DE102012008629B4

DE102012008629B4 - Antriebsvorrichtung für allradgetriebene Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102012008629B4
Application number: DE201210008629
Authority: DE
Inventors: Johann Märkl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-04-28
Also published as: DE102012008629A1

Abstract

Antriebsvorrichtung für allradgetriebene Kraftfahrzeuge, mit einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (10) mit einer Eingangswelle (12) und einer achsparallel dazu angeordneten Vorgelegewelle (14), zwischen denen schaltbare Zahnradsätze zur Bildung von Übersetzungsstufen angeordnet sind, sowie mit auf Achsdifferenziale abtreibenden ersten und zweiten Abtriebswellen (16, 18), wobei zwischen der Eingangswelle (12) und der Vorgelegewelle (14) ein Gangzahnradsatz als konstanter Zahnradsatz (24) ausgebildet ist, der eine triebliche Verbindung zwischen der Vorgelegewelle (14) und der zweiten Abtriebswelle (18) bildet, und wobei die erste Abtriebswelle (16) direkt oder indirekt an die Eingangswelle (12) kuppelbar ist, und die zweite Abtriebswelle (18) eine Schaltverzahnung (18c) trägt, die mit einer auf der Eingangswelle (12) angeordneten Synchronkupplung (22) zusammenwirkend einen Direktgang bildet, bei dem die zweite Abtriebswelle (18) direkt an die Eingangswelle (12) angekuppelt ist, und wobei die zweite Abtriebswelle (18) koaxial zur Eingangswelle (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abtriebswelle (18) über eine Zuschaltkupplung (26) mit der Vorgelegewelle (14) kuppelbar ist, und dass die Zuschaltkupplung (26) koaxial zur Eingangswelle (12) und zur zweiten Abtriebswelle (18) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für allradgetriebene Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Antriebsvorrichtung zeigt beispielsweise die EP 1 914 105 A2 , bei der ein Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilgetrieben und dementsprechend zwei Getriebe-Eingangswellen vorgesehen ist. Das Wechselgetriebe kann jedoch auch als einfaches Getriebe mit nur einer Eingangswelle ausgeführt sein. Durch die gattungsgemäße Anordnung der Getriebeelemente mit einem konstanten Zahnradsatz zwischen der Vorgelegewelle und den koaxialen Eingangswellen und einem konstanten Zahnradsatz zwischen der Vorgelegewelle und der einen Abtriebswelle sowie einer darin integrierten Zuschaltkupplung wird erreicht, dass die Antriebsvorrichtung stufenlos zwischen dem Antrieb nur einer Achse des Kraftfahrzeugs und dem Antrieb beider Achsen (Allradantrieb) umschaltbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die baulich und fertigungstechnisch einfacher ausgeführt ist und im Hauptfahrbetrieb weniger lastführende Zahneingriffe und damit einen besseren Wirkungsgrad aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angeführt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die steuerbare Zuschaltkupplung koaxial zur Eingangswelle und zur koaxialen Abtriebswelle angeordnet ist. Damit gelingt es, die Zuschaltkupplung und deren Betätigungselemente zentral in die Getriebekonstruktion bzw. zwischen die Eingangswelle und die koaxiale Abtriebswelle baulich robust und fertigungstechnisch günstig einzubinden, wobei die Abtriebswelle hinsichtlich der Anordnung der Antriebsvorrichtung im Kraftfahrzeug vorteilhaft mittig innerhalb eines karosserieseitigen Getriebe- bzw. Kardantunnels liegen kann.
Des Weiteren kann die Zuschaltkupplung zur Erzielung einer besonders kompakt ausgeführten Getriebekonstruktion unmittelbar axial benachbart zum konstanten Zahnradsatz angeordnet sein.
Ferner kann das abtreibende Zahnrad des konstanten Zahnradsatzes unmittelbar mit dem Gehäuse der Zuschaltkupplung trieblich verbunden sein, dessen Kupplungselemente mit der koaxialen Abtriebswelle gekoppelt sind. Daraus resultiert, dass bei geöffneter Zuschaltkupplung über die Vorgelegewelle und die zweite Abtriebswelle nur Antriebsmoment auf die eine Achse, insbesondere die Vorderachse des Kraftfahrzeugs, übertragen wird, während die über die Zuschaltkupplung beaufschlagbare Hinterachse von 0% bis 100% zuschaltbar ist.
