-
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung zum Zuschalten einer Antriebsachsein einem mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeug, sowie eine Antriebsstranganordnung mit einer solchen Kupplungsanordnung. Die Kupplungsanordnung umfasst einen ersten Antriebsstrang zum permanenten Antreiben einer ersten Antriebsachse sowie einen zweiten Antriebsstrang der bedarfsweise zugeschaltet werden kann, um Drehmoment auf eine zweite Antriebsachse zu übertragen. Derartige Kupplungsanordnungen mit bedarfsweise zuschaltbarer Antriebsachse werden auch als „Hangon“ oder „On-demand“-Systeme bezeichnet.
-
Aus der
DE 103 11 427 A1 ist eine Differentialanordnung bekannt mit einem Antriebselement und einem Differentialgetriebe. Es ist ein erstes Kupplungspaket vorgesehen, das eingerückt werden kann, um Drehmoment von dem Antriebselement auf das Differentialgetriebe zu übertragen, und ein zweites Kupplungspaket, das eingerückt werden kann, um eine Relativdrehung der Abtriebselemente des Differentialgetriebes zu blockieren. Die beiden Kupplungspakete sind koaxial zur Drehachse des Differentialgetriebes axial benachbart zueinander und funktional in Reihe angeordnet. Bei Betätigung des Elektromotors wird zunächst das erste Kupplungspaket geschlossen, so dass Drehmoment auf das Differentialgetriebe übertragen wird. Durch weitere Betätigung kann zusätzlich das zweite Kupplungspaket geschlossen werden, um die Differentialwirkung zu blockieren.
-
Aus der
DE 103 04 730 B3 ist eine Reibungskupplung mit Klauenkupplung bekannt. Die Reibungskupplung umfasst ein Lamellenpaket, das sich über eine axial verschiebbare Stützscheibe gegen die Rückstellkräfte einer Feder an einer Kupplungsnabe axial abstützt. Mit dem Kupplungskorb bildet die Stützscheibe eine Formschlusskupplung.
-
Aus der
EP 0 466 863 B1 ist eine Vorrichtung zum Zuschalten eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug mit einem Verteilergetriebe für mehrere Antriebsstränge bekannt. Einer der Antriebsstränge ist ständig mit einer Antriebseinheit verbunden und ein weiterer Antriebsstrang ist zuschaltbar mit der Antriebseinheit verbindbar. Zum Zuschalten des Antriebsstrangs ist eine elektronisch betätigbare Reibungskupplung vorgesehen, die in einem Verteilergetriebe oder in einem Differentialgetriebe angeordnet sein kann.
-
Aus der
DE 10 2005 023 675 A1 ist eine drehmomentübertragende Differentialanordnung bekannt, die eine drehzahlabhängige Kupplung mit einer Fluidpumpe und einer Reibungskupplungsanordnung umfasst. Die Reibungskupplungsanordnung weist ein äußeres Gehäuseteil auf, das mit einem angetriebenen Antriebsstrang verbunden ist, ein Lamellenpaket und eine Kupplungsmuffe, die über eine Klauenkupplung mit einem inneren Gehäuseteil schaltbar verbunden ist. Dreht der angetriebene Antriebsstrang mit unterschiedlicher Drehzahl als das innere Gehäuseteil, wird von der Fluidpumpe Hydraulikflüssigkeit gefördert, so dass die Reibungskupplung im Schließsinn beaufschlagt wird und eine Drehzahlangleichung zwischen der angetriebenen und der nicht angetriebenen Achse erfolgt.
-
Aus der
DE 738 514 A ist eine Synchronisierungsvorrichtung für eine Klauenkupplung bekannt, insbesondere in einem Zahnräderwechselgetriebe.
-
Bei Antriebsanordnungen mit zuschaltbarem Antriebsstrang wird die zugehörige Antriebsachse nicht permanent angetrieben, um Verluste gering zu halten. Doch auch in abgeschaltetem Zustand rotieren die drehmomentübertragenden Bauteile der zuschaltbaren Antriebsachse mit, was zu unerwünschten Verlustleistungen führt. Diese Verlustleistungen sind dafür verantwortlich, dass mehrachsgetriebene Kraftfahrzeuge mit einem Hang-on Antriebsstrang einen höheren Kraftstoffverbrauch aufweisen, als einachsgetriebene Kraftfahrzeuge.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsanordnung zum Zuschalten einer Antriebsachse in einem mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeug vorzuschlagen, die eine Reduzierung ungewünschter Schleppmomente bzw. Verlustleistungen ermöglicht und die einfach und kostengünstig aufgebaut ist. Die Aufgabe besteht weiter darin, eine Antriebsstranganordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Kupplungsanordnung vorzuschlagen.
-
Eine Lösung besteht in einer Kupplungsanordnung zum Zuschalten einer Antriebsachse im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine extern steuerbare Reibungskupplung mit einem Kupplungseingangsteil, das um eine Drehachse drehend antreibbar ist, und mit einem Kupplungsausgangsteil, wobei die Reibungskupplung eine Druckplatte zum Beaufschlagen eines aus Außenlamellen und Innenlamellen bestehenden Lamellenpakets aufweist; ein Differentialgetriebe mit einem Eingangselement und zwei Ausgangselementen, die mit dem Eingangselement antriebsverbunden sind; wobei das Eingangselement des Differentialgetriebes koaxial zum Kupplungsausgangsteil angeordnet ist und mit dem Kupplungsausgangsteil zur Übertragung eines Drehmoments antreibbar verbindbar ist; sowie eine Schaltkupplung, die in Reihe zwischen der Reibungskupplung und dem Differentialgetriebe vorgesehen und als formschlüssige Schaltkupplung gestaltet ist und die ein mit dem Kupplungsausgangsteil fest verbundenes erstes Kupplungsteil sowie ein mit dem Eingangselement des Differentialgetriebes fest verbundenes zweites Kupplungsteil aufweist, wobei das Kupplungsausgangsteil axial verschiebbar ist und von der Druckplatte in Richtung zum Eingangselement axial beaufschlagbar ist.
-
Mit antreibbar verbunden ist jeweils gemeint, dass das Kupplungsausgangsteil und das Differentialeingangsteil zur Übertragung eines Drehmoments entweder unmittelbar miteinander verbunden sind, oder dass die beiden genannten Teile schaltbar miteinander verbindbar sind. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnungen besteht darin, dass die von der Kupplungsanordnung angetriebene Antriebsachse durch Öffnen der Reibungskupplung vom Antriebsstrang abgekoppelt werden kann. In diesem Zustand drehen die Bauteile des Differentialgetriebes lastfrei mit. Zumindest das Kupplungseingangsteil ist jedoch vom Differentialgetriebe abgekoppelt, so dass Schleppmomente und Reibungsverluste vermindert werden.
-
Besonders eignet sich eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer Antriebsstranganordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug mit einer permanent angetriebenen ersten Antriebsachse und einer bedarfsweise zuschaltbaren zweiten Antriebsachse, und zwar zum Zu- bzw. Abschalten der zweiten Antriebsachse. Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist an dem der Kupplungsanordnung entgegengesetzten Ende der Längsantriebswelle eine weitere Kupplung vorgesehen. Dies ermöglicht es, durch Öffnen der beiden vor und hinter der Längsantriebswelle liegenden Kupplungen, die gesamte Längsantriebswelle sowie die damit drehenden Bauteile abzuschalten. Die Längsantriebswelle dreht somit nicht mehr mit, so dass Schleppmomente und Reibungsverluste erheblich vermindert werden, was sich günstig auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.
-
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Reibungskupplung als Lamellenkupplung gestaltet. Die Lamellenkupplung weist einen Außenlamellenträger auf, mit dem die Außenlamellen drehfest und axial verschiebbar verbunden sind, sowie einen Innenlamellenträger, mit dem die Innenlamellen drehfest und axial verschiebbar verbunden sind. Die Außenlamellen und Innenlamellen sind axial abwechselnd angeordnet und bilden gemeinsam ein Lamellenpaket, das von einer extern ansteuerbaren Axialverstellvorrichtung beaufschlagt bzw. freigeschaltet werden kann. Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Lamellenpaket über eine Druckplatte von der Axialverstellvorrichtung beaufschlagt wird, wobei das Lamellenpaket an der der Druckplatte axial gegenüberliegenden Seite an einer Stützplatte axial abgestützt ist. Vorzugsweise ist der Außenlamellenträger mit dem Kupplungseingangsteil fest verbunden, insbesondere einteilig gestaltet, wobei über das Kupplungseingangsteil Drehmoment von der Längsantriebswelle in die Kupplungsanordnung eingeleitet wird; der Innenlamellenträger ist mit dem Kupplungsausgangsteil fest verbunden oder einteilig mit diesem gestaltet. Eine umgekehrte Anordnung ist jedoch ebenso denkbar.
