DE3500992A1

DE3500992A1 - Mehrganggetriebe fuer ein fahrzeug

Info

Publication number: DE3500992A1
Application number: DE19853500992
Authority: DE
Inventors: Richard L. Fort Wayne Ind. Pifer; Gerald A. Wuest
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1984-01-16
Filing date: 1985-01-14
Publication date: 1985-07-18
Also published as: GB8500345D0; GB2153024A; SE8500171L; FR2558233A1; JPS60159449A; BR8500062A; SE8500171D0

Description

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Dr. Inc. Hnae I.cyh Innen V;;.i;jr Str. 30 - D öOOO fenchon 60

A 14 874

DANA CORPORATION 4500 Dorr Street Toledo, Ohio, U.S.A.

Mehrganggetriebe für ein Fahrzeug

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Die Erfindung betrifft ein Mehrganggetriebe für ein Fahrzeug, insbesondere eine Achse mit zwei Antriebsbereichen oder Drehzahlbereichen für einen Fahrzeugantrieb.

In Lastkraftwagen oder anderen großen Fahrzeugen, in denen schwere Lasten transportiert werden, ist es vorteilhaft, eine Mehrzahl von Übersetzungsverhältnissen zwischen dem Motor und den Antriebsräder zur Verfügung zu haben, um das Fahrzeug schnell und wirksam auf Geschwindigkeit zu bringen und um eine gewünschte Motordrehzahl bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten beibehalten zu können. Eine Methode zur Erreichung einer relativ großen Anzahl von Übersetzungsverhältnissen besteht darin, ein mehrgängiges Getriebe in Verbindung mit einer Antriebsachse mit mehreren Antriebsbereichen zu verwenden. Beispielsweise liefert ein viergängiges Getriebe in Verbindung mit einer Antriebsachse mit zwei Antriebsbereichen oder Gängen insgesamt acht verschiedene Übersetzungsverhältnisse.

Eine bekannte Bauart einer Mehrbereichs-Antriebsachse umfaßt die Verwendung eines Gegenwellen-Getriebes zum Antrieb des Tellerrades oder Zahnkranzes eines Differentiales. Die Gegenwelle ist mit der Antriebswelle des Fahrzeugmotors gekoppelt. Eine schaltbare Kupplung ist auf der Gegenwelle angeordnet, um selektiv eines einer Mehrzahl von Antriebsrädern zu koppeln, die drehbar auf dieser gelagert sind. Die Antriebsräder wirken mit entsprechenden Rädern zusammen, die auf einer Ausgangswelle drehfest mit dieser sitzen, welche mit dem Zahnkranz des Differentiales verbunden ist, um diesen anzutreiben und damit eine Auswahl aus einer Vielzahl von Gängen zu ermöglichen.

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Die Erfindung betrifft eine verbesserte Mehrbereichsachse, insbesondere eine Zweibereichsachse. Die Achse umfaßt eine Eingangswelle, die mit einer Antriebswelle des Fahrzeugmotors verbunden ist, sowie eine Ausgangswelle, die mit dem Tellerrad des Fahrzeugdifferentials verbunden ist. Ein Paar EingangsZahnräder unterschiedlicher Größe sitzt auf der Eingangswelle und ist mit dieser z. B. durch Keilverzahnung drehfest verbunden. Jedes der EingangsZahnräder wirkt kontinuierlich mit einem entsprechenden Ausgangszahnrad zusammen, das drehbar auf der Ausgangswelle gelagert ist. Eine schaltbare Kupplungsmuffe ist auf der Ausgangswelle angeordnet, um selektiv eines der Ausgangszahnräder der Ausgangswelle einzukuppeln, um das Tellerrad des Differentiales mit einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis anzutreiben.

