DE2605674C2

DE2605674C2 - Getriebeanordnung für Dreiachs- Kraftfahrzeuge mit Allradantrieb

Info

Publication number: DE2605674C2
Application number: DE19762605674
Authority: DE
Inventors: James Frederick Lakewood Ohio Mueller; Robert Kahler Beachwood Ohio Nelson
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1975-02-13
Filing date: 1976-02-13
Publication date: 1986-05-22
Also published as: SE7601300L; SE409833B; JPS51106921A; DE2605674A1; JPS60111721U; GB1493551A; IN144754B; JPS6320580Y2; ES445092A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Getriebeanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die GB-PS 8 92 469 zeigt eine gattungsgemäße Getriebeanordnung zum Übertragen der von einem Kraftfahrzeuggetriebe abgegebenen Leistung auf die beiden Hinterachsen einer Tandemachse. Hierbei ist in dem Gehäuse der dem Getriebe nächstgelegenen Hinterachse ein Ausgleichsgetriebe untergebracht, das die von dem Kraftfahrzeuggetriebe abgegebene Leistung auf die beiden Hinterachsen aufteilt. Zu diesem Zweck enthält das Ausgangsgetriebe zwei Ausgleichsseitenzahnräder, von denen jedes ständig mit der jeweils zugehörigen Hinterachse in Antriebsverbindung steht.

Da auch jede der beiden Hinterachsen ein eigenes Ausgleichsgetriebe enthält, das die zugeführte Leistung auf die Räder der Achse aufteilt, ergibt sich für alle möglichen Fahrrichtungen des Kraftfahrzeuges der notwendige Drehzahlausgleich zwischen den vier Hinterradsätzen der Tandemachse und der entsprechend geringe Reifen^ verschleiß.

Ein Antrieb für eine Lenktriebachse ist bei der bekannten Tandemhinterachse nicht vorgesehen, weshalb sich

so ein Fahrzeug, das mit der bekannten Tandemhinterachse ausgerüstet ist, weniger für freies Gelände eignet, wo auch der Antrieb der Vorderräder notwendig oder zumindest wünschenswert ist.

Eine Getriebeanordnung, bei der auch eine Lenktriebachse vorgesehen ist, zeigt die US-PS 24 07 675, die jedoch eine ständige getriebliche Verbindung zwischen allen drei Antriebsachsen, nämlich den beiden Hinterachsen der Tandemachse und der Lenktriebachse, vorsieht.

Die von dem Hauptgetriebe abgegebene Leistung gelangt über eine Antriebswelle zu der Tandemhinterachse, deren beide Antriebsachsen jeweils ein eigenes Ausgleichsgetriebe enthalten. Die Eingangszahnräder der beiden Ausgleichsgetrieb2 sind ohne Ausgleichsgetriebe parallelgeschaltet und werden von der Hauptantriebswelle in Umdrehungen versetzt. Von dem der Lenktriebachse benachbart gelegenen Hinterachsgehäuse geht eine Hilfsantriebswelle ebenfalls ohne Ausgleichsgetriebe zu dem Eingangszahnrad des Ausgleichsgetriebes der Lenktriebachse.

Diese Getriebeanordnung ermöglicht kein wahlweises Hinzuschalten der einzelnen Antriebsachsen und bedingt deshalb einen verhältnismäßig hohen Reifenverschleiß, wenn ein mit dieser Getriebeanordnung ausgestattetes Fahrzeug Kurven auf trockener Straße fährt, bei denen an sich alle Räder mit unterschiedlichen Drehzahlen laufen. Die dabei auftretenden Drehzahlunterschiede zwischen den einzelnen Achsen werden nämlich nicht ausgeglichen.

Eine in dieser Hinsicht etwas günstigere Getriebeanordnung ist in der FR-PS 13 43 056 erläutert, die zwischen dem Hauptgetriebe und der Tandemhinterachse bzw. der Lenktriebachse ein Verteilergetriebe mit drei Ausgangswellen enthält, von denen jede mit der Eingangswelle der entsprechenden Achse antriebsmäßig in Verbin-

dung steht Das Verteilergetriebe enthält offensichtlich keine Ausgleichseinrichtung, um Drehzahlunterscbiede beim Kurvenfahren auszugleichen, sondern es ist lediglich eine Schaltkupplung vorgesehen, um bei Bedarf die hintenliegende Hinterachse der Tandemachse antriebsmäßig auszusehalten.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeanordnung für dreiachsige Nutzfahrzeuge mit einer Lenktriebachse und einer Tandemhinterachse zu schaffen, mit der es möglich ist, die von dem Primärantrieb gelieferte Antriebsleistung so auf die Achsen bzw. Achsgruppen zu verteilen, daß die Anteile der Achslast zumindest angenähert entsprechen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Getriebeanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Haupianspruches gelöst

