DE102008015227A1

DE102008015227A1 - Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008015227A1
Application number: DE200810015227
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 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 Antriebskopplung der Antriebswelle zu den Rädern einer der Antriebsachsen schaltbar ist, und wobei die Kupplungseinrichtung als Ausgleichsgetriebe mit ungleicher Drehmomentaufteilung ausgestaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Kraftfahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, mit zuschaltbarem Allradantrieb sind allgemein bekannt. Ebenso sind grundsätzlich Nutzfahrzeuge mit Tandemhinterachse bekannt, wobei auch die Räder der beiden Achsen einer derartigen Tandemhinterachse angetrieben sein können.
Ein Antriebsstrang der eingangs genannten Art umfasst zumindest eine erste Antriebsachse, die zwei Halbwellen zum Antreiben von Rädern der ersten Antriebsachse aufweist, und eine zweite Antriebsachse, die zwei Halbwellen zum Antreiben von Rädern der zweiten Antriebsachse aufweist. Ferner ist eine Antriebswelle zum Antreiben der Halbwellen der beiden Antriebsachsen vorgesehen.
Antriebsstränge dieser Art sind beispielsweise aus der US 3,887,037 , aus der US 6,648,788 B1 , aus der US 6,840,882 B2 und aus der DE 103 09 602 A1 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 ein kompakter Aufbau realisierbar ist und/oder dass eine reduzierte Belastung der zuschaltbaren An triebsachse realisierbar ist und/oder dass der Antriebsstrang einen erhöhten Wirkungsgrad aufweist.
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 Antriebskopplung der Antriebswelle zu den Rädern einer der Antriebsachsen schaltbar ist, als Ausgleichsgetriebe mit ungleicher Drehmomentaufteilung auszugestalten. Durch die ungleiche Drehmomentaufteilung auf die beiden Antriebsachsen kann die weniger stark belastete Antriebsachse insgesamt schwächer und somit preiswerter ausgelegt werden. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass bei einer automatisch zuschaltbaren Antriebsachse das tatsächliche Zuschalten der zweiten Antriebsachse nur vergleichsweise selten erforderlich ist und beispielsweise bei nur etwa 5% der Betriebsfälle realisiert wird. Dementsprechend ist es möglich, die zuschaltbare Antriebsachse schwächer zu dimensionieren, wodurch sie leichter und preiswerter realisierbar ist. Im zugeschalteten Zustand wird sie über die ungleiche Drehmomentaufteilung weniger stark belastet, wodurch sie eine hinreichende Haltbarkeit besitzt. Das reduzierte Gesamtgewicht des Antriebsstrangs erhöht den Wirkungsgrad des Antriebsstrang und reduziert den Kraftstoffverbrauch des damit ausgestatteten Fahrzeugs.
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 je weils 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 Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsstrang,
2 einen vereinfachten Längsschnitt durch ein Ausgleichsgetriebe,
3 eine Ansicht wie in 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform.
Entsprechend 1 umfasst ein nur teilweise dargestelltes Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich bevorzugt um ein Nutzfahrzeug handelt, einen nur teilweise dargestellten Antriebsstrang 2. Dieser umfasst zumindest die zwei Antriebsachsen, nämlich eine erste Antriebsachse 3 sowie eine zweite Antriebsachse 4. Die erste Antriebsachse 3 umfasst zwei Halbwellen 5 zum Antreiben von Rädern 6 der ersten Antriebsachse 3. Bei den Rädern 6 kann es sich um Einzelräder oder um Zwillingsräder handeln. Die zweite Antriebsachse 4 umfasst zwei Halbwellen 7 zum Antreiben von Rädern 8 der zweiten Antriebsachse 4, bei denen es sich um Einzelräder oder um Zwillingsräder handeln kann. Ferner umfasst der Antriebsstrang 2 eine Antriebswelle 9 zum Antreiben der Halbwellen 5, 7 der beiden Achsen 3, 4. Bevorzugt bilden die beiden Antriebsachsen 3, 4 eine durch eine geschweifte Klammer angedeutete Tandemachse 10, die sich bei einem Nutzfahrzeug bezüglich der allgemeinen Fahrtrichtung hinten befindet, so dass es sich bevorzugt hier um eine Tandemhinterachse 10 handelt. Bevorzugt ist beiden Antriebsachsen 3, 4 jeweils ein Differentialgetriebe 13 zugeordnet, von dem die jeweiligen Halbwellen 5, 7 ausgehen.
