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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für einen selektiv zu- oder abschaltbaren Antriebsstrang einer zweiten Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs mit einer von einer Getriebeausgangswelle eines Zahnräderwechselgetriebes aus permanent angetriebenen ersten Antriebsachse, wobei in dem selektiv zu- oder abschaltbaren Antriebsstrang ein mit einem Kegelritzel einer Kegelritzelwelle in Eingriff stehendes Tellerrad angeordnet ist, das antriebsseitig mittels einer Kupplung an einen Differentialkorb der ersten Antriebsachse kuppelbar ist, mit dem eine Hohlwelle drehfest verbunden ist, wobei die Hohlwelle eine zum Radantrieb führende Achswelle konzentrisch umgibt.
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Außerdem betrifft die Erfindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 eine Antriebsanordnung für einen selektiv zu- oder abschaltbaren Antriebsstrang einer zweiten Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs mit einer von einer Getriebeausgangswelle eines Zahnräderwechselgetriebes aus permanent angetriebenen ersten Antriebsachse, wobei in dem selektiv zu- oder abschaltbaren Antriebsstrang ein mit einem Kegelritzel einer Kegelritzelwelle in Eingriff stehendes Tellerrad angeordnet ist, das abtriebsseitig mittels einer Kupplung an einen Differentialkorb der zweiten Antriebsachse kuppelbar ist, mit dem eine Hohlwelle drehfest verbunden ist, wobei die Hohlwelle eine zum Radantrieb führende Achswelle konzentrisch umgibt, durch das Tellerrad hindurchgeführt ist und an ihrem über das Tellerrad vorragenden Endabschnitt ein erstes Kuppelelement zum An- oder Abkuppeln des Differentialkorbes der zweiten Antriebsachse an das Tellerrad aufnimmt.
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Personenkraftfahrzeuge weisen unterschiedliche Antriebskonzepte auf. Am häufigsten werden diese Fahrzeuge mit nur einer angetriebenen Achse versehen. In der Regel ist ein Frontmotor unmittelbar mit einem Getriebe verbunden, wobei im Falle eines Frontantriebs zumeist der Frontmotor und das Getriebe quer in das Fahrzeug eingebaut sind, während bei einem Heckantrieb der Frontmotor gemeinsam mit dem Getriebe längs eingebaut ist und eine Kardanwelle zu einem separaten Hinterachsgetriebe führt. Zur Verbesserung des Traktionsverhaltens und des maximal übertragbaren Drehmoments werden Kraftfahrzeuge zunehmend mit einem Allradantrieb ausgerüstet, bei dem die zweite Antriebsachse über eine sogenannte PTU (Power Take Off Unit) permanent angetrieben oder von dieser aus als sogenannter On-Demand-AWD selektiv zu- oder abschaltbar ist. Dabei besteht das grundsätzliche Ziel, in letztgenannten Antriebssystemen im Modus mit nur einer angetriebenen Achse nach Möglichkeit rotierende Antriebselemente der zuschaltbaren Antriebsachse still zu setzen, um Reibungs- und Planschverluste sowie einen daraus resultierenden Mehrverbrauch von Kraftstoff zu verhindern.
