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Die
Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, bei
dem eine Abtriebswelle einer Antriebseinheit über ein Hauptgetriebe
mit einer Primärachse des Kraftfahrzeugs permanent verbunden ist,
und bei dem die Abtriebswelle der Antriebseinheit unter Umgehung
des Hauptgetriebes über ein Zusatzgetriebe mit einer Sekundärachse
des Kraftfahrzeugs zuschaltbar koppelbar ist, wodurch ein Kraftfluss
von der Antriebseinheit zur Sekundärachse möglich
wird.
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Bei
einem solchen Antriebsstrang wird das Antriebsmoment für
die Sekundärachse von dem Kraftfluss in Richtung der Primärachse
nicht erst hinter dem Hauptgetriebe, sondern bereits vor dem Hauptgetriebe
abgezweigt. Hierdurch lässt sich ein zuschaltbarer Allradantrieb
auch bei solchen Kraftfahrzeugen realisieren, bei denen bezüglich
der Kraftflussrichtung in Richtung der Primärachse hinter dem
Hauptgetriebe kein ausreichender Bauraum zur Verfügung
steht, um beispielsweise ein herkömmliches Verteilergetriebe
vorzusehen. Da allerdings das Antriebsmoment für die Sekundärachse
bereits vor dem Hauptgetriebe abgezweigt wird, ist die Drehzahl der
Sekundärachse allenfalls an eine einzige der mehreren Gangstufen
des Hauptgetriebes angepasst.
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Ein
solcher Antriebsstrang ist aus
WO 2005/080117 A2 bekannt, auf deren Offenbarungsgehalt
hinsichtlich der vorliegenden Anmeldung Bezug genommen wird. Hier
ist als Zusatzgetriebe ein Stirnradsatz mit einer Reibungskupplung
vorgesehen, welche die Sekundärachse wahlweise über
den Stirnradsatz mit der Abtriebswelle der Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs
koppelt oder von der Abtriebswelle entkoppelt. Die Übersetzung dieses
Stirnradsatzes ist so gewählt, dass sie der dritten Gangstufe
des Hauptgetriebes entspricht. So ermöglicht das aus der
WO 2005/080117 A2 bekannte
Zusatzgetriebe eine Übertragung eines Antriebsmomentes
auf die Sekundärachse bei eingelegter erster, zweiter oder
dritter Gangstufe des Hauptgetriebes, gegebenenfalls im schlupfenden
Betrieb. Wenn allerdings zum Beispiel beim Anfahren die erste Gangstufe
an dem Hauptgetriebe eingelegt ist, treten an der Reibungskupplung des
Zusatzgetriebes vergleichsweise große Drehzahldifferenzen
auf, wodurch die Drehmomentübertragung ineffizient ist
und unerwünscht hohe Verlustleistungen entstehen. Bei Rückwärtsfahrt
kann die Sekundärachse nicht angetrieben werden.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, für einen Antriebsstrang
mit einem Hauptgetriebe und Zusatzgetriebe der erläuterten
Art erweiterte Anwendungsmöglichkeiten hinsichtlich der Übertragung
von Antriebsmoment auf die Sekundärachse zu ermöglichen,
wobei insbesondere möglichst große Flexibilität
hinsichtlich der Bauraumanforderungen gewährleistet sein
soll.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruches
1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Der
erfindungsgemäße Antriebsstrang weist ein Zusatzgetriebe
mit wenigstens zwei Reibungskupplungen auf, deren Eingänge
drehwirksam mit der Abtriebswelle der Antriebseinheit verbunden sind.
Je nach betätigter Reibungskupplung werden unterschiedliche
Teilantriebsstränge mit in der Regel unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen
zwischen die Antriebseinheit und die Sekundärachse geschaltet.
Damit ist es möglich, unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse
auch für den Antrieb der Se kundärachse zu realisieren.
Besonders raumökonomisch ist eine Anordnung, bei der die
wenigstens zwei Reibungskupplungen koaxial zu einer gemeinsamen
Kupplungsachse angeordnet sind.
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Im
Betrieb des Zusatzgetriebes werden die beiden Reibungskupplungen
insbesondere alternativ aktiviert. Vorzugsweise wird jedoch keine
der beiden Reibungskupplungen vollständig geschlossen,
so dass generell ein schlupfender Betrieb der beiden Reibungskupplungen
möglich ist. Trotz eines solchen schlupfenden Betriebes
der Reibungskupplungen erfolgt die Übertragung eines Teils
des Antriebsmoments der Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs auf die Sekundärachse
vergleichsweise effizient, da durch Aktivieren der ersten oder der
zweiten Reibungskupplung zwei verschiedene Übersetzungen
des Zusatzgetriebes eingestellt werden können und somit eine
verbesserte Anpassung an die am Hauptgetriebe eingelegte Gangstufe
möglich ist.
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Das
Zusatzgetriebe weist ein Planetengetriebe mit wenigstens einem ersten
Teil, einem zweiten Teil und einem dritten Teil auf, wobei diese
Teile einen Planetenträger, ein Sonnenrad und ein Hohlrad
umfassen, die koaxial zu einer Planetengetriebeachse angeordnet
sind. Der Begriff der Planetengetriebeachse wird im vorliegenden
Text in seinem geometrischen Sinn verwendet um die Raumrichtung
und -lage der Linie anzugeben, um die sich diese Elemente drehen.
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Ein
erstes Teil des Planetengetriebes ist mit der Sekundärachse
drehwirksam verbunden und ein zweites Teil des Planetengetriebes
ist drehwirksam mit dem Abtrieb wenigstens einer der beiden Reibungskupplungen
drehwirksam verbunden.
