteren Fahrzeugrädern
andererseits bilden. Bei diesen Antrieben ist das übliche Differential zwischen
den hinteren Fahrzeugrädern und, ein entsprechendes Differential zwischen den vorderen
Fahrzeugrädern angeordnet, und das Zentraldifferential dient. dazu, das vom Fahrzeugmotor
erzeugte Drehmoment zwischen den Antrieben zu den vorderen und den hinteren Differentialen
der vorderen und hinteren Fahrzeugräder aufzuteilen.
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Durch den Ausdruck »gesteuert«, wie er in Zusammenhang mit dem Zentraldifferential
nachstehend verwendet wird, ist angezeigt, daß Mittel vorgesehen sind, um die Differentialwirkung
-dieses Differentials zu begrenzen; d. h., durch dieses Differential kann jede Kardanwelle
in ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit von der anderen Kardanwelle nur in gewissen vorher
bestimmten höheren und niedrigeren Grenzen abweichen, wobei die Anordnung so getroffen
ist, daß sie volle Freiheit zum Steuern erlaubt.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Kraftübertragung,
wie sie oben beschrieben ist, und von der folgenden, schon früher vorgeschlagenen
Art: Eine Kraftübertragung, bei der der Antriebsteil des Zentraldifferentials von
dem Motor über ein Umkehrgetriebe angetrieben: wird und die Differentialwirkung
unter der Steuerung eines Paares von Einwegkupplungen begrenzt ist, deren jede aus
zwei angetriebenen Teilen besteht, d: h. aus einem Laufteil und einem Überholteil,
wobei die Anordnung so getroffen ist, daß mit Bezug auf eine der Kupplungen ihr
Laufteil mit der Kardanwelle zusammen dreht und ihr Überholteil mit dem Antrieb
-des Zentraldifferentials, während mit Bezug auf die andere der Kupplungen ihr Laufteil
mit dem Antrieb des Zentraldifferentials zusammen und ihr Überholteil zusammen mit
der Kardanwelle dreht.
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Bei einer Kraftübertragung der hier beschriebenen Konstruktion ist
es wesentlich, daß für die Rückwärtsfahrt und andere Zwecke beide Kupplungen entkuppelt
werden können, d. h. mit anderen Worten, daß sie als Kupplungen unwirksam gemacht
werden können. In der Praxis können Verhältnisse vorkommen, unter denen eine Entkupplung
nicht bewirkt werden kann, wenn lediglich Einwegkupplungen der üblichen Art verwendet
werden, insbesondere Kupplungen, die Rollen zwischen. dem Laufteil und dem Überholteil
verwenden, weil derartige Teile solcher Kupplungen .dazu neigen, miteinander zu
verklemmen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Einwegkupplungen zu
schaffen sowie Mittel zum Steuern ihrer Wirksamkeit, so daß sie in jedem Zustand
und in jeder Lage wirksam ausgekuppelt werden können.
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Nach der Erfindung ist eine Kraftübertragung für Kraftfahrzeuge der
genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß jede der Reibungskupplungen aus einem
Druckteil besteht, der mit einem der Laufteile und Überholteile schraubenförmig
verbunden ist, um einen begrenzten Betrag relativer Dreh- und Axialbewegung zwischen
ihnen zu erlauben, und jede Reibungskupplung zwischen dem dazugehörigen Druckteil
und einem hydraulischen Widerlager liegt, das mit beiden Druckteilen der Reibungskupplungen
während des Vorwärtsfahrens zusammenarbeitet, um die Wirkung des zentralen Differentials
zu begrenzen, wobei mit dem hydraulischen Anschlag oder Widerlager ein Steuerorgan
verbunden ist, um Hydraulikflüssigkeit aus dem Anschlag oder Widerlager abzulassen,
so daß das Widerlager und damit die Reibungskupplungen unwirksam werden.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Kraftübertragung nach der Erfindung
wird nachstehend an Hand der
Zeichnungen näher erläutert. In den
Zeichnungen zeigt Fig.1 einen senkrechten axialen Schnitt durch Teile der Kraftübertragung,
die an der hinteren Kardanwelle des Kraftfahrzeuges gelegen sind, Fig.2 einen waagerechten
axialen Schnitt durch das Zentraldifferential und die dazugehörigen Teile. Das Zentraldifferential
(Fig. 2) besteht in üblicher Weise aus einem Planetenträger 1, Planetenrädern 1A,
von denen zwei gezeigt sind, die auf einer Welle 1 B drehbar gelagert sind, die
ihrerseits in dem Planetenträger sitzt, und einem Paar von einander gegenüberliegenden
koaxialen Sonnenrädern2, 2A. Der Planetenträger ist der Antriebsteil des Differentials.;
er wird durch eine in nur einer Richtung drehbare Welle 12
über ein Umkehrgetriebe
angetrieben. Die Sonnenräder 2, 2A sind die Abtriebsteile; sie sind jedes für sich
mit den hinteren und vorderen Kardanwellen 10, 10A des Kraftfahrzeuges fest verbunden.
