DE102017123158A1

DE102017123158A1 - Achsanordnung

Info

Publication number: DE102017123158A1
Application number: DE102017123158.7A
Authority: DE
Inventors: Günter Bittlingmaier
Original assignee: Kessler and Co GmbH and Co KG
Current assignee: Kessler and Co GmbH and Co KG
Priority date: 2017-10-05
Filing date: 2017-10-05
Publication date: 2019-04-11

Abstract

Eine Achsanordnung umfasst zwei Halbachsen, über welche ein von einem Differential auf die Halbachsen verteilter Antrieb auf Räder eines Fahrzeugs übertragbar ist, wobei jede Halbachse jeweils ein Antriebselement, welches den Antrieb empfängt, ein Abtriebselement, welches den Antrieb ausgibt, sowie ein Untersetzungsgetriebe umfasst, welches eine an einem Eingangselement des Untersetzungsgetriebes anliegende und an einem Ausgangselement des Untersetzungsgetriebes ausgegebene Drehzahl ins Langsamere übersetzt. Ferner weist jede Halbachse jeweils eine erste Kupplung auf, die innerhalb eines ersten Übertragungspfads angeordnet ist, entlang dessen der Antrieb vom Antriebselement unter Umgehung des Untersetzungsgetriebes zum Abtriebselement übertragbar ist, und jeweils eine zweite Kupplung auf, die innerhalb eines zweiten Übertragungspfads angeordnet ist, entlang dessen der Antrieb vom Antriebselement durch das Untersetzungsgetriebe hindurch zum Abtriebselement übertragbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Achsanordnung mit zwei Halbachsen, über welche ein von einem Differential auf die Halbachsen verteilter Antrieb auf die Räder eines Fahrzeugs übertragbar ist.
Der Bereich des Sonderfahrzeugbaus umfasst Fahrzeuge oder Fahrzeugmodule wie insbesondere Anhänger, die eine Vielzahl von Achsen aufweisen, um das Gewicht einer Last auf mehrere Achsen zu verteilen, die in Bewegungsrichtung des Fahrzeugs hintereinander vorgesehen sind und/oder grundsätzlich auch zumindest teilweise, z.B. paarweise, in Bewegungsrichtung nebeneinander angeordnet sein können. Jede dieser Achsen kann beispielsweise an ihren beiden jeweiligen Enden ein Rad oder mehrere Räder, z.B. eine Zwillingsradanordnung, aufweisen.
Bei einem Transport über einen unebenen Untergrund ist eine möglichst individuelle Lageanpassung der Räder erforderlich, um zu vermeiden, dass einzelne Räder den Kontakt zum Untergrund verlieren, wodurch die übrigen Räder verstärkt belastet würden, die Achsen starke Biegemomente erfahren würden und die Fahrbewegung des Fahrzeugs insgesamt destabilisiert würde. Es ist daher zweckmäßig, die einzelnen Achsen beweglich und/oder in im Wesentlichen vertikaler Richtung federnd zu lagern. Durch eine derartige Beweglichkeit ergeben sich jedoch Einschränkungen hinsichtlich des Bauraums.
Wenn es sich bei dem Fahrzeug um einen Anhänger handelt, wird dieser in der Regel durch eine Zugmaschine angetrieben, an die der Anhänger angekoppelt wird. Der Anhänger wird dabei also lediglich geschleppt. Beispielsweise wenn eine Steigung zu bewältigen ist, kann ein solcher schleppender Antrieb nicht ausreichend sein. Für einen solchen Fall oder auch zur allgemeinen Verbesserung der Traktion insbesondere in schwierigem Gelände ist es daher vorteilhaft, wenn die Achsen des Anhängers (oder zumindest einzelne der Achsen) selbst direkt antreibbar sind. Durch direkt angetriebene Achsen kann auch eine Selbstfahrfunktion eines Anhängers erreicht werden, der dann auch ohne Zugfahrzeug antreibbar ist. Für den Antrieb können an dem Anhänger bzw. an den Achsen Motoren, insbesondere Hydromotoren oder Elektromotoren, vorgesehen oder anschließbar sein, die z.B. von einer zentralen Antriebseinheit, beispielsweise mit Hydraulikdruck bzw. Strom, versorgt werden. Dabei kann der Antrieb auch von einem Verbrennungsmotor stammen. Der Anhänger kann aber auch für mehrere antreibbare Achsen einen gemeinsamen Motor aufweisen, dessen Antriebsmoment auf die mehreren Achsen übertragen und verteilt wird.
Mittels direkt antreibbarer Achsen können somit zwar insbesondere Transportabschnitte bewältigt werden, die hohe Drehmomente erfordern und daher oder aus sonstigen Gründen im Schleppbetrieb nicht bewältigt werden könnten. Gleichwohl kann ein Schleppbetrieb, insbesondere im Hinblick auf eine Fortbewegung mit vergleichsweise hohen Geschwindigkeiten und/oder auf ebenem Untergrund, Vorteile gegenüber einem direkten Antrieb der Achsen aufweisen, weil etwa eine bessere Dynamik zum Beispiel mittels verschiedener Gänge erreicht werden kann.
Zwar können die antreibbaren Achsen grundsätzlich auch wahlweise nicht angetrieben und stattdessen geschleppt werden. Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, dass im Schleppbetrieb Antriebs- und/oder Getriebekomponenten der antreibbaren Achsen aufgrund von hohen Drehzahlen stark verschleißen oder beschädigt werden können. Eine Möglichkeit, direkt angetriebene Achsen dennoch im Schleppbetrieb einzusetzen, besteht darin, die direkt angetriebenen Achsen bei Schnellfahrt anzuheben (sogenanntes „Liften“), um sie gegen ein Überdrehen zu schützen. Für eine solche Funktionalität müssen aber zusätzliche Mittel vorgesehen werden, welche die Konstruktion verkomplizieren und Kosten verursachen.
