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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Allradsystem als Aus- bzw. Umrüstsatz
für ein ursprünglich nur Hinterradantrieb aufweisendes
Kraftfahrzeug, umfassend einen Antriebsmotor wie Verbrennungsmotor mit
Schaltgetriebe, ein mit dem Schaltgetriebe gekoppeltes Verteilergetriebe,
eine von dem Verteilergetriebe ausgehende erste Abtriebswelle für
den Antrieb einer Hinterradachse mit einem Hinterrad-Differential
und Hinterrädern, eine von dem Verteilergetriebe ausgehende
zweite Abtriebswelle für den Antrieb einer Vorderachse
mit einem Vorderrad-Differential und Vorderrädern, vorzugsweise
in Einzelradaufhängung.
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Ein
Allradsystem der eingangs genannten Art ist in
DE-B-197 00 675 beschrieben.
Das Allradsystem umfasst einen Antriebsmotor wie Verbrennungsmotor
mit Schaltgetriebe, ein mit dem Schaltgetriebe gekoppeltes Verteilergetriebe
sowie von dem Verteilergetriebe ausgehende erste und zweite Antriebswellen
zum Antrieb einer Hinterradachse sowie einer Vorderradachse.
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Bei
der bekannten Ausführungsform ist das Schaltgetriebe über
eine Gelenkwelle bzw. Abtriebswelle mit dem Verteilergetriebe gekoppelt.
In Fortsetzung der Abtriebswelle geht vom Verteilergetriebe die
Abtriebswelle für den Antrieb der Hinterachse aus.
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Die
zwischen Schaltgetriebe und Verteilergetriebe angeordnete Gelenkwelle
verursacht während des Betriebs Geräusche sowie
Vibrationen, die es zu vermeiden gilt. Die Einstellung einer Unter-
bzw. Übersetzung ist mittels der Gelenkwelle nicht möglich.
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In
dem Dokument „Untersetzungsgetriebe (Obereigner
USG) für Mercedes-Transporter der Baureihe Sprinter 2,5
bis 6t, Wilhelm Obereigner, 2009 (http//www.obereigner.com/fileadmin/download/produktpräsentationen/usg340kundenpräsentation.pps#274,
2, USG 340 Einleitung allgemein) ist ein Untersetzungsgetriebe
beschrieben. Das Untersetzungsgetriebe stellt eine zuschaltbare
Getriebestufe dar, die eine geringere Drehzahl und ein höheres
Drehmoment ermöglicht. Das beschriebene Untersetzungsgetriebe
dient zur Vermeidung von Kupplungsschäden bei Transporter
mit „langen” Achsübersetzungen und/oder
hohen Zug-Gesamt-Gewichten und wird direkt an das serienmäßige
Schaltgetriebe angeflanscht.
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Eingangswelle
und Ausgangswelle liegen koaxial zueinander. Das Getriebe ist als
Planetengetriebe ausgebildet. Der Einsatz des Untersetzungsgetriebes
in einem Allradsystem bzw. die Kopplung mit einem Verteilergetriebe
ist nicht angesprochen.
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Davon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde,
ein Allradsystem sowie ein Zwischengetriebe der eingangs genannten Art
derart weiterzubilden, dass ein Kraftfahrzeug mit Vorderrad-Antrieb
auf Basis eines seriengefertigten, ausschließlich für
Hinterrad-Antrieb ausgebildeten Kraftfahrzeugs entsteht, in dem
durch minimalen Umbau des seriengefertigten Kraftfahrzeugs unter Verwendung
möglichst vieler serienmäßig vorhandener
Allrad-Komponenten ein Allradsystem nachrüstbar ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass das Schaltgetriebe über ein Zwischengetriebe mit dem
Verteilergetriebe gekoppelt ist, wobei das Zwischengetriebe eine einstellbare
Unter- oder Übersetzung sowie einen einstellbaren Höhen- und/oder
Seitenversatz zwischen einer Eingangswelle und einer Abgangswelle
aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Ausführungsform zeichnet
sich durch das zwischen Schaltgetriebe und Verteilergetriebe angeordnete
Zwischengetriebe mit Unter- bzw. Übersetzung und/oder Höhen-
und/oder Seitenversatz aus. Dadurch kann das von der Antriebseinheit
kommende Drehmoment durch das am Ausgang des Schaltgetriebes angeflanschte
Zwischengetriebe mit vorzugsweise Untersetzung in das Verteilergetriebe
eingeleitet werden.
