DE102004003634A1

DE102004003634A1 - Portalachsantrieb eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102004003634A1
Application number: DE200410003634
Authority: DE
Inventors: Detlef Dipl.-Ing. Baasch; Paul Dipl.-Ing. Lenz; Stefan Dipl.-Ing. Häußler; Ulrich Dipl.-Ing. Mair
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-01-24
Filing date: 2004-01-24
Publication date: 2005-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Portalachsantrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einer von einer Antriebswelle (2) über eine Kegelradverzahnung antreibbaren Hohlwelle (5), mit zwei Planetengetrieben (34, 35), die von der Hohlwelle (5) antreibbar sind, bei dem die Planetengetriebe (34, 35) jeweils einen Abtrieb aufweisen, über den je ein zugeordnetes Portalgetriebe (38, 39) antreibbar ist, und bei dem der Abtrieb des jeweiligen Portalgetriebes (38, 39) mit jeweils einer Portalachse (22, 23) in Antriebsverbindung steht. Durch den gewählten Aufbau wird der in dem Fahrzeug nutzbare Innenraumboden im Vergleich zu Fahrzeugen mit bekanntem Portalachsantrieb deutlich abgesenkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Portalachsantrieb eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Niederflurbussen werden als Hinterachsen sogenannte Portalachsen verwendet, die es Passagieren ermöglicht, nahezu ebenerdig in das Fahrzeug einzusteigen. Dazu ist der Achsantrieb mit dem Eingangsdifferential und der Achsbrücke im Mittelteil der Achse so weit wie möglich in Richtung zur Fahrbahn abgesenkt. Die Antriebswellen des Achsantriebes liegen dadurch im ihrem Niveau in Sinne eines Achsversatzes unterhalb der Mitte der Fahrzeugräder. Das Ausmaß dieser Absenkung ist bei bekannten Portalachsantrieben im wesentlichen durch die Anordnung und den Durchmesser des Tellerrades am Differentialgetriebe bestimmt und darf eine vorgegebene Bodenfreiheitslinie nicht überschreiten. Daher ist es in der Praxis bekannt, die Übersetzung am Achsantrieb möglichst klein zu halten (kleines Tellerrad), oder das Tellerrad bei gleicher Übersetzung verkleinert auszubilden, welches jedoch zur Folge hat, dass die Tragfähigkeit der Zahnräder aufgrund der geringen Verzahnungsbreite abnimmt. Um diesem Problem zu begegnen, hat es sich im Hinblick auf Niederflurbusse als zweckmäßig erwiesen, eine leistungsverzweigte, untersetzende Stirnradstufe als Portalachsantrieb vorzusehen. Dadurch lässt sich auch bei geringerer Tragfähigkeit der Verzahnung ein vergleichsweise hohes Gesamtdrehmoment übertragen.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen weiter verbesserten Achsantriebsstrang vorzuschlagen, bei dem gegenüber gattungsbildenden Portalachsantriebssträngen eine möglichst große Übersetzung realisiert ist, damit eine diesbezügliche Differentialvorrichtung vergleichs weise klein gestaltet werden kann und der Achsversatz noch weiter vergrößert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Demnach wird gemäß der Erfindung ein Portalachsantrieb für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, bei dem eine Antriebswelle über eine Kegelradverzahnung eine Hohlwelle antreibt, bei dem zwei Planetengetriebe mit der Hohlwelle in Antriebsverbindung stehen, bei dem die Planetengetriebe jeweils einen Abtrieb aufweisen, über den je ein zugeordnetes Portalgetriebe antreibbar ist, und bei dem der Abtrieb des jeweiligen Portalgetriebes eine jeweils zugeordnete Portalachse antreibt.

Dieser Portalachsantrieb ist mit dem Vorteil verbunden, dass auf ein gesondertes konventionelles Differentialgetriebe verzichtet und somit Bauraum in demjenigen Bereich des Fahrzeuges freigehalten werden kann, der beispielsweise zur weiteren Absenkung des Ganges eines Niederflurbusses nutzbar ist.