Des Weiteren kann mittels antreibbarer Achsen zwar eine Verbesserung der Traktion oder auch eine Selbstfahrfunktion erreicht werden. Allerdings ist bei direkt angetriebenen Achsen die Fahrdynamik vergleichsweise stark eingeschränkt, da die Achsanordnung in der Regel aufgrund des beschränkten Bauraums lediglich für einen bestimmten Drehzahl- bzw. Drehmomentenbereich starr ausgelegt ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, insbesondere zur Ermöglichung von Fahrzeugmodulen, die wahlweise im Schleppbetrieb oder mittels eines eigenen direkten Antriebs eingesetzt werden können, eine Achsanordnung bereitzustellen, welche die genannten Nachteile vermeidet, insbesondere eine verbesserte Dynamik aufweist und einen kompakten Aufbau ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine, insbesondere antreibbare, Achsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie der Figur.
Erfindungsgemäß umfasst jede der zwei Halbachsen der Achsanordnung, über welche ein von einem Differential auf die Halbachsen verteilter Antrieb auf die Räder eines Fahrzeugs übertragbar ist, jeweils ein Antriebselement, welches den Antrieb empfängt, ein Abtriebselement, welches den Antrieb ausgibt, sowie ein Untersetzungsgetriebe, welches eine an einem Eingangselement des Untersetzungsgetriebes anliegende und an einem Ausgangselement des Untersetzungsgetriebes ausgegebene Drehzahl ins Langsamere übersetzt. Konkret erfolgt die Übertragung des Antriebs durch eine jeweilige Halbachse in der beschriebenen Richtung freilich lediglich dann, wenn die Achsanordnung auch tatsächlich angetrieben und nicht lediglich geschleppt wird. Insofern ist die beschriebene Funktionalität der Elemente einer jeweiligen Halbachse so zu verstehen, dass das Antriebselement dazu ausgebildet ist, einen entsprechenden Anteil des von dem Differential auf die Halbachsen verteilten Antriebs zu empfangen, dass das Abtriebselement dazu ausgebildet ist, den entsprechenden Anteil des Antriebs auszugeben, und dass das Untersetzungsgetriebe dazu ausgebildet ist, eine an einem Eingangselement des Untersetzungsgetriebes anliegende und an einem Ausgangselement des Untersetzungsgetriebes ausgegebene Drehzahl in Langsamere zu übersetzen. Der Antrieb kann dabei wie vorstehend erläutert von einer zentralen Antriebseinheit oder von einem speziell für die Achsanordnung oder für jeweils mehrere gleichartige Achsanordnungen gemeinsam vorgesehenen Motor stammen und mittels des Differentials je nach Fahrsituation auf die Halbachsen verteilt werden.
Bei dem Antriebselement kann es sich beispielsweise um eine Welle handeln, die mit einem Ausgangselement des Differentials antriebswirksam, insbesondere drehfest, verbunden oder auch einstückig ausgebildet ist. Von dem Abtriebselement wird vorzugsweise letztlich ein Rad angetrieben. Dazu kann das Abtriebselement, das insbesondere als Welle ausgebildet ist, mit einem Flansch zum Befestigen einer Radnabe, einer Felge oder eines Rads, oder auch direkt mit einer Felge, einer Radnabe oder einem Rad antriebswirksam verbindbar oder verbunden oder auch einstückig ausgebildet sein.
Das Untersetzungsgetriebe kann beispielsweise als Planetengetriebe ausgebildet sein und dient dazu, die antriebsseitig an seinem Eingangselement anliegende Drehzahl ins Langsamere zu übersetzen, so dass abtriebsseitig am Ausgangselement eine demgegenüber verringerte Drehzahl ausgegeben wird. Dadurch wird aber das am Ausgangselement ausgegebene Drehmoment gegenüber dem am Eingangselement eingehenden Drehmoment verstärkt, so dass das Untersetzungsgetriebe insbesondere dazu dient, das auf ein jeweiliges Rad übertragene Drehmoment zu verstärken. Vorzugsweise bleibt dabei die Drehrichtung hingegen unverändert.
Des Weiteren weist jede Halbachse eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung auf, bei denen es sich jeweils bevorzugt um eine formschlüssige Kupplung handelt. Grundsätzlich kommen aber auch kraftschlüssige Kupplungen in Betracht. Die Kupplungen sind vorteilhafterweise zwischen einem geschlossenen Zustand und einem geöffneten Zustand schaltbar. Dabei sind in dem geschlossenen Zustand die beiden Kupplungshälften der jeweiligen Kupplung antriebswirksam miteinander gekoppelt, so dass ein Antrieb durch die Kupplung hindurch übertragen werden kann. In dem geöffneten Zustand sind die beiden Kupplungshälften dagegen derart voneinander getrennt, dass kein Antrieb von der einen auf die andere Kupplungshälfte übertragen werden kann. Auf diese Weise kann mittels der Kupplungen ein jeweiliger Übertragungspfad, entlang dessen der Antrieb übertragen werden kann, wahlweise geschlossen oder unterbrochen werden.
Die erste Kupplung einer jeweiligen Halbachse ist innerhalb eines ersten Übertragungspfades angeordnet, entlang dessen der Antrieb vom Antriebselement unter Umgehung des Untersetzungsgetriebes zum Abtriebselement der Halbachse übertragbar ist. Die zweite Kupplung ist innerhalb eines zweiten Übertragungspfads angeordnet, entlang dessen der Antrieb vom Antriebselement durch das Untersetzungsgetriebe hindurch zum Abtriebselement übertragbar ist. Eine Übertragung des Antriebs entlang des ersten Übertragungspfads kann somit nur erfolgen, wenn die erste Kupplung nicht geöffnet ist, da der erste Übertragungspfad ansonsten unterbrochen ist. In entsprechender Weise kann eine Übertragung des Antriebs entlang des zweiten Übertragungspfads nur erfolgen, wenn die zweite Kupplung nicht geöffnet ist, da der zweite Übertragungspfad ansonsten unterbrochen ist.