Der Antriebsstrang 2 umfasst eine Kupplungseinrichtung 11, die so ausgestaltet ist, dass mit ihrer Hilfe eine Antriebskopplung zwischen der Antriebswelle 9 und den Rädern 6 bzw. 8 einer der Antriebsachsen 3 oder 4 schaltbar ist. Auf diese Weise kann eine der Antriebsachsen 3, 4 aktiviert und deaktiviert, also bezüglich ihrer Antriebsleistung zugeschaltet bzw. abgeschaltet werden.
Erfindungsgemäß ist die Kupplungseinrichtung 11 als Ausgleichsgetriebe 12 ausgestaltet, das eine ungleiche Drehmomentaufteilung zwischen den Antriebsachsen 3 und 4 ermöglicht. Entsprechend den 2 und 3 ist das Ausgleichsgetriebe 12 bevorzugt so ausgestaltet, dass es bezüglich der Antriebswelle 9 im Wesentlichen koaxial angeordnet ist. Hierdurch kann eine extrem kompakte Bauform realisiert werden, die sich außerdem durch einen erhöhten Wirkungsgrad auszeichnet. Das Ausgleichsgetriebe 12 weist Ausgleichsräder 14 auf, die schräg gelagert sind. Die Ausgleichsräder 14 wirken dabei mit Seitenrädern 15 bzw. 16 zusammen, die unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen. Hierdurch kann die ungleiche Drehmomentaufteilung des Ausgleichsgetriebes 12 realisiert werden. Die Ausgleichsräder 14 sind dabei an einer Eingangswelle 17 des Ausgleichsgetriebes 12 gelagert. Die beiden Seitenräder 15, 16 sind relativ zu dieser Eingangswelle 17 drehbar gela gert. Das eine Seitenrad 15 ist dabei ein Bestandteil eines Getriebegehäuses 18. Hierbei handelt es sich um ein inneres Getriebegehäuse 18, das gemäß 2 von einem äußeren Getriebegehäuse 19 umschlossen sein kann. Das innere Getriebegehäuse 18 ist hierbei im äußeren Getriebegehäuse 19 drehbar gelagert.
Das Ausgleichsgetriebe 12 besitzt eine schaltbare Kupplung 20 mit einem beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Stellglied 21, mit dessen Hilfe ein ringförmiges Kupplungsglied 22 axial verstellbar ist. Das Ausgleichsgetriebe 12 bzw. die schaltbare Kupplung 20 ermöglicht drei Schaltstellungen. In einer ersten Schaltstellung ist eine erste Abtriebsseite 23 des Ausgleichsgetriebes 12 von einer Antriebsseite 24 des Ausgleichsgetriebes 12 entkoppelt. In dieser ersten Schaltstellung ist die Antriebsseite 24 mit einer zweiten Abtriebsseite 25 des Ausgleichsgetriebes 12 gekoppelt. In einer zweiten Schaltstellung ist die erste Abtriebsseite 23 mit der Antriebsseite 24 gekoppelt. Gleichzeitig ist auch die zweite Abtriebsseite 25 mit der Antriebsseite 24 gekoppelt. Diese Antriebskopplung der beiden Abtriebsseiten 23, 25 erfolgt dabei über die Ausgleichsräder 14, wodurch auch die beiden Abtriebsseiten 23, 25 miteinander antriebsgekoppelt sind. Dabei ermöglichen die Ausgleichsräder 14 unterschiedliche Drehzahlen für die beiden Abtriebsseiten 23, 25. In einer dritten Schaltstellung ist die erste Abtriebsseite 23 wieder mit der Antriebsseite 24 gekoppelt. Auch ist die zweite Abtriebsseite 25 mit der Antriebsseite 24 gekoppelt. Allerdings erfolgt die Kopplung nun so, dass die beiden Abtriebsseiten 23, 25 stets die gleichen Drehzahlen aufweisen. In dieser dritten Schaltstellung ist die Kopplung der beiden Abtriebsseiten 23, 25 über die Ausgleichsräder 14 deaktiviert bzw. gesperrt.