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Eine
Verbindung zweier Elemente wird im vorliegenden Text als ”drehwirksam” bezeichnet, wenn
eine Drehung des einen Elementes die Drehung des anderen Elementes
bewirkt, also zum Beispiel wenn beide Elemente drehfest mit einer
gemeinsamen Welle drehen, wenn die beiden Elemente über
miteinander kämmende Zahnräder verbunden sind
oder wenn die zwei Elemente zum Beispiel selbst durch Zahnräder
gebildet werden, die miteinander kämmen. Anstelle von Zahnrädern
kann die drehwirksame Verbindung zum Beispiel auch über aneinander
abrollende Räder bereitgestellt werden.
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Der
Antriebsstrang weist ein Verblockelement auf, in dessen erster Stellung
das Sonnenrad, der Planetenträger und das Hohlrad des Planetengetriebes
miteinander drehfest verbunden sind. In dieser Stellung verblockt
das Verblockelement also das Planetengetriebe, das damit als direkte
1:1-Übertragung des am zweiten Teil des Planetengetriebes
anliegenden Drehmomentes an das erste Teil des Planetengetriebes
wirkt, das mit der Sekundärachse drehwirksam verbunden
ist.
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In
einer zweiten Stellung des Verblockelementes ist hingegen das dritte
Teil des Planetengetriebes mit Bezug zum Gehäuse des Planetengetriebes
festgelegt. Das Planetengetriebe wirkt in dieser Stellung des Verblockelementes
zur Drehmomentwandlung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des
Planetengetriebes mit einer Übersetzung, die von den gewählten
Zähnezahlen bzw. Umfängen der wenigstens drei
Teile des Planetengetriebes abhängt.
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Das
Verblockelement ist derart ausgestaltet und angeordnet, dass das
in seiner zweiten Stellung festgelegte dritte Teil des Planetengetriebes
derart ausgewählt ist, dass zwischen dem ersten Teil und dem
zweiten Teil des Planetengetriebes eine Drehrichtungsumkehr stattfindet.
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Je
nach Stellung des Verblockelementes ist es dementsprechend mit dem
Zusatzgetriebe möglich, zum einen einen Teil des Antriebsmoments
der Antriebseinheit mit zwei unterschiedlichen Übersetzungen
auf die Sekundärachse zu übertragen, um so eine
bessere Anpassung an die Vorwärtsgangstufen des Hauptgetriebes
zu erreichen, und zum anderen mit dem Zusatzgetriebe eine Übersetzung
mit Drehrichtungsumkehr bereitzustellen, um das Zusatzgetriebe an
eine Rückwärtsgangstufe des Hauptgetriebes anzupassen.
So kann die Sekundärachse auch bei Rückwärtsfahrt
zugeschaltet werden.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung des Antriebsstranges
kann besonders flexibel an die Bauformerfordernisse angepasst werden,
die sich in einem Kraftfahrzeug vorfinden. Dies wird dadurch erreicht, dass
die Planetengetriebeachse erfindungsgemäß bezüglich
der Achsen der Reibungskupplungen versetzt angeordnet ist. Insbesondere
kann die Planetengetriebeachse durch eine Welle gebildet sein, die sich
in Kraftflussrichtung zwischen den Reibungskupplungen und der Sekundärachse
befindet. Die Welle, die die Planetengetriebeachse bildet, ist also sowohl
zwischen dem Abtrieb der ersten Reibungskupplung und der Sekundärachse
als auch zwischen dem Abtrieb der zweiten Reibungskupplung und der Sekundärachse
angeordnet, so dass die Planetengetriebeachse insbesondere nicht
durch die Kupplungsachse der Reibungskupplungen gebildet wird. Das Planetengetriebe
kann so je nach den räumlichen Bedingungen in dem jeweiligen
Kraftfahrzeug an unterschiedlichen Orten vorgesehen sein, so dass
das Zusatzgetriebe in seiner äußeren Form gut
an die räumlichen Bedingungen in dem jeweiligen Kraftfahrzeug
angepasst werden kann.
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Zum
Beispiel kann die Planetengetriebeachse parallel zu wenigstens einer
Kupplungsachse der Reibungskupplungen versetzt sein.
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Bei
einem Planetengetriebe, bei dem das Sonnenrad und das Hohlrad nur über
Planetenräder drehwirksam miteinander verbunden sind, die
auf Achsen laufen, die von der Planetengetriebeachse den gleichen
radialen Abstand haben, lässt sich eine Drehrichtungsumkehr
zum Beispiel zwischen Sonnenrad und Hohlrad erreichen, wenn der
Planetenträger festgehalten wird, also das Verblockelement den
Planetenträger an dem Gehäuse des Planetengetriebes
festlegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Antriebsstranges ist jedoch ein Planetenträger mit wenigstens
einem Planetenradsatz vorgesehen, wobei an dem Planetenträger
wenigstens zwei Planetenträgerachsen je Planetenradsatz
vorgesehen sind, die unterschiedlichen radialen Abstand von der
Planetengetriebeachse haben und auf denen zwei direkt miteinander drehwirksam
verbundene Planetenräder jeweils drehbar gelagert sind,
die den jeweiligen Planetenradsatz bilden. Eines der zwei so direkt
miteinander drehwirksam verbundenen Planetenräder eines
solchen Planetenradsatzes ist drehwirksam direkt mit dem Hohlrad
des Planetengetriebes verbunden und das andere der zwei drehwirksam
miteinander verbundenen Planetenräder des Planetenradsatzes
ist mit dem Sonnenrad drehwirksam direkt verbunden. Eine zum Beispiel
an das Sonnenrad angelegte Drehbewegung wird also über
das erste Planetenrad eines solchen Planetenradsatzes an das zweite
Planetenrad des Planetenradsatzes und von diesem an das Hohlrad übergeben.