Während bei der bekannten Getriebeanordnung mit Allradantrieb die zugeführte Antriebsleistung zur Hälfte auf die Vorderachse und zur Hälfte auf die Tandemachse übertragen wird, ergibt sich bei der neuen Getriebeanordnung eine Verteilung von etwa 30 :70 zwischen der Lenktriebachse und der Tandemhinterachse, was etwa der Achslast entspricht Damit ergibt sich eine bessere Bodenhaftung, verglichen mit einer 50 :50 Aufteilung, bei der die Lenktriebachse jedoch nur 30% der Achslast übernimmt und folglich als erste zum Durchrutschen neigt Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 ein Antriebssystem mit einer Getriebeanordnung gemäß der Erfindung, in einem 6 χ 6-Kraftfahrzeug, in einer halbschematischen Ansicht von oben,

Fig.2 eine Getriebeanordnung gemäß der Erfindung, wie sie im Antriebssystem der Fig. 1 Verwendung findet, im axialen Schnitt

Fig.3 die Getriebeanordnung nach Fig.2, geschnitten längs der Linie 3-3 der Fig.2, im halbschematischen Querschnitt im gleichen Maßstab, und

F i g. 4 einen axialen Querschnitt längs der Linie 4-4 der F i g. 3, im gleichen Maßstab.

F i g. 1 ist eine halbschematische Darstellung und zeigt in einer Ansicht von oben nur die zur Erläuterung des Antriebssystems notwendigen Teile eines Kraftfahrzeuges. Das Kraftfahrzeug 1 weist einen bekannten Rahmen 2 auf, der in geeigneter Weise von einem Vorderachsaggregat 3 und einem hinteren Doppelachsaggregat 4 getragen wird. Ein Wechselgetriebe 5 liefert das Drehmoment für das Doppelachsaggregat 4. Das dargestellte Kraftfahrzeug besitzt einen Allradantrieb, d. h. mehrere Hinterräder 6 werden angetrieben und unter bestimmten Bedingungen auch die beiden Vorderräder 7. Dies wird innerhalb des Doppelachsaggregats 4 mit Hilfe eines Tandemantriebsmechanismus 11 erreicht, der das Eingangsdrehmoment aufteilt und zu einem Hinterachspaar R] und /?2 sowie einer vorderen Lenktriebsachse Füber eine Kardanwelle Sweiterleitet. Die erfindungsgemäße Getriebeanordnung, mit deren Hilfe die oben beschriebene Drehmomentaufteilung innerhalb des Tandemantriebs 11 erreicht wird, ist im folgenden anhand der F i g. 2 bis 4 näher beschrieben.

Der Tandemantrieb 11 weist, wie Fig.2 zeigt ein Gehäuse 13 auf und zwei axiale miteinander fluchtende Wellen 15, 17. Die Welle 15 steht über ein Kardangelenk 19 mit einer nicht dargestellten Kardanwelle in Verbindung, die das Eingangsdrehmoment auf die Welle 15 überträgt. Das vordere Ende 21 der Welle 15 weist eine Keilverzahnung auf zur formschlüssigen Befestigung eines Kardangelenkes 19. An dem gegenüberliegenden Ende läuft die Welle 15 in einen Zapfen 23 von verkleinertem Querschnitt aus, der drehbar in eine Büchse 25 hineinragt, welche in einem Sockelteil 27 eingesetzt ist, das sich im vorderen Ende der Welle 17 befindet, die teilweise im Querschnitt dargestellt ist. Das gegenüberliegende Ende der Welle 17 trägt eine Keilverzahnung 29, auf der ein kardanisches Gelenk befestigt ist. Die beiden Wellen 15, 17 sind im Gehäuse 13 mit geeigneten Wälzlagern 33,35,37 drehbar gelagert.

