DE10305240A1

DE10305240A1 - Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einer Einrichtung zum Führen eines Antriebsdrehmomentes

Info

Publication number: DE10305240A1
Application number: DE2003105240
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Gumpoltsberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-02-08
Filing date: 2003-02-08
Publication date: 2004-08-19

Abstract

Es wird ein Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs mit einer Einrichtung (4) zum Führen eines Antriebsdrehmoments von einer Getriebeausgangswelle (5) auf zwei Antriebswellen (6, 7) einer Fahrzeugachse (22) beschrieben. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Einrichtung (4) zwischen der Getriebeausgangswelle (5) und den Antriebswellen (6, 7) ein kraftschlüssiges Schaltelement (9) aufweist, über welches das Antriebsmoment auf die beiden Antriebswellen (6, 7) führbar und zwischen den beiden Antriebswellen (6, 7) bedarfsgerecht aufteilbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einer Einrichtung zum Führen eines Antriebsdrehmomentes von einer Getriebeausgangswelle auf zwei Antriebswellen eines Räderpaares.
Beim Durchfahren einer Kurve legt das kurvenäußere Rad eines Fahrzeugs einen größeren Weg zurück als das innere Rad einer Fahrzeugachse. Sind die beiden Räder einer Achse eines Fahrzeugs starr miteinander verbunden, tritt ein sogenanntes Radieren der Reifen auf, das zu einem hohen Verschleiß der Räder führt und hohe Belastungen des Antriebsstranges aufgrund auftretender Verspannungen des Antriebsstranges verursacht. Deshalb wird bei aus der Praxis bekannten Fahrzeugen generell aus Fahrstabilitäts- und Traktionsgründen von einem starren Einachsantrieb abgesehen.
Zur Vermeidung der erwähnten Nachteile bei den miteinander verbundenen Rädern sind in der Praxis eingesetzte Antriebsstränge üblicherweise mit Einrichtungen versehen, mit welchen im Gegensatz zu einem starren Durchtrieb ohne geteilte Abtriebswelle ein zwangloser Drehzahl- und Kräfteausgleich insbesondere zwischen zwei Rädern einer Antriebsachse durchführbar ist. Somit kann eine bedarfsgerechte Querverteilung eines Antriebsmomentes auf das linke und rechte Treibrad vorgenommen werden, wobei vorliegend der Begriff quer auf die Fahrtrichtung des Fahrzeuges bezogen ist.
Bei Fahrzeugen mit mehreren angetriebenen Achsen sind häufig auch zwischen den Achsen sogenannte Ausgleichsgetriebe vorgesehen, mit denen ein Längsausgleich je nach Traktionspotential der Fahrzeugachsen und ein gewünschtes Fahrverhalten auch mit unsymmetrischer Momentenverteilung dargestellt werden kann.
Im allgemeinen werden im Fahrzeugbau Längsdifferentiale, die zur Verteilung der Antriebsleistung auf verschiedene Antriebsachsen vorgesehen sind, als Verteilergetriebe bezeichnet. Sogenannte Querdifferentiale bzw. Ausgleichsgetriebe werden in der Praxis zur vorbeschriebenen Querverteilung der Antriebsleistung auf die Treibräder einer Fahrzeugachse eingesetzt. Die Querdifferentiale sind meist im Endantrieb des Antriebsstranges integriert. Die vorgenannten Begriffe dienen üblicherweise nicht nur zur Bezeichnung der eigentlichen Differentialeinheit, sondern sie umfassen auch deren Antrieb mit der entsprechenden Übersetzung sowie eventuelle Raduntersetzungsgetriebe.
Als Ausgleichsgetriebe für Fahrzeuge ist grundsätzlich jedes Umlaufgetriebe denkbar, das drei frei bewegliche, gleichachsige Wellen besitzt und durch zwei Antriebs- oder Abtriebsbewegungen zwangsläufig wird. Übliche Bauarten stellen dabei sogenannte Kegelraddifferentiale, Stirnraddifferentiale in Planetenbauweise oder auch Schneckenraddifferentiale dar, wobei Stirnraddifferentiale wegen der Möglichkeit zur unsymmetrischen Momentenverteilung meist als Längsdifferentiale eingesetzt werden. Für den Querausgleich sind Kegelraddifferentiale Standard. Schneckenraddifferentiale finden in der Praxis sowohl zur Längsverteilung als auch zur Querverteilung eines Antriebsmomentes Anwendung.
