DE10315884A1

DE10315884A1 - Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang

Info

Publication number: DE10315884A1
Application number: DE10315884A
Authority: DE
Inventors: Philip Dipl.-Ing. Gansloser; Tobias Dipl.-Ing. Härter; Werner Klein; Hartmut Dipl.-Ing. Nied (FH); Rolf Dipl.-Ing. Schröder; Petra Tennert
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: DE10315884B4; US20060048992A1; JP2006522701A; WO2004089675A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen längs eingebauten Allrad-Antriebsstrang. Die Seitenwelle, welche das Antriebsmoment zur Vorderachse führt, ist dabei mit Bipode- oder alternativ Biplangelenken ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen längs eingebauten Allrad-Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der EP 123 8847 A1 ist bereits ein längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang bekannt, bei welchem ein Antriebsmoment vom Fahrzeuggetriebe über ein sich diesem anschließendes Verteilergetriebe und zumindest ein Zahnrad auf eine Seitenwelle übertragbar ist. Das in Fahrzeugrichtung hinten liegendes Seitenwellenende ist gelenkig innerhalb des Zahnrades angeordnet.

Aus druckschriftlichen Bekanntgaben zum Volkswagen „Phaeton" mit 5,0-l-V10-TDI-PD-Biturbomotor ist ebenfalls bereits ein längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang bekannt. Bei diesem ist die Seitenwelle ohne Gelenk ausgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen längs eingebauten Allrad-Antriebsstrang zu schaffen, welcher sowohl laufruhig als auch kostengünstig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dazu weist die Seitenwelle, welche das Antriebsmoment auf die Vorderachse leitet, zwei diametral zueinander angeordneten Zapfen auf, die in Längsnuten innerhalb eines Zahnrades des Seitenabtriebes axialverschieblich bezüglich dessen Rotati onsachse gelagert sind. Das somit gebildete Gelenk kann in besonders vorteilhafter Weise ein Bipodegelenk oder ein Biplangelenk sein. Es sind prinzipiell aber auch andere Gelenktypen denkbar, bei denen die beiden Zapfen in Längsnuten des Zahnrades abwälzen oder gleiten.

Bipode- und Biplangelenke haben den Vorteil der vorwiegend abwälzenden Lagerung im Betrieb, so dass Reibung, Verschleiß, Geräuschentwicklung, Temperaturentwicklung und Schwingungsanregung auf einem geringen Niveau gehalten werden. Ferner sind Biplangelenke und Bipodegelenke gegenüber Triplangelenken und Tripodegelenken leichter und kostengünstiger.

Ein Biplan- oder ein Bipodegelenk lässt sich in besonders vorteilhafter Weise mit einem konventionellen Kreuzgelenk kombinieren. So kann am in Fahrzeugrichtung hinten liegenden Ende der Seitenwelle das Biplan- bzw. Bipodegelenk angeordnet sein, während am vorderen Ende ein Kreuzgelenk angeordnet ist. Dabei kann ein Kreuzgelenk verwendet werden, wie dieses bereits in der nicht vorveröffentlichten europäischen Patentanmeldung 2014122.2 gezeigt ist, wobei dort jedoch der Fall des Einbaus am hinteren Ende der Seitenwelle dargestellt ist. D.h., während das Biplan- bzw. Bipodegelenk platzsparend innerhalb des Zahnrades des Seitenabtriebs angeordnet ist, ist das kostengünstige Kreuzgelenk im Bereich des Vorderachsgetriebes angeordnet. Das Kreuzgelenk überträgt dabei das Drehmoment von der Seitenwelle auf das Kegelrad einer Kegelrad-Tellerrad-Verzahnung des Vorderachsgetriebes. Diese Kombination von einem Biplan- bzw. Bipodegelenk mit einem Kreuzgelenk ermöglicht eine besonders gleichförmige Bewegung, da das Biplan- bzw. Bipodegelenk und das Kreuzgelenk die gleiche Charakteristik der Drehbewegungsungleichförmigkeit aufweisen.

Grundsätzlich hat die Ausführung der Seitenwelle mit zumindest einem Gelenk den Vorteil, dass geringfügige Kippbewegugen der Seitenwelle nicht zu Spannungen innerhalb der Gelenkwelle führen. Somit werden auch keine aus diesen Spannungen resultierenden Kräfte in die Lagerung des besagten Zahnrades eingeleitet. Somit muß diese Lagerung lediglich die Kräfte abstützen, welche aus der Antriebsmomentübertragung an der Verzahnungspaarung des Seitenabtriebes resultieren. Durch diese quasi-Freiheit der Verzahnungspaarung von äußeren Kräften läuft diese Verzahnungspaarung sehr leise und frei von Schwingungen. Gegebenenfalls muß die Lagerung des besagten Zahnrades noch Axialkräfte abstützen welche von der Seitenwelle in die Lagerung eingeleitet werden. Diese Axialkräfte sind in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung jedoch dadurch eliminierbar, dass die Seitenwelle zweiteilig ausgeführt wird, wobei die beiden Seitenwellenhälften axial beweglich gegeneinander sind. Dazu kann beispielsweise eine Welle-Nabe-Axialverzahung vorgesehen sein, wie diese in der EP 2027809.9 gezeigt ist.

