DE10314356A1

DE10314356A1 - Vorrichtung zur Kühlung eines Differentialgehäuses eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10314356A1
Application number: DE2003114356
Authority: DE
Inventors: Jentsch Ralf
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-04-01
Also published as: DE10314356B4

Abstract

Vorrichtung zur Kühlung eines Differentialgehäuses (5) eines Kraftfahrzeugs, umfassend Mittel zur Zuführung von Fahrtwind zu dem Differentialgehäuse (5), wobei die Mittel mindestens einen hohlen Karosserieträger (6) oder mindestens einen mit diesem verbundenen Kanal umfassen, durch den der Fahrtwind zumindest abschnittsweise hindurchführbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines Differentialgehäuses eines Kraftfahrzeugs, umfassend Mittel zur Zuführung von Fahrwind zu dem Differentialgehäuse.

In der DE 100 03 251 A1 wird ein Differentialgehäuse beschrieben, an dessen Ritzelgabel ein integrales Gebläse bzw. Gebläserad angeordnet ist. Die Drehbewegung der Ritzelgabel bewirkt eine Drehbewegung des Gebläserades, das einen Luftstrom über die Oberfläche des Differentialgehäuses leitet. Das in dem Differentialgehäuse befindliche Schmiermittel, das zur Schmierung und Kühlung der darin angeordneten Komponenten dient, gibt die aufgenommene Wärme an das Differentialgehäuse durch Wärmeleitung ab. Die von dem Getriebegehäuse aufgenommene Wärme wird durch Konvektion an den an dem Differentialgehäuse vorbeiströmenden Luftstrom abgegeben. Zur Verstärkung der Kühlwirkung sind auf dem Differentialgehäuse sich in Längsrichtung des Differentialgehäuses erstreckende Kühlrippen angeordnet.

Die JP 10-110812 beschreibt eine Vorrichtung der eingangs genannten Art. Auf der Kraftfahrzeugunterseite ist in Längsrichtung ein Leitblech angeordnet, das den während der Fahrt auftretenden Luftmassenstrom auf der Kraftfahrzeugunterseite in Richtung auf das Differentialgehäuse umlenkt. Hinter dem Differentialgehäuse ist eine rechteckige Stauplatte vorgesehen, die senkrecht zur Fahrzeuglängsachse stehend angeordnet ist. Der von dem Leitblech umgeleitete Luftstrom prallt gegen die Stauplatte, wobei die durch den Aufprall hervorgerufenen Verwirbelungen des Luftmassenstroms die Kühlung des Differentialgehäuses durch Konvektion bewirken.

Als nachteilig bei dieser Vorrichtung erweist sich die aufwendige Gestaltung des Differentialgehäuses sowie die Unterschreitung der Bodenfreiheitslinie, wodurch die Gefahr besteht, dass beispielsweise die Stauplatte durch Fahrbahnunebenheiten abgerissen wird. Weiterhin wird das Strömungsverhalten durch Verschmutzung des Leitblechs und der Stauplatte beeinflusst, was die durch Konvektion abgeführte Wärme reduziert. Dies gilt ebenso bei der Verwendung des an dem Differentialgehäuse angeordneten Gebläserades.

Das Erfordernis der Kühlung des Differentialgehäuses und der darin angeordneten Komponenten ergibt sich aus den während des Fahrbetriebes auftretenden hohen Belastungen der Kraftübertragungskomponenten und die auf die Kraftübertragungskomponenten wirkenden Reibungskräfte, die in Form von Wärme durch Wärmeleitung an das die Kraftübertragungskomponenten umgebende Schmiermittel abgegeben werden. Die Abgabe der von dem Schmiermittel aufgenommenen Wärme über das Differentialgehäuse erfolgt durch Konvektion an die Umgebung. Diese Form der Wärmeabgabe durch Konvektion erweist sich als nachteilig, da insbesondere bei einer hoher Belastung, beispielsweise durch hohe Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten, eine ausreichende Wärmeabfuhr durch Konvektion nicht mehr gewährleistet ist. Weiterhin wird das Differentialgehäuse abschnittsweise von Teilen der Abgasanlage umschlossen, welche ihrerseits Wärme an das Differentialgehäuse abgeben.