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Die
erfindungsgemäße Ausführungsform ermöglicht
somit einen Umbau eines Original-Kraftfahrzeugs im Nachrüstverfahren.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist das Schaltgetriebe einen
Schaltgetriebe-Enddeckel auf, an dessen Befestigungsfläche
das Zwischengetriebe anflanschbar ist. Bei einer Nachrüstung
eines Kraftfahrzeugs ist es daher lediglich erforderlich, von dem
Schaltgetriebe den Original-Schaltgetriebe-Enddeckel durch einen
modifizierten Schaltgetriebe-Enddeckel unter Beibehaltung der Original-Schaltelemente
zu ersetzen. An den Flansch des Schaltgetriebe-Enddeckels kann sodann
das Zwischengetriebe angeflanscht werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Allradsystem können
einerseits Antriebsmotor und Schaltgetriebe eines ursprünglich
ausschließlich für Hinterradantrieb konfigurierten
Kraftfahrzeugs im Original übernommen werden und andererseits
serienmäßige Allradkomponenten wie beispielsweise
Verteilergetriebe, Vorderraddifferential sowie Hinterraddifferential eingesetzt
werden. Das Zwischengetriebe ist mit einer Unter- bzw. Übersetzung
zur Anpassung an die gewünschte Endgeschwindigkeit unter
Beachtung der veränderten Raddurchmesser sowie mit einem Achsversatz
in Höhen- und/oder Seitenrichtung ausgebildet, um eine
Anpassung zwischen dem Original-Schaltgetriebe des Kraftfahrzeugs
und dem Verteilergetriebe eines serienmäßigen
Allrad-Fahrzeugs zu erhalten. Ohne Achsversatz würde beispielsweise ein
serienmäßiges TOUAREG-Verteilergetriebe ca. 80
cm weit durch die Bodengruppe in den Fahrgastraum und seitlich in
den Kraftstofftank eindringen.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausführungsform
des Zwischengetriebes kann das serienmäßige Verteilergetriebe
derart angeordnet werden, dass bodenseitig angeordnete Komponenten
wie Kraftstoff- und/oder Harnstofftank, Federung sowie Rahmen in Position
und Größe im Original belassen werden können.
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In
weiterer bevorzugter Ausführungsform erfolgt die Lagerung
des Zwischengetriebes bzw. der Kombination aus Schaltgetriebe, Zwischengetriebe und
Verteilergetriebe mittels Quertraverse am Fahrzeugrahmen.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform ist das Vorderrad-Differential
in einem Vorderachsträger integriert. Der serienmäßige
Vorderachs-Hilfsrahmen wird nach oben verlängert, die Karosserie
entsprechend angehoben, um Einbauraum für das VA Differential
zu schaffen.
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Eine
weitere Erhöhung der Bodenfreiheit kann erreicht werden,
indem die Radträger mit Portalachsen bzw. Planetenachsen
ausgestattet sind.
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Um
den Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsanforderungen beim Um- bzw. Nachrüsten
des Allradsystems gerecht zu werden, kann das Zwischengetriebe ein-
oder mehrstufig ausgebildet sein.
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Um
die Anpassung an die räumlichen Gegebenheiten im Bodenbereich
des Kraftfahrzeugs zu erreichen, kann das Zwischengetriebe fest
oder um eine Längsachse der Eingangswelle schwenkbar vorzugsweise
stufenlos zwischen Schaltgetriebe und Verteilergetriebe angeordnet
werden.
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Vorzugsweise
ist das Zwischengetriebe über einen Flansch mit dem Schaltgetriebe
verbunden, wobei über die Achsiallage des Zwischengetriebes relativ
zu dem Schaltgetriebe der Höhen- und Seitenversatz der
Abtriebswelle einstellbar ist.
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Auch
kann das Zwischengetriebe richtungs-umschaltbar ausgebildet sein.
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Vorzugsweise
ist das Zwischengetriebe als Stirnradgetriebe ausgebildet. Dieses
kann zweistufig ausgebildet sein, umfassend eine Eingangswelle mit Zahnrad, über
das das Eingangsdrehmoment über eine Zwischenwelle mit
Zahnrädern an eine ein Zahnrad aufweisende Ausgangswelle übertragen wird.