-
Das Eingangselement des Differentialgetriebes ist vorzugsweise in Form eines Trägerelements gestaltet, in dem Differentialräder auf individuellen Achsen drehbar gelagert sind und gemeinsam mit dem Trägerelement um die Drehachse A des Differentialgetriebes umlaufen. Die Differentialräder sind mit einem ersten und einem zweiten Seitenwellenrad in Verzahnungseingriff, um diese anzutreiben. Die beiden Seitenwellenräder sind in dem Trägerelement koaxial zur Drehachse A drehbar gelagert und werden drehfest mit Seitenwellen verbunden, um ein Drehmoment auf die zugehörigen Räder des Kraftfahrzeugs zu übertragen. Für einen kompakten Aufbau der Kupplungsanordnung ist es günstig, wenn das Trägerelement des Differentialgetriebes um die Drehachse A drehbar in dem Kupplungseingangsteil gelagert ist. Dabei ist das Kupplungseingangsteil Teil eines Kupplungsgehäuses, in dem das Trägerelement aufgenommen ist. Es ist jedoch auch möglich, dass das Trägerelement in einem separaten stehenden Gehäuse drehbar gelagert ist, in dem auch die Reibungskupplung koaxial zur Drehachse A drehbar gelagert ist. Die Kupplungsanordnung kann so gestaltet sein, dass das Lamellenpaket axial benachbart zum Differentialrädersatz angeordnet ist, wobei das Lamellenpaket dann vorzugsweise auf einem kleinen Radius innerhalb des Trägerelements liegt. Hierdurch ergibt sich ein radial kompakter Aufbau. Es ist aber auch möglich, dass das Lamellenpaket mit axialer Überdeckung radial außerhalb des Trägerelements angeordnet ist, wobei ein axial kompakter Aufbau erreicht wird. Zwischenformen der Anordnung des Lamellenpakets in Bezug auf das Trägerelement sind ebenso denkbar.
-
Die Reibungskupplung kann, was für alle hier beschriebenen Reibungskupplungen gilt, jede beliebige Zwischenstellung zwischen der geöffneten Stellung, in der kein Drehmoment übertragen wird, und der vollständig geschlossenen Stellung, in der Kupplungseingangsteil und Kupplungsausgangsteil mit derselben Drehzahl drehen, einnehmen. Auf diese Weise lässt sich das auf die bedarfsweise zuschaltbare Antriebsachse übertragene Drehmoment genau dosieren.
-
Die Schaltkupplung ist vorzugsweise funktional in Reihe zwischen der Reibungskupplung und dem Differentialgetriebe angeordnet, wobei die Schaltkupplung ein mit dem Kupplungsausgangsteil zumindest drehfest verbundenes erstes Kupplungsteil sowie ein mit dem Trägerelement des Differentialgetriebes zumindest drehfest verbundenes zweites Kupplungsteil aufweist. Die Schaltkupplung ist als formschlüssige Schaltkupplung gestaltet, das heißt, das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil sind durch Formschluss miteinander zur Übertragung eines Drehmoments in Eingriff bringbar. Beispielhaft für formschlüssige Schaltkupplungen seien hier eine Klauenkupplung oder eine Zahnkupplung genannt, wobei die Zahnkupplung eine Längsverzahnung oder eine Hirthverzahnung aufweisen kann.
-
Nach einer günstigen Ausführungsform ist das erste Kupplungsteil der Schaltkupplung fest mit dem Kupplungsausgangsteil verbunden, insbesondere einteilig mit diesem gestaltet. Das zweite Kupplungsteil der Schaltkupplung ist fest mit dem Trägerelement des Differentialgetriebes verbunden, insbesondere einteilig mit diesem gestaltet. Durch die einteilige Ausgestaltung der Kupplungsteile der Schaltkupplung mit dem jeweiligen Anschlussbauteil ergibt sich in vorteilhafter Weise ein kompakter Aufbau der Kupplungsanordnung mit einer geringen Teilezahl.
-
Die Betätigung der Kupplungsanordnung zur Drehmomentübertragung auf das Differentialgetriebe bzw. die zugehörige Antriebsachse erfolgt zweistufig. Zunächst wird die Schaltkupplung geschlossen, so dass Drehmoment von der Reibungskupplung auf das Differentialgetriebe übertragen werden kann. Das Schließen der Schaltkupplung erfolgt durch axiales Beaufschlagen der Druckplatte mittels der Axialverstellvorrichtung. Die Druckplatte ist, vorzugsweise über ein Axiallager und Federmittel, gegen das Kupplungsausgangsteil axial abgestützt, so dass ein axiales Verschieben der Druckplatte das Kupplungsausgangsteil bzw. das damit fest verbundene erste Kupplungsteil der Schaltkupplung in Richtung Differentialgetriebe bewirkt. Dabei greifen die beiden Kupplungsteile der Schaltkupplung formschlüssig ineinander, so dass sie Drehmoment auf das Trägerelement des Differentialgetriebes übertragen können. Nach dem Schließen der Schaltkupplung kann durch entsprechende Betätigung der Axialverstellvorrichtung das von der Reibungskupplung auf die zuschaltbare Antriebsachse zu übertragende Drehmoment nach Bedarf eingestellt werden.
-
Zum Öffnen der Schaltkupplung sind zwischen den Kupplungsteilen der Schaltkupplung vorzugsweise Federmittel vorgesehen, die beispielsweise in Form von Tellerfedern gestaltet sein können. Das heißt, in unbetätigtem Zustand der Axialverstellvorrichtung, werden die beiden Kupplungsteile der Schaltkupplung durch die Federmittel voneinander weg beaufschlagt. Zusätzlich ist vorzugsweise ein reibungsminderndes Axiallager zwischen den genannten Bauteilen angeordnet. Die Federmittel und das Axiallager können in inneren Ausnehmungen des Kupplungsausgangsteils bzw. des Trägerelements des Differentialgetriebes platzsparend angeordnet sein.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform ist das erste Kupplungsteil der Schaltkupplung als separates Bauteil ausgestaltet, das drehfest und axial beweglich mit dem Kupplungsausgangsteil verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Kupplungsausgangsteil axial unbeweglich in dem Gehäuse gehalten und die Schaltbewegung zum Schließen der Schaltkupplung wird mittels des ersten Kupplungsteils bewerkstelligt, welches relativ zum Kupplungsausgangsteil axial bewegt wird. Zum erneuten Öffnen der Schaltkupplung, das heißt zum Entkoppeln des ersten Kupplungsteils vom zweiten Kupplungsteil, sind Federmittel vorgesehen, die das erste Kupplungsteil in Richtung Lamellenpaket beaufschlagen.
-
Das erste Kupplungsteil der Schaltkupplung kann nach einer ersten Möglichkeit fest mit der Stützplatte der Reibungskupplung verbunden sein, insbesondere einteilig mit dieser gestaltet sein. Hierdurch ergibt sich ein kompakter Aufbau mit geringer Teilezahl. Die Stützplatte ist drehfest und axial verschiebbar mit dem Kupplungsausgangsteil verbunden, wobei das Lamellenpaket axial zwischen der Stützplatte und der Druckplatte angeordnet ist. Insofern sind die Reibungskupplung und die Schaltkupplung in Reihe geschaltet, das heißt erst ein axiales Beaufschlagen des Lamellenpakets bewirkt ein Schließen der formschlüssigen Schaltkupplung. Da die Stützplatte axial beweglich ist und die eingeleitete Axialkraft auf das Trägerelement weitergibt, kann sie auch als zweite Druckplatte bezeichnet werden. Die Rückstellfeder ist vorzugsweise zwischen der Stützplatte und dem Eingangselement des Differentialgetriebes angeordnet.
