DE10207448A1 - Verteilergetriebe zur Aufteilung der Antriebsleistung eines allradgetriebenen Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verteilergetriebe (1) eines allradgetriebenen Kraftfahrzeuges mit quer zur Fahrzeuglängsachse liegender Ausgangswelle der Antriebsmaschine und einem Schalt- oder Automatikgetriebe mit parallel zur Ausgangswelle der Antriebsmaschine angeordneten Eingangs- und Ausgangswellen (2), wobei das Verteilergetriebe (1) ein von der Ausgangswelle (2) des Schalt- oder Automatikgetriebes angetriebenes, auf einer quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Zwischenwelle (3) angeordnetes Zwischenzahnrad (7) sowie ein Kegelradpaar (8, 9) mit in Fahrzeugquer- und -längsrichtung verlaufenden Drehachsen zur Umlenkung der Antriebsleistung in Fahrzeuglängsrichtung aufweist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftübertragungseinheit der gattungsgemäßen Art weiter zu optimieren und insbesondere das Verteilergetriebe (1) so zu gestalten, dass das Allradkonzept auch bei sehr beengtem Bauraum darstellbar ist und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit der Power-Take-off Einheit erhöht werden kann. Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Zwischenwelle (3) zu der Ausgangswelle (2) des Schalt- oder Automatikgetriebes geneigt angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verteilergetriebe zur Aufteilung der Antriebsleistung eines allradgetriebenen Kraftfahrzeuges auf die angetriebenen Achsen dieses Kraftfahrzeuges, dessen Antriebsmaschine quer eingebaut ist und eine quer zur Fahrzeuglängsachse liegende Ausgangswelle und dessen Schalt- oder Automatikgetriebe parallel zur Ausgangswelle der Antriebsmaschine angeordnete Eingangs- und Ausgangswellen aufweist, und dessen Verteilergetriebe ein von der Ausgangswelle des. Schalt- oder Automatikgetriebes angetriebenes, auf einer quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Zwischenwelle angeordnetes Zwischenzahnrad, sowie ein miteinander kämmendes Kegelradpaar mit in Fahrzeugquer- und -längsrichtung verlaufenden Drehachsen zur Umlenkung einer der Komponenten der Antriebsleistung in Fahrzeuglängsrichtung aufweist. Ein gattungsgemäßes Verteilergetriebe wird u. a. im Zusammenhang mit einer Kraftübertragungseinheit in der deutschen Patentschrift 32 19 216 beschrieben.
• Verteilergetriebe der beschriebenen Art werden in Kraftübertragungssystemen von Allradfahrzeugen eingesetzt, die über einen quer eingebauten Antriebsmotor verfügen und auf Frontantrieben basieren. Diese Fahrzeuge benötigen ein solches Verteilergetriebe zur Aufteilung der Antriebsleistung auf die angetriebenen Achsen, wobei das Verteilergetriebe gewöhnlich am Getriebeausgang des Schalt- oder Automatikgetriebes angeflanscht ist. Aufgrund der Quereinbaulage des Antriebsmotors und der Packageanforderungen, muss eine Komponente der Antriebsleistung der Antriebseinheit unter dem Lenkgetriebe hindurch nach hinten zu der zweiten Fahrzeugachse geleitet werden, die in der Regel die Hinterachse ist. Die Verteilergetriebe weisen zu diesem Zweck zumeist ein Getriebe mit einer Zwischenwelle und einem 90-Grad Winkeltrieb auf, über die bzw. den die Antriebskraft mittels einer Kardanwelle nach hinten zur Hinterachse übertragen werden kann.
• Die bislang bekannten Allradkonzepte mit den - auch als Power-Take-Off Einheit bezeichneten - Verteilergetrieben werden mit netzparalleler Wellenanordnung gebaut, das heißt, das alle Wellen, deren Anzahl je nach PTO- und Packagekonzept zwischen 2 und 3 variiert, parallel bzw. 90 Grad zueinander stehen. Als Getriebe werden Hypoid- oder Kegelradwinkelgetriebe eingesetzt; denn diese Art der Kraftübertragung ist einfach herzustellen und die Toleranzen lassen sich leicht einhalten und kontrollieren.
