DE102014217553A1

DE102014217553A1 - Eco 4x4 - Vorderachsgetriebe mit integrierter Abschalteinheit für Allradantriebe

Info

Publication number: DE102014217553A1
Application number: DE102014217553.4A
Authority: DE
Inventors: Gero Bansemir; Hans Rastel; Dirk Stammann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2016-03-03
Also published as: CN106461053B; WO2016034354A1; US20170151873A1; CN106461053A; US10245948B2

Abstract

Achsgetriebe (1), mit einem Antriebszahnrad (2), einem Getriebegehäuse (3), einem Differentialkorb (4), der in dem Getriebegehäuse (3) drehbar mit einem ersten und einem zweiten Differentialkorblager (5a/b) gelagert ist, wobei diese Lager (5a/b) in einer axialen Richtung voneinander beabstandet (A) sind, einem Differentialgetriebe (6), einer ersten und einer zweiten Abtriebswelle (7a/b) und wenigstens einer schaltbaren Drehmomentübertragungseinrichtung (8) (erste Drehmomentübertragungseinrichtung), die zwischen dem Antriebszahnrad (2) und der ersten Abtriebswelle (7a) angeordnet ist und einen Drehmomentübertragungsbereich (8a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentübertragungsbereich (8a) in axialer Richtung wenigstens teilweise zwischen diesen Differentialkorblagern angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Achsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Achsgetriebes.
Ein derartiges Achsgetriebe ist aus der US 4 625 584 bekannt.
Nachfolgend wird die Erfindung in Zusammenhang mit einem Antriebsstrang für einen allradgetriebenen Personenkraftwagen (PKW) beschrieben, dies stellt keine Beschränkung der Erfindung auf eine derartige Anwendung dar.
Bei allradgetriebenen Fahrzeugen kann zwischen solchen mit permanentem Antrieb aller Räder und nicht permanentem Antrieb unterschieden werden. Bei nicht permanentem Allradantrieb ist eine Schaltaktuatorik und Sensorik vorhanden, welche die zeitweise nicht angetriebenen Räder bedarfsgerecht zu- oder abschaltet. Durch dieses selektive Antreiben der Räder ergibt sich der Vorteil, dass in den Achsgetrieben dieser Räder im Falle, dass diese nicht angetrieben werden, keine lastabhängigen Verluste anfallen, lastunabhängige Verluste reduziert werden und damit eine Wirkungsgradsteigerung und eine CO2-Anstoßverringerung erreichbar ist.
Aus dem Stand der Technik sind Antriebsstränge für Allradfahrzeuge bekannt, bei welchen bestimmte Räder nur selektiv angetrieben werden. Die US 4 625 584 befasst sich mit einer Achsgetriebeeinrichtung zum zeitweisen Ab- und Zuschalten einer Antriebsachse eines Allradfahrzeugs. Dabei ist der Drehmomentfluss in wenigstens einer Abtriebswelle, diese ist zwischen dem Differentialgetriebe und einem Rad des Fahrzeugs angeordnet, mittels einer Schiebemuffe unterbrechbar.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Achsgetriebe mit einem verbesserten Wirkungsgrad des Antriebsstrangs zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst, sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Achsgetriebes gemäß Patentanspruch 9.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Achsgetriebe eine Getriebeeinrichtung zum Verteilen einer Antriebsleistung zwischen einem ersten Rad eines Kraftfahrzeugs und einem zweiten Rad zu verstehen, insbesondere einem linken und einem rechten Rad. Unter einem Rad ist in diesem Sinn eine Radreifenkombination eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, zu verstehen. Unter einem Achsgetriebe ist insbesondere eine Achsdifferentialgetriebeeinrichtung zu verstehen, welche zum ermöglichen von Drehzahldifferenzen zwischen wenigstens zwei Rädern eingerichtet ist. Vorzugsweise ist ein Achsgetriebe zwischen diesem ersten und zweiten Rad des Fahrzeugs, bevorzugt zwischen dem rechten und linken Rad, angeordnet. Dem Achsgetriebe ist, insbesondere mittels einer Antriebswelle, über das Antriebszahnrad die Antriebsleistung zuführbar, welche von diesem auf die Räder verteilbar ist.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Antriebszahnrad ein Zahnrad zur Aufnahme einer Antriebsleistung, insbesondere innerhalb, des Achsgetriebes zu verstehen. Insbesondere weist ein Antriebszahnrad eine Außenverzahnung auf. Vorzugsweise ist ein Antriebszahnrad als ein Stirn-, bevorzugt ein Kegelrad und besonders bevorzugt ein Tellerrad ausgebildet. Das Antriebszahnrad kämmt, insbesondere zur Aufnahme der Antriebsleistung, mit einem Antriebsritzel. Vorzugsweise ist das Antriebszahnrad, auf einem Differenzialkorb gelagert, und vorzugsweise drehfest mit diesem verbindbar, besonders bevorzugt ist das Antriebszahnrad drehfest mit dem Differentialkorb verbunden.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Differenzialkorb eine Einrichtung zu verstehen, die zur Aufnahme des Antriebszahnrades an einer Außenseite einerseits und zur Aufnahme eines Differenzialgetriebes an einer Innenseite beziehungsweise in einer Ausnehmung andererseits eingerichtet ist. Vorzugsweise ist der Differentialkorb zur Aufnahme eines Stirnraddifferentials und bevorzugt zur Aufnahme eines Kegelraddifferentials eingerichtet. Weiter weist der Differenzialkorb wenigstens ein erstes und ein zweites Differenzialkorblager auf und ist mit diesem gegenüber einem Getriebegehäuse drehbar gelagert, insbesondere um eine Rotationsachse.