Die Kupplungsmuffe wird durch eine Schaltanordnung betätigt, die eine Schaltgabel aufweist, die verschiebbar auf einer axial beweglichen Schaltstange zwischen einem Paar gegenüberliegender Federn gehalten ist. Eine Bewegung der Schaltstange durch den Fahrer des Fahrzeugs veranlaßt die Federn, eine vorgegebene Vorspannkraft auf die Schaltgabel auszuüben. Die Kupfflungsmuffe wird dadurch vom Eingriff mit einem Ausgangszahnrad zum anderen geschaltet, wenn die Reibungskraft zwischen der Kupplungsmuffe und dem einen Ausgangszahnrad kleiner wird, als die Kraft, die durch die Federn auf die Schaltgabel ausgeübt wird.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein mehrgängiges Getriebe mit einer Doppelbereichsachse zu schaffen und insbesondere eine einfache und wirksame Kupplung für eine solche Achse. Darauf soll eine Schalteinrichtung für die Kupplung geschaffen werden, die eine Schaltung der Zahnräder verhindert, wenn die Kupplungsreibungskräfte einen vorgegebenen Wert übersteigen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert, in der

Fig. 1 im Schnitt einen Teil einer Doppelbereichs-

Achse nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt im Schnitt längs der Linie 2-2 von

Fig. 1 eine Ausführungsform der Schaltanordnung .

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der

Schaltanordnung.

Fig. 4 zeigt schematisch die Position der Eingangsund Ausgangswellen und der Schaltstange mit Bezug auf die Mittellinien des Differentialgetriebes der Achse nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Teil einer Doppelbereichs-Achse 10 nach der Erfindung. Die Achse 10 umfaßt ein Gehäuse 12 mit einem Paar entgegengesetzt sich erstreckender zylindrischer Abschnitte 14 an einem Ende des Gehäuse. Jeder der zylindrischen Abschnitte 14 umschließt ein zylindrisches Achsgehäuse 16, wobei in jedem von diesen eine Antriebsachse 18 drehbar montiert ist. Die Antriebsachsen 18 sind beispielsweise die Hinterachsen des Fahrzeugs. Die Antriebsachsen 18 haben eine Mittellinie 19. Die inneren Enden der Hinterachsen 18 sind z. B. mittels Keilverzahnung mit einem üblichen Differentialgetriebe 20 verbunden. Das Differentialgetriebe 20 hat eine querverlaufende Mittellinie, welche mit der Mittellinie 19 der Antriebsachsen 18 zusammenfällt, sowie eine längsverlaufende Mittellinie 21, welche die querverlaufende Mittellinie 19 schneidet und senkrecht zu dieser liegt. Die Außenenden der hinteren Achsen 18 sind in bekannter Weise mit den nicht gezeigten Antriebsrädern des Fahrzeuges verbunden.

Am anderen Ende des Gehäuses 12 liegt eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle 24, die drehbar gelagert sind. Fig. zeigt eine schematische Darstellung längs der Linie 4-4 von Fig. 1. Wie die Fig. 1 und 4 zeigen, ist die Eingangswelle 22 oberhalb einer Ebene angeordnet, die durch die Mittellinien 19 und 21 gebildet sind und auf einer Seite der Mittellinie 21 des Differentialgetriebes 20, wobei sich die Welle 22 durch das Gehäuse 12 erstreckt, während die Ausgangswelle 24 unterhalb dieser Ebene und auf der anderen Seite der Mittellinie 21 liegt. Die Eingangswelle 22 hat ein nach vorn gerichtetes Joch 26, das mit einer nicht gezeigten Antriebswelle des Fahrzeugmotors und einem Getriebe gekoppelt werden kann. Die Eingangswelle 22 überträgt somit das Eingangs-Drehmoment auf die Hinterachsen.

Die Eingangswelle 22 ist nahe ihrem vorderen Ende in dem Gehäuse 12 drehbar gelagert mittels einer Lageranordnung 28, die aus entgegengesetzt gerichteten Kegelrollenlagern gebildet ist. Die Lageranordnung 28 verhindert eine axiale Bewegung der Eingangswelle 22 innerhalb des Gehäuses 12. Das hintere Ende der Eingangswelle 22 ist drehbar im Gehäuse 12 mittels eines Nadellagers 30 gelagert.

