-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen Kupplungen und insbesondere
betrifft sie einen Freilauf zum Verwenden in einem Allradantriebsfahrzeug
zusammen mit einer Freigabevorrichtung.
-
Stand der Technik
-
In
einer typischen Allradantriebsanordnung ist die Vorderachse der
Hauptantrieb, während
ein Drehmoment auf die Hinterachse übertragen wird, wenn die Durchschnittsdrehzahl
der Vorderräder schneller
dreht als die Durchschnittsdrehzahl der Hinterräder. Die Drehmomentsübertragung
tritt im Wesentlichen dann auf, wenn die Vorderräder ausgesprochenen Schlupf
haben und kann auch während Kurvenfahrtsituationen
auftreten. Eine Kupplung arbeitet als mechanische Unterbrechung,
die verhindert, dass ein Drehmoment auf die Hinterachse oder auf
die Vorderachse übertragen
wird, wenn dies nicht gewünscht
ist. Derzeit sind im Stand der Technik eindirektionale Kupplungen
und zweidirektionale Freiläufe
und Kupplungen bekannt, die hydraulische Systeme nutzen, um Veränderungen
daran hervorzurufen. Der zweidirektionale Freilauf unterscheidet
sich von einer eindirektionalen Kupplung, da er sowohl in Uhrzeigersinn-
als auch in der Gegenuhrzeigersinn-Drehrichtung arbeitet. Ein eindirektionaler
Freilauf ist im Freilaufbetrieb, wenn das Hinterachsgehäuse sich
schneller dreht als das Vorderachsgehäuse. Dieser Freilauf tritt
zwischen den zwei Freilaufkomponenten in der Fahrzeugvorwärtsrichtung
auf, wenn kein Vorderradschlupf vorliegt. Wenn jedoch in einem eindirektionalen
Freilauf ein Vorderradschlupf während
Straßenzuständen auftritt,
so wird die Achsübersetzung
an der Hinterachse übertroffen
und die Eingangsseite der Kupplung treibt die Ausgangsseite der
Kupplung an und verteilt auf diese Weise das Drehmoment auf die
Hinterräder
bis die Drehzahldifferenz zwischen der Hinterachse und der Vorderachse
verringert ist. Im Allgemeinen hat die eindirektionale Kupplung
einen Drehmomentfluss von 50/50, wenn sie einen Kegelradsatz verwendet.
Der Kegelradsatz steht im Eingriff, wenn der eindirektionale Freilauf
zusammen mit einem Achsübersetzungsausgleich
verwendet wird, wann immer die Hauptachsdrehzahl gleich (oder) größer als
die Nebenachsdrehzahl ist. Dies ist normalerweise dann der Fall, wenn
Vorderradschlupf bei einem vorwiegend frontgetriebenen Fahrzeug
auftritt und wenn Hinterradschlupf an einem vorwiegend heckgetriebenen
Fahrzeug auftritt.
-
In
US-A-5549187 wird
eine Freilaufkupplung beschrieben, die auf die Richtung der Drehbewegung für ein Kraftfahrzeug
reagiert, die einen ersten Ring aufweist, der ein Antriebselement
in einem Schleppbetrieb des Kraftfahrzeugs darstellt, einen zweiten Ring,
der ein angetriebenes Element in dem Schleppbetrieb darstellt, Klemmelemente,
die zwischen dem ersten und zweiten Ring wirken, um ein Drehmoment in
beiden Richtungen des Drehmomentflusses zu übertragen, einen Käfig, in
dem die Klemmelemente angeordnet sind, einen festgelegten Reibring
und ein Reibelement, das den Käfig
aktiv mit dem festgelegten Reibring verbindet. Das Reibelement umfasst eine
Vielzahl von Reibsegmenten die zwischen dem Käfig und dem festgelegten Reibring
angeordnet sind, wobei die Reibabschnitte in der Umfangsrichtung
mitgenommen werden, um sich mit dem Käfig zu drehen, und wobei sie
von dem festgelegten Reibring durch Zentrifugalkraft abgehoben werden, wenn
sie dazu veranlasst werden sich bei einer Drehgeschwindigkeit zu
drehen, die größer ist
als eine vorbestimmte Drehzahl. Die Freilaufkupplung umfasst weiter
eine Klinke, die zwischen dem ersten Ring und dem Käfig unter
der Steuerung einer Reibkraft oder eines zusätzlichen Reibelements wechselwirkt,
um eine Überdrehung
des Käfigs
in Bezug auf den ersten Ring zu verhindern, und dadurch einen „Durchbruch" der Klemmelemente
zu vermeiden, wenn die Richtung des Drehmomentflusses sich abrupt ändert.
-
In
US-A-3827520 ist
eine Antriebsanordnung für
einen Lastwagenschlepper des Typs offenbart, der automatisch einen
Hinterradantrieb in einem Vierradantrieb umwandelt und der ein Gehäuse einschließt, das
an dem Eingangsende einer vorderen Standardlenktriebachse eingebaut
ist. Innerhalb des Gehäuses
befindet sich eine eindirektionale Kupplung zum Antreiben der Vorderräder in eine
Vorwärtsrichtung,
wann immer die Hinterräder
Traktion verlieren und schlüpfen.