-
Das erste Kupplungsteil der Schaltkupplung kann nach einer zweiten Möglichkeit aber auch mit einer Hülse fest verbunden sein, die koaxial zum Kupplungsausgangsteil angeordnet, mit diesem drehfest verbunden und gegenüber diesem axial beweglich gehalten ist. Die Hülse, die auch als Schiebemuffe bezeichnet werden kann, wird von der Druckplatte bei Betätigen der Axialverstellvorrichtung axial beaufschlagt, so dass die Schaltkupplung geschlossen und Drehmoment vom Kupplungsausgangsteil auf das Trägerelement des Differentialgetriebes übertragen werden kann.
-
Für alle vorstehend genannten Ausführungsformen mit Schaltkupplung gilt, dass bei Betätigung der Axialverstellvorrichtung erst die Schaltkupplung geschlossen wird, so dass Drehmoment auf das Differentialgetriebe übertragen werden kann, und dass erst danach eine bedarfsweise Steuerung des von der Reibungskupplung übertragbaren Drehmoments auf die zuschaltbare Antriebsachse erfolgt.
-
Nach einer bevorzugten Weiterbildung, die ebenfalls für alle vorstehenden Ausführungsformen mit Schaltkupplung gilt, ist zwischen dem Kupplungsausgangsteil und dem Trägerelement des Differentialgetriebes eine Synchronisiereinheit vorgesehen. Die Synchronisiereinheit ist derart gestaltet, dass bei axialer Verschiebung des Kupplungsausgangsteils in Richtung Differentialgetriebe zumindest teilweise eine Drehzahlangleichung zwischen dem Kupplungsausgangsteil und dem Trägerelement des Differentialgetriebes bewirkt wird. Dies hat den Vorteil, dass ungewünschte Schaltgeräusche, die beim Öffnen und Schließen der Schaltkupplung auftreten können, reduziert oder gänzlich vermieden werden können.
-
Bei der Ausführungsform mit Synchronisiereinheit erfolgt das Zuschalten des Antriebsstrangs bzw. dessen Betätigung im Prinzip dreistufig. Zunächst wird die Drehzahl des Kupplungsausgangsteils an die Drehzahl des Trägerelements des Differentialgetriebes angeglichen, was auch als Synchronisieren bezeichnet werden kann. Anschließend, wenn die beiden genannten Bauteile und die damit verbundenen Kupplungsteile der Schaltkupplung synchronisiert bzw. teilsynchronisiert sind, wird die Schaltkupplung durch weiteres Beaufschlagen der Druckplatte geschlossen. Erst danach erfolgt die bedarfsweise Steuerung des von der Reibungskupplung auf die zuschaltbare Antriebsachse übertragbaren Drehmoments.
-
Vorzugsweise hat die Synchronisiereinheit zumindest eine Reibflächenpaarung, die insbesondere konisch gestaltet sein kann. Die Reibflächenpaarung kann durch ein separates Bauteil gestaltet sein, das im Drehmomentfluss zwischen dem Ausgangsteil der Reibungskupplung und dem Eingangsteil des Differentialgetriebes angeordnet ist. Die Synchronisiereinheit und die Schaltkupplung sind in funktional paralleler Anordnung zwischen dem Kupplungsausgangsteil und dem Eingangsteil des Differentialgetriebes angeordnet, wobei beim Betätigen der Axialverstellvorrichtung, wie oben bereits gesagt, erst die Synchronisiereinheit eine Drehzahlangleichung bewirkt, und dann die Schaltkupplung eine drehfeste Verbindung zwischen dem Kupplungsausgangsteil und dem Eingangsteil des Differentialgetriebes herstellt.
-
Die Lösung der obengenannten Aufgabe liegt weiter in einer Antriebsstranganordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit, umfassend einen ersten Antriebsstrang, der ständig von der Antriebseinheit antreibbar ist, um Drehmoment auf eine erste Antriebsachse zu übertragen; einen zweiten Antriebsstrang, der zuschaltbar mit der Antriebseinheit zur Übertragung eines Drehmoments verbindbar ist, um eine zweite Antriebsachse anzutreiben, wobei der zweite Antriebsstrang eine Längsantriebswelle umfasst, die im Drehmomentfluss zwischen einem von der Antriebseinheit angetriebenen Verteilergetriebe und der zweiten Antriebsachse angeordnet ist; wobei erste Kupplungsmittel zum An- und Abkoppeln der Längsantriebswelle gegenüber dem Verteilergetriebe vorgesehen sind; wobei der zweite Antriebsstrang eine Kupplungsanordnung nach einer der obengenannten Ausführungsformen aufweist.
-
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebsstranganordnung besteht darin, dass die Längsantriebswelle mit sämtlichen drehenden Bauteilen, insbesondere auch der Lagermittel, von der Antriebseinheit bzw. dem Verteilergetriebe abgekoppelt werden kann. Dabei steht die Längsantriebswelle in abgekoppeltem Zustand still, so dass keine ungewünschten Schleppmomente oder Reibungsverluste auftreten. Insbesondere lassen sich mit der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung auch die mit der Längsantriebswelle eingangsseitig und ausgangsseitig zur Drehmomentübertragung antriebsverbundenen Baugruppen abkoppeln, beispielsweise Winkeltriebe, was nochmals zu einer Reduktion der Verlustleistung aufgrund reduzierter Schleppmomente und Reibungskräfte führt.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Es zeigt
- 1 eine nicht erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer Ausführungsform als Prinzipskizze im Halblängsschnitt
- a) in unbetätigtem Zustand;
- b) in betätigtem Zustand;
- 2 eine nicht erfindungsgemäße Kupplungsanordnung entsprechend der Prinzipskizze aus 1 als Detailzeichnung im Halblängsschnitt in einer ersten Ausgestaltung;
- 3 eine nicht erfindungsgemäße Kupplungsanordnung entsprechend der Prinzipskizze aus 1 als Detailzeichnung im Längsschnitt in einer zweiten Ausgestaltung;
- 4 eine nicht erfindungsgemäße Kupplungsanordnung entsprechend der Prinzipskizze aus 1 als Detailzeichnung im Längsschnitt in einer dritten Ausgestaltung;
- 5 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer ersten Ausführungsform als Prinzipskizze im Halblängsschnitt
- a) in unbetätigtem Zustand;
- b) in einer Zwischenstellung mit geschlossener Schaltkupplung;
- c) in Betätigungszustand der Reibungskupplung;
- 6 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung entsprechend der Prinzipskizze gemäß 3 als Detailzeichnung im Halblängsschnitt;
- 7 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer abgewandelten Ausführungsform als Prinzipskizze im Halblängsschnitt;
- 8 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer weiteren Ausführungsform als Prinzipskizze im Halblängsschnitt
- a) in unbetätigtem Zustand;
- b) in einer ersten Zwischenstellung mit betätigter Synchronisiereinheit;
- c) in einer zweiten Zwischenstellung mit geschlossener Schaltkupplung;
- d) in Betätigungszustand der Reibungskupplung;
- 9 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung entsprechend der Prinzipskizze gemäß 8 als Detailzeichnung im Halblängsschnitt;
- 10 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer weiteren Ausführungsform als Prinzipskizze im Halblängsschnitt;
- 11 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung entsprechend der Prinzipskizze gemäß 10 als Detailzeichnung im Halblängsschnitt;
- 12 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer weiteren Ausführungsform als Prinzipskizze im Halblängsschnitt;
- 13 eine Antriebsstranganordnung mit einer Kupplungsanordnung gemäß 1 als Prinzipskizze.
-
Die 1 bis 12 werden hinsichtlich ihrer Gemeinsamkeiten zunächst gemeinsam beschrieben. Es ist jeweils eine Kupplungsanordnung 2 gezeigt, welche dazu dient, eine Antriebsachse an eine Längsantriebswelle eines Kraftfahrzeuges an- bzw. abzukoppeln und die Drehmomentverteilung auf diese Antriebsachse nach Bedarf einzustellen. Die Kupplungsanordnung 2 umfasst als Baugruppen eine Reibungskupplung 3 und ein Differentialgetriebe 4, die hinsichtlich des Drehmomentflusses in Reihe geschaltet sind, wobei zwischen der Reibungskupplung 3 und dem Differentialgetriebe 4 noch eine Schaltkupplung 41 vorgesehen sein kann.