Die in diesem Fall auftretenden hohen Temperaturen im Differentialgehäuse beeinflussen die Viskosität des Schmiermittels, was sich unmittelbar auf den Verschleiß der Kraftübertragungskomponenten auswirkt und deren Lebensdauer nicht unwesentlich herabsetzen kann. Um dem entgegenzuwirken, werden hohe qualitative Anforderungen an die verwendeten Kraftübertragungskomponenten gestellt. Im Unterbodenbereich vorgesehene Kanäle verletzen die Bodenfreiheitslinie, sind also zur Zuführung eines Kältemittelstromes aus den bereits erwähnten Gründen nicht geeignet.

Des weiteren ist die Anbringung von Kanälen im Motorraum nur bedingt möglich, da der sehr eingeschränkte Einbauraum im Motorraum eine derartige Anbringung erschwert und eine häufige Abwinklung der Kanäle erforderlich werden lässt, was zu nachteiligen Strömungsverlusten innerhalb der Kanäle führt.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Kühlung des Differentialgehäuses, die einfacher und effektiver ausgestaltet ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Mittel mindestens einen hohlen Karosserieträger oder mindestens einen mit diesem verbundenen Kanal umfassen, durch den der Fahrtwind zumindest abschnittsweise hindurchführbar ist.

Die Luft wird durch den Karosserieträger oder einen mit diesem verbundenen Kanal in die Richtung auf das Differentialgehäuse geführt, um durch Konvektion das Differentialgehäuse und die darin enthaltenen Kraftübertragungskomponenten zu kühlen. Die Konstruktion des Differentialgehäuses wird vereinfacht, da die Anbringung von Kühlrippen bzw. eines Gebläserads oder dergleichen an dem Differentialgehäuse nicht erforderlich ist, wodurch der konstruktive und fertigungstechnische Aufwand verringert wird. Die konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verletzt nicht die Bodenfreiheitslinie des Kraftfahrzeuges, so dass nicht die Gefahr besteht, dass Teile der Vorrichtung durch über das Fahrbahnniveau hervorstehende Unebenheiten abgerissen werden.

Weiterhin wird durch die Verwendung eines Karosserieträgers oder eines Kanals als Mittel für die Zuführung von Fahrwind der Aufbau der Vorrichtung zur Kühlung wesentlich vereinfacht. Die Verwendung des Kanals bietet zudem den Vorteil, dass an dem Karosserieträger keine derartigen Veränderungen vorzunehmen sind, die eine Beeinflussung der sich aus Crashanforderungen an den Karosserieträger ergebenden erforderlichen Festigkeitseigenschaften des Karosserieträgers zur Folge haben können.

Insbesondere kann der Karosserieträger ein mindestens abschnittsweise in Kraftfahrzeuglängsrichtung verlaufend angeordneter Längsträger sein. Vorzugsweise kann der Kanal auf der Unterseite des Karosserieträgers angeordnet sein. Die Anordnung eines Kanals unterhalb des Karosserieträgers erlaubt die optimale Ausnutzung des sehr beschränkt vorhandenen Einbauraumes im Motorraum, wobei der Kanal den gleichen konstruktiven Verlauf aufweist, wie der Karosserieträger. Des weiteren kann der Karosserieträger mindestens abschnittsweise im Kraftfahrzeugunterboden auslaufend angeordnet sein.

Vorzugsweise kann der Karosserieträger in einen Tunnel mündend angeordnet sein. Hierbei kann der im Kraftfahrzeugunterboden auslaufende Karosserieträger abschnittsweise abgewinkelt ausgeführt sein und sich in einem Abschnitt zwischen dem Getriebegehäuse und dem Differentialgehäuse in den Tunnel erstrecken.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet darüber hinaus den Vorteil, dass nicht nur das Differentialgehäuse und die darin untergebrachten Kraftübertragungskomponenten, sondern auch die bei einem allradgetriebenen Fahrzeug in dem Tunnel verlaufende Kardanwelle, die mit dem Getriebe verbunden ist, durch Konvektion gekühlt wird. Auf diese Weise wird die von der Kardanwelle auf das Differentialgehäuse durch Wärmeleitung übertragene Wärme reduziert.