Diese Kardanwellen bilden die Antriebe der Differentiale zwischen den hinteren Fahrzeugrädern
und zwischen den vorderen Fahrzeugrädern.
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Das Umkehrgetriebe ist von der epizyklischcn Art. Das Getriebe besteht
aus einem innenverzahnten Ring 4, der eine Fortsetzung des Planetenträgers
1 des Zentraldifferentials bildet. Das Umkehrgetriebe besteht weiterhin aus
einem Planetenträger 5, wobei lediglich einer der Sätze der Planetenräder SA dargestellt
ist. Der Träger 5 ist nicht nur drehbar, sondern auch entlang der Welle 12 axial
verschieblich, und zwar in jede von drei möglichen Stellungen: »vorwärts«, »neutral«
und »rückwärts«. Das Umkehrgetriebe umfaßt weiterhin ein Sonnenrad 6, das die vordere
Fortsetzung der Welle 12 bildet, und eine Verankerungsplatte 7, die fest in dem
Gehäuse 8 des gesamten Getriebes sitzt. Die Planetenräder kämmen ständig mit den
Innenzähnen 4A des Ringes 4 und den Außenzähnen 6A des Sonnenrades.
Der Planetenträger hat äußere Anschlagzähne 5B, die mit den Ringzähnen 4A
in der Vorwärtsstellung kämmen, die jedoch in der neutralen Stellung frei sind und
die in der Rückwärtsstellung mit den inneren Anschlagzähnen 7A an derVerankerungsplatte
7 kämmen. Die axiale Verschiebung des Planetenträgers 5 erfolgt durch einen vom
Fahrer bewegten Gabelarm 9, der in hier nicht dargestellter, jedoch üblicher Weise
mit einer Ringkerbe zusammenwirkt, die zwischen den Flanschen 5 C an dem Planetenträger
5 ausgebildet ist. Der Gabelarm 9 ist an einer drehbarenWelle9A unter demUmschalthebelbefestigt.
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In Fig. 2 ist der Planetenträger in seiner Vorwärtsstellung dargestellt;
wie zu erkennen ist, kämmen seine Zähne mit den Zähnen des Ringes, so daß ein fester
1:1-Antrieb von der Antriebshohlwelle zu den Antriebsteilen des Zentraldifferentials
erfolgt. In der Neutralstellung, in der die Zähne des Planetenträgers frei sind,
ist das Umkehrgetriebe ausgekuppelt, so daß kein Antrieb erfolgt. In der Rückwärtsstellung,
in der der Planetenträger fest mit der Verankerungsplatte verbunden ist, erfolgt
ein rückwärts gerichteter und untersetzter Antrieb durch das Umkehrgetriebe zu den
Antriebsteilen des Zentraldifferentials.
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Ebenfalls mit Bezug auf Fig. 2 ist zu erkennen, daß die hintere Kardanwelle
10 durch eine innere Hohlwelle 11 hindurchgeht, die ihrerseits durch eine äußere
Hohlwelle 12 hindurchgeht. Diese drei Wellen erstrecken sich nach hinten (d. 'h.
nach rechts in der Zeichnung) von den folgenden Teilen, nämlich: dem hinteren Sonnenrad
2 des Zentraldifferentials, dieses Teil treibt die Welle 10; dem Planetenträger
1 des Zentraldifferentials, dieses Teil ist eine Fortsetzung der inneren Hohlwelle
11; das Umkehrgetriebe 4 bis 7, das durch die äußere Hohlwelle 12 angetrieben wird
und das seinerseits das Zentraldifferential antreibt.