Beide Übertragungspfade verbinden das Antriebselement mit dem Abtriebselement einer jeweiligen Halbachse der Achsanordnung. Der erste und der zweite Übertragungspfad unterscheiden sich dabei aber ganz wesentlich dadurch, dass der zweite Übertragungspfad durch das Untersetzungsgetriebe hindurch verläuft, der erste Übertragungspfad hingegen nicht, sondern das Untersetzungsgetriebe umgeht. Durch Übertragung des Antriebs entlang des ersten Übertragungspfads kann das Untersetzungsgetriebe somit überbrückt werden.
Des Weiteren unterscheiden sich der erste und der zweite Übertragungspfad vorteilhafterweise auch hinsichtlich ihrer jeweiligen Gesamtübersetzung. Da der zweite Übertragungspfad durch das Untersetzungsgetriebe verläuft, erfolgt entlang des zweiten Übertragungspfads vom Antriebselement zum Abtriebselement der jeweiligen Halbachse eine Übersetzung der Drehzahl ins Langsamere. Zwar kann auch entlang des ersten Übertragungspfades grundsätzlich eine Übersetzung erfolgen, z.B. wenn der erste Übertragungspfad eine Stirnradstufe mit Stirnrädern ungleicher Zähnezahl aufweist, wobei diese Übersetzung auch eine Untersetzung sein kann. Vorzugsweise handelt es sich bei der Übersetzung durch den ersten Übertragungspfad aber um eine geringere Untersetzung als durch den zweiten Übertragungspfad oder sogar um eine Übersetzung ins Schnellere. Besonders bevorzugt liegt im ersten Übertragungspfad eine Eins-zu-Eins-Übersetzung vor, so dass das Abtriebselement bei geschlossener erster Kupplung dieselbe Drehzahl wie das Antriebselement aufweist. Hinsichtlich des Drehsinns unterscheiden sich der erste und der zweite Übertragungspfad dagegen vorzugsweise nicht, damit es bei einem Wechsel des Übertragungspfads nicht zu einer Drehrichtungsumkehr kommt.
Aufgrund der unterschiedlichen Übersetzung im ersten und im zweiten Übertragungspfad ist es zweckmäßig, wenn stets zumindest einer der beiden Übertragungspfade unterbrochen ist. Daher ist es bevorzugt, wenn die erste Kupplung an einer Position innerhalb des ersten Übertragungspfads angeordnet ist, die nicht zugleich Teil des zweiten Übertragungspfads ist, und entsprechend umgekehrt die zweite Kupplung an einer Position innerhalb des zweiten Übertragungspfads angeordnet ist, die nicht zugleich Teil des ersten Übertragungspfads ist.
Entlang welches Übertragungspfades ein am Antriebselement der jeweiligen Halbachse empfangener Antrieb zum Abtriebselement übertragen wird, hängt vom jeweiligen Schaltzustand der ersten und der zweiten Kupplung ab. Somit kann durch Schalten der Kupplungen ein jeweiliger Übertragungspfad ausgewählt werden. Vorteilhafterweise können mittels der Kupplungen das Antriebselement und das Abtriebselement auch vollständig antriebsmäßig voneinander entkoppelt werden, nämlich indem sowohl die erste Kupplung als auch die zweite Kupplung geöffnet werden, wobei vorzugsweise kein dritter Übertragungspfad durch die jeweilige Halbachse existiert. Eine solche Unterbrechung der antriebswirksamen Verbindung des Antriebselements und des Abtriebselements einer jeweiligen Halbachse ist besonders in einem Schleppbetrieb vorteilhaft, bei dem die Räder nicht aktiv angetrieben werden und daher auch kein Antrieb von dem Differential an die Antriebselemente der Halbachsen ausgegeben wird, sondern sich die Räder passiv infolge des Schleppens drehen und daher in umgekehrter Richtung ein jeweiliges Drehmoment an den Abtriebselementen der Halbachsen eingeht und bei geschlossenem Übertragungspfad zu den Antriebselementen hin übertragen würde. Um zu verhindern, dass die gesamten Halbachsen bis hin zum Differential oder noch weiter bis zu einer Antriebseinheit mit diesem Drehmoment belastet werden, können die Übertragungspfade durch Öffnen der jeweiligen Kupplungen einfach unterbrochen werden.
Die erfindungsgemäße Achsanordnung bietet somit auf konstruktiv vergleichbar einfache Weise sowohl eine Schaltbarkeit zwischen zwei unterschiedlichen Übersetzungen, mit denen der Antrieb bei aktiv angetriebener Achse durch die beiden Halbachsen der Achsanordnung übertragen wird, als auch eine Trennbarkeit, welche die Räder im Schleppbetrieb vom Differential entkoppelt. Im Vergleich zu einer konventionellen Achsanordnung mit fester Untersetzung kann diese doppelte Funktionalität in erfindungsgemäßer Weise mit vergleichsweise wenig Aufwand und geringem Bauraumbedarf durch das Vorsehen der genannten ersten und zweiten Kupplungen in jeder Halbachse erzielt werden. Weitere Kupplungen in den Halbachsen sind nicht erforderlich und, um zusätzliche Kosten und eine übermäßige technische Komplexität zu vermeiden, vorzugsweise auch nicht vorgesehen.
Dabei ist es zweckmäßig, dass beide Halbachsen der Achsanordnung zumindest insofern gleichartig ausgebildet sind, als sie jeweils zwei mittels einer jeweiligen Kupplung unterbrechbare Übertragungspfade mit bestimmten unterschiedlichen Übersetzungen aufweisen, damit die zwei Halbachsen jeweils zwischen denselben zwei Übersetzungen geschaltet werden können bzw. die Übertragung eines passiven Antriebs von den Rädern zum Differential in beiden Halbachsen einfach unterbrochen werden kann. Dabei müssen die beiden Halbachsen nicht zwangsläufig baugleich zueinander ausgebildet sein. Bevorzugt sind die beiden Halbachsen aber in funktionaler, vorzugsweise auch in konstruktiver Hinsicht, zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet.
