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Die
Erfindung betrifft einen Allradantriebsstrang gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Ein
solcher Allradantriebsstrang ist bereits aus
8 der
EP 1 321 327 A2 bekannt.
Dabei läuft eine
Seitenwelle, welche einen Teil des Antriebsmomentes von einem Verteilergetriebe
auf eine Vorderachse überträgt, frei.
D.h. die rotierende Seitenwelle ist offen zugänglich. Der für die Vorderachse
bestimmte Teil des Antriebsmomentes wird dabei
- – vom Verteilergetriebe
- – auf
eine Baugruppe, die ein Gelenk aufweist,
- – über eine
Keilwellenverzahnung
- – auf
die Seitenwelle
übertragen.
Auf einer Hülse
der Baugruppe läuft
ein Radialwellendichtring, der in ein Gehäuse eingesetzt ist. Ferner
ist eine als Faltenbalg ausgeführte
Manschette vorgesehen, die zwei infolge des Gelenkes gegeneinander
bewegliche Bauteile der Baugruppe vor dem Eindringen von Schmutz
und Spritzwasser in einen baugruppeninneren Raum schützt, in
dem das besagte Gelenk fettgeschmiert angeordnet ist.
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Befestigung
eines Faltenbalges an einer Außennut
nimmt eine dichtende Funktion mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit
infolge der Fliehkraft ab. Alternativ oder zusätzlich zum Faltenbalg kann
eine Dichtlippe vorgesehen sein.
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Vom
VW Phaeton ist bereits ein Allradantriebsstrang bekannt, bei welchem
eine Seitenwelle zur Übertragung
eines Teils des Antriebsmomentes auf die Vorderachse innerhalb eines
Gehäuses
gekapselt ist, welches an das Getriebegehäuse angeformt ist.
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Infolge
der Kapselung ist die Seitenwelle zwar schmutzgeschützt, jedoch
kann es zu Problemen infolge unterschiedlicher Wärmedehnungen der verschiedenen
Bauteile des Seitenabtriebs kommen, so dass eine solche Konstruktion
nur für
sehr kurze Seitenwellen möglich
ist.
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Vom
Porsche Cayenne ist bereits ein Allradantriebsstrang bekannt, bei
dem eine im Verhältnis zum
VW Phaeton lange Seitenwelle einen Teil des Antriebsmomentes auf
die Vorderachse überträgt. Diese
Seitenwelle ist nicht gekapselt, so dass der Seitenabtrieb freilaufend
ist. Damit ist der Seitenabtrieb in nachteilhafter Weise Spritzwasser
ausgesetzt.
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Die
DE 199 04 960 C1 zeigt
ein mittels einer Manschette abgedichtetes Kreuzgelenk, welches insbesondere
in landwirtschaftlichen Geräten,
wie z. B. Feldhäckslern,
Anwendung findet.
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Die
DE 39 16 144 A1 zeigt
einen Allradantriebsstrang. Dabei handelt es sich um einen Allradantriebsstrang
ohne Seitenabtrieb. Der einzige Faltenbalg, welcher in der
3 der
DE 39 16 144 A1 ersichtlich ist und dort
im Strang auf die Hinterachse liegt, ist beidseitig in Außenringnuten
eingesetzt
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Die
US 4,392,838 zeigt in einem
Ausführungsbeispiel
1 und
2 ein Gleichlaufgelenk mit einer Manschette,
die im Bereich der Aufnahme an einem Gelenkteil umgestülpt ist.
Dabei ist kein Radialwellendichtring vorgesehen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen spritzwassergeschützten freilaufenden Seitenabtrieb
eines Allradantriebsstrangs zu schaffen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch einen Allradantriebsstrang mit den Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Ein
freilaufender Seitenabtrieb hat den Vorteil, dass größere Abstände zwischen
dem Verteilergetriebe und dem Vorderachsgetriebe verwirklicht werden
können.
Infolge eines damit ermöglichten größeren Achsabstandes
der Fahrzeugachsen ergeben sich u.a. Vorteile der Fahrstabilität.
