AT400834B

AT400834B - Antriebsanordnung für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: AT400834B
Application number: AT0054390A
Authority: AT
Original assignee: Gkn Viscodrive Gmbh
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1996-03-25
Also published as: ATA54390A; IT9019755A1; JPH02296039A; IT9019755A0; JP2518714B2; GB2231628A; FR2646814A1; DE3912304C2; GB2231628B; US5041069A; FR2646814B1; IT1239406B; DE3912304A1; GB9008057D0

Description

AT 400 834 B

Die gegenständliche Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Differential mit einem Antrieb und zwei Abtrieben, wobei mindestens ein Abtrieb mit einem zu einer Gelenkwelle gehörenden Gelenk verbunden ist, und mit einer Kupplung, über welche der Abtrieb unmittelbar mit dem Antrieb verbindbar ist.

Bei einer derartigen Antriebsanordnung ist es bekannt, die der zumindest teilweisen Sperrung des Differentiales dienende Kupplung, beispielsweise in Form einer Flüssigkeitsreibungskupplung, in das Gehäuse des Differentialgetriebes zu integrieren oder das Gehäuse so zu verändern, daß die der Schlupfbegrenzung dienende Kupplung in einem erheblichen Abstand zum Differential angeordnet ist, um für die zu den Antriebsrädern führenden Gelenkwellen möglichst gleiche Längen zu erreichen. Hierdurch sollen gleiche Abwinkelverhältnisse erreicht werden. Solche Antriebsanordnungen werden in der Regel in der angetriebenen Vorderachse eins frontgetriebenen Fahrzeuges eingesetzt.

Der gegenständlichen Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung mit einer Kupplung für die zumindest teilweise Sperrung des vorgesehenen Differentiales zu schaffen, welche ohne wesentliche Änderung in das das Differential aufnehmende Gehäuse eingesetzt werden kann, ohne daß dabei die Längen der zu den Abtriebsrädern führenden Gelenkwellen verringert zu werden brauchen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gelenk unmittelbar benachbart zum Differential und die Kupplung außerhalb des Differentiales koaxial um den Gelenkaußenteil herum angeordnet ist und daß der Kupplungsinnenteil dem Gelenkaußenteil und der Kupplungsaußenteil dem Antrieb des Differentials zugeordnet sind.

Durch die koaxiale Ausbildung und Zuordnung der Kupplung zum Gelenkaußenteil wird erreicht, daß keine Baulänge der Gelenkwelle verloren geht. Es wird dabei kein negativer Einfluß auf die Abwinklung bedingt. Zudem wird erreicht, daß die Kupplung mit dem Gelenk und der Gelenkwelle eine Baueinheit bilden und somit auch noch nachträglich am Differentialgehäuse montiert werden kann. Hierdurch wird eine Nachrüstung ermöglicht, da lediglich im Bereich des Durchtrittes des Anschlußzapfens des differentialseitigen Gelenkes eine Veränderung erfolgen muß. Diese Veränderung betrifft dabei nur den Deckel und die Dichtung zum seitlichen Abschluß des Gehäuses, in welchem das Differential angeordnet ist.

Es sind verschiedene Möglichkeiten der Anordnung der zur zumindest teilweisen Sperrung der Wirkung des Differentiales dienenden Kupplung denkbar. Gemäß einer ersten Alternative sind der Kupplungsaußenteil drehfest mit dem Antrieb des Differentials und der Kupplungsinnenteil drehfest mit dem Gelenkaußenteil verbunden. Hierdurch wird permanent ein Sperrwinkel erzielt, wenn zwischen diesen beiden Teilen eine Relativbewegung auftritt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Abtriebsdrehzahl des Gelenkaußenteiles von derjenigen des Antriebes des Differentiales abweicht.

Alternativ dazu ist es möglich, daß der Kupplungsaußenteil über eine Schalteinrichtung mit dem Antrieb des Differentiales wahlweise verbindbar ist und daß der Kupplungsinnenteil mit dem Gelenkaußenteil drehfest verbunden ist. Ferner ist es möglich, daß der Kupplungsaußenteil drehfest mit dem Antrieb des Differentiales und der Kupplungsinnenteil über eine Schalteinrichtung mit dem Gelenkaußenteil wahlweise verbindbar ist. Für den Fall, daß Schalteinrichtungen vorgesehen sind, kann eine Betriebsweise gewählt werden, die, beispielsweise beim Einsatz in einem Fahrzeug mit einem Blockierverhinderer, so geschaltet werden kann, dann keine Sperrwirkung erzeugt wird, wenn die Betriebsbremse betätigt wird. Vorzugsweise ist das Differential als Kegeldifferential ausgebildet, wobei der Abtrieb von einem Abtriebskegelrad und der Antrieb vom Differentialkorb gebildet ist.