Grundsätzlich kann die Achsanordnung auch mehr als zwei Halbachsen umfassen. Dabei handelt es sich dann vorzugsweise um eine gerade Anzahl von Halbachsen, so dass jeweils Paare aus zwei einander zugeordneten Halbachsen gebildet werden können, die gemeinsam eine Achse des jeweiligen Fahrzeugs bilden. Dabei können dann alle Halbachsen oder jeweils zumindest die zwei einander zugeordneten Halbachsen eines jeweiligen Paares im Wesentlichen gleichartig zueinander ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Antriebselement einer jeweiligen Halbachse bei geschlossener erster Kupplung über die erste Kupplung, insbesondere direkt, antriebswirksam mit dem Abtriebselement dieser Halbachse verbunden. Dabei ist unter einer antriebswirksamen Verbindung zweier Elemente zu verstehen, dass die beiden Elemente derart miteinander verbunden sind, dass über diese Verbindung ein Antrieb von dem einen Element auf das andere Element übertragen werden kann. Insbesondere ist die erste Kupplung bezüglich möglicher Übertragungspfade durch die jeweilige Halbachse parallel zum Untersetzungsgetriebe angeordnet, damit das Antriebselement und das Abtriebselement durch die erste Kupplung unter Umgehung des Untersetzungsgetriebes antriebswirksam miteinander verbunden werden können. Wenn dagegen die erste Kupplung geöffnet ist, wird diese antriebswirksame Verbindung getrennt und somit der erste Übertragungspfad unterbrochen, so dass vorzugsweise keine Umgehung des Untersetzungsgetriebes mehr erfolgt, sondern das Antriebselement und das Abtriebselement der jeweiligen Halbachse entweder voneinander entkoppelt sind oder aber entlang des zweiten Übertragungspfads durch das Untersetzungsgetriebe hindurch antriebswirksam miteinander verbunden sind.
Die Übertragung des Antriebs entlang des zweiten Übertragungspfads erfolgt durch das Untersetzungsgetriebe hindurch und dazu insbesondere vom Antriebselement der jeweiligen Halbachse zu dem Eingangselement des Untersetzungsgetriebes und von dem Ausgangselement des Untersetzungsgetriebes zum Abtriebselement der Halbachse. Die zweite Kupplung, die den zweiten Übertragungspfad in geschlossenem Zustand schließt und in offenem Zustand unterbricht, kann dabei an unterschiedlicher Position entlang des zweiten Übertragungspfads vorgesehen sein. Gemäß einer Ausführungsform ist entweder das Antriebselement mit dem Eingangselement des Untersetzungsgetriebes, insbesondere dauerhaft, antriebswirksam verbunden und das Ausgangselement des Untersetzungsgetriebes bei geschlossener zweiter Kupplung über die zweite Kupplung mit dem Abtriebselement antriebswirksam verbunden, bei geöffneter zweiter Kupplung dagegen von dem Abtriebselement getrennt; oder es ist umgekehrt das Antriebselement bei geschlossener zweiter Kupplung über die zweite Kupplung mit dem Eingangselement des Untersetzungsgetriebes antriebswirksam verbunden, bei geöffneter zweiter Kupplung dagegen von dem Eingangselement getrennt, und das Ausgangselement des Untersetzungsgetriebes mit dem Abtriebselement, insbesondere dauerhaft, antriebswirksam verbunden. Die erstgenannte Variante (zweite Kupplung zwischen Ausgangselement und Abtriebselement) hat den Vorteil, dass durch Unterbrechen des Übertragungspfads zwischen dem Ausgangselement des Untersetzungsgetriebes und dem Abtriebselement vermieden werden kann, dass ein im Schleppbetrieb von den Rädern ausgehendes Drehmoment überhaupt das Untersetzungsgetriebe einer jeweiligen Halbachse erreicht und dort aufgrund der umgekehrten Übertragungsrichtung auch noch ins Schnellere übersetzt wird. Die zweitgenannte Variante (zweite Kupplung zwischen Antriebselement und Eingangselement) kann dagegen hinsichtlich des zur Verfügung stehenden Bauraums vorteilhaft sein, da die zweite Kupplung axial weiter innen angeordnet werden kann.
Sowohl für die erste als auch für die zweite Kupplung ist es jeweils bevorzugt, wenn sie als, insbesondere formschlüssige, Trennkupplung ausgebildet ist. Eine solche Kupplung kann zwischen nur genau zwei unterschiedlichen Zuständen schaltbar sein, nämlich dem geschlossenen Zustand, in dem ein jeweiliger Antrieb unter Beibehaltung des Drehmoments und der Drehzahl von einer Kupplungshälfte auf die andere übertragen wird, und dem geöffneten Zustand, in dem die Kupplungshälften derart voneinander entkoppelt sind, dass keine Übertragung von Antrieb durch die Kupplung erfolgt.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Achsanordnung Schaltsperren umfasst, mittels welcher verhindert werden kann, dass die erste Kupplung und die zweite Kupplung derselben Halbachse gleichzeitig geschlossen sind. Denn insbesondere wenn der erste und der zweite Übertragungspfad einer Halbachse, wie es bevorzugt der Fall ist, unterschiedliche Übersetzungen aufweisen, könnte ein gleichzeitiges Schließen beider Kupplungen derselben Halbachse zu einem Blockieren der Halbachse führen, was zumindest im Fahrbetrieb oder Schleppbetrieb zu vermeiden ist. Bei Stillstand des jeweiligen Fahrzeugs könnte ein solches Blockieren dagegen, z.B. im Sinne einer Parkbremse, grundsätzlich nützlich sein, wobei dann gewährleitet sein muss, dass die dabei zusammenwirkenden Komponenten der jeweiligen Halbachse hinreichend abgestützt sind, um die gegebenenfalls auftretenden Kräfte aufnehmen zu können. Insofern kann es zweckmäßig sein, wenn die Schaltsperren, insbesondere fahrsituationsabhängig, deaktivierbar ausgebildet sind. Zum Verhindern eines gleichzeitigen Schließens der ersten und der zweiten Kupplung, wohingegen vorzugsweise sowohl ein alternatives als auch ein gemeinsames Öffnen der beiden Kupplungen möglich sein soll, können z.B. die Schaltelemente der beiden Kupplungen in geeigneter Weise für eine koordinierte Aktuierung, insbesondere mechanisch, gekoppelt sein. Das Sperren des gleichzeitigen Schließens kann grundsätzlich aber auch auf der Ansteuerungsebene realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die erste und die zweite Kupplung als gemeinsame Kupplung mit drei Schaltzuständen ausgebildet, wobei ein erster der drei Schaltzustände der geschlossenen ersten Kupplung und der geöffneten zweiten Kupplung entspricht, ein zweiter der drei Schaltzustände der geöffneten ersten Kupplung und der geschlossenen zweiten Kupplung entspricht und ein dritter der drei Schaltzustände der geöffneten ersten Kupplung und der geöffneten zweiten Kupplung entspricht. Eine solche gemeinsame Kupplung kann insbesondere an einer Stelle vorgesehen werden, wo der erste und der zweite Übertragungspfad aufeinandertreffen bzw. auseinanderlaufen, und fungiert dann wie eine Weiche zwischen den Übertragungspfaden, wobei zusätzlich eine Neutralstellung vorgesehen ist.