-
Die Reibungskupplung 3 umfasst ein Kupplungseingangsteil 6, das fest mit einem Tellerrad 7 zur Einleitung eines Drehmoments in die Kupplungsanordnung 2 verbunden ist, sowie ein Kupplungsausgangsteil 8, das zum Antreiben des Differentialgetriebes 4 dient. Die Kupplungsanordnung 2 umfasst des Weiteren eine Axialverstellvorrichtung 9, welche in den Prinzipskizzen nicht dargestellt ist und lediglich als Pfeil symbolisiert wird.
-
Die Reibungskupplung 3 ist in Form einer Lamellenkupplung gestaltet und umfasst Außenlamellen 12, die mit dem Kupplungseingangsteil 6 drehfest und axial verschiebbar verbunden sind, sowie Innenlamellen 13, die mit dem Kupplungsausgangsteil 8 drehfest und axial verschieblich verbunden sind. Insofern bildet das Kupplungseingangsteil 6 der Reibungskupplung den Außenlamellenträger und das Kupplungsausgangsteil 8 stellt den Innenlamellenträger dar. Das aus den Außenlamellen 12 und den hierzu jeweils axial abwechselnd angeordneten Innenlamellen 13 gebildete Lamellenpaket 11 wird bei der Betätigung der Axialverstellvorrichtung 9 über eine Druckplatte 10 im Schließsinne beaufschlagt. Dabei ist das Lamellenpaket 11 axial gegen eine Stützplatte 14 axial abgestützt, die mit dem Kupplungseingangsteil 6 oder mit dem Kupplungsausgangsteil 8 fest verbunden sein kann. Durch Beaufschlagen des Lamellenpakets 11 wird das Kupplungsausgangsteil 8 durch den Reibschluss zwischen den Außenlamellen und Innenlamellen 12, 13 an das Kupplungseingangsteil 6 gekoppelt, so dass Drehmoment vom Tellerrad 7 auf das Differentialgetriebe 4 übertragen werden kann.
-
Das Differentialgetriebe 4 umfasst ein Eingangselement 15, das von dem Kupplungsausgangsteil 8 um die Drehachse A drehend antreibbar ist, ferner ein erstes und ein zweites Seitenwellenrad 16, 16', die relativ zum Eingangselement 15 um die genannte Drehachse A drehbar gelagert sind, sowie mehrere Differentialräder 17, 17', die um radiale Drehachsen B in dem Eingangselement 15 drehbar gelagert sind, mit den Seitenwellenrädern 16, 16' in Verzahnungseingriff sind und mit dem Eingangselement 15 um die Drehachse A umlaufen. Die Differentialräder 17, 17' sind üblicherweise mittels Zapfen 18 in dem Eingangselement 15 um ihre individuellen Drehachsen B drehbar gehalten. Insofern kann das Eingangselement 15 auch als Trägerelement oder Differentialträger bezeichnet werden. Mit den Seitenwellenrädern 16, 16' werden entsprechend hier nicht dargestellte Seitenwellen zur Übertragung eines Drehmoments auf die Räder der Antriebsachse drehfest verbunden, beispielsweise mittels einer Längsverzahnung 19. Das Trägerelement 15 ist auf der Drehachse A innerhalb eines Gehäuses 20 drehbar gelagert, wobei das Gehäuse 20 fest mit dem Kupplungseingangsteil 6 verbunden sein kann, insbesondere einteilig mit diesem gestaltet sein kann.
-
Als Axialverstellvorrichtung 9 kann prinzipiell jede Form von Aktuator zur Erzeugung einer Axialkraft verwendet werden. Diese können mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar sein. Bei den mechanischen Aktuatoren kommt insbesondere eine elektromotorische oder eine elektromagnetische Betätigung in Betracht. Vorzugsweise ist die Axialverstellvorrichtung 9 in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet, welche eine feinfühlige Ansteuerung ermöglicht und axial kurzbauend gestaltet ist.
-
Die Kugelrampenanordnung, wie sie beispielsweise in den 2, 3, 4, 6, 9 und 11 gezeigt ist, umfasst zwei auf der Drehachse A zentriert angeordnete Scheiben 22, 23. Dabei ist die erste der Scheiben als Stützscheibe 22 gestaltet, die gegenüber einem stehenden Bauteil, beispielsweise dem Gehäuse 20, axial abgestützt ist. Die zweite Scheibe ist als axial verschiebbare Stellscheibe gestaltet. Die beiden Scheiben 22, 23 weisen, wie in den Detailzeichnungen zu sehen ist, jeweils auf ihren einander zugewandten Stirnflächen mehrere umfangsverteilte und sich in Umfangsrichtung erstreckende Kugelrillen mit gegensinnig veränderlicher Tiefe auf. In jeweils einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen 24, 25 ist eine Kugel aufgenommen, über die sich die beiden Scheiben 22, 23 aneinander abstützen. Axial zwischen den beiden Scheiben 22, 23 ist ein ringscheibenförmiger Käfig 26 mit umfangsverteilten Fenstern vorgesehen. In jedem Fenster ist eine der Kugeln aufgenommen, die so in Umfangsrichtung in einer definierten Position zueinander gehalten werden. Eine der beiden Scheiben 22, 23 ist mittels eines nicht dargestellten Elektromotors drehend antreibbar, während die andere der beiden Scheiben 23, 22 drehfest gehalten ist.
-
Im Ausgangszustand, das heißt bei vollständig geöffneter Reibungskupplung 3, befinden sich die Scheiben 22, 23 in der zueinander nächstmöglichen Position. Bei Verdrehung der antreibbaren Scheibe verdrehen sich die Paare von Kugelrillen 24, 25 relativ zueinander, so dass die Kugeln in Bereiche geringerer Tiefe laufen. So findet zwischen den Scheiben 22, 23 eine Spreizung statt, wobei die Stellscheibe 23 axial in Richtung zur Reibungskupplung 3 verschoben wird.
-
Die Stellscheibe 23 hat an ihrer Rückseite eine radiale Druckfläche, die über ein zwischengeschaltetes Axiallager 27 eine Druckscheibe 28 axial beaufschlagt. Die Druckscheibe 28 wirkt wiederum auf Druckelemente 29 ein, welche das Gehäuse 20 axial durchdringen und über die Druckplatte 10 das Lamellenpaket 11 beaufschlagen. So führt eine Betätigung der Kugelrampenanordnung 9 zu einer vorbestimmten Sperrung der Reibungskupplung 3 und damit einer Ankopplung des Differentialgetriebes 4 an den Antriebsstrang. Zum erneuten Öffnen der Reibungskupplung 3 wird der Elektromotor in entgegengesetzte Richtung betätigt. Dabei bewirken axial am Gehäuse 20 abgestützte und die Stellscheibe 23 zumindest mittelbar beaufschlagende Druckfedern 30 eine Rückstellung der Stellscheibe 23 in Richtung Stützscheibe 22.
-
Im Folgenden werden die Besonderheiten der unterschiedlichen Ausführungsformen erläutert.
-
Bei den nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 4 ist das Kupplungsausgangsteil 8 jeweils permanent mit dem Trägerelement 15 des Differentialgetriebes 4 antriebsverbunden. Das heißt, Kupplungsausgangsteil 8 und Trägerelement 15 sind fest miteinander verbunden, vorzugsweise einteilig gestaltet. Sie können jedoch auch zunächst als separate Bauteile hergestellt und nachträglich miteinander verbunden sein, beispielsweise mittels Schweißen. Stellvertretend auch für die Ausführungsbeispiele gemäß den 3 und 4 wird nachstehend 2 erläutert. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen mit tiefergestelltem Index „2“ versehen.