Alternativ dazu ist auch eine Ausbildung als Stirnraddifferential denkbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kupplung als Flüssigkeitsreibungskupplung mit einem Gehäuse als Kupplungsaußenteil und dem relativ darin drehbaren Kupplungsinnenteil sowie mit diesen in abwechselnder Folge drehfest verbundenen und sich radial teilweise überlappenden Innenlamellen und Außenlamellen und mit einem den verbleibenden Innenraum zumindest teilweise füllenden viskosen Medium, insbesondere Silikonöl, ausgebildet. Solche Flüssigkeitsreibungskupplungen, welche auch als Viskosekupplungen bezeichnet sind, erbringen den Vorteil, daß sie eine weiche Anlaufcharakteristik für die Drehmomentübertragung beim Aufbau der Sperrwirkung gewährleisten.

Alternativ dazu kann die Kupplung als Lamellenreibkupplung mit einem Gehäuse als Kupplungsaußenteil und einem relativ dazu drehbaren Kupplungsinnenteil sowie mit diesen in abwechselnder Folge drehfest verbundenen, druckbeaufschlagten Innen- und Außenreiblamellen ausgebildet sein. Der Nachteil einer solchen Ausbildung besteht darin, daß ständig ein bestimmter Sperrwert ansteht, wobei maximal der eingestellte Sperrwert aufgrund der Reibverhältnisse erreichbar ist. Die Kupplung ist drehmomentabhängig gesteuert, wogegen durch die Flüssigkeitsreibungskupplung drehzahlabhängig, nämlich differenzdrehzahlabhängig, ein Sperrmoment aufgebaut wird. 2

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Gemäß einer weiteren vorzugsweise Ausführungsform ist der Kupplungsinnenteil durch den Gelenkaußenteil gebildet, welcher auf seiner Außenfläche Mittel, insbesondere eine Verzahnung, zur drehfesten Aufnahme der Innenlamellen aufweist. Weiters kann das Gelenk als Gleichlaufdrehgelenk ausgebildet sein. Solche Gelenke, insbesondere Kugelgleichlaufgelenke, weisen einen rotationssymetrischen Außenteil, welcher sich zur Anbringung der Verbindung für die Innenlamellen und die Lagerung des Kupplungsaußenteiles anbietet, auf.

Vorzugsweise ist die Schalteinrichtung elektromagnetisch betätigbar. Dabei kann eine Verfahrensweise gewählt werden, bei welcher die Kupplung im normalen Fahrzustand zugeschaltet bleibt, d.h. mit dem Antrieb des Differentiales bzw. mit dem Gelenkaußenteil ständig drehfest verbunden ist, wogegen diese drehfeste Verbindung dann, wenn beispielsweise die Betriebsbremse des Kraftfahrzeuges betätigt wird, durch eine entsprechende Schalteinrichtung aufgehoben wird, um einen Einfluß auf das Fahrverhalten des Fahrzeuges beim Überbremsen oder beim Einsatz von Blockierverhinderern auszuschalten.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Antriebsschema eines Kraftfahrzeuges, bei welchem die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ersetzbar ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch diese Antriebsanordnung, wobei die Kupplung, welche als Flüssigkeitsreibungskupplung ausgebildet ist, in der oberen Hälfte im abgeschalteten Zustand und in der unteren Hälfte im zugeschalteten Zustand dargestellt ist, und

Fig. 3 eine geänderte Ausführungsform, bei welcher der Kupplungsinnenteil und der Gelenkaußenteil durch getrennte Bauteile gebildet sind.

In Fig. 1 ist ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug 1 dargestellt, dessen Motor 2 über ein Schaltgetriebe 3, ein Vorderachsdifferential 4 und vordere Seitenwellen angetriebene Vorderräder 5 aufweist. Zusätzlich ist die Drehbewegung über eine Längswelle 7 vom Vorderachsdifferential 4 abgezweigt. Die Längswelle 7 dient zum Antrieb einer Antriebsanordnung 8, welche drehmomentmäßig über die hinteren Seitenwellen 9 mit den Hinterrädern 6 verbunden ist. Die hinteren Seitenwellen 9 bestehen aus radseitigen Gelenken 10 und differentialseitigen Gelenken 11 sowie diese verbindenden Zwischenwellen 12.

