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Die Erfindung betrifft eine Allradantriebseinheit gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1.
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Eine Allradantriebseinheit ist bereits aus der
EP 1321328 A2 bekannt.
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Ferner sind aus den Druckschriften
WO 91/01898 A1 ,
US 4 367 661 A ,
US 5 704 866 A Allradantriebseinheiten mit Abflussausnehmungen für Getriebeöl bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Allradantriebseinheit zu schaffen, deren Verteilergetriebe zuverlässig geschmiert ist, ohne den Getriebeölhaushalt des Hauptgetriebes zu belasten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Dabei nutzt das Verteilergetriebe in besonders kostengünstiger und kompakter Weise das Getriebeöl vom Hauptgetriebe. Um das Hauptgetriebe nicht mit einem schwankenden Getriebeölbedarf zu belasten wird das Getriebeölvolumen nahezu konstant auf einem Niveau gehalten. Nahezu konstant bedeutet, dass das Getriebeölvolumen im Verteilergetriebe im Fahrbetrieb trotz Schwankungen in der Getriebeöldruckversorgung um maximal 20% schwankt. Durch einen solchen konstanten Bedarf wird mit Sicherheit ausgeschlossen, dass eine Getriebeölpumpe des Hauptgetriebes Luft saugt. Dabei bedeutet ein geringes Ölniveau bzw. ein niedriger Ölsumpf im Verteilergetriebe und Hauptgetriebe einen hohen Wirkungsgrad, da Planschverluste gering gehalten werden.
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In besonders vorteilhafter Weise kann kontinuierlich durch eine Leitung von der Kühlerrückflussleitung Getriebeöl in das Verteilergetriebegehäuse eingeleitet werden. Durch das Anzapfen der Kühlerrückflussleitung steht im hoch belasteten Verteilergetriebe frisch gekühltes Getriebeöl zur Verfügung. Infolge der sehr hohen Flächenpressung an dem Verzahnungseingriff eines Seitenabtriebes ist dort frisch gekühltes Getriebeöl von besonderem Vorteil. Aber auch ein in Extremsituationen thermisch hoch belasteter Lastschlagdämpfer kann mit dem frisch gekühlten Getriebeöl mit Sicherheit vor einem Ausfall geschützt werden.
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In besonders vorteilhafter Weise kann das konstante Getriebeölvolumen sowohl im Stillstand, als auch bei Fahrt gewährleistet sein.
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Patentanspruch 5 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher ein Wälzlager, welches eine Getriebeausgangswelle lagert, ohne Abdichtung – d. h. insbesondere ohne Radialwellendichtring – vorgesehen ist. Da über ein solches nicht abgedichtetes Wälzlager stets Getriebeöl vom Verteilergetriebe zum Hauptgetriebe geleitet wird, ist zwar eine Leitung notwendig, die der verteilergetriebekammer im Fahrbetrieb stets Getriebeöl zuführt. Ein solches nicht abgedichtetes Wälzlager weist jedoch besonders wenig Reibung und damit einen besonders hohen Wirkungsgrad auf.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch einen Allrad-Antriebsstrang, der ein Verteilergetriebe und einen Lastschlagdämpfer umfasst,
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2 ein Detail im Bereich des Verteilergetriebes und des Lastschlagdämpfers aus 1,
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3 eine vereinfachte schematische geschnittene Darstellung entlang Linie III-III aus 1,
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4 eine Trennwand, welche zwischen dem Verteilergetriebe und dem Lastschlagdämpfer gemäß 1 und 2 vorgesehen ist,
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5 in einer perspektivischen und detaillierten Darstellung einen Teil des Verteilergetriebes im Fahrzeugstillstand und
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6 in einer perspektivischen und detaillierten Darstellung einen Teil des Verteilergetriebes bei vorwärts fahrendem Fahrzeug.
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1 zeigt schematisch einen Allrad-Antriebsstrang, der in dessen Grundzügen in der
EP 1321328 A2 beschrieben ist.