Zusätzlich sind bei speziellen aus der Praxis bekannten Lösungen von Antriebssträngen, wie beispielsweise bei Allrad-Fahrzeugen, reibschlüssige Kupplungen vorgesehen, über welche ein Antriebsmoment einer Antriebsmaschine an die zu treibenden Achsen übertragen wird. Eine Übertragungsfähigkeit derartiger Kupplungen wird dabei jeweils derart eingestellt, daß ein notwendiger Drehzahlausgleich zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse eines Antriebsstranges über einen sogenannten Schlupfbetrieb der Kupplung durchgeführt wird.
Nachteilig ist jedoch, daß eine Kombination aus einem Ausgleichsgetriebe und einer zusätzlichen reibschlüssigen Kupplung zur bedarfsgerechten Leistungsverteilung eines Antriebsmomentes in einem Antriebsstrang durch einen großen Bauraumbedarf gekennzeichnet ist und darüber hinaus hohe Herstellkosten verursacht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang zur Verfügung zu stellen, mit dem eine bedarfsgerechte Verteilung eines Antriebsmomentes zwischen zwei Antriebswellen einer Fahrzeugachse und/oder zwischen zwei Fahrzeugachsen durchführbar ist, der einen geringen Bauraumbedarf aufweist und kostengünstig herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Antriebsstrang gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Der Antriebsstrang nach der Erfindung weist im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Antriebssträngen eine kompaktere und kostengünstigere Ausgestaltung auf, da vor teilhafterweise auf ein Ausgleichsgetriebe verzichtet werden kann.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Einrichtung zwischen der Getriebeausgangswelle und den Antriebswellen ein kraftschlüssiges Schaltelement aufweist, über welches das Antriebsmoment auf die beiden Antriebswellen einer Fahrzeugachse führbar und zwischen den beiden Antriebswellen bedarfsgerecht aufteilbar ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
1 eine stark schematisierte Teildarstellung eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs und
2 eine schematisierte Einzeldarstellung einer Einrichtung zum Führen eines Antriebsmomentes von einer Getriebeausgangswelle auf zwei Antriebswellen eines Räderpaares einer Fahrzeugachse.
Bezug nehmend auf 1 ist in einer Prinzipskizze ein Teil eines Antriebsstranges 1 eines Fahrzeugs schematisiert dargestellt. Ein Antriebsmoment einer Antriebsmaschine 2 des Antriebsstranges 1 wird über ein Getriebe 3 und eine Einrichtung 4, welche zum Führen des Antriebsmomentes von einer Getriebeausgangswelle 5 auf zwei Antriebswellen 6, 7 eines Räderpaares 8 einer Fahrzeugachse 22 vorgesehen ist, auf das Räderpaar 8 geleitet.
Die Einrichtung 4 ist zwischen der Getriebeausgangswelle 4 und den Antriebswellen 6, 7 mit einem kraftschlüssigen Schaltelement 9 ausgeführt, über welches das Antriebsmoment der Antriebsmaschine 2 von der Getriebeausgangswelle 5 auf die beiden Antriebswellen 6, 7 geführt wird. Des weiteren wird das über die Getriebeausgangswelle 5 an der Einrichtung 4 anstehende Antriebsmoment über das kraftschlüssige Schaltelement 9 zwischen den beiden Antriebswellen 6 und 7 in Abhängigkeit eines jeweils vorliegenden Betriebszustands des Antriebsstranges 1 bedarfsgerecht aufgeteilt.
Eine mögliche konstruktive Ausführung der Einrichtung 4 ist in 2 schematisiert dargestellt, bei der ein von der Getriebeausgangswelle 5 übertragenes Antriebsmoment über einen Kegelradantrieb 10 von der Getriebeausgangswelle 5 auf einen Anßenlamellenträger 11 des als Lamellenkupplung ausgeführten kraftschlüssigen Schaltelementes 9 geführt wird. Der Außenlamellenträger 11 trägt Außenlamellen 12A, 12B in an sich bekannter Art und Weise von zwei getrennt ausgebildeten Lamellenpaketen 13A und 13B.
