DE102004001709B4

DE102004001709B4 - Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102004001709B4
Application number: DE200410001709
Authority: DE
Inventors: Johann Märkl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2024-01-14
Also published as: DE102004001709A1

Abstract

Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine und einem schaltbaren Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (14), sowie einem Differenzial (16) für den Antrieb einer Achse des Kraftfahrzeuges, wobei das Wechselgetriebe (14) zumindest eine Eingangswelle (20, 22) aufweist, die über kuppelbare Zahnräder (24, 26) in mehreren Übersetzungsstufen mit einer Ausgangswelle (42) trieblich verbindbar ist, und die Ausgangswelle (42) das Differenzial (16) antreibt, wobei – die Eingangswelle (20, 22) wechselweise über kuppelbare Zahnräder (24, 26) mit zwei parallel zur Eingangswelle (20, 22) angeordneten Abtriebswellen (30, 32) trieblich verbindbar ist, und – die Abtriebswellen (30, 32) auf die das Differenzial (16) antreibende Ausgangswelle (42) wirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (42) gleichzeitig Antriebswelle für das Differenzial (16) ist und das Differenzial (16) unmittelbar antreibt, wobei die Ausgangswelle (42) relativ zur Eingangswelle (20, 22) derart seitlich versetzt liegt, dass das Differenzial (16) benachbart hinter, neben oder vor einer zwischen der Brennkraftmaschine (12) und dem Wechselgetriebe...

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein gattungsgemäßes Antriebsaggregat ist aus EP 0 478 945 A1 bekannt.
Antriebsaggregate für Kraftfahrzeuge mit einem schaltbaren Geschwindigkeits-Wechselgetriebe sollen einerseits möglichst kurz und kompakt ausgeführt sein, um z. B. im Fronteinbau oder mit Mittelmotor eine hinsichtlich der Achslastverteilung und der Anordnung weiterer Aggregate günstige Anordnung zu ermöglichen, und andererseits eine Vielzahl von Gangstufen zur Abdeckung einer großen Übersetzungs-Spreizung bereit zu stellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein insbesondere für den Längseinbau in Kraftfahrzeugen und ggf. für einen Allradantrieb geeignetes Antriebsaggregat vorzuschlagen, das besonders kompakt ausführbar ist und eine Vielzahl von Gangstufen bei günstigem Getriebewirkungsgrad ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Antriebsaggregat mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Eingangswelle wechselweise über kuppelbare Zahnräder mit zwei parallel zur Eingangswelle angeordneten Abtriebswellen trieblich verbindbar ist und dass ferner die Abtriebswellen auf die das Differenzial antreibende Ausgangswelle wirken. Es wird somit eine hinsichtlich der Zahnradsätze für die Gangstufen Dreiwellen-Ausführung vorgeschlagen, wobei die beiden Abtriebswellen jeweils teilweise die Zahnradsätze tragen und wechselweise mit der Eingangswelle kuppelbar sind. Die Ausgangswelle wiederum als vierte Getriebewelle ist mit den Abtriebswellen trieblich verbunden und treibt unmittelbar das angebaute oder in das Gehäuse des Wechselgetriebes integrierte Differenzial an. Bei einem Fronteinbau des Antriebsaggregates ist das Differenzial dann als Vorderachsdifferenzial und bei einer Mittelmotoranordnung (z. B. für ein Sportfahrzeug) als Hinterachsdifferenzial ausgebildet.
Dabei liegt die Ausgangswelle relativ zur Eingangswelle derart seitlich versetzt, dass das Differenzial hinter, neben oder vor der zwischen der Brennkraftmaschine und dem Wechselgetriebe vorgesehenen Hauptkupplung positionierbar ist. Die eine Halbwelle des Differenziales kann dann zur Herstellung einer ausreichenden Bodenfreiheit des Kraftfahrzeuges zwischen der an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorgesehenen Schwungscheibe oder einem Zweimassen-Schwungrad und der nach hinten anschließenden Hauptkupplung quer verlaufend angeordnet sein.
Zur Schaffung eines Allradantriebes, insbesondere bei Frontanordnung des Antriebsaggregates im Kraftfahrzeug, können zwei Ausgangswellen vorgesehen sein, die miteinander koppelbar sind, wobei die zweite Ausgangswelle für den Antrieb eines Differenziales einer weiteren Antriebsachse des Kraftfahrzeuges dient. Daraus resultiert eine baulich günstige Anordnung der zweiten Ausgangswelle, die eine weitgehend an die Einbauverhältnisse anpassbare Konstruktion ermöglicht.
