DE69704461T2

DE69704461T2 - Vorrichtung zum Steuern eines wählbares Vierradantriebs

Info

Publication number: DE69704461T2
Application number: DE69704461T
Authority: DE
Inventors: Maurizio Galli
Original assignee: New Holland Italia SpA
Current assignee: CNH Industrial Italia SpA
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2017-07-09
Also published as: EP0818342B1; ITTO960600A1; US5996719A; EP0818342A3; DE69704461D1; IT1286173B1; ITTO960600A0; EP0818342A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem zum automatischen Wechsel zwischen Zweirad- und Vierrad-Antrieb in einem Geländefahrzeug, wie zum Beispiel einem landwirtschaftlichen Traktor.
Bei einem landwirtschaftlichen Traktor, der mit einer üblichen Kupplung versehen ist, um einen Vierrad-Antrieb einzukuppeln, werden bei eingekuppelter Kupplung die Vorderräder normalerweise um ungefähr 2% schneller angetrieben als die Hinterräder. Dieser Geschwindigkeitsunterschied wird durch die Geometrie der Getriebebauteile hervorgerufen, mit denen die Vorderräder versehen sind. Auf dem Feld, d. h. wenn sich der Traktor über landwirtschaftliches Gelände bewegt, wurde aufgrund der niedrigen Geschwindigkeit, mit der der Traktor normalerweise fährt, und aufgrund der Tatsache, daß der Ackerboden nur eine geringe Haftung für die Reifen bietet, festgestellt, daß bei eingekuppeltem Vierradantrieb-Getriebe alle Räder selbst bis zu 10 bis 15% der von dem Motor des Traktors hervorgerufenen Drehzahl rutschen können, ohne daß der Unterschied der Drehzahl zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern bemerkt wird.
Auf geschotterten Straßenoberflächen ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß der Traktor zumeist mit höheren Geschwindigkeiten gefahren wird, und aufgrund der Tatsache, daß sich eine bessere Haftung zwischen den Reifen und der Straßenoberfläche ergibt, ein beträchtliches Rutschen der Vorderräder auf dem Boden, wenn der Vierrad-Antrieb eingekuppelt ist. Die Vorderräder rutschen vorzugsweise gegenüber den Hinterrädern, weil bei Traktoren der größte Teil des Gewichts von den Hinterrädern getragen wird und die Reibungskraft auf den Boden an den Hinterrädern größer als an den Vorderrädern ist.
Weil das Rutschen der Vorderräder auf geschotterten Straßenoberflächen ein hohes Ausmaß an Abnutzung der Vorderräder hervorruft, wird es bevorzugt, die Kupplung auszukuppeln und auf einen Zweirad-Antrieb zurückzukehren, wenn auf guten Straßenoberflächen gefahren wird.
Weiterhin wird bei Kurven, insbesondere bei Kurven mit kurzem Radius, ein Zweirad-Antrieb gegenüber einem Vierrad-Antrieb bevorzugt, weil selbst wenn das Vorderachsen-Differential nicht gesperrt ist, das Vorderrad auf der Außenseite der Kurve dazu neigt, sich bis zu 20% schneller zu drehen, als die Hinterräder, so daß bei eingekuppeltem Vierrad-Antrieb dieses Vorderrad rutschen würde und wiederum eine beträchtliche Abnutzung des Reifens hervorrufen würde.
Aus diesen Gründen ist es bei einem Traktor wünschenswert, in der Lage zu sein, zwischen Zweirad- und Vierrad-Antrieb in Abhängigkeit von der Straßenoberfläche zu wählen, auf der der Traktor gefahren wird. Idealerweise sollte der Traktor den Vierrad-Antrieb nur unter schlechten Straßenhaftbedingungen eingekuppelt haben, wenn die Hinterräder gegenüber dem Boden rutschen.
Beim Stand der Technik ist es bekannt, ein Getriebe zu schaffen, bei dem ein Zweirad- und Vierrad-Antrieb von dem Fahrer des Traktors ausgewählt werden kann, jedoch setzt dies voraus, daß der Fahrer die Fähigkeit hat, zu wissen, wann zwischen einem Vierrad- und einem Zweirad-Antrieb gewechselt werden sollte, damit sich die beste Traction und eine minimale Reifenabnutzung ergibt.
Um die Aufgabe des Fahrers zu vereinfachen, wurde bereits vorgeschlagen, ein Getriebe mit einem Steuersystem zu schaffen, das automatisch einen Vierrad-Antrieb auswählen kann, wenn es erforderlich ist, das Rutschen der Hinterräder zu verringern. Die EP-A-0,432,549 beschreibt ein Steuersystem zum automatischen Einkuppeln des Vierrad-Antriebs in einem Fahrzeuggetriebe. Das Getriebe umfaßt eine erste Antriebswelle zur Übertragung des Antriebs von dem Motor auf zwei Hinterräder und eine zweite Antriebswelle zur Übertragung des Antriebs auf zwei Vorderräder. Eine Kupplung bewirkt im eingekuppelten Zustand ein Kuppeln der beiden Antriebswellen für eine Drehung miteinander, und die Antriebsgetriebe-Geometrie ist derart, daß bei eingekuppelter Kupplung das Getriebe bewirkt, daß die Vorderräder etwas langsamer als die Hinterräder angetrieben werden.