Des weiteren sind in 2 Innenlamellen 14A und 14B der Lamellenpakete 13A und 13B dargestellt, die drehfest mit den Antriebswellen 6, 7 verbunden sind und axial zwischen zwei nicht näher dargestellten Anschlägen auf den Antriebswellen 6 und 7 verschieblich angeordnet sind. Die Antriebswellen 6 und 7 stellen dadurch vorliegend jeweils einen Innenlamellenträger der Innenlamellen 14A und 14B dar, wobei es selbstverständlich im Ermessen des Fachmannes liegt, die Innenlamellenträger und die Antriebswellen alternativ hierzu als separate und fest miteinander verbundene Bauteile auszuführen.
Zwischen den beiden Lamellenpaketen 13A und 13B ist eine hydraulische Kolbeneinheit 15 angeordnet, über welche die beiden Lamellenpakete 13A, 13B ansteuerbar sind. Die Kolbeneinheit 15 weist zwei Kolben 16A und 16B auf, die über einen gemeinsamen Kolbenraum 17 ansteuerbar sind. Der Kolbenraum 17 ist vorliegend durch den Außenlamellenträger 11, die beiden Kolben 16A, 16B und ein vorliegend im Querschnitt wenigstens annähernd U-förmig ausgeführtes Bauteil 18 der Kolbeneinheit 15 begrenzt.
Die Abdichtung des gemeinsamen Kolbenraums 17, welcher von einer nicht näher dargestellten hydraulischen Steuereinrichtung mit einem Hauptsteuerdruck zum Ansteuern des kraftschlüssigen Schaltelementes 9 beaufschlagbar ist, erfolgt über zwischen Kolbenaußenseiten und Kolbeninnenseiten der Kolben 16A und 16B und dem Außenlamellenträger 11 sowie zwischen den Kolben 16A und 16B und dem Bauteil 18 angeordnete Dichteinrichtungen 19.
Auf ihren dem gemeinsamen Kolbenraum 17 abgewandten Seiten der Kolben 16A und 16B ist jeweils ein Kolbensteuerraum 20A und 20B der hydraulischen Kolbeneinrichtung 15 vorgesehen, die jeweils von dem Kolben 16A bzw. 16B sowie dem Bauteil 18 begrenzt sind. In den Kolbensteuerräumen 20A und 20B ist jeweils eine Rückstellfedereinrichtung 21A bzw. 21B angeordnet, um die Kolben 16A und 16B bedarfsweise bei entsprechend eingestelltem Hauptsteuerdruck in Öffnungsrichtung der Lamellenpakete 13A und 13B jeweils in Richtung des gemeinsamen Druckraumes 17 verstellen zu können.
Zusätzlich oder auch alternativ zu den Rückstellfedereinrichtungen 21A und 21B kann es vorgesehen sein, daß die beiden Kolben 16A und 16B jeweils hydraulisch über einen in den Kolbensteuerräumen 20A, 20B einstellbaren Steuerdruck ansteuerbar sind, der wie die Rückstellfedereinrichtungen 21A, 21B eine dem Hauptsteuerdruck entgegengerichtete Wirkung auf die Kolben 16A, 16B ausübt.
Bei einer Übertragung eines über den Kegelradantrieb 10 anstehenden Antriebsmomentes wird der gemeinsame Kolbenraum 17 mit dem Hauptsteuerdruck beaufschlagt, wodurch zunächst eine gleichmäßige Betätigung der Lamellenpakete 13A über die beiden Kolben 16A und 16B erfolgt. Dies wird dadurch erreicht, da die beiden Kolben 16A und 16B mit dem gleichen Hauptsteuerdruck betätigt werden und die beiden Lamellenpakete 13A und 13B im wesentlichen die gleiche Übertragungsfähigkeit aufweisen.
Die beiden in 1 dargestellten Räder 8A und 8B des Räderpaares 8 übertragen bei dieser Ansteuerung des Schaltelementes 9 nahezu die gleiche Kraft, wobei dieser eingestellte Betriebszustand des Antriebsstranges 1 bei aus der Praxis bekannten Antriebssträngen beispielsweise über ein Kegelraddifferential realisiert wird. Die letztgenannte aus der Praxis bekannte Lösung benötigt jedoch zusätzlich eine reibschlüssige Kupplung, um gegebenenfalls Verspannungen im Antriebsstrang vermeiden zu können sowie eine bedarfsgerechte Verteilung des Antriebsmomentes zwischen mehreren Antriebsachsen des Fahrzeugs durchführen zu können. Derartige Lösungen weisen jedoch nachteilhafterweise einen größeren Bauraumbedarf auf und sind teuerer in der Herstellung.
