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Die
Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1 eine einen Allrad-Antriebsstrang.
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Aus
der
EP 1 238 847 A1 ist
bereits ein Allrad-Antriebsstrang bekannt, bei welchem ein Antriebsmotor
und ein sich diesem anschließendes
Getriebe in Fahrzeuglängsrichtung
eingebaut sind. Ein Teil des Antriebsmomentes wird über ein
Welle und ein Hinterachsgetriebe auf ein Hinterachse übertragen.
Ein weiterer Teil des Antriebsmomentes wird über eine winkelige Zahnradpaarung
auf eine Seitenwelle übertragen,
die in einem sich öffnenden
Winkel am Getriebe vorbei zur Vorderachse geführt ist.
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Das
grundsätzliche
Konzept eines solchen Allrad-Antriebsstranges
ist bereits aus der
EP
1 273 473 A1 bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Kupplung in einem solchen Allrad-Antriebsstrang
zu integrieren, welche beispielsweise als Zentraldifferentialsperre
oder als Lastschlagelement ausgestaltet sein kann.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Gemäß der Erfindung
ist die Kupplung axial zwischen dem Getriebe und einer Antriebskomponente
des Achsversatzgetriebes vorgesehen. Dabei ist mittels der Kupplung
ein Drehmoment zwischen der Antriebskomponente und der Getriebeausgangswelle übertragbar.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist der Durchmesser der Kupplung kleiner
als der Durchmesser der in Fahrtrichtung hinten liegenden Komponenten
des Getriebes. Damit ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, die
Seitenwelle eng am Getriebe vorbei nach vorne zu führen.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist der Durchmesser der Kupplung größer als
der Durchmesser der Antriebskomponente welche als Antriebsritzel
einer Zahnradpaarung ausgestaltet sein kann. Je größer der
Durchmesser der Kupplung ist, desto größer ist das Drehmoment, dass
mit dieser übertragen
werden kann. Ist die Kupplung als reibschlüssige Lamellenkupplung ausgeführt, so
brauchen infolge des großen übertragbaren
Drehmomentes nur wenige Lamellen verwendet werden, was mit Kosten-
und Bauraumvorteilen in axialer Richtung einhergeht. Ist die Kupplung
als Formschlusskupplung ausgeführt,
so kann diese aufgrund der geringen Kräfte, die radial weit außen aufgebracht
werden müssen
gering dimensioniert sein. Beispielsweise kann die Formschlusskupplung
mit einer ungehärteten
Verzahnung ausgeführt
sein. Infolge der geringen Kräfte
kann die Formschlusskupplung auch als leichgewichtiges Aluminiumgussteil
ausgeführt
sein.
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In
besonders vorteilhafter Weise kann die Kupplung als Lamellenkupplung
ausgeführt
sein. Eine solche reibschlüssige
Lamellenkupplung kann sowohl
- a) als Lastschlagelement,
welches Schläge
und Stöße im Antriebsstrang
dämpft,
- b) als auch als stufenlos regelbare Zentraldifferentialsperre,
mit welcher die mögliche
Drehzahldifferenz zwischen Vorderachse und Hinterachse stufenlose
gegen Null geregelt werden kann,
- c) als auch als Lamellenverteilerkupplung, mit welcher die Vorderachse
bei Bedarf stufenlos in die Antriebsmomentübertragung eingekuppelt werden
kann,
ausgeführt
sein.
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Im
letzteren Fall c) kann die Einkupplung der Vorderachse in die Antriebsmomentübertragung
von den Drehzahldifferenzen zwischen der Vorderachse und der Hinterachse
abhängig
gemacht werden. Ferner kann der Fahrzeugführer durch Knopfdruck vorgeben,
ob er beispielsweise auf regennassem/verschneitem/glattem Untergrund
den geländegängigen Allradantrieb
wünscht,
oder ob er den kraftstoffsparenden Hinterachsantrieb wünscht.
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Patentanspruch
6 zeigt eine Möglichkeit,
mittels besagter Kupplung eine Getriebebremse oder Getriebesperre
zu integrieren, welche beispielsweise als Parksperre oder als Hillholder
ausgeführt
sein kann. Patentanspruch 7 zeigt dabei eine besonders platzsparende
Möglichkeit
der Integration eines Stellgliedes für die Getriebebremse oder Getriebesperre.