Des weiteren können die beiden Abtriebswellen auf ein Eingangselement eines Zwischenachsdifferenziales wirken, dessen Ausgangselemente mit den beiden Ausgangswellen trieblich verbunden sind. Bei einem zuschaltbaren Allradantrieb kann anstelle des Zwischenachsdifferenziales auch eine Viscokupplung, eine Haldexkupplung, etc. verwendet sein. Dann weist das eine Ausgangselement eine direkte, triebliche Verbindung zum ständig angetriebenen Differenzial auf, während das andere Ausgangselement entsprechend zuschaltbar ist.
Das Zwischenachsdifferenzial oder eine entsprechende Kupplung und die erste Ausgangswelle können zum in das Antriebsaggregat integrierten Differenzial koaxial angeordnet sein. Dies ergibt einen günstigeren Getriebewirkungsgrad durch Verminderung der erforderlichen Zahneingriffe.
Ferner kann baulich besonders günstig und kompakt die eine Abtriebswelle eine Hohlwelle sein, durch die hindurch die zweite Ausgangswelle verläuft.
Des weiteren kann zur Erzielung einer kompakten Getriebekonstruktion die zweite Ausgangswelle über einen Stirnradtrieb von dem zweiten Ausgangselement des Zwischenachsdifferenziales oder einer entsprechenden Kupplung angetrieben sein.
Das Zwischenachsdifferenzial kann bevorzugt ein Torsendifferenzial an sich bekannter Bauart sein, das neben der Übertragung hoher Drehmomente besonders günstige Einbaumaße aufweisen kann und bei Drehzahldifferenzen eine Längssperre bildet. Es kann aber auch ein anderes aktiv oder passiv sperrendes Differenzial Verwendung finden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können zwei koaxial angeordnete Eingangswellen mit entsprechend schaltbaren Zahnrädern vorgesehen sein, wobei die eine Eingangswelle durch die zweite, hohle Eingangswelle verläuft, und beide Eingangswellen mittels einer Doppelkupplung als Hauptkupplung wechselweise kuppelbar sind. Dies ermöglicht neben der besonders kompakten Anordnung schnelle und Zugkraft unterbrechungsfreie Gangwechsel, insbesondere bei einer automatisierten Kupplungsbetätigung sowohl der Doppelkupplung aus auch der Gangwechselkupplungen.
Eine vorteilhafte und besonders gedrängte Anordnung der Wellen, Zahnradsätze und Getriebesteuerungsmittel ist erzielbar, wenn die Mittelachsen der Eingangswellen, der Abtriebswellen und der Ausgangswellen des Wechselgetriebes im Querschnitt betrachtet im wesentlichen ein Viereck bilden, wobei die Eingangswellen und die eine Abtriebswelle oberhalb des Achsdifferenzials und die andere Abtriebswelle bzw. die zweite und die erste Ausgangswelle darunter liegend angeordnet sind und jeweils etwa horizontal nebeneinander liegen.
Insbesondere für ein Sportfahrzeug mit Mittelmotoranordnung kann besonders vorteilhaft die Ausgangswelle im Querschnitt betrachtet durch Verschwenken des Wechselgetriebes (z. B. um ca. 90 Grad) und entsprechender Gehäuseanpassung knapp unterhalb oder sogar oberhalb der Eingangswelle des Wechselgetriebes positioniert sein. Dadurch kann die besagte eine Halbwelle des Differenziales, hier des Hinterachsdifferenziales, quer oberhalb der Getriebewellen bzw. der Eingangswelle des Wechselgetriebes verlegt sein; dies ermöglicht eine relativ freie Anordnung des Differenziales in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges mit entsprechend günstiger Ausrichtung der Achslastverteilung.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
1 ein Blockschaltbild eines Antriebsaggregates für Fronteinbau in Kraftfahrzeugen mit Allradantrieb, mit einer Brennkraftmaschine und einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe mit integriertem Differenzial und Zwischenachsdifferenzial;
2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II der 1 durch das Wechselgetriebe mit Darstellung der Mittelachsen der Getriebewellen; und
3 ein weiteres Blockschaltbild eines Antriebsaggregates mit Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für eine Mittelmotoranordnung im Kraftfahrzeug, mit oberhalb der Getriebeeingangswelle liegender Ausgangswelle für ein integriertes Differenzial.
