DE102008015224A1

DE102008015224A1 - Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008015224A1
Application number: DE200810015224
Authority: DE
Inventors: Rudolf Glassner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2009-03-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit mindestens einer ersten Antriebsachse, die zwei Halbwellen zum Antreiben von Rädern der ersten Antriebsachse aufweist, und einer zweiten Antriebsachse, die zwei Halbwellen zum Antreiben von Rädern der zweiten Antriebsachse aufweist, mit einer Antriebswelle zum Antreiben der Halbwellen der beiden Antriebsachsen, wobei eine Kupplungseinrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Halbwellen einer der Antriebsachsen antriebsmäßig mit der Antriebswelle koppelbar und von dieser entkoppelbar sind, und wobei die Kopplungseinrichtung als schaltbares Freilaufdifferential ausgestaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Personenkraftwagen und Nutzfahrzeuge mit einer zuschaltbaren zusätzlichen Antriebsachse sind allgemein bekannt. Ferner sind Nutzfahrzeuge mit einer hinteren Doppelachse oder hinteren Tandemachse, die zwei Antriebsachsen aufweist, bekannt.
Ein Antriebsstrang der eingangs genannten Art umfasst zumindest eine erste Antriebsachse, die zwei Halbwellen zum Antreiben von Rädern der ersten Antriebsachse aufweist, sowie eine zweite Antriebsachse, die zwei Halbwellen zum Antreiben von Rädern der zweiten Antriebsachse aufweist. Ferner besitzt der Antriebsstrang eine Antriebswelle zum Antreiben der Halbwellen der beiden Antriebsachsen.
Ein derartiger Antriebsstrang ist beispielsweise aus der DE 37 33 153 A1 , aus der US 2,914,128 , aus der US 4,046,210 , aus der US 5,711,389 und aus der US 5,860,889 bekannt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Antriebsstrang der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie einen erhöhten Wirkungsgrad besitzt und/oder dass sie preiswerter herstellbar ist und/oder dass das damit ausgestattete Fahrzeug einen reduzierten Kraftstoffverbrauch besitzt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Kupplungseinrichtung, mit deren Hilfe die Halbwellen einer der Antriebsachsen antriebsmäßig mit der Antriebswelle koppelbar und von dieser entkoppelbar sind, als schaltbares Freilaufdifferential auszugestalten. Ein schaltbares Freilaufdifferential ermöglicht es, gleichzeitig beide Halbwellen mit nur einer Betätigungseinrichtung von der Antriebswelle zu entkoppeln bzw. mit der Antriebswelle zu koppeln. Hierdurch reduziert sich der Aufwand zur Realisierung einer zuschaltbaren bzw. abschaltbaren Antriebsachse. Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung, wenn die beiden Antriebsachsen eine Tandemachse eines Nutzfahrzeugs bilden, so dass die Tandemachse das jeweilige Fahrzeug wahlweise mit einer Achse oder mit zwei Achsen antreiben kann.
Die Erfindung nutzt hierbei hier Erkenntnis, dass eine zuschaltbare zweite Antriebsachse, insbesondere bei einer Tandemachse, nur vergleichsweise selten in Betrieb ist bzw. nur vergleichsweise selten tatsächlich als Antriebsachse in Gebrauch ist. Beispielsweise ist die zuschaltbare Antriebsachse nur etwa während 5% der Betriebszeit des Antriebsstrangs tatsächlich als Antriebsachse tätig. Dies kann dazu genutzt werden, den zuschaltbaren Teil des Antriebsstrangs schwächer auszulegen, wodurch er preiswerter wird. Außerdem sind Gewichtseinsparungen möglich.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Antriebswelle eine angetriebene Hauptantriebswelle zum Antreiben der Halbwellen der einen Antriebsachse und eine Hilfsantriebswelle zum Antreiben der Halbwellen der anderen Antriebsachse aufweisen. Bei einer derartigen Konfiguration kann eine weitere Kupplungseinrichtung vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Hauptantriebswelle antriebsmäßig mit der Hilfsantriebswelle koppelbar und von dieser entkoppelbar ist. Insbesondere für den Fall, dass das Freilaufdifferential über die Hilfsantriebswelle angetrieben wird, lässt sich mit Hilfe des Freilaufdifferentials in Verbindung mit der zusätzlichen Kupplungseinrichtung die komplette Hilfsantriebswelle bis zum Freilaufdifferential vom Antrieb entkoppeln, wodurch Reibungsverluste durch das Mitnehmen des Freilaufdifferentials über die Hilfsantriebswelle reduziert werden können.
