DE4022839A1 - Ausgleichsgetriebe der umlaufraederbauart mit einer kupplungsvorrichtung zur begrenzung der relativdrehzahlen der ausgangsseitigen getriebeglieder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ausgleichsgetriebe nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE-PS 32 12 495 sind Ausgleichsgetriebe dieser Art be­ kannt, welche wirkungsmäßig für den Drehzahlausgleich zwischen den Achsantrieben zweier Fahrzeugachsen als auch zwischen den Fahrzeugrädern einer Fahrzeugachse geeignet und jeweils durch eine Lamellenkupplung mehr oder weniger sperrbar sind, die durch ein Druckmittel-Stellglied betätigbar ist, das in Abhän­ gigkeit von Parametern des Fahrzustandes wie dem Ansaugrohr­ druck des Antriebsmotores, dem geschalteten Getriebegang, dem Bremsdruck der Fahrzeugbremsen und dem Lenkwinkel von einer elektronischen Steuereinheit gesteuert wird.

Aus der DE-PS 8 45 904 ist es bekannt, eine elektromagnetisch in Abhängigkeit vom Lenkwinkel betätigbare Schlupf (Reib)-Kupplung durch je eine Zahnradstufe mit den beiden ausgangsseitigen Ge­ triebegliedern eines in Kegelradbauweise gestalteten Aus­ gleichsgetriebes der gattungsgemäßen Art antriebsmäßig zu ver­ binden.

Die US-PS 46 76 336 betrifft ein ohne Ausgleichsgetriebe ar­ beitendes Verteilergetriebe für Kraftfahrzeuge mit einer permanent angetriebenen Fahrzeugachse, bei dem eine hydrosta­ tische Umlaufverdrängermaschine als Kupplungsvorrichtung zwi­ schen zwei Antriebswellen wirkungsmäßig eingeschaltet ist, von denen die eine vom Achsantrieb einer zuschaltbaren zweiten Fahrzeugachse in einem konstanten Übersetzungsverhältnis ange­ trieben und mit der Welle der Umlaufverdrängermaschine gekup­ pelt ist, während die andere Antriebswelle von dem Achsantrieb der permanent angetriebenen Fahrzeugachse in einem konstanten Übersetzungsverhältnis angetrieben und mit dem umlaufenden Ge­ häuse der Umlaufverdrängermaschine gekuppelt ist. Bei Dreh­ zahlgleichheit an den beiden Antriebswellen tritt keine Förde­ rung in der als Pumpe geschalteten Umlaufverdrängermaschine auf, so daß die Antriebswelle der zuschaltbaren Fahrzeugachse ohne Antriebsmoment ist. Lediglich bei auftretenden Relativ­ drehzahlen zwischen den mit der hydrostatischen Pumpe verbun­ denen Antriebswellen erfolgt eine Verdrängung des hydrosta­ tischen Arbeitsmittels unter Aufbau eines hydrostatischen Druckes, über den eine Drehmomentübertragung zwischen den bei­ den Antriebswellen erfolgt. Der hydrostatische Druck und damit das Sperrmoment zwischen den beiden Antriebswellen ist durch eine elektronische Steuereinheit einstellbar, welche Signale von der Drehzahl des Antriebsmotores, von den Drehzahlen der mit der Umlaufverdrängermaschine verbundenen beiden Antriebs­ wellen, von der Motorlast (Drosselklappenwinkel), von der Stellung des Bremspedales und vom Lenkwinkel verarbeitet.

Der Nachteil der bekannten Ausgleichsgetriebe und des bekannten Verteilergetriebes zeigt sich vor allem in engen Kurven, wo der Sperrwert so geregelt werden müßte, daß das durchgleitende Rad bzw. die durchgleitende Achse weder zu schnell noch zu langsam dreht.

Ausgleichsgetriebe, welche diese Forderung erfüllen, sind bis­ her nicht bekannt.

Durch das Ausgleichsgetriebe nach der Erfindung gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1 sind diese Nachteile vermieden.

Das Ausgleichsgetriebe nach der Erfindung arbeitet nach dem Prinzip, daß jedem angetriebenen Rad innerhalb eines engen Spielraumes eine Drehzahl aufgezwungen wird, die sich aus der Bewegungskinematik ergibt. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebe dadurch erreicht, daß einem herkömmlichen Ausgleichsgetriebe (Differential) ein Hydraulikgetriebe in der Weise parallelgeschaltet ist, daß es im schlupffreien Fahrbe­ trieb ohne Last leer mitläuft und erst beim Durchgleiten eines Rades einen kinematischen Zwangslauf gewährleistet.