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Patentanspruch
10 zeigt einen besonders vorteilhaften Einsatz eines Planetengetriebes
im erfindungsgemäßen Allrad-Antriebsstrang. Planetengetriebe
sind vom Getriebeschema – ebenso,
wie die erfindungsgemäß nachgeschaltete
Kupplung – im Gegensatz
zu Vorgelegegetrieben bezüglich
einer Zentralachse symmetrisch. Allradantriebe haben üblicherweise
hohe Antriebsmomente. Die infolge dieser hohen Antriebsmomente üblichen
hohen Kräfte an
den Getriebeverzahnungen werden beim Planetengetriebe in den einzelnen
Planetensätzen
des Getriebes abgestützt
und nicht in das Gehäuse
eingeleitet, so dass Getriebegehäuse
aus Leichtmetall – sogar
einer Magnesiumlegierung – verwendet
werden können.
Damit eignet sich ein Planetengetriebe neben dem Toroidgetriebe
mit koaxialer Leistungsverzweigung im besonderen Maßen für den erfindungsgemäßen Einsatz.
Ein solches Toroidgetriebe mit koaxialer Leistungsverzweigung ist
beispielsweise in der
DE
102 06 202 A1 beschrieben.
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Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Patentansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung vor.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit einer Zeichnung
erläutert.
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Die
Zeichnung zeigt einen Teil eines längs eingebauten Allrad-Antriebsstrangs
für ein
Kraftfahrzeug. Der Allrad-Antriebsstrang
weist neben einem Automatikgetriebe 1 eine im eingebauten
Zustand zum Heck des Kraftfahrzeugs weisende Getriebeausgangswelle 2 auf.
Diese Getriebeausgangswelle 2 bildet die Eingangswelle 6 des
Zentraldifferentials 3.
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Das
Automatikgetriebe 1 besitzt ein Getriebegehäuse 4 mit
einem angeformten Lagergehäuse 5 für einen
Seitenabtrieb 7, so dass das Automatikgetriebe 1 kostengünstig nach
einem sogenannten „add-on-Prinzip" für eine Allradvariante
nutzbar ist.
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Bei
einer derartigen Allradvariante ist die gegenüber der reinen Heckantriebsvariante
verlängerte Getriebeausgangswelle 2 bzw.
Eingangswelle 6 über das
Zentraldifferential 3 und eine Heckantriebsgelenkwelle
mit einer Ritzelwelle eines nicht näher dargestellten Hinterachsgetriebes
derart verbunden, dass ein erster Teil des Antriebsmomentes auf
das Hinterachs getriebe übertragen
wird. Ein zweiter Teil des Antriebsmomentes wird von der Eingangswelle 6 über
- – das
Zentraldifferential 3,
- – ein
Antriebsritzel 8,
- – ein
Abtriebsritzel 9,
- – eine
gelenkige Seitenwelle 10 des Seitenabtriebs 7 und
- – eine
Kegelritzelwelle eines nicht näher
dargestellten Vorderachsgetriebes
auf eine Vorderachse übertragen.
Mittels des Zentraldifferentials 3 sind Abtriebsmomente
auf das Vorderachsgetriebe und das Hinterachsgetriebe verteilbar
sowie Drehzahldifferenzen ausgleichbar.
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Die
Seitenwelle 10 des Seitenabtriebs 7 ist in einem
sich nach vorne öffnenden
Winkel am Automatikgetriebe 1 vorbei zur Vorderachse geführt. Dazu
ist die Seitenwelle 10 horizontal um einen Winkel von ca.
8° zur Antriebsstranglängsachse 11 verschwenkt. Die
Seitenwelle 10 des Seitenabtriebs 7 ist vertikal um
einen Winkel von ca. 4° zur
Antriebsstranglängsachse 11 verschwenkt.
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Der
Seitenabtrieb 7 wird von einer Zahnradpaarung 8/9 gebildet,
die funktionell ein Achsversatzgetriebe mit Drehrichtungsumkehr
bildet und das Antriebsritzel 8 und das mit diesem kämmenden
Abtriebsritzel 9 umfasst. Das Antriebsritzel 8 ist
drehfest mit einer Hohlwelle 12 verbunden, welche einteilig mit
einem Sonnenrad des Zentraldifferentials 3 ausgeführt ist.
Innerhalb dieser Hohlwelle 12 verläuft die Getriebeausgangswelle 2 und
die Eingangswelle 6. Das Abtriebsritzel 9 ist
prinzipiell eine hohle, außenverzahnte
Welle, welche mittels einer angestellten Kegelrollenlagerung in
x-Anordnung in dem Lagergehäuse 5 gelagert
ist.