Zudem werden auf diese Weise die bei Kraftfahrzeugen oftmals durch den Tunnel verlaufenden Abschnitte einer Abgasanlage ebenfalls gekühlt. Dies ist insbesondere von Vorteil, da das die Abgasanlage durchströmende Abgas gekühlt wird und somit der Wärmestrom, der durch die das Differentialgehäuse abschnittsweise umschließende Abgasanlage an dieses abgegeben wird, reduziert wird.

Vorteilhafterweise kann der Karosserieträger mindestens abschnittsweise im Wesentlichen parallel zu dem Tunnel verlaufen und mindestens eine Abzweigung aufweisen, die in den Tunnel geführt wird. Auf diese Weise können die Karosserieträger zur Zufuhr von Luft genutzt werden, ohne diese in die Richtung auf den Tunnel bzw. das Differentialgehäuse abwinkeln zu müssen, wenn dies auf Grund konstruktiver Gegebenheiten im Kraftfahrzeugunterbodenbereich nicht möglich ist. Insbesondere kann der Karosserieträger hinter einer temperaturabhängigen Komponente einer im Tunnel befindlichen Abgasanlage in den Tunnel mündend angeordnet sein. Bei der Zufuhr des Fahrtwindes in den Tunnel kann dabei die Lage von dem zur Abgasanlage gehörenden temperaturabhängigen Katalysator, der im Betrieb ein bestimmtes Temperaturniveau benötigt, derart berücksichtigt werden, dass die Zufuhr des Fahrtwindes in den Tunnel und damit die Kühlung erst hinter dem Katalysator in den Tunnel vorgesehen ist.

Eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung kann vorsehen, dass sich der Tunnel abschnittsweise derart in Fahrzeugquerrichtung aufweitet, dass der Tunnel abschnittsweise den Karosserieträger umschließt. Hierzu kann eine im Wesentlichen trichterförmige Ausgestaltung des Tunnelabschnitts vorgesehen werden. Diese Ausgestaltung ist ebenfalls vor dem Hintergrund einer von den Kraftfahrzeugtypen abhängigen konstruktiven Ausführung des Kraftfahrzeugunterbodenbereiches zu sehen. Diese Ausführungsformen ermöglichen eine flexible Anpassung an die räumlichen Gegebenheiten auf der Kraftfahrzeugunterseite, ohne die Bodenfreiheitslinie zu verletzen.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Karosserieträger eine der Kraftfahrzeugvorderseite zugewandte Öffnung aufweist. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Karosserieträger mit der Öffnung zur Aufnahme des Fahrtwinds unmittelbar verbunden sein kann. Insbesondere kann die Öffnung im Bereich des Kühlergrills des Kraftfahrzeuges angeordnet sein. Eine derartige Anordnung der Öffnungen bewirkt die Zufuhr und den Umlauf der Luft durch den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges, wodurch eine zusätzliche Vorrichtung zur Förderung der Luft nicht erforderlich wird. Zugleich lässt sich die Öffnung in das designtechnische Gesamtbild der Kraftfahrzeugvorderseite vorteilhaft integrieren.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung und Abbildung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Darin zeigt
1 eine schematisierte Darstellung der Unterseite eines Kraftfahrzeugs.
Der Darstellung in 1 sind eine Vorderachse 1 und eine Hinterachse 2 eines allradgetriebenen Kraftfahrzeugs zu entnehmen, die durch eine Kraftübertragungsvorrichtung miteinander verbunden sind. Die Kraftübertragungsvorrichtung weist ein Getriebegehäuse 4, ein Differentialgehäuse 5 und eine das Getriebegehäuse 4 und das Differentialgehäuse 5 verbindende Kardanwelle 7 auf, die in einem Tunnel 3 angeordnet ist. Das Getriebegehäuse 4 und das Differentialgehäuse 5 sind in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet, wobei die Kardanwelle 7 durch den Tunnel 3 vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Durch den Tunnel 3 werden ebenfalls nicht dargestellte Abschnitte einer Abgasanlage geführt, die sich vom Motorraum ausgehend am Fahrzeugboden verlaufend in Richtung auf das Fahrzeugheck erstreckt.
Des weiteren erstrecken sich in Fahrzeuglängsrichtung Karosserieträger 6, insbesondere Längsträger, die im Fahrzeugunterboden auslaufend angeordnet sind. Die Längsträger sind insbesondere rechts und links vom Tunnel 3 angeordnet, wobei sie sich von der Fahrzeugfront in Richtung auf die Hinterachse 2 erstrecken und abschnittweise abgewinkelt ausgeführt sind. In der vorliegenden Ausführungsform laufen die Längsträger in dem Tunnel 3 aus. Die Längsträger sind mindestens abschnittsweise hohl ausgeführt, um einen Luftstrom führen zu können. Die Längsträger sind derart mit dem Tunnel 3 verbunden, dass die durch die Längsträger geführte Luft in den Tunnel 3 eintreten kann.
Die Längsträger weisen jeweils eine sich quer zur Längsrichtung des Fahrzeuges erstreckende Öffnung 8 auf, die der Fahrzeugvorderseite zugewandt sind. Insbesondere ist die Anordnung der Öffnungen 8 im Bereich des Kühlergrills vorgesehen. Im Fahrbetrieb strömt der als Kältemittel verwendete Fahrtwind entgegen der Fahrtrichtung in die Öffnung 8 des Längsträgers ein. Die einströmende Luft wird durch die Längsträger in den Tunnel 3 geführt, wo sich die in dem Tunnel 3 verlaufende Kardanwelle 7 und das sich daran anschließende Differentialgehäuse 5 durch Konvektion abkühlen, indem die Wärme an den vorbeiströmenden Luftstrom abgegeben wird.
Alternative Ausführungsformen sehen vor, dass die Längsträger parallel zu dem Getriebegehäuse 4 verlaufend angeordnet sind, wobei die Längsträger jeweils über eine Abzweigung mit dem Tunnel 3 verbunden sein können. Dabei kann die Abzweigung in einem Bereich in den Tunnel münden, der hinter dem Katalysator der in dem Tunnel 3 befindlichen Abgasanlage liegt, damit der Katalysator die erforderliche Betriebstemperatur beibehalten kann. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Tunnel 3 im vorderen Bereich derart in Fahrzeugquerrichtung verbreitert wird, dass sich der Tunnel 3 bis zu den Längsträgern erstreckt. Hierbei kann eine im Wesentlichen trichterförmige Aufweitung des Tunnels 3 vorgesehen sein. Durch derartige Ausführungsformen können die konstruktiven Gegebenheiten von unterschiedlichen Kraftfahrzeugtypen berücksichtigt werden.