In der zweiten Antriebswelle ist eine spezielle Kupplung vorgesehen, die verzahnte Antriebs- und angetriebene Elemente umfaßt, die miteinander mit einem Totgang kämmen, das heißt, die beiden Elemente können sich relativ zueinander über einen begrenzten Winkel drehen. Eine Relativdrehung der Antriebs- und angetriebenen Elemente der Kupplung wird durch ein Element gemessen, das sich in Axialrichtung zwischen zwei Endpositionen bewegen kann, wenn der Totgang in der Kupplung aufgenommen wird, um die Richtung anzuzeigen, in der ein Drehmoment über die Kupplung übertragen wird. Ein Sensor stellt die Endposition des zuletzt genannten Elementes fest und erzeugt ein elektrisches Signal, das von einer elektronischen Verarbeitungseinheit verwendet wird, um das Einkuppeln oder Auskuppeln der Kupplung zu steuern.
Das Prinzip, auf dem der vorstehende Vorschlag beruht, besteht darin, daß wenn die Hinterräder bei einem Zweirad-Antrieb rutschen, das Antriebselement der Totgang-Kupplung versucht, sich schneller als das angetriebene Element zu drehen, wobei die Drehzahl des letzteren der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges entspricht. Wenn andererseits der Vierrad-Antrieb eingekuppelt ist, und die Räder nicht auf dem Boden rutschen, so versuchen die Vorderräder auf dem Boden schneller abzurollen, als dies der Drehzahl entspricht, mit der sie von dem Getriebe angetrieben werden, mit dem Ergebnis, daß das angetriebene Element versucht, sich schneller zu drehen als das Antriebselement, und ein in Rückwärtsrichtung gerichtetes Drehmoment auf den Motor über die Totgang-Kupplung ausübt. Während der Umkehrung der Richtung des Drehmomentes über die Kupplung, wird das Spiel oder der Totgang in der Kupplung aufgenommen, was zu einer relativen Winkelbewegung zwischen dem Antriebs- und angetriebenen Elementen führt, was in eine axiale Bewegung des Sensorelementes umgesetzt wird. Wie dies bereits erwähnt wurde, steuert die elektronische Verarbeitungseinheit in Abhängigkeit von der Bewegung des Sensorelements in der einen oder anderen Richtung die Vierrad-Antriebskupplung derart, daß diese entweder eingekuppelt oder ausgekuppelt wird.
Obwohl sich die vorstehende Anordnung in der Praxis als extrem wirkungsvoll erwiesen hat, leidet sie dennoch an dem Nachteil, daß abgesehen von der Vierrad-Antriebs-Kupplung eine getrennte Totgang-Kupplung mit einem zusätzlichen Sensor, der eine elektronische Verarbeitungseinheit steuert, erforderlich ist, um automatisch zwischen einem Zweirad-Antrieb und einem Vierrad- Antrieb umzuschalten. Es ist zu erkennen, daß dies nicht kosteneffektiv ist und den Zusammenbau der Teile und die Eichung der Anordnung kompliziert macht.
In der US-A-4.286.696, von der angenommen wird, daß sie den nächsten Stand der Technik für die vorliegende Erfindung darstellt, ist eine weitere automatische Kupplungsanordnung zum selektiven Einkuppeln eines Vierrad-Antriebs eines Fahrzeugs gezeigt. Die Anordnung umfaßt ein Strömungsmittel-Drehventil mit einem internen Totgangmechanismus zur Feststellung des Vorhandenseins oder Fehlens eines Rutschens in der Antriebsanordnung. In Abhängigkeit von der Relativposition des Drehventils wird eine Mehrplatten-Reibkupplung gesteuert, um einzukuppeln, wenn ein Vierrad-Antrieb erforderlich ist. Weil eine Kupplung dieser Art von Natur aus eine Kolben-/Zylinder- Anordnung zum Einkuppeln der Kupplungsplatten umfaßt, ist jedoch eine komplizierte Konstruktion erforderlich, um die Funktion des Drehventils mit der Mehrplatten-Kupplung zu verbinden.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kupplung zu schaffen, die auf dem gleichen Prinzip arbeitet, wie dies vorstehend beschrieben wurde, die jedoch die Funktion des Drehventils in eine Kupplung vom Klauentyp einfügt, so daß eine kompakte und einfache Konstruktion erzielt wird.
Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Bevorzugte Einzelheiten sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erste Element ist ein Antriebselement, das mit den Hinterrädern des Fahrzeuges drehbar ist, und daß zweite Element umfaßt ein angetriebenes Element, das mit den Vorderrädern drehbar ist.
Das Strömungsmittel-Drehventil umfaßt eine Hülse, die zwischen dem angetriebenen Element und einer angetriebenen Welle eingefügt ist, die mit der Vorderachse des Fahrzeuges verbunden ist. Das angetriebene Element ist drehfest mit der Hülse verbunden und in Axialrichtung gegenüber dieser gleitend angeordnet, während die Hülse in Axialrichtung fest mit der angetriebenen Welle verbunden ist, jedoch gegenüber dieser über einen begrenzten Winkel drehbar ist. Ein Reibring ist vorgesehen, um einen Reibantrieb zwischen dem Antriebselement und der Hülse auszuüben. Zufuhr- und Rücklauf-Strömungsmittelkanäle durchlaufen die angetriebene Welle, und es sind Anschlüsse in der Hülse vorgesehen, die mit den Kanälen in der angetriebenen Welle lediglich in vorgegebenen Winkelpositionen der Hülse gegenüber der angetriebenen Welle ausgerichtet sind, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen den Arbeitszylindereinrichtungen und dem Zufuhr- oder Rücklauf-Strömungsmittelkanal in der angetriebenen Welle auszubilden. Die Arbeitszylindereinrichtungen sind durch eine Druckkammer gebildet, die zwischen dem angetriebenen Element und der Hülse gebildet ist.