-
In der Detailzeichnung gemäß 2 ist erkennbar, dass das Kupplungseingangsteil 62 fest mit einem Gehäuse 20 der Kupplungsanordnung 22 verbunden ist. Das Gehäuse 20 ist zweiteilig gestaltet und umfasst ein topfförmiges erstes Teil 32, das gleichzeitig das Kupplungseingangsteil 82 bildet und in dem die Reibungskupplung 32 und das Differentialgetriebe 42 aufgenommen sind, sowie einen hiermit verbundenes deckelförmiges zweites Teil 33, welches über eine Schraubverbindung (nicht dargestellt) fest mit dem ersten Teil 32 verbunden ist. Das topfförmige erste Gehäuseteil 32 hat einen radialen Abschnitt, gegen den das Trägerelement 152 über eine Anlaufscheibe 34 axial abgestützt ist. Auch das in der vorliegenden Darstellung linke Seitenwellenrad 16'2 ist gegenüber dem ersten Gehäuseteil 32 über eine Anlaufscheibe 35 axial abgestützt. Das gegenüberliegende rechte Seitenwellenrad 162 ist gegenüber einer Radialfläche des Trägerelements 152 über eine Anlaufscheibe 35' axial abgestützt. Das zweite Gehäuseteil 33 weist einen Flanschabschnitt 36 auf, der von den Druckelementen 29 axial durchdrungen wird, sowie einen daran einteilig anschließenden Hülsenabschnitt 37, auf dem die Axialverstellvorrichtung 92 koaxial zur Drehachse A angeordnet ist. Es ist erkennbar, dass die Stützscheibe 22 der Axialverstellvorrichtung 92 mittels eines Wälzlagers 38 gegenüber dem Hülsenabschnitt 37 des zweiten Gehäuseteils 33 axial abgestützt ist.
-
Die Ausführungsform gemäß 3 entspricht weitestgehend derjenigen gemäß 2, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern mit um die Ziffer 3 tiefergestellten Indizes versehen.
-
Die Besonderheit der vorliegenden Kupplungsanordnung gemäß 3 besteht darin, dass die Axialverstellvorrichtung 93 , die Reibungskupplung 33 und das Differentialgetriebe 43 in Bezug auf die Fahrzeugmittelebene Y0 auf einer gemeinsamen Seite angeordnet sind. Das Tellerrad 73 ist in Bezug auf die Fahrzeugmittelebene Y0 auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet, so dass sich eine günstige Ausnutzung des verfügbaren Bauraums ergibt. Dies gilt insbesondere für die Integration der Kupplungsanordnung 23 in der Hinterachse des Kraftfahrzeugs. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die mit den Rädern des Kraftfahrzeugs verbundenen Seitenwellen in gleicher Länge ausgeführt werden können. Es ist ersichtlich, dass das Tellerrad 73 fest mit einer Zwischenwelle 61 verbunden ist, die mittels Lagermitteln 62, 63 koaxial zur Drehachse A in dem Getriebegehäuse 64 drehbar gelagert ist. Die Zwischenwelle 61 ist mittels einer Längsverzahnung 65 drehfest mit dem Kupplungseingangsteil 63 verbunden.
-
Das Kupplungseingangsteil 63 ist vorliegend als Kupplungskorb gestaltet, in dem das Lamellenpaket 113 und das Differentialgetriebe 43 aufgenommen sind. Dabei liegt das Lamellenpaket 113 radial außerhalb des Kupplungsausgangsteils 83 bzw. Differentialträgers 153 . Der Differentialträger 153 ist einerseits mittels eines Wälzlagers 66 gegenüber dem Getriebegehäuse 64 und andererseits mittels eines Wälzlagers 67 gegenüber der Zwischenwelle 61 um die Drehachse A drehbar gelagert. Die Axialverstellvorrichtung 93 ist axial benachbart zur Reibungskupplung 33 an der zur Fahrzeugmittelebene Y0 abgewandten Seite angeordnet. Die Axialverstellvorrichtung 93 ist vorliegend ebenfalls in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet, wobei wie auch in den anderen Ausführungsbeispielen auch eine hydraulische Aktuatorik vorstellbar ist.
-
Eine weitere Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform ist, dass Dichtmittel 68, 69 vorgesehen sind, welche die gesamte Anordnung in zwei Kammersysteme teilen. Dabei wird ein erstes Kammersystem gebildet, in dem das Antriebsritzel und das Tellerrad 73 angeordnet sind, und ein zweites Dichtsystem, in sich die Reibungskupplung 33 mit Differentialgetriebe 43 befinden. Hierdurch wird wiederum ermöglicht, zwei unterschiedliche Schmiermittel zu verwenden, welche individuell an die individuellen Bedürfnisse angepasst sind. Außerdem lässt sich in Fahrzuständen, in denen Schleppverluste zu minimieren sind, das Ölniveau absenken, was nochmals zu einer Reduktion der Leistungsverluste führt.
-
Die Ausführungsform gemäß 4 entspricht weitestgehend denjenigen gemäß den 2 und 3, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern mit um die Ziffer 4 tiefergestellten Indizes versehen.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Reibungskupplung 34 axial benachbart zum Differentialgetriebe 44 angeordnet, wobei das Lamellenpaket 114 mit teilweiser radialer Überdeckung zu den Differentialrädern 174 angeordnet ist. Das Tellerrad 74 befindet sich etwa in der Ebene, die durch die Zapfen 184 der Differentialräder 174 aufgespannt wird. Im Übrigen entspricht die vorliegende Kupplungsanordnung den oben genannten hinsichtlich Aufbau und Funktion.
-
5 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 25 in einer ersten Ausführungsform als Prinzipskizze. Diese Ausführungsform entspricht in weiten Teilen derjenigen gemäß 1, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen mit Index „5“ versehen.
-
Bei der vorliegenden Kupplungsanordnung 25 ist das Kupplungsausgangsteil 85 gegenüber dem Kupplungseingangsteil 65 axial verschiebbar gehalten und kann von der Axialverstellvorrichtung 95 axial beaufschlagt werden. Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform besteht ferner darin, dass eine formschlüssige Schaltkupplung 41 vorgesehen ist, die in Reihe zwischen der Reibungskupplung 35 und dem Differentialgetriebe 45 angeordnet ist. Die formschlüssige Schaltkupplung 41 hat die Funktion, sämtliche vor dem Differentialgetriebe liegenden drehenden Bauelemente vom Antriebsstrang abzukoppeln. Durch diese Maßnahme werden Schleppmomente und Reibungsverluste reduziert. Die formschlüssige Schaltkupplung 41 umfasst ein mit dem Kupplungsausgangsteil 85 fest verbundenes erstes Kupplungsteil 42 sowie ein mit dem Trägerelement 155 des Differentialgetriebes 45 fest verbundenes zweites Kupplungsteil 43, die formschlüssig miteinander zur Übertragung eines Drehmoments in Eingriff gebracht werden können. Mit „formschlüssig“ ist in diesem Zusammenhang eine drehfeste Verbindung gemeint, die durch das Ineinandergreifen des ersten Kupplungsteils in das zweite Kupplungsteil entsteht. Als Beispiele für eine formschlüssige Schaltkupplung seien hier eine Klauenkupplung oder eine Zahnkupplung genannt. Der Formschluss wird bei der vorliegenden Schaltkupplung 41 mittels Längsverzahnungen bewerkstelligt wird, die axial ineinandergeschoben werden können.
-
Die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform mit Schaltkupplung 41 wird nachstehend anhand der 5a bis 5c erläutert. 5a zeigt die Kupplungsanordnung 25 in unbetätigtem Zustand der Axialverstellvorrichtung 95 . Die Druckplatte 105 hat gegenüber dem Lamellenpaket 115 Axialspiel, so dass das Kupplungseingangsteil 65 und das Kupplungsausgangsteil 85 voneinander entkoppelt sind. Durch Betätigen der Axialverstellvorrichtung 95 in begrenztem Maße wird die Druckplatte 105 axial beaufschlagt, die wiederum das Kupplungsausgangsteil 85 über die Federmittel 46 axial verschiebt. Diese Axialverschiebung des Kupplungsausgangsteils 85 bewirkt ein Ineinandergreifen des ersten und des zweiten Kupplungsteils 42, 43 der formschlüssigen Schaltkupplung 41, was in 5b dargestellt ist. In diesem Zustand kann die Reibungskupplung 33 noch kein Drehmoment übertragen. Erst durch weiteres axiales Beaufschlagen der Druckplatte 105 mittels der Axialverstellvorrichtung wird das Lamellenpaket 115 beaufschlagt, so dass das zwischen dem Kupplungseingangsteil 65 und dem Kupplungsausgangsteil 85 zu übertragende Drehmoment bedarfsweise eingestellt werden kann. Dieser Zustand ist in 5c gezeigt.