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Bei diesem Allrad-Antriebsstrang schließt sich einem frontlängs eingebautem Antriebsmotor 1 eine Allradantriebseinheit 2 an. Diese Allradantriebseinheit 2 umfasst ein Hauptgetriebe 3 und ein sich diesem anschließendes Verteilergetriebe 42. Eine Verteilergetriebekammer 4 ist vom Innenraum des Hauptgetriebes 3 mittels einer ersten Trennwand 7 getrennt.
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Im Folgenden wird neben 1 auf 2 Bezug genommen, welche das Verteilergetriebe 42 im Detail darstellt. Das Verteilergetriebe 42 ist in die Verteilergetriebekammer 4 und eine Lastschlagdämpferkammer 5 aufgeteilt. Diese Lastschlagdämpferkammer 5 ist von der in Fahrtrichtung davor liegenden Verteilergetriebekammer 4 mittels einer zweiten Trennwand 6 getrennt.
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Der Innenraum des Hauptgetriebes
3, die Verteilergetriebekammer
4 und die Lastschlagdämpferkammer
5 weisen einen gemeinsamen Kreislauf eines Getriebeöls auf. Dazu weist die erste Trennwand
7 drei Abflussausnehmungen
16,
10,
15 auf, die weiter unten anhand
3 näher erläutert sind. Auch die zweite Trennwand
6 weist zwei in
4 ersichtliche Ausnehmungen
21,
59 auf, von denen die eine einen Lastschlagdämpfer
22 in der Lastschlagdämpferkammer
5 mit Getriebeöl versorgt und die andere das Getriebeöl wieder abführt. Dieser Lastschlagdämpfer
22 ist in der
EP 1238847 A2 näher erläutert und weist eine tellerfederähnlich geformte Feder
23 auf, die ein Sonnenrad
24 mit einem Doppelplanetenträger
25 reibschlüssig koppelt. Das Sonnenrad
24 und der Doppelplanetenträger
25 gehören einem Planetengetriebe
26 an. Diesem Planetengetriebe
26 gehört auch noch ein Hohlrad
27 an, welches drehfest mit der Getriebeausgangswelle
28 des Hauptgetriebes
3 gekoppelt ist. Der Doppelplanetenträger
25 ist drehfest mit einer Verteilerausgangsgetriebewelle
29 verbunden, welches einen Teil der Antriebsleistung in nicht näher dargestellter Weise auf die Hinterräder leitet. Das Sonnenrad
24 ist hingegen drehfest mit einem Antriebskegelrad
30 verbunden, welches einen weiteren Teil des Antriebsmomentes auf ein Abtriebskegelrad
31 und eine Seitenwelle
32 eines Seitenabtriebs leitet. Von der Seitenwelle
32 wird dieser Teil des Antriebsmomentes über ein Vorderachsgetriebe
33 auf die Vorderräder übertragen.