In der 1 ist mit 10 ein Antriebsaggregat für den frontseitigen Einbau in ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug bezeichnet, mit im wesentlichen einer nur angedeuteten Brennkraftmaschine 12, einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 14 und einem in das Wechselgetriebe 14 integriertem Vorderachs-Differenzial 16 und einem Zwischenachsdifferenzial 18.
Das Wechselgetriebe 14 weist eine erste Eingangswelle 20 und eine koaxial gelagerte, hohle zweite Eingangswelle 22 auf, die allgemein mit 24 bezeichnete Festzahnräder tragen, und zwar die Eingangswelle 20 vier und die hohle Eingangswelle 22 zwei Festzahnräder 24.
Die Festzahnräder 24 kämmen zur Bildung entsprechender Gangstufen bzw. Übersetzungsverhältnisse mit allgemein mit 26 bezeichneten Loszahnrädern, die auf zwei parallel zu den Eingangswellen 20, 22 im Getriebegehäuse 28 drehbar gelagerten Abtriebswellen 30, 32 angeordnet sind. Die Abtriebswelle 32 ist als Hohlwelle ausgebildet.
Die Abtriebswellen 30, 32 sind über Zahnräder 34, 36 mit dem Eingangselement 38 des Zwischenachsdifferenziales 18 trieblich gekoppelt und treiben dieses Eingangselement dann an, wenn eine der die Loszahnräder 26 mit den Abtriebswellen 30, 32 kuppelnde Schaltkupplung (z. B. bekannte Synchronkupplungen, allgemein mit 40 bezeichnet) geschlossen ist. Dementsprechend wird die eine oder die andere Eingangswelle 20, 22 mit der jeweiligen Abtriebswelle 30, 32 wechselweise trieblich verbunden. Es können sieben Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang (das dazu noch erforderliche Umkehrzahnrad ist der einfacheren Darstellung wegen nicht ersichtlich) geschaltet werden.
Zur 1 sei noch bemerkt, dass die soweit nicht direkt ersichtlichen Zahneingriffe der beschriebenen Zahnräder durch gestrichelte Linien kenntlich gemacht sind. Dies resultiert aus der Blockschaltbild Darstellung, die die tatsächliche Lage der beschriebenen Wellen nicht zeigt. Insofern wird auf die 2 verwiesen.
Das Zwischenachsdifferenzial 18 ist beispielsweise ein nicht näher dargestelltes, an sich bekanntes Torsendifferenzial, dessen Ausgangselemente zum einen eine erste Ausgangswelle 42 und ferner ein koaxial dazu gelagertes Zahnrad 44 eines Stirnradtriebes 46 sind. Das weitere Zahnrad 48 des Stirnradtriebes 46 ist auf der zweiten Ausgangswelle 50 angeordnet, die sich durch die hohle Abtriebswelle 32 erstreckt und an ihrem anderen Ende einen Abtriebsflansch 52 aufweist. An den Abtriebsflansch 52 kann eine nicht dargestellte Kardanwelle zum Antrieb eines Hinterachsdifferenziales angeschlossen werden.
Die ebenfalls koaxial mit dem Eingangselement 38 des Zwischenachsdifferenziales 18 gelagerte Ausgangswelle 42 treibt unmittelbar über ein Antriebsritzel 54 das Tellerrad des in das Gehäuse 28 des Wechselgetriebes 14 integrierten Vorderachs-Differenziales 16 an, das z. B. ein Kegelraddifferenzial sein kann.
Die beiden Eingangswellen 20, 22 des Wechselgetriebes 14 werden von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 12 unter Zwischenschaltung eines Zweimassenschwungrades 56 und einer Hauptkupplung bzw. einer Doppelkupplung 58 an sich bekannter Bauart wechselweise angetrieben. Die elektrohydraulische Kupplungsbetätigung dazu ist nicht dargestellt; gleiches trifft für die Betätigung der Schaltkupplungen 40 zu.
Das Zwischenachsdifferenzial 18 und das Vorderachs-Differenzial 16 sind derart seitlich neben der Doppelkupplung 58 und dem Zweimassenschwungrad 56 angeordnet, dass die eine quer verlaufende Halbwelle 60 als die eine abtreibende Welle des Vorderachs-Differenziales 16 zwischen dem Zweimassenschwungrad 56 und der Doppelkupplung 58 und unterhalb einer relativ kurzen Verbindungswelle 62 verlegt werden kann und somit bei einer günstigen Achslastverteilung des Kraftfahrzeuges eine relativ tiefliegende Anordnung des Antriebsaggregates 10 ermöglicht.