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Die äußere Hohlwelle 12 ist der Antrieb der hier dargestellten
Kraftübertragung; der in einer gleichen Richtung von dem Motor über ein entsprechend
ausgelegtes Schaltgetriebe sowie über ein Ketten- und Kettenradgetriebe 13, 14 angetrieben
wird; dieses Schaltgetriebe kannebenfalls einen hydraulischenDrehmomentwandler enthalten.
Die Wellen 10 und 11 sind in ihrer Drehrichtung umkehrbar und werden
beide von dem Zentraldifferential her in der gleichen Richtung angetrieben, während
der gerade gesteuerten Fahrt (vorwärts oder rückwärts) werden sie mit derselben
Drehgeschwindigkeit angetrieben, weil dann das Zentraldifferential als ein fester
Körper dreht, der keine Differentialwirkung hat.
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Die Wellen 10 und 11 treiben drei Paare von Zahnrädern, deren jedes
ein verschiedenes Übersetzungsverhältnis gegenüber den anderen hat. Das erste Paar
besteht aus einem Zahnrad 20, das mit der Kardanwelle 10 fest verbunden ist,
und einem Zahnrad 21, das mit der kurzen Seite der Welle 22 verbunden ist,
die, wie später beschrieben wird, als eines der Teile jeder Einwegkupplung dient.
Diese Welle 22 dreht sich daher konstant in Einheit mit einem Abtriebsteil
des Zentraldifferentials, das ist in dem hier dargestellten Beispiel das hintere
Kegelsonnenrad, das die Welle 10 antreibt. Die anderen beiden Paare bestehen
aus Zahnrädern 23 und 25, die als Einheit mit der inneren Hohlwelle
11 fest verbunden sind, und Zahnrädern 24 und 26, die durch Getriebezähne an den
äußeren beiden Teilen 30 und 31 der Einwegkupplungen ausgebildet sind. Diese Teile
sind als einander gegenüberliegende, äußere Gehäuse ausgebildet, die zusammen andere
Teile der Kupplungen umschließen. Diese Gehäuseteile drehen sich daher gleichmäßig
als Einheit mit den Antriebsteilen des Zentraldifferentials, nämlich dem, der die
innere Hohlwelle 11 antreibt.
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Die Übersetzungsverhältnisse der Zahnradpaare 20,
21; 23,
24 und 25, 26 sind derart ausgelegt, daß, wenn beide Wellen 10 und 11
mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren (d. h. wenn keine Wirkung des Zentraldifferentials
vorhanden ist), der Teil 30 die Welle 22
überholt, während diese Welle
ihrerseits den anderen Teil 31 überholt.
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Die Einwegkupplungen bestehen ebenfalls aus zwei Teilen
32 und 33, die als Ringe ausgeführt sind und die mit inneren schraubenförmigen
Zähnen 34 versehen sind. Diese Zähne sitzen auf dem entsprechend gegenteilig
ausgebildeten Gewinde 35 auf der Welle 22. Die schraubenförmig gezahnten
Teile 32 und 33
sind jeder mit einem Flansch 36 versehen, und die zwei
Flanschen sind mit ihren Stirnflächen gegeneinandergerichtet.
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Die Einwegkupplungen enthalten ein Paar gegeneinanderliegende ringartige
Kolben 40. Jeder dieser Kolben ist mit seiner Stirnfläche auswärts gegen
den dazugehörigen Flansch 36 gerichtet.
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Die Einwegkupplungen bestehen weiterhin aus einem Paar von Mehrscheibenreibungskupplungen
41.