Patentanspruch 4 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Dadurch, dass die Längsachse der beiden dem hinteren Seitenwellenende zugeordneten Zapfen gegenüber der Längsachse der dem vorderen Seitenwellenende zugeordneten Zapfen parallel angeordnet ist, wird eine besonders gleichförmige Drehbewegung der Seitenwelle erzielt. Aus Bauraumgründen fluchten in vielen Fällen

– die Rotationsachse des besagten Zahnrades bzw. Abtriebsritzels,
– die Längsachse der Seitenwelle und
– die Rotationsachse der vorderen Ritzelwelle des Vorderachsdifferentiales

nicht miteinander bzw. sind winklig zueinander angeordnet. Dabei können die drei vorgenannten geometrischen Achsen beispielsweise in W-Anordnung oder Z-Anordnung zueinander stehen. In diesen Fällen würde die exakt parallele Anordnung der Zapfenlängsachse am vorderen Ende zu der Zapfenlängsachse am hinteren Ende zu einer Drehungleichförmigkeit führen. Aus diesem Grunde sieht der Patentanspruch 5 eine Neigung der beiden Zapfenlängsachse zueinander vor, die einen geringen Kompensationswinkel α von maximal 5° beträgt.

Patentanspruch 6 sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, welche eine von der Antriebsmomenteinleitung in das besagte Zahnrad besonders günstige Konfiguration darstellt. Dabei sind die beiden einem Seitenwellenende zugeordneten Zapfen bewegungsfest mit der Seitenwelle verbunden. Hingegen ist jedoch auch eine drehbare Lagerung der beiden Zapfen in einer Bohrung des Seitenwellenendes möglich.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung, der Zeichnung und den übrigen Unteransprüchen. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Dabei zeigen:
1 schematisch einen längs eingebauten Allrad-Antriebsstrang mit zwei Gelenken, die als Biplangelenke oder als Bipodegelenke ausgestaltet sein können, wobei das eine Gelenk innerhalb eines leicht kegeligen Zahnrades angeordnet ist,
2 einen Teilbereich des Allrad-Antriebsstranges aus 1 detailliert in einem Schnitt entlang einer Antriebsstranglängsachse, wobei das innerhalb des Zahnrades angeordnete Gelenk ein Biplangelenk ist,
3 das Biplangelenk aus 2 in einem Detail, wobei zur Vereinfachung die leichte Kegeligkeit des Zahnrades nicht dargestellt ist,
4 das Biplangelenk aus 3 in einem Schnitt, welcher senkrecht zur Schnittebene gemäß 2 bzw. 3 verläuft,
5 das Biplangelenk aus 2 bis 4 in einer perspektivischen Ansicht,
6 ein Bipodegelenk, welches anstelle des Biplangelenkes Einsatz in einem Allrad-Antriebsstrang gemäß 1 bzw. 2 finden kann,
7 ein Detail des Bipodegelenkes gemäß 6,
8 eine zweite Ausgestaltungsalternative eines Bipodegelenkes, welche sich von dem ersten Ausgestaltungsbeispiel des Bipodegelenkes gemäß 6 in der Art der Zentrierung unterscheidet,
9 ein dritte Ausgestaltungsalternative eines Bipodegelenkes, welche sich von den Ausgestaltungsalternativen gemäß 6 und 8 vornehmlich in der Art der Zentrierung unterscheidet,
10 eine zweite Ausgestaltungsalternative eines Biplangelenkes, welche in der selben Schnittebene wie 4 dargestellt ist,
11 das Biplangelenk gemäß 10 in einer Schnittebene senkrecht zur Schnittebene gemäß 10,
12 ein Bipodegelenk, welches Konstruktionselemente des Bipodegelenkes gemäß 8 und des Biplangelenkes gemäß 10 aufnimmt,
13 ein gegenüber dem vorhergehenden Bipodegelenk weiterentwickeltes Bipodegelenk und
14 bis 16 stark schematisiert eine Seitenwelle mit Ritzelwelle und Abtriebsritzel in fluchtender Anordnung, in Z-Anordnung und in W-Anordnung.
Im folgenden wird mit den Richtungsangaben „hinten" und „vorne" die in Fahrtrichtung nach hinten bzw. nach vorne weisende Richtung bezeichnet.
1 zeigt in einem Teilbereich eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen längs eingebauten Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug, der einen Antriebsmotor 19 und ein Automatikgetriebe 14 mit einer im eingebauten Zustand zum Heck des Kraftfahrzeugs weisenden Getriebeausgangswelle 13 aufweist. Der Antriebsstrang ist im wesentlichen entlang einer Antriebsstranglängsachse 50 ausgerichtet.
Das Automatikgetriebe 14 ist grundsätzlich für einen reinen Heckantrieb konzipiert. Die Getriebeausgangswelle 13 ist im eingebauten Zustand des Automatikgetriebes 14 mit einer nicht näher dargestellten Eingangswelle eines Hinterachsgetriebes antriebsmäßig verbunden.
Das Automatikgetriebe 14 besitzt ein Getriebegehäuse 22 mit einem angeformten Lagergehäuse 23 für einen Seitenabtrieb 16, so dass das Automatikgetriebe 14 kostengünstig nach einem sogenannten „add-on-Prinzip" für eine Allradvariante nutzbar ist.
Bei einer derartigen Variante ist die gegenüber der reinen Heckantriebsvariante verlängerte Getriebeausgangswelle 13 über ein Verteilergetriebe 29 und eine Heckantriebsgelenkwelle 30 mit der Ritzelwelle des Hinterachsgetriebes derart verbunden, dass ein erster Teil des Antriebsmomentes auf das Hinterachsgetriebe übertragen wird. Ein zweiter Teil des Antriebsmomentes wird von der Getriebeausgangswelle 13 über

