DE102008017679A1

DE102008017679A1 - Kopplungseinrichtung bzw. Antriebsstrang für Fahrzeuge mit einer Kopplungseinrichtung

Info

Publication number: DE102008017679A1
Application number: DE102008017679A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Streinz; Josef Hofstetter; Johannes Dr. Mintzlaff; Werner Kroeger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2009-10-15

Abstract

Kopplungseinrichtung zur Kopplung einer ersten Welle mit einer zweiten Welle eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, insbesondere zur Kopplung eines Endes einer Getriebeausgangswelle mit einem Ende einer Gelenkwelle, wobei die Kopplungseinrichtung folgendes aufweist: - ein Innenteil, das zur drehfesten Kopplung mit der ersten Welle vorgesehen ist, wobei das Innenteil eine Innenverzahnung aufweist, welche auf eine Außenverzahnung der ersten Welle aufschiebbar ist und somit bei einer Drehmomentübertragung eine Axialverschiebung der Kopplungseinrichtung relativ zur ersten Welle ermöglicht, - ein Außenteil, das drehelastisch mit dem Innenteil gekoppelt ist, wobei zwischen dem Inneteil und dem Außenteil elastische Elemente vorgesehen sind, welche eine gewisse Relativdrehung des Innenteils in Bezug auf das Außenteil ermöglichen, und - ein Gelenk, welches dazu vorgesehen ist, das Außenteil drehfest mit der zweiten Welle zu koppeln und einen Winkelausgleich zwischen der ersten und der zweiten Welle zu ermöglichen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kopplungseinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie einen Antriebsstrang für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.
Bei Fahrzeugen mit „Standardantrieb”, d. h. bei Fahrzeugen mit Frontmotor und angetriebener Hinterachse wird das vom Motor über das Getriebe abgegebene Drehmoment über eine Gelenkwelle zum Hinterachsgetriebe übertragen. Da sowohl der Motor-/Getriebeverbund als auch das Hinterachsgetriebe aus Gründen der Schwingungsdämpfung elastisch aufgehängt sind, muss die Gelenkwelle kinematische Ausgleichsfunktionen erfüllen können. Zum einen muss sie einen Winkelausgleich zwischen der Ausgangswelle des Getriebes und der Eingangswelle des Achsgetriebes und darüber hinaus einen Längenausgleich ermöglichen. Um durch die Motordrehzahl angeregte Resonanzschwingungen in der Gelenkwelle zu vermeiden sind die Gelenkwellen herkömmlicher Fahrzeuge üblicherweise zweiteilig aufgebaut, wobei der vordere Gelenkwellenabschnitt über ein Kardangelenk mit dem hinteren Gelenkwellenabschnitt verbunden ist. Zwischen den beiden Gelenkwellenabschnitten ist üblicherweise auch der „Längenausgleich”, d. h. eine Verschiebefunktion vorgesehen.
Darüber hinaus muss die Gelenkwelle noch eine schwingungstechnische Funktion erfüllen, nämlich die Unterbrechung des „Körperschaltpfades” und die Abkoppelung von Torsionsschwingungen, die aus Verzahnungs geräuschen des Getriebes, der Drehungleichförmigkeit des Motors etc. erzeugt werden.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist bei herkömmlichen Fahrzeugen üblicherweise zwischen dem Getriebe und der Gelenkwelle eine in gewissem Umfang elastische „Gelenkscheibe” vorgesehen sowie im Bereich des „Mittengelenks” eine Keilwellenschiebeverzahnung, die einen Längenausgleich ermöglicht. Die Gelenkscheibe vereint die beiden Funktionen „Winkelausgleich” und „Dämpfung”. Sie beansprucht jedoch relativ viel Bauraum und ist relativ teuer. Zwischen der Gelenkwelle und dem (Hinter-)Achsgetriebe ist häufig ein Gleichlaufschiebegelenk angeordnet.