Die Antriebsanordnung 8 ist nachstehend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert. Die Antriebsanordnung 8 umfaßt das Differential 16, welches in einem Gehäuse 13 angeordnet ist, und eine außerhalb des Gehäuses 13 angeordnete Flüssigkeitsreibungskupplung 48, welche koaxial zum differentialseitigen Gelenk 11 angeordnet ist. Das Differential 16, welches als Kegelraddifferential ausgebildet ist, weist einen Differentialkorb 18 auf, welcher über Lager 17 im Gehäuse 13 drehbeweglich gehalten ist. Dem Differentialkorb 18 ist ein Tellerrad 15 zugeordnet, welches über ein Antriebszahnrad 14 antreibbar ist. Das Antriebszahnrad 14 wird durch die Längswelle 7 angetrieben. Im Differentialkorb 18 sind rechtwinkelig zu dessen Drehachse auf einem Ausgleichsträger 22, der als Bolzen ausgebildet ist, zwei Ausgleichskegelräder 21 drehbar angeordnet. Diese kämmen mit den beiden Abtriebskegelrädern 19, welche gleichachsig zum Differentialkorb 18 in diesem drehbar aufgenommen sind. Die beiden Abtriebskegelräder 19 weisen jeweils eine Bohrung 20 auf, in welche über eine Verzahnung Gelenkzapfen 23, welche zu den getriebeseitigen Gelenken 11 gehören, eingesteckt sind. Einem dieser beiden Gelenke 11 ist die Kupplung 48 zugeordnet. Hierzu ist der Gelenkaußenteil 26, der mit dem Gelenkzapfen 23 über einen Flansch 24 und Befestigungsschrauben 25 verbunden ist, gleichzeitig als Kupplungsinnenteil der Flüssigkeitsreibungskupplung 48 ausgebildet. Am Gelenkaußenteil 26 ist der als Gehäuse 31 ausgebildete Kupplungsaußenteil drehbar gelagert. Das Gehäuse 31 ist durch Deckel 32, 33 abgeschlossen, welche über Dichtungen 34 eine Abdichtung gegenüber dem Gelenkaußenteil 26 bewirken.

In dem zwischen der Außenfläche des Gelenkaußenteiles 26 und dem Gehäuse 31 sowie den seitlichen Deckeln 32 und 33 gebildeten Ringraum sind Lamellen 35, 36 angeordnet. Der Gelenkaußenteil 26 ist auf einem Teil seiner Außenfläche, und zwar an demjenigen Teil, welcher dem Ringraum zugehörig ist, mit einer Verzahnung 37 ausgebildet, in welcher die ringförmigen Innenlamellen 35 drehfest aufgenommen sind. Das Gehäuse 31 ist in seiner Innenfläche ebenfalls mit einer Verzahnung 38 ausgebildet, in welcher die Außenlamellen 36 über an ihren Außenumfang angebrachten entsprechenden Verzahnungen aufgenommen sind. Die Innenlamellen 35 und Außenlamellen 36 sind in einer abwechselnden Folge im Gehäusein-nenraum angeordnet. Die Außenlamellen 36 können beispielsweise zusätzlich noch distanziert zueinander gehalten sein, wogegen die Innenlamellen 35 den Außenlamellen 36 gegenüber in Richtung der Verzahnung 37 axial verschiebbar sind. Der nicht von den Lamellen 35, 36 besetzte Innenraum des Gehäuses 31 ist zumindest teilweise mit einem viskosen Medium, insbesondere Silikonöl, gefüllt.

Bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen dem Gehäuse 31 und dem Gelenkaußenteil 26 wird das zwischen den Lamellen 35, 36 befindliche viskose Medium geschert und wird über die weiteren Getriebeelemente ein auf das Differential 16 wirkendes Sperrmoment bewirkt. 3