– das Verteilergetriebe 29,
– ein Antriebsritzel 17,
– eine Gelenkwelle 10 des Seitenabtriebs 16 und
– eine Kegelritzelwelle 11 eines Vorderachsgetriebes 15

29

15

Die Gelenkwelle 10 des Seitenabtriebs 16 ist horizontal um einen Winkel von ca. 8° zur Getriebeausgangswelle 13 verschwenkt, und zwar jeweils in Richtung zur Kegelritzelwelle 11 des Vorderachsgetriebes 15. Die Gelenkwelle 10 des Seitenabtriebs 16 ist vertikal um einen Winkel von ca. 4° zur Getriebeausgangswelle 13 verschwenkt, und zwar in Richtung zur Kegelritzelwelle 11 des Vorderachsgetriebes 15. Dabei ist in der Zeichnung nur der Winkel β_H in der Horizontalen ersichtlich.
Der Seitenabtrieb 16 wird von zwei Zahnrädern gebildet, und zwar von einem Antriebsritzel 17, und einem mit diesem kämmenden Abtriebsritzel 18. Das Antriebsritzel 17 ist mittels einer Hohlwelle 31 mit einem Getriebeglied des Verteilergetriebes 29 drehfest verbunden. Innerhalb dieser Hohlwelle 31 verläuft die Getriebeausgangswelle 13. Das Abtriebsritzel 18 ist mittels einer angestellten Kegelrollenlagerung in x-Anordnung in dem Lagergehäuse 23 gelagert.
Zur Herstellung des horizontalen Winkels β_H und des nicht näher dargestellten vertikalen Winkels ist die Gelenkwelle 10 mittels eines Bipodegelenkes 100 gelenkig radial innerhalb des Abtriebsritzels 18 angeordnet. Ferner ist die Gelenkwelle 10 in Fahrtrichtung vorn – d.h. an deren anderem Ende – mit einem weiteren Bipodegelenk 101 gelenkig an die Kegelritzelwelle 11 gekoppelt.
Bei dem Antriebsstrang sind das Antriebsritzel 17 und das mit diesem kämmende Abtriebsritzel 18 jeweils als kegeliges Stirnrad ausgeführt. Ein Achsenwinkel dieser kegeligen Stirnräder ist dabei gleich dem horizontalen Winkel β_H. Ferner ist ein Achsenwinkel α₁ eines Tellerrades 12 und der Kegelritzelwelle 11 um den Winkel β_H kleiner als 90°, so dass die Kegelritzelwelle 12 und die Gelenkwelle 10 in einer gemeinsamen vertikalen Ebene liegen. Die Gelenkwelle 10 ist auf der in Fahrtrichtung rechts liegenden Seite des Antriebsmotors 19 angeordnet. Das Tellerrad 12 des Vorderachsgetriebes 15 ist auf der dem Antriebsmotor 19 zugewandten – d.h. der in Fahrtrichtung linken – Seite des Vorderachsgetriebes 15 angeordnet.
2 zeigt detailliert einen Teilbereich des Allrad-Antriebsstranges aus 1 in einer geschnittenen Darstellung.
In dem Teilbereich ist insbesondere der Seitenabtrieb 16 mit dem Lagergehäuse 23 ersichtlich. Das Antriebsritzel 17 und das mit diesem kämmende Abtriebsritzel 18 sind jeweils als kegeliges Stirnrad ausgeführt. Ein Achsenwinkel dieser kegeligen Stirnräder ist dabei gleich einem horizontalen Winkel β_H der Gelenkwelle 10 des Seitenabtriebs 16.
Die Getriebeausgangswelle 13 ist als Hohlwelle ausgestaltet und koaxial zu der radial äußeren Hohlwelle 31 angeordnet, wobei zwischen den beiden Hohlwellen ein Ringkanal verbleibt. Das Antriebsmoment des nur teilweise ersichtlichen Automatikgetriebes 14 wird in ein Verteilergetriebe 29 eingespeist, welches das Antriebsmoment einerseits auf eine nicht näher dargestellte Ritzelwelle eines Hinterachsgetriebes und andererseits auf die Hohlwelle 31 verteilt. Auf diese Hohlwelle 31 ist das Antriebsritzel 17 drehfest aufgesteckt, axial gesichert und mittels einer Kegelrollenlagerung in x-Anordnung in dem Lagergehäuse 23 gelagert. Das Lagergehäuse 23 nimmt ferner die Kegelrollenlagerung, in welcher das Abtriebsritzel 18 gelagert ist, auf. Das Abtriebsritzel 18 besteht aus einem Zahnring 99 und einem in diesen eingepressten hohlen Welleneinsatz 86. Zur Verhinderung von Mikroschlupf ist der Welleneinsatz 86 zusätzlich mit dem Zahnring 99 verschweißt. Alternativ kann zur Verhinderung von Mikroschlupf auch eine Mitnahmeverzahnung vorgesehen sein.