Herkömmliche Gelenkwellen, bei denen die Längenausgleichsfunktion zwischen dem vorderen und dem hinteren Gelenkwellenabschnitt vorgesehen ist, sind auch logistisch mit einem vergleichsweise großen Handhabungsaufwand verbunden. Üblicherweise werden die Gelenkwellen hängend vom Zulieferer zum Fahrzeughersteller transportiert. Um ein beim hängenden Transport ein „Auseinanderrutschen” der beiden Gelenkwellenabschnitte zu verhindern, müssen die Gelenkwellenabschnitte durch eine „Halteklammer” o. ä. gesichert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es zum einen, eine Antriebsstrangkomponente zu schaffen, die einen einfacheren, kostengünstigeren Aufbau des Antriebsstrangs und eine einfachere Montage des Antriebsstrangs ermöglicht, und zum anderen, einen eine derartige Antriebsstrangkomponente aufweisenden Antriebsstrang.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 5. gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist die Erkenntnis, dass es vorteilhaft ist, die „Längenausgleichsfunktion” von der „Gelenkwellenmitte” zum getriebeseitigen Ende der Gelenkwelle zu „verlegen” und die Längenausgleichsfunktion möglichst zusammen mit einer Dämpfungsfunktion und einer Winkelausgleichsfunktion in einem einzigen „Kopplungselement” zu vereinen, über welches das getriebeseitige Ende der Gelenkwelle mit der Getriebeausgangswelle gekoppelt ist.
Ganz allgemein wird eine Kopplungseinrichtung zur Kopplung einer „ersten Welle” mit einer „zweiten Welle” eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Bei der ersten Welle kann es sich um das Ende einer Getriebeausgangswelle und bei der zweiten Welle um das Ende einer Gelenkwelle handeln.
Die Kopplungseinrichtung weist ein Innenteil, ein Außenteil und ein Gelenk auf. Das Innenteil ist zur drehfesten Kopplung mit der ersten Welle bzw. mit der Getriebeausgangswelle vorgesehen. Das Innenteil wiederum weist eine Innenverzahnung auf, welche auf eine Außenverzahnung der ersten Welle bzw. der Getriebeausgangswelle aufschiebbar ist. Das Innenteil ist im montierten Zustand und selbst unter Last auf der Außenverzahnung der ersten Welle verschiebbar, wodurch ein „Längenausgleich” darstellbar ist. Unter dem Begriff „Längenausgleich” ist zu verstehen, dass eine Axialverschiebung der Kopplungseinrichtung relativ zur ersten Welle ermöglicht wird.
Das Außenteil ist drehelastisch mit dem Innenteil gekoppelt. Zur Erreichung der Drehelastizität sind zwischen dem Innenteil und dem Außenteil „elastische Elemente” angeordnet, die eine gewisse Relativdrehung des Innenteils in Bezug auf das Außenteil ermöglichen.
Die Kopplungseinrichtung weist ferner ein Gelenk auf, welches dazu vorgesehen ist, das Außenteil drehfest mit der zweiten Welle bzw. mit dem getriebeseitigen Ende der Gelenkwelle zu koppeln. Das Gelenk ermöglicht einen Winkelausgleich zwischen der ersten und der zweiten Welle. Bei dem Gelenk kann es sich z. B. um ein Kardan- bzw. Kreuzgelenk, ein Kugelfestgelenk oder um einen anderen für Antriebsstange geeigneten Gelenktyp handeln.
Ein wesentlicher mit einer derartigen Kopplungseinrichtung erreichbarer Vorteil besteht darin, dass in der Mitte der Gelenkwelle nur noch ein Gelenk, nicht aber ein Längenausgleich vorgesehen sein muss. Im montierten Zustand ist die Gelenkwelle in Axialrichtung ausschließlich über das hintere Gelenkwellenende axial festgelegt, wohingegen das vordere Gelenkwellenende über die Kopplungseinrichtung in Längsrichtung der Gelenkwelle auf der ersten Welle (Getriebeausgangswelle) verschieblich ist. Dadurch verringern sich insgesamt die Herstellkosten für die Gelenkwelle. Kosteneinsparungen ergeben sich auch beim Getriebe, da die Abtriebsseite des Getriebes, d. h. die Getriebeausgangswelle, dann bei vielen Fahrzeugmodellen vereinheitlicht werden kann.
