DE102016218747B4

DE102016218747B4 - Antriebsanordnung für ein allradgetriebenes zweispuriges Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016218747B4
Application number: DE102016218747.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg Hornischer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: DE102016218747A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein allradgetriebenes zweispuriges Kraftfahrzeug, mit einem Antriebsaggregat (1), das über ein Mittendifferential (9) sowie über ein erstes Achsdifferential (11) und ein zweites Achsdifferential (13) mit den Fahrzeugrädern (15) einer ersten und einer zweiten Fahrzeugachse (VA, HA) in Antriebsverbindung ist, wobei im Fahrbetrieb das im Antriebsaggregat (1) erzeugte Antriebsmoment im Mittendifferential (9) in ein erstes Antriebs-Achsmoment und in ein zweites Antriebs-Achsmoment aufgeteilt wird, die über die Achsdifferentiale (11, 13) zu den Fahrzeugachsen (VA, HA) übertragen werden, und wobei das Mittendifferential (9) ein Kegelraddifferential ist, das einen antriebsseitigen Mittendifferentialkorb (19), an dem zwei einander koaxial mit Abstand gegenüberliegende Ausgleichskegelräder (21) drehgelagert sind, sowie erste und zweite Abtriebskegelräder (23, 25) aufweist, die rechtwinklig zu den Ausgleichskegelräder (21) sowie koaxial mit Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils in Zahneingriff mit den beiden Ausgleichskegelrädern (21) sind, wobei das erste Abtriebskegelrad (23) in trieblicher Verbindung mit dem ersten Achsdifferential (11) ist und das zweite Abtriebskegelrad (25) in trieblicher Verbindung mit dem zweiten Achsdifferential (13) ist. Erfindungsgemäß begrenzen die Ausgleichskegelräder (21) und die Abtriebskegelräder des Mittendifferentials einen Bauraum (37), in dem das erste Achsdifferential (11) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein allradgetriebenes zweispuriges Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei einem allradgetriebenen Kraftfahrzeug mit permanentem Allradantrieb wird das von einem Antriebsaggregat erzeugte Antriebsmoment über ein Mittendifferential zu einer Fahrzeug-Vorderachse und einer Fahrzeug-Hinterachse übertragen. Mit dem Mittendifferential können Momenten- oder Drehzahlunterschiede zwischen den beiden Fahrzeugachsen ausgeglichen werden. Zudem weisen die Vorder- und Hinterachsen des Fahrzeugs jeweils ein Vorderachs- und ein Hinterachsdifferential auf, die Drehzahlunterschiede zwischen den Fahrzeugrädern der jeweiligen Fahrzeugachse ausgleichen.
Aus der DE 41 13 965 A1 ist eine gattungsgemäße Antriebsanordnung bekannt, bei der das Mittendifferential ein Kegelraddifferential ist, das einen antriebsseitigen Mittendifferentialkorb aufweist, an dem zwei einander koaxial mit Abstand gegenüberliegende Ausgleichskegelräder drehgelagert sind. Zudem weist das Kegelraddifferential erste und zweite Abtriebskegelräder auf, die rechtwinklig zu den Ausgleichskegelrädern sowie koaxial mit Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils in Zahneingriff mit den beiden Ausgleichskegelrädern sind. Die beiden Abtriebskegelräder sind jeweils in trieblicher Verbindung mit dem Vorderachsdifferential und mit dem Hinterachsdifferential.
In der obigen DE 41 13 965 A1 sind jedoch die Vorder- und Hinterachsdifferential und das Mittendifferential räumlich voneinander getrennt angeordnet. Eine solche Anordnung ist bauraumintensiv. Zudem werden bauteilaufwendige Hohlwellen zur Verbindung des Mittendifferential mit dem Vorderachsdifferential benötigt.
Aus der DE 40 09 810 A1 ist die Anordnung eines Mittendifferentials und eines Vorderachsdifferentials bekannt, bei dem das Mittendifferential ein Planetengetriebe ist und das Vorderachsdifferential als Kegelraddifferential realisiert ist. Die beiden Differentiale sind koaxial und zueinander benachbart angeordnet. Das als Planetendifferential realisierte Mittendifferential ist deutlich teurer in der Herstellung. Zudem sind im Vergleich zu einem Kegelraddifferential wesentlich mehr Zahneingriffe erforderlich, wodurch sich die Reibung erhöht und damit der Wirkungsrad reduziert. Aus der JP H02-48 233 A ist eine Anordnung bekannt, bei der das Mittendifferential und der Vorderachsdifferential räumlich voneinander getrennt angeordnet sind und durch Hohlwellen miteinander verbunden sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsanordnung für ein permanent allradgetriebenes zweispuriges Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem die Differentiale bauraumgünstig sowie fertigungstechnisch einfach verbaut sind.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 wird zwischen den Ausgleichskegelrädern sowie den ersten und zweiten Abtriebskegelrädern des Mittendifferentials ein Bauraum bereitgestellt, bei dem ein Achsdifferential angeordnet ist. Das Achsdifferential ist daher bauraumgünstig unmittelbar im Mittendifferential integriert.