• Wie bereits ausgeführt, wird der 90 Grad Winkeltrieb benötigt, um die Kraftübertragung über eine Kardanwelle zur nächsten, gewöhnlich hinteren, anzutreibenden Achse zu gewährleisten. Die Übersetzungsverhältnisse in einer Power-Take-Off Einheit stimmen in der Regel mit denen des (Hinterachs)Differentiales überein, um die gleiche oder annäherungsweise gleiche Rad-Geschwindigkeit an der Vorder- und der Hinterachse zu erzielen.
• Bei der Konstruktion des Verteilergetriebes einer Power-Take-Off Einheit gibt es aber eine Vielzahl einschränkender Bauraumfaktoren, die die Leistungsfähigkeit, d. h. die Drehmomentenkapazität und die Belastbarkeit, sowie das Power-Take-Off-Package beeinflussen.
• Diese sind unter anderem der Abstand zu anderen Chassiskomponenten, wie z. B. zum Lenkgetriebe, zum Subframe, der Abstand zur Bodenfreiheitslinie, der Abstand zu Motorkomponenten, wie z. B. zum Auspuff, zum Katalysator und Motorgehäuse. Zudem ist bei der Auslegung des Verteilergetriebes das erwünschte oder notwendige Übersetzungsverhältnis zu berücksichtigen.
• In der Regel ist die maximale Belastbarkeit der Power-Take-Off Einheit durch die Zwischenwelle mit dem 90 Grad- Winkeltrieb limitiert, da dieses Bauteil aufgrund oben genannter Faktoren und der netzparallelen Anordnung nur einen bestimmten maximal wirksamen Verzahnungsdurchmesser des Zwischenrades ermöglicht. Eine Vergrößerung dieses Durchmessers würde eine Vergrößerung des Achsabstandes und eine überproportionale Vergrößerung des Bauraumes des Verteilergetriebes erfordern, vorgegeben durch den Zahnraddurchmesser plus Achsabstand.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zwischengetriebe der gattungsgemäßen Art zu optimieren und insbesondere so zu gestalten, dass das Allradkonzept auch bei sehr beengtem Bauraum darstellbar ist und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit der Power-Take-Off Einheit erhöht werden kann.
• Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Zwischenwelle des Verteilergetriebes zu der Ausgangswelle des Schalt- oder Automatikgetriebes geneigt angeordnet ist.
• In der beanspruchten Lösung wird die Zwischenwelle nicht wie beim Stand der Technik netzparallel, sondern um einen Winkel zur Eingangswelle geneigt angeordnet. Der Winkel wird so gewählt, dass der erwünschte Effekt einer Zahnradvergrößerung erreicht wird, ohne andere Bauraumanforderungen negativ zu beeinträchtigen. Dadurch lassen sich größere Leistungen übertragen, die Drehmomentkapazität der Kraftübertragungseinheit wird verbessert.
• Erfindungsgemäß können die Zwischenwelle des Verteilergetriebes und die Ausgangswelle des Schalt- oder Automatikgetriebes in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, um die erwünschte erfindungsgemäße Bauraumoptimierung zu erreichen.
• Eine weitere Bauraumverbesserung sowie eine Anpassung an die geometrischen Gegebenheiten im Einbaubereich lassen sich erreichen, wenn nach einem anderen Merkmal der Erfindung die Zwischenwelle des Verteilergetriebes und die Ausgangswelle des Schalt- oder Automatikgetriebes in zueinander geneigten Ebenen angeordnet sind. Es versteht sich, dass die miteinander kämmenden Zahnräder entsprechend so zu gestalten sind, dass optimale Eingriffsverhältnisse an den Zahnradpaaren geschaffen werden.