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Gemäß einem
weiteren Vorteil der Erfindung ist ein Wellendichtring vorgesehen,
der den Gehäuseinnenraum
abdichtet, innerhalb dessen rotierende Bauteile des Seitenabtriebs
liegen. Demzufolge kann in besonders vorteilhafter Weise ein Schmier-
und Kühlmittel
innerhalb dieses Gehäuseinnenraumes vorgesehen
sein, welches die Verwendung eines Getriebes ermöglicht. Ein solches Getriebe
kann beispielsweise ein Achsversatzgetriebe mittels einer Verzahnungspaarung
oder eine Kette sein. Ebenso kann innerhalb des Gehäuses das
Verteilergetriebe selbst angeordnet sein.
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Der
Wellendichtring und insbesondere dessen Dichtlippe ist in vorteilhafter
Weise mittels einer Manschette vor dem abrasivem Einfluss von Spritzwasser
geschützt,
welches während
der Fahrt durch einen Radkasten in Richtung des Wellendichtringes gespritzt
wird. Eine Bodenwanne kann in besonders vorteilhafter Weise als
zusätzlicher
Spritzschutz von unten vorgesehen sein.
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Die
Manschette schützt
in besonders vorteilhafter Weise zusätzlich die Welle-Nabe-Verbindung vor
Spritzwasser und Schmutz. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn
die Welle-Nabe-Verbindung zumindest
geringfügig
gegeneinander bewegliche Bauteile, wie beispielsweise eine in sich
axialverschiebliche Keilwellenverbindung, aufweist.
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Die
Manschette kann ferner in besonders vorteilhafter Weise einen Raum
innerhalb der Baugruppe vor Schmutz und Spritzwasser schützen. Dieser
Raum kann gegeneinander bewegliche Bauteile aufweisen. Diese Bauteile
können
mit Fett gegeneinander geschmiert sein, wobei die Manschette das Austreten
von Fett sicher unterbindet. Die beweglichen Bauteile können insbesondere
ein Gelenk oder eine Welle-Nabe-Verbindung
sein.
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In
besonders vorteilhafter Weise kann der Bereich der Manschette, welcher
den Wellendichtring zum Schutz überdeckt,
als Ringfalte ausgeführt
sein, welche nach außen
aufgeworfen ist.
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Diese
Ringfalte kann in besonders vorteilhafter Weise axial weich und
radial steif ausgeführt
sein. Damit kann die Ringfalte umlaufende Knickbewegungen bzw. Walkbewegungen
durchführen,
wenn die Seitenwelle mit einem Gelenk versehen ist. Durch die radiale
Steifheit wird bei hohen Drehzahlen der Ringfalte verhindert, dass
diese an umliegenden Bauteilen, wie beispielsweise einem Getriebegehäuse, anschlägt.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung hervor.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung
erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Teilbereich eines Antriebsstranges im Bereich eines Seitenabtriebs
und
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2 ein
Detail dieses Teilbereichs.
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1 zeigt
einen Teilbereich eines Antriebsstranges im Bereich eines Seitenabtriebs
2.
Der Antriebsstrang ist prinzipiell als Allradantriebsstrang mit frontlängseingebautem
Antriebsmotor und angeflanschtem Getriebe ausgeführt, wie dies in der
EP 1 321 327 A2 ausführlich dargestellt
ist. Demzufolge wird größtenteils
die gleiche Terminologie, wie in der
EP 1 321 327 A2 verwendet.
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Innerhalb
eines zweigeteilten Lagergehäuses 1 des
Seitenabtriebs 2 ist ein leicht kegeliges Abtriebsritzel 3 angeordnet,
welches einen für
den Vorderachsantrieb bestimmten Anteil des Getriebeantriebsmomentes
vom nicht näher
dargestellten Verteilergetriebe auf den Seitenabtrieb 2 leitet.