Vorzugsweise sind die Differenzialkorblager als Gleitlager, bevorzugt als Wälzlager ausgeführt. Das erste und das zweite Differenzialkorblager sind in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet. Dabei erstreckt sich diese axiale Richtung entlang der Rotationsachse, um welche der Differenzialkorb im Getriebegehäuse drehbar gelagert ist. Vorzugsweise ist das Antriebszahnrad zwischen diesen Differenzialkorblagern auf dem Differenzialkorb angeordnet. Weiter vorzugsweise ist auch das Differenzialgetriebe zwischen diesen Differenzialkorblagern angeordnet. Die Antriebsleistung ist vom Antriebszahnrad auf den Differenzialkorb übertragbar und von diesem ist die Antriebsleistung vorzugsweise über das Differenzialgetriebe an die Abtriebswellen abgebbar.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer solchen Abtriebswelle ein wenigstens im Wesentlichen rotationssymmetrisches Bauteil zu verstehen, welches zur Leistungsübertragung (Drehmoment, Drehzahl) eingerichtet ist. Vorzugsweise sind die Abtriebswellen drehbar gelagert, weiter vorzugsweise sind wenigstens zwei Abtriebswellen koaxial zueinander angeordnet und bevorzugt fällt die Rotationsachse der Abtriebswellen mit der Rotationsachse des Differenzialkorbs zusammen. Weiter vorzugweise ist unter einer Abtriebswelle eine Einrichtung zu verstehen, mit welcher die Antriebsleistung wenigstens teilweise aus dem Differenzialgetriebe in Richtung antreibbarer Räder des Kraftfahrzeugs übertragbar ist. Dabei ist die Leistungsübertragung zu einem der Räder insbesondere durch eine schaltbare Drehmomentübertragungseinrichtung unterbrechbar.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer schaltbaren Drehmomentübertragungseinrichtung eine Einrichtung zum selektiven Übertragen einer Leistung (Drehmoment, Drehzahl) von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite zu verstehen. Vorzugsweise ist mit einer schaltbaren Drehmomentübertragungseinrichtung der Drehmomentfluss aufgrund eines Steuerbefehls unterbrechbar. Vorzugsweise wird die Leistung durch eine formschlüssige oder reibschlüssige Verbindung übertragen. Weiter vorzugsweise weist eine Drehmomentübertragungseinrichtung wenigstens eine Schiebemuffe oder Schiebehülse, vorzugsweise mit Formschlusselementen, auf. Mit der schaltbaren Drehmomentübertragungseinrichtung ist insbesondere der Drehmomentfluss zwischen dem Antriebszahnrad und der ersten Abtriebswelle unterbrechbar. Dazu weist die Drehmomentübertragungseinrichtung insbesondere einen Drehmomentübertragungsbereich auf.
Unter einem Drehmomentübertragungsbereich ist im Sinne der Erfindung der Bereich der Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen, welcher durch einen Steuerbefehl derart beeinflussbar ist, dass eine Antriebsleistung von der Eingangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung auf die Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung übertragbar ist oder nicht übertragbar ist. Bildlich gesprochen stellen bei einer Lamellenkupplung mit einer Vielzahl von reibschlüssig miteinander verbindbaren Lamellen, diese Lamellen, insbesondere die Reibflächen dieser, den Drehmomentübertragungsbereich der Lamellenkupplung dar, bzw. bei einer Klauenkupplung, die bei der Drehmomentübertragung ineinander greifenden Klauen dieser Kupplung.
Im Sinne der Erfindung ist unter dem Bereich zwischen den Differenzialkorblagern ein bestimmter Bereich in axialer Richtung, also entlang der Rotationsachse, zu verstehen. Vorzugsweise erstreckt sich dieser Bereich vom in axialer Richtung äußersten Punkt des ersten Differenzialkorblagers, zum von diesem am weitesten entfernten Punkt, also dem äußersten Punkt, in axialer Richtung, des zweiten Differenzialkorblagers. Weiter vorzugsweise erstreckt sich dieser Bereich von einem geometrischen Mittelpunkt oder Schwerpunkt eines Wälzkörpers des ersten Differenzialkorblagers zu einem Mittelpunkt oder Schwerpunkt eines Wälzkörpers des zweiten Differenzialkorblagers. Weiter vorzugsweise erstreckt sich dieser Bereich vom in axialer Richtung innersten Punkt des ersten Differenzialkorblagers zum diesem nächstgelegenen Punkt des zweiten Differenzialkorblagers, also zum innersten Punkt des zweiten Differenzialkorblagers.