EingangsZahnräder 32 und 34 sind entsprechend auf der Eingangswelle 22 zur Drehung mit dieser befestigt, z. B. aufgekeilt. Die EingangsZahnräder 32 und 34 haben unterschiedliche Größe und entsprechende radial sich erstreckende Verzahnungen 36 und 38. Übliche Anschlagringe 40 und ein mittleres aufgekeiltes Distanzelement 42 sind auf der Welle 22 montiert, um eine Axialbewegung der Zahnräder 36 und 38 längs der Eingangswelle 22 zu verhindern.

Die Ausgangswelle 24 ist am vorderen und hinteren Ende im Gehäuse 12 drehbar gelagert mittels je eines Kegelrollenlagers 44. Das vordere Ende der Ausgangswelle 24 ist durch einen Deckel 46 abgedeckt, der an das Gehäuse 12 angeschraubt

werden kann. Das hintere Ende der Ausgangswelle 24 ist mit einem Ritzel 46 versehen, das eine Mehrzahl von radial und im Winkel verlaufenden Zähnen 48 versehen ist. Das Ritzel 46, das hier in Form eines Kegelrades ausgebildet ist, wirkt mit einem ringförmigen Tellerrad 50 des Differentialgetriebes 20 in bekannter Weise zusammen, so daß eine Drehung der Ausgangswelle 24 auf das Differentialgetriebe übertragen wird.

Auf der Ausgangswelle 24 sind AusgangsZahnräder 52 und 54 drehbar mittels konventioneller, nicht gezeigter Lager gelagert, die an entsprechenden Lagerbüchsen 56 und 58 ausgebildet sind. Ein Paar üblicher Anschlagringe 60 und ein mittleres aufgekeiltes Distanzelement 62 verhindern eine axiale Bewegung der beiden Zahnräder 52 und 54 längs der Ausgangswelle 24. Das aufgekeilte Distanzelement 62 hat eine Mehrzahl von radial einwärts gerichteten nicht gezeigten Zähnen, die in die Ausgangswelle 34 drehfest mit dieser eingreifen, sowie eine radial auswärts gerichtete Verzahnung 64.

Das Zahnrad 52 hat eine auswärts gerichtete Verzahnung 66 größeren Durchmessers und eine auswärts gerichtete Verzahnung 68 kleineren Durchmessers. Ebenso hat das Zahnrad 54 eine auswärts gerichtete Verzahnung 70 größeren Durchmessers und eine auswärts gerichtete Verzahnung 72 kleineren Durchmessers. Die Verzahnungen 66 und 70 der beiden Zahnräder 52 und 54 stehen in ständigem Eingriff mit den entsprechenden Verzahnungen 36 und 38 der Eingangs-Zahnräder 32 und 34. Die Ausgangs-Zahnräder 52 und 54 stehen somit in Eingriff mit den entsprechenden Eingangs-Zahnrädern 32 und 34 und drehen sich zusammen mit diesen. Die kleineren Verzahnungen 68 und 72 der Ausgangs-Zahnräder haben denselben Durchmesser wie die Verzahnung 64 des auf die Welle aufgekeilten Distanzelementes 62.