Der Welleneinsatz 86 weist näherungsweise mittig einen Bereich des größten Durchmessers auf, auf welchem der Zahnring 99 aufgepresst ist. Von diesem Bereich verjüngt sich der Welleneinsatz 86 stufenweise mittels mehrerer Absätze sowohl in die axial nach vorne, als auch in die nach hinten weisende Richtung. Im folgenden werden diese Absätze aufeinanderfolgend von vorne nach hinten erläutert.
Der vorderste Absatz 93 ragt über das Lagergehäuse 23 hinaus. Ein Ende eines elastischen Faltenbalges ist über diesen vordersten Absatz 93 gestülpt. Das andere Ende des Faltenbalges ist über eine vordere Gelenkwellenhälfte der zweigeteilten Gelenkwelle 10 gestülpt, so das ein Innenraum des Abtriebsritzels 18 und damit ein in diesem aufgenommenes Gelenk bzw. eine für dieses vorgesehene Fettfüllung vor Schmutz und Spritzwasser geschützt ist. Die hintere Gelenkwellenhälfte der Gelenkwelle 10 ist mittels einer Keilwellenverzahnung mit der vorderen Gelenkwellenhälfte verbunden. Es ist eine geringe axiale Verschieblichkeit der beiden Gelenkwellenhälften gegeneinander ermöglicht.
Auf einen dem vordersten Absatz 93 folgenden zweiten Absatz ist ein Radialwellendichtring aufgesetzt, dessen Außenumfang in das geteilte Lagergehäuse 23 eingepresst ist, so dass der mit Schmiermittel versorgte Innenraum des Lagergehäuses 23 nach außen abgedichtet ist. Das besagte Schmiermittel dient der Schmierung der beiden Kegelrollenlagerungen in x-Anordnung und des Zahneingriffes zwischen den beiden kegeligen Stirnrädern. Zur Versorgung mit Schmiermittel weist die Getriebeausgangswelle 13 zusätzlich zu einem zentralen Schmiermittelkanal 35 eine Querbohrung 36 auf, mittels welcher Schmier- und Kühlmittel vom zentralen Schmiermittelkanal 35 in den Ringkanal geleitet wird. Von diesem fließen Teilströme durch strahlenförmig in das Stirnrad des Antriebsritzels 17 gebohrte Versorgungsbohrungen 37, 38, 39. Diese Versorgungsbohrungen 37, 38, 39 verlaufen zum einen zu den beiden Kegelrollenlagern der Kegelrollenlagerung des Antriebsritzels 17 und zum anderen zum Zahneingriff zwischen den beiden kegeligen Stirnrädern.
Dem zweiten Absatz schließt sich ein dritter Absatz 98 an, welcher einen Lagerinnenring 33 aufnimmt. Dieser Lagerinnenring 33 ist in die nach hinten weisende Richtung axial am dritten Absatz abgestützt, dem sich der besagte mittige Bereich mit dem größten Durchmesser anschließt. Diesem Bereich schließt sich über einen Absatz ein Lagerzapfen 87 an. Auf diesen Lagerzapfen 87 ist ein Lagerinnenring 34 der Kegelrollenlagerung des Abtriebsritzels 18 gesetzt, welcher sich an dem Absatz in axialer Richtung nach vorn abstützt, so dass die beiden den Lagerinnenringen 33, 34 zugehörigen Kegelrollenlager in x-Anordnung gegeneinander verspannt sind.
In den mittigen Bereich des Welleneinsatzes 86 sind zwei Längsschlitze 96a und 96b gefräst, welche sich diametral gegenüber liegen. Die Längsschlitze 96a und 96b weisen idealisiert eine rechteckige Grundfläche auf, wobei die Innenradien fertigungstechnischer Natur sind. In jedem dieser Längsschlitze 96a bzw. 96b sind jeweils zwei Lagerkassetten 95a, 95b angeordnet, von denen in 2 nur einer pro Längsschlitz 96a bzw. 96b ersichtlich ist. Mittels dieser beiden Lagerkassetten 95a und 95b ist jeweils ein Kugelzapfen 94a bzw. 94b der Gelenkwelle 10 schwenkbar und längsverschieblich in dem Längsschlitz 96a bzw. 96b aufgenommen.
Im folgenden wird das Gelenk gemäß 3 bis 5 näher erläutert. Dabei zeigt 3 das Gelenk aus 2 in einem Detail. 4 zeigt das Gelenk aus 3 in einem Schnitt, welcher senkrecht zum Schnitt gemäß 2 bzw. 3 verläuft. 5 zeigt das Gelenk aus 2 bis 4 in einer perspektivischen Ansicht. Zur Vereinfachung der Darstellung ist das Abtriebsritzel 18 nicht als kegeliges Zahnrad, sondern lediglich normal stirnverzahnt dargestellt.