Dies kann so verwirklicht sein, daß ein Hydromotor innerhalb eines Gehäuses umläuft und mit seiner Welle auf das eine ausgangsseitige Getriebeglied des Ausgleichsgetriebes wirkt, während das umlaufende Motorgehäuse sich am anderen ausgangs­ seitigen Getriebeglied abstützt.

Eine Differenzbewegung zwischen Welle und Gehäuse findet nur statt, wenn die ausgangsseitigen Getriebeglieder unterschied­ lich schnell drehen.

Diese Differenzbewegung erfordert einen vorwärts oder rückwärts fließenden Fluidstrom in den Leitungen des hydrostatischen Ge­ triebes, welcher von einer Verstellpumpe entsprechend Lenkwin­ kel, Fahrgeschwindigkeit und jeweiligen dynamischen Radumfängen vorgegeben wird.

Förderrichtung und -menge werden vom Stellglied der Verstell­ pumpe eingestellt.

Bei einfachen Anlagen genügt ein mechanischer Antrieb vom Lenkgetriebe; aufwendigere Anlagen können ein elektrisches oder elektrohydraulisches bzw. pneumatisches Stellglied vorsehen, welches Zusatzeinflüsse wie unterschiedliche Radumfänge be­ rücksichtigt, indem es von einer Regelelektronik angesteuert wird, welche u. a. Signale von den Drehzahlen der ausgangsseitigen Getriebeglieder sowie des Lenkwinkels, der Laststellung des Fahrpedales und des Bremslichtschalters und/oder der ABS-Anlage verarbeitet.

Bei einer ABS-Bremsung wird ein Drosselventil, welches im Nor­ malbetrieb nur einen geringen Querschnitt zwischen jeweiliger Saug- und Druckleitung des hydrostatischen Getriebes freigibt, voll geöffnet. Der geringe Querschnitt im Normalbetrieb ist erforderlich, damit Verspannungen bei leichten Regelabwei­ chungen verhindert werden, ein gewisser erwünschter Vortriebs­ schlupf am durchgleitenden Rad zugelassen wird (zwecks Vor­ triebskraftvergrößerung), eine ständige Nullung (Berücksichti­ gung der unterschiedlichen Reifengrößen) möglich ist, indem ein Durchflußmengenmesser solange Signal gibt, bis das Stellglied die richtige Förderstellung gefunden hat.

Während bei der Ausgestaltung nach Patentanspruch 2 Aus­ gleichsgetriebe und Umlaufverdrängermaschine als baulich ge­ trennte bzw. durch zwei Zahnradstufen getrieblich verbundene Aggregate verwendet sein können, sind durch die bauliche Zu­ sammenfassung dieser beiden Aggregate gemäß den Patentansprü­ chen 3 und 4 räumliche und kostenmäßige Vorteile erreicht.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Aus­ führungsbeispieles eines Ausgleichsgetriebes nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Aus­ führungsbeispieles eines Ausgleichsgetriebes nach der Erfindung anhand eines Teil-Schnittes durch ein Achsgehäuse in einer die Zentralachse des Ausgleichsgetriebes enthaltenden Schnittebene,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Ausgleichsge­ triebes nach der zweiten Ausführungsform anhand eines die Zentralachse enthaltenden Teil- Schnittes nach Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Ausgleichsgetriebe nach dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Linie IV-IV von Fig. 3, und

Fig. 5 ein Umlaufrad des Ausgleichsgetriebes nach dem zweiten Ausführungsbeispiel in Ansicht in Ein­ zeldarstellung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird zunächst das Ausgleichsge­ triebe nach dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert.

Eine von einem Antriebsmotor über ein Gangwechselgetriebe in der üblichen Weise angetriebene Kardanwelle 2 ist über ein Ge­ lenk 2a mit einer Ritzelwelle 2b verbunden, welche in bekannter Weise mit einem Ritzel ein Tellerrad eines Ausgleichsgetriebes 1 antreibt. Dieses Tellerrad ist mit dem umlaufenden Aus­ gleichsgetriebegehäuse drehfest verbunden, welches die Umlauf­ räder - bspw. in Form von Kegelrädern - lagert und somit das Eingangsglied bzw. Summenglied des Ausgleichsgetriebes bildet. Die mit den Umlaufrädern kämmenden zentralen ausgangsseitigen Getriebeglieder (Kegelräder) sind jeweils drehfest mit einem Abtriebswellenstumpf 12a bzw. 13a verbunden, welcher seiner­ seits über ein Antriebsgelenk 12b bzw. 13b mit einer ein bei 10 bzw. 11 angedeutetes Fahrzeugrad antreibenden Antriebshalbwelle 12 bzw. 13 in Antriebsverbindung steht.