Das im Mittendifferential integrierte Achsdifferential kann entweder der Fahrzeug-Vorderachse oder der Fahrzeug-Hinterachse zugeordnet sein. Zum einfacheren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend weitere Erfindungsaspekte anhand einer Antriebsanordnung erläutert, bei der speziell das Vorderachsdifferential im Mittendifferential integriert ist, während das Hinterachsdifferential über eine Kardanwelle in trieblicher Verbindung mit dem Mittendifferential ist und räumlich davon beabstandet ist.
So ist in einer bevorzugten technischen Umsetzung das im Mittendifferential integrierte Vorderachsdifferential ebenfalls als ein Kegelraddifferential ausgeführt, das einen Achsdifferentialkorb aufweist, an dem zwei einander koaxial mit Abstand gegenüberliegende innere Ausgleichsräder drehgelagert sind. Diese sind mit Achswellenkegelrädern jeweils in Zahneingriff, die rechtwinklig zu den inneren Ausgleichskegelrädern sowie koaxial mit Abstand zueinander angeordnet sind. Die ersten und zweiten Achswellenkegelräder sitzen jeweils drehfest auf ersten und zweiten Achshalbwellen, die zueinander koaxial angeordnet sind und jeweils zu den Fahrzeugrädern der Vorderachse geführt sind.
Bei der obigen technischen Umsetzung kann bevorzugt der innere Achsdifferentialkorb drehfest an einem der Abtriebskegelräder des Mittendifferentials angebunden sein. Dadurch ergibt sich insgesamt eine verschachtelte Anordnung des Mittendifferentials und des Vorderachsdifferentials, bei der die ersten und zweiten Abtriebskegelräder des Mittendifferentials sowie die ersten und zweiten Achswellenkegelräder des Vorderachsdifferentials koaxial zu den Achshalbwellen positioniert sind. Die ersten und zweiten Abtriebskegelräder des Mittendifferentials sind dabei auf den Achshalbwellen drehgelagert.
In einer technischen Realisierung kann der antriebsseitige Differentialkorb des Mittendifferentials an einem Antriebszahnrad drehfest angebunden sein, das zum Beispiel über einen Stirnradtrieb mit einer Antriebswelle, zum Beispiel einer Getriebeausgangswelle, trieblich verbunden ist. Das Antriebszahnrad kann koaxial zu den ersten und zweiten Abtriebskegelrädern des Mittendifferentials und den Achswellenkegelrädern des Vorderachsdifferentials angeordnet sein. Zudem kann das Antriebszahnrad in einer einfachen technischen Umsetzung unmittelbar auf einer der Achshalbwellen drehgelagert sein sowie um einen Axialversatz von dem Mittendifferential beabstandet sein.
Wie oben erwähnt, ist das zweite Abtriebskegelrad des Mittendifferentials in trieblicher Verbindung mit dem Hinterachsdifferential. Dies kann durch einen Winkeltrieb zwischen dem zweiten Abtriebskegelrad des Mittendifferentials und einem Kardanwellen-Kegelrad realisiert sein. Die Kardanwelle ist in trieblicher Verbindung mit dem Hinterachsdifferential.
Alternativ dazu kann der Winkeltrieb wie folgt realisiert sein: So kann das zweite Abtriebskegelrad des Mittendifferentials eine von der Differentialverzahnung separate Kegelverzahnung aufweisen, die unter Bildung des Winkeltriebs mit dem Kardanwellen-Kegelrad in Zahneingriff ist. Auf diese Weise ergeben sich mehr Freiheitsgrade bei der Verzahnungsauslegung des Winkeltriebes.