Die hintere Gelenkwellenhälfte der Gelenkwelle 10 ist an deren hinterem Ende über einen Absatz als Keilwellenzapfen 100 ausgestaltet. Auf diesen Keilwellenzapfen 100 ist ein hohlgebohrter innenverzahnter Kugelkopf 104 aufgesteckt und somit drehfest verbunden. Der Kugelkopf 104 liegt in die nach vorn weisende Richtung am Absatz 102 der hinteren Gelenkwellenhälfte an und ist am vorderen Ende des Keilwellenzapfens 100 mittels eines Axialsicherungsringes 103, welcher in eine Umfangsnut des Keilwellenzapfens eingesetzt ist, axial gesichert. An der Anlagefläche des Axialsicherungsringes 103 und an der Anlagefläche am Absatz 102 ist der Kugelkopf 104 mittels Fräsbearbeitung abgeflacht. Der als Gußteil ausgeführte Kugelkopf 104 ist an zwei diametral gegenüberliegenden Seitenflächen 101 bereits bei der Guß-Urformung abgeflacht. In einem Winkel von 90° versetzt zu diesen Seitenflächen 101 sind die beiden besagten Kugelzapfen 94a und 94b angeordnet, welche diametral zueinander stehen und einteilig mit dem Kugelkopf 104 ausgestaltet sind. Diese beiden Kugelzapfen 94a und 94b sind dreifach abgeflacht.
Durch die Ausführung des Kugelkopfes 104 als separates – d.h. von der hinteren Gelenkwellenhälfte getrenntes – Bauteil wird erreicht, dass die Montage des kompletten Biplangelenkes sich einfacher gestaltet. So wird bei der Montage erst der Kugelkopf durch die große kreisrunde Öffnung eingeführt und im Anschluß wird die hintere Gelenkwellenhälfte mit vorgespanntem Axialsicherungsring 103 in den Kugelkopf 104 eingesteckt. Ist die Endlage erreicht, so springt der Axialsicherungsring auf und das Biplangelenk ist montiert.
In beiden Drehrichtungen der Gelenkwelle 10 stützen sich die beiden Kugelzapfen 94a und 94b mit deren Kalotten an Druckverteilungsklötzen 105a, 105b, 105c, 105d ab. Die Druckverteilungsklötze 105a, 105b, 105c, 105d sind dazu im Kontaktbereich mit den Kalotten korrespondierend konkav geformt und in den Längsschlitzen 96a und 96b längsverschieblich angeordnet. Jeder der insgesamt vier Druckverteilungsklötze 105a, 105b, 105c, 105d ist einer der vier Lagerkassetten 106a, 106b, 106c, 106d zugehörig.
Neben dem Druckverteilungsklotz 105a bzw. 105b bzw. 105c bzw. 105d umfasst eine solche Lagerkassette 106a bzw. 106b bzw. 106c bzw. 106d mehrere Nadelrollen 107, zwei Blattfelderelemente 108, 109 und einen Nadellagerkäfig, der die komplette Lagerkassette 106a bzw. 106b bzw. 106c bzw. 106d zusammenhält.
Der Druckverteilungsklotz 105a bzw. 105b bzw. 105c bzw. 105d ist auf den Nadelrollen 107 abwälzend gegenüber der Längswandung des Längsschlitzes 96a bzw. 96b gelagert. Neben dem Bereich, in dem der Nadellagerkäfig die Nadelrollen 107 aufnimmt, weist der Nadellagerkäfig noch einen alle Bauteile umspannenden Rahmen auf, in dem der Druckverteilungsklotz 105a bzw. 105b bzw. 105c bzw. 105d längsverschieblich geführt und mittels der beiden Blattfelderelemente 108, 109 elastisch in Längsrichtung abgestützt ist. Das vordere Blattfederelement 109 stützt sich einerseits am Druckverteilungsklotz 105a bzw. 105b bzw. 105c bzw. 105d und andererseits an der vorderen Innenwandung 110 des Rahmens ab. Das hintere Blattfederelement 108 stützt sich einerseits am Druckverteilungsklotz 105a bzw. 105b bzw. 105c bzw. 105d und andererseits an der hinteren Innenwandung 111 des Rahmens ab. Der Rahmen selbst stützt sich in Längsrichtung an den Innenradien 112 des Längsschlitzes 96a bzw. 96b ab.
Insbesondere 4 zeigt, dass der Kugelkopf 104 gelenkig in der Innenwandung 113 des Welleneinsatzes 86 aufgenommen bzw. zentriert ist. Dazu korrespondiert die teilweise kugelförmige Oberfläche des Kugelkopfes mit der teilweise zylindrischen Innenwandung 113 des Welleneinsatzes 86.