Das Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr ausführlicher in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Schnitt durch eine Kupplung ist, die einen Teil eines Getriebes bildet, das gemäß der Erfindung ausgebildet ist,
Fig. 2 eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Kupplung zeigt,
Fig. 3A den Hydraulikkreis der Kupplung nach den Fig. 1 und 2 zeigt, wobei die Bauteile des Kreises in dem Zustand gezeigt sind, in dem der Vierrad-Antrieb dauernd eingekuppelt ist und das Fahrzeug sich vorwärts bewegt,
Fig. 3B den gleichen Hydraulikkreis mit den Bauteilen in dem Zustand zeigt, wenn der Vierrad-Antrieb dauernd eingekuppelt ist und das Fahrzeug sich in Rückwärtsrichtung bewegt,
Fig. 4A den Hydraulikkreis in einer automatischen Auswahlbetriebsart zeigt, wenn in Vorwärtsrichtung gefahren wird und sich die Vorderräder schneller als die Hinterräder drehen,
Fig. 4B den Hydraulikkreis in einer automatischen Auwahlbetriebsart zeigt, wenn in Rückwärtsrichtung gefahren wird und sich die Vorderräder schneller als die Hinterräder drehen,
Fig. 5A den Hydraulikkreis in einer automatischen Auswahlbetriebsart zeigt, wenn vorwärts gefahren wird und die Hinterräder auf dem Boden rutschen,
Fig. 5B den Hydraulikkreis in einer automatischen Auswahlbetriebsart zeigt, wenn rückwärts gefahren wird und die Hinterräder auf dem Boden rutschen,
Fig. 6A eine Schnittansicht entlang Linie VI-VI nach Fig. 1 ist,
Fig. 6B eine der Fig. 6A ähnliche Ansicht ist, die jedoch die Bauteile in einer anderen Relativstellung zeigt,
Fig. 7A eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII nach Fig. 1 ist, und
Fig. 7B eine der Fig. 7A ähnliche Ansicht ist, die jedoch die Bauteile in einer anderen Relativstellung zeigt.
Eine (lediglich in Fig. 1 gezeigte) Antriebswelle 10 wird von einem (nicht gezeigten) Motor eines Traktors über ein ein veränderliches Untersetzungsverhältnis aufweisendes Getriebe angetrieben und ist (in ebenfalls nicht gezeigter Weise) mit dem Antrieb der Hinterachse eines Traktors verbunden. Die Antriebswelle 10 ist in einem Lager 18 für eine Drehung in dem Getriebegehäuse gelagert. Das die Welle 10 antreibende Getriebe ist in der Zeichnung nicht ausführlich gezeigt, weil dies für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist.
Eine angetriebene Welle 16, die in einem Lager 17 drehbar gelagert ist, überträgt ein Drehmoment auf die Vorderachse des Traktors und kann selektiv mit der Welle 10 über eine Kupplung gekuppelt oder von dieser getrennt werden, die allgemein mit 100 bezeichnet ist. Wenn die Kupplung 100 eingekuppelt ist, werden alle vier Räder des Traktors angetrieben, während, wenn sie ausgekuppelt ist, lediglich die Hinterräder angetrieben werden.
Die ausführliche Konstruktion der Kupplung 100 wird besser aus der teilweise weggeschnittenen, perspektivischen Ansicht der Kupplung nach Fig. 2 verständlich. Ein Zahnrad 12 (das lediglich in Fig. 1 gezeigt ist) ist drehfest mit der Antriebswelle 10 verbunden und kämmt mit einem Zahnrad 14, das als das Antriebselement der Kupplung 100 wirkt. Das Zahnrad 14 ist frei um die angetriebene Welle 16 herum drehbar und weist in Axialrichtung vorspringende Klauenzähne 22 auf. Ein angetriebenes Element 26 kann in Axialrichtung gegenüber der angetriebenen Welle 16 gleiten und weist Zähne 24 auf, die in Axialrichtung in Richtung auf die Zähne 22 des Zahnrads 14 vorspringen. Wenn sich das angetriebene Element 26 in der rechten Endposition befindet, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, so sind die Zähne 22 und 24 voneinander getrennt. Wenn andererseits das angetriebene Element sich in seiner linken Endstellung befindet, so stehen die Zähne 22 und 24 in Eingriff miteinander, um ein Drehmoment von dem Zahnrad 14 auf das angetriebene Element 24 zu übertragen. Wenn die Klauenzähne miteinander kämmen, könnte ein erhebliches beabsichtigtes freies Spiel zwischen den beiden Sätzen von Zähnen bestehen, was dem angetriebenen Element 26 ein begrenztes Ausmaß an Drehung gegenüber dem Zahnrad 14 ermöglicht, wobei irgendein Anhaften der Zähne 22 und 24 aneinander vermieden wird und ein sanfterer Eingriff ermöglicht wird. Dieses freie Spiel ist jedoch nicht zwingend und durch Ausbildung der Zähne 22 und 24 mit konischen Eingriffsoberflächen würde ebenfalls ein sanfter Eingriff sichergestellt.