Ein konkreter Achsantriebsstrang ist nach dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip derart aufgebaut, dass die genannte Hohlwelle mit je einem Hohlrad der jeweiligen Planetengetriebe antriebstechnisch verbunden ist. Diese Hohlräder stehen mit Planetenrädern im Zahneingriff, deren Planetenstege den Abtrieb der beiden Planetengetriebe bilden. Zudem ist bei diesem Portalachsantrieb vorgesehen, dass die Sonnenräder der Planetengetriebe in der Hohlwelle koaxial zueinander angeordnet, sowie über eine Drehrichtungsinvertierungsstufe axial gegeneinander abgestützt sind.

In Weiterbildung dieses Portalachsantriebs kann vorgesehen sein, dass die Drehrichtungsinvertierungsstufe zwei Zahnräder umfasst, die im Bereich der einander zugewandten Enden der Sonneräder an denselben befestigt sind und unter einem Übersetzungsverhältnis mit dem Wert minus Eins miteinander im Zahneingriff stehen. Durch diesen Aufbau ist gewährleistet, dass sich die Sonnenräder bei Geradeausfahrt axial gegeneinander abstützen und stillstehen. Bei einer Kurvenfahrt verdrehen sich die Sonnenräder entsprechend dem Kurvenradius gegeneinander, so dass die Wirkung eines Differentialgetriebes erreicht ist.

Zudem kann vorgesehen sein, dass der Steg eines jeden Planetengetriebes eine Abtriebsverzahnung aufweist, die mit einem auf der zugeordneten Portalachse befestigten Zahnrad als sogenanntes Portalgetriebe im Zahneingriff steht.

Diese Abtriebsverzahnung der rechts- und linksseitigen Planetengetriebe ist in einer ersten Variante durch jeweils ein Zahnrad gebildet, welches auf einer mit dem jeweiligen Steg verbundenen Stegwelle befestigt ist. Die Stegwelle ist dabei vorzugsweise koaxial zu den Sonnenrädern angeordnet. Der geschilderte Aufbau ermöglicht eine vergleichsweise hohe Übersetzung im Planetengetriebe, so dass die Übersetzung im Kegelradantrieb von Antriebswelle und Hohlrad vergleichsweise klein ausgelegt werden kann. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass das Kegelrad auf der Hohlwelle klein sein kann, wodurch zusätzlich Bauraum im Fahrzeugbereich zwischen den beiden radseitigen Planetengetrieben gewonnen wird, der beispielsweise für eine weitere Absenkung des Gangs in einem Niederflurbus nutzbar ist.

Eine zweite Variante sieht vor, dass die Abtriebsverzahnung der Planetengetriebe direkt auf dem Steg und benachbart zu den Planetenrädern ausgebildet ist. Dadurch kann die axiale Baulänge des Planetengetriebeabtriebs vorteilhaft kurz gehalten werden, so dass im Bereich des Achsantriebes zwischen den beiden Planetengetrieben die nutzbare Gangbreite eines Niederflurbusses weiter vergrößert ist.