Die 2 zeigt grob schematisch einen Querschnitt des Wechselgetriebes 14 etwa im Bereich des Eingangselementes 38 bzw. der Zahnräder 34, 36 der Abtriebswellen 30, 32.
Dabei ist erkennbar, dass die Mittelachsen bzw. Drehachsen der Eingangswellen 20, 22, der Abtriebswellen 30, 32 und der Ausgangswellen 42, 50 auf einem in gestrichelten Linien eingezeichneten Viereck liegen, wobei die Eingangswellen 20, 22 und die Abtriebswelle 30 oberhalb der hohlen Abtriebswelle 32, der koaxialen Ausgangswelle 50 und der ersten Ausgangswelle 42 positioniert sind. Dabei liegen die Eingangswellen 20, 22 und die Abtriebswelle 30 etwa horizontal nebeneinander; gleiches gilt für die darunter angeordnete Abtriebswelle 32 und Ausgangswelle 50, die horizontal neben der ersten Ausgangswelle 42 positioniert sind. Ferner sind die Zahneingriffe bzw. die triebliche Verbindung über die Zahnräder 34, 36 und das Eingangselement 38 zwischen den Abtriebswellen 30, 32 und dem Zwischenachsdifferenzial 18 (= koaxial zur Ausgangswelle 42) ersichtlich.
Anstelle der beschriebenen Anordnung der Abtriebwellen 30, 32 und der Ausgangswellen 42, 50 kann durch entsprechendes Verschwenken des Wechselgetriebes 14 beispielsweise um etwa 90 Grad entgegen dem Uhrzeigersinn (im Vergleich zur 2) die erste Ausgangswelle 42 so nach oben verlagert werden, dass gemäß 3 die in der 1 dargestellte Halbwelle 60 des Differenziales 16' oberhalb der Eingangswelle 20 quer verlaufend angeordnet werden kann. Das Wechselgetriebe 14' repräsentiert die verschwenkte Position.
Dies ermöglicht z. B. bei einem Antriebsaggregat mit Mittelmotor die Verschiebung des Differenziales 16', das dann als Hinterachsdifferenzial eingesetzt ist, nach hinten (vgl. 3), beispielsweise zwischen mehrere vorgesehene Zahnradsätze von entsprechenden Gangstufen (nicht näher bezeichnet) des Wechselgetriebes 14'. Damit kann sowohl eine markante Tieferlegung des Antriebsaggregates als auch eine definierte, vorteilhafte Achslastverteilung oder vorteilhafte Diffusoranordnung z. B. eines Sportfahrzeuges erzielt werden.
Es versteht sich, dass dabei das Differenzial 16' ebenfalls bei entsprechender Anpassung des Gehäuses 28' des Wechselgetriebes 14' seitlich und entsprechend verschwenkt auszulegen bzw. anzuordnen ist. Soweit nicht beschrieben kann das Wechselgetriebe 14' dem vorbeschriebenen Wechselgetriebe 14 gemäß den 1 und 2 entsprechen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Für den Fall nur einer angetriebenen Antriebsachse des Kraftfahrzeuges können das Zwischenachsdifferenzial 18 und die zweite Ausgangswelle 50 entfallen. Die Abtriebswelle 32 muss nicht zwingend als Hohlwelle ausgeführt sein.
Ferner kann die Hauptkupplung 58' (3) bei Anordnung nur einer Eingangswelle 20 eine einfache Reibungskupplung sein, die bei Gangwechseln (bei kurzzeitiger Unterbrechung der Zugkraft) entsprechend geöffnet wird.
Bei einer automatisierten Gangschalt- und Kupplungsbetätigung kann die dafür erforderliche beispielsweise elektrohydraulische Steuerung stehend an der freien Stirnseite des Wechselgetriebes 14 bzw. 14' vorgesehen sein.
Ferner kann bei einer allradgetriebenen Version des Antriebsaggregates 10 anstelle eines Torsendifferenziales auch ein anderes Zwischenachsdifferenzial mit oder ohne Längssperre eingesetzt sein.
Des weiteren kann beispielsweise eine Achse des Kraftfahrzeuges direkt angetrieben und die andere Achse zuschaltbar sein. Dies kann durch die Verwendung insbesondere einer Viscokupplung oder einer sogenannten Haldexkupplung erreicht werden, indem diese anstelle des Eingangselementes 38 des in der 1 dargestellten Zwischenachsdifferenziales 18 entsprechend eingesetzt wird.