Eine Hülse 34 ist zwischen dem angetriebenen Element 26 und der angetriebenen Welle 16 eingefügt. Die Hülse 34 ist über eine Keilverzahnung 36 mit dem angetriebenen Element 26 verbunden; so daß das angetriebene Element 26 in Axialrichtung über die Hülse 34 gleiten kann, sich jedoch nicht relativ zu dieser drehen kann. Die Hülse 34 weist nach innen gerichtete Zähne 38 auf, die mit Spiel mit Zähnen 40 auf der angetriebenen Welle 16 kämmen. Die Hülse 34 wird durch Reibung von dem Zahnrad 14 über einen Reibring angetrieben, der als Feder 42 ausgebildet ist, die als Reibkupplung wirkt und die Hülse nach rechts, bei Betrachtung in den Zeichnungen, gegen einen Sprengring 44 drückt.
Eine ringförmige Arbeitskammer 50 ist zwischen zwei Schultern auf der Hülse 34 bzw. Auf dem angetriebenen Element 26 umgrenzt. Die Arbeitskammer 50 ist mit Hilfe von zwei O-Ringen abgedichtet, die in ringförmigen Nuten in der Hülse 34 angeordnet sind. Eine Feder 28, die das angetriebene Element 26 umgibt, wirkt zwischen einer Schulter auf dem angetriebenen Element 26 und einer Anschlagplatte 30, die an einer Bewegung gegenüber der Hülse 34 mit Hilfe eines Sprengringes 32 gehindert ist. Die Feder 28 spannt das angetriebene Element 26 in Richtung auf die linke Endposition vor, in der die Zähne 22 und 24 miteinander kämmen und das Volumen der Arbeitskammer 50 sein Minimum aufweist.
Zwei Kanäle 46,48 sind in der angetriebenen Welle ausgebildet und sie sind einzeln mit der Arbeitskammer 50 über Anschlüsse 53 verbindbar, die in der Hülse 34 ausgebildet sind. Wenn das freie Spiel zwischen den Zähnen 38 und 40 in einer Drehrichtung aufgenommen wird, so wird die Arbeitskammer 50 mit dem ersten Kanal 46 verbunden. Wenn andererseits das freie Spiel in der anderen Drehrichtung aufgenommen wird, so wird die Arbeitskammer 50 mit dem zweiten Kanal 48 verbunden.
Dies ist klarer in den Fig. 6A, 6B und 7A, 7B verdeutlicht. Zur Erleichterung des Verständnisses sind in den Fig. 6A und 6B lediglich drei Zähne 38 und 40 gezeigt. Es ist jedoch verständlich, daß eine größere Anzahl von Zähnen vorgesehen sein kann, wie dies beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, wobei die einzige Forderung darin besteht, daß sich ein ausreichendes freies Spiel zwischen entsprechenden Zähnen 38 und 40 ergibt, um es zu ermöglichen, daß ein Totgang auftritt. Es sei als Beispiel · in Fig. 6A angenommen, daß sich die Anordnung im Uhrzeigersinn dreht, was dem Vorwärtsantrieb des Traktors entspricht. In diesem Fall versucht die angetriebene Welle 16, sich schneller zu drehen, als die Hülse 34, so daß die im Uhrzeigersinn weisenden Oberflächen der Zähne 40 mit den im Gegenuhrzeigersinn weisenden Oberflächen der Zähne 38 in Eingriff kommen. Dies ist der Zustand, wenn kein Rutschen der Räder auftritt. In dieser Position ist, wie dies am besten in Fig. 7A zu erkennen ist, der erste Kanal 46 mit der Arbeitskammer 50 über einen der Anschlüsse 52 verbunden, während der zweite Kanal 48 von der Kammer 50 getrennt ist, weil der andere Anschluß 52 in Winkelrichtung gegenüber dem Kanal 48 versetzt ist.
Im Gegensatz hierzu treibt, wenn wiederum die Fig. 6B betrachtet wird, in der die Anordnung sich im Uhrzeigersinn dreht, die Hülse 34 zwangsweise die angetriebene Welle 16 an, so daß die im Uhrzeigersinn weisenden Oberflächen der Zähne 38 mit den im Gegenuhrzeigersinn weisenden Oberflächen der Zähne 40 in Eingriff kommen. Die Hülse 34 und die angetriebene Welle 16 nehmen die vorstehende Relativstellung ein, wenn die Hinterräder gegenüber den Vorderrädern rutschen. Unter Bezugnahme auf Fig. 7B ist zu erkennen, daß unter dieser Bedingung der zweite Kanal 48 und die Kammer 50 miteinander verbunden sind, weil sich einer der Anschlüsse 52 in Winkelrichtung so verschoben hat, daß er mit dem Auslaß des Kanals 48 ausgerichtet ist. Der erste Kanal 46 hat andererseits seine Verbindung mit der Kammer 50 verloren, weil der andere Anschluß 52 außer Ausrichtung mit dem Auslaß des Kanals 46 bewegt wurde.
Der Kreis, der Hydraulikflüssigkeit an die Arbeitskammer 50 über die Kanäle 46 und 48 und das Drehventil liefert, das durch die Hülse 34 gebildet ist, ist schematisch unter unterschiedlichen Bedingungen in den Fig. 3A bis 5B gezeigt. Der Kreis umfaßt eine Pumpe 110, die Strömungsmittel oder Hydraulikflüssigkeit von einem Vorratsbehälter 112 ansaugt und es über ein Druckregelventil 114 (das beispielsweise auf einen maximalen Druck von 16 bar eingestellt ist) an ein drei Stellungen und vier Anschlüsse aufweisendes Magnetventil 116 liefert. Ein zweiter Einlaß des Ventils 116 ist mit dem Vorratsbehälter oder einem Auslaß 112 verbunden. Die Auslaßanschlüsse des Ventils 116 sind mit den zwei Kanälen 46 bzw. 48 verbunden, die zu der Arbeitskammer 50 über die Anschlüsse 52 führen, die durch das Drehventil gesteuert werden, das durch die Hülse 34 gebildet ist.