-
Der Vorteil der vorliegenden Ausführungsform gemäß 5 besteht darin, dass bei geöffneter Schaltkupplung 415 nicht nur das Kupplungseingangsteil 65 der Reibungskupplung 35 und die im Drehmomentfluss davor liegenden Bauteile von der Hinterachse abgekoppelt sind, sondern auch schon das Kupplungsausgangsteil 85 der Reibungskupplung 35 . Auf diese Weise werden Schleppmomente und Reibungsverluste nochmals reduziert, was sich günstig auf den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs auswirkt.
-
6 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 26 in einer weiteren Ausführungsform, die nach dem anhand von 5 erläuterten Prinzip funktioniert. Insofern wird hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise auf die obige Beschreibung zu 5 Bezug genommen. Darüber hinaus entspricht die vorliegende Ausführungsform in weiten Teilen auch derjenigen aus 2, auf deren Beschreibung insofern ebenfalls Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen mit Index „6“ versehen. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
-
Es ist ersichtlich, dass der Formschluss der Schaltkupplung 416 vorliegend mittels einer Hirthverzahnung realisiert wird. Die Hirthverzahnung umfasst als erstes Kupplungsteil 426 eine erste Verzahnung in einer Stirnseite des Kupplungsausgangsteils 86 , sowie als zweites Kupplungsteil 436 eine gegenüberliegende zweite Verzahnung in einer entsprechenden Stirnseite des Trägerelements 156 . Die Axialverstellvorrichtung 95 , die ebenfalls in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet ist, hat zweierlei Funktionen. Zum einen beaufschlagen die Druckelemente 296 mittelbar das Kupplungsausgangsteil 86 in Richtung Trägerelement 156 , so dass die Schaltkupplung 416 geschlossen wird. Dabei erfolgt die Kraftübertragung über die Druckplatte 106 , welche koaxial zur Drehachse A in dem Gehäuse 206 axial verschiebbar gehalten ist, sowie ein Axiallager 45 und Federmittel 46. Die Federmittel 46 sind in Form von Tellerfedern gestaltet, die in einer radialen Ausnehmung des Kupplungsausgangsteils 86 aufgenommen sind. Das Kupplungsausgangsteil 86 ist mittels eines Radiallagers 676 gegenüber dem Gehäuse 206 um die Drehachse A drehbar gelagert. Zur Rückstellung des ersten Teils 426 der Schaltkupplung 416 gegenüber dem Trägerelement 156 sind weitere Federmittel 476 vorgesehen, die das Kupplungsausgangsteil 86 in unbetätigtem Zustand axial in Richtung der Axialverstellvorrichtung 96 beaufschlagen. Die Federmittel 476 sind gegen ein Axiallager 48 in Form eines Nadellagers axial abgestützt, das in einer Ausnehmung des Kupplungsausgangsteils 86 aufgenommen und gegenüber diesem axial abgestützt ist.
-
7 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2 in einer Form, die gegenüber derjenigen aus 5 leicht abgewandelt ist. Insofern wird hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf obige Beschreibung Bezug genommen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass bei der vorliegenden Kupplungsanordnung keine ersten Federmittel als Rückstellfedern zwischen der Druckplatte 107 und dem Kupplungsausgangsteil 87 vorgesehen sind. Die Rückstellung erfolgt hier durch entsprechendes Betätigen der Axialverstellvorrichtung.
-
8 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 28 in einer weiteren Ausführungsform als Prinzipskizze. Diese Ausführungsform entspricht in weiten Teilen derjenigen gemäß 5, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen mit Index „8“ versehen.
-
Die Besonderheit der Kupplungsanordnung 28 gemäß 8 besteht darin, dass zusätzlich zur formschlüssigen Schaltkupplung 418 , 418 eine Synchronisiereinrichtung 51 vorgesehen ist, die im Kraftfluss zwischen dem Kupplungsausgangsteil 88 und dem Trägerelement 158 des Differentialgetriebes 48 angeordnet ist. Die Synchronisiereinheit 51, die vorliegend in Form einer Reibflächenpaarung an den entsprechenden Bauteilen 88 , 158 gestaltet ist, hat die Funktion, vor dem Schließen der Schaltkupplung 418 eine Drehzahlangleichung zwischen dem Trägerelement 158 und dem Kupplungsausgangsteil 88 herzustellen. Die Betätigung der Synchronisiereinheit 51 erfolgt dabei ebenfalls mittels der Axialverstellvorrichtung 98 über die Druckplatte 108 . Bei Betätigung der Axialverstellvorrichtung wird die Druckplatte 108 axial in Richtung Kupplungsausgangsteil 88 bzw. Lamellenpaket 118 beaufschlagt, was in 8a erkennbar ist. Dabei kommt eine Reibfläche 52, die an dem Kupplungsausgangsteil 88 oder einem damit verbundenen Bauteil gebildet ist, mit einer gegenüberliegenden zweiten Reibfläche 53, die an dem Trägerelement 158 oder einem damit verbundenen Bauteil gebildet ist, zur Übertragung eines Drehmoments in Reibkontakt. Auf diese Weise wird die Drehzahl des Kupplungsausgangsteils 88 an die Drehzahl des Trägerelements 158 durch Reibschluss angeglichen. Dieser Zustand ist in 8b gezeigt. Nachdem zumindest teilweise eine Drehzahlangleichung des Kupplungsausgangsteils 88 an das Trägerelement 158 erfolgt ist, wird bei weiterer Beaufschlagung des Kupplungsausgangsteil 88 mittels der Axialverstellvorrichtung die formschlüssige Schaltkupplung 418 zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Kupplungsausgangsteil 88 und dem Trägerelement 158 des Differentialgetriebes 48 geschlossen, was in 8c gezeigt ist. In diesem Zustand dreht die Antriebsachse gemeinsam mit dem Kupplungsausgangsteil 88 , so dass durch entsprechendes Betätigen der Axialverstellvorrichtung 98 die Reibungskupplung 38 nach Bedarf betätigt werden kann, um ein gewünschtes Drehmoment auf die Antriebsachse zu übertragen.
-
Der Vorteil der vorliegenden Ausführungsform mit Synchronisiereinheit 51 gemäß 8 besteht darin, dass, ausgehend vom geöffneten Zustand, bei Betätigung der Axialverstellvorrichtung durch die Synchronisiereinrichtung 51 zunächst ein Reibschluss zwischen dem Kupplungsausgangsteil 88 und dem Trägerelement 158 hergestellt wird. Auf diese Weise werden die Massen des Kupplungsausgangsteils 88 und der damit drehfest verbundenen Innenlamellen auf die Drehzahl des Trägerelements 158 gebracht, das heißt synchronisiert bzw. je nach Stellgeschwindigkeit teilsynchronisiert. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen gemäß den 5 und 6 werden hierdurch Geräusch- und Verschleißprobleme beim darauf folgenden Schaltvorgang der formschlüssigen Schaltkupplung 418 während des Eingriffs des ersten und zweiten Kupplungsteils stark reduziert. Die Axialverstellvorrichtung kann, sofern dies technisch gewünscht ist, so eingestellt werden, dass eine vollständige Synchronisierung des Kupplungsausgangsteils 88 mit dem Trägerelement 158 vor dem Schalten der Schaltkupplung 418 gegeben ist. Auf diese Weise lassen sich Geräusch- bzw. Verschleißprobleme nahezu ausschließen. Die Betätigung der Reibungskupplung 38 erfolgt bei den genannten Ausführungsbeispielen erst nach dem Eingriff der formschlüssigen Schaltkupplung 418 . Dies hat den Vorteil, dass weder der Synchronisierung noch der Schaltkupplung beim Schalten große Massenträgheiten entgegenstehen. Somit ist ein Schalten bei Betriebszuständen mit höheren Differenzdrehzahlen ohne starke Geräuschentwicklung bei reduziertem Verschleiß möglich.