Baulich und fertigungstechnisch besonders günstig kann die Eingangswelle in einem Hohlwellenabschnitt der Abtriebswelle und das Loszahnrad des konstanten Zahnradsatzes auf dem Hohlwellenabschnitt im Wesentlichen in einer einheitlichen Lagerebene wälzgelagert sein. Dies stellt u. a. eine sehr steife Momentenübertragung ohne auf die Wellen wirkende Biegemomente sicher.
Erfindungsgemäß trägt die zur Eingangswelle koaxiale Abtriebswelle eine Schaltverzahnung, die mit einer auf der Eingangswelle angeordneten Synchronkupplung zusammenwirkend den Direktgang bildet. Im Direktgang (einem Overdrive oder Schongang) treibt die Eingangswelle bei geöffneter Zuschaltkupplung ohne jegliche Zahneingriffe direkt beispielsweise auf die Hinterachse des Kraftfahrzeugs bei besonders günstigem Getriebewirkungsgrad ab.
Schließlich wird vorgeschlagen, dass die Zahnradsätze für die niedrigeren Vorwärtsgänge des Wechselgetriebes bei geöffneter Zuschaltkupplung auf die Vorderachse des Kraftfahrzeuges und der höhere Direktgang auf die Hinterachse des Kraftfahrzeuges abtreiben und dass die jeweils zweite Abtriebswelle über die Zuschaltkupplung bei Bedarf mehr oder minder zuschaltbar ist.
Bevorzugt ist es, wenn das Produkt einer Konstantstufe zur Vorderachse mit der Übersetzung zur Vorderachse identisch ist mit dem Produkt der Konstantstufe zur Hinterachse (von der „Abtriebswelle” zur „Endwelle”) mit der Übersetzung zur Hinterachse. Zudem können die Produkte der Übersetzungen zur Vorderachse und zur Hinterachse eventuell bewusst ungleich gewählt sein, um eine Längs-Momentenverteilung einzustellen. Die Konstantstufen übersetzen dabei bevorzugt ins Kurze. Dadurch sind längere Achsübersetzungen sowie geringere Kardanwellen-Drehzahlen möglich.
Mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung kann außerdem in einfacher Weise eine Zu- und Abschaltung des Allradantriebs erfolgen. So kann eine zweite Antriebsachse lastfrei geschaltet werden, sofern der Antrieb über eine zweite Antriebsachse nicht mehr erforderlich ist. Andererseits kann die Zuschaltung situationsbedingt erfolgen, zum Beispiel bei Erkennen von Schlupf.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand eines beigefügten Blockschaltbilds näher erläutert, das eine Antriebsanordnung für allradgetriebene Kraftfahrzeuge mit einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe zeigt, mittels der wahlweise zwei Abtriebswellen über eine integrierte Zuschaltkupplung alternierend oder gleichzeitig beaufschlagbar sind.
In der Zeichnung ist die Antriebsvorrichtung stark vereinfacht dargestellt und weist ein einfaches Geschwindigkeits-Wechselgetriebe bzw. Schaltgetriebe 10 für allradgetriebene Kraftfahrzeuge auf, mit einer Eingangswelle 12, einer achsparallelen Vorgelegewelle 14 und zwei Abtriebswellen 16, 18, die in einem nur angedeuteten Getriebegehäuse 19 in üblicher Weise drehbar gelagert sind.
Im Ausführungsbeispiel treibt die Abtriebswelle 16 über einen konstanten Zahnradtrieb 20 auf ein seitlich versetztes, an das Schaltgetriebe 10 angebautes Achsdifferenzial (nicht dargestellt) zum Antrieb der vorderen Räder eines Kraftfahrzeugs ab, während die zur Eingangswelle 12 koaxiale Abtriebswelle 18 über eine nicht dargestellte Kardanwelle ein hinteres Achsdifferenzial antreibt.
Zwischen der Eingangswelle 12 und der Vorgelegewelle 14 sind im Ausführungsbeispiel fünf über Synchronkupplungen (einheitlich mit 22 bezeichnet) schaltbare Gangzahnradsätze 1 bis 5 mit jeweils einem Loszahnrad auf der Eingangswelle 12 und einem Festzahnrad auf der Vorgelegewelle 14 (oder umgekehrt) zum Schalten von fünf Übersetzungsstufen und ggf. einem Rückwärtsgang (nicht dargestellt) vorgesehen. Es können in bekannter Weise auch mehr Vorwärtsgänge vorgesehen sein.