Jede Reibungskupplung liegt zwischen einem der mit Flansch versehenen
schraubenförmig gezahnten Teile 32,33 und dem dazugehörigen Kolben 40. Die
Anordnung ist so getroffen, daß die Teile 32, 33 als Druckteile der Reibungskupplungen
dienen und die Kolben 40
als ihre Widerlager. In jeder Reibungskupplung
ist ein Satz der Scheiben bei 42 mit dem dazugehörigen Gehäusetei130 oder 31 verbunden,
während der andere Satz bei 43 mit der Welle 22 fest verbunden ist.
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Die Kolben 40 sind beide innerhalb eines ringförmigen »Zylinders«
44 beweglich, und solange die Kraftübertragung für die Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges
geschaltet ist, werden die Kolben 40 stark auseinandergedrückt durch einen dazwischenliegenden,
als hydraulisches Widerlager 45 wirkenden Ring einer Druckflüssigkeit. Die Auseinanderbewegung
.der Kolben wird durch die Schultern 46 in den Gehäuseteilen 30 und 31 begrenzt.
Die Druckflüssigkeit, vorzugsweise Öl, wird von einem hydraulischen System zugespeist,
das aus einer hier nicht dargestellten Pumpe besteht, die von dem Motor angetrieben
wird, und die Flüssigkeit wird zu dem Zylinder 44 über eine Leitung 50 in dem feststehenden
äußeren Gehäuse 51 der Kraftübertragung zugeführt sowie über einen Zwischenraum
52 an einem Ende der Welle 22, ein Einwegventil mit einem Sitz
53 und einer durch eine Feder angedrückten Kugel 54, eine zentrale Bohrung
55, die sich von dem einen bis zu dem anderen Ende der Welle 22 erstreckt,
und einen radialen Durchtritt 56 in dieser Welle. Die Bohrung 55 ist am hinteren
Ende der Welle 22 durch ein Ablaßventil57 geschlossen, das von einer Feder
58 in Schließstellung gehalten wird.
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Bei jeder Einwegkupplung ist zwischen dem Gehäusetei130 oder 31 und
dem schraubenförmig gezahnten Drucktei132 oder 33 eine Reibungsschleppeinrichtung
angeordnet, die aus einer kleinen Schleifkupplung 60 besteht. Die beiden Scheibensätze
dieser Kupplung sind mit dem Teil 30 oder 31 und dem Druckteil
32 oder entsprechend 33 fest verbunden. Leichte Federn 61 drücken die Kupplungsplatten
zusammen. Bei geradeaus gesteuerter Vorwärtsfahrt sind die verschiedenen Teile in
den Stellungen, die in der Zeichnung dargestellt sind. Die beiden Reibungskupplungen
41 sind beide ausgekuppelt, weil die schraubenförmig gezahnten Druckteile
32 und 33 ihre am weitesten außenliegenden Stellungen einnehmen, d. h. diejenigen
Stellungen, in denen sie auf der Welle 22
am weitesten voneinander entfernt
sind. Diese Stellung ist in jedem Fall durch einen Anschlagring 62 an dem äußeren
Ende der schraubenförmigen Zähne 35 festgelegt. Die schraubenförmig gezahnten Druckstücke
32 und 33 behalten diese Stellungen bei, weil der Teil 30 die Welle
22 überholt, und diese Welle überholt die entsprechenden Teile 31 der anderen
Einwegkupplung, und wegen der Wirkung der schraubenförmigen Verzahnung zwischen
jedem der Druckteile 32 und 33
einerseits und der Welle 22 andererseits.
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Es soll jetzt angenommen werden, daß der Fahrer beim Steuern des Fahrzeuges
in einer der beiden Richtungen einen Lenkausschlag so weit machen soll, als die
Lenkgetriebe das erlauben. Die Wirkung ist dann, daß die hintere Kardanwelle 10
langsamer rotiert, während die vordere Kardanwelle sich schneller dreht, und zwar
in bezug auf den Planetenträger des Zentraldifferentials und daher in bezug auf
die innere Hohlwelle 11. Der Gehäuseteil 30 einer Kupplung wird weiterhin die jetzt
langsamere Welle 22 überholen, und die Übersetzungsverhältnisse der drei
Getrieberäderpaare sind so, daß die Welle 22 weiterhin den Gehäuseteil 31
der anderen Kupplung überholt, so daß die schraubenförmig verzahnten Druckstücke
32 und 33 weiterhin unwirksam und in einer Stellung bleiben wie bei der Geradeausvorwärtsfahrt.