Eine automatische Sperrung der eindirektionalen Kupplung ist zum
Sperren der Anordnung zu einem Vierradantrieb vorgesehen, wenn ein
Antrieb in einer Rückwärtsrichtung
auftritt. Alternativ kann die Abschaltung auch Einrichtungen zum automatischen
Auskuppeln der eindirektionalen Kupplung umfassen, wenn der Schlepper
sich mit Schnellstraßengeschwindigkeiten
in Vorwärtsrichtung
bewegt.
-
Nichtsdestotrotz
sind Probleme bei Vorrichtungen des Stands der Technik aufgetreten,
die eindirektionale Kupplungen verwenden, da der eindirektionale
Freilauf nur für
eine Vorwärtsdrehbewegung der
Achse ausgerichtet ist und eine vollständig andere Vorrichtung für die Rückwärtsrichtung
benötigt wird,
um ein einwandfrei betrie benes Allradfahrzeug zu erhalten. Daher
würde,
wann immer ein Fahrzeug in die Rückwärtsrichtung
versetzt wird, der eindirektionale Freilauf niemals in Eingriff
stehen und ein Drehmoment würde
niemals über
die Hinterachse übertragen,
die als die Hauptantriebsachse die bevorzugte Achse darstellt, wenn
ein Allradantriebsfahrzeug sich in Rückwärtsrichtung bewegt. Daher fügen Vorrichtungen
des Stands der Technik ein zusätzliches
Gehäuse
und/oder elektronische Vorrichtung ein, um sicherzustellen, dass
während
einer Umkehrbewegung eines Allradantriebsfahrzeugs ein Drehmoment
an die Hinterachse abgegeben wird. Dies kann Kosten, Gewicht und
Zuverlässigkeit
der Allradantriebsanordnungen erhöhen und weiterhin den Geräuschpegel,
Schwingungs- und Härteprobleme
für den
Betreiber des Allradantriebsfahrzeugs erhöhen.
-
Daher
besteht im Stand im Technik ein Bedürfnis nach einem Freilaufmechanismus,
der in Übereinstimmung
mit einer Freigabevorrichtung arbeitet, sodass wenn der Rückwärtsgang
gewählt
ist das Rückwärtsdifferential
in der Lage ist, ein Drehmoment zu übertragen und so eine überdurchschnittliche
Handhabung und Leistung bereitstellt.
-
Kurze Zusammenfassung der
Erfindung
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue Allradantriebs-Achsfreigabevorrichtung
bereitzustellen.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drehmomentsübertragungsvorrichtung
bereitzustellen, die in der Lage ist, zu entkoppeln, wenn sie in
einem konventionellen 50/50 geteilten Antriebsstrang verwendet wird.
-
Weiterhin
besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine
Freigabevorrichtung zur Verwendung in einem Allradantriebsfahrzeug
bereitzustellen, die eine geringfügige Anpassung an das bestehende
Achsgehäuse
erfordert.
-
Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Achsfreigabevorrichtung bereitzustellen, die ein verringertes Gewicht
und geringere Packageprobleme für
ein Allradantriebsfahrzeug aufweist.
-
Weiterhin
besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine
Achsfreigabevorrichtung bereitzustellen, die eine Drehmomentübertragung
aufweist, wenn sie in einer Rückwärtsrichtung
arbeitet.
-
Um
die vorstehenden Aufgaben zu lösen, stellt
die Erfindung eine Achsfreigabevorrichtung zum Verwenden mit einem
Allradantriebsfahrzeug bereit, die einen Freilauf aufweist, eine
Feder, die den Freilauf berührt,
einen Keilsicherungsring, der die Feder an einem dem Freilauf gegenüberliegenden Ende
berührt,
einen Reibkeil, der im Eingriff mit einer Fläche des Keilsicherungsrings
steht, einen Differentialauflaufring, der den Reibkeil berührt, und
einen Abdeckungsauflauf, der den Differentialauflaufring in Eingriff
bringt.
-
Der
Freilauf kann eine Kerbscheibe und eine Taschenscheibe umfassen,
während
die Feder den Keilsicherungsring in eine ausgekoppelte Stellung zwingen
kann.
-
Der
Keilsicherungsring kann den Freilauf verriegeln, wenn eine vorbestimmte
Richtung der Drehbewegung erkannt wird.
-
Der
Abdeckungsauflauf kann aus Tetraflurethylen-Material hergestellt
sein und kann mit dem Differentialauflaufring in einer reibflüssigen Verbindung stehen.
Der Differentialauflaufring besitzt vorzugsweise eine Vielzahl von
Auflaufflächen,
die auf dessen einer Fläche
angeordnet sind, während
der Abdeckungsauflauf auch eine Vielzahl von Auflaufflächen auf
dessen einer Fläche
besitzen kann, wobei die Auflaufflächen des Abdeckungsauflaufs
in die Auflaufflächen
des Differentialauflaufrings eingreifen und mit diesen zusammenwirken.
-
Der
Differentialauflaufring und der Abdeckungsauflauf können zusammenwirken
und eine Axialkraft entwickeln, die den Reibkeil in den Keilsicherungsring
hineinbewegt.