6 und 7 zeigen eine zweite Ausgestaltungsalternative des Bipodegelenkes. Im Gegensatz zum vorherigen Ausgestatungsbeispiel erfolgt die Führung nicht über einen separaten Kugelkopf. Die hintere Gelenkwellenhälfte 210 ist selbst einteilig mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten zylindrischen Lagerzapfen 294a und 294b aufgestaltet. Diese Lagerzapfen 294a und 294b sind an deren radial äußeren Stirn flächen 216a und 216b kalottenförmig ausgestaltet, so dass die Zentrierung der hinteren Gelenkwellenhälfte 210 innerhalb des Zahnrades 299 an dieser Kontaktflächenpaarung erfolgt. Bei Schwenkbewegungen der hinteren Gelenkwellenhälfte 210 gegenüber dem Zahnrad 299 wälzt sich somit die eine Kalotte gegenüber der Innenwandung 298a bzw. 298b ab. Dazu sind die beiden Kalotten Teilsegmente ein und derselben gedachten Kugel, deren Mittelpunkt auf der Längsachse 297 der Gelenkwellenhälfte 210 liegt.
Koaxial auf dem Lagerzapfen 294a bzw. 294b wälzen sich Nadelrollen unmittelbar ab, die einen radial außen angeordneten zylindrischen Ring 293a bzw. 293b tragen, welcher in Längsrichtung an den Innenwandungen des Längsschlitzes 296a bzw. 296b abwälzbar angeordnet ist. Der Ring 293a bzw. 293b weist ein Spiel gegenüber dem Längsschlitz 296a bzw. 296b auf, um ein Verklemmen zu verhindern. Somit wälzt sich der Ring 293a bzw. 293b je nach Drehrehrichtung nur an der einen Innenwandung des diesem Ring zugeordneten Längsschlitzes 296a bzw. 296b ab. Neben diesem Abwälzen führt der Ring 293a bzw. 293b bei Kippbewegungen der Gelenkwellenhälfte 210 gegenüber der jeweiligen Innenwandung des Längsschlitzes 296a bzw. 296b auch Gleitbewegungen aus.
Bei dieser Ausgestaltungsalternative des Bipodegelenkes ist das Zahnrad 299 einteilig mit dem Lagerzapfen 287 für die hintere Lagerung des Abtriebsritzels im nicht in 6 ersichtlichen Lagergehäuse ausgeführt. Anstelle des Welleneinsatzes gemäß vorhergehendem Ausführungsbeispiel ist ein hohler anlaufbuchsenförmiger Deckel 255 zur Aufnahme des zweiten Kegelrollenlagers vorgesehen. Durch diesen Deckel 255 ragt die hintere Gelenkwellenhälfte 210. Der Deckel 255 ist in eine Führungsbohrung des Zahnrades 299 eingesetzt und mit dem Zahnrad verschweißt, so dass ein Mikroschlupf auch bei hohen Antriebsmomentübertragungen sicher ausgeschlossen wird.
8 zeigt eine dritte Ausgestaltungsalternative des Bipodegelenkes. Die Zentrierung erfolgt dabei entsprechend der Zentrierung gemäß dem ersten Ausgestaltungsbeispiel mittels eines zentralen Kugelkopfes 304, welcher in einer zylindrischen Innenwandung 313 des Abrtriebsritzels schwenkbar geführt ist. Jedoch ist der Kugelkopf 304 einteilig mit der hinteren Gelenkwellenhälfte 310 ausgestaltet. Die Wälz-/Gleitlagerung der hinteren Gelenkwellenhälfte 310 in den Längsschlitzen 396a bzw. 396b des Abtriebsritzels erfolgt analog dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel.
9 zeigt eine vierte Ausgestaltungsalternative des Bipodegelenkes, welche sich nur in der Art der Zentrierung vom vorhergehenden Ausführungsbeispiel unterscheidet.
Die hintere Gelenkwellenhälfte 410 weist zur Zentrierung an deren Stirnseite am hinterem Ende eine zentrische Sacklochbohrung 450 auf. Diese Sacklochbohrung 450 ist axial näherungsweise mittig mit einer kugelförmigen Ausnehmung versehen. In diese Sacklochbohrung 450 greift koaxial zur Längsachse 497 ein Führungszapfen 449, auf welchen im Bereich der kugelförmigen Ausnehmung ein Ring 448 mit kugelförmiger Mantelfläche aufgesteckt ist. Diese kugelförmige Mantelfläche bildet eine Passung mit der besagten kugelförmige Ausnehmung. Der Führungszapfen 449 ist an dessen hinterem Ende einteilig mit dem Lagerzapfen 487 des Zahnrades 499 ausgeführt.
Der Mittelpunkt 446 der kugelförmigen Ausnehmung – und damit auch der kugelförmigen Mantelfläche – liegt auf einer Längsachse 447 der beiden Zapfen 494a und 494b. Somit ist die Gelenkwellenhälfte 410 um diesen Mittelpunkt 446 schwenkbar geführt.
Um den Ring 448 bei der Montage in die kugelförmigen Ausnehmung einführen zu können, weist die Eintrittsöffnung der Sacklochbohrung 450 einen in der Zeichnung nicht ersichtlichen Schlitz auf,