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In
bevorzugter Ausführungsform weist das Zwischengetriebe
ein ein- oder mehrteilig ausgebildetes Gehäuse auf. Dies
kann mittels Befestigungsflansch fest oder einstellbar wie verschwenkbar
an dem Schaltgetriebe-Enddeckel befestigt werden.
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In
weiterer Ausführungsform kann das Zwischengetriebe als
Kegelradgetriebe ausgebildet sein. In bevorzugter Ausführungsform,
insbesondere beim Um- bzw. Nachrüsten des Kraftfahrzeug
auf Planeten- bzw. Portalachsen können abtriebsseitig zwei Kegelräder
vorgesehen sein, die durch Umschalten einer Schiebemuffe den Eingriff
eines zusätzlichen Kegelrad-Paares bewirkt, wodurch die
Drehrichtung umkehrbar ist.
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Ferner
kann das Zwischengetriebe als Planetengetriebe ausgebildet sein,
wobei diese Ausführungsform für koaxialen An-
bzw. Abtrieb bevorzugt ist.
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Für
Seiten- und/oder Höhenversatz kann dem Planentengetriebe
eine Stirnradstufe vor- oder nachgeschaltet sein.
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Weitere
Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht
nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen
-für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden
Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsformen.
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Es
zeigen:
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1 eine
Unteransicht eines Kraftfahrzeugs mit Allrad-System,
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2 eine
perspektivische Darstellung eines Getriebesatzes aus Zwischengetriebe
mit Schaltgetriebe-Enddeckel sowie Verteilergetriebe,
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3 eine
weitere perspektivische Darstellung des Getriebesatzes gem. 2,
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4a)–c) eine Seitenansicht sowie
Längs- und Querschnitt des Getriebesatzes,
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5a)–d) eine perspektivische Ansicht, Seitenansicht
sowie Längs- und Querschnitt des Zwischengetriebes als
Stirnradgetriebe,
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6 eine
schematische Darstellung des Zwischenradgetriebes als Kegelradgetriebe
und
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7 eine
schematische Darstellung des Zwischengetriebes als Planeten-Stirnradgetriebe.
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1 zeigt
rein schematisch ein Allradsystem 10 als Aus- bzw. Umrüstsatz
für ein ursprünglich nur Hinterradantrieb aufweisendes
Kraftfahrzeug 12. Das Allradsystem umfasst einen Antriebsmotor 14 wie
Verbrennungsmotor mit Schaltgetriebe 16 sowie ein mit dem
Schaltgetriebe 16 über ein Zwischengetriebe 18 gekoppeltes
Verteilergetriebe 20. Das Verteilergetriebe 20 ist über
eine erste Abtriebswelle 22 für den Antrieb einer
Hinterachse 24 mit einem Hinterrad-Differential 26 verbunden,
welches über Antriebswellen 28, 30 mit
Hinterrädern 32, 34 verbunden ist. In
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Räder 32, 34 über
Portalgetriebe 36 mit den Wellen 30 verbunden,
um eine höhere Bodenfreiheit zu erreichen.
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Über
eine zweite Abtriebswelle 38 ist das Verteilergetriebe 20 mit
einer Vorderachse 40 verbunden, die ein Vorderachs-Differential 42 sowie
von dem Vorderachs-Differential 42 zu den Vorderrädern 44, 46 verlaufende
Antriebswellen 48, 50 aufweist. Das Vorderachs-Differential 42 ist
in einem Vorderachsträger integriert und befestigt. Die
Lage der Lenkung sowie die Original-Vorderachsfederung werden in
der Regel beibehalten. Die Radlagergehäuse der Vorderachse
werden neu gestaltet, um Raum für den Einbau der Antriebswellen
zu schaffen. Die Lage der Stoßdämpfer wird angepasst.
Die Karosserie wird an der Hinterachse um den gleichen Betrag angehoben, um
die Längsneigung derselben beizubehalten.
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Das
von dem Original-Antriebsmotor 14 kommende Drehmoment wird
durch das am Schaltgetriebe 16 angeflanschte Zwischengetriebe 18 mit Untersetzung
durchgeleitet und tritt in das Verteilergetriebe eines serienmäßigen
Allradsystems ein.