Eine letzte Variante der Erfindung sieht vor, dass zur Leistungsverzweigung bei diesem Portalachsantrieb auf der Antriebswelle und auf der Hohlwelle jeweils zwei miteinander kämmende Kegelräder angeordnet sind. Dadurch kann jede einzelne hier betroffene Kegelradverzahnung schmaler gewählt werden als bei einer einzigen Kegelradpaarung, wodurch der notwenige Durchmesser der Kegelräder gegenüber den vorgenannten Lösungen kleiner ausfällt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Achsversatz am jeweiligen Kegelritzel der Antriebswelle so groß ist, dass die Antriebswelle von der Fahrbahn aus gesehen über den Hohlwelle liegt.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt, anhand derer drei Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert werden. Darin zeigen
1 eine schematische Ansicht eines Achsantriebsstranges mit einer hohlen Antriebswelle und zwei rechts- bzw. linksseitig angeordneten Planetengetrieben,
2 eine Variante zum Achsantriebsstrang gemäß 1, und
3 einen Achsantriebsstrang gemäß 1, jedoch mit Leistungsverzweigung.
Demnach zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 1 einen Portalachsantriebsstrang 1 mit einer Antriebswelle 2, die in dieser sowie den anderen Figuren um 90° gedreht gezeichnet und damit in der Realität weitgehend parallel zur Fahrbahn ausgerichtet ist. Das Kegelrad 3 dieser Antriebswelle 2 kämmt mit einem Kegelrad 4, welches auf einer Hohlwelle 5 befestigt ist.
Diese Hohlwelle 5 ist quer zur Längsachse des Fahrzeuges angeordnet und trägt an ihren beiden axialen Enden je ein Hohlrad 6 bzw. 7 eines rechts- bzw. linksseitigen Planetengetriebes 34 bzw. 35, deren Planetenrädern 12, 13 mit der Innenverzahnung der Hohlräder 6, 7 jeweils im Zahneingriff stehen.
Die Planetenräder 12 des linken Planetengetriebes 34 kämmen zudem mit der Stirnverzahnung 10 eines Sonnenrades 8, während die Planetenräder 13 des rechten Planetengetriebes 35 mit der Stirnverahnung 11 eines Sonnenrades 9 im Zahneingriff stehen. Zudem sind die beiden Sonnenräder 8, 9 koaxial in der Hohlwelle 5 angeordnet und stützen sich axial im Bereich einer Drehrichtungskonvertierungsstufe 26 gegeneinander ab.
Durch diesen Aufbau ist im Fahrbetrieb des Fahrzeugs gewährleistet, dass sich die Sonnenräder 8, 9 bei einer Geradeausfahrt axial gegeneinander abstützen und stillstehen. Bei einer Kurvenfahrt verdrehen sich die Sonnenräder unter axialer Abstützung entsprechend dem Kurvenradius gegeneinander, so dass die Wirkung eines Differentialgetriebes realisiert ist.
Die Drehrichtungskonvertierungsstufe 26 besteht im einfachsten Fall aus einer Getriebestufe mit zwei Zahnrädern im Bereich der zueinander weisenden Enden der Sonnenräder 8 bzw. 9, die unter einem Übersetzungsverhältnis mit dem Wert minus Eins miteinander im Zahneingriff stehen.
Die Ausgangsseite der jeweiligen Planetengetriebe 34, 35 wird durch einen zugeordneten Steg 14, 15 für die Planetenräder 12, 13 gebildet. Bei der in 1 gezeigten Variante der Erfindung ist der Steg 14, 15 mit einer Stegwelle 16, 17 drehfest verbunden, welche koaxial zu den beiden Sonnenrädern 8, 9 angeordnet sind.
Zwischen dem Abtrieb der beiden Planetengetriebe 34, 35 und den hier als Abtriebswellen 22, 23 bezeichneten Radachsen des Fahrzeugs ist antriebstechnisch jeweils ein sogenanntes Portalgetriebe 38, 39 angeordnet, welches über je eine Verzahnungsstufe verfügt. Dazu tragen die Stegwellen 16, 17 an ihren von dem Steg 14, 15 wegweisenden Ende je ein Stirnrad 18 bzw. 19, die jeweils mit einem Stirnrad 20, 21 im Zahneingriff stehen, welches auf der zugeordneten Abtriebswelle 22, 23 befestigt ist.
In der in 2 dargestellten Variante ist der Ausgang der Planetengetriebe 34, 35 durch eine auf dem Steg 36, 37 unmittelbar benachbart zu den Planetenrädern 12, 13 angeordnete Stirnverzahnung 24, 25 gebildet, die mit einem Stirnrad 27, 28 im Zahneingriff steht, welches auf der jeweils zugeordneten Abtriebswelle 22, 23 befestigt ist. Der durch diesen Aufbau erzielbare Achsversatz „a" zwischen den Abtriebswellen 22, 23 und der Längsachse der Sonnenräder 8, 9 ist dabei erkennbar größer als bei der Variante gemäß 1. Zudem baut durch den Verzicht auf gesonderte Zahnräder (18, 19 gemäß 1) dieses Portalgetriebe 38, 39 weniger breit als die der erstgenannten Variante.
Schließlich zeigt 3 eine letzte Variante der Erfindung, bei der auf einer Antriebswelle 29 zwei Kegelräder 30, 31 befestigt sind. Diese beiden Kegelräder 30, 31 stehen mit zwei Kegelrädern 32, 33 auf der Hohlwelle 5 im Zahneingriff, so dass eine Verteilung des Antriebsdrehmomentes auf zwei Momentenpfade realisiert ist. Dadurch kann die Verzahnung an den jeweiligen Kegelrädern 30, 31, 32, 33 schmaler als bei den anderen Lösungen gewählt werden, so dass kleinere Zahnraddurchmesser ausreichen. Dieses wirkt sich vorteilhaft auf die Bodenfreiheit des Fahrzeuges in diesem kritischen zentralen Bereich des Fahrzeuges aus.