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Eine Antriebsanordnung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 genannten Gattung ist aus der
DE 10 2008 037 886 A1 bekannt. Dabei sind, wie der schematischen Darstellung dieses Antriebskonzepts in
1 der
DE 10 2008 037 886 A1 entnommen werden kann, für ein Personenkraftfahrzeug mit Frontantrieb Kupplungsmittel zwischen zwei Hohlwellenabschnitten vorgesehen, von denen der eine Abschnitt drehfest mit einem Differentialkorb der ersten ständig angetriebenen Antriebsachse und der andere Abschnitt drehfest mit einem Tellerrad verbunden ist. Ein Differentialkorb, der sich im Getriebegehäuse des an den Verbrennungsmotor angeflanschten Zahnräderwechselgetriebes befindet, wird von einer Getriebeausgangswelle über eine Stirnradpaarung angetrieben. Abtriebsseitig kämmt in dem Tellerrad ein Kegelritzel, das auf einer zur zweiten Achse führenden Längsachse, vorzugsweise einer Kardanwelle, angeordnet ist. Weiterhin kann auch die Längsachse, also Kardanwelle, mittels einer weiteren Kupplung von der zweiten Antriebsachse getrennt werden, so dass die bereits erläuterten Planschverluste an den Kegelrädertrieben und im übrigen auch eventuelle Reibungsverluste vermieden werden können. Zu diesem Zweck ist eine Lamellenkupplung zwischen einem abtriebsseitigen Tellerrad und einem Differentialkorb der zweiten Antriebsachse angeordnet.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsanordnung für eine zweite selektiv antreibbare Achse zu schaffen, bei der die Kupplung in das Gehäuse der Anordnung integriert werden kann, ohne dass gegenüber einem vergleichbaren Antrieb mit permanentem Antrieb der zweiten Antriebsachse die baulichen Abmessungen der Getriebeeinheiten verändert werden müssten.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1, in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauf folgenden abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 soll die Hohlwelle durch das Tellerrad hindurchgeführt sein, wobei sie an ihrem über das Tellerrad vorragenden Endabschnitt ein erstes Kuppelelement zum Zu- oder Abschalten des Antriebsstrangs der zweiten Antriebsachse aufnimmt. Weiterhin soll das Tellerrad an seinem mit einer Verzahnung versehenen axialen Ende einen vorkragenden Bund aufweisen, der an seinem vom Tellerrad abgewandten Ende in einem Achsgehäuse gelagert ist. Schließlich soll an einem von der kegeligen Verzahnung abgewandten axialen Ende am Tellerrad ein Kupplungssattel ausgebildet sein, der radial außen ebenfalls am Achsgehäuse gelagert ist, und welcher zweite Kuppelelemente sowie eine Betätigungseinrichtung der Kupplung aufnimmt. Es ergibt sich somit trotz der Anordnung der Kupplung innerhalb der Erstreckung des Tellerrades insgesamt eine breite Abstützbasis des Tellerrades, so dass die an diesem auftretenden hohen Kippmomente in vorteilhafter Weise vom Achsgehäuse aufgenommen werden können. Von Vorteil ist weiterhin die sehr kompakte Ausbildung der aus dem Tellerrad und der Kupplung bestehenden Einheit. Das Tellerrad wird bei abgeschaltetem Antrieb der zweiten Achse über die Kupplung von der Hohlwelle getrennt, so dass am Tellerrad keine Planschverluste auftreten, natürlich unter der Voraussetzung, dass das Tellerrad mitsamt der zu der zweiten Achse führenden Längs- oder Kardanwelle durch eine weitere Kupplung vom Differential der zweiten Antriebsachse getrennt ist.
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Diese zweite Kupplungsanordnung, mittels welcher der Antriebsstrang der zweiten Antriebsachse durch Kuppeln eines Tellerrades mit einem Differentialkorb der zweiten Antriebsachse zu- oder abgeschaltet werden kann, ist Gegenstand des Patentanspruchs 2. Danach soll das Tellerrad in Kombination mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs an seinem mit einer Verzahnung versehenen axialen Ende einen vorkragenden Bund aufweisen, der an seinem vom Tellerrad abgewandten Ende in einem Achsgehäuse gelagert ist. Weiterhin soll an einem von der Verzahnung abgewandten axialen Ende am Tellerrad ein Kupplungssattel ausgebildet sein. Dieser Kupplungssattel ist an einer äußeren Umfangsfläche ebenfalls im Achsgehäuse gelagert und nimmt zweite Kuppelelemente sowie eine Betätigungseinrichtung der Kupplung auf. Mit dieser Anordnung lässt sich im Bereich des Differentialkorbes der zweiten Antriebsachse ebenfalls eine sehr kompakte und somit raumsparende Bauweise der Antriebselemente erzielen. Dabei kann das Tellerrad in vorteilhafter Weise über die Lageranordnung zwischen dem Kupplungssattel und dem Achsgehäuse einerseits sowie die Lageranordnung zwischen den Bund und dem Achsgehäuse andererseits mit einer breiten Abstützbasis abgestützt werden. Durch die Integration des Kupplungssattels in das Tellerrad kann insgesamt eine sehr kompakte axiale Bauweise der Kupplungsanordnung realisiert werden.
