DE102017218089A1

DE102017218089A1 - Tandemachse

Info

Publication number: DE102017218089A1
Application number: DE102017218089.7A
Authority: DE
Inventors: Patrick Kniess
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2019-04-11

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tandemachse mit einer ersten Achse 1 und einer zweiten Achse 2, die über ein Längsdifferential 7 drehbar antreibbar sind, wobei jede Achse 1, 2 ein Ausgleichsgetriebe 5, 6 aufweist und eine von einem Drehantrieb um eine Drehachse 14 drehbar antreibbare Eingangswelle 8 aufweist, durch die ein koaxial zur Drehachse 14 angeordneter Differentialstern 9 drehbar antreibbar ist, auf dessen radialen Sternbolzen 10 Ausgleichsräder 11 drehbar gelagert sind. Mit axial auf einer Seite des Differentialsterns 9 angeordnetem ersten Seitenrad 12 und axial auf der anderen Seite des Differentialsterns 9 angeordnetem zweiten Seitenrad 13, wobei die Seitenräder 12, 13 von den Ausgleichsrädern 11 um die Drehachse 14 drehbar antreibbar sind. Eine Schiebemuffe 15 ist drehfest auf der Eingangswelle 8 angeordnet ist, die axial in vier Schaltpositionen auf der Eingangswelle 8 verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tandemachse mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse, die über ein Längsdifferential drehbar antreibbar sind, wobei jede Achse ein Ausgleichsgetriebe aufweist und eine von einem Drehantrieb um eine Drehachse drehbar antreibbare Eingangswelle aufweist, durch die ein koaxial zur Drehachse angeordneter Differentialstern drehbar antreibbar ist, auf dessen radialen Sternbolzen Ausgleichsräder drehbar gelagert sind, mit axial auf einer Seite des Differentialsterns angeordnetem ersten Seitenrad und axial auf der anderen Seite des Differentialsterns angeordnetem zweiten Seitenrad, wobei die Seitenräder von den Ausgleichsrädern um die Drehachse drehbar antreibbar sind.
Angetriebene Tandemachsen werden u.a. in Baustellenfahrzeugen angewandt. Im Gelände und bei Vollbeladung können Traktionsprobleme auftreten, die über mehrere angetriebene Achsen und Sperrdifferentiale behoben werden.
Nach dem Entladen fahren die Baustellenfahrzeuge meist leer zurück. Obwohl eine einzige angetriebene Achse nun ausreichen würde, wird das Allrad-System während der Leerfahrt mit betrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Tandemachse der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und einen Differentialbetrieb, eine Neutralstellung, eine Disconnectstellung sowie eine Differentialsperre ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Schiebemuffe drehfest auf der Eingangswelle angeordnet ist, die axial in vier Schaltpositionen auf der Eingangswelle verschiebbar ist, wobei die Schiebemuffe in der ersten Schaltposition mit dem Differentialstern und das erste Seitenrad über ein Übertragungselement mit einer koaxialen ersten Antriebswelle drehfest gekuppelt ist, wobei die Schiebemuffe in der zweiten Schaltposition von dem Differentialstern und das mit dem ersten Seitenrad gekuppelte Übertragungselement von der ersten Abtriebswelle entkuppelt ist, wobei die Schiebemuffe in der dritten Schaltposition mit dem zweiten Seitenrad drehfest gekuppelt ist, das mit einer koaxialen zweiten Abtriebswelle drehfest verbunden ist und das mit dem ersten Seitenrad gekuppelte Übertragungselement von der ersten Abtriebswelle entkuppelt ist, und wobei die Schiebemuffe in der vierten Schaltposition mit der ersten Abtriebswelle und mit dem mit der koaxialen zweiten Abtriebswelle drehfest verbundenen zweiten Seitenrad sowie das erste Seitenrad mit dem Differentialstern drehfest gekuppelt ist.
Durch diese kompakte und wenig Bauraum benötigende Ausbildung werden von dem Längsdifferential vier Funktionen, nämlich ein Differentialbetrieb, eine Neutralstellung, eine Disconnectstellung sowie eine Differentialsperre ermöglicht.
Ist die Schiebemuffe mittels einer ersten Steckverzahnung auf der Eingangswelle verschiebbar angeordnet, so wird der radiale Aufbau des Längsdifferentials sehr gering gehalten.