Die sich dabei einstellende Übersetzung hängt
von den gewählten Zahnzahlen bzw. den gewählten
Umfängen der einzelnen Elemente ab.
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Bei
einer derartigen Anordnung lässt sich die erfindungsgemäß vorgesehene
drehfeste Verbindung zwischen Sonnenrad, Planetenträger
und Hohlrad durch das Verblockelement in dessen erster Stellung
auf leichte Weise erreichen, wenn das Verblockelement derart ausgestaltet
ist, dass es in seiner ersten Stellung eines der beiden drehwirksam
miteinander verbundenen Planetenräder eines Planetenradsatzes
mit dem Planetenträger drehfest verbindet. Das entsprechende
Planetenrad kann sich dementsprechend nicht mehr um seine Planetenträgerachse drehen
und bewegt sich starr mit dem Planetenträger. Insofern
können sich weder das zweite Planetenrad dieses Planetenradsatzes,
noch das Hohlrad, noch das Sonnenrad relativ zum Planetenträger
bewegen. Damit ist das Planetengetriebe verblockt.
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Handelt
es sich zum Beispiel bei dem ersten Teil des Planetengetriebes um
den Planetenträger mit den Planetenrädern, bei
dem zweiten Teil des Planetengetriebes um das Sonnenrad und beim
dritten Teil des Planetengetriebes um das Hohlrad, so lässt
sich die Drehrichtungsumkehr bei einer Ausgestaltung mit zwei Planetenrädern
auf Planetenträgerachsen, die unterschiedlichen Abstand
von der Planetengetriebeachse haben, durch Festlegen des Hohlrades
erreichen. Eine zum Beispiel am Sonnenrad anliegende Drehbewegung
führt dann zu einer drehrichtungsumgekehrten Bewegung des
Planetenträgers. Abhängig von den Zähnezahlen
bzw. den Umfängen der Planetenräder, des Hohlrades
und des Sonnenrades wird dabei zusätzlich eine entsprechende Übersetzung
eingestellt.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der das Verblockelement
direkt das dritte Teil des Planetengetriebes umfasst, also insbesondere
in der zweiten Stellung das dritte Teil des Planetengetriebes mit
Bezug zum Gehäuse des Planetengetriebes festgelegt ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Antriebsstranges sieht vor, dass der Abtrieb wenigstens einer der
Reibungskupplungen drehwirksam mit einer Zwischenwelle verbunden
ist, so dass das Drehmoment der Abtriebswelle der Antriebseinheit über
diese Zwischenwelle übertragen wird. Eine solche Ausgestaltung
ermöglicht es, dass die Plane tengetriebeachse durch die
Zwischenwelle gebildet ist, die mit einem ersten der drei Teile
des Planetengetriebes drehfest verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform
ist das Planetengetriebe also um die Zwischenwelle und insofern
besonders Platz sparend angeordnet. Die entsprechende Zwischenwelle kann
derart ausgewählt und angeordnet sein, dass sie den räumlichen
Anforderungen in dem jeweiligen Kraftfahrzeug möglichst
gut entspricht.
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Eine
weitere Platzersparnis lässt sich erreichen, wenn dabei
ein zweites Teil des Planetengetriebes mit dem Abtrieb einer zweiten
der Reibungskupplungen verbunden ist.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Antriebsstranges weist der Antriebsstrang ein Differential auf,
wobei die Planetengetriebeachse durch die Kegelradwelle gebildet ist,
die Kegelradwelle drehfest mit einem ersten Teil der drei Teile
des Planetenradgetriebes verbunden ist und ein zweites Teil des
Planetengetriebes drehwirksam mit dem Abtrieb wenigstens einer der
Reibungskupplungen verbunden ist. Alternativ dazu kann die Planetengetriebeachse
auch durch die Tellerradwelle des Differentials gebildet sein, wobei dann
die Tellerradwelle drehfest mit einem ersten Teil der drei Teile
des Planetengetriebes verbunden ist und ein zweites Teil des Planetengetriebes
drehwirksam mit dem Abtrieb wenigstens einer der Reibungskupplungen
verbunden ist. Bei solchen Ausführungsformen ist das Planetengetriebe
Platz sparend direkt an dem Differential vorgesehen.
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Besonders
vorteilhaft erweist sich der erfindungsgemäße
Antriebsstrang bei Anordnungen, bei denen ein Ende einer Abtriebswelle
einer Antriebseinheit den Kraftfluss zum Hauptgetriebe zur Verfügung
stellt, und die andere Seite der Abtriebswelle der Antriebseinheit
den Kraftfluss in Rich tung des Zusatzgetriebes bereitstellt, also
insbesondere bei Verwendung mit Hubkolbenmotoren mit einer Kurbelwelle
als Abtriebswelle.
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Die
Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert.
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1 zeigt
in schematischer Draufsicht einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges.
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2 zeigt
eine schematische Kraftflussdarstellung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Antriebsstranges.
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3 zeigt
eine seitliche Draufsicht auf ein Planetengetriebe, so wie es bei
der Ausführungsform der 2 zum Einsatz
kommt.
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4 zeigt
eine Kraftflussdarstellung der Ausführungsform der 2 in
einem anderen Betriebszustand.
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5 zeigt
eine schematische Kraftflussdarstellung einer anderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Antriebsstranges.