Die Ausgestaltung der Einrichtung 4 mit der hydraulischen Kolbeneinheit 15 ist zusätzlich dazu geeignet, eine von einer Drehzahl der Bauteile der Einrichtung 4 unabhängige Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 9 einstellen zu können. Über die beiden Kolbensteuerräume 20A und 20B ist vorliegend ein sogenannter Rotationsdruckausgleich möglich, der jeweils über eine entsprechende in Abhängigkeit der Drehzahl der Kolbeneinheit 15 stehende Vorgabe des Steuerdrucks in den Kolbensteuerräumen 20A, 20B durchgeführt wird.
Darüber hinaus ist über eine unterschiedliche Steuerung der Drücke in den Kolbensteuerräumen 20A, 20B eine gewünschte Verteilung des Antriebsmomentes zwischen den beiden Antriebswellen 6 und 7 dahingehend durchführbar, daß sich eine in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustandes des Antriebsstranges 1 erforderliche Drehmomentverteilung zwischen den beiden Antriebsrädern 8A und 8b einstellt, die über ein Kegelraddifferential nicht gesteuert durchführbar ist.
Alternativ oder in Kombination zu der hydraulischen Ansteuerung der beiden Kolben 16A und 16B und/oder zu der über die Rückstellfedereinrichtungen 21A und 21B erfolgenden mechanischen Ansteuerung kann es bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung 4 vorgesehen sein, daß die Kolben 16A und 16B und/oder die beiden Lamellenpakete 13A und 13B über einen nicht näher dargestellten elektromechanischen Antrieb angesteuert werden. Dieser elektromagnetische Antrieb kann entweder über die beiden Kolben auf die Lamellenpakete 13A, 13B einwirken oder direkt mit den Lamellenpaketen in Wirkverbindung stehen.
Des weiteren kann es bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes nach der Erfindung vorgese hen sein, daß zwischen dem gemeinsamen Kolbenraum 17 und wenigstens einem der Kolbensteuerräume 20A und 20B eine steuerbare Verbindung ausgebildet ist, welche ein nicht näher dargestelltes Ventil aufweist. Damit besteht die Möglichkeit, den gemeinsamen Kolbenraum 17 und wenigstens einen der Kolbensteuerräume 20A oder 20B bedarfsweise miteinander zu verbinden, so daß sowohl der Kolbenraum 17 als auch der damit verbundene Kolbensteuerraum 20A oder 20B von derselben Steuereinrichtung ansteuerbar ist.
Zusätzlich kann es bei einer weiteren, von dem vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel der Einrichtung 4 abweichenden Ausführungsform vorgesehen sein, daß einer oder beide Kolbensteuerräume 20A, 20B in bestimmten Betriebszuständen des Antriebsstranges 1 gegenüber der Umgebung der Kolbensteuerräume 20A, 20B geöffnet werden, um einen im Betrieb auftretenden Rotationsdruck, welcher eine Ansteuerung der Einrichtung 4 negativ beeinflußt, in den Kolbensteuerräumen 20A und 20B zu reduzieren. In diesem Fall erfolgt eine Ansteuerung der Kolben 16A und 16B über den Hauptsteuerdruck des gemeinsamen Kolbenraumes 17 und die beiden Rückstellfedereinrichtungen 21A und 21B.
Der erfindungsgemäße Gegenstand ist in Fahrzeugen generell als Ersatz für jede beliebige konstruktive Ausführung von Ausgleichsdifferentialen, wie beispielsweise Längsverteilerdifferentialen, Achs- oder Querverteilerdifferentialen, einsetzbar. Dabei erstreckt sich das Einsatzgebiet der Einrichtung insbesondere auch auf Fahrzeuge mit Standardantrieb, d.h. mit oder ohne Allradantrieb, sowie auf Fahrzeuge mit einem sogenannten Front-Quer-Antrieb, wobei der letztgenannte Antrieb ebenfalls mit oder ohne Allradantrieb ausgeführt sein kann.
Mit dem Gegenstand nach der Erfindung ist eine genaue Einstellbarkeit bzw. Verteilung der auf die beiden Antriebswellen einer Fahrzeugachse übertragenen Drehmomente möglich, wobei die Einrichtung zum Führen des Antriebsmomentes von der Getriebeausgangswelle auf die beiden Antriebswellen des Räderpaares im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Einrichtungen einen erheblich geringeren Bauraumbedarf hat.
