AT8596U1

AT8596U1 - Antriebsvorrichtung zum antreiben der zweiten triebachse eines allradfahrzeuges

Info

Publication number: AT8596U1
Application number: AT0066305U
Authority: AT
Inventors: Leopold Hellinger; Gerhard Neumann; Gerald Vogt
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2006-10-15

Abstract

Antriebsvorrichtung zum Antreiben der zweiten Triebachse eines Allradfahrzeuges, umfassend: -eine in einem Gehäuse (3) angeordnete Reibkupplung (19), -einen im Gehäuse angeordneten Generator (21), der zwei durch einen Luftspalt (15) beabstandete Rotoren (11, 12) aufweist, von welchen der eine mit einem ersten Kupplungsteil (5) und der andere mit einem zweiten Kupplungsteil (6) der Reibkupplung (19) drehfest verbunden sind, -eine elektromechanische Betätigungsvorrichtung (20) welche bei Auftreten einer Drehzahldifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil (5,6) aus dem Generator (21) elektrische Energie aufnimmt, um die Reibkupplung (19) zu betätigen, so dass diese eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsseil (5,6) herstellt.

Description

2 AT 008 596 U1

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben der zweiten Triebachse eines Allradfahrzeuges mit einem Gehäuse, in welchem eine Reibkupplung angeordnet ist und die 5 durch eine Kupplungs-Betätigungsvorrichtung so betätigt wird, dass bei Auftreten einer Drehzahldifferenz zwischen einem ersten Kupplungsteil und einem zweiten Kupplungsteil eine reibschlüssige Verbindung zwischen diesen beiden Kupplungsteilen hergestellt wird.

Stand der Technik 10

Ein Kraftfahrzeuggetriebe hat die Aufgabe, die vom Motor erzeugte Gesamtantriebsleistung je nach vorliegenden Fahrverhältnissen und entsprechend dem Leistungswunsch des Fahrzeuglenkers auf die Vorder- bzw. Hinterantriebsachse des Fahrzeugs zu übertragen. Bei einem permanenten Allradsystem wird die Gesamtantriebsleistung durch ein Verteilergetriebe (Trans-15 fer Case) automatisch auf die erste und zweite Triebachse des Fahrzeugs aufgeteilt.

Eine intelligente Aufteilung zwischen der vorderen und der hinteren Triebachse lässt sich durch elektronisch gesteuerte und hydraulisch betätigte Kupplungen erreichen. Dabei wird das von der Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment je nach Fahrsituation von einem Steuergerät 20 angepasst auf die beiden Triebachsen aufgeteilt. Bei einem Einsetzen der Antiblockier-Funktion öffnet die Kupplung. Ihre Mechanik besteht im Wesentlichen aus einer Lamellen-Anordnung, die vom Hydraulikdruck zusammen gepresst wird und dadurch die gewünschte Traktion an den Antriebsrädern erzeugt. 25 Den Hydraulikdruck stellt eine Ölpumpe bereit, die ein Elektromotor antreibt. Kommt es bei der Fahrt zu einer Drehzahldifferenz zwischen den beiden Triebachsen, wird der Hydraulikdruck aufgebaut und über einen Ölkanal auf einen Arbeitskolben übertragen. Der Arbeitskolben presst über eine Druckplatte das Lamellenpaket zusammen. Infolge dessen schließt die Kupplung und stellt so eine Verbindung zur zweiten Triebachse des Fahrzeugs her. 30

Die Energie zur Druckerzeugung entnimmt der Elektromotor dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges, welches entsprechend stark dimensioniert sein muss. Die hydraulische Druckerzeugung bildet ein eigenes Hilfsaggregat, das meist außen am Gehäuse des Getriebes angebracht ist. Das Hilfsaggregat trägt nicht nur zum Gesamtgewicht des Getriebes bei, sondern nimmt auch 35 Bauraum in Anspruch.