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1 zeigt
einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine Kurbelwelle 10 eines
Hubkolbenmotors 102 über eine Hauptkupplung 104 und ein
Hauptgetriebe 106 (manuelles oder automatisiertes Schaltgetriebe
oder automatisches Getriebe) mit einer Primärachse 108 (zum
Beispiel der Hinterachse) antriebswirksam verbunden ist. Die Räder
der Primärachse 108 werden somit – sofern
die Hauptkupplung 106 geschlossen ist – permanent
vom Motor 102 angetrieben. In 1 ist weiterhin
das Differential 110 gezeigt, das in an sich bekannter
Weise zwischen das Hauptgetriebe 106 und die Räder
der Primärachse 108 geschaltet ist. Das der Haupt kupplung 104 und
dem Hauptgetriebe 106 abgewandte Ende der Kurbelwelle 10 kann über
ein Zusatzgetriebe 100 wahlweise mit einer Sekundärachse 80 (zum Beispiel
der Vorderachse) des Kraftfahrzeugantriebs wirksam gekoppelt werden,
um zeitweise einen Teil des Antriebsmoments des Verbrennungsmotors 102 auch
auf die Sekundärachse 80 zu übertragen.
Zur Sekundärachse 80 gehört das Differential 68,
dessen Eingangswelle, also die das Kegelrad tragende Kegelradwelle 72,
mit dem Abtrieb des Zusatzgetriebes drehwirksam verbunden ist oder
diesen bildet.
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Wie
nachfolgend erläutert werden wird, besitzt das Zusatzgetriebe
zumindest zwei Reibungskupplungen, um unterschiedliche Teilantriebsstränge zwischen
die Antriebseinheit und die Sekundärachse zu schalten,
so dass verschiedene Übersetzungen eingestellt werden können.
Dies ist wichtig, da die Sekundärachse 80 nicht über
das Hauptgetriebe 106, sondern direkt mit dem Motor 102 bzw.
dessen Kurbelwelle 10 gekoppelt ist. Indem an dem Zusatzgetriebe 100 unterschiedliche Übersetzungen
eingestellt werden können, ist eine bessere Anpassung an die
an dem Hauptgetriebe 106 eingelegte Gangstufe möglich.
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Wie
sich ebenfalls aus dem Folgenden ergibt, besitzt das Zusatzgetriebe
zusätzlich die Fähigkeit, die Drehrichtung umzukehren,
so dass auch ein Antrieb der Sekundärachse 80 möglich
ist, wenn am Hauptgetriebe 106 eine Rückwärtsgangstufe
eingestellt ist.
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Die
Abzweigung eines Teils des Antriebsmoments des Motors 102 zu
der Sekundärachse 80 kann abweichend von der Darstellung
gemäß 1 auch an demselben Ende der
Kurbelwelle 10 erfolgen, an dem auch die Hauptkupplung 106 und
das Hauptgetriebe 104 angeordnet sind. Wichtig ist allerdings,
dass bei dieser Art eines Antriebsstranges mit zuschaltba rem Allradantrieb
das Antriebsmoment für die Sekundärachse 80 bezüglich
der Kraftflussrichtung vor dem Hauptgetriebe 106 abgezweigt
wird.
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Der
Kraftfluss eines Antriebsstranges mit einem erfindungsgemäßen
Zusatzgetriebe 100 wird anhand der 2 erläutert.
Die Kurbelwelle 10, deren eines Ende in 2 gezeigt
ist, ist in Kurbelwellenlagern 32 drehbar gelagert. Mit
der Kurbelwelle 10 ist die Kupplungsnabe 14 einer
ersten Reibungskupplung 12 verbunden, deren Kupplungskorb 16 ein verzahntes
Stirnrad 18 trägt, das den Abtrieb der ersten
Reibungskupplung 12 darstellt. Mit diesem ersten Stirnrad 18 kämmt
ein an einer Zwischenwelle 40 angeordnetes zweites Stirnrad 20,
wobei die Zwischenwelle in Zwischenwellenlagern 38 drehbar
gelagert ist. Anstelle der Kurbelwelle kann es sich bei der mit der
Bezugsziffer 10 bezeichneten Welle in nicht gezeigter Weise
auch um eine Welle handeln, die drehwirksam mit der Kurbelwelle
verbunden ist.
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Mit
dem Kupplungskorb 26 einer zweiten Reibungskupplung 22 dreht
ein den Abtrieb der zweiten Reibungskupplung 22 bildendes
drittes Stirnrad 28, das andererseits mit einem vierten
Stirnrad 30 kämmt, das um die gleiche Achse drehbar
ist wie das zweite Stirnrad 20.
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Die
Reibungskupplungen 12, 22 drehen sich um eine
gemeinsame Kupplungsachse 11 und sind als übliche
Lamellenkupplungen mit alternierend angeordneten Innenlamellen und
Außenlamellen ausgebildet, wobei die Lamellen über
eine jeweilige Steckverzahnung mit den Kupplungsnaben 14, 24 bzw.
den Kupplungskörben 16, 26 drehfest,
jedoch axial verschiebbar gekoppelt sind.
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Die
Achsen des zweiten Stirnrades 20 und des dritten Stirnrades 30 definieren
eine Planetengetriebeachse 41 eines Planetengetriebes 42,
die ko axial mit der Zwischenwelle 40 ist. Während
das zweite Stirnrad 20 mit dem Planetenträger 54 des
Planetengetriebes 42 drehfest verbunden ist, ist das vierte Stirnrad 30 mit
dem Sonnenrad 44 des Planetengetriebes 54 verbunden.
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Das
Planetengetriebe 42 ist als Doppelplanetengetriebe ausgestaltet.
Es dreht sich um die Planetengetriebeachse 41 und weist
einen Planetenträger 54 auf, der mehrere Planetensätze
aufweist, von denen in 2 zwei auf gegenüberliegenden
Seiten der Planetengetriebeachse 41 gezeigt sind, wobei
jeder Planetenradsatz zwei stirnverzahnte Planetenräder 46, 48 aufweist,
die miteinander kämmen. Die Planetenräder 46, 48 sind
auf jeweiligen Planetenträgerachsen 50, 52 drehbar
gelagert, die sich in unterschiedlichen radialen Abständen
von der Planetengetriebeachse 41 befinden. Das mit Bezug
zur Planetengetriebeachse 41 außen liegende Planetenrad 48 kämmt
außerdem mit der Innenverzahnung eines Hohlrades 56 des
Planetengetriebes 42.