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Demgegenüber benötigt die in der
DE 10 2008 037 886 A1 dargestellte und beschriebene Anordnung einer Kupplung innerhalb der Power Take Off Unit, die vom Differentialgehäuse der ersten ständig angetriebenen Antriebsachse angetrieben wird, einen erheblich größeren axialen Bauraum. Hierbei ist die Kupplung nämlich an einem Ende einer von dem Tellerrad ausgehenden und drehfest mit diesem verbundenen Hohlwelle angeordnet und der kegelförmigen Verzahnung des Tellerrades zugewandt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll sich der vom Tellerrad ausgehende Bund axial bis über die radiale Außenkontur des Kegelritzels erstrecken. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine relativ große Abstützlänge des vom Tellerrad ausgehenden Bundes, wobei sich der Bund, ausgehend von einem stirnseitigen Ende des Kegelritzels bis zu seiner Lagerung im Achsgehäuse erstreckt.
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Weiterhin soll die Hohlwelle in der aus dem Tellerrad, dem Bund und dem Kupplungssattel bestehenden Einheit gelagert sein, und zwar einerseits an dem vom Tellerrad abgewandten Ende und andererseits im Bereich des Kupplungssattels. Die Lagerungen sollen zur Reduzierung der Reibung zwischen rotativ zueinander bewegten Bauteilen als Wälzlager ausgebildet sein. Insbesondere eignen sich dafür Kugellager oder Nadellager. Letztere weisen den Vorteil geringer radialer Abmessungen auf. Diese kompakte Lagerung ermöglicht rotative Relativbewegungen zwischen den Bauteilen und führt insgesamt zu einer erheblichen Verringerung von Reibungsverlusten und somit zu einer Kraftstoffeinsparung im ausgeschalteten Zustand des Allradantriebes.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Kupplung als mit einer Synchronisationsvorrichtung versehene Klauenkupplung ausgebildet ist. Eine derartige Kupplungsausbildung ähnelt derjenigen, die bei der Schaltung von Zahnräderwechselgetrieben verwendet wird. Es kann sich folglich um eine Anordnung mit einer Schiebemuffe, einer Kuppelverzahnung, Sperrverzahnung und einem Synchronring handeln. Darüber hinaus besteht aber auch die Möglichkeit, an Stelle der mit einem Synchronring und einer Sperrverzahnung versehenen Synchronisation eine solche zu verwenden, die einen Gleichlauf mittels Lamellenpaketen herbeiführt. Insgesamt kann aber auch statt der vorgenannten Klauenkupplung eine Reibungskupplung vorgesehen sein. Dabei eignet sich in besonderer Weise eine Lamellenkupplung, mit der trotz geringer radialer Abmessungen ein großes Drehmoment übertragen werden kann.
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Das Ein- oder Ausrücken der Kupplung kann durch eine hydraulische oder elektromechanische Betätigung bewerkstelligt werden. Eine hydraulische Betätigung ist dadurch in vorteilhafter Weise realisierbar, dass ein Druckmittelkanal durch den Bund des Tellerrades verläuft und eine Rückstellfeder für ein Trennen der Kupplung im Tellerrad oder im Kupplungssattel angeordnet ist. Der Bund eignet sich in besonderer Weise dafür, diesen von außen über eine ihn umgreifende und abgedichtete Druckmittelzuführung mit einem Hydraulikmedium zu versorgen, das über zumindest eine im Bund vorgesehene Längsbohrung zu einem Hydraulikkolben der Kupplungsbetätigung geführt wird. Ein Ausrücken der Kupplung und folglich Rückstellung des Hydraulikkolbens erfolgt mittels einer im Kupplungssattel angeordneten Rückstellfeder.