-
Es
ist auch eine Achsfreigabeanordnung zum Verwenden in einem Fahrzeugsantriebsstrang vorgesehen,
die eine Achsfreigabevorrichtung wie vorstehend und in Übereinstimmung
mit der Erfindung definiert aufweist. Die Anordnung kann ein Achsgehäuse aufweisen,
das eine Abdeckung darin besitzt und ein Differential, das innerhalb
des Achsgehäuses
drehbar gelagert ist.
-
Die
Anordnung kann ein Achsgehäuse
aufweisen, das eine Abdeckung daran und ein Differential hat, das
drehbar innerhalb des Achsgehäuses
gelagert ist.
-
Der
Freilauf ist vorzugsweise innerhalb des Differentials angeordnet,
wobei der Abdeckungsauflauf an der Abdeckung des Achsgehäuses befestigt ist.
-
Das
Differential kann ein Differentialgetriebe besitzen, das darin drehbar
gelagert ist, wobei der Freilauf vorzugsweise das Differentialgetriebe
und eine Achswelle in Eingriff bringt. Das Differential kann eine
Vielzahl von Öffnungen
an dessen einem Ende besitzen und der Reibkeil kann eine Vielzahl
von Fortsätzen
an dessen einem Ende besitzen, wobei die Fortsätze sich durch die Öffnungen
erstrecken und den Eingriff mit dem Keilsicherungsring bilden.
-
Das
Differential der Anordnung teilt vorzugsweise beim Auftreten einer
Rückwärts-Drehbewegung den
Abdeckungsauflauf und den Differentialauflaufring, der axial den
Reibkeil in den Keilsicherungsring bewegt und ein Kegelrad des Differentials an
einer Welle verriegelt, axial.
-
Das
Differential der Anordnung kann beim Auftreten einer Vorwärts-Drehbewegung
den Keilsicherungsring entkoppeln und den Freigang freilaufen lassen
bis eine Schlupfbedingung vorliegt.
-
Ferner
wird ein Allradantriebsstrang zum Verwenden in einem Fahrzeug bereitgestellt,
der eine Halbwelle, eine Ritzelwelle und eine Achsfreigabeanordnung
wie vorstehend beschrieben besitzt.
-
Ein
derartiger Keilradantriebsstrang kann weiterhin ein Differentialgehäuse aufweisen,
das innerhalb des Achsgehäuses
drehbar gelagert ist und die Vielzahl von Öffnungen an dessen einem Ende hat.
-
Ein
Zahnkranz kann an einer äußeren Oberfläche des
Differentialgehäuses
angeordnet sein und mit der Ritzelwelle eines Fahrzeugs im Eingriff
bringbar sein. Weiterhin kann ein Differentialgetriebe drehbar innerhalb
des Differentialgehäuses
gelagert sein und ein Planetenrad und ein Kegelrad besitzen, wobei
der Freilauf der Achsfreigabevorrichtung eine erste Scheibe und
eine zweite Scheibe besitzt, wobei die erste Scheibe mit dem Kegelrad
verbunden ist und die zweite Scheibe mit der Halbwelle verbunden
ist.
-
Der
Allradantriebsstrang kann eine Feder besitzen, die die zweite Scheibe
der Kupplung berührt,
und der Keilsicherungsring der Achsfreigabevorrichtung kann angeordnet
sein, um die Feder an einem der zweiten Scheibe gegenüberliegenden Ende
zu berühren.
-
Die
Fortsätze
des Reibkeils können
sich von dessen einem Ende und durch die Vielzahl von Öffnungen
des Differentialgehäuses
erstrecken, um den Keilsicherungsring in Eingriff zu bringen.
-
Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Achsfreigabevorrichtung
geeignet ist, um in einem konventionellen 50/50 Allradantriebsfahrzeug
verwendet zu werden.
-
Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
die konventionelle 50/50 Aufteilung eines Allradantriebsfahrzeugs
beibehalten wird, während
die Drehmoment-Übertragungsvorrichtung
in dem Differentialträger
eingebaut ist.
-
Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
die Achsfreigabevorrichtung keine umfassenden Anpassungen an das
bestehende Achsgehäuse
des Fahrzeugs erfordert.
-
Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
die Achsfreigabevorrichtung das Gewicht des Antriebstrangs verringert.
-
Noch
ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
die Achsfreigabevorrichtung Packageprobleme des Antriebstrangs des Allradantriebsfahrzeugs
verbessert. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass die Achsfreigabevorrichtung im Gleichklang mit einem
Freigang arbeitet, um einen Allradantrieb in einer Vorwärtsrichtung
und eine einwandfreie Drehmomentsaufbringung bereitzustellen, wenn
ein Allradantriebsfahrzeug in eine Rückwärtsrichtung versetzt ist.
-
Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der nachfolgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den
beigefügten
Zeichnungen ersichtlich.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt
eine Antriebsanlagen-Aufbauskizze eines vorwiegend frontgetriebenen
Fahrzeugs mit der festgehaltenen Halbwellenachsfreigabevorrichtung.
-
2 zeigt
einen Querschnitt eines Freilaufs und Komponenten in einer eingegriffenen
Stellung,
-
3 zeigt
eine Seitenansicht eines Freilaufs in einer Sperrstellung,
-
4 zeigt
ein Achsdifferential mit einem Freilauf und einer Umkehrkeilsicherungsvorrichtung in
einem Vorwärtsfreigabezustand,
-
5 zeigt
eine Umkehrkeilsicherungsvorrichtung in einem umgekehrten Sperrzustand.