1: Portalachsantriebsstrang
2: Antriebswelle
3: Kegelrad auf Antriebswelle 2
4: Kegelrad auf Hohlwelle
5: Hohlwelle
6: Hohlrad
7: Hohlrad
8: Sonnenrad
9: Sonnenrad
10: Stirnradverzahnung am Sonnenrad
11: Stirnradverzahnung am Sonnenrad
12: Planetenrad
13: Planetenrad
14: Steg
15: Steg
16: Stegwelle
17: Stegwelle
18: Stirnrad auf Stegwelle
19: Stirnrad auf Stegwelle
20: Stirnrad auf Abtriebswelle
21: Stirnrad auf Abtriebswelle
22: Abtriebswelle
23: Abtriebswelle
24: Stirnverzahnung am Steg
25: Stirnverzahnung am Steg
26: Drehrichtungsinvertierungsstufe
27: Stirnrad auf Portalachse
28: Stirnrad auf Portalachse
29: Antriebswelle
30: Kegelrad auf Antriebswelle 29
31: Kegelrad auf Antriebswelle 29
32: Kegelrad auf Hohlwelle
33: Kegelrad auf Hohlwelle
34: Planetengetriebe
35: Planetengetriebe
36: Steg
37: Steg
38: Portalgetriebe
39: Portalgetriebe
a: Achsversatz

Claims

Portalachsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer von einer Antriebswelle (2) über eine Kegelradverzahnung (3, 4; 30, 31, 32, 33) antreibbaren Hohlwelle (5), mit zwei Planetengetrieben (34, 35), die von der Hohlwelle (5) antreibbar sind, bei dem die Planetengetriebe (34, 35) jeweils einen Abtrieb aufweisen, über den je ein zugeordnetes Portalgetriebe (38, 39) antreibbar ist, und bei dem der Abtrieb des jeweiligen Portalgetriebes (38, 39) mit jeweils einer Abtriebswelle (22, 23) in Antriebsverbindung steht.
Portalachsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (5) mit jeweils einem Hohlrad (6, 7) der Planetengetriebe (34, 35) verbunden ist, dass die Hohlräder (6, 7) mit Planetenrädern (12, 13) im Zahneingriff stehen, dass die Planetenstege (14, 15; 36, 37) den Abtrieb der Planetengetriebe (34, 35) bilden, und dass die Sonnenräder (8, 9) der Planetengetriebe (34, 35) in der Hohlwelle (5) koaxial zueinander angeordnet sowie über eine Drehrichtungsinvertierungsstufe (26) axial gegeneinander abgestützt sind.
Portalachsantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtungsinvertierungsstufe (26) zwei Zahnräder umfasst, die im Bereich der einander zugewandten Enden der Sonneräder (8, 9) an diesen befestigt sind.
Portalachsantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtungsinvertierungsstufe (26) ein Übersetzungsverhältnis mit dem Wert Eins aufweist.
Portalachsantrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (14, 15; 36, 37) eines jeden Planetengetriebes (34, 35) eine Abtriebsverzahnung aufweist, die mit einem auf der zugeordneten Antriebswelle (22, 23) befestigten Zahnrad (27, 28) im Zahneingriff steht.
Portalachsantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsverzahnung der Planetengetriebe (34, 35) durch jeweils ein Zahnrad (18, 19) gebildet ist, welches auf einer mit dem jeweiligen Steg (14, 15) verbunden Stegwelle (16, 17) befestigt ist.
Portalachsantrieb nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegwelle (16, 17) koaxial zu den Sonnenrädern (8, 9) angeordnet ist.
Portalachsantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsverzahnung (25, 26) der Planetengetriebe (34, 35) direkt auf dem Steg (36, 37) ausgebildet ist.
Portalachsantrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungsverzweigung auf der Antriebswelle (2) und auf der Hohlwelle (5) jeweils zwei miteinander kämmende Kegelräder (30, 33; 31, 32) angeordnet sind.
Portalachsantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsversatz (a) am jeweiligen Kegelrad (30, 31, 32, 33) der Antriebswelle (2) so groß ist, dass die Antriebswelle (2) von der Fahrbahn aus gesehen über der Hohlwelle (5) angeordnet ist.