Die Antriebswelle 9 umfasst eine Hauptantriebswelle 26 zum Antreiben der Räder 6 bzw. 8 der einen Antriebsachse 3 bzw. 4. Außerdem umfasst die Antriebswelle 9 eine Hilfsantriebswelle 27 zum Antreiben der Räder 6 bzw. 8 der anderen Antriebsachse 3 bzw. 4.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst die Hauptantriebswelle 26 die Eingangswelle 17, welche die Ausgleichsräder 14 trägt. Ferner umfasst die Hauptantriebswelle 26 das innere Getriebegehäuse 18. Dieses ist einerseits mit den Ausgleichsrädern 14 antriebsverbunden und andererseits mit den Rädern 6 bzw. 8 der einen Antriebsachse 3 bzw. 4 antriebsgekoppelt. Hierzu weist das innere Getriebegehäuse 18 ein Kegelrad 28 auf, das beispielsweise mit einem hier nicht gezeigten Tellerrad eines der Differentialgetriebe 13 kämmt. Beispielsweise ist bei der in 2 gezeigten Ausführungsform die Hauptantriebswelle 26 mit der in 1 links gezeigten vorderen Antriebsachse 3 antriebsgekoppelt.
Die Hilfsantriebswelle 27 bildet bei der in 2 gezeigten Ausführungsform eine Ausgangswelle 29 des Ausgleichsgetriebes 12. Diese Ausgangswelle 29 ist dabei einerseits über die schaltbare Kupplung 20 mit den Ausgleichsrädern 14 antriebsverbunden und dient andererseits zum Antreiben der Räder 8 der anderen Antriebsachse 4. Im Beispiel dient die Hilfsantriebswelle 27 somit zum Antreiben der in 1 rechts dargestellten hinteren Antriebsachse 4.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist die Hauptantriebswelle 26 durch das Ausgleichsgetriebe 12 hindurchgeführt. Hierzu umfasst die Hauptantriebswelle 26 zum einen wieder die Eingangswelle 17 und zum anderen die Ausgangswelle 29. Die Eingangswelle 17 trägt die Ausgleichsräder 14 und die Ausgangswelle 29 ist über die Ausgleichsräder 14 mit der Ein gangswelle 17 antriebsverbunden. Bei dieser Ausführungsform bildet das eine Seitenrad 15 sowohl einen Bestandteil der Ausgangswelle 29 als auch einen Bestandteil des inneren Getriebegehäuses 18. Die Ausgangswelle 29 dient zum Antreiben der Räder 6, 8 einer der Antriebsachsen 3, 4. Im Beispiel der 3 dient die Ausgangswelle 29, also letztlich die Hauptantriebswelle 26 zum Antreiben der in 1 rechts dargestellten hinteren Antriebsachse 4.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform weist die Hilfsantriebswelle 27 ein Tellerrad 30 auf, das auf der Eingangswelle 26 drehbar gelagert ist. Insoweit ergibt sich hier eine koaxiale Anordnung von Hauptantriebswelle 26 und Hilfsantriebswelle 27. Das Tellerrad 30 ist einerseits über die schaltbare Kupplung 20 mit den Ausgleichsrädern 14 antriebsverbunden. Andererseits dient es zum Antreiben der Räder 6, 8 der anderen Antriebsachse 3, 4, also bevorzugt der in 1 gezeigten vorderen Antriebsachse 3.
Die schaltbare Kupplung 20 arbeitet bei der in 2 gezeigten Ausführungsform wie folgt:
2 zeigt die erste Schaltstellung, bei der eine erste Verzahnung 31 des Kupplungsglieds 22 mit einer ersten Verzahnung 32 des inneren Getriebegehäuses 18 in Eingriff steht. Da das Kupplungsglied 22 außerdem drehfest mit dem Seitenrad 16 gekoppelt ist, zum Beispiel über eine Längsverzahnung 33, können die Ausgleichsräder 14 das Innengehäuse 18 mitnehmen. Eine zweite Verzahnung 34 des Kupplungsglieds 22 steht hierbei nicht im Eingriff mit einer Verzahnung 35 der Ausgangswelle 29. Des Weiteren steht eine dritte Verzahnung 36 des Kupplungsglieds 22 auch nicht in Eingriff mit einer zweiten Verzahnung 37 des inneren Getriebegehäuses 18.