-
6 zeigt
eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Achsfreigabevorrichtung.
-
7 zeigt
eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Differentialgehäuses.
-
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
-
Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine erfindungsgemäße Allradantriebs-Achsfreigabevorrichtung 10 gezeigt. 1 zeigt
schematisch ein Allradantriebs- oder Vierradantriebskraftfahrzeug 12,
das ein überwiegend
frontgetriebenes Fahrzeug ist. Die vorliegende Erfindung kann jedoch
auch auf ein vorwiegend heckgetriebenes Fahrzeug angewendet werden.
-
Das
Fahrzeug 12 wie in 1 gezeigt
ist überwiegend
durch eine Halbwellenanordnung 40 angetrieben. Das Kraftfahrzeug 12 ist
ein Allradantriebs- oder Vierradantriebsfahrzeug das mittels Leistung
angetrieben wird, die von dem Motor 16 über eine Getriebe oder ein
Getriebegehäuse 18,
das ein Automatikgetriebe oder ein manuelles Getriebe sein kann,
und zu dem vorderen Differential 20 der Antriebsstranganordnung
und zuletzt auf die Leistungsabnahmeeinheit 22 übertragen
wird. In einem Allradantriebsfahrzeug wird Leistung zu dem hinteren
Differential 24 über
eine Welle oder Antriebswelle 26 übertragen, wenn dort eine Anfrage
dafür besteht.
An dem hinteren Differential 24 wird die Leistung auf eine
linksseitige Hinterachs- oder Halbwelle 28 und eine rechtsseitige
Hinterachs- oder Halbwelle 30 zum Verteilen auf die Räder an dem
Fahrzeugheck verteilt. Das vordere Differential 20 teilt
Leistung und Schlupf oder Drehen zwischen linksseitiger Vorderachswelle 32 und
der rechtsseitigen Vorderachswelle 34. Ein Allradantriebsfahrzeug
verteilt Leistung sowohl auf das hintere Differential 24 als
auf das vordere Differential 20 über einen Verteilerantrieb
oder zentrale Lager 36. In einer traditionellen Allradantriebsanordnung
stellt entweder die vordere Halbwellenanordnung 14 oder
die hintere Halbwellenanordnung 15 die überwiegend angetriebene Achse
dar, wobei die andere Achse nur wenn nötig einen Großteil der
Leistung erhält.
Ein Viskogetriebe 38 ist direkt vor dem hinteren Differential 24 angeordnet,
um jegliche plötzliche
Drehmomentsübertragungen,
die in dem hinteren Differential 24 entweder in Vorwärts- oder
Rückwärtsrichtung
auftreten, zu glätten.
Die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Allradantriebsfahrzeug, das überwiegend frontgetrieben
ist und einen Freigang 40 mit einer Achsfreigabevorrichtung 10 umfasst,
die innerhalb oder nahe bei dem hinteren Differential 24 angeordnet
ist, wie die 4 zeigt. Dieser Freigang 40 und die
Achsfreigabevorrichtung 10 wirken ausgehend von dem hinteren
Differential 24, um während
Vorderrad-Schlupfzuständen
und allgemein Vorwärts- und
Rückwärtsbewegung
des Allradantriebsfahrzeugs eine Drehmoment auf die hinteren Halbwellen 28, 30 des
Fahrzeugs zu verteilen. Jedoch sollte man beachten, dass auch eine überwiegend
angetriebene Hinterachse mit dem Freigang und einer an oder nahe
dem vorderen Differential eines solchen Fahrzeugs angebrachten Achsfreigabevorrichtung 10 verwendet
werden kann.
-
Der
Antriebsstrang des Fahrzeugs, das in 1 gezeigt
ist, umfasst eine Antriebswelle 26, die Leistung von der
Leistungsabnahmeeinheit 22 über eine Antriebswelle 26 zu
dem hinteren Differential 24 überträgt. Das hintere Differential 24 umfasst
eine Achse oder ein anderes Gehäuse 42,
das ein Differentialgehäuse 44 darin
umfasst, das über
eine Rotationsachse gelagert ist. Das Differentialgehäuse 44 wird
von einem Fahrzeuggetriebe über
ein Ritzelwellenantriebsrad angetrieben. Die Viskokupplung 38 ist zwischen
der Antriebswelle 26 und dem hinteren Differential 24 verbunden
und wirdserienmäßig verwendet,
um Stoßbelastungen
zu absorbieren, wie auch einen verringerten Betrag von Seitenkraft
bereitzustellen, wenn man das Fahrzeug 12 dreht. Die Achsfreigabevorrichtung 10 ist
innerhalb oder nahe bei dem Differential 24 angeordnet.