Erfindungsgemäß ist der Drehmomentübertragungsbereich in axialer Richtung wenigstens teilweise zwischen diesen Differenzialkorblagern angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist dies so zu verstehen, dass wenigstens ein Teil der von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite der Drehmomentübertagungseinrichtung übertragbaren Leistung in axialer Richtung zwischen den Differenzialkorblagern übertragbar ist. Bildlich bedeutet dies, in Bezug auf eine Lamellenkupplung, dass wenigstens eine Reibfläche zwischen einer Lamelle und einer Gegenlamelle in axialer Richtung zwischen den Differenzialkorblagern angeordnet ist, wobei weitere Lamellen und Gegenlamellen auch außerhalb der Differenzialkorblager angeordnet sein können. Vorzugsweise ist wenigstens 1% des Drehmomentübertragungsbereichs zwischen den Differentialkorblagern angeordnet, vorzugsweise wenigstens 20%, bevorzugt wenigstens 50% und besonders bevorzugt wenigstens 75% oder ganz besonders bevorzugt 100%. Insbesondere durch eine derartige Anordnung des Drehmomentübertragungsbereichs wird einerseits die Trennung des Drehmomentflusses erreicht und andererseits ist ein besonders kompakter Aufbau des Achsgetriebes ermöglicht und somit ist ein verbessertes Achsgetriebe erreichbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drehmomentübertragungsbereich in radialer Richtung innerhalb wenigstens eines der Differenzialkorblager angeordnet. Vorzugweise ist der Drehmomentübertragungsbereich radial innerhalb des zum Drehmomentübertragungsbereich benachbarten Differenzialkorblagers angeordnet. Dabei ist als radial innerhalb in diesem Sinn zu verstehen, dass der Drehmomentübertragungsbereich wenigstens innerhalb einer Lagerlaufbahn oder vorzugsweise innerhalb eines Lagerinnenrings angeordnet ist. Insbesondere durch diese Ausgestaltung des Drehmomentübertragungsbereichs wird eine weitere Kompaktierung des Achsgetriebes ermöglicht und damit ist ein verbessertes Achsgetriebe darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Drehmomentübertragungseinrichtung einen radial innenliegenden Abtriebsteil und einen radial außenliegenden Antriebsteils auf. Dabei ist der Abtriebsteil vom Antriebsteil im Drehmomentübertragungsbereich kontaktierbar und zwischen dem Abtriebsteil und dem Antriebsteil ist vorzugsweise eine formschlüssige Verbindung ausbildbar. Insbesondere formschlüssige Verbindungen sind zur Übertragung besonders hoher Drehmomente bei geringem Bauraumbedarf geeignet und somit ist ein verbessertes Achsgetriebe darstellbar. Vorzugsweise ist der Antriebsteil als eine Schiebemuffe ausgebildet und der Abtriebsteil ist als Gegenstück zu dieser Schiebemuffe und zur Aufnahme dieser ausgebildet Weiter vorzugsweise ist durch den Antriebsteil und den Abtriebsteil eine Klauenkupplung-Verbindung ausbildbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Antriebsteil und das Abtriebsteil zur Ausbildung der formschlüssigen Verbindung jeweils eine erste und wenigstens eine weitere, insbesondere mehrere weitere Reihen von Formschlusselementen auf. Dabei sind unter Formschlusselementen insbesondere Zähne bzw. Klauen, welche zur Kraftübertragung eingerichtet sind zu verstehen. Weiter vorzugsweise sind wenigstens zwei aufeinanderfolgende Reihen derartiger Formschlusselemente durch eine Lücke in axialer Richtung voneinander beabstandet. Weiter vorzugsweise ist diese Lücke größer als die axiale Erstreckung wenigstens einer der Reihen von Formschlusselementen.
In einem ersten Betriebsmodus der Drehmomentübertragungseinrichtung sind das Antriebsteil und das Abtriebsteil derart zueinander positioniert, dass wenigstens eine Reihe von Formschlusselementen in einer der Lücken zwischen diesen, auf dem jeweils anderen Bauteil (Antriebsteil, Abtriebsteil), positioniert ist. Insbesondere durch diese Positionierung der Formschlusselemente, beziehungsweise des Antriebs- und des Abtriebsteils zueinander, ist in diesem Betriebsmodus kein Drehmoment von dem Antriebsteil auf das Abtriebsteil übertragbar. Das Drehmoment ist insbesondere deshalb nicht übertragbar, weil die Formschlusselemente des einen Bauteils (Antriebsteil, Abtriebsteil) in den Lücken des jeweils anderen Bauteils (Abtriebsteil, Antriebsteil) positioniert sind.