In der zweiten Schaltstellung ist die erste Verzahnung 31 des Kupplungsglieds 22 nicht in Eingriff mit der ersten Verzahnung 32 des inneren Getriebegehäuses 18. Allerdings ist jetzt die zweite Verzahnung 34 des Kupplungsglieds 22 mit der Verzahnung 35 der Ausgangswelle 29 in Eingriff. Die dritte Verzahnung 36 des Kupplungsglieds 22 ist jedoch noch nicht in Eingriff mit der zweiten Verzahnung 37 des inneren Getriebegehäuses 18. In der dritten Schaltstellung ist die erste Verzahnung 31 des Kupplungsglieds 22 noch weiter von der ersten Verzahnung 32 des inneren Getriebegehäuses 18 entfernt. Die zweite Verzahnung 34 des Kupplungsglieds 22 ist noch tiefer in die Verzahnung 35 der Ausgangswelle 29 eingerückt. Außerdem ist jetzt auch die dritte Verzahnung 36 des Kupplungsglieds 22 in die zweite Verzahnung 37 des inneren Getriebegehäuses 18 eingerückt.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform arbeitet die schaltbare Kupplung 20 analog.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 3887037 [0004]
- US 6648788 B1 [0004]
- US 6840882 B2 [0004]
- DE 10309602 A1 [0004]

Claims

Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, 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 (9) zum Antreiben der Halbwellen (5, 7) der beiden Antriebsachsen (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass – eine Kupplungseinrichtung (11) vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Antriebskopplung der Antriebswelle (9) zu den Rädern (6, 8) einer der Antriebsachsen (3, 4) schaltbar ist, – die Kupplungseinrichtung (11) als Ausgleichsgetriebe (12) mit ungleicher Drehmomentaufteilung ausgestaltet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgetriebe (12) koaxial zur Antriebswelle (9) angeordnet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgetriebe (12) schräg gelagerte Ausgleichsräder (14) aufweist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgleichsräder (14) des Ausgleichsgetriebes (12) mit Seitenrädern (15, 16) kämmen, die unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – das Ausgleichsgetriebe (12) drei Schaltstellungen aufweist, nämlich – eine erste Schaltstellung, in welcher eine Abtriebsseite (23) des Ausgleichsgetriebes (12) von einer Antriebsseite (24) des Ausgleichsgetriebes (12) entkoppelt ist, – eine zweite Schaltstellung, in welcher die Abtriebsseite (23) mit der Antriebsseite (24) über Ausgleichsräder (14) des Ausgleichsgetriebes (12) gekoppelt ist, – eine dritte Schaltstellung, in welcher die Ausgangsseite (23) bei gesperrten Ausgleichsrädern (14) mit der Antriebsseite (14) gekoppelt ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Antriebswelle (9) eine Hauptantriebswelle (26) zum Antreiben der Räder (6, 8) der einen Antriebsachse (3, 4) und eine Hilfsantriebswelle (27) zum Antreiben der Räder (6, 8) der anderen Antriebsachse (3, 4) aufweist, – das Ausgleichsgetriebe (12) zum Schalten einer Antriebsverbindung zwischen Hauptantriebswelle (26) und Hilfsantriebswelle (27) ausgestaltet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die Hauptantriebswelle (26) eine Ausgleichsräder (14) des Ausgleichsgetriebes (12) tragende Eingangswelle (17) des Ausgleichsgetriebes (12) bildet und ein Getriebegehäuse (18) des Ausgleichsgetriebes (12) aufweist, das einerseits mit den Ausgleichsrädern (14) antriebsverbunden ist und andererseits zum Antreiben der Räder (6) der einen Antriebsachse (3) dient, – die Hilfsantriebswelle (27) eine Ausgangswelle (29) des Ausgleichsgetriebes (12) aufweist, die einerseits über eine schaltbare Kupplung (20) mit den Ausgleichsrädern (14) antriebsverbunden ist und andererseits zum Antreiben der Räder (8) der anderen Antriebsachse (4) dient.
Antriebsstrang nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die Hauptantriebswelle (26) durch das Ausgleichsgetriebe (12) hindurchgeführt ist und hierzu eine Ausgleichsräder (14) des Ausgleichsgetriebes (12) tragende Eingangswelle (17) des Ausgleichsgetriebes (12) und eine über die Ausgleichsräder (14) damit antriebsverbundene Ausgangswelle (29) des Ausgleichsgetriebes (12) zum Antreiben der Räder (8) der einen Antriebsachse (4) aufweist, – die Hilfsantriebswelle (27) ein Tellerrad (30) aufweist, das einerseits mit den Ausgleichsrädern (14) über eine schaltbare Kupplung (20) antriebsverbunden ist und andererseits zum Antreiben der Räder (6) der anderen Antriebsachse (3) dient.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebsachsen (3, 4) eine Tandemachse (10), insbesondere eine hintere Tandemachse, des Fahrzeugs (1) bilden.