Die Achsfreigabevorrichtung 10 umfasst einen Achsübersetzungs-Ausgleich derart,
dass unter normalen Fahrzustände
das hintere Differential 24 langsamer dreht als das vordere
Differential 20. Das Verwenden des Differentials 24 und
der Achsfreigabevorrichtung 10 in Verbindung miteinander
stellt eine parallele Verbindung zwischen einem der Differentialkegelräder 46 und
der entsprechenden Halbwelle 28 zu diesem Kegelrad bereit, wie
in 4 gezeigt. Die erfindungsgemäße Achsfreigabevorrichtung
hat im Wesentlichen zwei Hauptkomponenten. Die erste ist ein Freilauf 40,
der während
einer Vorwärtsraddrehbewegung
unter normalen Fahrzustände
aufgrund der Abweichung des Achsverhältnisses zwischen den vorderen
und hinteren Differentialen freigläuft oder entkoppelt. Dieser Freilauf 40 verriegelt
während
jeglicher Vorderradschlupfzuständen,
da das vordere Differential 20 schneller dreht als das
hintere Differential 24, wobei es so den Freilauf 40 in
Eingriff bringt und ein Drehmoment für die hinteren Räder bereit
stellt. Die andere Komponente der Achsfreigabevorrichtung 10 der vorliegenden
Erfindung ist ein Keilsicherungsring, der in Eingriff steht, wann
immer sich das Fahrzeug und die Räder in einer Rückwärtsdrehbewegung
drehen.
-
Der
Freilauf 40 der vorliegenden Erfindung, wie in 2 und 3 gezeigt,
ist eine diodische oder eine axiale Bandkupplung. Jedoch sollte
beachtet werden, dass jeder andere Typ eines Freilaufs verwendet
werden kann, wie ein Freilauf, eine Klauenkupplung oder einer Wälzkupplung.
Der Freigang 40 der bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Taschenscheibe 50 und
eine Kerbscheibe 52, wobei die Taschenscheibe 50 und
die Kerbscheibe 52 ineinander greifen, derart, dass die
Kerbscheibe 52 einen Fortsatz 54 besitzt, der
in eine Öffnung 56 der
Taschenscheibe eingreift, um eine einzige drehbare Einheit zu erzeugen.
Eine Reihe von Streben 58 und Federn 60 sind entlang
einer Oberfläche
der Taschenscheibe 50 angeordnet, die eine Interaktion und
einen Eingriff mit einer Oberfläche
der Kerbscheibe 52 zulassen. Die Taschenscheibe 50 umfasst
eine Vielzahl von Taschen 62, die in einer umlaufenden
Art und Weise auf einer Oberfläche
der Taschenscheibe 50 angeordnet sind. Die Streben 58 sind
innerhalb der Taschen 62 der Taschenplatte 50 befestigt
und haben eine Feder 60, die unter der Strebe 58 derart
angeordnet ist, dass das Ende der Strebe 58 aufgrund des
Drängens
der Federkraft über
die Oberfläche
der Taschenplatte 50 hinaus vorsteht. Eine Oberfläche der
Kerbscheibe 52 umfasst eine Vielzahl von Ausnehmungen 64,
die bei demselben Radius wie die Taschen 62 der Taschenscheibe
angeordnet sind. Wenn die Kerbscheibe 52 und die Taschenscheibe 50 ineinander
greifen, wirken diese Ausnehmungen 64 mit den Taschen 62,
den Streben 58 und den Federn 60 zusammen. Wenn
die Taschenscheibe 50 und die Kerbscheibe 52 in
dieselbe Richtung bei derselben Drehzahl gedreht werden, d. h. in
einem Zustand, der während
eines Vorderradschlupfes in einem überwiegend frontgetriebenen Fahrzeug
auftritt, greifen die Streben 58 mit den Kerben oder Ausnehmungen 64 in
der Kerbscheibe ein und verriegeln die Einheit, wobei sie so eine Übertragung
des Drehmoments auf die hinteren Halbwellen 28, 30 des
hinteren Differentials 24 des Allradantriebsfahrzeugs bereitstellen. 2 zeigt
einen Freigang 40 in seiner verriegelten Drehmomentsübertragungsstellung. 3 zeigt,
dass wenn die Taschenscheibe 50 mit einer geringeren Drehzahl
als die Kerbscheibe 52 gedreht wird, d. h. ein Freilaufzustand
vorliegt, die Streben 58 an den Kerbausnehmungen 64 vorbeiklappen
und keine Übertragung
eines Drehmoments auf das hintere Differential 24 bereitstellen.
Es sollte beachtet werden, dass ein geringer Betrag eines Zugdrehmoments
auftritt, da die Streben 58 nicht in den Taschen 62 verriegeln,
jedoch konstant durch die Federn herausgezwängt werden. Somit erzeugen
sie eine geringe Zugkraft zwischen der Taschenscheibe 50 und
der Kerbscheibe 52.
-
Wie
in den 4 bis 6 gezeigt, ist eine der Kupplungsscheiben,
d. h. die Kerbscheibe 52 mit dem Kegelrad 46 des
Differentials verbunden, während
die andere Scheibe die Taschenscheibe 50, mit der entsprechenden
Achshalbwelle 28 verbunden ist.
-
Dies
ermöglicht
es, dass ein Freilauf zwischen der Kerbscheibe 52 und der
Taschenscheibe 50 der Kupplung auftritt, wenn sich das
hintere Achsgehäuse 42 in
der Vorwärtsfahrzeugrichtung
schneller dreht als das vordere Achsgehäuse und kein Radschlupf vorliegt.