Die Welle 15 überträgt das Eingangsdrehmoment von der Kardanwelle zu einem Zwischen-Ausgleichsgetriebe oder Drehmomentaufteiler 39, der ein Ausgleichsgehäuse oder einen Ausgleichstern 41 aufweist, in dem mehrere Ausgleichsachsen befestigt sind, von denen jede drehbar befestigt ein Planetenausgleichsrad 45 trägt. Im Eingriff mit den Ausgleichsrädern 45 steht ein Kegelrad 47, das mit Hilfe einer geeigneten Büchse 49 drehbar auf der Welle 15 gelagert ist. Mit den Ausgleichsrädern 45 steht auch ein Kegelrad 51 im Eingriff, von dem ein Teil als Sitz des Innenringes eines Lagers 35 ausgebildet ist und formschlüssig mit der Welle 17 über eine Keilverzahnung 53 verbunden ist.

Ein Teil des Eingangsdrehmomentes (im allgemeinen 50%) des Zwischen-Ausgleichsgetriebes 39 wird seinerseits auf die Welle 17 übertragen, während der Rest in einer unten beschriebenen Art und Weise auf ein Achswellenpaar übertragen wird. Das Kegelrad 47 weist auf seiner Außenfläche eine Verzahnung 55 auf, die mit einer zugeordneten Verzahnung 57 eines Zahnrades 59 in Eingriff steht, das mit Hilfe einer Keilverzahnung 63 mit dem vorderen Ende einer Ritzelwelle 61 verbunden ist. Die Ritzelwelle ist im Gehäuse 13 mit Hilfe von Drucklagern 65, 67 drehbar gelagert. Auf der der Keilverzahnung 63 gegenüberliegenden Seite trägt die Ritzelwelle ein Antriebsritzel 69, das den Rest des Drehmomentes auf einen Zahnkranz 71 überträgt, der seinerseits das Drehmoment mit Hilfe eines Differentialgetriebes 73 auf ein Paar Achswellen, bestehend aus einer rechten Achse 75 und einer in F i g. 2 nicht dargestellten linken Achse, überträgt. Das Differentialgetriebe 73 enthält ein mit dem Zahnkranz 71 über geeignete Schrauben oder Nieten 79 verbundenes Ausgleichsgehäuse oder Tragkreuz 77. Das Ausgleichsgehäuse enthält mehrere Planeten-Ausgleichsräder 81 im Eingriff mit einem rechten Kegelrad 83 und einem nicht dargestellten linken Kegelrad.

Die Welle 15 weist weiterhin im Mittelteil eine Keilverzahnun«; 85 auf, auf der verschiebbar ein Kupplungsteil 87 befestigt ist, das sich nach hinten erstreckende Kupplungszähne 89 zur Kupplung mit einer entsprechenden Kupplungsverzahnung 91 aufweist, die sich an der Vorderseite des Kegelrades 47 befindet.

Die Arbeitsweise dieser K upplung wird später näher beschrieben.

Die Fig.3 zeigt in einem Querschnitt das Kegelrad 47 und das Zahnrad 59. In einem gewissen Abstand parallel zur Welle 61 befindet sich eine Welle 101. Ein schräg verzahntes Antriebsrad 103 ist unter normalen Antriebsbedingungen auf der Welle 101 frei drehbar. An der Außenseite weist das Antriebsrad 103 eine

Verzahnung 105 auf, die mit der Verzahnung 57 des Zahnrades 59 in Eingriff steht. Die Welle 101 erstreckt sich nach vorne (nach links in F i g. 4) aus dem Gehäuse 13 heraus und ist in diesem drehbar mit Hilfe des Lagers 107 gelagert. Die Welle 101 ragt nach vorne bis zu einem Punkt (der in F i g. 4 nicht dargestellt ist), an dem sie mit der Kardanwelle verbunden ist, die ihrerseits die Lenktriebachse F über einen der bekannten Vorderachsantriebsmechanismen antreibt.

Die Welle 101 weist eine Keiiverzahnung 109 auf, die formschlüssig mit der inneren Keilverzahnung des

Kupplungsteiles 111 verbunden ist, das eine Kupplungsverzahnung 113 für die Kupplung mit einer zugeordneten

Kupplungsverzahnung 115 auf der Vorderseite des Zahnrades 103 aufweist. Das Kupplungsteil 111 besitzt eine

Ringnut 117 zur Kupplung mit einer Schaltgabel, die nicht dargestellt ist, damit das Kupplungsteil 111 mit dem

ίο Zahnrad 103 verbunden oder von diesem getrennt werden kann.