Darstellung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben der 40 zweiten Triebachse eines Allradfahrzeuges anzugeben, welche das Bordnetz des Kraftfahrzeuges weniger stark belastet, welche vergleichsweise leicht gebaut ist, ein geringes Bauvolumen in Anspruch nimmt und zuverlässig ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentan-45 spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

In einem Grundgedanken geht die Erfindung davon aus, den Energiebedarf für die Betätigung der Kupplung nicht dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs zu entnehmen, sondern hierfür die von so der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs erzeugte Bewegungsenergie zu nutzen.

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zum Antreiben der zweiten Triebachse eines Allradfahrzeuges umfasst: 55 -eine in einem Gehäuse angeordnete Reibkupplung, 3 AT 008 596 U1 -einen im Gehäuse angeordneten Generator, der zwei durch einen Luftspalt beabstandete Rotoren aufweist, von welchen der eine bezüglich eines ersten und der andere bezüglich eines zweiten Kupplungsteils der Reibkupplung drehfest verbunden sind, -eine elektromechanische Betätigungsvorrichtung, welche bei Auftreten einer Drehzahldifferenz 5 zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil aus dem Generator elektrische Energie aufnimmt, um die Reibkupplung zu betätigen, so dass diese eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil herstellt.

Besonders bevorzugt ist ein fremd erregter Generator. Dieser weist an dem radial außen lie-io genden Rotor ein Erregersystem auf, so dass induktiv über einen zweiten Luftspalt elektrische Energie einkoppelbar ist. Durch diese kontaktlose Energieeinkopplung entfallen Schleifringe, die üblicherweise bei einer Energieübertragung auf ein drehendes Maschinenteil erforderlich sind. Dadurch entsteht kein Verschleiß bei der Einkopplung der Erregungsenergie. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung arbeitet weitgehend wartungsfrei und besitzt eine hohe 15 Zuverlässigkeit. Für eine gute regelungstechnische Eigenschaft ist es günstig, wenn die Einkopplung der elektrischen Energie für die Erregung des Generators durch eine Einkoppelwicklung erfolgt, welche von einer Steuereinheit gesteuert ist. Dadurch kann der Kupplungsvorgang der Fahrsituation 20 gut angepasst werden.

In einer vorteilhaften Konstruktion des Generators weist dieser an seinem innen liegenden Rotor eine mehrsträngige Wicklung auf. Besonders bevorzugt ist hierbei ein dreiphasiges Wicklungssystem. Der Generator kann dadurch sehr kompakt ausgeführt werden. 25

In einer bevorzugten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung ist vorgesehen, dass die elektromechanische Betätigungsvorrichtung eine Kupplungsbetätigungsspule aufweist, welche über eine Gleichrichteranordnung mit den einzelnen Wicklungssträngen des innen liegenden Rotors verbunden ist. Der Gleichstrom in der Kupplungsbetätigungsspule kann in an sich bekannter 30 Weise, zum Beispiel durch einen Hubmagnet, zum Erzeugen einer Kupplungs-Betätigungskraft verwendet werden. Der Strom und damit die Krafteinwirkung ist durch die Steuereinrichtung beeinflussbar.

Als Reibkupplung wird besonders bevorzugt eine Mehrscheiben- oder Lamellenkupplung einge-35 setzt. Durch die Lamellenkupplung lässt sich eine günstige Aufteilung des Drehmoments an die Achslastverhältnisse erzielen.

Bevorzugt wird dabei eine Konstruktion, bei der die Lamellenkupplung eine Anordnung von Innenlamellen aufweist, welche auf einer Abtriebswelle drehfest aber axial verschieblich ange-40 ordnet ist; die Außenlamellen der Lamellenkupplung sind in einem Außenlamellengehäuse angeordnet, welches mit einer Eingangswelle verbunden ist. Bei dieser Konstruktion kann die Betätigungskraft einfach durch eine axial gerichtet Anpresskraft auf die Innenlamellen erzeugt werden. 45 Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf eine Zeichnung Bezug genommen in welcher weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. 50

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 55 Ausführung der Erfindung 4 AT 008 596 U1