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3 zeigt einen vereinfachten schematischen Schnitt entlang Linie III-III aus 1. Dabei ist ersichtlich, dass das Antriebskegelrad 30 und das Abtriebskegelrad 31 eine Zahnradpaarung 34 bilden, welche von einer Zwischenwandung 13 und einem Teilbereich 90 einer Verteilergetriebewandung 36 umschlossen wird. Diese Zwischenwandung 13 und der Teilbereich 90 der Verteilergetriebewandung 36 umschließen die Außenkontur der Zahnradpaarung 34 mit einem gleichmäßig schmalen Abstand, so dass sich eine 8-förmige Wandungskontur bildet. Innerhalb dieser 8-förmigen Wandungskontur bildet sich eine Nebenabtriebskammer 37. In einem in Einbaulage oberen Bereich weist die Zwischenwandung 13 eine Auswurföffnung 12 auf. Diese Auswurföffnung 12 ist dabei derart platziert, dass im Fahrbetrieb innerhalb der Zwischenwandung 13 befindliches Getriebeöl von der Zahnradpaarung 34 nach oben gefördert und durch die Auswurföffnung 12 in eine Staukammer 35 ausgeworfen wird. Diese Staukammer 35 wird von einem anderen Teilbereich 91 der Verteilergetriebewandung 36 und der Zwischenwandung 13 begrenzt. Am Grund des Verteilergetriebes 42 geht die Zwischenwandung 13 in den Teilbereich 90 der Verteilergetriebewandung 36 über, wobei eine dort am Grund vorgesehene Bohrung 14 sicher stellt, dass Getriebeöl aus der Staukammer 35 in die Nebenabtriebskammer 37 fließt, so dass das unten liegende Abtriebskegelrad 31 stets im Getriebeöl eintaucht. Füllt sich das Getriebeöl in der Staukammer 35 bis zu einem Niveau, das im Fahrbetrieb einem Volumen von 700 ml entspricht, so tritt das Getriebeöl durch die erste Abflussöffnung 15, welche relativ weit oben liegt. Von dieser Abflussöffnung 15 gelangt das Getriebeöl in den Innenraum des Hauptgetriebes 3. Da
- – großteils durch diese Abflussöffnung 15 und
- – teilweise durch ein dichtungsloses Wälzlager 38 zur Lagerung der Getriebeausgangswelle 28 in der ersten Trennwand 7
kontinuierlich Getriebeöl abgeführt wird, ist die Verteilergetriebewandung von einer Leitung 40 durchsetzt, die mit der Kühlerrückflussleitung in Verbindung steht und stetig Getriebeöl zuleitet. In der Leitung 40 ist eine Drossel 41 vorgesehen, welche durch Druckschwankungen bedingte Schwankungen des Getriebeölvolumenstroms von der Leitung 40 in die Verteilergetriebekammer 4 verringert. Diese Drossel 41 verhindert, dass der Getriebeölbedarf im Verteilergetriebe 42 das diesbezüglich empfindliche Hauptgetriebe 3 negativ beeinflusst. Der Druck von der Kühlerrückflussleitung ist nämlich unter 1000 U/min sehr variabel und liegt darüber hinaus auch nur in einem Bereich zwischen einem und 1,5 bar. Ohne kontinuierlichen Zufluss würde das Getriebeöl als Getriebeölnebel über das Wälzlager 38 direkt ins Hauptgetriebe 3 gelangen. Durch die Verwendung eines Wälzlagers 38 ohne Radialwellendichtring wird die Reibung gering gehalten. Der kontinuierliche Zufluss durch die Leitung 40 lässt das Verteilergetriebe 42 vom großen Getriebeöl-Kreislauf des Hauptgetriebes 3 partizipieren. Durch das große Getriebeölvolumen verteilt sich die hohe Belastung der Additive des Getriebeöls auf eine größere Menge Getriebeöl. Diese Additive altern nämlich schnell durch die hohe Flächenpressung am Zahneingriff des Verteilergetriebes.
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Mittels der Leitung 40 wird der Verteilergetriebekammer 4 im Fahrbetrieb pro Minute ca. 100 ml gekühltes Getriebeöl aus der Kühlerrücklaufleitung zugeführt. Dabei bildet sich in der Verteilergetriebekammer 4 ein Ölsumpf, der nahezu konstant auf einem Wert von maximal 700 ml gehalten wird. Steigt der Ölstand bei Fahrzeugstillstand auf über 700 ml, so fließt das Getriebeöl über die Abflussausnehmung 10 ins Hauptgetriebe 3 ab. Diese Abflussausnehmung 10 ist ungefähr zwischen
- – einer Rotationsachse 50 des Antriebskegelrades 30 und
- – einer Rotationsachse 51 des Abtriebskegelrades 31
in die erste Trennwand 7 eingearbeitet.
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In der Zeichnung ist das Getriebeöl bei Vorwärtsfahrt mittels einer Schraffur dargestellt, die von links oben nach rechts unten verläuft. Hingegen ist das Getriebeöl bei Fahrzeugstillstand mittels einer Schraffur dargestellt, die von rechts oben nach links unten verläuft.