Sobald das Kupplungsteil 87 mit seiner Kupplungsverzahnung 89 durch Verschieben mit der Kupplungsverzahnung 91 in Verbindung gebracht worden ist, verriegelt das Zwischen-Ausgleichsgetriebe 39, so daß jedes der Kegelräder 47,51 50% des Eingangsdrehmomentes erhält Ebenso wird durch Verschieben des Kupplungsteiles ! 11 über die Kupplungsverzahnung 113,115 das Zahnrad 103 mit der Welle 101 fest verbunden, so daß die eine Hälfte des Drehmoments das von dem Kegelrad 47 übertragen wird, von der Ritzelwelle 61 und die andere Hälfte des Drehmomentes von der Welle 101 zum Antrieb der Lenktriebachse aufgenommen wird. Auf diese Weise werden durch Anwendung der Erfindung 25% des Drehmoments der Vorderachse zugeführt, 25% des Drehmoments werden auf die Hinterachse Rt und 50% auf die Hinterachse A₂ übertragen.

Das folgende Beispiel soll quantitativ den Vorteil der Erfindung erläutern, d. h. die zusätzliche Drehmomentübertragung auf den Boden. Im Beispiel wird angenommen, daß die gesamte Ladung des Kraftfahrzeuges 2,49 xl O⁴ kg beträgt, deren Gewicht entsprechend der Spalte »Masse« auf die drei Achsen verteilt ist. Die beiden Spalten unter der Überschrift »Verteilergetriebe« zeigen eine bekannte prozentuale Drehmomentverteilung und das auf den Boden über die einzelnen Achsen übertragene Drehmoment (dabei wird angenommen, daß die Kraftschlußgrenze bei einem Drehmoment von 03 Nm pro kg erreicht ist). Unter der Überschrift »Erfindung« ist die prozentuale Verteilung des Drehmoments und die Drehmomentübertragung auf den Boden für den Fall eines Dreiachs-Kraftfahrzeuges mit Allradantrieb und einem erfindungsgemäßen Antriebssystem angegeben.

Wie man der Tabelle entnimmt, verliert die Lenktriebachse bei einem bekannten Antriebssystem (z. B. mit einem Verteilergetriebe) bei einem Drehmoment von 2,04 χ 10³ Nm die Bodenhaftung. Dadurch wird die Lenkbarkeit beeinträchtigt und das insgesamt übertragbare Drehmoment auf 4,08 χ 10³Nm begrenzt Dagegen verliert im erfindungsgemäßen Antriebssystem die Hinterachse R2 die Bodenhaftung, jedoch erst bei einem Drehmoment von 2,7²XlO³Nm und ermöglicht so die Übertragung eines gesamten Drehmomentes von 5,44XlO³ Nm.

Es ist selbstverständlich, daß bei Benutzung des hier offenbarten Antriebssystems eine Vorrichtung verwendet werden muß, die die beiden Kupplungsteile 87,111 betätigt, und zwar gemeinsam oder hintereinander (vorzugsweise wird das Kupplungsteil 87 vor dem Kupplungsteil 111 betätigt). Die Kupplungsteile 87, 111 können in einer der zahlreichen bekannten Arten und Weisen betätigt werden, wie z. B. mit Hilfe eines pneumatischen Kolbens oder eines Hubmagneten. Eine Handsteuerung dieser Betätigungsglieder kann unter bestimmten Fahrbedingungen vorgenommen werden, z. B. beim Verlust der Bodenhaftung, indem der Fahrer von Hand beide KupplungssrScke gemeinsam betätigt und so das Dreiachs-Kraftfahrzeug mit Allradantrieb verriegelt, oder er betätigt nur das Kupplungsstück 87, um die beiden Antriebsachsen Ru R2 miteinander zu verriegeln, oder aber er betätigt das Kupplungsteil 111, um die Lenktriebachse F mit der hinteren Antriebsachse /?i ohne Einschluß der hinteren Antriebsachse R₂ zu verriegeln.