Claims

AT 400 834 B Einer der beiden Deckel, nämlich der dem Differential 16 zugewandte Deckel 32 der Kupplung 48. ist mit einer Kuppelverzahnung 40 ausgebildet, mit welcher eine entsprechende Gegenverzahnung 42, welche einem Schaltring 41 zugeordnet ist, in Eingriff bringbar ist. In der oberen Hälfte der Fig. 2 bezüglich der Kupplung 48 ist der Schaltring 41 in der von der Verzahnung 40 des Gehäuses 31 entfernten Position 5 dargestellt. Der Schaltring 41 und das Gehäuse 31 stehen miteinander nicht in Eingriff. Der Schaltring 41 ist über Federn 45 drehfest mit einer Verbindungshülse 44 verbunden, die wiederum über sich gegenseitig ergänzende Frontverzahnungen 46 drehtest an den Differentialkorb 18 angeschlossen ist. Hierzu ist der Differentialkorb 18 im Bereich der Lagerung 17 ebenfalls an seiner Stirnfläche mit einer Frontverzahnung ausgebildet. Der Schaltring 41 wird über die Federn 45 normalerweise in eine Eingriffsposition seiner 70 Verzahnung 42 mit der Verzahnung 40 des Gehäuses 31 gehalten. Diese Position der Kupplung 48 ist in der unteren Hälfte von Fig. 2 dargestellt. Zur axialen Bewegung des Schaltringes 41 entgegen der Kraft der Federn 45 dient ein Elektromagnet 43, welcher über eine nicht dargestellte Stromquelle und einen Schaltkreis erregbar ist. Das Gelenk 11, welches als Gleichlaufdrehgelenk ausgebildet ist, besteht aus dem Gelenkaußenteil 26, 75 welcher gleichzeitig Bestandteil der Kupplung 48 ist, sowie aus dem Geienkinnenteil 27 und aus zwischen diesen beiden Teilen in Bahnen der beiden eingreifend angeordneten und der Drehmomentübertragung dienenden Kugeln 29. Die Kugeln 29 sind in einem Steuerkäfig 28 gehalten. Der Geienkinnenteil 27 ist mit der Zwischenwelle 12 verbunden. Hierzu ist die Zwischenwelle 12 über eine Keilverzahnung in eine keilverzahnte Bohrung des Gelenkinnenteiles 27 eingesteckt. 20 Im Normalfall erfolgt der Antrieb des Hinterrades 6 über den Differentialkorb 18 und das getriebeseitige Gelenk 11, wenn Gleichgewicht, also gleiche Reibverhältnisse an den beiden Hinterrädern 6 im Verhältnis zur Fahrbahn gegeben sind. Für den Fall, daß sich eines der beiden Hinterräder 6 auf einem Untergrund mit niedrigeren Haftbeiwert als das andere Hinterrad 6 befindet, ist kein Gleichgewicht mehr gegeben, wodurch sich eines der Abtriebskegelräder 19 und damit eines der Hinterräder 6 schneller dreht als das 25 andere. Im Extremfall steht eines der beiden Hinterräder still. In diesem Fall tritt zwischen dem zugehörigen Abtriebkegelrad 19 und dem Differentialkorb 18 eine Drehzahldifferenz auf. Diese Drehzahldifferenz wird über die Kupplung 48 abgebremst, da im eingeschalteten Zustand der Kupplung 48 (unteren Hälfte der Fig. 2) auch zwischen den Innenlamellen 35 und den Außenlamellen 36 eine Differenzdrehzahl auftritt, welche infolge Scherung des im Gehäuseinnenraum befindlichen Silikonöls zum Aufbau eines Sperrmomentes 30 führt, wodurch ein Drehzahlausgleich bewirkt wird. Dadurch erfolgt auch eine Weiterleitung der Drehbewegung an das andere Abtriebskegelrad 19, da die Ausgleichsbewegung der Ausgleichskegelräder 21, welche mit dem abgebremsten Abtriebskegelrad 19 gebremst sind, ebenfalls reduziert wird. Hierdurch erfolgt auch eine Mitnahme des anderen Antriebsrades 6. Dabei wirkt die Kupplung 48 in beiden Richtungen, d.h. sie stellt fest, wenn eines der beiden anzutreibenden Räder schneller läuft als der Differentialkorb 18. 35 Die gesamte Kupplungsanordnung, bestehend aus der Kupplung 48 mit dem Gelenk 11 und einer Schalteinrichtung 39 ist durch eine Abdeckhaube 47 abgedeckt. Es ist erkennbar, daß dadurch, daß die Kupplung 48 einen Bestandteil des getriebeseitigen Gelenkes 11 darstellt, die Gelenkwelle 9 als Baueinheit mit der Kupplung 48, dem zum Gelenk 11 gehörenden Gelenkzapfen 23 mit Anschlußflansch 24, sowie der Schaiteinrichtung 39 getrennt zugeliefert und je nach 40 Anwendungsfall dem Differential 16 zugeordnet werden kann. Hierdurch wird ein Baukasten gebildet, welcher, ohne daß an bestehenden Differentialen 16 große Veränderungen erforderlich sind, zu einer wahlweisen Zuordnung führen kann, wobei gleichzeitig ein Einfluß auf die Ausbildung der Länge der Gelenkwelle 9 vermieden wird. Der Abstand zwischen den Gelenkmittelpunkten des radseitigen Gelenkes 10 und des getriebeseitigen Gelenkes 11 hat nämlich auf die Abwinklung der beiden Gelenke 10 und 11 45 einen Einfluß. Je kürzer dieser Abstand ist, desto größer wird der von den Gelenken 10 und 11 zu durchmessende Beugewinkel. Je größer der Beugewinkel ist, desto höher sind dabei die Verluste in den Gelenken. Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 2 geänderte Ausführungsform, wobei der Kupplungsinnenteil und der Gelenkaußenteil 26a voneinander getrennte Bauteile darstellen. Der Gelenkaußenteil 26a weist auf seiner so Außenfläche eine Keilverzahnung 50 auf, auf der der Kupplungsinnenteil 26b der Kupplung 48 mit einer entsprechenden Verzahnung aufgenommen ist. Seitlich ist der Kupplungsinnenteil 26b durch den Flansch 24, welcher zum Gelenkzapfen 23 des Gelenkes 11 gehört, durch eine Kappe 49 auf dem Gelenkaußenteil 26a gehalten. Die Kappe 49 dient gleichzeitig zur Befestigung eines Faltenbalges 30. 55 Patentansprüche 1. Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Differential mit einem Antrieb und zwei Abtrieben, wobei mindestens ein Abtrieb mit einem zu einer Gelenkwelle gehörenden Gelenk verbunden ist, und 4 AT 400 834 B mit einer Kupplung, über welche der Abtrieb unmittelbar mit dem Antrieb verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (11) unmittelbar benachbart zum Differential (16) und die Kupplung (48) außerhalb des Differentials koaxial um den Gelenkaußenteil (26) herum angeordnet ist und daß der Kupplungsinnenteil dem Gelenkaußenteil (26) und der Kupplungsaußenteil (31) dem Antrieb (18) des Differentials (16) zugeordnet sind.
2. Antriebsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsaußenteil (31) drehfest mit dem Antrieb (18) des Differentials (16) und der Kupplungsinnenteil (26) drehfest mit dem Gelenkaußenteil (26) verbunden sind.
3. Antriebsanordnung nach Patentanspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsaußenteil (31) über eine Schalteinrichtung (39) mit dem Antrieb (18) des Differentials (16) wahlweise verbindbar ist und daß der Kupplungsinnenteil (26) mit dem Gelenkaußenteil drehfest verbunden ist.
4. Antriebsanordnung nach Patentansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsaußenteil (31) drehfest mit dem Antrieb (18) des Differentials (16) und der Kupplungsinnenteil über eine Schalteinrichtung mit dem Gelenkaußenteil verbindbar ist.
5. Antriebsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Differential (16) als Kegelraddifferential ausgebildet ist, wobei der Abtrieb von einem Abtriebskegelrad (19) und der Antrieb vom Differentialkorb (18) gebildet ist.
6. Antriebsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung als Flüssigkeitsrelbungskuppiung mit einem Gehäuse (31) als Kupplungsaußenteil und dem relativ darin drehbaren Kupplungsinnenteil (26) sowie mit diesen in abwechselnder Folge drehfest verbundenen und sich radial teilweise überlappenden Innenlamellen (35) und Außenlamellen (36) sowie mit einem den verbleibenden Innenraum zumindest teilweise füllenden viskosen Medium, insbesondere Silikonöl, ausgebildet ist.
7. Antriebsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (48) als Lamellenreibkupplung mit einem Gehäuse als Kupplungsaußenteil und einem relativ dazu drehbaren Kupplungsinnenteil sowie mit diesen in abwechselnder Folge drehtest verbundenen, druckbeaufschlagten Innen- und Außenreiblamellen ausgebildet ist.
8. Antriebsanordnung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsinnenteil (26) durch den Gelenkaußenteil (26) gebildet ist, der auf seiner Außenfläche mit Mitteln, insbesondere einer Verzahnung (37), zur drehfesten Aufnahme der Innenlamellen (35) ausgebildet ist.
9. Antriebsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (11) als Gleichlaufdrehgelenk ausgebildet ist.
10. Antriebsanordnung nach einem der Patentansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (39) elektromagnetisch betätigbar ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 5