Eine Kupplungsmuffe 74 ist verschiebbar auf den Verzahnungen 68 und 72 der AusgangsZahnräder 52 und 54 angeordnet und ebenso auf der auswärts gerichteten Verzahnung 64 des Distanzelementes 62. Die Kupplungsmuffe 74 hat eine Vielzahl von inneren Zähnen, d. h. eine nicht gezeigte Innenverzahnung, welche mit den Verzahnungen 64, 68 und 72 zusammenwirkt. Die Kupplungsmuffe 74 hat ferner eine äußere ringförmige Nut 76, welche mit einer geeigneten Schalteinrichtung zusammenarbeitet (Fig. 2 und 3), um selektiv die Kupplungsmuffe 74 axial aus einer ersten Position, wie in Fig. 1 gezeigt, in der die Innenverzahnung der Kupplungsmuffe 74 gleichzeitig in die Verzahnung 68 des Ausgangszahnrades 52 und in die Verzahnung 64 des Distanzelementes 62 eingreift, in eine zweite Position zu verschieben, in der die Innenverzahnung der Kupplungsmuffe 74 gleichzeitig in die Verzahnung 72 des AusgangsZahnrades 54 und in die äußere Verzahnung 64 des Distanzelementes 62 eingreift. Das Zahnrad 52 wird gekuppelt mit der Ausgangswelle 24 zur Drehung mit dieser, wenn die Kupplungsmuffe 74 sich in der ersten Position befindet. Ebenso wird das Zahnrad 54 mit der Ausgangswelle 2 4 gekuppelt zur Drehung mit dieser, wenn die Kupplungsmuffe 74 sich in der zweiten Position befindet. Auf diese Weise werden zwei verschiedene Eingangs/Ausgangs-Übersetzungsverhältnisse oder Übersetzungsbereiche durch die Hinterachsen-Anordnung 10 erreicht.

Fig. 2 zeigt die Schalteinrichtung zum wahlweisen Verschieben der Kupplungsmuffe 74 zwischen der obengenannten ersten und zweiten Position. Die Schalteinrichtung umfaßt eine Schaltgabel 78 mit einem hohlzylindrischen Körper und einem radial verlaufenden Gabelabschnitt. Der Gabelabschnitt der Schaltgabel 78 greift in die ringförmige Nut 76 der Kupplungsmuffe 74 ein, um ihr eine axiale Bewegung zu erteilen. Der zylindrische Körper der Schaltgabel 78 ist auf einer Schaltstange 80 gelagert, die parallel zu und oberhalb der Ausgangswelle 24 liegt. Die Schaltstange 80 ist verschiebbar

in einem Schaltgehäuse 82 angeordnet, das an dem Gehäuse befestigt ist.

Ein Paar Anschläge 84 sind an der Schaltstange 80 einwärts von deren gegenüberliegenden Enden ausgebildet. Die Schaltgabel 78 liegt zwischen den beiden Anschlägen 84. Um die Schaltstange 80 sind Federn 86 und 88 angeordnet, jeweils zwischen jedem der Anschläge 84 und der Schaltgabel 78. Jede der Federn 86 und 88 ist in einer entsprechenden ringförmigen Ausnehmung 90 aufgenommen, von denen je eine in jedem der entgegengesetzten Enden des zylindrischen Abschnittes der Schaltgabel 78 ausgebildet ist.

Es sind Mittel vorgesehen, damit der Fahrer des Fahrzeuges die Schaltstange 78 manuell axial innerhalb des Schaltgehäuses 82 verschieben kann. In Fig. 2 umfassen diese Mittel einen Hebelarm 82, der schwenkbar um einen Drehpunkt 94 am Schaltgehäuse angebracht ist und der gelenkig mit der Schaltstange 80 in konventioneller Weise verbunden ist. Der Hebelarm 92 kann mittels eines konventionellen mechanischen Gestänges (nicht gezeigt) mit irgendeinem Punkt verbunden sein, wo er geeignet manuell betätigbar ist. Alternativ kann die Schaltstange 80 mit einem flexiblen Kabel 96 (Fig. 3) gekoppelt sein, so daß der Fahrer die Schaltstange mittels einer Zug-Druckwirkung bewegen kann.