Gleichzeitig kann bei dieser Anordnung mit Hilfe des Freilaufdifferentials eine vergleichsweise große Masse vom Antriebsstrang entkoppelt werden, so dass im Schleppbetrieb der deaktivierten Antriebsachse nur vergleichsweise wenig Energie aufgenommen wird, was den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs erhöht.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang,
2 eine stark vereinfachte Schnittdarstellung eines schaltbaren Freilaufdifferentials.
Entsprechend 1 umfasst ein nur teilweise dargestelltes Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich bevorzugt um ein Nutzfahrzeug handelt, einen Antriebsstrang 2, der ebenfalls nur teilweise dargestellt ist. Der Antriebsstrang 2 weist zumindest zwei Antriebsachsen, nämlich eine erste Antriebsachse 3 sowie eine zweite Antriebsachse 4 auf. Bei der in 1 links dargestellten Antriebsachse 3 handelt es sich beispielsweise bezüglich der normalen Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 um eine vordere Antriebsachse 3, während die in 1 rechts dargestellte Antriebsachse 4 eine hintere Antriebsachse 4 repräsentiert. Die vordere Antriebsachse 3 umfasst zwei Halbwellen 5 zum Antreiben vorderer Antriebsräder 6. Im Unterschied dazu weist die hintere Antriebsachse 4 zwei Halbwellen 7 zum Antreiben hinterer Antriebsräder 8 auf. Bei den Rädern 6, 8 kann es sich um Einzelräder oder um Doppelräder oder Zwillingsräder handeln.
Entsprechend der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform bilden die beiden Antriebsachsen 3, 4 eine durch eine ge schweifte Klammer gekennzeichnete Tandemachse 9 oder Zwillingsachse. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine hintere Tandemachse 9 des Fahrzeugs 1.
Der Antriebsstrang 2 weist außerdem eine Antriebswelle 10 auf, die zum Antreiben der Halbwellen 5, 7 beider Antriebsachsen 3, 4 dient.
Der Antriebsstrang 2 weist eine Kupplungseinrichtung 11 auf, die so ausgestaltet ist, dass damit die Halbwellen 5, 7 einer der Antriebsachsen 3, 4 antriebsmäßig mit der Antriebswelle 10 koppelbar sind bzw. von dieser entkoppelbar sind. Im bevorzugten Beispiel ist die Kupplungseinrichtung 11 der hinteren Antriebsachse 4 zugeordnet, so dass mit der Kupplungseinrichtung 11 die der hinteren Antriebsachse 4 zugeordneten Halbwellen 7 zugeschaltet bzw. weggeschaltet werden können, um die hinteren Räder 8 zum Antreiben zu aktivieren bzw. zu deaktivieren.
Die Antriebswelle 10 umfasst bevorzugt eine angetriebene Hauptantriebswelle 12, mit deren Hilfe die Halbwellen 5, 6 der einen Antriebsachse 3, 4 antreibbar sind. Ferner umfasst die Antriebswelle 10 eine Hilfsantriebswelle 13, über welche die anderen Halbwellen 5, 7 der anderen Antriebsachse 3, 4 antreibbar sind. Im gezeigten Beispiel der 1 dient die Hauptantriebswelle 12 zum Antreiben der vorderen Halbwellen 5 der vorderen Antriebsachse 3, während die Hilfsantriebswelle 13 zum Antreiben der hinteren Halbwellen 7 der hinteren Antriebsachse 4 vorgesehen ist. Der Antriebsstrang 2 ist außerdem zweckmäßig mit einer weiteren Kupplungseinrichtung 14 ausgestattet, die so ausgestaltet ist, dass mit ihrer Hilfe die Hauptantriebswelle 12 antriebsmäßig mit der Hilfsantriebswelle 13 gekoppelt werden kann sowie wieder davon entkoppelt werden kann. Bei dieser weiteren Kupplungseinrichtung 14 kann es sich beispielsweise um ein Ausgleichsgetriebe in Verbindung mit einem Differentalgetriebe handeln.
Bei der der hinteren Antriebsachse 4 zugeordneten Kupplungseinrichtung 11 handelt es sich erfindungsgemäß um ein schaltbares Freilaufdifferential 15, das entsprechend 2 ein äußeres Differentialgehäuse 16, ein inneres Differentialgehäuse 17 sowie Ausgleichsräder 18 aufweist. Ferner besitzt das Freilaufdifferential 15 eine schaltbare Kupplung 19.
Das äußere Differentialgehäuse 16 weist ein Tellerrad 20 auf, das über ein Ritzel 21 mit der Hilfsantriebswelle 13 antriebsverbunden ist. Das Tellerrad 20 ist hier mit dem äußeren Differentialgehäuse 16 verschraubt. Entsprechende Schrauben sind hier mit 22 bezeichnet. Im Beispiel ist das Tellerrad 20 drehfest mit einer der Halbwellen 7 verbunden.