Vorzugsweise in einem zweiten Betriebsmodus sind das Abtriebsteil und das Antriebsteil derart positioniert, dass die Formschlusselemente des Abtriebsteils von den Formschlusselementen des Antriebsteils kontaktierbar sind und dadurch ist in diesem Betriebsmodus ein Drehmoment vom Antriebsteil auf das Abtriebsteil der Drehmomentübertragungseinrichtung übertragbar, vorzugsweise formschlüssig übertragbar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Antriebsteil in axialer Richtung verschiebbar gelagert. Vorzugsweise ist das Antriebsteil zwischen einer ersten axialen Endlage und einer zweiten axialen Endlage hin und her bewegbar gelagert. Vorzugsweise ist das Antriebsteil entlang der Erstreckung der Rotationsachse verschiebbar gelagert. Insbesondere durch diese Verschiebbarkeit ist die Drehmomentübertragungseinrichtung auf besonders einfache Weise zwischen diesem ersten und diesem zweiten Betriebsmodus hin und her schaltbar und damit ist ein verbessertes Achsgetriebe erreichbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drehmomentübertragungseinrichtung mittels eines Aktors von ihrem ersten in ihren zweiten Betriebsmodus überführbar. Vorzugsweise weist dieser Aktor eine drehbar gelagerte Aktorwelle auf. Weiter vorzugsweise schließen diese Aktorwelle und eine Rotationsachse der Drehmomentübertragungseinrichtung, diese fällt vorzugsweise mit der Rotationsachse der ersten Abtriebswelle zusammen, bzw. die Projektion der Aktorwelle und der Rotationsachse in eine gemeinsame Ebene, einen Winkel α zwischen 80 und 100° ein, besonders bevorzugt sind die Aktorwelle und die Rotationsachse bzw. deren Projektionen in eine gemeinsame Ebene, orthogonal zueinander angeordnet. Vorzugsweise weist der Aktor einen drehfest mit der Aktorwelle verbundenen Exzenter auf, Weitervorzugsweise ist dieser Exzenter zum Kontaktieren und Überführen des Antriebsteils von der ersten in die zweite Endlage und/oder umgekehrt eingerichtet. Weiter vorzugsweise ist das Antriebsteil in Richtung auf eine der Endlage mit einer Federkraft durch eine Federeinrichtung beaufschlagbar. Die Verschiebung des Antriebsteils zwischen diesen Endlagen ist wenigstens teilweise oder vollständig durch eine Drehung der Aktorwelle und damit des Exzenters erreichbar.
Insbesondere durch diese winkelige Anordnung der Aktorwelle in Bezug auf die Rotationsachse der Drehmomentübertragungseinrichtung ist ein besonders platzsparender Aufbau des Achsgetriebes ermöglicht und damit ist ein verbessertes Achsgetriebe erreichbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Achsgetriebe wenigstens eine weitere schaltbare Drehmomentübertragungseinrichtung (zweite Drehmomentübertragungseinrichtung) auf. Vorzugsweise ist diese Drehmomentübertragungseinrichtung zwischen dem Antriebszahnrad und der zweiten Abtriebswelle angeordnet. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung baugleich ausgeführt und insbesondere hierdurch ist eine besonders einfache Ansteuerung dieser erreichbar.
Weiter vorzugsweise weist auch diese Drehmomentübertragungseinrichtung einen Drehmomentübertragungsbereich auf. Der Drehmomentübertragungsbereich der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung ist vorzugsweise in axialer Richtung wenigstens teilweise zwischen diesen Differenzialkorblagern angeordnet. Insbesondere durch eine zweite schaltbare Drehmomentübertragungseinrichtung ist ein Abwälzen des Differenzialgetriebes, insbesondere der einer Differentialverzahnung, verringer- oder vermeidbar und damit ist eine weitere Steigerung des Wirkungsgrads des Achsgetriebes erreichbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine der Abtriebswellen gegenüber dem Differentialkorb mit einer Abtriebswellenlagerung drehbar gelagert. Vorzugsweise weist diese Abtriebswellenlagerung wenigstens ein Wälzlager auf. insbesondere mit einer Wälzlagerung ist ein besonders geringer Verlustgrad erreichbar. Weiter vorzugsweise weist diese Abtriebswellenlagerung wenigstens ein Gleitlager auf. Insbesondere mit einer Gleitlagerung ist eine besonders einfache Lagerung erreichbar. Bevorzugt weist die Abtriebswellenlagerung wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Wälzlager mit, vorzugsweise zylinderförmigen, Wälzkörpern, besonders bevorzugt sog. Nadellager, auf. Insbesondere durch eine Lagerung der Abtriebswellen mittels sog. Wälzlager ist eine Senkung des Verlustgrades des Achsgetriebes ermöglicht und damit ist ein verbessertes Achsgetriebe darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Antriebsteil gegenüber dem Abtriebsteil mittels einer Kupplungslagerung drehbar gelagert. Vorzugsweise weist diese Kupplungslagerung wenigstens ein Wälzlager auf. Weiter vorzugsweise weist die Kupplungslagerung wenigstens ein Gleitlager auf. Besonders bevorzugt weist die Kupplungslagerung mehrere Wälzlager, vorzugsweise wenigstens zwei Wälzlager auf. Insbesondere durch eine Wälzlagerung des Antriebsteils gegenüber dem Abtriebsteil kann eine weitere Reduzierung des Verlustgrads des Achsgetriebes erreicht werden und damit ist ein verbessertes Achsgetriebe darstellbar. Weiter vorzugsweise ist für diese Lagerung wenigstens ein Nadellager vorgesehen, insbesondere nadelförmige Wälzkörper ermöglichen einen besonders geringen Bauraumbedarf.