Im Hinblick auf die Bereitstellung eines ausreichend großen Bauraums im Mittendifferential ist es bevorzugt, wenn die beiden Ausgleichskegelräder des Mittendifferentials nicht an einem gemeinsamen, sich durch den Bauraum erstreckenden Differentialbolzen drehgelagert sind, der vom Mittendifferentialkorb getragen wird. Vielmehr ist es bevorzugt, wenn die Ausgleichskegelräder des Mittendifferentials an zwei voneinander separaten Mittendifferentialbolzen drehgelagert sind, die zueinander koaxial ausgerichtet sind und von dem Mittendifferentialkorb getragen sind. Demgegenüber können die inneren Ausgleichskegelräder des Vorderachsdifferentials auf einem gemeinsamen Achsdifferentialbolzen drehgelagert sein, der bevorzugt koaxial in Flucht zwischen den beiden Mittendifferentialbolzen positioniert ist.
Bei der obigen Integration des Vorderachsdifferential im Mittendifferential ergibt sich eine verschachtelte Anordnung, bei der die Mittendifferential-Ausgleichskegelräder und die Achsdifferential-Ausgleichskegelräder in zueinander parallelen Ausgleichskegelrad-Ebenen liegen. Die Mittendifferential-Abtriebskegelräder und die Achswellenkegelräder liegen ebenfalls in zueinander parallelen Zahnebenen, die zu den obigen Ausgleichskegelräder-Ebenen rechtwinklig ausgerichtet sind.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 in einer grob schematischen Darstellung eine Antriebsanordnung in einem allradgetriebenen Kraftfahrzeug;
2 und 3 jeweils Getriebestrukturen gemäß einem ersten und einem zweiten Ausführungsbeispiel.
In der 1 ist grob schematisch die Antriebsanordnung für ein allradgetriebenes, zweispuriges Kraftfahrzeug gezeigt, bei der eine Brennkraftmaschine 1 über eine Ausgangswelle 3 mit einem Zahnradwechselgetriebe 5 in Verbindung ist. Das Zahnradwechselgetriebe 5 ist über eine Getriebeausgangswelle 7 trieblich an einem Mittendifferential 9 angebunden, das ausgangsseitig mit einem Vorderachsdifferential 11 einer Vorderachse VA und einem Hinterachsdifferential 13 einer Hinterachse HA trieblich verbunden ist. Im Fahrbetrieb wird ein in der Brennkraftmaschine 1 erzeugtes Antriebsmoment im Mittendifferential 9 in ein Vorderachsmoment und ein Hinterachsmoment aufgeteilt, die jeweils über die Vorder- und Hinterachsdifferentiale 11, 13 zu den vorderen und hinteren Fahrzeugrädern 15 der Fahrzeugachsen VA, HA übertragen werden.
Wie aus der 2 weiter hervorgeht, sind sowohl das Mittendifferential 9 als auch das Vorderachsdifferential 11 in einem gemeinsamen Verteilergetriebegehäuse 17 angeordnet. Sowohl das Mittendifferential 9 als auch das Vorderachsdifferential 13 sind als Kegeldifferentiale realisiert und ineinander verschachtelt bauraumgünstig im Verteilergetriebegehäuse 17 positioniert.
Gemäß der 2 weist das Mittendifferential 9 einen antriebsseitigen Mittendifferentialkorb 19 auf, an dem zwei einander koaxial mit Abstand gegenüberliegende äußere Ausgleichskegelräder 21 drehgelagert sind. Zudem weist das Mittendifferential 9 erste und zweite Abtriebskegelräder 23, 25 auf. Diese sind rechtwinklig zu den Ausgleichskegelrädern 21 sowie koaxial mit Abstand zueinander angeordnet. Jedes der Abtriebskegelräder 23, 25 ist in Zahneingriff mit den beiden Ausgleichskegelräder 21.
Wie aus der 2 hervorgeht, ist am ersten Abtriebskegelrad 23 des Mittendifferentials 9 ein innerer Achsdifferentialkorb 27 des Vorderachsdifferentials 11 drehfest angebunden. An dem Achsdifferentialkorb 27 sind zwei zueinander koaxial mit Abstand gegenüberliegende, innere Ausgleichskegelräder 28 drehgelagert. Zudem weist das Vorderachsdifferential 11 ein erstes und zweites Achswellenkegelrad 29, 31 auf. Diese sind rechtwinklig zu den inneren Ausgleichskegelrädern 28 sowie koaxial mit Abstand zueinander angeordnet. Jedes Achswellenkegelrad 29, 31 ist jeweils in Zahneingriff mit den beiden inneren Ausgleichskegelrädern 28. Die Achswellenkegelräder 29, 31 sind in der 2 drehfest auf jeweils einer ersten und zweiten Achshalbwelle 33, 35 angeordnet, die zu den vorderen Fahrzeugrädern 15 führen.