– der sich in einer senkrechten Ebene zur Längsachse 497 der hinteren Gelenkwellenhälfte 410 erstreckt,
– der die Tiefe 444 einer Eintrittsöffnung der Sacklochbohrung 450 hat und
– der eine Breite hat, die geringfügig größer als die Dicke 443 des Ringes 448 ist.

10 und 11 zeigen eine weiter Ausführungsform des Biplangelenkes gemäß dem ersten Ausgestaltungsbeispiel.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden diametral zueinander angeordneten Kugelzapfen 594a und 594b lediglich an dem gemeinsamen radial äußersten Bereich 516a und 516b abgeflacht. Da die Montage des Biplangelenkes gemäß der Montage des Bipodegelenkes des zweiten und dritten Ausführungsbeispiels erfolgt, ist die Trennung des Kugelzapfens als separates Bauteil von der Gelenkwellenhälfte 510 nicht notwendig. Die Montage erfolgt, indem die hintere Gelenkwellenhälfte 510 in das offene Zahnrad 599 eingesetzt wird und im Anschluss der Deckel 555 über die hintere Gelenkwellenhälfte 510 geführt wird. Im Anschluß wird der Deckel 555 mit dem Zahnrad 599 verschweißt.
12 zeigt ein Bipodegelenk, welches Konstruktionselemente

– des Bipodegelenkes gemäß 8 und
– des Biplangelenkes gemäß 10

604

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13 zeigt ein gegenüber dem vorhergehenden Bipodegelenk weiterentwickeltes Bipodegelenk. Dabei wälzt sich das Nadellager im Gegensatz zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel nicht unmittelbar auf dem Zapfen 794a bzw. 794b, sondern auf einem weiteren Wälzlagerinnenring 760a bzw. 760b ab. Dieser Wälzlagerinnenring 760a bzw. 760b ist zur Führung der Nadelwälzkörper an dessen äußerer Mantelfläche 750a bzw. 750b zylindrisch ausgestaltet und an dessen Innenfläche kugelrund konkav ausgenommen. Diese konkave Innenfläche ist wiederum gegenüber einer konvexen Außenfläche 740a, 740b eines Gleitlagerinnenringes 730a, 730b gleitgelagert. Der Mittelpunkt 770a bzw. 770b der verschiedenen konkaven bzw. konvexen Oberflächen liegt näherungsweise mittig im Zapfen 794a bzw. 794b auf dessen Längsachse 747. Somit kann die komplette Nadellagerung um diesen Mittelpunkt 770a bzw. 770b schwenken. Bei Kippbewegungen der hinteren Gelenkwellenhälfte bzw. des mit dieser einteiligen Kugelkopfes 704 verschieben sich die Zapfen 794a, 794b gegenüber dem kompletten Nadellager entlang der Längsachse 747 axial. Die Gleitbewegungen finden dabei an den Kontaktflächen des Zapfens 794a bzw. 794b zu dem Gleitlagerinnenring statt.
14 zeigt stark schematisiert eine Seitenwelle 810 bzw. Gelenkwelle welche zu

– der Ritzelwelle 811 des Vorderachsgetriebes und
– dem Abtriebsritzel 818

847a

847b

15 zeigt stark schematisiert eine Seitenwelle 910 bzw. Gelenkwelle in Z-Anordnung. Die Ritzelwelle 911 des Vorderachsgetriebes und das Abtriebsritzel 918 sind dabei winkelig zur Seitenwelle 910 angeordnet und näherungsweise in die gleiche Richtung ausgerichtet. Die beiden Zapfenlängsachsen 947a und 947b sind nicht exakt parallel zueinander angeordnet, sondern weisen einen geringen Kompensationswinkel α zueinander auf.
16 zeigt stark schematisiert eine Seitenwelle 1010 bzw. Gelenkwelle in W-Anordnung. Die Ritzelwelle 1011 des Vorderachsgetriebes und das Abtriebsritzel 1018 sind dabei winkelig zur Seitenwelle 1010 angeordnet. Die beiden Zapfenlängsachsen 1047a und 1047b sind nicht exakt parallel zueinander angeordnet, sondern weisen einen geringen Kompensationswinkel α zueinander auf.
Zeichnerisch nicht dargestellt sind Weiterentwicklungen des Bipodegelenkes gemäß zweiter, dritter und vierter Ausführungsform, d.h. 5 bis 9. Dabei sind anstelle der beiden zylindrischen Ringe, welche sich einerseits über die Nadelrollen und andererseits an den planen Innenwandungen der Längsschlitze abwälzen, zwei gewölbte Ringe vorgesehen. Diese gewölbten Ringe sind an der äußeren Mantelfläche konkav ausgeformt. Hingegen bleiben die Längsschlitze bei diesen Ausführungsformen plan. Damit entstehen bei Drehmomentübertragung der Gelenkwelle idealisiert punktuelle Kräfte an den Kraftübertragungsstellen zwischen den gewölbten Ringen und den planen Innenwandungen. Infolge der Pressung an diesen beiden Stellen stellt sich anstelle des Punktkontaktes in der Realität eine Kontaktfläche dar. Mir solchen gewölbten Ringen lässt sich zwar ein geringeres Drehmoment, als mit den zylindrischen Ringen übertragen, jedoch ist das Drehmoment an der Gelenkwelle ohnehin relativ gering, da

– das Drehmoment in der Gelenkwelle ohnehin nur 30% bis 45% des Getriebeabtriebswellenmomentes beträgt, da stets mehr als die Hälfte des Getriebeabtriebswellenmomentes an die Hinterachse geleitet wird und
– das hohe Abtriebesmoment an der Vorderachse erst durch das Übersetzungsverhältnis an der Kegelritzel-Tellerrad-Verzahnung am Vorderachsdifferential bewirkt wird.