Die Magnetspulen des Ventils 116 werden durch eine elektrische Schaltung mit Strom gespeist, die eine Batterie 104 und einen Schalter 106 umfaßt, der manuell betätigt wird, um einen dauernd eingekuppelten Vierradantrieb (wenn der Schalter offen ist) oder eine automatische Betriebsartauswahl (bei geschlossenem Schalter) auszuwählen. Ein weiterer Schalter 109, der geschlossen ist, wenn sich der Vorwärts-Rückwärts-Hebel 102 in seiner Rückwärtsstellung befindet, betätigt ein Vierpol-Zweistellungs-Relais, dessen Schaltkontakte in Serie mit dem Schalter 106 in der Leitung angeordnet sind, die Leistung an die Magnetspulen des Ventils 116 liefert. Wenn der Schalter 106 offen ist, nimmt das Magnetventil die Mittelstellung ein, die in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist, in der sowohl der Kanal 46 als auch der Kanal 48 mit dem Auslaß 112 verbunden ist.
Wenn der Schalter 106 geschlossen ist, hängt die Position des Magnetventils von der Position des Hebels 102 ab. Wenn sich der Hebel 102 in der Vorwärtsfahrt-Stellung befindet, so nimmt das Magnetventil die in den Fig. 4A und 5A gezeigte Position ein, in der der Kanal 48 mit dem Druckregler 114 verbunden ist und der Kanal 46 mit dem Auslaß verbunden ist. Wenn sich umgekehrt der Hebel 102 in der Rückwärtsfahrt- Stellung befindet, so nimmt das Magnetventil die in den Fig. 4B und 5B gezeigte Position ein, in der der Kanal 46 mit dem Druckregler 114 verbunden ist; während der Kanal 48 mit dem Auslaß verbunden ist.
Wenn der Traktor mit dauernd eingekuppeltem Vierrad-Antrieb gefahren werden soll, sind beide Kanäle 46 und 48 mit dem Auslaß verbunden, wie dies in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist, die den Vorwärts- bzw. den Rückwärts-Fahrbetrieb zeigen. Keiner der Kanäle 46 und 48 steht unter Druck, und unabhängig davon, welcher dieser Kanäle mit der Arbeitskammer 50 über das Drehventil 34 verbunden ist, steht die Arbeitskammer 50 nicht unter Druck. Daher wird die Kammer 50 nicht mit Druck beaufschlagt, unabhängig davon, wie die Stellung des Drehventils 34 ist, und daher unabhängig davon, ob effektiv ein Rutschen auftritt oder nicht. Als Ergebnis hiervon bewirkt die Feder 28 eine Bewegung des angetriebenen Elementes 26 in die linke Endposition (bezogen auf die Fig. 1 und 2), damit sich ein Eingriff zwischen den Zähnen 22 und 24 ergibt. Daher wird ein Drehmoment von dem Zahnrad 14 auf das angetriebene Element 26 über die Zähne 22,24 von dem angetriebenen Element 26 auf die Hülse 34 über die Keilverzahnung 36 und von der Hülse 34 auf die angetriebene Welle 16 über die Zähne 38,40 übertragen. Ein derartiger dauernder Vierrad- Antrieb wird normalerweise unter Geländebedingungen eingekuppelt, bei denen die Hinterräder in den meisten Fällen zu einem Rutschen neigen und sich daher schneller als die Vorderräder drehen, so daß der Totgang zwischen den Zähnen 22 und 24 dauernd in der Richtung der Übertragung von Drehmoment von den Hinterrädern zu den Vorderrädern aufgenommen wird.
Wenn der Traktor mit der automatischen Betriebsartauswahl zwischen Zweirad- und Vierrad-Antrieb gefahren werden soll, so wird der Schalter 106 geschlossen. Wenn der Traktor in Vorwärtsrichtung gefahren wird, wie dies in den Fig. 4A und 5A gezeigt ist, so wird der Kanal 48 mit der Hydraulikdruckversorgung verbunden, während der Kanal 46 mit dem Auslaß verbunden ist. Es sei zunächst angenommen, daß die Zähne 22 und 24 in der gleichen Weise in Eingriff stehen, wie dies weiter oben für den dauernd eingekuppelten Vierrad-Antrieb beschrieben wurde, wobei die Arbeitskammer 50 dadurch entlastet wird, daß sie über einen der Anschlüsse 52 in der Hülse 34 mit dem Kanal 46 verbunden ist. Solange wie die Hinterräder sich dann schneller drehen als die Vorderräder, was anzeigt, daß der Traktor unter Rutschbedingungen gefahren wird, wird dann dieser Zustand aufrechterhalten und ein Drehmoment wird auf alle vier Räder in der vorstehend beschriebenen Weise übertragen. Während dieser gesamten Zeit befindet sich das Drehventil 34 in der in Fig. 5A gezeigten Stellung, so daß die Kammer 50 über den Kanal 46 mit dem Auslaß verbunden ist. Diese Position entspricht dem Zustand, wie er in den Fig. 6B und 7B gezeigt ist.