Zu einer geringen axialen Baugröße führt es, wenn die Schiebemuffe mittels einer axialen ersten Klauenkupplung mit dem zweiten Seitenrad drehfest verbindbar ist.
Zur drehfesten Verbindung der Schiebemuffe mit dem Differentialstern kann die Schiebemuffe mittels einer radialen zweiten Klauenkupplung mit dem Differentialstern drehfest verbindbar sein.
Eine Reduzierung der benötigten Bauelemente sowie der Baugröße wird dadurch erreicht, daß ein an der Schiebemuffe angeordneter Schiebemuffen-Kupplungsteil mit einem an dem zweiten Seitenrad angeordneten Seitenrad-Kupplungsteil die erste Klauenkupplung und mit einem an dem Differentialstern angeordneten Differentialstern-Kupplungsteil die zweite Klauenkupplung bildet. Damit ist der an der Schiebemuffe angeordnete Schiebemuffen-Kupplungsteil in Doppelfunktion nutzbar.
Das Übertragungselement ist in kompakter Ausbildung eine auf der Schiebemuffe drehbar gelagerte und mit der Schiebemuffe axial verschiebbare Übertragungshülse.
Ist dabei die erste Abtriebswelle mittels einer zweiten Steckverzahnung mit der Übertragungshülse drehfest verbindbar, so führt dies zu einer Ausbildung geringer radialer Erstreckung.
Zu einer Ausbildung geringer radialer Erstreckung führt es, wenn die erste Abtriebswelle mittels einer dritten Steckverzahnung mit der Schiebemuffe drehfest verbindbar ist.
Steht ein Abtriebswellen-Steckverzahnungselement der ersten Abtriebswelle in der ersten Schaltposition der Schiebemuffe mit einer an der Übertragungshülse angeordneten Hülsen-Steckverzahnung in Eingriff und in der vierten Schaltposition der Schiebemuffe mit einer Schiebemuffen-Steckverzahnung in Eingriff, wobei in der ersten Schaltposition das Abtriebswellen-Steckverzahnungselement außer Eingriff von der Schiebemuffen-Steckverzahnung und in der vierten Schaltposition außer Eingriff von der Hülsen-Steckverzahnung ist, dann ist das Abtriebswellen-Steckverzahnungselement in Doppelfunktion nutzbar, so führt dies zu einer Verringerung des erforderlichen Bauraums.
Der Differentialstern kann mittels einer vierten Steckverzahnung in der vierten Schaltposition der Schiebemuffe mit dem Übertragungselement drehfest verbindbar sein, wodurch die radiale Erstreckung des Längsdifferentials gering gehalten werden kann.
Vorzugsweise ragen die freien Enden der Sternbolzen in Öffnungen entsprechenden Querschnitts in einem Differentialkorb, der in einem Längsdifferentialgehäuse um die Drehachse drehbar gelagert ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung einer Tandemachse in der Draufsicht
2 eine Prinzipdarstellung im Längsschnitt einer Hälfte eines Längsdifferentials der Tandemachse nach 1 im Differentialbetrieb
3 eine Prinzipdarstellung im Längsschnitt der Hälfte des Längsdifferentials der Tandemachse nach 2 in Neutralstellung
4 eine Prinzipdarstellung im Längsschnitt der Hälfte des Längsdifferentials der Tandemachse nach 2 in Disconnectstellung
5 eine Prinzipdarstellung im Längsschnitt der Hälfte des Längsdifferentials der Tandemachse nach 2 in Sperrstellung.

Die in 1 dargestellte Tandemachse weist eine erste Achse 1 und dazu parallel in einem Abstand eine zweite Achse 2 eines Kraftfahrzeugs auf, wobei durch die erste Achse 1 Räder 3 und durch die zweite Achse 2 Räder 4 drehbar antreibbar sind.
Die erste Achse weist ein erstes Ausgleichsgetriebe 5 und die zweite Achse 2 ein zweites Ausgleichsgetriebe 6 auf.
Den Ausgleichsgetrieben 5, 6 ist ein Längsdifferential 7 vorgeschaltet.
Das Längsdifferential 7 weist eine Eingangswelle 8 auf, die von einem Drehantrieb wie z.B. einem Verbrennungsmotor oder einem Elektromotor des Kraftfahrzeugs um eine Drehachse 14 drehbar antreibbar ist.
Das Längsdifferential 7 besitzt einen Differentialstern 9 mit radialen Sternbolzen 10, auf denen als Kegelräder ausgebildete Ausgleichsräder 11 drehbar gelagert sind.