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Die
Anordnung der Planetenräder 46, 48 des Planetengetriebes 42 wird
mit Bezug zu 3 näher erläutert,
die eine Ansicht des Planetengetriebes 42 in Blickrichtung
der Planetengetriebeachse 41 zeigt. Das Sonnenrad 44 dreht
um die Planetengetriebeachse 41 und weist eine stirnseitige
Verzahnung auf, die der Übersichtlichkeit halber in 3 nicht
dargestellt ist. Mit dieser Verzahnung kämmt die Verzahnung
eines Planetenrades 46, die ebenfalls nicht dargestellt
ist. Das Planetenrad 46 ist auf einer Planetenträgerachse 50 des
Planetenträgers 54 drehbar gelagert. Am selben
Planetenträger 54 ist an der Planetenträgerachse 52 das
zweite Planetenrad 48 drehbar gelagert, das mit der Verzahnung
des ersten Planetenrades 46 kämmt. Die Planetenräder 46, 48 bilden
einen Planetenradsatz. In 3 sind zwei
gegenüberliegende derartige Planetenradsätze gezeigt.
Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei
denen nur einer, drei oder noch mehr derartige Planetenradsätze
zwischen Sonnenrad 44 und Hohlrad 46 angeordnet
sind. Das äußere Planetenrad 48 des jeweiligen
Planetenradsatzes kämmt mit der Innenverzahnung des Hohlrades 56.
Eine Drehung des Sonnenrades 44 bei festgehaltenem Hohlrad 56 zum
Beispiel in der angegebenen Pfeilrichtung A bewirkt über
die angegebenen Drehungen der Planetenräder 46, 48 eine
Bewegung des Planetenträgers 54 in einer Richtung
B, die gegenüber der Drehrichtung des Sonnenrades umgekehrt
ist. Durch geeignete Auswahl der Zahnzahlen der Planetenräder, des
Sonnenrades und des Hohlrades sind unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse
einstellbar. Abweichend von der in 3 gezeigten
Ausführung können die Planetenräder eines
Planetenradsatzes auch unterschiedliche Durchmesser haben.
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Das
Hohlrad 56 ist bei der in 2 gezeigten Ausführungsform
in Pfeilrichtung 59 parallel zur Planetengetriebeachse 41 verschiebbar
und ist in 2 in einer ersten Stellung gezeigt,
bei der es mit dem Planetenträger 54 verbunden
ist. Dazu kann zum Beispiel an dem Planetenträger 54 an
dessen Stirnseite eine stirnseitige Verzahnung vorgesehen sein, in
die die Innenverzahnung des Hohlrades 56 in der ersten
Stellung eingreift.
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Gemäß 2 ist
eine Gegenverzahnung 60 vorgesehen, die fest mit dem Gehäuse 62 des
Zusatzgetriebes 100 verbunden ist, und mit der eine äußere
Verzahnung 58 des Hohlrades 56 in dessen zweiter
Stellung zusammenwirkt, wie es mit Bezug zu 4 näher
erläutert werden wird.
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Das
zweite Stirnrad 20, das fest mit der Zwischenwelle 40 verbunden
ist, kämmt mit einem fünften Stirnrad 70,
das mit einer in an sich bekannter Weise in Kegelradwellenlagern 73 gelagerten
Kegelradwelle 72 dreht, die mit dem Kegelrad 74 eines
Differentials 68 verbunden ist. Das Kegelrad 74 kämmt in
an sich bekannter Weise mit dem Tellerrad 76 des Differentials 68.
Das Tellerrad 76 ist mit der Tellerradwelle 82 verbunden,
die andererseits mit dem Differentialkorb 78 des Differentials 68 verbunden
ist. In an sich bekannter Weise dient das Differential 68 zum
Antrieb der Halbachsen der Sekundärachse 80.
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4 zeigt
dieselbe Ausführungsform wie 2, nur dass
hier das Hohlrad 56 in seiner zweiten Stellung ist, bei
der seine äußere Verzahnung 58 mit der
Gegenverzahnung 60 verkoppelt ist, die fest mit dem Gehäuse 62 des
Zusatzgetriebes 100 verbunden ist. Insofern kann sich das
Hohlrad 56 in seiner zweiten Stellung, die in 4 gezeigt
ist, nicht mehr bewegen.
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Zur
Verschiebung des Hohlrades 56 entlang der Pfeilrichtung 59 zwischen
der in 2 dargestellten ersten Position und der in 4 dargestellten zweiten
Position ist eine nicht dargestellte Schaltvorrichtung vorgesehen,
die für die axiale Verschiebung 59 des Hohlrades 56 sorgt.
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Die
Wirkungsweise des in den 2 und 4 dargestellten
Antriebsstranges ist wie folgt:
Über die Kurbelwelle 10 wird
ein Antriebsdrehmoment übertragen. In einem ersten Fall
ist die Reibungskupplung 12 eingerückt und die
Reibungskupplung 22 ausgerückt, wodurch ein im
Folgenden geschilderter Teilantriebsstrang wirksam wird. Mit dem
Kupplungskorb 16 der ersten Reibungskupplung 12 dreht
sich das erste Stirnrad 18 und kämmt mit dem zweiten
Stirnrad 20. Das zweite Stirnrad 20 kämmt
mit dem fünften Stirnrad 70, das sich mit der Kegelradwelle 72 und
insofern mit dem Kegelrad 74 des Differentials 68 dreht.