Auch der Einbau der Gelenkwelle vereinfacht sich, da das Innenteil der Kopplungseinrichtung bei der Montage der Gelenkwelle einfach auf das Ende der Getriebeausgangswelle aufgeschoben werden kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, dass auf die bei herkömmlichen Fahrzeugen üblicherweise verwendeten dreiarmigen Gelenkscheiben, für deren Montage bislang teueres Spezialwerkzeug benötigt wurde, verzichtet werden kann. Durch den Wegfall der bislang verwendeten Gelenkscheiben ergibt sich insgesamt eine wesentlich kompaktere Bauweise, was gerade in dem konzeptbedingt sehr engen Bereich des „Mitteltunnels”, in dem sich der Getriebeausgang befindet, von großem Vorteil ist.
Durch den Entfall des Längenausgleichs in der Mitte der Gelenkwelle werden beim hängenden Transport der Gelenkwellen keine Halteklammern mehr benötigt, was eine höhere „Packungsdichte” im Transportbehälter für die Gelenkwellen ermöglicht. Durch den Entfall der Halteklammern vereinfacht sich auch die bei Premiumfahrzeugen üblicherweise durchgeführte Lackierung der Gelenkwellen. Ferner entfällt das bislang vor dem Lackieren erforderliche Abdecken der Schraubflächen sowie das anschließende Demaskieren.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die „elastischen Elemente” der Kopplungseinrichtung „erste elastische Elemente”, die in Radialrichtung der Kopplungseinrichtung gesehen zwischen dem Innenteil und dem Außenteil angeordnet sind und die bei einer Relativdrehung des Innenteils in Bezug auf das Außenteil primär scherbelastet sind. Die ersten elastischen Elemente können an ihrer radialen Innenseite und an ihrer radialen Außenseite drehfest mit dem Innenteil bzw. mit dem Außenteil verbunden sein. Aufgabe der ersten elastischen Elemente ist es auch, das Innenteil und das Außenteil mit einer definierten Kennlinie radial gegeneinander abzustützen, dabei aber Axialbewegungen mit einer definierten Kennlinie zuzulassen und im unteren Drehmomentenbereich das System zu dämpfen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Innenteil von seinem Außenumfang abstehende zahnartige Elemente auf, die zwischen von einem Innenumfang des Außenteils abstehende zahnartige Elemente eingreifen. Die zahnartigen Elemente sind so konzipiert, dass sie ein gewisses Verdrehspiel des Innenteils in Bezug auf das Außenteil ermöglichen.
Vorzugsweise sind zusätzlich zu den ersten elastischen Elementen zweite elastische Elemente vorgesehen, die in Umfangsrichtung des Innen- bzw. Außenteils gesehen, zwischen den zahnartigen Elementen des Innenteils und den zahnartigen Elementen des Außenteiles angeordnet sind. Die zweiten elastischen Elemente werden bei einer Relativdrehung des Innenteils in Bezug auf das Außenteil primär druckbelastet. Anders ausgedrückt werden die zweiten elastischen Elemente bei einer Relativdrehung des Innenteils in Bezug auf das Außenteil durch Flankenabschnitte der zahnartigen Elemente des Innenteils und Flankenabschnitte der zahnartigen Elemente des Außenteils in Umfangsrichtung der Kopplungseinrichtung zusammengepresst.
Die Erfindung umfasst insbesondere auch einen Antriebsstrang für Fahrzeuge, mit einem Getriebe, das eine Getriebeausgangswelle mit einer an ihrem Ende vorgesehenen Außenverzahnung aufweist sowie mit einem Achsgetriebe und einer Gelenkwelle, über die die Getriebeausgangswelle drehmomentübertragend mit der Eingangswelle des Achsgetriebes gekoppelt ist. Gemäß der Erfindung ist die Getriebeausgangswelle über die oben beschriebene Kopplungseinrichtung mit einem bzw. mit dem „vorderen” Ende der Gelenkwelle gekoppelt. Das der Kopplungseinrichtung abgewandte Ende der Gelenkwelle kann in Längsrichtung der Gelenkwelle fest mit der Eingangswelle des Achsgetriebes gekoppelt sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Antriebsstrang bzw. ist die Gelenkwelle im Bereich zwischen der Kopplungseinrichtung und der Eingangswelle des Achsgetriebes in Längsrichtung der Gelenkwelle im Wesentlichen „starr”. Es braucht also kein „zusätzlicher” Längenausgleich vorgesehen sein. Vielmehr kann vorgesehen sein, dass der gesamte Längenausgleich im Antriebsstrang ausschließlich über das verschieblich auf der Getriebeausgangswelle angeordnete Innenteil der Kopplungseinrichtung erfolgt.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 zeigt eine Kopplungseinrichtung 1, die ein Innenteil 2, ein Außenteil 3, sowie ein mit dem Außenteil 3 drehfest verbundenes Gabelstück 4 eines hier nicht näher dargestellten Kreuzgelenks aufweist.