Wenn jedoch ein Vorderradschlupf vorliegt, dann wird die Achsübersetzung übertroffen und
die Eingangsseite des Freigangs 40 treibt die Ausgangsseite
an und stellt somit ein Drehmoment für die hinteren Räder bereit.
-
4 bis 6 zeigen
die Achsfreigabevorrichtung 10 in einer Differentialgehäuse-Vorwärtsdrehbewegung, 4,
in der Differentialgehäuse-Rückwärtsdrehbewegung, 5.
Die Achsfreigabevorrichtung 10 ist in der bevorzugten Ausführungsform
innerhalb des Achsgehäuses 42 des
hinteren Differentials 20 angeordnet. Jedoch sollte beachtet werden,
dass, wenn das Allradantriebsfahrzeug überwiegend heckgetrieben ist,
die Achsfreigabevorrichtung dann an oder nahe dem vorderen Differential des
Fahrzeugs angeordnet wäre.
Das Achsgehäuse 42 liegt
gegenüber
einer linksseitigen Hinterachshalbwelle 28 und einer rechtseitigen
Hinterachshalbwelle 30. Jede der Halbwellen verbindet sich
zu einem hinteren Rad des Fahrzeugs. Das Achsgehäuse 42 kann eine Viskokupplung 38 aufweisen,
die direkt vor oder zwischen der Antriebswelle 26 und der
Hinterachse 15 angeordnet ist, um weiche Übergänge bereitzustellen,
wenn ein Drehmoment auf die Hinterachse übertragen wird. Ein Differential 43 ist
drehbar innerhalb des Achsgehäuses 42 gelagert.
-
Das
Differential 43 umfasst einen Zahnkranz 66 auf
der äußeren Oberfläche des
Differentialgehäuses 44.
An der Zahnkranz 66 ist von einem Antriebsrad eingegriffen,
das auf der Ritzelwelle des Hinterachse 15 zu finden ist.
Das Differential 43 umfasst im Wesentlichen ein Differentialgehäuse 44 und kann
an einem Ende davon eine Abdeckung 68 des Differentialgehäuses 44 umfassen.
Ein Lagerbolzen 70 ist drehbar innerhalb des Differentialgehäuses 44 angeordnet.
Ein Differentialgetriebe 72 ist wenigstens teilweise mit
dem Lagerbolzen verbunden. Das Differentialgetriebe 72 umfasst
ein erstes 74 und ein zweites Planetenrad 76,
die mit dem Lagerzapfen 70 verbunden sind. Das Differentialgetriebe 72 umfasst weiterhin
ein erstes 46 und ein zweites 78 Kegelrad, die
in Eingriff mit dem Planetenrädern 74, 76 stehen und
weiterhin eine hintere rechseitige Halbwelle 30 und eine
hintere linksseitige Halbwelle 28 eingreifen. Die Achsfreigabevorrichtung 10 hat
einen Freigang 40, der eines der Kegelräder 46 des Differentialgetriebes 72 berührt. Der
Freigang 40 umfasst eine Taschenscheibe 50 und
eine Kerbscheibe 52, wie vorstehend beschrieben. Die Taschenscheibe 50 ist
mit einem der Kegelräder 46 über eine
seiner Oberflächen
verbunden. Der Freigang 40 umfasst auch eine Kerbscheibe 52,
die innerhalb einer Öffnung 80 der Taschenscheibe 50 an
diese geschmiegt oder mit dieser ineinander eingegriffen ist. Die
Kerbscheibe 52 hat im Wesentlichen einen ringförmigen Körper und
einen Fortsatz 54, der sich von dessen einem Ende erstreckt.
Die Kerbscheibe 52 hat eine Vielzahl von Zähnen 82 auf
einer inneren Umfangsoberfläche und
diese Zähne
greifen mit Zähne
auf einer Halbwelle 28 ineinander und verbinden die Halbwelle 28 physisch
mit der Kerbscheibe 52 des Kupplungsmechanismus.
-
Der
Freigang 40 arbeitet wie in Hinblick auf eine Vorwärtsdrehbewegung
und Rückwärtsdrehbewegung
des Antriebstrangs des Kraftfahrzeugs vorstehend beschrieben. Die
Kerbscheibe 52 umfasst eine ringartige Nut an einem äußerem Umfang
eines ihrer Enden. Eine Rückholfeder 86,
die innerhalb der Nut 84 angeordnet ist und die Oberfläche der
Kerbscheibe 52 berührt.
Ein Keilsicherungsring 48 ist axial gegenüberliegend
zu der Kerbscheibe 52 der Kupplung angeordnet. Der Keilsicherungsring 48 hat
im Wesentlichen eine ringartige Erscheinung und einen L-geformten
Querschnitt an dessen einem Ende. Der Keilsicherungsring 48 berührt auch
den Reibkeil 88 an einem Ende, das der Kerbscheibe 52 gegenüberliegt.
Der Keilsicherungsring 46 dient dazu, die Kupplung 40 zusammen
zu pressen und zu verriegeln, wenn das Fahrzeug in eine Rückwärtsbewegung
versetzt wird. Die Feder 86 wird verwendet, um den Keilsicherungsring 46 in
eine Axialbewegung von der Kerbscheibe 52 der Kupplung
zu zwängen
und somit der Kupplung zu erlauben, einwandfrei wie ein Freigang
zu arbeiten, wenn das Fahrzeug sich in einer Vorwärtsrichtung
befindet, und ein Drehmoment und somit eine Hinterradtraktion in
Eingriff zu bringen, wenn ein Schlupfzustand an den Vorderrädern vorliegt.