Insgesamt wird das von der Kurbelwelle 10 gelieferte Antriebsmoment
mit einer Gesamtübersetzung an die Sekundärachse 80 geliefert,
die einer Multiplikation der von dem ersten Stirnrad 18 auf
das zweite Stirnrad 20 wirkenden Übersetzung,
der von dem zweiten Stirnrad 20 auf das fünfte
Stirnrad 70 wirkenden Übersetzung und der von
dem Differential 68 zur Verfügung gestellten Übersetzung
entspricht.
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Mit
dem zweiten Stirnrad 20 dreht der Planetenträger 54 des
Doppelplanetengetriebes 42. In der in 2 gezeigten
ersten Stellung des Hohlrades 56 ist der Planetenträger 54 mit
dem äußeren Planetenrad 48 des jeweiligen
Planetenradsatzes verblockt. Das äußere Planetenrad 48 und
damit auch das innere Planetenrad 46 und das Sonnenrad 44 können sich
weder relativ zum Planetenträger 54 noch relativ zum
Hohlrad 56 bewegen und drehen sich daher zusammen mit diesem.
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Insofern
dreht sich zwar auch das mit dem Sonnenrad 44 drehfest
verbundene vierte Stirnrad 30, das mit dem dritten Stirnrad 28 kämmt,
das mit dem Kupplungskorb 26 der zweiten Reibungskupplung 22 verbunden
ist. Da die zweite Reibungskupplung 22 jedoch ausgerückt
ist, bleibt diese Mitbewegung, die gegebenenfalls eine andere Drehgeschwindigkeit
aufweist als der Kupplungskorb 16, ohne Wirkung.
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In
einer anderen Betriebsweise ist die erste Reibungskupplung 12 ausgerückt
und die zweite Reibungskupplung 22 eingerückt.
Der Kupplungskorb 26 der zweiten Reibungskupplung 22 überträgt über
das dritte Stirnrad 28 das Drehmoment der Kurbelwelle 10 auf
das vierte Stirnrad 30. In der in 2 gezeigten
ersten Stellung des Hohlrades 56 ist, wie oben bereits
angedeutet, das vierte Stirnrad 30 drehfest mit dem Planetenträger 54 verblockt,
so dass die Drehbewegung des vierten Stirnrades 30 1:1
auf das zweite Stirnrad 20 und damit auf die Zwischenwelle 40 übertragen
wird. Die Drehbewegung des zweiten Stirnrades 20 wird zwar über
das erste Stirnrad 18 auf den Kupplungskorb 16 übertragen,
ohne dass dies jedoch auf die Kupplungsnabe 14 der ersten Reibungskupplung 12 weiter übermittelt
wird, da die erste Reibungskupplung 12 ausgerückt
ist. In bereits beschriebener Weise wird schließlich die
Drehbewegung des zweiten Stirnrades 20 über das
Stirnrad 70 und das Differential 68 auf die Sekundärachse 80 übertragen.
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Die
bei eingerückter zweiter Reibungskupplung 22 und
bei ausgerückter erster Reibungskupplung 12 eingestellte
Gesamtübersetzung des entsprechenden Teilantriebsstranges
entspricht einer Multiplikation der Übersetzung, die von
dem dritten Stirnrad 28 auf das vierte Stirnrad 30 wirkt,
der Übersetzung, die von dem zweiten Stirnrad 20 auf
das fünfte Stirnrad 70 wirkt und der Übersetzung,
die das Differential 68 bereitstellt.
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Da
die Durchmesser des zweiten Stirnrades 20 und des vierten
Stirnrades 30 unterschiedlich sind, stellt der zweite Teilantriebsstrang
bei eingerückter zweiter Reibungskupplung 22 eine
andere Übersetzung zur Verfügung, als der erste
Teilantriebsstrang bei eingerückter erster Reibungskupplung 12.
Insbesondere können zum Beispiel die Zahnzahlen der einzelnen
Elemente so gewählt sein, dass sich bei eingerückter
zweiter Reibungskupplung 22 eine Gesamtübersetzung
einstellt, die im Wesentlichen dem zweiten Gang des Hauptgetriebes 106 entspricht
und sich bei eingerückter erster Reibungskupplung eine
Gesamtübersetzung einstellt, die im Wesentlichen dem sechsten
Gang des Hauptgetriebes 106 entspricht.
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Die
Reibungskupplungen 12, 22 müssen jeweils
nicht vollständig eingerückt sein, sondern können
auch mit Schlupf betrieben werden, so dass sie auch bei anderen
eingestellten Gangstufen des Hauptgetriebes 106 verwendet
werden können, um einen Teil des Antriebsmomentes des Motors 102 auf die
Sekundärachse 80 zu übertragen.
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Mit
der in 2 gezeigten ersten Einstellung des Hohlrades 56 sind
dementsprechend Gangstufen einstellbar, die Vorwärtsgangstufen
des Hauptgetriebes 106 entsprechen.
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4 zeigt
dieselbe Ausführungsform demgegenüber einen Zustand,
in dem sich das Hohlrad 56 in seiner zweiten Stellung befindet.
Hier wird das Hohlrad 56 mit Bezug zu dem Gehäuse 62 des
Zusatzgetriebes festgehalten, da die äußere Verzahnung 58 des
Hohlrades 56 mit der feststehenden Gegenverzahnung 60 verkoppelt
ist. Wenn die erste Reibungskupplung 12 eingerückt
ist und die zweite Reibungskupplung 22 ausgerückt
ist, ändert dies an dem Übersetzungsverhältnis
zwischen der Kurbelwelle 10 und der Sekundärachse 80 nichts
gegenüber der Stellung, in der das Hohlrad 56 sich
in seiner in 2 gezeigten, ersten Stellung
befindet.