Wie am besten aus einer Zusammenschau der 1 und 3 ersichtlich ist, weist das Innenteil 2 radial nach außen abstehende zahnartige Elemente 5–9 auf, die zwischen radial nach innen abstehende zahnartige Elemente 10–14 des Außenteils 3 eingreifen. Die zahnartigen Elemente 10–14 des Außenteils 3 sind, wie am besten aus den 2 und 3 ersichtlich ist, durch „Einpressungen” gebildet. Die „Zahnzwischenräume” zwischen den zahnartigen Elementen 10–14 sind hinreichend groß, so dass eine gewisse Relativverdrehung des Innenteils 2 in Bezug auf das Außenteil 3 ermöglicht wird.
Eine Relativverdrehung des Innenteils 2 in Bezug auf das Außenteil 3 wird durch elastische Elemente gedämpft. Die elastischen Elemente umfassen erste elastische Elemente 15, 16 (1), die in Radialrichtung der Kopplungseinrichtung 1 gesehen zwischen dem Innenteil 2 und dem Außenteil 3 angeordnet sind. Genauer gesagt handelt es sich bei den ersten elastischen Elementen 15, 16 um Elastomerelemente 17, 18, die zwischen einem Innenring 19, 20 und einem Außenring 21, 22 angeordnet sind. Die Innenringe 19, 20 sind auf zugeordnete Außenumfänge 23, 24 des Innenteils 2 aufgepresst. Die Außenringe 21, 22 sind hingegen in das Außenteil 3 eingepresst. Bei einer Relativdrehung des Innenteils 2 in Bezug auf das Außenteil 3 bleiben die Innenringe 19, 20 im Wesentlichen fest mit dem Innenteil 2 und die Außenringe 21, 22 im Wesentlichen fest mit dem Außenteil 3 verbunden. Eine Relativdrehung des Innenteils 2 im Bezug auf das Außenteil 3 führt somit zu einer Scherung der Gummielemente 17, 18.
Wie aus 3 ersichtlich ist, sind zusätzlich zu den ersten elastischen Elementen zweite elastische Elemente 25–34 vorgesehen, die zwischen den radial nach außen abstehenden zahnartigen Elementen 5–9 des Innenteils und den radial nach innen abstehenden zahnartigen Elementen 10–14 des Außenteils 3 angeordnet sind. Die zweiten elastischen Elemente 25–34 liegen an den Flanken der zahnartigen Elemente 5–9 bzw. 10–14 an. Bei einer Relativdrehung des Innenteils 2 in Bezug auf das Außenteil 3 werden die zweiten elastischen Elemente 25–34 in Umfangsrichtung durch die zahnartigen Elemente 5–9 bzw. 10–14 zusammengepresst. Im Unter schied zu den ersten elastischen Elementen 15, 16 sind die zweiten elastischen Elemente 25–34 nicht primär scherbelastet, sondern primär druckbelastet.