Wenn der Traktor nun auf einer geschotterten Straßenoberfläche gefahren wird, die eine gute Griffigkeit für alle vier Straßenräder ergibt, so daß ein Rutschen der Hinterräder nicht mehr länger auftritt, so versucht die Reibung zwischen den Vorderrädern und dem Boden diese mit einer höheren Geschwindigkeit anzutreiben, als die, mit der sie durch den Motor angetrieben werden. Die Vorderräder versuchen, den Motor in einem Überlaufbetrieb anzutreiben und üben ein Drehmoment über die Kupplung 100 aus, um die Drehzahl des Motors zu vergrößern. Wenn die Richtung des Drehmoments über die Kupplung umgekehrt wird, wird der Totgang zwischen den Zähnen 38,40 nunmehr in der entgegengesetzten Richtung aufgenommen, und die Winkelposition der Hülse 34 gegenüber der angetriebenen Welle 16 ändert sich (Position wie in Fig. 6A gezeigt), so daß sich das Drehventil von der in Fig. 5A gezeigten Position auf die in Fig. 4A gezeigte Position bewegt (die der Fig. 7A entsprechende Position). Die Arbeitskammer 50 ist nunmehr über den Kanal 48 mit der Druckversorgung verbunden, und die Ausdehnung der Arbeitskammer bewegt das an- getriebene Element 26 gegen die Wirkung der Feder 28, wobei gleichzeitig der Antrieb zwischen dem Zahnrad 14 und dem angetriebenen Element 26 ausgekuppelt wird, wie dies in Fig. 4A gezeigt ist. Dieses Auskuppeln erfolgt ebenfalls automatisch, wenn der Traktor in der einen oder anderen Richtung gelenkt wird, weil sich die Vorderräder über einen größeren Wenderadius bewegen als die Hinterräder. Daher müssen sie sich über eine größere Strecke bewegen und drehen sich damit schneller.
Wenn der Traktor wieder unter Bedingungen gefahren wird, bei denen ein beträchtliches Rutschen der Räder auftritt, was eine Rückkehr zum Vierrad-Antrieb erfordert, so wird die Hülse ·34 wieder durch die durch die Feder 42 gebildete Rutschkupplung schneller angetrieben als die angetriebene Welle 16, um das freie Spiel zwischen den Zähnen 38 und 40 aufzunehmen und das Drehventil 34 auf die in den Fig. 5A gezeigte Position zurückzuführen. Die Arbeitskammer 50 wird daher erneut mit dem Auslaßkanal 46 verbunden, um eine Bewegung des angetriebenen Elementes 26 durch die Feder 28 in die linke Endstellung zu ermöglichen (bezogen auf die Fig. 1 und 2), um einen erneuten Eingriff der Zähne 22 und 24 und eine Rückkehr zum Vierrad-Antrieb zu bewirken.
Die automatische Auswahl des Zwei- und Vierrad-Antriebs des Traktors im Rückwärts-Fahrbetrieb erfolgt in einer vollständig analogen Weise zu der bereits beschriebenen Weise, mit der Ausnahme, daß es erforderlich ist, die hydraulischen Verbindungen zu den Kanälen 46 und 48 umzukehren, was durch den Schalter 109 und das Relais 108 bewirkt wird, die auf die Magnetspulen des Ventils 116 einwirken, um dessen Ventilspindel von der in den Fig. 4A und 5A gezeigten Position auf die in den Fig. 4B und 5B gezeigte Position zu bewegen. Es ist tatsächlich zu erkennen, daß im Rückwärts-Fahrbetrieb die in den Fig. 6A und 6B gezeigten Bauteile sich im Gegenuhrzeigersinn drehen. Damit entspricht die Position der Hülse 34 und der angetriebenen Welle 16 in Fig. 6A nunmehr dem Hinterrad-Rutschzustand, wodurch die Hülse 34 schneller als die angetriebene Welle 16 angetrieben wird. Fig. 6B entspricht andererseits nunmehr dem rutschfreien Zustand, bei dem die angetriebene Welle 16 versucht, sich schneller als die Hülse 34 zu drehen. Es ist somit zu erkennen, daß beim Wechsel vom Vorwärts- zum Rückwärts-Fahrbetrieb die Funktion der Fig. 6A und 6B umgekehrt wird. Dies bedeutet auch, daß die Funktion der Fig. 7A und 7B umgekehrt wird, so daß es entsprechend erforderlich ist, das Ventil 116 von einer Endstellung zur anderen zu verschieben, wenn die Antriebsrichtung umgekehrt wird, um die Funktion der Kanäle 46 und 48 umzukehren.
Die Kupplung 100 wirkt damit als eine Einrichtung zur automatischen Betriebsart-Auswahl in Abhängigkeit von einem Radschlupf, was durch Ändem der den Kanälen 46 und 48 zugeführten Drücke übersteuert werden kann, um den Vierrad-Antrieb einzukuppeln oder auszukuppeln. Beispielsweise ist es, wenn festgestellt wird, daß der Traktor sich auf einer großen Steigung befindet, wünschenswert, den Vierrad-Antrieb unabhängig von der relativen Geschwindigkeit der Vorder- und Hinterräder einzukuppeln, und dies kann dadurch erzielt werden, daß beide Kanäle 46 und 48 mit dem Auslaß verbunden werden, indem der Schalter 106 geöffnet wird.
Obwohl dies in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, ist es weiterhin möglich, ein weiteres Zweistellungs-Ventil zwischen dem Druckregler 114 und dem Auslaß 112 einerseits und dem Ventil 116 andererseits einzubauen, was einen dauernden Zweirad-Antrieb ermöglicht, wenn dies erwünscht ist. In einer Stellung des zusätzlichen Ventils werden beide Einlaßanschlüsse des Ventils 116 über den Regler 114 mit Druck beaufschlagt, wodurch die Kammer 50 dauernd unter Druck gesetzt wird, so daß die Zähne 22 und 24 niemals miteinander in Eingriff kommen.