Ein Verfahren zur Steuerung eines erfindungsgemäßen Achsgetriebes, welches insbesondere dazu vorgesehen ist, die Drehmomentübertragungseinrichtung von ihrem ersten Betriebszustand, in welchem kein Drehmoment übertragbar ist, in ihren zweiten Betriebszustand, in welchem ein Drehmoment übertragbar ist, zu überführen, weist wenigstens folgende Schritte auf:

– Ermitteln einer Drehzahl des Abtriebsteils,
– Ermitteln einer Drehzahl des Antriebsteils,
– Bestimmen einer Ausgleichsdrehzahl aus diesen Drehzahlen,
– Antreiben des Antriebszahnrades bis die Ausgleichsdrehzahl einen vordefinierten Schwellenwert erreicht oder unterschreitet.

Wird insbesondere dieser Schwellenwert erreicht oder unterschritten, so wird die Drehmomentübertragungseinrichtung von ihrem ersten in ihren zweiten Betriebszustand überführt.
Ein erfindungsgemäßes Achsgetriebe ist in einem Allradfahrzeug insbesondere derart einsetzbar, dass dem Achsgetriebe vom Fahrzeugantrieb in einem ersten Fahrzustand keine Antriebsleistung zugeführt wird. In diesem Fahrzustand ist der Antriebsstrang besonders effizient betreibbar. Denn in diesem Fahrzustand befindet sich die Drehmomentübertragungseinrichtung im Achsgetriebe in ihrem ersten Betriebszustand, also in dem Betriebszustand, in dem kein Drehmoment übertragbar ist. In diesem ersten Betriebszustand der Drehmomentübertragungseinrichtung ist das Achsgetriebe derart stillgesetzt, dass das Antriebszahnrad still steht und insbesondere keine Verlustleistung am Antriebszahnrad und dessen Lagerungen entsteht. Bei einer Ausführungsform der Erfindung bei welcher nur eine Drehmomentübertragungseinrichtung vorhanden ist, wälzt das Differenzialgetriebe in diesen ersten Fahrzustand, sobald sich das Kraftfahrzeug bewegt ab. Der Grund hierfür ist insbesondere, dass eine der Abtriebswellen über den ersten Betriebszustand der Drehmomentübertragungseinrichtung zu dem Antriebsrad entkoppelbar ist, und die zweite Abtriebswelle durch die Drehbewegung des Rades angetrieben wird.
Erfordert die Fahrsituation das Zuschalten der bis dahin nicht angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs, so ist dies durch das Überführen der Drehmomentübertragungseinrichtung in ihren zweiten Betriebszustand erreichbar. Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren sieht dazu vor das Antriebszahnrad derart zu beschleunigen, dass sich die Drehzahl des stillstehenden Antriebsteils der Drehmomentübertragungseinrichtung und die Drehzahl des mit dem Rad mitrotierenden Abtriebsteils der Drehmomentübertragungseinrichtung aneinander annähern. Das Antriebszahnrad wird vorzugsweise solange beschleunigt, bis der Differenzbetrag aus den Drehzahlen des Antriebs- und Abtriebsteils den vordefinierten Schwellenwert erreichen oder unterschreiten.