Durch die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Geometrien kann der Antriebsstrang für ein allradgetriebenes Kraftfahrzeug platzsparend in einem schmalen Fahrzeugtunnel integriert werden.
Anstelle des zum ersten Ausführungsbeispiel angegebenen horizontalen Winkels von ca. 8° und des vertikalen Winkels von 4° sind je nach Bauraumverhältnissen auch andere Winkel denkbar.
Anstelle der Ausführung des Antriebsritzels und dem Abtriebsritzels des Seitenabtriebs als kegelige Stirnräder können diese alternativ auch. als Spiralkegelräder oder als Kronenräder ausgestaltet sein.
Bei den beschriebenen Ausgestaltungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims

Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang, bei welchem ein Antriebsmoment vom Fahrzeuggetriebe (19) über ein sich diesem anschließendes Verteilergetriebe (29) und zumindest ein Zahnrad (99) auf eine Seitenwelle (10) übertragbar ist, deren in Fahrzeugrichtung hinten liegendes Seitenwellenende (hintere Gelenkwellenhälfte) gelenkig innerhalb des Zahnrades (99) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , dass die Seitenwelle (10) zwei diametral zueinander angeordneten Zapfen (94a, 94b) aufweist, die in Längsnuten (96a, 96b) innerhalb des Zahnrades (99) axialverschieblich bezüglich dessen Rotationsachse und schwenkbar gelagert sind.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwelle (10) an deren vorderem Ende mittels eines zweiten Gelenkes (101) mit einer Ritzelwelle (11) eines Vorderachsdifferentials (15) verbunden ist.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwelle (10) im Bereich des zweiten Gelenkes (101) ebenfalls zwei diametral zueinander angeordneten Zapfen aufweist.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der beiden dem hinteren Seitenwellenende (hintere Gelenkwellenhälfte) zugeordneten Zapfen (94a, 94b) gegenüber der Längsachse der dem vorderen Seitenwellenende (vordere Gelenkwellenhälfte) zugeordneten Zapfen parallel angeordnet ist.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzelwelle (11), die Seitenwelle (10) und das Zahnrad (99) hinsichtlich deren Rotations- bzw. Längsachsen zueinander in Z-Anordnung oder in W-Anordnung stehen, wobei die Längsachse der beiden dem hinteren Seitenwellenende zugeordneten Zapfen (94a, 94b) gegenüber der Längsachse der dem vorderen Seitenwellenende zugeordneten Zapfen nur um einen geringen Kompensationswinkel (α) geneigt angeordnet ist.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden einem Seitenwellenende zugeordneten Zapfen (94a, 94b) bewegungsfest mit der Seitenwelle (10) verbunden sind.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden einem Seitenwellenende zugeordneten Zap fen (94a, 94b) mittels Wälzlagern (Nadellager) abwälzend in den Längsnuten geführt sind.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dem einen Zapfen (294a bzw. 294b) zugeordnete Wälzlager koaxial zum Zapfen (294a, 294b) angeordnet ist, wobei sich ein Wälzring (Ring 293a bzw. 293b) zwischen dem Wälzlager und dem Zahnrad (299) im Bereich der Längsnut abwälzt.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnut konkave Führungswandungen (680) aufweist, an welchen eine korrespondierte konvexe Ausformung des Wälzringes (693a bzw. 693b) abwälzbar angeordnet ist.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zapfen (794a bzw. 794b) und dem Wälzlager eine Kugelkopflagerung (Ring 730a bzw. 730b) angeordnet ist.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass einem Zapfen (94a bzw. 94b) als Wälzlager zwei Linearlager (Lagerkassetten 95a und 95b) zugeordnet sind, welche sich an Führungswandungen der Längsnut (96a, 96b) abwälzen.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen an den stirnseitigen Enden der Längsnut elastisch abstütztbar ist.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur elastischen Abstützung Federelemente (Blattfederelemente 108 und 109) vorgesehen sind, welche mit einem Wälzlagerkäfig der Linearlager (Lagerkassetten 95a bzw. 95b) zu einer vormontierbaren Baueinheit zusammenfassbar sind.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (94a bzw. 94b) kugelgelenkig gegenüber dem Linearlager abgestützt ist.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnuten an deren stirnseitigen Enden im Zahnrad einerseits mittels eines einteilig mit dem Zahnrad (299) ausgeführten Lagerzapfens (287) und andererseits mittels eines ringförmigen Deckels (255) verschlossen sind, wobei der Deckel (255) mit dem Zahnrad (299) verschweißt ist und einen weiteren Lagerzapfen aufweist und wobei die beiden Lagerzapfen eine Lagerung des Zahnrades (299) aufnehmen.
Längs eingebauter Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gelenk ein Kreuzgelenk ist.