Ein weiterer, zwischen der Eingangswelle 12 und der Vorgelegewelle 14 vorgesehener Gangzahnradsatz ist als konstanter Zahnradsatz 24 ausgebildet, der eine noch zu beschreibende triebliche Verbindung zwischen der Vorgelegewelle 14 und der Abtriebswelle 18 bildet.
Die koaxial zur Eingangswelle 12 angeordnete Abtriebswelle 18 weist einen Hohlwellenabschnitt 18a und einen daran angrenzenden Wellenabschnitt 18b auf, auf denen das abtreibende Zahnrad 24b des konstanten Zahnradsatzes 24 und das mit diesem fest verbundene Kupplungsgehäuse 26a einer dem Zahnradsatz 24 axial unmittelbar benachbarten Zuschaltkupplung 26 über Wälzlager 28, 30 gelagert sind.
Ferner ist die Eingangswelle 12 in dem Hohlwellenabschnitt 18a über Wälzlager 32 drehbar gelagert, wobei die Wälzlager 28 und 32 im Wesentlichen in einer einheitlichen Lagerebene (Rotationsebene) mit dem Zahnradsatz 24 angeordnet sind. Generell sind sämtliche Getriebewellen 12, 14, 16, 18 im Getriebegehäuse 19 über Wälzlager gelagert, von denen in der 1 jedoch nur die Wälzlager 28, 30, 32 angedeutet sind.
Die Zuschaltkupplung 26 ist eine hydraulisch beaufschlagbare Lamellenkupplung mit Kupplungslamellen 26b zwischen dem Gehäuse 26a und der Abtriebswelle 18. Mit der Zuschaltkupplung 26 ist ggf. schlupfgesteuert das Antriebsmoment von dem konstanten Zahnradsatz 24 mit dem antreibenden Festzahnrad 24a auf der Vorgelegewelle 14 und dem auf das Kupplungsgehäuse 26a abtreibenden Zahnrad 24b auf die Abtriebswelle 18 zwischen 0% (geöffnet) und 100% (voll geschlossen) übertragbar.
Der Hohlwellenabschnitt 18a der Abtriebswelle 18 trägt ferner eine Schaltverzahnung 18c, die über die Synchronkupplung 22 auch mit dem Vorwärtsgang 5 zusammenwirkt, so dass über die Synchronkupplung 22 die Abtriebswelle 18 zur Bildung eines Direktganges direkt an die Eingangswelle 12 ankuppelbar ist. Die Eingangswelle 12 treibt dann bei geöffneter Zuschaltkupplung 26 ohne jegliche Zahneingriffe direkt auf die Abtriebswelle 18 zur Hinterachse des Kraftfahrzeugs. Bei teilweise geschlossener Zuschaltkupplung 26 geht ein entsprechender Anteil des Moments über die Konstantstufe 24 und die Vorgelegewelle 14 zur Abtriebswelle 16 und weiter zur Vorderachse.
Im Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung (ohne Betrachtung des Rückwärtsganges) bilden die dargestellten Zahnradsätze 1 bis 5 fünf Vorwärtsgänge und der Direktgang (über die Schaltverzahnung 18c) einen sechsten Vorwärtsgang, der insbesondere in Verbindung mit den Konstantübersetzungen in Overdrive- bzw. Schongang-Übersetzung ausgelegt sein kann. Durch diese Konstruktion kann ohne getriebetechnischen Mehraufwand ein ansonsten erforderlicher Gangzahnradsatz für einen sechsten Gang als der konstante Zahnradsatz 24 verwendet sein.
In den Vorwärtsgängen 1 bis 5 wird in der beschriebenen Antriebsvorrichtung die Vorderachse (Abtriebswelle 16) des Kraftfahrzeuges fest angetrieben und es wird die Hinterachse (Abtriebswelle 18) bei Bedarf über die Zuschaltkupplung 26 gesteuert zugeschaltet.
Im Direktgang über die Schaltverzahnung 18c wird die Abtriebswelle 18 fest angetrieben und es kann bei Bedarf über die Zuschaltkupplung 26 die Vorderachse zugeschaltet werden.
Bei geschaltetem Direktgang erfolgt daher der Kraftfluss F₁ von der Eingangswelle 12 über die Schaltverzahnung 18c zur Antriebswelle 18 und damit weiter zur Hinterachse. Bei teilweise oder vollständig geschlossener Zuschaltkupplung 26 geht der Kraftfluß F₁ auch auf die Vorgelegewelle 14 und anschließend über den Zahnradsatz 20 auf die Abtriebswelle 16 zur Vorderachse.