Andererseits ist es möglich und im allgemeinen vorzuziehen, die Kupplungsstücke 87,111 durch ein automati-

sches System zu betätigen, das selbsttätig eine vorgegebene Geschwindigkeitsdifferenz zwischen bestimmten Elementen des Systems feststellt, die normalerweise die gleiche Drehgeschwindigkeit haben sollten, wie z. B. die Antriebsachsen R\ und R2 oder die Kegelräder 47,51. Eine automatische Verriegelungsvorrichtung, verwendbar für die Betätigung der Kupplungsteile g7, 111, ist in der DE-OS 25 33 840 (Patentanmeldung P 25 33 840 vom 30. Juli 1974) beschrieben. Obwohl die neue Anordnung eine automatische Verriegelung des Zwischen-Ausgleichgetriebes enthält (Zwischen-Ausgleichgetriebe 39), ist es selbstverständlich, daß eine solche automatische Verriegelungsvorrichtung leicht auch für die Betätigung des Kupplungsteiles 111 angepaßt werden kann.

	Masse	Verteilergetriebe % Drehmoment	2,04XlO³Nm 1,02XlO³Nm 1,02XlO³Nm	Erfindung % Drehmoment	1,36 χ 10³ Nm 1,36XlO³Nm 2,72XlO³Nm
F R₁ Ri	6,80 xlO³ kg 9,07 xlO³ kg 9,07 xlO³ kg	50 25 25	4,08XlO³Nm	25 25 50	5,44XlO³Nm
Summe	2,49 xlO⁴ kg	100	100

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Getriebeanordnung zum Übertragen der von einem Kraftfahrzeuggetriebe abgegebenen Leistung auf eine erste und eine zweite angetriebene Hinterachse einer Tandemachse, mit einem in einem Gehäuse der ersten Hinterachse angordneten und der Aufteilung der von dem Kfz-Getriebe eingespeisten Leistung dienenden Ausgleichsgetriebesatz, der ein erstes und ein zweites Ausgleichsseitenzahnrad aufweist, von denen das erste in einer Antriebsverbindung mit einer Getriebeeinrichtung steht, die ständig die erste Hinterachse antreibt und das zweite der beiden Ausgleichssertenzahnräder ständig die zweite Hinterachse antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß Antriebsmittel (103) für eine angetriebene Vorderachse (F), die mit der Getriebeeinrichtung (59) für die erste Hinterachse (R₁) in Eingriff stehen, sowie eine Vorderachsantriebswelle (101) vorgesehen sind, die eine Antriebsverbindung zwischen den Antriebsmitteln (103) für die Vorderachse (F) und der Vorderachse (F) bildet, und daß eine zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung hin- und herschaltbare Kupplung (113,115) enthalten ist, die in der ersten Stellung die Vorderachsantriebswelle (101) bezüglich der Antriebsmittel (59) freilaufen läßt und in ihrer zweiten Stellung die Anis triebsmittel (59) mit der Vorderachsantriebswelle (101) kuppelt, derart, daß bei idealen Betriebsbedingungen und in der ersten Stellung befindlicher Kupplung (113, 115) jede der beiden Hinterachsen (R_u R₂) im wesentlichen die Hälfte der von dem Kraftfahrzeuggetriebe eingespeisten Leistung erhält, während bei in der zweiten Stellung befindlicher Kupplung (113,115) die zweite Hinterachse (R₂) die Hälfte und die erste Hinterachse (Rt) sowie die Vorderachse ff? jeweils ein Viertel der von dem Kraftfahrzeuggetriebe eingespeisten Leistung erhält

2. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Fühleinrichtung (204) aufweist, durch die das Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Differenz der Drehzahlen der angetriebenen Vorderachse (F) und einer der angetriebenen Hinterachsen (Ri, R₂) bestimmbar ist, und daß eine Betätigungseinrichtung (206) zum Schalten der Kupplung (113,115) in ihre zweite Stellung in Abhängigkeit von dem Auftreten der Differenz vorhanden ist

3. Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsgetriebesatz (41, 47, 51) zum Sperren der Ausgleichswirkung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgleichsseitenzahnrad (47,51) eine Sperreinrichtung (89,91) aufweist

4. Getriebeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fühleinrichtung zum Messen der Drehzahldifferenz zwischen der ersten und der zweiten angetriebenen Hinterachse (R\, R₂) sowie eine Betätigungseinrichtung für die Sperreinrichtung (89,91) vorgesehen ist die in Abhängigkeit von dem Auftreten einer einen vorbestimmten Grenzwert überschreitenden Drehzahldifferenz die Sperreinrichtung (89,91) betätigt.