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Zur
Herstellung des horizontalen Winkels und des nicht näher dargestellten
vertikalen Winkels ist die Seitenwelle 10 mittels eines
Kreuzgelenkes gelenkig radial innerhalb des Abtriebsritzels 9 angeordnet.
Ferner ist die Seitenwelle 10 in Fahrtrichtung vorn – d.h. an
deren anderem Ende – mit
einem weiteren Kreuzgelenk gelenkig an die nicht näher dargestellte
Kegelritzelwelle des Vorderachsgetriebes gekoppelt.
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Bei
dem Allrad-Antriebsstrang sind das Antriebsritzel 8 und
das mit diesem kämmende
Abtriebsritzel 9 jeweils als kegeliges Stirnrad ausgeführt. Die
Seitenwelle 10 ist auf der in Fahrtrichtung rechts liegenden
Seite des Automatikgetriebes 1 angeordnet und führt mit
einem engen Abstand am Getriebegehäuse 4 vorbei. Dabei
passiert die Seitenwelle 10
- – zuerst
eine regelbaren Differentialsperre 13,
- – dann
eine Trennwand 50,
- – dann
die hinten liegenden Komponenten 51 des Automatikgetriebes 1,
- – dann
die weiter vorne liegenden Komponenten 52 des Automatikgetriebes 1,
- – dann
einen nicht näher
dargestellten Antriebsmotor, der längs eingebaut ist und an das
Automatikgetriebe 1 angeflanscht ist.
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Die
Seitenwelle 10 führt
schließlich über besagte
Kegelritzelwelle in das Vorderachsgetriebe, dessen Gehäuse mit
eine Ölwanne
des Antriebsmotors verschraubt ist. Dabei sind das Gehäuse des Vorderachsgetriebes
und die Ölwanne
als Aluminiumdruckgussteil ausgeführt.
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Die
regelbare Differentialsperre 13 für das Zentraldifferential 3 ist
zusätzlich
als Lastschlagelement bzw. Rutschkupplung ausgeführt. Die Differentialsperre 13 ist
unmittelbar axial benachbart zum Automatikgetriebe 1 zwischen
diesem und dem Antriebsritzel 8 angeordnet, wobei die Differentialsperre mittels
der Trennwand 50 von den hinteren Komponenten 51 des
Automatikgetriebes 1 getrennt ist.
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Das
Getriebegehäuse 4 mit
dem angeformten Lagergehäuse 5 ist
dabei dreigeteilt, wobei sämtliche
drei miteinander verschraubten Gehäuseteile 53, 54, 55 nur
in der gezeigten Allradvariante Anwendung finden. Das vorderste
Gehäuseteil 53 nimmt
- – die
Komponenten 51, 52 des Automatikgetriebes 1,
- – die
von letzteren mittels der Trennwand 50 getrennte Differentialsperre 13 und
- – den
vorderen Teil des Achsversatzgetriebes
auf. Das mittlere
Gehäuseteil 54 nimmt
den hinteren Teil des Achsversatzgetriebes auf. Das hintere Gehäuseteil 55 nimmt
das Zentraldifferential 3 auf.
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Die
Differentialsperre 13 umfasst eine Lamellenkupplung 14,
mittels welcher
- – die Hohlwelle 12 bzw.
- – das
Sonnenrad des Zentraldifferentials 3 bzw.
- – das
Antriebsritzel 8
reibschlüssig drehfest bzw. reibmomentübertragend mit - – der
Getriebeausgangswelle 2 bzw.
- – der
Eingangswelle 6 bzw.
- – dem
Hohlrad des Zentraldifferentials 3
koppelbar
ist. Zur Regelung des übertragenen
Reibmoments zwischen zwei Kupplungshälften 15, 16 der Differentialsperre 13,
sind die beiden Kupplungshälften 15, 16 mittels
eines ringförmigen
Stellkolbens 17 axial aneinander andrückbar. Dabei stützt sich
der Stellkolben 17 axial einerseits am vorderen Gehäuseteil 53 und
andererseits über
ein Axial-Wälzlager an
einer Lamelle 18 der ersten Kupplungshälfte 15 ab. Dieser
Lamelle 18 folgen in der nach vorne weisenden Richtung
axial wechselweise die übrigen
Lamellen der beiden Kupplungshälften 15, 16,
wobei sich der letzten Lamelle 19 der zweiten Kupplungshälfte 16 eine
Widerlagerscheibe 20 anschließt, die axial an einem Trägertopf 21 aus
Aluminiumguss anliegt, der mittels einer Keilwellenverzahnung drehfest mit
der Getriebeausgangswelle 2 verbunden ist. Dieser Trägertopf 21 ist
mit einer Außenverzahnung 56 versehen
und stützt
sich in der axial von vorne weisenden Richtung an einem Absatz der
Getriebeausgangswelle 2 ab, so dass sämtliche Lamellen der Differentialsperre 13 beim
Ausrücken
des Stellkolbens 17 im Kraftfluss zwischen dem Getriebegehäuse 4 und
der Getriebeausgangswelle 2 verspannt werden. Der Trägertopf 21 weist
zusätzlich
zur Keilwelleninnenverzahnung 95 zur drehfesten Verbindung
mit der Getriebeeingangswelle 2 eine Innenverzahnung 94 zur
drehfesten und axialverschieblichen Verbindung mit den Lamellen
der zweiten Kupplungshälfte 16 auf.