. Unter der Annahme, daß eines oder beide der hinteren Fahrzeugräder durchrutschen,
wirkt die hintere Kardanwelle 10 stark beschleunigend. Die Welle
22
beschleunigt dann ebenfalls sehr stark. An dem Punkt, an dem die We'le
22 beginnt, den normalerweise überholenden Gehäuseteil 30 zu überholen, bewirkt
die Reibungswirkung der damit verbundenen Schleppvorrichtung 60, 61, daß die schraubenförmig
verzahnten Druckstücke 32 auf dem Gewinde 35 sich zu drehen beginnen und daher axial
einwärts wandern mit dem Ergebnis, daß die Scheiben der dazugehörigen Reibungskupplung
41 fest zusammengepreßt werden, und zwar gegen die Wirkung des dazugehörigen Kolbens
40 und des Ölringes, der jetzt mit dem Kolben als ein Widerlager 45 wirkt.
In Anbetracht dessen, daß die Welle 22 mit der Welle 10 über ein Getriebe
verbunden ist und ebenfalls über den Gehäuseteil 30 und ein Getrieberadpaar
24, 23 mit der Hohlwelle 11 verbunden ist, sind die einzelnen Teile
des Zentraldifferentials miteinander verblockt, und seine Differentialwirkung verschwindet.
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Der vorstehend beschriebene Effekt der Begrenzung der Differentialwirkung
wird ebenfalls erreicht, wenn eines der beiden vorderen Fahrzeugräder versucht zu
blockieren, beispielsweise bei unnötig scharfer Anwendung der Vorderbremsen auf
einer nassen oder vereisten Straßenoberfläche.
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Sollte demgegenüber eines oder beide der hinteren Fahrzeugräder dazu
neigen, zu blockieren, oder sollte eines oder beide der vorderen Fahrzeugräder dazu
neigen, durchzudrehen, so wird die hintere Kardanwelle 10 schnell abgebremst, bis
der Punkt erreicht ist, an dem der Gehäuseteil 31 beginnt, von sich aus die
normalerweise überholende Welle 22 zu überholen. In diesem Zustand wird das
dazugehörige, schraubenförmig verzahnte Druckstück 33 auf seinem Gewinde
35
gedreht und wird mit dem Gehäuseteil 31 verblockt, so daß die Welle
22 jetzt nicht nur mit der hinteren Kardanwelle 10 getriebemäßig verbunden
ist, sondern auch über das Getrieberadpaar 26, 25 mit der Welle 11. Auf diese
Weise sind die Teile des Zentraldifferentials miteinander verblockt, und die Differentialwirkung
hört auf.
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Bei den beschriebenen Arbeitsweisen werden beide Kolben 40 weit gegen
die Schultern 46 durch den hydraulischen ölring vorgedrückt. Dementsprechend sind
beim Vorwärtsfahren die Kolben 40 ständig in einer solchen Stellung, daß
sie mit einem der beiden Druckteile 32 und 33 zusammenwirken, und
zwar in dem Fall, daß Betriebsbedingungen eintreten, die die Begrenzungseigenschaften
des Zentraldifferentials wirksam werden lassen.
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In dem Fall, daß das Fahrzeug rückwärts gefahren werden soll, ist
es unbedingt erforderlich, daß die Einwegkupplungen beide vollkommen unwirksam gemacht
werden. Dieses Unwirksammachen wird lediglich dadurch erreicht, daß die Druckflüssigkeit
des hydraulischen Widerlagers 45 aus dem ringförmigen Raum zwischen den Hinterseiten
der Kolben 40 abgelassen wird. In diesem Fall verlieren die Kolben ihre Unterstützung
von hinten, und wenn die Druckteile 32, 33 gegeneinander entlang der Welle
22 zu dem kurzen Vorsprung, der durch die Schultern 63 auf der Welle
22 gebildet wird, vorrücken, weichen die Kolben 40 im wesentlichen
leerlaufend zurück, und die Reibungskupplungen 41 bleiben unwirksam.