Beispielsweise kann die gemeinsame Kupplung das Abtriebselement entweder mit dem Antriebselement der jeweiligen Halbachse oder mit dem Ausgangselement des Untersetzungsgetriebes verbinden oder von diesen beiden Elementen entkoppeln. Dazu kann die Kupplung z.B. eine Schaltmuffe aufweisen, die auf einem Zahnrad des Abtriebselements sitzt und zwischen einer Stellung, in der sie sowohl mit diesem Zahnrad als auch mit einem Zahnrad des Antriebselements kämmt, einer Stellung, in der sie sowohl mit dem Zahnrad des Abtriebselements als auch mit einem Zahnrad des Ausgangselements des Untersetzungsgetriebes kämmt, und einer dazwischen liegenden Neutralstellung, in der sie weder mit dem Zahnrad des Antriebselements noch mit dem Zahnrad des Ausgangselements kämmt, verschiebbar ist. Alternativ kann eine solche gemeinsame Kupplung in entsprechender Weise auch antriebsseitig vorgesehen sein, um das Antriebselement wahlweise entweder mit dem Abtriebselement oder mit dem Eingangselement des Untersetzungsgetriebes oder weder mit dem Abtriebselement noch dem Eingangselement zu verbinden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Untersetzungsgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet, das ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad umfasst, die koaxial zueinander angeordnet sind, wobei der Planetenträger ein oder mehrere Planetenräder aufweist, die mit dem Sonnenrad und/oder dem Hohlrad kämmen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Planetengetriebe um ein einfaches Planetengetriebe, bei dem ein einziges Sonnenrad, ein einziger Planetenträger und ein einziges Hohlrad vorgesehen sind, ein einziger Typ Planetenräder vorgesehen ist und die Planetenräder jeweils sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad kämmen. Das Planetengetriebe ermöglicht eine konstruktiv einfache Untersetzung der Drehzahl von dem mit dem Eingangselement verbundenen oder verbindbaren Antriebselement zu dem mit dem Ausgangselement verbundenen oder verbindbaren Abtriebselement. Ein solches Untersetzungsgetriebe kann zudem vergleichsweise einfach für eine jeweils gewünschte Untersetzung ausgelegt werden. Dabei braucht das Untersetzungsgetriebe selber nicht schaltbar zu sein, da bereits durch Wahl des ersten oder zweiten Übertragungspfads mittels der ersten und zweiten Kupplung zwischen zwei verschiedenen Übersetzungen umgeschaltet werden kann.
Wenn das Untersetzungsgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist, kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Sonnenrad das Eingangselement des Untersetzungsgetriebes bildet, der Planetenträger das Ausgangselement des Untersetzungsgetriebes bildet und das Hohlrad stationär ist. Beispielsweise kann das Hohlrad einfach als Innenverzahnung an einem Achsgehäuse für die jeweilige Halbachse oder für die gesamte Achsanordnung ausgebildet sein oder zumindest auf einfache Weise an einem solchen Achsgehäuse befestigt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind das Antriebselement und das Abtriebselement der jeweiligen Halbachse als zwei parallel, insbesondere koaxial, zueinander angeordnete Achswellen ausgebildet. Insbesondere können das Antriebselement und das Abtriebselement so im Wesentlichen in direkter Verlängerung zueinander angeordnet sein und sich gemeinsam im Wesentlichen entlang der gesamten axialen Erstreckung der jeweiligen Halbachse erstrecken.
Dabei ist es ferner vorteilhaft, wenn eine erste Kupplungshälfte der ersten Kupplung mit einer der beiden Achswellen drehfest verbunden ist und eine zweite Kupplungshälfte der ersten Kupplung mit der anderen der beiden Achswellen drehfest verbunden ist. Auf diese Weise wird eine im Wesentlichen direkte Kopplung des Antriebselements und des Abtriebselements miteinander unter Überbrückung des Untersetzungsgetriebes erreicht. Grundsätzlich unabhängig davon ist es ferner vorteilhaft, wenn eine erste Kupplungshälfte der zweiten Kupplung mit einer der Achswellen drehfest verbunden ist und eine zweite Kupplungshälfte der zweiten Kupplung mit dem Eingangselement oder dem Ausgangselement des Untersetzungsgetriebes drehfest verbunden ist. Unter einer drehfesten Verbindung ist dabei jeweils zu verstehen, dass die zwei beteiligten Elemente zu gemeinsamer Drehung mit gleicher Drehachse und gleicher Drehzahl, insbesondere mechanisch starr, verbunden oder sogar einstückig ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Achsanordnung ferner auch das Differential, das zumindest zwei Ausgänge aufweist und darüber mit den Antriebselementen der zwei Halbachsen antriebswirksam verbunden ist. Das Differential ist dabei vorzugsweise als Kegelraddifferential ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figur weiter erläutert.
Die Figur zeigt in schematischer Darstellung eine exemplarische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Achsanordnung.