Das innere Differentialgehäuse 7 weist die Ausgleichsräder 18 auf. Die Ausgleichsräder 18 kämmen dabei Achswellenräder 23 bzw. 24. Das in 2 rechts dargestellte Achswellenrad 23 ist drehfest mit der rechts dargestellten Halbwelle 7 verbunden, während das links dargestellte Achswellenrad 24 mit der links dargestellten Halbwelle 7 drehfest verbunden ist.
Die schaltbare Kupplung 19, die außerdem eine Synchronisierung 25 aufweisen kann, ermöglicht zwei Schaltstellungen. In einer eingerückten ersten Schaltstellung verbindet die Kupplung 19 das innere Differentialgehäuse 17 drehfest mit dem äußeren Differentialgehäuse 16. In dieser eingerückten Stellung ist das Freilaufdifferential aktiviert. Die über die Hilfsantriebswelle 13 in das Tellerrad 20 eingeleitete Rotation wird über das äußere Differentialgehäuse 16 und die eingerückte Kupplung 19 auf das innere Differentialgehäuse 17 übertragen. Dementsprechend rotieren die Ausgleichsräder 18 mit und bewirken eine entsprechende Antriebsdrehung der beiden Halbwellen 7. In der ausgerückten zweiten Stellung der Kupplung 19 sind die beiden Differentialgehäuse 16, 17 voneinander entkoppelt und relativ zueinander drehbar. In der Folge wird die über die Hilfsantriebswelle 13 in das Tellerrad 20 und somit in das äußere Differentialgehäuse 16 eingeleitete Rotation nicht auf das innere Differentialgehäuse 17 übertragen, so dass keine Antriebsleistung auf die hinteren Halbwellen 7 übertragen werden kann.
Bei deaktiviertem Freilaufdifferential 15 laufen die hinteren Halbwellen 7 lediglich mit. Um den Energiehaushalt des Antriebsstrangs 2 zusätzlich zu verbessern, kann es bei deaktivierter hinterer Antriebsachse 4 außerdem zweckmäßig sein, die zusätzliche Kupplung 14 so zu schalten, dass auch die Hilfsantriebswelle 13 von der Hauptantriebswelle 12 entkoppelt ist und dementsprechend nicht mitdreht. Hierdurch wird erreicht, dass im Schleppbetrieb der hinteren Antriebsachse 4 sowohl die Hilfsantriebswelle 13 als auch das Tellerrad 20 und das äußere Differentialgehäuse 16 ruhen. Hierdurch kann interne Reibung des Antriebsstrangs 2 reduziert und somit der Wirkungsgrad des Antriebsstrangs 2 erhöht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3733153 A1 [0004]
- US 2914128 [0004]
- US 4046210 [0004]
- US 5711389 [0004]
- US 5860889 [0004]

Claims

Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug (1), insbesondere Nutzfahrzeug, – mit mindestens einer ersten Antriebsachse (3), die zwei Halbwellen (5) zum Antreiben von Rädern (6) der ersten Antriebsachse (3) aufweist und einer zweiten Antriebsachse (4), die zwei Halbwellen (7) zum Antreiben von Rädern (8) der zweiten Antriebsachse (4) aufweist, – mit einer Antriebswelle (10) zum Antreiben der Halbwellen (5, 7) der beiden Antriebsachsen (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass – eine Kupplungseinrichtung (11) vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Halbwellen (7) einer der Antriebsachsen (4) antriebsmäßig mit der Antriebswelle (10) koppelbar und von dieser entkoppelbar sind, – die Kopplungseinrichtung (11) als schaltbares Freilaufdifferential (15) ausgestaltet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußeres Differentialgehäuse (16) des Freilaufdifferentials (15) ein Tellerrad (20) aufweist, das mit der Antriebswelle (10) antriebsgekoppelt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein inneres Differentialgehäuse (17) des Freilaufdifferentials (15) Ausgleichsräder (18) aufweist, die mit Achswellenrädern (23, 24) kämmen, die jeweils mit einer der Halbwellen (7) der jeweiligen Antriebsachse (4) antriebsverbunden sind.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebsachsen (3, 4) eine Tandemachse (9), insbesondere eine hintere Tandemachse (9), des Fahrzeugs (1) bilden.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Antriebswelle (10) eine angetriebene Hauptantriebswelle (12) zum Antreiben der Halbwellen (5) der einen Antriebsachse (3) und eine Hilfsantriebswelle (13) zum Antreiben der Halbwellen (7) der anderen Antriebsachse (4) aufweist, – eine weitere Kupplungseinrichtung (14) vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Hauptantriebswelle (12) antriebsmäßig mit der Hilfsantriebswelle 13 koppelbar und von dieser entkoppelbar ist.