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Wenn
jedoch die erste Reibungskupplung 12 ausgerückt
ist und die zweite Reibungskupplung 22 eingerückt
ist, wird eine Drehrichtungsumkehr im Planetengetriebe 42 bewirkt.
Die über die zweite Reibungskupplung 22, das dritte
Stirnrad 28, das vierte Stirnrad 30 und das Sonnenrad 44 an
das Planetengetriebe übermittelte Drehbewegung wird, wie
mit Bezug zu 3 beschrieben, in eine umgekehrte Drehbewegung
des Planetenträgers 54 umgesetzt. Das mit dem
Planetenträger 54 verbundene zweite Stirnrad 20 dreht
sich dementsprechend anders herum als das mit dem Sonnenrad 44 verbundene
vierte Stirnrad 30. Diese umgekehrte Drehbewegung des zweiten
Stirnrades 20 wird in beschriebener Weise über
das fünfte Stirnrad 70 und das Differential 68 an die
Sekundärachse 80 übermittelt.
-
Die
umgekehrte Drehbewegung des zweiten Stirnrades 20 wird
zwar über das erste Stirnrad 18 an den Kupplungskorb 16 der
ersten Reibungskupplung 12 übermittelt, die jedoch
ausgerückt ist.
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In
der in 4 gezeigten Einstellung, in der sich das Hohlrad 56 in
seiner zweiten Stellung befindet, wird die Drehbewegung der Kurbelwelle 10 mit einer
Gesamtübersetzung an die Sekundärachse 80 übermittelt,
die einer Multiplikation der Übersetzung, die zwischen
dem dritten Stirnrad 28 und dem vierten Stirnrad 30 wirkt,
der Übersetzung, die das Doppelplanetengetriebe 42 zwischen
dem Sonnenrad 44 und dem Planetenträger 54 bereitstellt,
der Übersetzung, die zwischen dem zweiten Stirnrad 20 und
dem fünften Stirnrad 70 wirkt, und der Übersetzung,
die das Differential 68 zur Verfügung stellt,
entspricht. Nachdem in dem Planetengetriebe 42 eine Drehrichtungsumkehr
stattfindet, ist dessen Übersetzungsverhältnis
negativ und insofern auch die Gesamtübersetzung zwischen
der Kurbelwelle 10 und der Sekundärachse 80 negativ.
Mit Hilfe des Zusatzgetriebes 100 lässt sich also
auch eine Übertragung eines Teils des Antriebsmomentes
des Motors 102 auf die Sekundärachse 80 bewirken,
wenn das Hauptgetriebe 106 sich in einer Rückwärtsgangstufe
befindet. Der Allradantrieb ist also auch für die Rückwärtsfahrt einsetzbar,
obwohl die Auskopplung eines Teils des Antriebsmomentes des Motors 102 nicht
im Kraftfluss zwischen dem Motor 102 und der Primärachse 108 nach
dem Hauptgetriebe 106 geschieht.
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5 zeigt
eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Antriebsstranges.
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Hier
ist das Planetengetriebe 42 nicht an der Zwischenwelle 40 vorgesehen,
sondern an der Kegelradwelle 72 des Differentials 68.
Das vierte Stirnrad 300 ist drehfest mit der Zwischenwelle 40 verbunden.
Das fünfte Stirnrad 700, das mit dem zweiten Stirnrad 20 an
der Zwischenwelle 40 kämmt, ist bei dieser Ausführungsform
mit dem Sonnenrad 44 des Planetengetriebes 42 verbunden.
Der Planetenträger 54 des Planetengetriebes 42 ist
andererseits drehfest mit der Kegelradwelle 72 verbunden.
Die Planetengetriebeachse 71 ist bei dieser Ausführungsform also
koaxial zu der Kegelradwelle 72.
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Die übrigen
Elemente entsprechen der Ausführungsform der 2 bzw. 4.
Auch bei der Ausführungsform der 5 umfasst
das Zusatzgetriebe die zwei Reibungskupplungen 12, 22 und
das Planetengetriebe 42, das hier allerdings – durch
die Zwischenwelle 40 von den Reibungskupplungen 12, 22 getrennt – an
dem Differential 68 vorgesehen ist.
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Bei
eingerückter Kupplung 12 und ausgerückter
Kupplung 22 wird die Drehbewegung der Kurbelwelle 10 mit
entsprechenden Übersetzungen über das erste Stirnrad 18,
das zweite Stirnrad 20 und das fünfte Stirnrad 700 an
das Sonnenrad 44 des Planetengetriebes 42 übermittelt.
In der in 5 gezeigten ersten Stellung
des Hohlrades 56 ist das Planetengetriebe 42 verblockt,
so dass die Drehbewegung des fünften Stirnrades 700 1:1
an die Kegelradwelle 72 übergeben wird, die es über
das Differential 68 an die Sekundärachse 80 weiter übermittelt.
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Ist
andererseits die erste Reibungskupplung 12 ausgerückt
und die zweite Reibungskupplung 22 eingerückt,
wird die Drehbewegung der Kurbelwelle 10 mit den entsprechenden Übersetzungsverhältnissen über
das dritte Stirnrad 28 auf das vierte Stirnrad 300 übertragen.
Da dieses mit der Zwischenwelle 40 fest verbunden ist,
wird die Drehbewegung des vierten Stirnrades 300 direkt
an die Zwischenwelle 40 und damit an das zweite Stirnrad 20 übergeben.
Das zweite Stirnrad 20 kämmt mit dem fünften
Stirnrad 700, von dem die Drehbewegung in bereits beschriebener
Weise durch das Planetengetriebe 42 an das Differential 68 gegeben
wird.