Ein Sicherungsring 90 ist gegenüber an einer Außenoberfläche der
Kerbscheibe 50 des Kupplungsmechanismus angebracht und
steht auch in Eingriff mit der inneren Oberfläche der Differentialgehäuseabdeckung 68.
Die Differentialgehäuseabdeckung 68 verbindet
sich mit dem Differentialgehäuse 44 an
dem der Achsfreigabevorrichtung 10 gegenüberliegenden
Ende. Wie in 7 gezeigt, hat die Differentialgehäuseabdeckung 68 eine
Vielzahl von Öffnungen 92.
Die Öffnungen 92 sind
in einem umlaufenden Muster an dem inneren Umfang der Differentialabdeckung 68 angeordnet.
Die Differentialabdeckung 68 ist an dem Differentialkörper 44 durch Übereinstimmung
der Öffnung 94 und
mit irgendeiner bekannten Befestigungsvorrichtung befestigt.
-
Der
Reibkeil 88, der im Wesentlichen eine zylindrische Form
besitzt, berührt
eine äußere Oberfläche des
Keilsicherungsrings 48. Der Reibkeil 88 hat eine
Vielzahl von Fortsätzen 96,
die sich von einem Ende des Keils erstrecken. Die Fortsätze 96 verlaufen
durch die Öffnungen 92 der
Differentialabdeckung und greifen in den Keilsicherungsring 48 an dessen
Außenoberfläche ein.
Der Reibkeil 88 hat an einem den Fortsätze gegenüberliegenden Ende eine Kontaktoberfläche 98 an
dessen äußerem Umfang. Die
Kontaktoberfläche 98 ist
in der Lage, einen reibartigen Eingriff zu erzeugen und eine Axialbewegung
des Reibkeils 88 zu veranlassen. Ein Stützring 106 ist an
einer äußeren Oberflächen der
Differentialgehäuseabdeckung 68 und
an einer inneren Oberfläche
des Reibkeils 88 angeordnet. Der Stützring 106 lagert
den Reibkeil 88 wenn die Achsfreigabevorrichtung in Betrieb
ist.
-
Ein
Differentialauflaufring 100 hat im Wesentlichen eine ringartige
Erscheinung und steht in Berührung
mit der äußeren Berühroberfläche 98 des Reibkeils 88.
Der Differentialauflaufring hat eine abgewinkelte Kontaktoberfläche 102,
die mit der Kontaktoberfläche 98 des
Keilsicherungsrings an dessen einer oberen Oberfläche ineinander
greift. Der Differentialauflaufring hat auch an der äußeren Kante
eine Vielzahl von Auflaufoberflächen 104,
die in einem vorbestimmten Winkel liegen, um einen vorbestimmten
Betrag einer Axialbewegung durch den Differentialauflaufring 100 zuzulassen.
Ein Abdeckungsauflauf 108 ist in der bevorzugten Ausführungsform
aus einem Tetraflurethylen-Material hergestellt, jedoch sollte beachtet
werden, dass jede andere Art von Plastik, Keramik oder andere Arten
eines Verbunds oder einer Ummantelung für den Abdeckungsauflauf verwendet
werden können.
Der Abdeckungsauflauf 108 hat im Wesentlichen eine ringartige
Erscheinung und umfasst eine Vielzahl von Auflaufoberflächen 110 an dessen
einem Ende. Die Auflaufoberflächen 110 des Abdeckungsauflauf 108 stehen
im Eingriff und wirken zusammen mit dem Auflaufoberfläche 104 eines
Differentialauflaufrings 100. Der Abdeckungsauflauf 108 umfasst
auch einen Körperabschnitt 110,
der in eine äußere Oberfläche des
Differentialauflaufrings 100 eingreift. Der Abdeckungsauflauf 108 umfasst eine
Vielzahl von Öffnungen,
die einen Stift 114 oder andere Vorrichtungen aufnehmen,
die verwendet werden, um den Abdeckungsauflauf 108 an dem Achsgehäuse 240 zu
befestigen. Abdeckungsauflauf 108 ist an dem Achsgehäuse 240 über die
Stifte 114 befestigt, die eine Drehbewegung zwischen dem
Differentialauflaufring 100 und dem Abdeckungsauflauf 108 zulassen,
während
sich der Abdeckungsauflauf in einer befestigten in Bezug auf das
Achsgehäuse 42 nicht
drehbaren Stellung befindet.