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Dieses
Abtriebsritzel 3 steht im kämmenden Eingriff mit einem
nicht näher
dargestellten Antriebsritzel und ist mittels einer Kegelrollenlagerung
in X-Anordnung drehbar im Lagergehäuse 1 gelagert. Das
Lagergehäuse 1 weist
eine in Fahrtrichtung vorne liegende Bohrung auf, durch die ein
Ringzapfen 7 des Antriebsritzels 3 nach vorne
hindurchragt. In die besagte Bohrung ist ein Radialwellendichtring (RWDR) 6 eingesetzt,
dessen radial innere Dichtlippe konzentrisch auf dem Ringzapfen 7 läuft. Damit
dichtet dieser Radialwellendichtring 6 einen Innenraum innerhalb
des Lagergehäuses 1 gegenüber die
Umwelt ab. Somit kann ein Schmieröl, welches sich zur Schmierung
und Kühlung
- – des
Verzahnungseingriffs am Abtriebsritzel 3 und
- – der
Kegelrollenlagerung
im Innenraum innerhalb des Lagergehäuses 1 befindet,
nicht austreten. Dieses Schmier- und Kühlmittel steht in offener Verbindung
zum besagten Verteilergetriebe.
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Innerhalb
des Abtriebsritzels 3 ist ein Gelenk 15 angeordnet.
Dieses Gelenk 15 umfasst eine gegenüber dem Abtriebsritzel 3 im
wesentlichen bewegungsfeste erste Kreuzgelenkhälfte 4 und eine gegenüber dem
Abtriebsritzel 3 bewegliche zweite Kreuzgelenkhälfte 5.
Die zweite Kreuzgelenkhälfte 5 weist
einen relativ langen Wellenzapfen 8 auf, der durch den
besagten Ringzapfen 7 hindurch in Fahrtrichtung nach vorne
führt.
Die vordere Hälfte
des Wellenzapfens 8 ist mit einer Außenverzahnung 9 versehen,
die eine formschlüssig
drehfeste Verbindung mit einer teilweise innenverzahnten Hohlwelle 10 herstellt,
welche entlang eines Gehäuses 11 des besagten
Getriebes weiter nach vorne geführt
ist.
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Damit
bildet die Hohlwelle 10 eine Seitenwelle, welche mittels
einer Keilwellenverzahnung 14 drehfest mit einem Baugruppenteil
verbunden ist, welches
- – das Abtriebsritzel 3,
- – den
bewegungsfest mit dem Abtriebsritzel 3 verbundenen Ringzapfen 7,
- – das
Gelenk 15 und
- – den
Wellenzapfen 8
umfasst.
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Ein
Raum innerhalb der Hohlwelle 10 ist gemeinsam mit einem
Raum 12 innerhalb des Abtriebsritzels 3 gegenüber der
Umgebung mittels einer Manschette 13 abgedichtet. Dazu
erstreckt sich die Manschette 13 vom hinteren Ende der
Hohlwelle 10 bis zum vorderen Ende des Ringzapfens 7.
Aufgenommen ist die Manschette 13 dabei jeweils in einer
Innenringnut in welche jeweils eine Außenringwulst 16, 17 am
Ende der Manschette 13 eingreift. Die beiden Außenringwülste 16, 17 an
den beiden Enden der Manschette 13 haben dabei ein keilförmiges Profil,
so dass sich leicht zu verbindende aber schwer zu lösende Rastverbindungen
bilden.
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Wie
das Detail 2 zeigt, ist die Innenringnut
der Hohlwelle 10 unmittelbar hinter einer Innenverzahnung 18 der
Hohlwelle 10 angeordnet, welche zur Herstellung der Keilwellenverbindung 14 in
die Außenverzahnung 9 des
Wellenzapfens 8 eingreift. An der Anlagefläche 19 zwischen
der Manschette 13 und der Innenseite der Hohlwelle 10 hinter
der Innenringnut bildet sich eine Dichtfläche. Um bei der Montage des
Seitenabtriebes 2 die Manschette 13 leicht in
die Hohlwelle 10 einführen
zu können,
weist diese am Ende eine Innenfase 20 auf.
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Wie
weiter aus 1 ersichtlich ist, ist in den Ringzapfen 7 vor
dessen Innenringnut zur Vereinfachung der Montage ebenfalls eine
Innenfase 21 eingearbeitet. Die Manschette 13 ist
an deren hinterem Endbereich nach außen umgestülpt. Eine Dichtfläche bildet
sich somit an der Anlagefläche 22 zwischen dem
umgestülpten
Bereich der Manschette 13 und der Innenseite des Ringzapfens 7.
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Mit
zunehmender Rotationsgeschwindigkeit legt sich die Manschette 13 infolge
der Fliehkraft immer stärker
- – einerseits
an der Innenseite des Ringzapfens 7 und
- – andererseits
an der Innenseite der Hohlwelle 10 an,
so dass
die Dichtflächen
eine immer bessere Dichtfunktion aufweisen.