Die Achsanordnung 11, die insbesondere als schwenkbare Pendelachse ausgebildet ist, umfasst zwei Halbachsen 13, die in einem gemeinsamen Achsgehäuse 15 für die gesamte Achsanordnung 11 angeordnet sind. Die Halbachsen 13 sind im Wesentlichen einander entsprechend ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet, so dass sie gemeinsam eine Achse mit durchgehender Rotationsachse bilden. Insgesamt ergibt sich somit eine im Wesentlichen spiegelsymmetrische Ausbildung und Anordnung der beiden Halbachsen 13 bezüglich einer Spiegelebene, die senkrecht zur Längserstreckung der Achsanordnung durch deren Mitte verläuft.
Die Achsanordnung 11 weist in einem mittleren Bereich an einer Außenseite des Achsgehäuses 15 eine Antriebsschnittstelle 17 zum Anschließen einer Antriebseinheit (nicht dargestellt) auf. Die Antriebsschnittstelle 17 weist insbesondere einen Flansch für eine antriebswirksame Verbindung der Antriebseinheit auf. Dabei kann die Antriebseinheit etwa ein Hydromotor oder ein Elektromotor sowie dazu ausgelegt sein, mit den Antriebsschnittstellen 17 mehrerer grundsätzlich gleichartiger oder sogar baugleicher Achsanordnungen 11 verbunden zu werden, um diese parallel anzutreiben.
Über die Antriebsschnittstelle 17 kann ein Antrieb der Antriebseinheit in die Achsanordnung 11 eingeleitet werden. Zur Verteilung des Antriebs auf die beiden Halbachsen 13 weist die Achsanordnung ein Differential 19 auf, das als Kegelraddifferential ausgebildet ist und einen Eingang 21 zum Empfangen des Gesamtantriebs sowie zwei Ausgänge 23 zum Ausgeben eines jeweiligen Anteils des Gesamtantriebs an beide Halbachsen 13 aufweist. Der Eingang 21 des Differentials 19 wird durch ein Kegelrad gebildet, das mit einem an dem Differentialkorb 20 des Differentials 19 ausgebildeten Tellerrad 22 kämmt. Über an dem Differentialkorb 20 gelagerte Ausgleichskegelräder 24, die mit den als Abtriebskegelräder ausgebildeten Ausgängen 23 kämmen, erfolgt ein Drehzahlausgleich zwischen den beiden Ausgängen 23.
Die beiden Ausgänge 23 sind koaxial angeordnet und erstrecken sich entgegengesetzt zueinander jeweils mit einem Hohlwellenabschnitt 25 in Richtung einer jeweiligen der beiden Halbachsen 13. Dabei ist das Differential 19 mitsamt Differentialkorb 20 und Tellerrad 22 durch eine als Wälzlager ausgebildete Lagervorrichtung 27 gegenüber dem Achsgehäuse 15 abgestützt, wodurch somit auch die beiden Ausgänge 23 (über ihren Zahneingriff mit den Ausgleichskegelrädern 24) radial indirekt gelagert sind. Axial können die beiden Ausgänge 23 jeweils z.B. durch Gleitlagerlaufscheiben gelagert sein (nicht dargestellt).
Jede Halbachse 13 weist jeweils ein Antriebselement 29 und ein Abtriebselement 31 auf, die durch koaxial in Verlängerung zueinander angeordnete Achswellen gebildet werden. Ein axial innerer Endabschnitt des Antriebselements 29 der jeweiligen Halbachse 13 ist in dem Hohlwellenabschnitt 25 des zugeordneten Ausgangs 23 des Differentials 19 aufgenommen. Auf diese Weise kann das Antriebselement 29 einer jeweiligen Halbachse 13 über den Hohlwellenabschnitt 25, den Zahneingriff zwischen dem jeweiligen Ausgang 23 und den Ausgleichskegelrädern 24 sowie die Lagervorrichtung 27 des Differentials 19 (insbesondere in Bezug auf eine Wälzlagerung) zumindest im Wesentlichen lediglich indirekt gegenüber dem Achsgehäuse 15 drehbar gelagert sein. Dabei ist das Antriebselement 29 jeweils über eine Passverzahnung zu gemeinsamer Drehung mit dem Hohlwellenabschnitt 25 des jeweiligen Ausgangs 23 des Differentials 19 verbunden.
Jede Halbachse 13 weist ferner jeweils ein Untersetzungsgetriebe 33 mit einem Eingangselement 35 und einem Ausgangselement 37 auf. Das Untersetzungsgetriebe 33 ist dazu ausgebildet, die Drehzahl eines an dem Eingangselement 35 eingehenden und an dem Ausgangselement 37 ausgegebenen Antriebs ins Langsamere zu übersetzen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Untersetzungsgetriebe 33 als einfaches Planetengetriebe ausgebildet, dessen Sonnenrad das Eingangselement 35 bildet, dessen Planetenträger das Ausgangselement 37 bildet und dessen Hohlrad 39 stationär ist, indem es drehfest mit dem Achsgehäuse 15 verbunden ist.
An einem axial äußeren Endabschnitt des Antriebselements 29 ist dieses drehfest mit dem Eingangselement 35 des Untersetzungsgetriebes 33 verbunden. Zudem weist jede Halbachse 13 in diesem Bereich eine als Trennkupplung ausgebildete erste Kupplung 41 auf, über welche das Antriebselement 29 je nach Schaltzustand der ersten Kupplung 41 wahlweise mit dem Abtriebselement 31 antriebswirksam verbunden werden kann. Ist die erste Kupplung 41 geschlossen, kann somit ein vom Differential 19 an das Antriebselement 29 ausgegebener Antrieb über die erste Kupplung 41 direkt auf das Abtriebselement 31 übertragen werden. Dieser Verlauf des Antriebs durch die Halbachse 13 entspricht einem ersten Übertragungspfad. Dadurch, dass die erste Kupplung 41 das im Wesentlichen zwischen dem Antriebselement 29 und dem Abtriebselement 31 angeordnete Untersetzungsgetriebe 33 sozusagen überbrückt, wird das Untersetzungsgetriebe 33 durch diesen ersten Übertragungspfad umgangen.