In der 2 ist zwischen den äußeren Ausgleichskegelrädern 21 und den ersten und zweiten Abtriebskegelrädern 23, 25 des Mittendifferentials 9 ein Bauraum 37 begrenzt, in dem das oben beschriebene Vorderachsdifferential 11 positioniert ist. Die beiden äußeren Ausgleichskegelräder 21 sind dabei nicht auf einen gemeinsamen Differentialkorbbolzen drehgelagert, der sich durch den Bauraum 37 erstreckt. Vielmehr weist der Mittendifferentialkorb 19 zwei voneinander separate erste und zweite Differentialkorbbolzen 39, 41 auf, an denen jeweils ein äußeres Ausgleichskegelrad 21 drehgelagert ist. Im Unterschied dazu sind die inneren Ausgleichskegelräder 28 des Vorderachsdifferentials 11 an einem gemeinsamen Differentialkorbbolzen 43 drehgelagert, der koaxial in Flucht zwischen den beiden Differentialkorbbolzen 39, 41 des Mittendifferentials 9 positioniert ist.
In der 2 ist der äußere Mittendifferentialkorb 19 drehfest an einem Antriebszahnrad 46 angebunden, das zum Beispiel über einen Stirnradtrieb mit der Getriebeausgangswelle 7 verbunden ist. Das Antriebszahnrad 46 ist in der 2 über einen Axialversatz in der Axialrichtung vom Mittendifferential 9 beabstandet.
In der in der 2 gezeigten Getriebestruktur sind die Ausgleichskegelräder 21 des Mittendifferentials 9 und des Vorderachsdifferentials 11 in zueinander parallelen Ausgleichskegelrad-Ebenen positioniert. Die Abtriebsräder 23, 25 des Mittendifferentials 9 und die Achswellenkegelräder 29, 31 sind ebenfalls in zueinander parallelen Zahnradebenen positioniert, die zu den obigen Ausgleichskegelrad-Ebenen rechtwinklig ausgerichtet sind. Dadurch ergibt sich eine besonders bauraumgünstige verschachtelte Anordnung der Differentiale 9, 11.
Wie aus der 1 weiter hervorgeht, ist das zweite Abtriebskegelrad 25 des Mitteldifferentials 9 über eine Kardanwelle 45 in trieblicher Verbindung mit dem Hinterachsdifferential 13. Hierzu ist in der 2 ein Winkeltrieb 47 realisiert, bei dem eine Differentialverzahnung 49 des zweiten Abtriebskegelrads 25 nicht nur mit den äußeren Ausgleichskegelrädern 21 in Eingriff ist, sondern zusätzlich auch in Zahneingriff mit einem Kardanwellen-Kegelrad 51 ist.
In der 3 ist eine Getriebestruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen grundsätzlicher Aufbau identisch mit dem in der 2 gezeigten Getriebestruktur ist. In der 3 ist der Winkeltrieb 47 zwischen dem zweiten Abtriebskegelrad 25 und der Kardanwelle 45 unterschiedlich realisiert: so weist in der 3 das zweite Antriebskegelrad 25 eine von der Differentialverzahnung 49 separate Kegelverzahnung 53 auf. Diese ist unter Bildung des Winkeltriebs 47 in Zahneingriff mit dem Kardanwellen-Kegelrad 51.