• Der Winkel sollte aus Sicht des Wirkungsgrades so gering wie möglich sein. Trotzdem sind auch Extremfälle denkbar, in denen, wenn erforderlich, der Winkel zwischen Zwischenwelle des Verteilergetriebes und Ausgangswelle des Schalt- oder Automatikgetriebes deutlich größer ist, deshalb wird erfindungsgemäß der Bereich des Winkels α zwischen 1° und 50° festgelegt.
• Nach einem anderen günstigen Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Drehachse des miteinander kämmenden Kegelradpaares mit der Ausgangswelle des Schalt- oder Automatikgetriebes einen Winkel < 90° einschließt. Durch diese Maßnahme kann der Wirkungsgrad wieder verbessert werden, der sich durch eine extrem starke Winkelstellung der Zwischenwelle verschlechtert hat. In Extremfällen ist sogar jeweils ein Winkel von ca. 45-50 Grad denkbar.
• Die sich aus der Winkelstellung der Zwischenwelle ergebenden Vorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen:
  Die Freigängigkeit der Konstruktion wird erhöht, der Bauraum optimiert, die Bodenfreiheit vergrößert. Durch den Einsatz größerer Zahnräder sind größere Drehmomente übertragbar, ohne dass der Bauraum durch vergrößerte Achsabstände negativ beeinflusst wird. Somit sind auch bei sehr beengten Platzverhältnissen mit dieser Gestaltung des Verteilergetriebes Allradkonzepte zu verwirklichen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
• Es zeigt:
• Fig. 1 Eine Draufsicht auf eine erfindungs- gemäss Kraftübertragungseinheit mit geneigter Zwischenwelle,
• Fig. 2 die schematische Ansicht einer netzparallelen Zwischenwellenanordnung,
• Fig. 3 die erfindungsgemäße Neigung der Zwischenwelle und
• Fig. 4 eine schematische Darstellung der Zwischenwellenanordnung nach Fig. 3 in einer um 90° gedrehten Ansicht.
• In Fig. 1 ist schematisch das als Power-Take- Off Einheit bezeichnete Verteilergetriebe 1 der erfindungsgemäßen Kraftübertragungseinheit dargestellt. Erkennbar ist die Ausgangswelle 2 aus dem Getriebe, das als Schalt- oder Automatikgetriebe ausgebildet sein kann. Auf der Ausgangswelle 2 ist das Stirnrad 6 drehfest mit der Ausgangswelle 2 verbunden dargestellt, das mit dem auf der Zwischenwelle 3 angeordneten stirnverzahnten Zwischenzahnrad 7 kämmt. Auf der gleichen Zwischenwelle 3 ist das Kegelrad 8 angeordnet, welches seinerseits mit dem Kegelrad 9 kämmt, das auf der Abtriebswelle 4 angeordnet ist. Die Fahrtrichtung des Fahrzeuges ist bei 5 angedeutet. Somit ergibt sich ein Kraftfluss im Verteilergetriebe vom (nicht dargestellten) Antriebsmotor über das Schalt- bzw. Automatikgetriebe auf die Ausgangswelle 2, von dort über das Stirnrad 6 und Zwischenzahnrad 7, sowie das Kegelradpaar 8 und 9 zur Abtriebswelle 4, die ihrerseits über die Kardanwelle die(nicht dargestellte) Hinterachse des Fahrzeuges antreibt. Wie in Fig. 1 erkennbar, ist die Zwischenwelle 3 zur Ausgangswelle 2 um den Winkel α geneigt angeordnet. Erkennbar wird dadurch die Möglichkeit geschaffen, ein größeres Kegelrad 8einzusetzen, als das bei einer parallel ausgerichteten Zwischenwelle 3 möglich gewesen wäre. In der Zeichnungsfigur wird das durch die strichpunktierte Kontur der Verzahnung des Kegelrades 8 verdeutlicht, die mit 10 bezeichnet ist. Erfindungsgemäß kann mit dem größeren Zahnrad ein größeres Drehmoment übertragen werden; die Festigkeitswerte sind höher, die Baugröße der Kraftübertragungseinheit wird jedoch nicht vergrößert.