Claims

1. Getriebe für ein Fahrzeug mit einer ersten dauernd eingekuppelten Achse (-) und einer zweiten selektiv eingekuppelten Achse (-), wobei das Getriebe eine Kupplung (100) zum selektiven Zuführen von Drehmoment an die zweite Achse des Fahrzeuges aufweist, um zwischen einem Zweirad-Antrieb und einem Vierrad-Antrieb in Abhängigkeit von einem Rutschen der mit der ersten Achse verbundenen Räder umzuschalten, und wobei die Kupplung (100) ein erstes Element (14) und ein zweites Element (26, 34, 50) aufweist, die miteinander in Eingriff bringbar sind und so angeordnet sind, daß sie sich mit der ersten bzw. zweiten Achse drehen, wobei das zweite Element (26, 34, 50) folgendes umfaßt:

- eine Strömungsmittel-Drehventileinrichtung (34), deren Position von dem Rutschen der mit der ersten Achse verbundenen Räder abhängt,

- eine Arbeitszylindereinrichtung (50), die betreibbar ist, um die Übertragung des Antriebsdrehmomentes über die Kupplung (100) durch Einkuppeln bzw. Auskuppeln der ersten und zweiten Elemente (14; 26, 34, 50) zu ermöglichen oder zu verhindern, wobei die Ventileinrichtung (34) die Betriebsweise der Arbeitszylindereinrichtung (50) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß:

- die ersten und zweiten Elemente (14 bzw. 26, 34, 50) Zähne (22, 24) aufweisen, die selektiv miteinander kämmen,

- das zweite Element (26, 34, 50) weiterhin ein angetriebenes Element (26) aufweist und

- die Strömungsmittel-Drehventileinrichtung (34) eine Hülse (34) aufweist, die zwischen dem angetriebenen Element (26) und einer angetriebenen Welle (16) eingefügt ist, die mit der selektiv eingekuppelten Achse des Fahrzeuges verbunden ist, wobei das angetriebene Element (26) mit der Hülse (34) drehfest und axial verschiebbar über eine Keilverzahnung (36) verbunden ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Achse betriebsmäßig mit den Hinterrädern bzw. den Vorderrädern des Fahrzeuges verbunden sind.

3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (14) ein Antriebselement ist, das mit den Hinterrädern drehbar ist, und daß das angetriebene Element (26) mit den Vorderrädern drehbar ist, wobei das Antriebselement und das angetriebene Element (14, 26) in Axialrichtung relativ zueinander über die Arbeitszylindereinrichtung (50) beweglich sind.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten axialen Relativstellung des Antriebselements und des angetriebenen Elements (14, 26) die Zähne (22, 24) miteinander in Eingriff stehen, um ein Drehmoment von dem Antriebselement auf das angetriebene Element zu übertragen, während in einer zweiten axialen Relativstellung des Antriebselements und des angetriebenen Elements die Zähne (22, 24) voneinander entkuppelt sind, um den Antrieb an die Vorderräder abzutrennen.

