WO2005012024A1 - Allrad-antriebsstrang - Google Patents

Abstract

Bei einem Allrad-Antriebsstrang sind ein Motor und ein sich diesem anschliessendes Getriebe (1) in Fahrzeuglängsrichtung eingebaut und ein Teil des Antriebsmomentes ist von der Getriebeausgangswelle (2) über ein Achsversatzgetriebe auf eine Seitenwelle (10) übertragbar, die in einem sich öffnenden Winkel am Getriebe (1) vorbei zur Vorderachse führt. Axial zwischen dem Getriebe (1) und einer Antriebskomponente (8) des Achsversatzgetriebes ist eine Kupplung (14) angeordnet mittels welcher ein Drehmoment zwischen der Antriebskomponente (8) und der Getriebeausgangswelle (2) durch Sperrung des Zentraldifferentials (3) übertragbar ist.

Description

Allrad-Antriebsstrang

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

Aus der EP 1 238 847 AI 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.

Das grundsätzliche Konzept eines solchen Allrad- Antriebsstranges ist bereits aus der EP 1 273 473 AI bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupplung in einem solchen Allrad-Antriebsstrang zu integrieren, welche beispielsweise als Zentraldifferentialsperre oder als Lastschlagelement ausgestaltet sein kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst . 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 AI beschrieben.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit einer Zeichnung erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Teil eines längs eingebauten All- rad-Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug. Der Allrad- Antriebsstrang weist neben einem Automatikgetriebe 1 eine im eingebauten Zustand zum Heck des Kraftfahrzeugs weisende Ge- triebeausgangswelle 2 auf. Diese Getriebeausgangswelle 2 bildet die Eingangswelle 6 des Zentraldifferentials 3.

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.

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 Zentraldifferen- tials 3 sind Abtriebsmomente auf das Vorderachsgetriebe und das Hinterachsgetriebe verteilbar sowie Drehzahldifferenzen ausgleichbar.

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 .

Der Seitenabtrieb 7 wird von einer Zahnradpaarung 8/9 gebildet, die funktioneil ein Achsversatzgetriebe mit Drehrichtungsumkehr bildet und das Antriebsritzel 8 und das mit die- sem 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 .

Zur Herstellung des horizontalen Winkels und des nicht näher dargestellten vertikalen Winkels ist die Seitenwelle 10 mit- tels 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.

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 . 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.

Die regelbare Differentialsperre 13 für das Zentraldifferential 3 ist zusätzlich als Lastschlagelement bzw. Rutschkupp- lung 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 . Das Getriebegehäuse 4 mit dem angeformten Lagergehäuse 5 ist dabei dreigeteilt, wobei sämtliche drei miteinander verschraubten Gehäuseteile 53, 54, 55 nur in der gezeigten All- radvariante 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.

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 zwi- sehen 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 axi- al 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 Differential- sperre 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.

Die Lamellen der ersten Kupplungshälfte 15 weisen am Innenkantenbereich eine Innenverzahnung auf, welche das Drehmoment formschlüssig auf eine außenschragverzahnte Steckhülse 22 ü- berträgt, 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.

Radial außerhalb des Trägertopfes 21 ist eine Parksperrenklinke 57 angeordnet, so dass diese in eine Zahnlücke der Au- ßenverzahnung 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.

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. 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.

Als Seitenabtrieb bzw. Achsversatzgetriebe kann neben der besagten Zahnradpaarung auch ein Zahnriementrieb oder ein Ket- tentrieb vorgesehen sein, wobei die in diesem Fall nicht vorhandenen Drehrichtungsumkehr bei der Ausführung des Vorderachsgetriebes berücksichtigt werden muss . 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.

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.

Claims

Patentansprüche

1. Allrad-Antriebsstrang, bei welchem ein Antriebsmotor und ein sich diesem anschließendes Getriebe (1) in Fahrzeuglängsrichtung eingebaut sind, wobei zumindest ein Teil eines Antriebsmomentes von einer Getriebeausgangswelle (2) des Getriebes (1) über ein Achsversatzgetriebe auf eine Seitenwelle (10) übertragbar ist, die in einem sich öffnenden Winkel am Getriebe (1) vorbei zur Vorderachse führt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass axial zwischen dem Getriebe (1) und einer Antriebskomponente (8) des Achsversatzgetriebes eine Kupplung (14) angeordnet ist, mittels welcher ein Drehmoment zwischen der Antriebskomponente (8) und der Getriebeausgangswelle (2) übertragbar ist.

2. Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Durchmesser der Kupplung (14) kleiner ist, als der Durchmesser der in Fahrtrichtung hinten liegenden Komponenten (51) des Getriebes (1) .

Allrad-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Durchmesser der Kupplung (14) größer ist, als der Durchmesser der Antriebskomponente (8) .

4. Allrad-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Antriebskomponente (8) das Antriebsritzel einer Zahnradpaarung ist.

5. Allrad-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kupplung (14) eine Lamellenkupplung ist.

6. Allrad-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine mit der Getriebeausgangswelle (2) drehfest verbundene Kupplungshälf e (21) der Kupplung (14) mittels eines Stellgliedes (Parksperrenstellglied) festsetzbar ist .

7. Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich das Stellglied (Parksperrenstellglied) eine gemeinsame axiale Ebene mit dem Achsversatzgetriebe teilt .

8. Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Stellbewegung des Stellgliedes (Parksperrenstellglied) parallel zu einer Antriebsstranglängsachse (11) erfolgt.

9. Allrad-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass hinter der Antriebskomponente (8) ein Zentraldifferential (3) angeordnet ist.

10. Allrad-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Getriebe (1) ein Planetengetriebe ist.