Dazu weisen die Lamellen der zweiten Kupplungshälfte 16 an deren Außenkantenbereich
eine Außenverzahnung
auf, die in die Innenverzahnung des Trägertopfes 21 eingreift.
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Die
Lamellen der ersten Kupplungshälfte 15 weisen
am Innenkantenbereich eine Innenverzahnung auf, welche das Drehmoment
formschlüssig
auf eine außenschrägverzahnte
Steckhülse 22 überträgt, die
mittels einer Keilwellenverzahnung drehfest am vorderen Ende der
Hohlwelle 12 angeordnet ist. Die Steckhülse 22 ist einerseits
am vorderem Ende der Getriebeausgangswelle 2 an einem Axialsicherungsring
abgestützt.
Andererseits ist die Steckhülse 22 an einem
Lagerinnenring des Kegelrollenlagers abgestützt, welches das Antriebsritzel 8 lagert.
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Radial
außerhalb
des Trägertopfes 21 ist eine
Parksperrenklinke 57 angeordnet, so dass diese in eine
Zahnlücke
der Außenverzahnung 56 eingreifen
und den Trägertopf 21 stillsetzen
kann. Dazu ist die radial nach innen schwenkbare Parksperrenklinke 57 mittels
eines Parksperrenstellgliedes betätigbar, dessen Kolbenstange 59 parallel
zur Antriebsstranglängsachse 11 verschieblich
ist. Das Parksperrenstellglied selbst ist innerhalb des Getriebegehäuses 4 in
einem Raum 58 unterhalb des Antriebsritzels 8 angeordnet,
der somit axial in der gleichen Position, wie das Achsversatzgetriebe
liegt. Somit wird dieser Bereich des Allrad-Antriebsstranges bzgl.
des Bauraumes gut ausgenutzt.
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Der
Durchmesser der einzelnen Bauteile nimmt ausgehend vom Antriebsritzel 8 in
die nach vorne weisende Richtung zu. So ist der Außendurchmesser
des ringförmige
Stellkolbens 17 kleiner als der Außendurchmesser der außenverzahnten
Lamellen, der wiederum
- – kleiner ist, als der Außendurchmesser
des Trägertopfes 21 der
wiederum
- – kleiner
ist, als der Außendurchmesser
der Außenverzahnung 56,
der wiederum
- – kleiner
ist, als der Außendurchmesser
der Trennwand 50, der wiederum
- – kleiner
ist, als der Außendurchmesser
der hinteren Komponenten 51 des Automatikgetriebes 1, der
wiederum
- – kleiner
ist, als der Außendurchmesser
der folgenden Komponenten 52 des Automatikgetriebes 1.
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Damit
kann der vordere Gehäuseteil 53 des Getriebegehäuses 4 eine
Wand gleichmäßiger Dicke haben,
die somit ohne Lunker problemlos aus einer Magnesiumlegierung gefertigt
werden kann, wobei die Seitenwelle eng beabstandet zum Vorderachsgetriebe
nach vorne geführt
werden kann.
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Als
Seitenabtrieb bzw. Achsversatzgetriebe kann neben der besagten Zahnradpaarung
auch ein Zahnriementrieb oder ein Kettentrieb vorgesehen sein, wobei
die in diesem Fall nicht vorhandenen Drehrichtungsumkehr bei der
Ausführung
des Vorderachsgetriebes berücksichtigt
werden muss.
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Die
Seitenwelle muss nicht mit Gelenken ausgeführt sein. Insbesondere wenn
der Abstand zwischen dem Seitenabtrieb und der Vorderachse kurz
ist, kann auf Gelenke verzichtet werden.
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Bei
den beschriebenen Ausführungsformen 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.