Das beschriebene Wechselgetriebe 14 bzw. 14' kann als Quergetriebe oder als längs einbaubares Getriebe weitgehend einheitlich ausgeführt sein, wobei lediglich das Differenzial 16 bzw. 16' ggf. in Adapterausführung entsprechend zu ändern bzw. anzubauen ist (von achsparallelen Abtrieb in einen Winkeltrieb oder umgekehrt) und entsprechende Gehäuseanpassungen vorzunehmen sind. Bei einer Realisierung ist auch das Baukasten-Prinzip (Komplettierung durch Aneinanderfügung einzelner Getriebebaueinheiten) möglich.

Claims

Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine und einem schaltbaren Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (14), sowie einem Differenzial (16) für den Antrieb einer Achse des Kraftfahrzeuges, wobei das Wechselgetriebe (14) zumindest eine Eingangswelle (20, 22) aufweist, die über kuppelbare Zahnräder (24, 26) in mehreren Übersetzungsstufen mit einer Ausgangswelle (42) trieblich verbindbar ist, und die Ausgangswelle (42) das Differenzial (16) antreibt, wobei – die Eingangswelle (20, 22) wechselweise über kuppelbare Zahnräder (24, 26) mit zwei parallel zur Eingangswelle (20, 22) angeordneten Abtriebswellen (30, 32) trieblich verbindbar ist, und – die Abtriebswellen (30, 32) auf die das Differenzial (16) antreibende Ausgangswelle (42) wirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (42) gleichzeitig Antriebswelle für das Differenzial (16) ist und das Differenzial (16) unmittelbar antreibt, wobei die Ausgangswelle (42) relativ zur Eingangswelle (20, 22) derart seitlich versetzt liegt, dass das Differenzial (16) benachbart hinter, neben oder vor einer zwischen der Brennkraftmaschine (12) und dem Wechselgetriebe (14) vorgesehenen Hauptkupplung (58) positionierbar ist.
Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ausgangswellen (42, 50) vorgesehen sind, die miteinander koppelbar sind, wobei die zweite Ausgangswelle (50) für den Antrieb eines Differenziales einer weiteren Antriebsachse des Kraftfahrzeuges dient.
Antriebsaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abtriebswellen (30, 32) mit einer sperrenden Kupplung trieblich verbunden sind, wobei die Kupplung die eine Ausgangswelle (42) direkt und die andere Ausgangswelle (50) zuschaltbar antreibt.
Antriebsaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abtriebswellen (30, 32) auf ein Eingangselement (38) eines Zwischenachsdifferenziales (18) wirken, dessen Ausgangselemente (42, 44) mit den beiden Ausgangswellen (42, 50) trieblich verbunden sind.
Antriebsaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenachsdifferenzial (18) und die erste Ausgangswelle (42) zum in das Antriebsaggregat (10) integrierten Differenzial (16) koaxial angeordnet sind.
Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Abtriebswelle (32) eine Hohlwelle ist, durch die hindurch die zweite Ausgangswelle (50) verläuft.
Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgangswelle (50) über einen Stirnradtrieb (46) von dem zweiten Ausgangselement (44) des Zwischenachsdifferenziales (18) angetrieben ist.
Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenachs-differenzial (18) ein aktiv oder passiv sperrendes Differenzial ist.
Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei koaxial angeordnete Eingangswellen (20, 22) mit entsprechend schaltbaren Zahnrädern (24) vorgesehen sind, wobei die eine Eingangswelle (20) durch die zweite, hohle Eingangswelle (22) verläuft, und dass beide Eingangswellen (20, 22) mittels einer Doppelkupplung (58) wechselweise kuppelbar sind.
Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen der Eingangswellen (20, 22), der Abtriebswellen (30, 32) und der Ausgangswellen (42, 50) des Wechselgetriebes (14) im Querschnitt betrachtet im Wesentlichen ein Viereck bilden, wobei die Eingangswellen (20, 22) und die eine Abtriebswelle (30) oberhalb einer fiktiven horizontalen Ebene durch das Achsdifferenzial und die andere Abtriebswelle (32) oder die zweite Ausgangswelle (50) und die erste Ausgangswelle (42) darunter liegend angeordnet sind und jeweils etwa horizontal nebeneinander liegen.
Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (42) im Querschnitt betrachtet durch Verschwenken des Wechselgetriebes (14') und entsprechender Gehäuseanpassung oberhalb der Eingangswelle (20) des Wechselgetriebes (14') positioniert ist.