Bei nicht geschaltetem Direktgang erfolgt dagegen der Kraftfluss F₂ von der Eingangswelle 12 über eine der geschalteten Gangstufen 1 bis 5 zur Vorgelegewelle 14. Bei teilweise oder vollständig geschlossener Zuschaltkupplung 26 geht der Kraftfluss F₂ über den konstanten Zahnradsatz 24 auch auf die zur Hinterachse führende Abtriebswelle 18.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann die Vorgelegewelle 14 direkt auch als Abtriebswelle 16 ausgeführt sein, der konstante Zahnradsatz 20 könnte dann entfallen.
Die Abtriebswellen 16, 18 könnten bei einer anderen Aggregatanordnung des Kraftfahrzeugs auch vertauscht sein, so dass die Abtriebswelle 18 die Vorderachse des Kraftfahrzeugs und die Abtriebswelle 16 die Hinterachse entsprechend beaufschlagt.
Das Wechselgetriebe 10 könnte auch als ein Doppelkupplungsgetriebe mit zwei koaxialen Eingangswellen im Sinne der Patentansprüche ausgelegt sein.
Es versteht sich, dass die Zuschaltkupplung 26 wenn schlupfgesteuert zugleich als Längsdifferenzial wirken kann, um Antriebsverspannungen zwischen den Antriebsachsen des Kraftfahrzeugs auszugleichen. In Verbindung mit einer Schaltvorrichtung an einem der Achsgetriebe ist es zudem möglich, ohne großen Mehraufwand die Antriebselemente zur zweiten Achse stillzusetzen.

Claims

Antriebsvorrichtung für allradgetriebene Kraftfahrzeuge, mit einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (10) mit einer Eingangswelle (12) und einer achsparallel dazu angeordneten Vorgelegewelle (14), zwischen denen schaltbare Zahnradsätze zur Bildung von Übersetzungsstufen angeordnet sind, sowie mit auf Achsdifferenziale abtreibenden ersten und zweiten Abtriebswellen (16, 18), wobei zwischen der Eingangswelle (12) und der Vorgelegewelle (14) ein Gangzahnradsatz als konstanter Zahnradsatz (24) ausgebildet ist, der eine triebliche Verbindung zwischen der Vorgelegewelle (14) und der zweiten Abtriebswelle (18) bildet, und wobei die erste Abtriebswelle (16) direkt oder indirekt an die Eingangswelle (12) kuppelbar ist, und die zweite Abtriebswelle (18) eine Schaltverzahnung (18c) trägt, die mit einer auf der Eingangswelle (12) angeordneten Synchronkupplung (22) zusammenwirkend einen Direktgang bildet, bei dem die zweite Abtriebswelle (18) direkt an die Eingangswelle (12) angekuppelt ist, und wobei die zweite Abtriebswelle (18) koaxial zur Eingangswelle (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abtriebswelle (18) über eine Zuschaltkupplung (26) mit der Vorgelegewelle (14) kuppelbar ist, und dass die Zuschaltkupplung (26) koaxial zur Eingangswelle (12) und zur zweiten Abtriebswelle (18) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradsätze (1 bis 5) für die niedrigeren Vorwärtsgänge des Wechselgetriebes (10) bei geöffneter Zuschaltkupplung (26) auf die Vorderachse des Kraftfahrzeuges abtreiben, und der höhere Direktgang auf die Hinterachse des Kraftfahrzeuges abtreibt, und dass die zweite Abtriebswelle (18) über die Zuschaltkupplung (26) bei Bedarf mehr oder minder zuschaltbar ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das abtreibende Zahnrad (24b) des konstanten Zahnradsatzes (24) unmittelbar mit dem Gehäuse (26a) der Zuschaltkupplung (26) trieblich verbunden ist, dessen Kupplungselemente (26b) mit der koaxialen Abtriebswelle (18) gekoppelt sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (12) in einem Hohlwellenabschnitt (18a) der Abtriebswelle (18) und das Zahnrad (24b) des konstanten Zahnradsatzes (24) auf dem Hohlwellenabschnitt (18a) der Abtriebswelle (18) im Wesentlichen in einer einheitlichen Lagerebene wälzgelagert sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschaltkupplung (26) unmittelbar axial benachbart zum konstanten Zahnradsatz (24) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verbindung mit einer Schaltvorrichtung an einem der Achsgetriebe die Antriebselemente zur zweiten Achse stillsetzbar sind.