Die Ausgleichsräder 11 greifen in ein erstes Seitenrad 12 und ein zweites Seitenrad 13 ein, die ebenfalls als Kegelräder ausgebildet und koaxial zur Drehachse 14 angeordnet sind.
Auf der Eingangswelle 8 ist mittels einer ersten Steckverzahnung 16 eine Schiebemuffe 15 drehfest aber koaxial verschiebbar angeordnet.
Im Bereich des ersten Seitenrades 12 ist eine Übertragungshülse 17 axial fixiert auf der Schiebemuffe 15 drehbar gelagert, die mittels einer fünften Steckverzahnung 18 drehfest mit dem ersten Seitenrad 12 verbunden ist. Die fünfte Steckverzahnung 18 besteht aus Hülsen-Axialzähnen 31 der Übertragungshülse 17, die in Seitenrad-Axialzähne 32 des ersten Seitenrades 12 eingreifen.
Die Schiebemuffe 15 ist mittels einer nicht dargestellten Stellvorrichtung z.B. manuell in vier Schaltpositionen auf der Eingangswelle 8 verschiebbar.
In der in 2 dargestellten ersten Schaltposition des Längsdifferentials 7, in der ein Längsdifferentialbetrieb der Tandemachse erfolgt, ist die Schiebemuffe 15 mittels einer radialen zweiten Klauenkupplung 19 mit dem Differentialstern 9 drehfest verbunden. Dazu greift ein Schiebemuffen-Kupplungsteil 20 der Schiebemuffe 15 in ein Differentialstern-Kupplungsteil 21 des Differentialsterns 9 ein.
Eine Drehbewegung der Eingangswelle 8 wird dabei über die Schiebemuffe 15 auf den Differentialstern 9 übertragen. Der sich dadurch drehende Differentialstern 9 nimmt dabei das Ausgleichsrad 11 mit, das in die beiden Seitenräder 12 und 13 eingreift und diese drehbar antreibt.
Das zweite Seitenrad 13 ist drehfest auf einer zweiten Abtriebswelle 22 angeordnet, die zum zweiten Ausgleichsgetriebe 6 führt, von dem die zweite Achse 2 drehbar angetrieben wird.
Die Drehbewegung des ersten Seitenrades 12 wird über die fünfte Steckverzahnung 18 auf die Übertragungshülse 17 übertragen.
Die Verzahnung der Übertragungshülse 17 der fünften Steckverzahnung 18 erstreckt sich in die dem Differentialstern 9 abgewandte Richtung von dem ersten Seitenrad 12 weg und bildet eine axiale Hülsen-Steckverzahnung 23, die in ein axiales Abtriebswellen-Steckverzahnungselement 24 einer in einem Längsdifferentialgehäuse 26 koaxial zur Drehachse 14 drehbar gelagerten ersten Abtriebswelle 25 eingreift. Damit wird in der ersten Schaltposition der Schiebemuffe 15 die Drehbewegung der Eingangswelle 8 auch auf die erste Abtriebswelle 25 übertragen.
In der in 3 dargestellten Neutralstellung des Längsdifferentials 7, in der keine der beiden Abtriebswellen 22 und 25 drehbar angetrieben werden, ist die Schiebemuffe in ihre zweite Schaltposition in Richtung zum zweiten Seitenrad 13 hin verschoben.
Dabei gelangt das Schiebemuffen-Kupplungsteil 20 der Schiebemuffe 15 außer Eingriff von dem Differentialstern-Kupplungsteil 21 des Differentialsterns 9, so daß die zweite Klauenkupplung 19 geöffnet ist.
Das Schiebemuffen-Kupplungsteil 20 ist dann in keinem Eingriff mit einem anderen Kupplungsteil.
Durch die Verschiebung der Schiebemuffe 15 in die zweite Schaltposition ist auch die axiale Hülsen-Steckverzahnung 23 außer Eingriff von dem Abtriebswellen-Steckverzahnungselement 24 gelangt. Die Übertragungshülse 17 ist dann mit keinem anderen Bauelement des Längsdifferentials 7 außer dem ersten Seitenrad 12 gekuppelt.
In der in 4 dargestellten Disconnectstellung des Längsdifferentials 7 ist die Schiebemuffe 15 in ihre dritte Schaltposition noch weiter zum zweiten Seitenrad 13 hin verschoben.