• Die Zeichnungsfiguren 2 und 3 verdeutlichen, welche Vorteile die Erfindung hinsichtlich des Bauraumes aufweist. In Fig. 2 ist eine netzparallele Wellenanordnung nach dem Stand der Technik grob schematisch dargestellt. Gleiche Teile sind mit den gleichen Positionsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Erkennbar berührt das Kegelrad 8, wenn das Zwischenzahnrad 7 mit dem Stirnrad 6 kämmt, fast die Welle 2 und ist somit in seinem wirksamen Außendurchmesser begrenzt. Diese Grenze wird jedoch aufgehoben, wenn erfindungsgemäß die Zwischenwelle 3 zur Ausgangswelle 2 des Schaltgetriebes geneigt ist, bzw. die Zwischenwelle 3 in einer Ebene verläuft, die zu der durch die Ausgangswelle 2 verlaufende Ebene geneigt ist. Bei 11 ist deutlich zu erkennen, dass sich infolge dieser Neigung bei gleicher Abmessung des Kegelrades 8 ein Freiraum zur Ausgangswelle 2 ergibt, den man zu einer Vergrößerung des Kegelrades 8 nutzen kann. Ein ebensolcher Freiraum ergibt sich nach unten bei 12, wodurch ein Abstand zur Bodenfreiheitslinie entsteht.
• Die Anordnung der Zwischenwelle 3 im Raum ist auch aus der Zeichnungsskizze der Fig. 4 zu entnehmen, die eine Seitenansicht zur Fig. 3 symbolisiert; auch hier sind gleiche Teile gleich bezeichnet. Bezugszeichenliste 1 Verteilergetriebe
  2 Ausgangswelle des Schalt- oder Automatikgetriebes
  3 Zwischenwelle
  4 Abtriebswelle
  5 Fahrtrichtung
  6 Stirnrad
  7 Zwischenzahnrad
  8 Kegelrad
  9 Kegelrad
  10 Außenkontur des Kegelrades 8
  11 Abstand zur Zwischenwelle
  12 Abstand zur Bodenfreiheitslinie
  

Claims (5)

1. Verteilergetriebe (1) zur Aufteilung der Antriebsleistung eines allradgetriebenen Kraftfahrzeuges auf die angetriebenen Achsen dieses Kraftfahrzeuges, dessen Antriebsmaschine quer eingebaut ist und eine quer zur Fahrzeuglängsachse liegende Ausgangswelle und dessen Schalt- oder Automatikgetriebe parallel zur Ausgangswelle der Antriebsmaschine angeordnete Eingangs- und Ausgangswellen (2) aufweist, und dessen Verteilergetriebe (1) ein von der Ausgangswelle (2) des Schalt- oder Automatikgetriebes angetriebenes, auf einer quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Zwischenwelle (3) angeordnetes Zwischenzahnrad (7), sowie ein miteinander kämmendes Kegelradpaar (8, 9) mit in Fahrzeugquer- und -längsrichtung verlaufenden Drehachsen zur Umlenkung einer der Komponenten der Antriebsleistung in Fahrzeuglängsrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (3) des Verteilergetriebes (1) zu der Ausgangswelle (2) des Schalt- oder Automatikgetriebes geneigt angeordnet ist.

2. Verteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Zwischenwelle (3) und die Ausgangswelle(2) des Schalt- oder Automatikgetriebes in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.

3. Verteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Zwischenwelle (3) und die Ausgangswelle (2) des Schalt- oder Automatikgetriebes in zueinander geneigten Ebenen angeordnet sind.

4. Verteilergetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Zwischenwelle (3) mit der Ausgangswelle (2) des Schalt- oder Automatikgetriebes einen Winkel α zwischen 1° und 50° einschließt.

5. Verteilergetriebe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Drehachse der Abtriebswelle (4) des miteinander kämmenden Kegelradpaares (8; 9) mit der Ausgangswelle (2) des Schalt- oder Automatikgetriebes einen Winkel < 90° einschließt.