5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (34) in Axialrichtung mit der angetriebenen Welle (16) fest verbunden ist, jedoch gegenüber dieser über einen begrenzten Winkel drehbar ist, das heißt mit einem Winkel-Totgang.

6. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine das angetriebene Element (26) umgebende Feder (28) zwischen einer Schulter auf dem angetriebenen Element (26) und einer Anschlagplatte (30) wirkt, die an einer Bewegung gegenüber der Strömungsmittel-Drehventileinrichtung (34) gehindert ist, um das angetriebene Element (26) in Axialrichtung in Richtung auf das erste Element (14) vorzuspannen, um die Zähne (22, 24) miteinander in Eingriff zu bringen.

7. Getriebe nach Anspruch 5 oder 6 unter Rückbeziehung auf diesen, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel-Totgangverbindung zwischen der Hülse (34) und der angetriebenen Welle (16) durch eine Vielzahl von sich nach innen erstreckenden Zähnen (38) auf der Hülse (34) gebildet ist, die mit einem erheblichen freien Spiel mit der gleichen Vielzahl von sich nach außen erstreckenden Zähnen (40) auf der angetriebenen Welle (16) zusammenwirken.

8. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reibring (42) vorgesehen ist, um einen Reibantrieb zwischen dem ersten Element (14) und der Strömungsmittel-Drehventileinrichtung (34) aufzubringen.

9. Getriebe nach Anspruch 5 und irgendeinem hierauf zurückbezogenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die angetriebene Welle (16) durch diese hindurchlaufende Zufuhr- und Rücklauf-Strömungskanäle (46, 48) aufweist, und daß die Hülse (34) Anschlüsse (52) aufweist, die selektiv mit den Kanälen (46, 48) in der angetriebenen Welle (16) lediglich in vorgegebenen Winkelstellungen der Hülse (34) gegenüber der angetriebenen Welle (16) ausgerichtet werden, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Arbeitszylindereinrichtung (50) und den Zufuhr- oder Rücklauf- Strömungskanälen (46, 48) in der angetriebenen Welle (16) herzustellen, wobei die Arbeitszylindereinrichtung (50) in dauernder Verbindung mit den Anschlüssen (52) steht.

10. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszylindereinrichtung (50) durch eine Druckkammer (50) gebildet ist, die zwischen dem angetriebenen Element (26) und der Strömungsmittel-Drehventileinrichtung (34) umgrenzt ist.

11. Getriebe nach Anspruch 10, unter direkter oder indirekter Rückbeziehung auf Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Druckbeaufschlagung die Druckkammer (50) betreibbar ist, um das angetriebene Element (26) in Axialrichtung gegen die Vorspannwirkung der Feder (28) außer Eingriff mit dem ersten Element (14) zu bewegen.

12. Getriebe nach Anspruch 10 und 11, unter Rückbeziehung auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das freie Spiel zwischen den sich nach innen erstreckenden Zähnen (38) und den sich nach außen erstreckenden Zähnen (40) in einer Drehrichtung aufgenommen wird, die Druckkammer (50) mit einem der Kanäle (46, 48) verbunden wird, während wenn das freie Spiel in der anderen Drehrichtung aufgenommen wird, die Druckkammer (50) mit dem anderen der Kanäle (46, 48) verbunden wird.

13. Getriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenn sich das Antriebselement (14) schneller als das angetriebene Element (26) dreht, die Druckkammer (50) mit einem der Kanäle (46, 48) derart verbunden wird, daß der Druck in der Kammer (50) aufgehoben wird, so daß das angetriebene Element (26) mit dem Antriebselement (16) gekuppelt wird.

14. Getriebe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenn sich das Antriebselement (14) langsamer als das angetriebene Element (26) dreht, die Druckkammer (50) mit einem Kanäle (46, 48) derart verbunden wird, daß die Kammer (50) mit Druck beaufschlagt wird, wodurch das angetriebene Element (26) von dem Antriebselement (16) entkuppelt wird.

15. Getriebe nach Anspruch 9 und irgendeinem hiervon abhängigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hydraulikventil (116) vorgesehen ist, um einen der Kanäle (46, 48) in der angetriebenen Welle (16) mit der Druckversorgung (110,114) und den jeweils anderen Kanal mit einem Auslaß (112) zu verbinden.

16. Getriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikventil (116) ein magnetspulenbetätigtes Dreistellungs-Ventil mit vier Anschlüssen ist.

17. Getriebe nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (102, 109, 108) zur Umkehrung der Verbindungen von der Druckversorgung (110,114) und dem Auslaß (112) zu den Kanälen (46, 48) in der angetriebenen Welle (16) in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs vorgesehen sind.

18. Getriebe nach den Ansprüchen 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (106, 116) zum Verbinden sowohl der Zufuhr- als auch Rücklauf-Strömungsmittelkanäle (46, 48) mit dem Auslaß (112) vorgesehen sind, um eine Auswahl eines dauernd eingekuppelten Vierrad-Antriebs zu ermöglichen.

19. Getriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Messung der Neigung des Fahrzeugs und zum Einkuppeln eines dauernden Vierrad- Antriebs vorgesehen sind, wenn sich das Fahrzeug auf einer steilen Steigung befindet.