Claims

Antriebsanordnung für ein allradgetriebenes zweispuriges Kraftfahrzeug, mit einem Antriebsaggregat (1), das über ein Mittendifferential (9) sowie über ein erstes Achsdifferential (11) und ein zweites Achsdifferential (13) mit den Fahrzeugrädern (15) einer ersten und einer zweiten Fahrzeugachse (VA, HA) in Antriebsverbindung ist, wobei im Fahrbetrieb das im Antriebsaggregat (1) erzeugte Antriebsmoment im Mittendifferential (9) in ein erstes Antriebs-Achsmoment und in ein zweites Antriebs-Achsmoment aufgeteilt wird, die jeweils über die Achsdifferentiale (11, 13) zu den Fahrzeugachsen (VA, HA) übertragen werden, und wobei das Mittendifferential (9) ein Kegelraddifferential ist, das einen äußeren antriebsseitigen Mittendifferentialkorb (19), an dem zwei einander koaxial mit Abstand gegenüberliegende äußere Ausgleichskegelräder (21) drehgelagert sind, sowie erste und zweite Abtriebskegelräder (23, 25) aufweist, die rechtwinklig zu den Ausgleichskegelrädern (21) sowie koaxial mit Abstand zueinander angeordnet und jeweils in Zahneingriff mit den beiden Ausgleichskegelrädern (21) sind, wobei die beiden äußeren Ausgleichskegelräder (21) an zwei voneinander separaten Mittendifferentialbolzen (39, 41) drehgelagert sind, die zueinander koaxial ausgerichtet und vom antriebsseitigen äußeren Mittendifferenzialkorb (19) getragen sind, wobei das erste äußere Abtriebskegelrad (23) in trieblicher Verbindung mit dem ersten Achsdifferential (11) ist und das zweite äußere Abtriebskegelrad (25) in trieblicher Verbindung mit dem zweiten Achsdifferential (13) ist, und wobei das innerhalb des Mittendifferentials (9) angeordnete erste Achsdifferential (11) ein Kegelraddifferential ist, das einen inneren Achsdifferentialkorb (27), an dem zwei einander koaxial mit Abstand gegenüberliegende innere Ausgleichskegelräder (28) drehgelagert sind, sowie erste und zweite Achswellenkegelräder (29, 31) aufweist, die rechtwinklig zu den inneren Ausgleichskegelrädern (28) sowie koaxial mit Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils in Zahneingriff mit den inneren Ausgleichkegelrädern (28) sind, und dass das erste Achswellenkegelrad (29) drehfest auf einer zum Fahrzeugrad (15) führenden ersten Achshalbwelle (33) und das zweite Achswellenkegelrad (31) drehfest auf einer zum Fahrzeugrad (15) führenden zweiten Achshalbwelle (35) angeordnet ist, welche Achshalbwellen (33, 35) zueinander koaxial verlaufen, und wobei die ersten und zweiten äußeren Abtriebskegelräder (23, 25) des Mittendifferentials (9) sowie die ersten und zweiten Achswellenkegelräder (29, 31) des im Mittendifferential (9) angeordneten ersten Achsdifferentials (11) koaxial zu den Achshalbwellen (33, 35) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Ausgleichskegelräder (21) und die äußeren Abtriebskegelräder (23, 25) des Mittendifferentials (9) einen Bauraum (37) begrenzen, in dem das erste Achsdifferential (11) angeordnet ist, und dass die ersten und zweiten äußeren Abtriebskegelräder (23, 25) des Mittendifferentials (9) auf den Achshalbwellen (33, 35) drehgelagert sind, und dass die inneren Ausgleichskegelräder (28) des inneren ersten Achsdifferentials (11) auf einem gemeinsamen Achsdifferentialbolzen (43) drehgelagert sind, der in Flucht zwischen den beiden Mittendifferentialbolzen (39, 41) positioniert ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsdifferentialkorb (27) des ersten Achsdifferentials (11) drehfest am ersten Abtriebskegelrad (23) des Mittendifferentials (9) angebunden ist.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der antriebsseitige Mittendifferentialkorb (19) an einem Antriebszahnrad (46) drehfest angebunden ist, und dass das Antriebszahnrad, zum Beispiel über einen Stirnradtrieb, mit einer Antriebswelle, etwa einer Getriebeausgangswelle (7), trieblich verbunden ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebszahnrad (46) koaxial zu den ersten und zweiten Abtriebskegelrädern (23, 25) des Mittendifferentials (9) und den Achswellenkegelrädern (29, 31) des darin integrierten ersten Achsdifferentials (11) angeordnet ist, und/oder dass das Antriebszahnrad (46) auf einer der Achshalbwellen (33, 35) drehgelagert ist sowie um einen Axialversatz von dem Mittendifferential (9) beabstandet ist.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die triebliche Verbindung zwischen dem zweiten Abtriebskegelrad (25) des Mittendifferentials (9) und dem zweiten Achsdifferential (13) als ein Winkeltrieb (47) realisiert ist, bei dem eine Differentialverzahnung (49) des zweiten Abtriebskegelrads (25) des Mittendifferentials (9) sowohl in Zahneingriff mit den Ausgleichskegelrädern (21) ist als auch in Zahneingriff mit einem Kardanwellen-Kegelrad (51) ist, das drehfest auf einer zum zweiten Achsdifferential (13) führenden Kardanwelle (45) angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Winkeltrieb (47) das zweite Abtriebskegelrad (25) des Mittendifferentials (9) eine von der Differentialverzahnung (49) separate Kegelverzahnung (53) aufweist, die unter Bildung des Winkeltriebs (47) mit dem Kardanwellen-Kegelrad (51) in Zahneingriff ist.