-
9 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 29 in einer weiteren Ausführungsform, die nach dem anhand von 8 erläuterten Prinzip funktioniert. Insofern wird hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise auf die obige Beschreibung zu 8 Bezug genommen. Darüber hinaus entspricht die vorliegende Ausführungsform in weiten Teilen auch derjenigen aus 6, auf deren Beschreibung insofern ebenfalls Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen mit Index „9“ versehen. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
-
Die Synchronisiereinrichtung 519 umfasst bei der Ausführungsform gemäß 9 ein separates Reibelement 54, das drehfest mit einem der beiden Bauteile 89 , 159 verbunden ist und gegenüber dem anderen der beiden Bauteile 159 , 89 axial verschiebbar ist. Das Reibelement 54 ist vorzugsweise in Form eines Rings mit einer konischen Reibfläche gestaltet. Das Reibelement 54 sitzt in einer inneren Ausnehmung des Kupplungsausgangsteils 89 ein, wobei es gegenüber einer Radialfläche des Kupplungsausgangsteils 89 mittels Federmitteln 479 axial abgestützt ist.
-
10 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 210 in einer weiteren Ausführungsform als Prinzipskizze. Diese Ausführungsform entspricht in weiten Teilen derjenigen gemäß 5, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen mit Index „10“ versehen.
-
Die vorliegende Kupplungsanordnung 210 ist dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Schaltkupplung 4110 zwischen der Stützplatte 1410 und dem Trägerelement 1510 bzw. an einem damit fest verbundenen Bauteil gebildet ist. Die Stützplatte 1410 ist drehfest und axial verschieblich mit dem Kupplungsausgangsteil 810 verbunden und ist bei Betätigung der Axialverstellvorrichtung 910 axial in Richtung Trägerelement 1510 verschiebbar. Die formschlüssige Schaltkupplung 4110 ist vorliegend in Form einer Zahnkupplung mit Längsverzahnung gestaltet.
-
Bei geöffneter Reibungskupplung 310 dreht das Kupplungsausgangsteil 810 gemeinsam mit dem Kupplungseingangsteil 610 , so dass Schleppverluste im Lamellenpaket vermieden werden. Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass die formschlüssige Schaltkupplung 4110 und die Reibungskupplung 310 im Vergleich zu den obengenannten Ausführungsbeispielen seriell aktuiert werden. Die auf die formschlüssige Schaltkupplung 4110 wirkende Kraft entspricht der auf das Lamellenpaket der Reibungskupplung 310 einwirkenden Kraft. Diese über die Axialverstellvorrichtung 910 auf die Reibungskupplung 310 ausgeübte Axialkraft wird auf die Stützplatte übertragen, so dass die Verzahnung der Stützplatte mit der entsprechenden Gegenverzahnung am Trägerelement 1510 in Verzahnungseingriff gebracht wird. Dabei summieren sich die axialen Widerstandskräfte aus der Schaltkupplung 4110 , die Rückstellfederkräfte der Schaltkupplung sowie der Zahnflankenreibung auf. Diese Komprimierungskraft, welche auch im Lamellenpaket der Reibungskupplung 310 anliegt, führt zu einem gewissen Kupplungsmoment in der Reibungskupplung und somit zu einem Kraftschluss mit dem Gehäuse, an dem das Tellerrad 710 befestigt ist. Da der formschlüssigen Schaltkupplung somit die Massenträgheiten des Kupplungseingangsteils 610 und auch der Längswelle entgegenstehen, eignet sich die vorliegende Ausführungsform insbesondere für Einsatzfälle, in denen nur bei geringen Drehzahldifferenzen ein Schalten gewünscht ist.
-
11 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 211 in einer weiteren Ausführungsform, die hinsichtlich des Aufbaus und Funktionsprinzips der Ausführungsform nach 10 entspricht. Insofern wird auf die obige Beschreibung zu 10 Bezug genommen. Darüber hinaus entspricht die vorliegende Ausführungsform in weiten Teilen auch derjenigen aus 2, auf deren Beschreibung insofern ebenfalls Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen mit Index „11“ versehen. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
-
Bei der Ausführungsform gemäß 11 ist die formschlüssige Schaltkupplung 4111 in Form einer Zahnkupplung mit Stirnverzahnung gestaltet. Zwischen der Stützplatte 1411 und dem Trägerelement 1511 sind zweite Federmittel 4611 wirksam, welche die Stützplatte 1411 bei unbetätigter Axialverstellvorrichtung axial in Richtung Druckplatte 1011 beaufschlagen, so dass die Schaltkupplung 4111 geöffnet wird. Die Federmittel 4611 sind über eine Anlaufscheibe 49 sowie ein Axiallager 4511 drehbar gegenüber der Stützplatte 1411 axial abgestützt. Vorzugsweise hat die Stützplatte 1411 in ihrer Stirnseite eine Ausnehmung, in der das Axiallager 4511 und die Anlaufscheibe 49 aufgenommen sind.
-
Die Ausführungsform gemäß 12 entspricht weitestgehend derjenigen gemäß 8, auf deren Beschreibung hinsichtlich der Gemeinsamkeiten insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen mit tiefergestellten Indizes versehen. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsausgangsteil 812 axial unverschieblich ist. Die Druckplatte 1012 wirkt über erste Federmittel 4612 auf eine Schiebehülse 39 ein, die gegenüber dem Kupplungsausgangsteil 812 axial beweglich und drehfest gehalten ist. Die Schiebehülse 39 nimmt somit die Verstellfunktion wahr, und zwar erstens zum Synchronisieren der Drehzahl des Kupplungsausgangsteils 812 gegenüber dem Trägerelement 1512 mittels der Synchronisiereinheit 5112 , und zweitens zum drehfesten Verbinden mit dem Trägerelement 1512 mittels der Schaltkupplung 4112 . Der Vorteil der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass das Kupplungsausgangsteil 812 axial unverschieblich in der Kupplungsanordnung 212 gehalten werden kann.
-
Alle der vorstehend genannten Ausführungsformen haben den Vorteil, dass die über die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung zuschaltbare Antriebsachse durch Öffnen der Reibungskupplung vom Antriebsstrang abgekoppelt werden kann. In diesem Zustand drehen die Bauteile des Differentialgetriebes mit der Antriebsachse lastfrei mit. Das Kupplungseingangsteil und gegebenenfalls das Kupplungsausgangsteil und sämtliche im Drehmomentfluss vor der Reibungskupplung liegenden Antriebsteile sind von der Antriebsachse abgekoppelt, so dass Schleppmomente und Reibungsverluste vermindert sind. Damit lässt sich der Kraftstoffverbrauch bei nicht angetriebener sekundärer Antriebsachse reduzieren.
-
13 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Antriebsstranganordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Kupplungsanordnung gemäß 1. Von dem Kraftfahrzeug 71 sind die Antriebseinheit 72, ein erster Antriebsstrang 73 zum Antreiben einer ersten Antriebsachse 74 und ein zweiter Antriebsstrang 75 zum Antreiben einer zweiten Antriebsachse 76 erkennbar. Die Antriebseinheit 72 umfasst einen Verbrennungsmotor 77, eine Kupplung 78 sowie ein Schaltgetriebe 79, über welches Drehmoment in den ersten und den zweiten Antriebsstrang 73, 75 eingeleitet wird. Es versteht sich, dass die Antriebseinheit auch ein beliebiger anderer Antrieb sein kann, beispielsweise ein Elektromotor. Der erste Antriebsstrang 73 umfasst ein Verteilergetriebe 81, das Drehmoment auf den ersten Antriebsstrang 73 und den zweiten Antriebsstrang 75 aufteilt. Das Verteilergetriebe 81 umfasst ein Achsdifferential 81, welches das eingeleitete Drehmoment über die vorderen Seitenwellen 82, 83 auf die zugehörigen Räder 84, 85 überträgt. Zur Drehmomenteinleitung in den Differentialkorb des Achsdifferentials 81 ist ein Ringrad vorgesehen, das von dem Schaltgetriebe 79 drehend angetrieben wird.