Darüber hinaus ist mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang zusätzlich zu der Querverteilung eines Antriebsmomentes zwischen zwei Antriebswellen einer Fahrzeugachse auch eine bedarfsgerechte Längsverteilung des Antriebsmomentes zwischen zwei Antriebsachsen bzw. Fahrzeugachsen eines Allrad-Fahrzeuges durchführbar.
Des weiteren wird auf einfache Art und Weise auch der Energiebedarf zur Ansteuerung des Antriebsstranges gegenüber aus der Praxis bekannten Lösungen, welche unter anderem jeweils mit einer sogenannten doppelten Kupplung in Kombination mit den vorbeschriebenen Ausgleichsdifferentialen ausgeführt sind, reduziert.
Alternativ zu der Ausgestaltung der Einrichtung mit einem kraftschlüssigen Schaltelement, das bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Einrichtung 4 als reibschlüssige Lamellenkupplung ausgeführt ist, kann es bei weiteren Ausführungsformen dieser Einrichtung auch vorgesehen sein, daß das Schaltelement als elektromagnetische Baugruppe oder als hydraulische Baugruppe ausgeführt ist und die Übertragung des anstehenden Antriebsmomentes auf die beiden Antriebswellen der Fahrzeugachse in geeigneter Art und Weise elektromagnetisch oder hydraulisch erfolgt.

1: Antriebsstrang
2: Antriebsmaschine
3: Getriebe
4: Einrichtung
5: Getriebeausgangswelle
6: Antriebswelle
7: Antriebswelle
8: Räderpaar
8A, 8B: Antriebsrad
9: Schaltelement
10: Kegelradantrieb
11: Außenlamellenträger
12A, 12B: Außenlamellen
13A, 13B: Lamellenpaket
14A, 14B: Innenlamellen
15: hydraulische Kolbeneinheit
16A, 16B: Kolben
17: gemeinsamer Kolbenraum
18: Bauteil
19: Dichteinrichtung
20A, 20B: Kolbensteuerraum
21A, 21B: Rückstellfedereinrichtung
22: Fahrzeugachse

Claims

Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs mit einer Einrichtung (4) zum Führen eines Antriebsdrehmoments von einer Getriebeausgangswelle (5) auf zwei Antriebswellen (6, 7) einer Fahrzeugachse (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (4) zwischen der Getriebeausgangswelle (5) und den Antriebswellen (6, 7) ein kraftschlüssiges Schaltelement (9) aufweist, über welches das Antriebsmoment auf die beiden Antriebswellen (6, 7) führbar und zwischen den beiden Antriebswellen (6, 7) bedarfsgerecht aufteilbar ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Schaltelement (9) jeweils zwei Lamellenpakete (13A, 13B) aufweist, wobei die Innen- oder die Außenlamellen (14A, 14B; 12A, 12B) mit einem gemeinsamen, mit der Getriebeausgangswelle (5) wirkverbundenen Innen- oder Außenlamellenträger (11) drehfest verbunden sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Innenlamellenträger vorgesehen sind, welche mit jeweils einer Antriebswelle (6 oder 7) verbunden sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellenpakete (13A, 13B) über eine hydraulische Kolbeneinheit (15) ansteuerbar sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbeneinheit (15) zwei Kolben (16A, 16B) aufweist, welche über einen gemeinsamen Kolbenraum (17) in Schließrichtung der Lamellenpakete (13A, 13B) ansteuerbar sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (16A, 16B) jeweils über eine Rückstellfedereinrichtung (21A, 21B) in Öffnungsrichtung der Lamellenpakete (13A, 13B) angefedert sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf den dem gemeinsamen Kolbenraum (17) abgewandten Seiten der Kolben (16A, 16B) jeweils ein Kolbensteuerraum (20A, 20B) vorgesehen ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenraum (17) von einer hydraulischen Steuereinrichtung mit einem Hauptsteuerdruck beaufschlagbar ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbensteuerräume (20A, 20B) von der hydraulischen Steuereinrichtung mit einem Steuerdruck beaufschlagbar sind.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolbensteuerraum der hydraulischen Kolbeneinheit mit dem Kolbenraum verbindbar ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromechanischer Antrieb vorgesehen ist, über welchen wenigstens ein Kolben und/oder wenigstens ein Lamellenpaket des Schaltelementes ansteuerbar sind.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolbensteuerraum drucklos schaltbar ist.