In der Figur 1 ist schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung skizziert. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ist im gesamten mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet. In einem Gehäuse 3 befindet sich eine als Lamellenkupplung ausgebildete Reibkupplung 19. Diese Reibkupplung 19 wird von einer elektromechanischen Betätigungsvorrichtung 20 betätigt. 5 Die Betätigungsvorrichtung 20 besteht ihrerseits aus einem Anpressteil 14 und aus einer Kupplungsbetätigungsspule 7. Die Kupplungsbetätigungsspule 7 ist auf einer Ausgangswelle 2 festgelegt. Die Kupplungsbetätigungsspule 7 ist elektrisch über eine Gleichrichteranordnung 13 an eine Ständerwicklung 12 eines Generators 21 angeschlossen. Die Ständerwicklung 12 ist fest mit der Ausgangswelle 2 verbunden. Der Generator 21 ist fremderregt und besitzt eine Erreger-io einrichtung 11, welche an einem Außenlamellengehäuse 4 der Lamellenkupplung 19 befestigt ist. Das Außenlamellengehäuse 4 ist wiederum mit einer im Kupplungsgehäuse 3 gelagerten Eingangswelle 1 fest verbunden. Die Eingangswelle 1 ist im vorliegenden Beispiel mit der Brennkraftmaschine und die Ausgangswelle 2 über eine Kardanwelle mit der zweiten Triebachse antriebsverbunden. 15

Die Funktionsweise der Antriebsvorrichtung lässt sich wie folgt beschreiben: beim Auftreten einer Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 2 (diese Drehzahldifferenz kommt beispielsweise dadurch zustande, dass die Antriebsräder einer Triebachse schlechte Bodenhaftung haben und durchdrehen) wird auf Grund des Luftspaltfeldes 15 in der 20 Ständerwicklung 12 eine Wechselspannung induziert. Der Generator 21 gibt bei einer Drehzahldifferenz von 400 Umdrehungen pro Minute etwa 100 W ab. Die Wechselspannung des Generators 21 wird durch die Gleichrichteranordnung 13 gleich gerichtet. Diese Gleichspannung ist der Kupplungsbetätigungsspule 7 zugeleitet und treibt in dieser einen elektrischen Strom. Der elektrische Strom in Kupplungsbetätigungsspule 7 verschiebt nach Art eines Hub-25 magnets das Anpressteil 14, das auf der Ausgangswelle 2 drehfest aber axial verschieblich angeordnet ist (in Figur 1 von links nach rechts). Die noch stillstehenden Innenlamellen 6 bekommen Reibkontakt mit den sich drehenden Außenlamellen 5. Durch die Reibungskraft zwischen Innenlamellen 6 und Außenlamellen 5 kommt es zu einer Drehmomentübertragung und es beginnt sich auch die Ausgangswelle 2 zu drehen. Über die Ausgangswelle 2 wird nun auch 30 die zweite Triebachse bewegt und ihre Antriebsräder übertragen eine Anzugskraft auf den Boden.

Je geringer die Drehzahldifferenz der Wellen 1,2 (Drehpfeil 17 und 18 in Figur 1) ist, um so geringer ist die in der Ständerwicklung induzierte Spannung. Die Anpresskraft zwischen Innen-35 lamellen 6 und Außenlamellen 5 nimmt mehr und mehr ab, so dass bei gleicher Drehzahl die Verbindung zwischen den Lamellen 5,6 wieder gelöst ist. Eine Aufteilung des Drehmoments ist dann auch nicht mehr erforderlich, denn sowohl die erste als auch die zweite Triebachse des Fahrzeugs haben genügend Bodenhaftung. 40 Wie in Figur 1 gezeichnet, erhält die Erregereinrichtung 11 die elektrische Energie aus einer induktiven Einkopplung, welche den Luftspalt 16 überbrückt. Die Einkopplungsenergie von etwa 10 Watt wird von einer Einkoppelwicklung 10 bereitgestellt, die außenumfangsseitig am Gehäuse 3 der Antriebsvorrichtung 22 vorgesehen ist. Eine Steuereinheit 8 steuert dabei die Intensität der Erregung, und damit im zeitlichen Verlauf die Anpresskraft mit der der Reibkupplung 19 45 beim Kuppeln beaufschlagt wird.