Insbesondere durch dieses Angleichen der Drehzahlen des Abtriebs- und des Antriebsteils der Drehmomentübertragungseinrichtung ist ein besonders einfaches Überführen dieser von ihrem ersten in ihren zweiten Betriebszustand ermöglicht und damit ist ein verbessertes Achsgetriebe darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Betriebsverfahrens ist der Schwellenwert Δ (Differenzbetrag, Drehzahl Antriebsteil, Abtriebsteil) aus einem Bereich ausgewählt für den gilt Δ < 500 r. p. m. (Umdrehungen pro Minute), vorzugsweise < 300 r. p. m., bevorzugt < 200 r. p. m. und besonders bevorzugt < 100 r. p. m. und weiter ist Δ ≥ 0 r. p. m., vorzugsweise > 10 r. p. m., bevorzugt > 30 r. p. m. und besonders bevorzugt ≥ 50 r. p. m. Untersuchungen haben gezeigt, dass für Schwellenwerte aus dem erfindungsgemäßen Wertebereich ein besonders einfaches und schnelles Einrücken bzw. Überführen der Drehmomentübertragungseinrichtung von ihrem ersten in ihren zweiten Betriebszustand ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Drehmomentübertragungseinrichtung sehr schnell von ihrem ersten in ihren zweiten Betriebszustand überführt. Weiter vorzugsweise ist die Zeitspanne, in welche das Antriebsteil der Drehmomentübertragungseinrichtung aus der ersten axialen Endlage in die zweite axiale Endlage verfahren wird, aus einem vorbestimmten Bereich ausgewählt. Dieser vorbestimmte Bereich t ist < 1 s, vorzugsweise < 500 Millisekunden (ms), bevorzugt < 300 ms und besonders bevorzugt < 200 ms.
Dabei ist unter der Zeitspanne, welche benötigt wird, um den Antriebsteil der Drehmomentübertragungseinrichtung aus seiner ersten axialen Endlage in seine zweite axiale Endlage zu bewegen, insbesondere die Zeitspanne zu verstehen, welche vergeht, bis dieses Antriebsteil wenigstens im Wesentlichen lastfrei und insbesondere ohne auf Hindernisse aufzutreffen, aus seiner ersten axialen Endlage in seine zweite axiale Endlage verfahren wird. Insbesondere stellt die erste axiale Endlage die Stellung der Drehmomentübertragungseinrichtung dar, in welcher kein Drehmoment durch diese übertragbar ist, und die zweite axiale Endlage stellt insbesondere die Stellung der Drehmomentübertragungseinrichtung dar, in welcher ein Drehmoment übertagbar ist.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Vollschnitt des Achsgetriebes,
2 einen Ablaufplan für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren.
Das Achsgetriebe 1 weist ein Antriebszahnrad 2 auf, dieses ist in einem Achsgetriebegehäuse 3 aufgenommen und um die Rotationsachse 9 drehbar gelagert. Dabei ist das Antriebszahnrad 2 drehfest mit dem Differenzialkorb 4 verbunden. Im Differenzialkorb 4 ist das Differenzialgetriebe 6 aufgenommen, dieses Differenzialgetriebe 6 ist ebenfalls mit dem Differenzialkorb 4 um die Rotationsachse 9 drehbar. Die Leistungserteilung zu den Antriebsrädern (nicht dargestellt) erfolgt über die beiden Abtriebswellen 7a, 7b. Die Abtriebswellen 7a, 7b sind ebenfalls um die Rotationsachse 9 drehbar gelagert. Die Abtriebswellen 7a, 7b weisen zur axialen Lagerung gegenüber dem Differenzialkorb 4 jeweils ein Nadellager 10, 11 auf.
Die erste Abtriebswelle 7a weist eine schaltbare Drehmomentübertragungseinrichtung 8 auf. Die schaltbare Drehmomentübertragungseinrichtung 8 weist einen Drehmomentübertragungsbereich 8a auf. Der Drehmomentübertragungsbereich 8a ist zur Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebsteil 8c und dem Abtriebsteil 8d eingerichtet. Zur Drehmomentübertragung vom Antriebsteil 8c auf den Abtriebsteil 8d ist der Antriebsteil 8c in axialer Richtung, also in Richtung der Rotationsachse 9 axial verschieblich gelagert. Zur axialen Verschiebung wird der Antriebsteil 8c durch den Aktuator 13 mit einer Kraft in Richtung der Rotationsachse 9 beaufschlagt. Zum Erzeugen dieser Kraft weist der Aktuator 13 einen Exzenter 13c auf. Dieser Exzenter 13c ist drehfest mit der Abtriebswelle 13a des Aktuators 13 verbunden und damit um die Rotationsachse 13b der Abtriebswelle 13a drehbar gelagert. Das Antriebsteil 8c weist für die Übertragung des Antriebsdrehmoments mehrere Reihen 8c.1 (4 Reihen) von Zähnen (Formschlusselemente) zur Drehmomentübertragung auf. Die Zähne 8c.1 sind in Umfangsrichtung wenigstens weitgehend in einer Flucht angeordnet (gleiche axiale Position). Weiter weist das Abtriebsteil 8d die gleiche Anzahl an Reihen von Zähnen 8d.1 (4 Reihen) zur Drehmomentübertragung auf.
In der in 1 dargestellten Schaltstellung befindet sich das Antriebsteil 8c in seiner ersten axialen Endlage, d. h. die verschiedenen Reihen von Zähnen 8c.1 und 8d.1 sind derart zueinander positioniert, dass diese Zahnreihen in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 9 aneinander vorbeigleiten und damit kein Drehmoment vom Antriebsteil 8c auf das Abtriebsteil 8d übertragbar ist.