Im Betrieb, wenn die Schaltmuffe 74 aus der ersten Position, wie in der Zeichnung dargestellt, in die zweite Position geschaltet werden soll, wird der Hebelarm 92 manuell durch den Fahrer des Fahrzeuges verschoben in die Position, die in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, wodurch die Schaltstange 80 in Längsrichtung in dem Schaltgehäuse 82 rückwärts verschoben wird. Diese Bewegung der Schaltstange 80 veranlaßt die eine Feder 86, eine höhere Vorspannkraft auf die Vorderseite der Schaltgabel 78 auszuüben, während die andere Feder 88 eine verringernde Kraft gegen die rückwärtige

Seite der Schaltgabel 78 ausübt. Die kombinierte Wirkung der Federn 86 und 88 übt eine rückwärts gerichtete Kraft aus, die ausreicht, um die Schaltgabel 78 und damit die Schaltmuffe 74 aus der ersten Position in die zweite Position zu verschieben, wenn nicht mehr als ein vorgegebenes Drehmoment an das Ausgangs-Zahnrad 52, das Distanzelement 62 und die Kupplungsmuffe 74 gelegt ist. Diese Bedingung oder dieser Zustand tritt typischerweise dann ein, wenn der Fahrzeugmotor neutral läuft oder wenn der Motor beschleunigt.

Wenn jedoch der Motor verzögert, erzeugt das Drehmoment, das an den genannten Elementen 52, 62 und 74 liegt, Reibungskräfte, die größer sind als die Vorspannkraft, die durch die Federn 86 und 88 ausgeübt werden. Während diesen Zeiten ist es unerwünscht, aus der ersten Position in die zweite Position zu schalten. Die Federn 86 und 88 werden dementsprechend gewählt, um Vorspannkräfte zu erzeugen, die es ermöglichen, daß die Kupplungsmuffe 74 nur verschoben wird, wenn es erwünscht ist, sie zu verschieben bzw. zu schalten. Wenn die Verschiebung oder Schaltung beendet ist, üben die Federn 86 und 88 weiterhin eine Vorspannkraft auf die Schaltgabel 78 aus, um zu verhindern, daß sie zufällig aus ihrer Position zu unerwünschten Zeitpunkten herausrutscht. Das Verfahren zum Schalten der Kupplungsmuffe 74 aus der zweiten Position in die erste Position ist einfach umgekehrt zu dem oben beschriebenen Vorgang.

Claims

Ansprüche

/λ J Mehrgang-Getriebe für ein Fahrzeug, insbesondere Zwei-Gang-Hinterachse, mit einer Eingangswelle, die durch eine Energiequelle angetrieben wird, einer Ausgangswelle, die ein Differentialgetriebe antreibt, sowie Zahnrädern, die auf der Eingangswelle und der Ausgangswelle sitzen, um die Wellen drehbar zu koppeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle mit ihrer Längsachse parallel zu und oberhalb und auf einer Seite einer Mittellinie des Differentialgetriebes angeordnet ist und daß ,/ die Ausgangswelle mit ihrer Längsachse parallel zu und unterhalb und auf der anderen Seite der Mittellinie des Differentialgetriebes angeordnet ist.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein erstes Paar Zahnräder aufweist, die auf der Eingangswelle befestigt sind, ferner ein zweites Paar Zahnräder, die drehbar auf der Ausgangswelle gelagert sind, wobei die Zahnräder der Eingangswelle ständig in Eingriff mit den Zahnrädern der Ausgangswelle stehen und daß eine Kupplungsmuffe vorgesehen ist, um selektiv jedes der Zahnräder auf der Ausgangswelle mit der letzteren zu koppeln.
3. Mehrgang-Getriebe für ein Fahrzeug, insbesondere mit einer Antriebsachse mit mehreren Übersetzungsbereichen, mit einem Motor und angetriebenen Rädern, gekennzeichnet