-
In
Betrieb arbeitet die Achsfreigabevorrichtung 10 oder die
Achsfreigabeanordnung in Gleichklang mit dem vorderen Differential 20 und
dem hinteren Differential 24, um in einer Vorwärtsrichtung
einen Freigang bereitzustellen, der daran verbleibt und einen geringen
Betrag einer Zugreibung erzeugt bis die Vorderräder schlüpfen. Die Schlupfzustände treten
auf, wenn die Straße
von Eis, Wasser oder Schlamm, etc. bedeckt ist oder während Kurvenfahrt des
Allradantriebsfahrzeugs, die erfordert, dass ein Rad sich schneller
dreht als das andere und während solcher
Schlupfzustände
sind die Streben 58 des Freigangs 40 in Eingriff
mit den Ausnehmungen 64 der Kupplung 40. Jeder
dieser Schlupfzustände
bei einem vorwiegend frontgetriebenen Fahrzeug veranlassen das hintere
Achsgehäuse
dazu, sich schneller zu drehen, als das vordere Achsgehäuse und
bringen somit die zwei Kupplungskomponenten miteinander in Eingriff
und stellen dann ein Drehmoments an den hinteren Rädern des
Allradantriebsfahrzeugs bereit bis das Vorderachsgehäuse sich
mit derselben Drehzahl dreht wie das hintere Gehäuse. Wenn die Drehzahlen gleich
sind, so entkoppelt dies die Kupplung und lässt ein Arbeiten der Hinterachse
in einer 50/50 Kombination für
das Allradantriebsfahrzeug zu. Es sollte beachtet werden, dass andere
Leistungsaufteilungen des Allradantriebsfahrzeug möglich sind,
wie beispielsweise 60/40, 20/80, 40/60, 90/10, etc. Wenn das Fahrzeug
durch den Bediener jedoch in Rückwärtsbewegung
versetzt wird, ist der Freigang 40 für die Vorwärtsdrehbewegung ausgerichtet
und eine weitere Vorrichtung wird für die Rückwärtsbewegung benötigt, um
eine einwandfreie Allradsantriebsleistung der Antriebsanlage zu
zulassen.
-
Die
Achsfreigabevorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung,
wie in 4 und 5 gezeigt, wird verwendet, um
das hintere Differential 24 zu sperren, wenn das Fahrzeug
in Rückwärtsbewegung versetzt
wird. Wenn das Fahrzeug sich in der Vorwärtsrichtung befindet, siehe 4,
erzeugt die Reibung zwischen dem Differentialauflaufring 100 und dem
Reibkeil 88 eine Axialkraft, die ermöglicht, dass der Differentialauflaufring 100 und
der Abdeckungsauflauf 108 in ihrer geringsten Breite vorliegen.
Dies trifft auch zu, wenn der Differentialauflaufring 100 und der
Abdeckungsauflauf 108 jeweils an der Grundfläche des
anderen anliegen und einen massiven Ring bilden. Wenn der Bediener
jedoch entscheidet, die Richtung für das Allradantriebfahrzeug
umzukehren, dreht sich das Differential 44 in der Umkehrrichtung, wie
in 5 gezeigt, und die Reibung zwischen dem Reibkeil 88 und
dem Differentialauflaufring 100 dreht den Differentialauflaufring 100 in
Bezug auf den Abdeckungsauflauf 108, der feststehend ist,
d. h. festgelegt an dem Achsgehäuse 42.
Diese Drehbewegung des Differentialauflaufrings 100 mit
Bezug auf den Abdeckungsauflauf 108 erhöht die Breite des Differentialauflaufrings
und des Abdeckungsauflauf 108 erzeugt somit eine axiale
Kraft oder Bewegung. Diese Erhöhung
der axialen Kräfte
oder Breite des Differentialauflaufrings 100 wirkt auf
den Reibkeil 88 ein, der eine axiale Bewegung in dem Keilsicherungsring 48 erzeugt,
der in Richtung des Kegelrads 46 gedrängt wird, das mit der Taschenscheibe 50 des
Freigangs 40 verbunden ist. Diese Bewegung des Keilsicherungsrings 48 bringt
eine Vielzahl von Nuten an der Taschenscheibe 50 in Eingriff
und verriegelt das Differentialkegelrad 46 mit der Achshalbwelle 28 der Hinterachse.
Dies bringt dann das hintere Differential in Umkehrung dazu, als
ein normales offenes Kegelraddifferential zu funktionieren und während der Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs ein Drehmoment auf beide der Hinterräder zu übertragen.
Es muss kein Schlupf der Vorderräder
vorliegen, das Drehmoment wird überwiegend
auf die hinteren Räder
verteilt, was optimal für
jeden der hinteren Schleppbetriebe oder in jeder Fahrzeugrückwärtsrichtung
in Allradantriebsfahrzeugen ist. Es sollte beachtet werden, dass
die Freigabevorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung im
Wesentlichen für
die Verwendung bei einer Nebenantriebsachse mit einem Übersetzungsausgleich
von in etwa 0-10 % an der Hauptantriebsachse vorgesehen ist. Jedoch
sollte beachtet werden, dass abhängig
von der Betriebsumgebung und dem Konzeptnotwendigkeiten des Allradantriebsfahrzeugs
auch ein Ausgleich des Übersetzungsverhältnisses
von mehr als 10 % verwendet werden kann.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde in einer darstellenden Weise beschrieben,
es versteht sich, dass die Terminologie, die verwendet wurde, in
ihrer Art und Weise eher als Beschreibung als als Begrenzung gedacht
ist. Jegliche Anpassungen und Abweichungen von der vorliegenden
Erfindung sind im Licht der vorstehenden Lehren möglich. Daher
kann die vorliegende Erfindung innerhalb des Rahmens der angefügten Ansprüche anders
ausgeführt
sein als vorstehend beschrieben.