-
Der zweite Antriebsstrang 75 umfasst in Reihe folgende Baugruppen, die miteinander zur Übertragung eines Drehmoments antriebsverbunden sind: erste Kupplungsmittel 86, einen ersten Winkeltrieb 87, eine Längsantriebswelle 88, einen zweiten Winkeltrieb 89, und eine Kupplungsanordnung 2, die zum Antreiben der zweiten Achse 76 dient. Es versteht sich, dass die vorstehende Reihenfolge der Baugruppen nicht zwingend ist. Beispielsweise können die ersten Kupplungsmittel im Drehmomentfluß prinzipiell auch hinter dem ersten Winkeltrieb angeordnet sein.
-
Die Kupplungsmittel 86 sind vorliegend in Form einer formschlüssigen Schaltkupplung gestaltet, wobei auch andere Kupplungsformen, wie beispielsweise eine Reibungskupplung zum Einsatz kommen können. Die Schaltkupplung umfasst ein Eingangsteil 91, das von dem Verteilergetriebe 81 angetrieben wird, sowie ein Ausgangsteil 92, das gegenüber dem Eingangsteil 91 verbunden und getrennt werden kann. Das Ausgangsteil 92 ist mit der Eingangswelle des Winkeltriebs 87 verbunden, um Drehmoment in den Winkeltrieb 87 zum Antreiben der zweiten Antriebsachse 76 einzuleiten. Es ist ersichtlich, dass die Eingangswelle des Winkeltriebs 87 koaxial zur Drehachse C angeordnet ist, um welche auch der Differentialträger rotiert. Dabei ist die Eingangswelle als Hohlwelle gestaltet und drehbar auf der Seitenwelle 82 angeordnet. Die Eingangswelle ist wiederum mit einem Tellerrad drehfest verbunden, welches mit einem Kegelrad in Verzahnungseingriff ist, um die Längsantriebswelle 88 drehend anzutreiben. Die Eingangswelle des ersten Winkeltriebs 87 ist mittels erster und zweiter Lagermittel 93, 93' um die Drehachse C drehbar gelagert. Die Lagermittel 93, 93' sind vorzugweise in Form von Wälzlagern gestaltet, wobei andere Lagerformen, wie Gleitlager, nicht ausgeschlossen sind. Es versteht sich, dass der Winkeltrieb 87, welcher auch als „Power Take-Off Unit“ (PTU) bezeichnet wird, auch auf einer zur ersten Antriebsachse 74 parallelen Drehachse angeordnet sein könnte.
-
Die Längsantriebswelle 88, die hier nur schematisch dargestellt ist, ist vorzugsweise in Form einer mehrteiligen Welle gestaltet, die einen ersten Wellenabschnitt 56 und einen hiermit drehfest verbundenen zweiten Wellenabschnitt 94 aufweist. Je nach Länge der Längsantriebswelle 88 können ein hier nicht gezeigtes Zwischengelenk und ein Zwischenlager vorgesehen werden. Es ist ersichtlich, dass der vordere Wellenabschnitt 56 mittels zweier Lagermittel 95, 95' drehbar gelagert ist, und dass der hintere Wellenabschnitt 94 mittels weiterer Lagermittel 96, 96' um eine Drehachse D drehbar gelagert ist.
-
Der zweite Winkeltrieb 89 umfasst ein Antriebsritzel sowie ein hiermit kämmendes Tellerrad 7 als Abtrieb. Das Tellerrad 7 ist drehfest mit dem Kupplungseingangsteil 6 der Kupplungsanordnung 2 verbunden. Das Kupplungseingangsteil 6 bzw. das damit verbundene Gehäuse 20 ist mittels Lagermitteln 97, 97' um die Drehachse A drehbar gelagert ist. Auch hier gilt, dass die Lagermittel 97, 97' vorzugsweise in Form von Wälzlagern gestaltet sind, wobei auch andere Lagermittel wie Gleitlager in Frage kommen können.
-
Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Antriebsstranganordnung liegt darin, dass mittels der Kupplungsmittel 86 und der Kupplungsanordnung 2 der vordere Winkeltrieb 87, die Längsantriebswelle 88 und der hintere Winkeltrieb 89 bei geöffneten Kupplungen 86, 3 abgeschaltet werden können. In diesem deaktivierten Zustand stehen die genannten Baugruppen sowie die zugehörigen Bauteile still, so dass Verlustleistungen aufgrund von Schleppmomenten und Reibung vermindert sind. Ein Stillstehen der beim Antrieb drehenden Bauteile bewirkt vor allem auch, dass die zugehörigen Lager stillstehen, in denen die Bauteile drehbar gelagert sind. Dies wiederum bewirkt insgesamt einen reduzierten Kraftstoffverbrauch für die Fahrzustände, in denen lediglich die erste Antriebsachse 74 angetrieben wird und die zweite Antriebsachse 76 drehmomentfrei mitläuft.
-
Die Kupplungsanordnung 2 entspricht vom Aufbau her der Ausführungsform gemäß 1, bzw. den 2 bis 4, bei der das Kupplungsausgangsteil 8 unmittelbar mit dem Eingangsteil 15 des Differentialgetriebes 4 fest verbunden ist. Es versteht sich jedoch, dass auch eine der erfindungsgemäßen Ausführungsformen gemäß den 5 bis 12 anstelle der vorliegenden Kupplungsanordnung eingesetzt werden könnte.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Kupplungsanordnung
- 3
- Reibungskupplung
- 4
- Differentialgetriebe
- 5
-
- 6
- Kupplungseingangsteil
- 7
- Tellerrad
- 8
- Kupplungsausgangsteil
- 9
- Axialverstellvorrichtung
- 10
- Druckplatte
- 11
- Lamellenpaket
- 12
- Außenlamelle
- 13
- Innenlamellen
- 14
- Stützplatte
- 15
- Eingangselement / Trägerelement
- 16
- Seitenwellenrad
- 17
- Differentialrad
- 18
- Zapfen
- 19
- Längsverzahnung
- 20
- Gehäuse
- 22
- Stützscheibe
- 23
- Stellscheibe
- 24
- Kugelrille
- 25
- Kugelrille
- 26
- Käfig
- 27
- Axiallager
- 28
- Druckscheibe
- 29
- Druckelement
- 30
- Federmittel
- 32
- erstes Gehäuseteil
- 33
- zweites Gehäuseteil
- 34
- Anlaufscheibe
- 35
- Anlaufscheibe
- 36
- Radialabschnitt
- 37
- Hülsenabschnitt
- 38
- Wälzlager
- 39
- Schiebehülse
- 41
- Schaltkupplung
- 42
- erstes Kupplungsteil
- 43
- zweites Kupplungsteil
- 44
- Druckplatte
- 45
- Axiallager
- 46
- Federmittel
- 47
- Federmittel
- 48
- Axiallager
- 49
- Anlaufscheibe
- 51
- Synchronisiereinheit
- 52
- erste Reibfläche
- 53
- zweite Reibfläche
- 54
- Reibelement
- 55
- Ausnehmung
- 56
- erster Wellenabschnitt
- 61
- Zwischenwelle
- 62
- Lagermittel
- 63
- Lagermittel
- 64
- Getriebegehäuse
- 65
- Längsverzahnung
- 66
- Wälzlager
- 67
- Wälzlager
- 68
- Dichtmittel
- 69
- Dichtmittel
- 71
- Kraftfahrzeug
- 72
- Antriebseinheit
- 73
- erster Antriebsstrang
- 74
- erste Antriebsachse
- 75
- zweiter Antriebsstrang
- 76
- zweite Antriebsachse
- 77
- Verbrennungsmotor
- 78
- Kupplung
- 79
- Schaltgetriebe
- 81
- Achsdifferential
- 82
- Seitenwelle
- 83
- Seitenwelle
- 84
- Rad
- 85
- Rad
- 86
- Kupplungsmittel
- 87
- erster Winkeltrieb
- 88
- Längsantriebswelle
- 89
- zweiter Winkeltrieb
- 91
- Eingangsteil
- 92
- Ausgangsteil
- 93
- Lagermittel
- 94
- zweiter Wellenabschnitt
- 95
- Lagermittel
- 96
- Lagermittel
- 97
- Lagermittel
- A
- Drehachse
- B
- Achse
- C
- Drehachse
- Y0
- Fahrzeugmittelebene