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Im Fahrbetrieb wird das Getriebeöl infolge der Rotation des Antriebskegelrades 30 und des Abtriebskegelrades 31 in die Staukammer 35 geschleudert. In dieser Staukammer 35 wird das Getriebeöl bis zu einem Niveau 54 der ersten Abflussausnehmung 15 aufgestaut und über die kleine Bohrung 14 am Boden der Staukammer wieder in die Nebenabtriebskammer 37 eingeleitet. Das Niveau 99 in der Nebenabtriebskammer 37 liegt damit unter dem Niveau 54 in der Staukammer 35. Demzufolge wird der Ölsumpf in der Nebenabtriebskammer 37 im Fahrbetrieb relativ klein gehalten, so dass auch die Planschverluste relativ gering sind. Steigt der Getriebeölstand in der Staukammer 35 über das Niveau 54, das einem Volumen von 700 ml entspricht, so fließt das Getriebeöl über die erste Abflussausnehmung 15 ins Hauptgetriebe 3.
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Es ist eine dritte Abflussausnehmung 16 vorgesehen, welche das sich im Rückwärtsfahrbetrieb in einem Bereich 55 sammelnde Getriebeöl in das Hauptgetriebe 3 leitet. Dieses sich im Rückwärtsfahrbetrieb bis auf ein Niveau 56 ansammelnde Getriebeöl ist in 3 gestrichelt schraffiert dargestellt.
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In 4 ist schematisch die zweite Trennwand 6 dargestellt. Zum einen ist dabei die Ausnehmung 21 ersichtlich, welche den Lastschlagdämpfer 22 in der Lastschlagdämpferkammer 5 mit dem Getriebeöl versorgt. Dazu weist die Ausnehmung 21 einen radialen Abstand zu einer Zentralachse 57 auf, welcher dem radialen Abstand der Kontaktfläche der Feder 23 mit dem Doppelplanetenträger 25 entspricht. Somit ist diese bei vielen Drehbewegungen der Feder 23 gegenüber dem Doppelplanetenträger 25 thermisch hoch belastete Kontaktfläche ausreichend mit Getriebeöl zu Kühlungszwecken versorgt. Da eine in 2 ersichtliche Lagerstelle 60 in der zweiten Trennwand 6 keine Dichtung aufweist, kommt zwar auch ein Ölnebel durch diese Lagerstelle 60. Dieser Ölnebel reicht jedoch nicht für den Lastschlagdämpfer 22 aus.
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Die zweite Trennwand 6 weist ferner radial außerhalb der Ausnehmung 21 eine Fanglippe 58 auf, welche das Getriebeöl auffängt, welches vom zumeist im Block umlaufenden Planetengetriebe 26 abgeworfen wird. Dieses aufgefangene Getriebeöl wird anschließend durch eine weitere Ausnehmung 59 wieder in die Verteilergetriebekammer 4 geleitet.
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5 zeigt in einer perspektivischen und detaillierten Darstellung einen Teil des Verteilergetriebes 42 im Fahrzeugstillstand. Dabei sind zur besseren Übersicht das Antriebskegelrad 30 und das Abtriebskegelrad 31 demontiert.
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6 zeigt in einer perspektivischen und detaillierten Darstellung einen Teil des Verteilergetriebes 42 bei vorwärts fahrendem Fahrzeug.
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Anstelle der Leitung 40 kann auch ein direkt in ein Gehäuse des Hauptgetriebes 3 eingearbeiteter Kanal vorgesehen sein. Das Hauptgetriebe 3 kann ein Planetenautomatikgetriebe mit hydrodynamischem Drehmomentwandler oder nasser Anfahrkupplung, ein Stufenlosgetriebe, ein Handschaltgetriebe, ein automatisiertes Schaltgetriebe oder ein Doppelkupplungsgetriebe sein.
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Anstelle der Bohrung 14 kann auch eine Ausnehmung vorgesehen sein, die unmittelbar beim Urformen des Verteilergetriebegehäuses hergestellt wird.