1: Vorderantriebsachsen
2: Hinterantriebsachsen
3: Tunnel
4: Getriebe
5: Differential
6: Karosserieträger
7: Kardanwelle
8: Öffnung

Claims

Vorrichtung zur Kühlung eines Differentialgehäuses (5) eines Kraftfahrzeugs, umfassend Mittel zur Zuführung von Fahrtwind zu dem Differentialgehäuse (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel mindestens einen hohlen Karosserieträger (6) oder mindestens einen mit diesem verbundenen Kanal umfassen, durch den der Fahrtwind zumindest abschnittsweise hindurchführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosserieträger (6) ein mindestens abschnittsweise in Kraftfahrzeuglängsrichtung verlaufend angeordneter Längsträger ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal vorzugsweise auf der Unterseite des Karosserieträgers angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosserieträger (6) mindestens abschnittsweise in dem Kraftfahrzeugunterboden auslaufend angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosserieträger (6) in einen Tunnel (3) mündend angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosserieträger (6) abschnittsweise im wesentlichen parallel zu dem Tunnel (3) verlaufend angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Tunnel (3) abschnittsweise derart in Fahrzeugquerrichtung aufweitet, dass der Tunnel (3) abschnittsweise den Karosserieträger (6) umschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosserieträger (6) mindestens eine Abzweigung aufweist, die in den Tunnel (3) geführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosserieträger (5) hinter einer temperaturabhängigen Komponente einer im Tunnel (3) befindlichen Abgasanlage in den Tunnel (3) mündend angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosserieträger (6) eine der Kraftfahrzeugvorderseite zugewandte Öffnung (8) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosserieträger (6) mit der Öffnung (8) zur Aufnahme des Fahrtwinds unmittelbar verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) im Bereich des Kühlergrills des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.