Dabei gelangt das Schiebemuffen-Kupplungsteil 20 eine erste Klauenkupplung 28 bildend axial teilweise in Eingriff in ein Seitenrad-Kupplungsteil 27 des zweiten Seitenrades 13, so daß die Drehbewegung der Eingangswelle 8 über die Schiebemuffe 15 und die erste Klauenkupplung 28 auf die zweite Abtriebswelle 22 übertragen wird.
Die Übertragungshülse 17 ist dann mit keinem anderen Bauelement des Längsdifferentials 7 außer dem ersten Seitenrad 12 gekuppelt. Das erste Seitenrad 12 wird dabei über das von dem zweiten Seitenrad 13 angetriebenen Ausgleichsrad 11 drehbar angetrieben.
In dieser Disconnectstellung wird nur die zweite Abtriebswelle 22 nicht aber die erste Abtriebswelle 25 drehbar angetrieben.
In der in 5 dargestellten Sperrstellung des Längsdifferentials 7 ist die Schiebemuffe 15 in ihre vierte Schaltposition noch weiter zum zweiten Seitenrad 13 hin verschoben.
Dabei gelangt das Schiebemuffen-Kupplungsteil 20 axial vollständig in Eingriff in das Seitenrad-Kupplungsteil 27 des zweiten Seitenrades 13, so daß die Drehbewegung der Eingangswelle 8 über die Schiebemuffe 15 und die erste Klauenkupplung 28 auf die zweite Abtriebswelle 22 übertragen wird.
Dabei gelangt die erste Abtriebswelle 25 über eine dritte Steckverzahnung 29 mit der Schiebemuffe 15 in eine drehfeste Verbindung. Die dritte Steckverzahnung 29 wird durch eine Schiebemuffen-Steckverzahnung 30 der Schiebemuffe 15 und das Abtriebswellen-Steckverzahnungselement 24 gebildet.
Weiterhin gelangen die Hülsen-Axialzähne 31 der Übertragungshülse 17 über eine vierte Steckverzahnung 33 in Eingriff mit Differentialstern-Axialzähnen 34 des Differentialsterns 9 in Eingriff.
Damit ist die Eingangswelle 8 über die Schiebemuffe 15 sowohl mit der ersten Abtriebswelle 25 als auch mit dem zweiten Seitenrad 13 und der zweiten Abtriebswelle 22 gekuppelt. Weiterhin ist das erste Seitenrad mit dem Differentialstern gekuppelt, so daß alle Teile des Längsdifferentials 7 mit gleicher Drehzahl rotieren.
Die freien Enden der Sternbolzen 10 ragen in Öffnungen 35 entsprechenden Querschnitts in einem Differentialkorb 36, der in dem Längsdifferentialgehäuse 26 um die Drehachse 14 drehbar gelagert ist.
Bezugszeichenliste

1: erste Achse
2: zweite Achse
3: Räder erste Achse
4: Räder zweite Achse
5: erstes Ausgleichsgetriebe
6: zweites Ausgleichsgetriebe
7: Längsdifferential
8: Eingangswelle
9: Differentialstern
10: Sternbolzen
11: Ausgleichsräder
12: erstes Seitenrad
13: zweites Seitenrad
14: Drehachse
15: Schiebemuffe
16: erste Steckverzahnung
17: Übertragungshülse
18: fünfte Steckverzahnung
19: zweite Klauenkupplung
20: Schiebermuffen-Kupplungsteil
21: Differentialstern-Kupplungsteil
22: zweite Abtriebswelle
23: Hülsen-Steckverzahnung
25: erste Abtriebswelle
26: Längsdifferentialgehäuse
27: Seitenrad-Kupplungsteil
28: erste Klauenkupplung
29: dritte Steckverzahnung
30: Schiebemuffen-Steckverzahnung
31: Hülsen-Axialzähne
32: Seitenrad-Axialzähne
33: vierte Steckverzahnung
34: Differentialstern-Axialzähne
35: Öffnungen
36: Diferentialkorb

Claims

Tandemachse mit einer ersten Achse (1) und einer zweiten Achse (2), die über ein Längsdifferential (7) drehbar antreibbar sind, wobei jede Achse (1, 2) ein Ausgleichsgetriebe (5, 6) aufweist und eine von einem Drehantrieb um eine Drehachse (14) drehbar antreibbare Eingangswelle (8) aufweist, durch die ein koaxial zur Drehachse (14) angeordneter Differentialstern (9) drehbar antreibbar ist, auf dessen radialen Sternbolzen (10) Ausgleichsräder (11) drehbar gelagert sind, mit axial auf einer Seite des Differentialsterns (9) angeordnetem ersten Seitenrad (12) und axial auf der anderen Seite des Differentialsterns (9) angeordnetem zweiten Seitenrad (13), wobei die Seitenräder (12, 13) von den Ausgleichsrädern (11) um die Drehachse (14) drehbar antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schiebemuffe (15) drehfest auf der Eingangswelle (8) angeordnet ist, die axial in vier Schaltpositionen auf der Eingangswelle (8) verschiebbar ist, wobei die Schiebemuffe (15) in der ersten Schaltposition mit dem Differentialstern (9) und das erste Seitenrad (12) über ein Übertragungselement mit einer koaxialen ersten Abtriebswelle (25) drehfest gekuppelt ist, wobei die Schiebemuffe (15) in der zweiten Schaltposition von dem Differentialstern (9) und das mit dem ersten Seitenrad (12) gekuppelte Übertragungselement von der ersten Abtriebswelle (25) entkuppelt ist, wobei die Schiebemuffe (25) in der dritten Schaltposition mit dem zweiten Seitenrad (13) drehfest gekuppelt ist, das mit einer koaxialen zweiten Abtriebswelle (22) drehfest verbunden ist und das mit dem ersten Seitenrad (12) gekuppelte Übertragungselement von der ersten Abtriebswelle (25) entkuppelt ist, und wobei die Schiebemuffe (25) in der vierten Schaltposition mit der ersten Abtriebswelle (25) und mit dem mit der koaxialen zweiten Abtriebswelle (22) drehfest verbundenen zweiten Seitenrad (13) sowie das erste Seitenrad (12) mit dem Differentialstern (9) drehfest gekuppelt ist.
Tandemachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (15) mittels einer ersten Steckverzahnung (16) auf der Eingangswelle (8) verschiebbar angeordnet ist.
Tandemachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (15) mittels einer axialen ersten Klauenkupplung (28) mit dem zweiten Seitenrad (13) drehfest verbindbar ist.
Tandemachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (15) mittels einer radialen zweiten Klauenkupplung (19) mit dem Differentialstern (9) drehfest verbindbar ist.
Tandemachse nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der Schiebemuffe (15) angeordneter Schiebemuffen-Kupplungsteil (20) mit einem an dem zweiten Seitenrad (13) angeordneten Seitenrad-Kupplungsteil (27) die erste Klauenkupplung (28) und mit einem an dem Differentialstern (9) angeordneten Differentialstern-Kupplungsteil (21) die zweite Klauenkupplung (19) bildet.
Tandemachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement eine auf der Schiebemuffe (15) drehbar gelagerte und mit der Schiebemuffe (15) axial verschiebbare Übertragungshülse (17) ist.
Tandemachse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abtriebswelle (25) mittels einer zweiten Steckverzahnung mit der Übertragungshülse (17) drehfest verbindbar ist.
Tandemachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abtriebswelle (25) mittels einer dritten Steckverzahnung (29) mit der Schiebemuffe (15) drehfest verbindbar ist.
Tandemachse nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtriebswellen-Steckverzahnungselement (24) der ersten Abtriebswelle (25) in der ersten Schaltposition der Schiebemuffe (15) mit einer an der Übertragungshülse (17) angeordneten Hülsen-Steckverzahnung (23) in Eingriff steht und in der vierten Schaltposition der Schiebemuffe (15) mit einer Schiebemuffen-Steckverzahnung (30) in Eingriff steht, wobei in der ersten Schaltposition das Abtriebswellen-Steckverzahnungselement (24) außer Eingriff von der Schiebemuffen-Steckverzahnung (30) und in der vierten Schaltposition außer Eingriff von der Hülsen-Steckverzahnung (23) ist.
Tandemachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialstern (9) mittels einer vierten Steckverzahnung (33) in der vierten Schaltposition der Schiebemuffe (15) mit dem Übertragungselement drehfest verbindbar ist.
Tandemachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden der Sternbolzen (10) in Öffnungen (35) entsprechenden Querschnitts in einem Differentialkorb (36) ragen, der in einem Längsdifferentialgehäuse (26) um die Drehachse (14) drehbar gelagert ist.