Ein zweiter Übertragungspfad verläuft dagegen durch das Untersetzungsgetriebe 33 hindurch. Dabei wird, wenn das Antriebselement 29 von dem Differential 19 angetrieben wird, auch das drehfest mit dem Antriebselement 29 verbundene Sonnenrad (Eingangselement 35) des Untersetzungsgetriebes 33 in Drehung versetzt, so dass über Planetenräder 38, die sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad 39 kämmen, auch der Planetenträger (Ausgangselement 37), an dem die Planetenräder 38 gelagert sind, angetrieben wird. Über eine als Trennkupplung ausgebildete zweite Kupplung 43 kann der Planetenträger je nach Schaltzustand der zweiten Kupplung 41 wahlweise mit dem Abtriebselement 31 antriebswirksam verbunden werden, so dass der Antrieb auch entlang dieses zweiten Übertragungspfads insgesamt von dem Antriebselement 29 letztlich zum Abtriebselement 31 übertragen wird, anders als beim ersten Übertragungspfad allerdings nicht unter Umgehung des Untersetzungsgetriebes 33, sondern durch das Untersetzungsgetriebe 33 hindurch.
Während also beim Durchlaufen des ersten Übertragungspfads zwischen dem Antriebselement 29 und dem Abtriebselement 31 im vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Übersetzung erfolgt, wird beim Durchlaufen des zweiten Übertragungspfads zwischen dem Antriebselement 29 und dem Abtriebselement 31 durch das Untersetzungsgetriebe 33 die Drehzahl verringert und zugleich das Drehmoment erhöht. Durch Schalten der ersten und der zweiten Kupplung 41, 43 kann folglich zwischen einer Eins-zu-Eins-Übersetzung, bei der sich weder die Drehzahl noch das Drehmoment ändert, und einer Untersetzung des durch die jeweilige Halbachse 13 übertragenen Antriebs umgeschaltet werden.
Aufgrund der bei angetriebener Halbachse 13 zwangsläufig unterschiedlichen Drehzahlen des Eingangselements 35 und des Ausgangselements 37 des Untersetzungsgetriebes 33 können die erste Kupplung 41 und die zweite Kupplung 43 nur bei Stillstand des Antriebselements 29 und des Abtriebselements 31 gleichzeitig geschlossen werden, da dadurch das Abtriebselement 31 sowohl mit dem Eingangselement 35 als auch mit dem Ausgangselement 37 des Untersetzungsgetriebes 33 drehfest verbunden wird. In diesem Zustand ist die Halbachse 13 dann blockiert, so dass durch Schließen beider Kupplungen 41, 43 eine Art Parkbremse realisiert werden kann. Zumindest wenn kein Stillstand vorliegt, ist es daher wichtig sicherzustellen, dass jeweils höchstens eine der beiden Kupplungen 41, 43 geschlossen ist. Dazu sind Schaltsperren vorgesehen, die in der Figur nicht dargestellt sind.
Die erste Kupplung 41 und die zweite Kupplung 43 können aber gleichzeitig geöffnet sein. Zwar kann dann kein Antrieb vom Differential 19 zum Abtriebselement 31 einer jeweiligen Halbachse 13 übertragen werden. Das Öffnen beider Kupplungen 41, 43 hat aber den Vorteil, dass auch umgekehrt keine Übertragung von dem Abtriebselement 31 zum Differential 19 erfolgen kann, da dann beide Übertragungspfade unterbrochen sind. Auf diese Weise wird vermieden, dass in einem Schleppbetrieb der Achsanordnung ein Drehmoment ausgehend z.B. von mit dem Abtriebselement 31 verbundenen Rädern in die jeweilige Halbachse 13 eingeleitet wird und, gegebenenfalls durch das Untersetzungsgetriebe 33 noch verstärkt, nachgeordnete Komponenten belastet. Denn durch Öffnen der beiden Kupplungen 41, 43 können im Schleppbetrieb sowohl das Untersetzungsgetriebe 33 als auch das Antriebselement 29 einfach stillstehen, wodurch unnötiger Verschleiß und Reibungsverluste vermieden werden.
Grundsätzlich können die erste Kupplung 41 und die zweite Kupplung 43 auch unter Drehung öffenbar und schließbar sein (jedenfalls solange sie nicht gleichzeitig geschlossen sind), etwa um während einer Fahrt zwischen einem Schleppbetrieb und einem Betrieb mit angetriebener Achsanordnung 11 umschalten zu können. Das Öffnen einer jeweiligen Kupplung 41, 43 ist dabei vergleichsweise unproblematisch. Wenn dagegen, etwa zur Unterstützung eines Anstiegs oder zur allgemeinen Verbesserung der Traktion, bei laufender Fahrt vom Schleppbetrieb in den Betrieb mit angetriebener Achsanordnung 11 umgeschaltet werden soll, kann es erforderlich sein, zunächst eine zumindest weitgehende Synchronisation der Drehzahlen beider Kupplungshälften der zu schließenden Kupplung 41, 43 sicherzustellen. Dies gilt insbesondere, wenn es sich bei der jeweiligen Kupplung 41, 43 um eine formschlüssige Kupplung handelt. Zu diesem Zweck kann die Achsanordnung 11 Sensoren, insbesondere Drehzahlsensoren, (nicht dargestellt) aufweisen, über die das Vorliegen eines Synchronzustands an zumindest einer der Kupplungen 41, 43 feststellbar ist. Auf diese Weise kann ein angeforderter Schaltvorgang beispielsweise so lange verzögert werden, bis das Vorliegen eines Synchronzustands der betreffenden Kupplung 41, 43 anhand der Sensoren festgestellt wurde. Zum Erreichen des Synchronzustands kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Antriebseinheit dazu angesteuert wird, das Antriebselement 29 auf eine Drehzahl zu beschleunigen, die je nach zu schließender Kupplung 41, 43 und der Übersetzung des entsprechenden Übertragungspfads zu einer weitgehenden Synchronisierung der beiden Kupplungshälften führt.