Das mit dem Abtriebswellenstumpf 12a drehfest verbundene ausgangsseitige Getriebeglied ist über eine Zahnradstufe 14b mit dem umlaufenden Gehäuse einer hydrostatischen Umlaufver­ drängermaschine 15 antriebsmäßig verbunden, deren Welle über eine Zahnradstufe 14a mit dem mit dem Abtriebswellenstumpf 13a drehfest verbundenen ausgangsseitigen Getriebeglied (Kegelrad) des Ausgleichsgetriebes 1 antriebsmäßig verbunden ist.

Die Umlaufverdrängermaschine 15 ist durch Leitungen 16 mit ei­ ner als Verstellpumpe arbeitenden umsteuerbaren hydrostatischen Verdrängermaschine 8 hydraulisch verbunden, welche über eine Zahnradstufe 3 von der Ritzelwelle 2b angetrieben ist, deren Drehzahl über den besagten Ritzel-Tellerrad-Antrieb in einem festen Übersetzungsverhältnis zur Drehzahl des Ausgleichsge­ triebegehäuses steht, welches das Eingangsglied des Aus­ gleichsgetriebes 1 bildet.

Die Verstellpumpe 8 wird durch ein Stellglied 9 betätigt, das durch eine elektronische Steuereinheit gesteuert wird, welche Signale unter Vermittlung von Sensoren 10a, 11a über die Rad­ drehzahlen sowie Signale über den Lenkwinkel, die Motorlast und/oder die Drehmomentanforderung hinsichtlich der Fahrpedal­ stellung sowie die Bremsbetätigung verarbeitet. Die Steuerein­ heit bringt bei einer ABS-Bremsung ein Drosselventil 17 in eine die beiden Leitungen 16 miteinander verbindende Abschaltstel­ lung, um den kinematischen Zwangslauf der ausgangsseitigen Ge­ triebeglieder des Ausgleichsgetriebes 1 aufzuheben.

Die Leitungen 16 sind ferner durch eine Ventileinheit 21 zur Begrenzung des hydraulischen Druckes und somit des Momentes des hydrostatischen Motores 15 miteinander verbunden.

An das im geschlossenen Kreislauf geschaltete Leitungssystem 16 ist in der üblichen Weise eine ebenfalls durch die Zahnradstufe 3 angetriebene Speisepumpe 4 sowie ein Windkessel 7 unter Ver­ mittlung von Rückschlagventilen 6 angeschlossen, wobei die Speisepumpe 4 aus einem Vorratsbehälter 5 ansaugt, welcher ebenso wie der hydrostatische Motor 15 in das Ausgleichsge­ triebe 1 baulich integriert sein kann.

Das zweite Ausführungsbeispiel stimmt bis auf die Anordnung und die Ausgestaltung der Umlaufverdrängermaschine mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein. Für übereinstimmende Merkmale des zweiten Ausführungsbeispieles sind Bezugszahlen verwendet, welche jeweils um den Betrag 100 gegenüber den Bezugszahlen der entsprechenden Merkmale des ersten Ausführungsbeispieles ver­ mehrt sind. Im übrigen wird hinsichtlich Ausgestaltung und Wirkungsweise des zweiten Ausführungsbeispieles auf die voran­ stehende Beschreibung des ersten Ausführungsbeispieles ver­ wiesen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 sind in einem Achsge­ häuse 122 einer Hinterachse eines Kraftfahrzeuges eine mit ei­ nem Ritzel 127 einteilig ausgebildete Ritzelwelle 102b mittels einer Lageranordnung 123 sowie die beiden Lagerhälse 129 und 130 eines Getriebegehäuses 126 eines Ausgleichsgetriebes 101 mittels je einer Lageranordnung 123 bzw. 125 drehbar gelagert. Das Getriebegehäuse 126 ist in der üblichen Weise mit einem Tellerrad 128 drehfest verbunden, welches mit dem Ritzel 127 kämmt.

Im Bereich seiner die Lagerhälse 129 und 130 aufnehmenden Zen­ tralbohrungen ist das Getriebegehäuse 126 mit je einer zur Zentralachse 137-137 des Ausgleichsgetriebes 101 zentrischen inneren Umfangsnut 131 bzw. 132 versehen, welche jeweils über einen Gehäusekanal 133 bzw. 134 mit einem Gehäuseanschluß 135 bzw. 136 kommunizieren, an welche das zu der hydrostatischen Verdrängerpumpe in 8 (Fig. 1) führende Leitungssystem 116 an­ geschlossen ist.

Am Außenumfang des sich mit der Umfangsnut 131 in Überdeckung befindlichen Abschnittes 138 des Lagerhalses 129 münden drei Gehäusekanäle 140, 141 und 142 des Getriebegehäuses 126 aus, welche von je einem als Umlaufverdrängermaschine 115 verwende­ ten Zahnradmotor im Getriebegehäuse 126 ausgehen. Am Außenum­ fang des sich mit der Umfangsnut 132 in Überdeckung befind­ lichen Abschnittes 139 des Lagerhalses 130 münden drei weitere Gehäusekanäle 143, 144 und 145 des Getriebegehäuses 126 aus, welche ebenfalls von jeweils einem der Zahnradmotore 115 aus­ gehen.