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Analog
wie in 4 gezeigt, kann das Hohlrad 56 auch bei
der Ausführungsform der 5 mit einer
nicht gezeigten Schaltvorrichtung in Pfeilrichtung 59 axial
bewegt werden, bis die äußere Verzahnung 58 des
Hohlrades 56 mit der feststehenden Gegenverzahnung 60 in
Eingriff kommt und insofern das Hohlrad 56 an dem Gehäuse 62 drehfest
gehalten ist. Die Drehbewegung des fünften Stirnrades 700 wird dann
analog zu der mit Bezug zu 4 erläuterten Wirkungsweise
des Planetengetriebes 42 mit umgekehrter Drehrichtung auf
die Kegelradwelle 72 des Differentials 68 übertragen,
wobei das Übersetzungsverhältnis zwischen dem
fünften Stirnrad 700 und der Kegelradwelle 72 durch
die für das Planetengetriebe 42 gewählten
Zahnzahlen der Planetenräder 46, 48, des
Sonnenrades 44 und des Hohlrades 56 bestimmt ist.
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Auch
mit der Ausführungsform der 5 sind also
unterschiedliche Übersetzungen in Vorwärtsrichtung
einstellbar, je nachdem ob die erste Reibungskupplung 12 oder
die zweite Reibungskupplung 22 eingerückt ist.
Ebenso wie bei der Ausführungsform der 2 und 4 können
die Reibungskupplungen 12, 22 auch mit Schlupf
betrieben werden. Eine Anpassung an Vorwärtsgangstufen
des Hauptgetriebes 106 ist damit möglich. Durch
Bewegen des Hohlrades 56 in die zweite Stellung lässt
sich zudem mit einer durch das Planetengetriebe 42 bestimmten Übersetzung
eine Drehrichtungsumkehr einstellen, so dass die Sekundärachse
auch bei Rückwärtsfahrt angetrieben werden kann,
obwohl die Antriebsmomentabzweigung im Kraftfluss nicht erst nach
dem Hauptgetriebe 106 geschieht.
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Bei
einer nicht gezeigten Ausführungsform ist das Planetengetriebe 42 nicht
an der Kegelradwelle 72 des Differentials 68 vorgesehen,
sondern an dessen Tellerradwelle 82. Bei einer solchen
Ausgestaltung ist das Tellerrad 76 in analoger Weise wie
bei der Ausführungsform der 5 mit dem Sonnenrad 44 verbunden
und der Planetenträger 54 ist mit dem Differentialkorb 78 drehfest
verbunden. Andererseits ist bei einer solchen Ausführungsform
abweichend von der Ausführungsform der 5 das
fünfte Stirnrad 700 drehfest mit der Kegelradwelle 72 verbunden.
Die Funktionsweise einer solchen Ausführungsform entspricht
der Funktionsweise der 5 in analoger Weise.
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Im
Antriebsstrang können in an sich bekannter Weise noch weitere – hier
nicht dargestellte – Mittel zur Weiterleitung des Kraftflusses
von der Antriebseinheit auf die Sekundärachse zwischengeschaltet
sein, zum Beispiel Kardanglieder, -wellen oder weitere Zahnräder.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang ist es auch
bei allradgetriebenen Fahrzeugen, bei denen das Antriebsmoment für
die Sekundärachse bereits vor dem Hauptgetriebe ausgekoppelt
wird, möglich, an der Sekundärachse unterschiedliche
Vorwärtsgangstufen und zumindest eine Rückwärtsgangstufe
einzustellen. Durch die bezüglich der Kupplungsachse versetzte
Anordnung des Planetengetriebes – insbesondere an einer
Welle im Kraftfluss zwischen den beiden Reibungskupplungen und der Sekundärachse – ist
zudem eine optimale Anpassung an die Raumverhältnisse in
dem jeweiligen Kraftfahrzeug möglich.
-
- 10
- Kurbelwelle
- 11
- Kupplungsachse
- 12
- Reibungskupplung
- 14
- Kupplungsnabe
- 16
- Kupplungskorb
- 18
- erstes
Stirnrad
- 20
- zweites
Stirnrad
- 22
- Reibungskupplung
- 24
- Kupplungsnabe
- 26
- Kupplungskorb
- 28
- drittes
Stirnrad
- 30
- viertes
Stirnrad
- 32
- Kurbelwellenlager
- 38
- Zwischenwellenlager
- 40
- Zwischenwelle
- 41
- Planetengetriebeachse
- 42
- Planetengetriebe
- 44
- Sonnenrad
- 46
- inneres
Planetenrad eines Planetenradsatzes
- 48
- äußeres
Planetenrad eines Planetenradsatzes
- 50
- Planetenträgerachse
- 52
- Planetenträgerachse
- 54
- Planetenträger
- 56
- Hohlrad
- 58
- äußere
Verzahnung des Hohlrades
- 59
- Hohlradverschiebung
- 60
- Gegenverzahnung
- 62
- Gehäuse
- 68
- Differential
- 70
- fünftes
Stirnrad
- 71
- Planetengetriebeachse
- 72
- Kegelradwelle
- 73
- Kegelradwellenlager
- 74
- Kegelrad
- 76
- Tellerrad
- 78
- Differentialkorb
- 80
- Sekundärachse
- 82
- Tellerradwelle
- 100
- Zusatzgetriebe
- 102
- Motor
- 104
- Hauptkupplung
- 106
- Hauptgetriebe
- 108
- Primärachse
- 110
- Differential
der Hauptachse
- 300
- zweites
Stirnrad
- 700
- fünftes
Stirnrad
- A,
B
- Drehrichtungen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2005/080117
A2 [0003, 0003]