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Eine
Rotationsachse 24 des Abtriebsritzels 3 fluchtet
nicht mit einer Rotationsachse 23 der Hohlwelle 10,
sondern weist einen Winkel auf. Zwischen der Rotationsachse 24 des
Abtriebsritzels 3 und der Rotationsachse 23 der
Hohlwelle 10 wird dabei auf der dem Verteilergetriebe zugewandten
Seite ein kleiner Winkel α > 180° und auf
der vom Verteilergetriebe abgewandten Seite ein Winkel β < 180° eingeschlossen.
Die zwangsläufigen
Winkelbewegungen des Gelenkes 15 werden von der Manschette 13 in Form
einer umlaufenden Walkarbeit begleitet. Da der Radius der Umstülpung 25 infolge
des besagten Winkels auf der Seite des Winkels α zwangsläufig größer ist, als auf der Seite
des Winkels β,
schiebt sich die Umstülpung 25 bei
rotierender Manschette 13 ständig vor und zurück. Diese
Belastung des Materials der Manschette 13 wird mittels
einer axial nachgiebigen Ringfalte 26 der Manschette 13 vermindert.
Die Ringfalte 26 übernimmt
dabei einen Teil der Walkarbeit, indem sie sich auf der Seite mit
dem größeren Radius
der Umstülpung – d.h. auf
Seiten des Winkels α – axial
dehnt und auf der Seite mit dem kleineren Radius der Umstülpung – d.h. auf
Seiten des Winkels β – axial
staucht.
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In
Umfangsbereichen zwischen diesen beiden Extremen α und β ist die
Ringfalte 26 entsprechend in Zwischenstufen gestaucht bzw.
gedehnt.
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Die
maximale axiale Stauchung der Ringfalte 26 im Winkel β geht mit
einer radialen Aufweitung der Ringfalte 26 in dieser Umfangsstellung
einher. Damit überdeckt
die ohnehin schon radial aufgeworfene Ringfalte 26 den
Radialwellendichtring 6, so dass Schmutz, welcher bei der
Vorwärtsfahrt
mit hoher Geschwindigkeit im wesentlichen von vorne durch den Radkasten
auf den Radialwellendichtring geworfen wird, bereits an der Ringfalte 26 abprallt.
Dabei ist die Ringfalte 26 hinsichtlich der Formgebung
und des Materials dahingehend optimiert, dass auch bei maximaler
Drehzahl der Manschette 13 ein Kontakt zum Gehäuse 11 vermieden
wird. Dazu ist die Manschette 13 von der Formgebung in
Axialrichtung weicher ausgelegt, als in Radialrichtung. Dabei liegt
eine Spiegelsymmetrieebene 28 der Ringfalte 26 näherungsweise
senkrecht zur Rotationsachse der Hohlwelle und die Ringfalte 26 schließt vom Profil
gesehen einen spitzen Winkel χ < 90° ein.
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Die
Ringfalte 26 überragt
die Bereiche des Radialwellendichtringes 6 nicht, welche
aufgrund deren Einbaulage im Kraftfahrzeug ohnehin nicht dem Spritzwasser
ausgesetzt sind.
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Die
Manschette 13 ist aus einem elastischen Material, insbesondere
einem synthetischen Material auf Kautschukbasis, hergestellt. Das
Material sollte folgende Eigenschaften aufweisen:
- – beständig gegen
Fett
- – elastisch
- – mechanisch
belastbar
- – formstabil
- – alterungsbeständig.
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Generell
sind die üblichen,
für Achsmanschetten
von Radantriebshalbwellen verwendeten, Materialen möglich. Beispielsweise
kann ein Silikonkautschuk, ein Gummi oder EPDM verwendet werden.
In dem von der Manschette eingeschlossenen Raum kann auch eine Inertgasfüllung vorgesehen sein,
wie dies aus der
US 4,820,238 bereits
bekannt ist.
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In
einer alternativen Ausgestaltung ist die Manschette anders herum
angeordnet. Dabei kann die Umstülpung
der Manschette auch vorne – d.h.
im Bereich der Befestigung an der Hohlwelle – liegen.