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Ausgehend
von dem Verteilergetriebe 20 wird das Drehmoment anteilig,
ca. 40%, über die zweite Abtriebswelle an das Vorderradachs-Differential 42 des
serienmäßigen Allradsystem geleitet und über
die Gelenkwellen 48, 50 an die Vorderräder 44, 46 verteilt.
Der überwiegende Teil des Drehmoments, ca. 60%, gelangt
vom Verteilergetriebe 20 über die erste Abtriebswelle 22 an
die als Starrachse aufgeführte Hinterradachse 24 und
wird dort über die Innenteile des serienmäßigen
Hinterradachs-Differentials 26 über die beiden
Antriebswellen 28, 30 an die Hinterräder 32, 34 verteilt.
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Die
Verwendung von Bauteilen und Baugruppen eines serienmäßigen
Allradsystems ermöglicht auch eine Längs- und
Quersperre.
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Ein
nicht dargestelltes Federungssystem des Original-Kraftfahrzeugs 12,
beispielsweise vorn in Querblatt- und hinten in Längsblatt-Federausführung wird
beibehalten. Durch die variable Positionierung des Zwischen- und
Verteilergetreibes können im Bereich des Unterbodens angeordnete
Original-Komponenten wie Kraft- und/oder Harnstofftank 51, 53 sowie
Federung (nicht dargestellt) und Rahmen 55 unverändert
bleiben.
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Eine
Ausführungsform eines Getriebestrangs 52 bestehend
aus Zwischengetriebe 18 und Verteilergetriebe 20 ist
in perspektivischer Darstellung in den 2 und 3 dargestellt.
Das Zwischenradgetriebe 18 ist über einen Schaltgetriebe-Enddeckel 54 mit
dem Schaltgetriebe 16 verbunden. Der Schaltgetriebe-Enddeckel 54 umfasst
einen ersten Flansch 56, mit dem dieser an dem Schaltgetriebe 16 angeflanscht
ist und einen zweiten Flansch 58, an dem das Zwischengetriebe 18 anflanschbar ist.
Hierzu umfasst das Zwischengetriebe 18 einen ersten Flansch 60.
Des Weiteren umfasst das Zwischengetriebe 16 abtriebsseitig
einen zweiten Flansch 62, der an einen Eingangs-Flansch 64 des serienmäßigen
Verteilergetriebes 20 angepasst ist. Das Verteilergetriebe 20 weist
ausgangsseitig einen Abtriebsflansch 66 zum Anschluss der
ersten Abtriebswelle 22 sowie einen Abtriebsflansch 68 zum Anschluss
der zweiten Abtriebswelle 38 auf. In dem serienmäßigen
Verteilergetriebe 20 wird einerseits die erforderliche
Geländeuntersetzung von beispielsweise 2,75 und andererseits
die Momentenverteilung zwischen Vorderradachse und Hinterradachse
sowie die Längssperre geschaltet.
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Weitere
Darstellungen des Getriebesatzes 52 sind der 4 zu
entnehmen. Hierbei zeigt 4c eine Vorderansicht, 4a eine Schnittdarstellung entlang der
Linie A-A und 5b eine Schnittdarstellung
entlang der Linie B-B.
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Aus
den Darstellungen wird deutlich, dass durch das Zwischengetriebe 18 ein
Höhen- und/oder Seitenversatz HV, SV zwischen einer Eingangswelle 70 und
einer Ausgangswelle 72 des Zwischengetriebes erreicht wird.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zwischengetriebe 18 als
Stirnradgetriebe 74 ausgebildet, welches in 5d perspektivisch darstellt ist. Die 5a zeigt eine Schnittdarstellung entlang
der Linie A-A, die 5b zeigt eine Seitenansicht
und die 5c zeigt eine Schnittdarstellung
entlang der Linie C-C.
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Das
Stirnradgetriebe umfasst die Eingangswelle 70 sowie die
Abtriebswelle 72, die über eine Zwischenwelle 75 miteinander
gekoppelt sind, Die Eingangswelle 70 umfasst ein Zahnrad 76,
welches mit einem ersten Zahnrad 78 der Zwischenwelle 75 zusammenwirkt.