Die Steuereinheit 8 ist mit einem Fahrdynamikrechner 9 verbunden. Dieser Fahrdynamikrechner 9 erhält von einem nicht näher dargestellten CAN-Bus, Informationen des Fahrzeugs, d.h. Signale von den Radsensoren der Antriebsräder, Signale von der Schlupf-Regelung und den so Bremsen, sowie verschiedene Motorsignale.

Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Eingangswelle 55 2 Ausgangswelle

Claims

5 AT 008 596 U1 3 Kupplungsgehäuse 4 Außenlamellengehäuse 5 Außenlamelle, erstes Kupplungsteil 6 Innenlamelle, zweites Kupplungsteil 5 7 Kupplungsbetätigungsspule 8 Steuereinheit 9 Fahrdynamikrechner 10 Einkoppelwicklung 11 Erregereinrichtung io 12 Ständerwicklung 13 Gleichrichter 14 Anpressteil 15 erster Luftspalt 16 zweiter Luftspalt 15 17 Drehrichtungspfeile der Eingangswelle 18 Drehrichtungspfeile der Ausgangswelle 19 Reibkupplung 20 Betätigungsvorrichtung 21 Generator 20 22 Antriebsvorrichtung Ansprüche: 1. Antriebsvorrichtung zum Antreiben der zweiten Triebachse eines Allradfahrzeuges, umfas send: -eine in einem Gehäuse (3) angeordnete Reibkupplung (19), -einen im Gehäuse angeordneten Generator (21), der zwei durch einen Luftspalt (15) beabstandete Rotoren (11, 12) aufweist, von welchen der eine mit einem ersten Kupp-30 lungsteil (5) und der andere mit einem zweiten Kupplungsteil (6) der Reibkupplung (19) drehfest verbunden sind, -eine elektromechanische Betätigungsvorrichtung (20) welche bei Auftreten einer Drehzahldifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil (5,6) aus dem Generator (21) elektrische Energie aufnimmt, um die Reibkupplung (19) zu betätigen, so dass die-35 se eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil (5,6) herstellt.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (21) einen radial innen liegenden Rotor (12) und einen durch einen Radialluftspalt (15) 40 beabstandeten außen liegenden Rotor (11) aufweist.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (21) fremderregt ist und an dem radial außen liegenden Rotor (12) ein Erregersystem zum Erregen des Generators ausgebildet ist. 45
4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erregersystem eine Erregerwicklung (12) aufweist, welche über einen zweiten Luftspalt (16) mit einer außenumfangsseitig am Gehäuse (3) angeordneten Einkoppelwicklung (10) gekoppelt ist.
5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelwick lung (10) mit einer Steuereinrichtung (8) verbunden ist, durch welche die Fremderregung steuerbar ist.
6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung 55 (8) mit einem Fahrdynamikrechner (9) signalleitend verbunden ist. AT 008 596 U1
7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem innen liegenden Rotor eine Wicklungsanordnung mit mehreren Wicklungssträngen ausgebildet ist, und dass in jedem dieser Wicklungssträngen bei einer Drehzahldifferenz eine Wechselspannung induziert wird, deren Amplitude durch die Steuereinheit (8) steuer- 5 bar ist.
8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (20) eine Kupplungsbetätigungsspule (7) aufweist, welche über eine Gleichrichteranordnung (13) mit den Wicklungssträngen verbunden ist. 10
9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (20) ein Anpressteil (14) aufweist, welches bei einer Drehzahldifferenz die Reibkupplung (19) mit einer Anpresskraft beaufschlagt.
10. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibkupplung (19) als Lamellenkupplung ausgebildet ist.
11. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungsteil (5) mit dem Außenlamellengehäuse (4) der Lamellenkupplung (19) drehfest ver- 20 bunden ist.
12. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenkupplung (19) eine Anordnung von Innenlamellen (6) aufweist, welche auf einer Ausgangswelle (2) drehfest aber axial verschieblich angeordnet ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 30 35 40 45 50 55