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In dem Beispiel wird die Druckflüssigkeit aus dem Raum zwischen den
Kolben 40 abgelassen, indem das
hintere Ventil 57 geöffnet wird.
Der Schaft 70 dieses Ventils hat eine unter Federdruck stehende Kappe
71,
die gegen einen Hebel 72 drückt. Dieser Hebel wird durch einen
Bowdenzug 73, 74 bewegt, und der Bowdenzug ist zur Betätigung mit einem Handhebel
(hier nicht dargestellt) verbunden, durch den der Rückwärtsgang des Fahrzeuges eingelegt
wird. Dieser Handhebel hat eine übliche Verbindung mit der Welle 9A des Gabelarms
9. Die Anordnung ist so getroffen, daß beim Verschieben des Handhebels zum Zurückziehen
des Armes 9 aus der vordersten Stellung der Bowdenzug den Hebel 72 vorwärts zieht,
so däß das Ventil 57 geöffnet wird und das Öl aus dem Raum zwischen den Kolben 40
abgelassen wird und die Reibungskupplungen 41 damit außer Wirkung gesetzt
werden. Dieser Zustand wird aufrechterhalten in beiden Stellungen »neutral« und
»rückwärts«.
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Wenn demgegenüber der Handhebel zurückgeschoben wird in die »Vorwärts«-Stellung,
schließt sich das Ventil 57, und die Druckflüssigkeit 45 wird wieder
in den Raum zwischen den beiden Kolben eingedrückt.
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Ein Betriebszustand, der besonders schwere Bedingungen von den Einwegkupplungen
verlangt, ist der folgende: Angenommen wird, daß das Fahrzeug an einem steilen Abhang
in Aufwärtsrichtung steht, wobei die Kraftübertragung für Vorwärtsfahrt eingestellt
ist. Weiterhin wird angenommen, daß der Fahrer zunächst das Fahrzeug frei den Abhang
herabrollen lassen will, und zwar rückwärts. Wenn die Einwegkupplungen vom Anbeginn
des freien Rollers an nicht unwirksam sind, würde der Antrieb von den Fahrzeugrädern
seinerseits über alle drei Radpaare 20, 21; 24, 23
und 26, 25 übertragen.
Dadurch würde eine Verblokkung zwischen den Laufteilen und den überholteilen jeder
Einwegkupplung eintreten und demzufolge eine Verblockung zwischen der hinteren Kardanwelle
10 und der Nebenwelle 22 (wegen der verschiedenen Übersetzungsverhältnisse
der drei Getrieberadpaare). DieFolge davon würde sein, daß dasAbwärtsrollen am Hang
unterbrochen würde und eine schwere Verklemmung zwischen jedem der Laufteile und
Überholteile eintreten würde. Wegen dieser Verklemmungswirkung wäre es unmöglich,
daß die Kraftübertragung die üblichen Einwegkupplungen zum Schalten des Umkehrgetriebes
aus seiner »Vorwärts«-Schaltstellung enthielte. Auf Grund der Konstruktion nach
der Erfindung braucht jedoch der Fahrer lediglich den Handhebel aus der »Vorwärts«
Nut herauszuziehen; er läßt dabei automatisch die Druckflüssigkeit 45 aus
dem Raum zwischen den Kolben heraus und macht beide Einwegkupplungen durch das Zurückziehen
des Widerlagers, das durch die Kolben 40 und die Druckflüssigkeit zwischen ihnen
gebildet wird, vollkommen unwirksam.
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Ein ähnlicher Betriebszustand, der bei üblichen Einwegkupplungen entsteht,
ist der, daß das Fahrzeug stillsteht und hangabwärts ausgerichtet ist, wobei die
Kraftübertragung jedoch auf den Rückwärtsgang eingestellt ist. Auf Grund der Konstruktion
nach der Erfindung sind dabei beide Kupplungen bereits unwirksam, und daher kann
der Fahrer das Fahrzeug frei hügelabwärts rollen lassen.