Ein zweites Zahnrad 80 der Zwischenwelle 75 ist
sodann kraftschlüssig mit einem Zahnrad 82 der
Abtriebswelle 72 gekoppelt. Die Eingangswelle 70 weist
eine Aufnahme 83 für eine Verzahnungswelle (nicht
dargestellt) eines Getriebeausgangs des Schaltgetriebes 16 auf.
Mittels einer Muffe (nicht dargestellt) wird das Drehmoment in das
Stirnradgetriebe 74 an die Eingangswelle 70 eingeleitet. Von
dort wird der Kraftfluss über die Zahnräder 76, 78, 80 und 82 an
die Abtriebswelle 72 übertragen.
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Die
Zahnräder 76 bis 80 sind in einem ein- oder
mehrteilig ausgeführten Gehäuse 84 angeordnet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 84 zweiteilig
ausgeführt.
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Mittels
des Befestigungsflansches 60 kann das Getriebe 74 einstellbar
wie verschwenkbar oder fest an dem Schaltgetriebe-Enddeckel 54 angeflanscht
werden.
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Die
Zahnräder 76, 78 sowie 80, 82 liegen
jeweils in einer Ebene, wobei die Ebenen parallel mit Abstand zueinander
angeordnet sind. Längsachsen der Eingangs- und Abtriebswelleverlaufen
senkrecht zu den Ebenen. Durch unterschiedliche Winkelstellungen
des Getriebes 74 in Bezug zu dem Schaltgetriebe-Enddeckel 54 kann
die Position der Abtriebswelle 72 betreffend Höhen-
und Seitenversatz HV, SV eingestellt werden. Eine Grundeinstellung
des Höhen- und Seitenversatzes HV, SV ist durch die Konstruktion
des Getriebes 74 vorgegeben bzw. durch Konstruktion dieses
vorgebbar.
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Der
Flansch 60 kann Aufnahmen 86 für Bolzen
aufweisen, die als Langloch ausgebildet sind, so dass eine Drehung
um die Längsachse der Eingangswelle 70 in gewissem
Bereich möglich ist.
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6 zeigt
rein schematisch den Aufbau eines Kegelrad-Getriebes 90.
Im Unterschied zu der Ausführungsform des Stirnradgetriebes 74 gemäß 5 werden
anstelle der Stirnräder 76, 78, 80, 82 Kegelräder 92, 94, 96.1, 96.2 sowie 98, 100 verwendet.
Abtriebsseitig sind zwei weitere Kegelräder 98, 100 vorgesehen,
wobei eine Schiebemuffe 102 durch Umschalten den Eingriff
des zusätzlichen Kegelradpaares bewirkt und somit die Drehrichtung
umgekehrt wird. Dies ist insbesondere beim Um- bzw. Nachrüsten
des Fahrzeugs auf Planeten- bzw. Portalachse notwendig.
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7 zeigt
das Zwischengetriebe 18 in Form eines Planentengetriebes 104.
Dieses umfasst ebenfalls eine Eingangswelle 106 und eine
Abtriebswelle 108, die höhen- und seitenversetzt
zueinander angeordnet sind. Allerdings kann diese Ausführungsform auch
als reines Planetengetriebe für koaxialen An- und Abtrieb
ausgeführt werden. Die Eingangswelle 106 weist
ein Zahnrad 110 auf, welches mit einem Zahnrad 112 einer
Zwischenwelle 114 gekoppelt ist. Auf der Welle 114 ist
ein zweites Zahnrad 116 angeordnet, welches mit Zahnrädern 118, 120 mit
einer Innenverzahnung eines Trommelzahnrads 122 zusammenwirken.
Von dem Trommelzahnrad 122 geht die Abtriebswelle 108 ab.
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Das
Planetengetriebe 104 kann ebenfalls als schaltbare Variante
realisiert sein, um die Untersetzung und/oder Drehrichtung zu ändern.
Für Seiten- und/oder Höhenversatz SV, HV ist dem
Planetensatz 124 eine Stirnradstufe 126 vorgeschaltet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Untersetzungsgetriebe
(Obereigner USG) für Mercedes-Transporter der Baureihe
Sprinter 2,5 bis 6t, Wilhelm Obereigner, 2009 (http//www.obereigner.com/fileadmin/download/produktpräsentationen/usg340kundenpräsentation.pps#274,
2, USG 340 Einleitung allgemein) [0005]