Insbesondere zur Wirkungsgradverbesserung ist das Abtriebsteil 8d gegenüber dem Antriebsteil 8c durch eine Wälzlagerung 12 drehbar gelagert. Das Abtriebsteil 8d weist eine zusätzliche Wälzlagerung 12a gegenüber dem Axialgetriebegehäuse 3 auf.
Der Bereich A zeigt den axialen Abstand zwischen den Wälzlagern 5a, 5b für den Differenzialkorb 4 gegenüber dem Gehäuse 3. Der Bereich B gibt die axiale Erstreckung des Drehmomentübertragungsbereichs 8a der Drehmomentübertragungseinrichtung 8 an. Dabei ist deutlich erkennbar, dass der Drehmomentübertragungsbereich 8 (Bereich B) den axialen Abstand der Wälzlager 5a, 5b (Bereich A) wenigstens teilweise überlappt und somit der Drehmomentübertragungsbereich 8a in axialer Richtung entlang der Rotationsachse 9, wenigstens teilweise, zwischen den Differentialkorblagern 5a/b angeordnet ist.
2 zeigt einen Ablaufplan für ein Betriebsverfahren für ein erfindungsgemäßes Achsgetriebe. Dabei betrifft dieses Betriebsverfahren insbesondere das Einrücken, also das Überführen der Drehmomentübertragungseinrichtung von ihrem ersten Betriebszustand in ihren zweiten Betriebszustand.
Wie dargelegt ist im ersten Betriebszustand kein Drehmoment von der Antriebsseite auf die Abtriebsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung übertragbar und im zweiten Betriebszustand ist ein Drehmoment übertragbar.
Im Rahmen des Verfahrens wird zunächst die Drehzahl des Antriebsteils der Drehmomentübertragungseinrichtung ermittelt. Weiter wird die Drehzahl des Abtriebsteils ermittelt. Dabei ist unter dem Ermitteln der Drehzahl insbesondere das Messen dieser Drehzahl mit einem direkten oder indirekten Verfahren angesprochen. Unter einem indirekten Messen der Drehzahl ist zu verstehen, dass die Drehzahl des Bauteils (Antriebs-/Abtriebsteil) nicht unmittelbar bestimmt wird, sondern die Drehzahl eines anderen Bauteils, welches mit einem bestimmten Drehzahlverhältnis zum Antriebs- oder Abtriebsteil rotiert.
Aus den Drehzahlen des Antriebs- und Abtriebsteils wird dann eine Ausgleichsdrehzahl bestimmt. Insbesondere stellt die Ausgleichsdrehzahl eine Drehzahldifferenz (Betrag) des Antriebsteils und des Abtriebsteils zueinander dar. Diese Ausgleichsdrehzahl Δ wird mit einem vordefinierten Schwellenwert verglichen. Ist die Ausgleichsdrehzahl kleiner als dieser Schwellenwert oder entspricht diesem Schwellenwert, so wird ein Steuerbefehl an die Drehmomentübertragungseinrichtung ausgegeben, so dass diese von ihrem ersten in ihren zweiten Betriebszustand überführt wird.
Untersuchungen haben gezeigt, dass bei einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren eine Drehzahldifferenz, die < 500 r. p. m. ist, besonders vorteilhaft ist.
Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Verschieben des Antriebsteils zum Überführen der Drehmomentübertragungseinrichtung in ihren zweiten Betriebszustand innerhalb einer Zeitspanne vonstattengehen soll, welche kleiner ist als eine Sekunde. Insbesondere bei größeren Drehzahldifferenzen Δ und längeren Schaltzeiten als eine Sekunde, kann es zu Schaltungsfehlern kommen, d. h. die Drehmomentübertagungseinrichtung ist bei zu großer Drehzahldifferenz Δ und/oder zu langsamer Schaltung, nicht von ihrem ersten in ihren zweiten Betriebszustand überführbar, insbesondere führen derartige Vorgänge zu einer Komfortverschlechterung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4625584 [0002, 0005]

Claims

Achsgetriebe (1), mit einem Antriebszahnrad (2), einem Getriebegehäuse (3), einem Differentialkorb (4), der in dem Getriebegehäuse (3) drehbar mit einem ersten und einem zweiten Differentialkorblager (5a/b) gelagert ist, wobei diese Lager (5a/b) in einer axialen Richtung voneinander beabstandet (A) sind, einem Differentialgetriebe (6), einer ersten und einer zweiten Abtriebswelle (7a/b) und wenigstens einer schaltbaren Drehmomentübertragungseinrichtung (8) (erste Drehmomentübertragungseinrichtung), die zwischen dem Antriebszahnrad (2) und der ersten Abtriebswelle (7a) angeordnet ist und einen Drehmomentübertragungsbereich (8a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentübertragungsbereich (8a) in axialer Richtung wenigstens teilweise zwischen diesen Differentialkorblagern angeordnet ist.
Achsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentübertragungsbereich (8a) in radialer Richtung innerhalb wenigstens eines der Differentialkorblager (5a/b) angeordnet ist, insbesondere radial innerhalb des zum Drehmomentübertragungsbereichs (5a) benachbarten Differentialkorblager.
Achsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung (8) einen radial innenliegenden Abtriebsteil (8d) und einen radial aussenliegenden Antriebsteil (8c) aufweist und, dass der Abtriebsteil (8d) vom Antriebsteil (8c) in diesem Drehmomentübertragungsbereich (8a) kontaktierbar ist und, dass der Abtriebsteil (8d) mit dem Antriebsteil (8c) formschlüssig verbindbar ist.
Achsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil (8c) und das Abtriebsteil (8d) für die formschlüssige Verbindung miteinander, jeweils eine erste und wenigstens eine weitere, insbesondere mehrere weitere, Reihen von Formschlusselementen (8c.1, 8d.1) aufweisen, insbesondere in einer Reihe über den Umfang verteilte Zähne und, dass zwei aufeinanderfolgende Reihen durch eine Lücke in axialer Richtung voneinander beabstandet sind und, dass diese Lücke größer ist als die axiale Erstreckung wenigstens einer der Reihen von Formschlusselementen (8c.1, 8d.1).
Achsgetriebe nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsteil (8c) in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist.
Achsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung (8) mit einem Aktor von ihrem ersten in ihren zweiten Betriebsmodus überführbar ist, dass der Aktor eine drehbare gelagerte Aktorwelle (13a) aufweist, dass die Aktorwelle (13a) und eine Rotationsachse (9) der Drehmomentübertragungseinrichtung (8) einen Winkel α von 80° bis 100° einschließen, vorzugsweise ist die Aktorwelle (13a) orthogonal zu dieser Rotationsachse (9) angeordnet.
Achsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine weitere schaltbare Drehmomentübertragungseinrichtung (zweite Drehmomentübertragungseinrichtung) aufweist, welche zwischen dem Antriebszahnrad (2) und der zweiten Abtriebswelle (7b) angeordnet ist und einen Drehmomentübertragungsbereich aufweist, und, dass der Drehmomentübertragungsbereich in axiale Richtung wenigstens teilweise zwischen diesen Differentialkorblagern (5a/b) angeordnet ist.
Achsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Abtriebswellen (7a/b) gegenüber dem Differentialkorb (4) mit einer Abtriebswellenlagerung (10, 11) drehbar gelagert ist, dass die Abtriebswellenlagerung wenigstens ein Wälzlager (10, 11) aufweist.
Achsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebsteil (8d) gegenüber dem Antriebsteil (8c) mit einer Kupplungslagerung (12) drehbar gelagert ist, dass die Kupplungslagerung (12) wenigstens ein Wälzlager aufweist.
Verfahren zum Betrieb eines Achsgetriebes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zum Überführen der Drehmomentübertragungseinrichtung (8) von einem ersten Betriebszustand, in welchem kein Drehmoment übertragbar ist in einen zweiten Betriebszustand in welchem ein Drehmoment übertragbar ist, mit den Schritten, – Ermitteln einer Drehzahl n_8d des Abtriebsteils (8d), – Ermitteln einer Drehzahl n_8c des Antriebsteils (8c), – Bestimmen einer Ausgleichsdrehzahl Δ = Betrag(n_8d – n_8c) aus diesen Drehzahlen (n_8c, n_8d), – Antreiben des Antriebszahnrades (2) bis die Ausgleichsdrehzahl Δ einen vordefinierbaren Schwellenwert erreicht oder unterschreitet, – Überführen wenigstens einer der Drehmomentübertragungseinrichtung (8) in den zweiten Betriebszustand.
Verfahren zum Betrieb eines Achsgetriebes nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert Δ aus einem Bereich ausgewählt ist für den gilt, Δ kleiner als 500 1/min, vorzugsweise kleiner als 300 1/min, bevorzugt kleiner als 200 1/min und besonders bevorzugt kleiner als 100 1/min und weiter ist Δ größer oder gleich 0 1/min, vorzugsweise größer als 10 1/min, bevorzugt größer als 30 1/min und besonders bevorzugt größer oder gleich 50 1/min.
Verfahren zum Betrieb eines Achsgetriebes nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit zum axialen Verschieben des Antriebsteils (8c) von einer ersten axialen Endlage in eine zweite axiale Endlage aus einem bestimmten Bereich ausgewählt ist, dass dieser Bereich kleiner ist als 1 Sekunde, vorzugsweise kleiner ist als 500 Millisekunden, bevorzugt kleiner ist als 300 Millisekunden und besonders bevorzugt kleiner ist als 100 Millisekunden.