Die erfindungsgemäße Achsanordnung 11 ermöglicht mit vergleichsweise einfachen Mitteln verbesserte Möglichkeiten der Nutzung der Achsanordnung 11. Dabei wird im Wesentlich durch Vorsehen zweier Kupplungen 41, 43 erreicht, dass jede Halbachse 13 zwischen zwei verschiedenen Übersetzungen schaltbar ist und dass zudem für einen Schleppbetrieb das Abtriebselement 31 antriebsmäßig entkoppelt werden kann, so dass die übrigen Komponenten einer jeweiligen Halbachse 13 der Achsanordnung 11 geschont werden können. Dies wird mit nur wenigen Bauteilen erreicht, so dass die Achsanordnung 11 zudem vergleichsweise kompakt ausgebildet sein kann.
Bezugszeichenliste

11: Achsanordnung
13: Halbachse
15: Achsgehäuse
17: Antriebsschnittstelle
19: Differential
20: Differentialkorb
21: Eingang
22: Tellerrad
23: Ausgang
24: Ausgleichkegelrad
25: Hohlwellenabschnitt
27: Lagervorrichtung
29: Antriebselement
31: Abtriebselement
33: Untersetzungsgetriebe
35: Eingangselement
37: Ausgangselement
38: Planetenrad
39: Hohlrad
41: erste Kupplung
43: zweite Kupplung

Claims

Achsanordnung (11) umfassend zwei Halbachsen (13), über welche ein von einem Differential (19) auf die Halbachsen (13) verteilter Antrieb auf Räder eines Fahrzeugs übertragbar ist, wobei jede Halbachse (13) jeweils ein Antriebselement (29), welches den Antrieb empfängt, ein Abtriebselement (31), welches den Antrieb ausgibt, sowie ein Untersetzungsgetriebe (33) umfasst, welches eine an einem Eingangselement (35) des Untersetzungsgetriebes (33) anliegende und an einem Ausgangselement (37) des Untersetzungsgetriebes (33) ausgegebene Drehzahl ins Langsamere übersetzt, wobei jede Halbachse (13) jeweils eine erste Kupplung (41) aufweist, die innerhalb eines ersten Übertragungspfads angeordnet ist, entlang dessen der Antrieb vom Antriebselement (29) unter Umgehung des Untersetzungsgetriebes (33) zum Abtriebselement (31) übertragbar ist, und jeweils eine zweite Kupplung (43) aufweist, die innerhalb eines zweiten Übertragungspfads angeordnet ist, entlang dessen der Antrieb vom Antriebselement (29) durch das Untersetzungsgetriebe (33) hindurch zum Abtriebselement (31) übertragbar ist.
Achsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Antriebselement (29) bei geschlossener erster Kupplung (41) über die erste Kupplung (41) mit dem Abtriebselement (31) antriebswirksam verbunden ist, und wobei entweder das Antriebselement (29) mit dem Eingangselement (35) des Untersetzungsgetriebes (33) antriebswirksam verbunden und das Ausgangselement (37) des Untersetzungsgetriebes (33) bei geschlossener zweiter Kupplung (43) über die zweite Kupplung (43) mit dem Abtriebselement (31) antriebswirksam verbunden ist oder umgekehrt das Antriebselement (29) bei geschlossener zweiter Kupplung (43) über die zweite Kupplung (43) mit dem Eingangselement (35) des Untersetzungsgetriebes (33) antriebswirksam verbunden und das Ausgangselement (37) des Untersetzungsgetriebes (33) mit dem Abtriebselement (31) antriebswirksam verbunden ist.
Achsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Kupplung (41) als Trennkupplung ausgebildet ist und/oder die zweite Kupplung (43) als Trennkupplung ausgebildet ist.
Achsanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Schaltsperren vorgesehen sind, die verhindern, dass die erste und die zweite Kupplung (41, 43) gleichzeitig geschlossen sind.
Achsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und die zweite Kupplung (41, 43) als gemeinsame Kupplung mit drei Schaltzuständen ausgebildet sind, wobei ein erster der drei Schaltzustände der geschlossenen ersten Kupplung (41) und der geöffneten zweiten Kupplung (43) entspricht, ein zweiter der drei Schaltzustände der geöffneten ersten Kupplung (41) und der geschlossenen zweiten Kupplung (43) entspricht und ein dritter der drei Schaltzustände der geöffneten ersten Kupplung (41) und der geöffneten zweiten Kupplung (43) entspricht.
Achsanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Untersetzungsgetriebe (33) als Planetengetriebe ausgebildet ist, das ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad (39) umfasst, die koaxial zueinander angeordnet sind, und wobei der Planetenträger ein oder mehrere Planetenräder (38) aufweist, die mit dem Sonnenrad und/oder dem Hohlrad (39) kämmen.
Achsanordnung nach Anspruch 6, wobei das Sonnenrad das Eingangselement (35) des Untersetzungsgetriebes (33) bildet, der Planetenträger das Ausgangselement (37) des Untersetzungsgetriebes (33) bildet und das Hohlrad (39) stationär ist.
Achsanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Antriebselement (29) und das Abtriebselement (31) der Halbachse (13) als zwei parallel, insbesondere koaxial, zueinander angeordnete Achswellen ausgebildet sind.
Achsanordnung nach Anspruch 8, wobei eine erste Kupplungshälfte der ersten Kupplung (41) mit einer der Achswellen drehfest verbunden ist und eine zweite Kupplungshälfte der ersten Kupplung (41) mit der anderen der Achswellen drehfest verbunden ist.
Achsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine erste Kupplungshälfte der zweiten Kupplung (43) mit einer der Achswellen drehfest verbunden ist und eine zweite Kupplungshälfte der zweiten Kupplung (43) mit dem Eingangselement (35) oder dem Ausgangselement (37) des Untersetzungsgetriebes (33) drehfest verbunden ist.
Achsanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Achsanordnung (11) ferner das Differential (19) umfasst, das vorzugsweise als Kegelraddifferential ausgebildet ist.