Das Innenteil 2 der Kopplungseinrichtung 1 weist eine Innenverzahnung 35, 36 auf, die mit einer hier nicht näher dargestellten Außenverzahnung, die auf einem Ende einer Getriebeausgangswelle eines Getriebes vorgesehen ist, zusammenwirkt. Die Kopplungseinrichtung 1 kann somit mit ihrem Innenteil 2 einfach auch die zugeordnete Außenverzahnung der Getriebeausgangswelle aufgeschoben werden. Über ein Gelenk, von dem in den 1–4 lediglich das Gabelstück 4 dargestellt ist, kann die Kopplungseinrichtung 1 mit einem vorderen Ende einer Gelenkwelle verbunden sein. Das vordere Gelenkwellenstück kann über ein weiteres hier nicht dargestelltes Gelenk mit einem hinteren Gelenkwellenstück verbunden sein. Das hintere Gelenkwellenstück wiederum kann unmittelbar oder über ein weiteres Gelenk mit einer Eingangswelle eines Achsgetriebes gekoppelt sein. Bei der Montage der Gelenkwelle braucht lediglich das Innenteil 2 der mit dem vorderen Ende der Gelenkwelle verbundenen Kopplungseinrichtung auf die Getriebeausgangswelle aufgeschoben und das hintere Gelenkwellenende mit dem Achsgetriebe verbunden werden.

Claims

Kopplungseinrichtung (1) zur Kopplung einer ersten Welle mit einer zweiten Welle eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, insbesondere zur Kopplung eines Endes einer Getriebeausgangswelle mit einem Ende einer Gelenkwelle, wobei die Kopplungseinrichtung (1) folgendes aufweist: – ein Innenteil (2), das zur drehfesten Kopplung mit der ersten Welle vorgesehen ist, wobei das Innenteil (2) eine Innenverzahnung (35, 36) aufweist, welche auf eine Außenverzahnung der ersten Welle aufschiebbar ist und somit bei einer Drehmomentübertragung eine Axialverschiebung der Kopplungseinrichtung (1) relativ zur ersten Welle ermöglicht, – ein Außenteil (3), das drehelastisch mit dem Innenteil (2) gekoppelt ist, wobei zwischen dem Innenteil (2) und dem Außenteil (3) elastische Elemente (15, 16; 25–34) vorgesehen sind, welche eine gewisse Relativdrehung des Innenteils (2) in Bezug auf das Außenteil (3) ermöglichen, und – ein Gelenk (4), welches dazu vorgesehen ist, das Außenteil (3) drehfest mit der zweiten Welle zu koppeln und einen Winkelausgleich zwischen der ersten und der zweiten Welle zu ermöglichen.
Kopplungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (15, 16; 25–34) erste elastische Elemente (15, 16) umfassen, die in Radialrichtung gesehen zwischen dem Innenteil (2) und dem Außenteil (3) angeordnet sind und die bei einer Relativdrehung des Innenteils (2) in Bezug auf das Außenteil (3) primär scherbelastet sind.
Kopplungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (2) von seinem Außenumfang abstehende zahnartige Elemente (5–9) aufweist, die zwischen von einem Innenumfang des Außenteils (3) abstehende zahnartige Elemente (10–14) eingreifen.
Kopplungseinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Innen- und Außenteils (2, 3) gesehen, zwischen den zahnartigen Elementen (5–9) des Innenteils (2) und den zahnartigen Elementen (10–14) des Außenteils (3) zweite elastische Elemente (25–34) vorgesehne sind, die bei einer Relativdrehung des Innenteils (2) in Bezug auf das Außenteil (3) primär druckbelastet sind.
Antriebsstrang für Fahrzeuge, mit – einem Getriebe, das eine Getriebeausgangswelle mit einer an ihrem Ende vorgesehenen Verzahnung aufweist, – einem Achsgetriebe und – einer Gelenkwelle, über die die Getriebeausgangswelle drehmomentübertragend mit einer Eingangswelle des Achsgetriebes gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeausgangswelle über eine Kopplungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–5 mit einem Ende der Gelenkwelle gekoppelt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das der Kopplungseinrichtung (1) abgewandte Ende der Gelenkwelle in Längsrichtung der Gelenkwelle fest mit der Eingangswelle des Achsgetriebes gekoppelt ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang im Bereich zwischen der Kopplungseinrichtung (1) und der Eingangswelle des Achsgetriebes in Längsrichtung der Gelenkwelle im Wesentlichen starr ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 5–7 dadurch gekennzeichnet, dass ein Längenausgleich im Antriebsstrang ausschließlich über das verschieblich auf der Getriebeausgangswelle angeordnete Innenteil (2) der Kopplungseinrichtung vorgesehen ist.