Im Getriebegehäuse 126 sind drei Umlaufräder-Paare 118 gela­ gert, welche aus zwei Umlaufrädern 119 und 120 der Stirnrä­ der-Bauart bestehen, die jeweils zwei durch einen mittleren Bund 148 voneinander getrennte Verzahnungsabschnitte 146 und 147 aufweisen. Die Verzahnungsabschnitte 147 der beiden Um­ laufräder 119 und 120 eines Umlaufräder-Paares 118 kämmen un­ mittelbar miteinander.

Der Verzahnungsabschnitt 146 des einen Umlaufrades 119 des je­ weiligen Umlaufräder-Paares 118 kämmt jeweils mit einem Zen­ tralrad 149 der Stirnräder-Bauart, welches mit dem einen Ab­ triebswellenstumpf 112a des Ausgleichsgetriebes 101 drehfest verbunden ist.

Der Verzahnungsabschnitt 146 des anderen Umlaufrades 120 des jeweiligen Umlaufräder-Paares 118 kämmt jeweils mit einem Zen­ tralrad 150 der Stirnräder-Bauart, welches mit dem anderen Ab­ triebswellenstumpf 113a des Ausgleichsgetriebes 101 drehfest verbunden ist.

Die miteinander kämmenden Verzahnungsabschnitte 147 der beiden Umlaufräder 119 und 120 eines jeweiligen Umlaufräder-Paares 118 bilden den hydrostatischen Zahnradmotor 115. Die Gehäusekanäle 140, 141 und 142 (welche alle drei mit dem Gehäuseanschluß 135 in der beschriebenen Weise verbunden sind) gehen von der einen der beiden Druckmittel führenden Kammern (Saugkammer und Druckkammer) am Verzahnungseingriff der beiden Verzahnungsab­ schnitte 147 des jeweiligen Zahnradmotores 115 aus - während die mit dem anderen Gehäuseanschluß 136 verbundenen drei Ge­ häusekanäle 143, 144 und 145 von der anderen Druckmittel füh­ renden Kammer am Verzahnungseingriff der Verzahnungsabschnitte 147 des jeweiligen Zahnradmotores 115 ausgehen. Je nach Drehsinn der Umlaufräder 119, 120 relativ zum Getriebegehäuse 126 arbeitet die eine der beiden Kammern in bekannter Weise entweder als Saug- oder als Druckkammer, während die andere Kammer dann als Druck- oder Saugkammer geschaltet ist.

Im übrigen arbeiten die Zahnradmotoren 115 in genau der gleichen Weise wie die Umlaufverdrängermaschine 15 bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1.

Im übrigen sind Anordnung, bauliche Gestaltung und Arbeitsweise von hydrostatischen Getrieben allgemein bekannt, bspw. durch Dubbel "Taschenbuch für den Maschinenbau", 14. Auflage, Sprin­ ger-Verlag Berlin Heidelberg New York 1981, Seiten 508 bis 523.

Claims (4)

1. Ausgleichsgetriebe der Umlaufräderbauart für die Kraftüber­ tragung in Kraftfahrzeugen, mit einer in ihrer Drehmomentüber­ tragungsfähigkeit in Abhängigkeit von Parametern des Fahrzu­ standes steuerbaren Kupplungsvorrichtung zur Begrenzung der gegenseitigen Relativdrehzahl der beiden ausgangsseitigen Ge­ triebeglieder, dadurch gekennzeichnet, daß als Kupplungsvorrichtung eine Umlaufverdrängermaschine (15) eines hydrostatischen Getriebes verwendet und eine als Pumpe an die Umlaufverdrängermaschine (15) hydraulisch angeschlossene Verdrängermaschine (8) in einem konstanten Übersetzungsver­ hältnis zur Drehzahl des eingangsseitigen Getriebegliedes an­ getrieben ist.

2. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine ausgangsseitige Getriebeglied mit der Welle und das andere ausgangsseitige Getriebeglied mit dem Gehäuse der zugehörigen Umlaufverdrängermaschine (15) verbunden ist.

3. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufverdrängermaschine (115) in das Ausgleichsge­ triebe (101) integriert ist und mit den ausgangsseitigen Ge­ triebegliedern (Zentralräder 149 und 150) direkt in Antriebs­ verbindung steht.

4. Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufräder (119, 120) als Verdrängerelemente der Um­ laufverdrängermaschine (115) verwendet sind.