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durch eine drehbare Eingangswelle, die vom Motor angetrieben ist, ersten und zweiten Eingangszahnrädern, die auf der Eingangswelle drehfest mit dieser angebracht sind, einer drehbaren Ausgangswelle, die mit den Antriebsrädern gekoppelt ist, ersten und zweiten Ausgangszahnrädern, die drehbar auf der Ausgangswelle gelagert sind und in Eingriff mit den ersten und zweiten Eingangszahnrädern stehen zur Drehung mit diesen, sowie durch eine Kupplungsmuffe, die auf der Ausgangswelle zur Drehung mit dieser montiert ist, und die zwischen einer ersten und einer zweiten Position verschiebbar ist, um selektiv das erste oder das zweite Ausgangszahnrad zur Drehung mit der Ausgangswelle zu kuppeln.
4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die mit der Kupplungsmuffe verbunden ist, um selektiv die letztere zwischen der ersten und zweiten Position zu bewegen.
5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung eine Schaltgabel aufweist, die in Eingriff mit der Kupplungsmuffe steht, sowie Einrichtungen, um selektiv eine vorgegebene Kraft aufzubringen, um die Schaltgabel auf die erste oder zweite Position zu beaufschlagen.
6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum selektiven Aufbringen einer vorgegebenen Kraft eine axial verschiebbare Schaltstange aufweist, auf welcher die Schaltgabel verschiebbar montiert ist, ferner ein Paar Federn, die auf der Schaltstange auf jeder Seite der Schaltgabel zwischen entsprechenden Anschlägen angeordnet sind, die an der Schaltstange ausgebildet sind, sowie manuell betätigbare Einrichtungen, um die Schaltstange axial zu verschieben, um selektiv die Vorspannkraft aufzubringen.
7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die manuell betätigbare Einrichtung ein mechanisches Hebelgestänge ist, das mit der Schaltstange verbunden ist.
8. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die manuell betätigbare Einrichtung ein flexibles Kabel ist, das mit der Schaltstange verbunden ist.
9. Mehrgang-Getriebe für ein Fahrzeug, insbesondere mit einer Achse mit zwei Übersetzungsbereichen, gekennzeichnet durch eine Eingangswelle, die drehbar gelagert und durch einen Motor des Fahrzeugs antreibbar ist, ersten und zweiten EingangsZahnrädern, die auf der Eingangswelle drehfest mit dieser angeordnet sind, einer Ausgangswelle, die drehbar gelagert ist und durch die die Fahrzeugräder antreibbar sind, ersten und zweiten Ausgangszahnrädern, die drehbar auf der Ausgangswelle gelagert sind und entsprechend in Eingriff mit dem ersten und dem zweiten Eingangszahnrad zur Drehung mit diesen stehen, einer Kupplungsmuffe, die auf der Ausgangswelle zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangszahnrad zur Drehung mit der Ausgangswelle befestigt ist und die zwischen einer ersten und einer zweiten Position schaltbar ist, um das erste oder das zweite Ausgangszahnrad entsprechend zur Drehung mit der Ausgangswelle einzukuppeln, sowie durch eine manuell betätigbare Schalteinrichtung zum selektiven Bewegen bzw. Schalten der Kupplungsmuffe zwischen der ersten und der zweiten Position.
10. Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung eine Schaltgabel aufweist zum Eingriff in die Kupplungsmuffe, sowie Einrichtungen, um selektiv eine vorgegebene Kraft aufzubringen, um die Schaltgabel in Richtung auf die erste oder die zweite Position zu beaufschlagen.
11. Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum selektiven Aufbringen der vorgegebenen Kraft eine axial bewegliche Schaltstange umfaßt, auf welcher die Schaltgabel verschiebbar angeordnet ist, ein Paar Federn, die entsprechend auf der Schaltstange auf jeder Seite der Schaltgabel zwischen entsprechenden Anschlägen angeordnet sind, die an der Schaltstange ausgebildet sind, sowie manuell betätigbare Einrichtungen, um axial die Schaltstange zu verschieben, um selektiv die Vorspannkraft aufzubringen.
12. Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die manuell betätigbare Einrichtung ein mechanisches Hebelgestänge ist, das mit der Schaltstange verbunden ist.
13. Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die manuell betätigbare Einrichtung ein flexibles Kabel ist, das mit der Schaltstange verbunden ist.