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Alternativ dazu kann die Kupplungsbetätigung aber auch elektromechanisch erfolgen. Dafür eignet sich in besonderer Weise ein Elektromotor mit einem linearen Stellantrieb. Der lineare Stellantrieb kann als Kugelgewindetrieb oder als Planetenwälztrieb, bei dem planetenartig angeordnete Gewindemuttern zwischen einer Spindel und einer Außenmutter angeordnet sind, ausgebildet sein. Außerdem besteht die Möglichkeit, den Stellantrieb als Kugelrampentrieb auszubilden. Innerhalb des elektromechanischen Stellantriebs kann zwischen feststehenden und rotierenden Elementen ein Axialnadellager angeordnet sein. Von Vorteil bei der Betätigung ist ferner, dass zu Beginn des Betätigungsvorgangs der Antrieb des Tellerrades ausgekuppelt ist und somit die aus Bund, Tellerrad und Kupplungssattel bestehende Einheit still steht.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung näher dargestellt. In der einzigen Figur ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung gezeigt, bei der mittels eines an einen Differentialkorb kuppelbaren Tellerrades eine zweite Antriebsachse selektiv zu- oder abschaltbar ist. Der allgemeine Aufbau eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges ist aus den Figuren des gattungsbildenden Standes der Technik ersichtlich.
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In der einzigen Figur ist mit 1 eine zu einem nicht näher dargestellten Fahrzeugrad führende erste Antriebsachse dargestellt. Eine Achswelle 1a dieser Antriebsachse 1 steht innerhalb eines ebenfalls nicht dargestellten Differentialkorbes der ersten Antriebsachse mit einem nicht dargestellten Kegelrad in Verbindung. Weiterhin soll, wie allgemein üblich und in der Figur ebenfalls nicht dargestellt, der Differentialkorb über ein Stirnradpaar von einer Ausgangswelle eines Zahnräderwechselgetriebes angetrieben werden.
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Eine mit 2 bezeichnete Hohlwelle umgibt die Antriebswelle 1 konzentrisch und ist drehfest mit dem Differentialkorb der ersten Antriebsachse verbunden. Auf dieser Hohlwelle 2 ist eine Mitnehmerscheibe 3 einer Kupplung 4 angeordnet. Die Hohlwelle 2 ist in einem Tellerradträger 5 drehbar gelagert. Dieser Tellerradträger 5 besteht aus dem eigentlichen Tellerrad 6 mit einer kegeligen Verzahnung 7, die mit einer Verzahnung eines auf einer Kegelritzelwelle 8 angeordneten Kegelritzels 9 kämmt. Diese Kegelritzelwelle 8 führt über eine nicht dargestellte Längswelle bzw. Kardanwelle zu einem Hinterachsgetriebe.
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Weiterhin ist Bestandteil des Tellerradträgers 5 ein auf der Seite von der kegelförmigen Verzahnung 7 des Tellerrades 6 angeordneter Bund 10, der sich axial von der Verzahnung 7 weg erstreckt. Auf der von der Verzahnung 7 abgewandten Seite weist der Tellerradträger 5 einen Kupplungssattel 11 auf, der die Mitnehmerscheibe 3 übergreift. Für die zuvor angegebene Lagerung der Hohlwelle 2 gegenüber dem Tellerradträger 5 sind ein erstes Wälzlager 12 zwischen einem axial vorkragenden Abschnitt 13 des Kupplungssattels 11 und der Hohlwelle 2, sowie ein zweites Wälzlager 14 zwischen dem Bund 10 und der Hohlwelle 2 vorgesehen. Beide Wälzlager 12 und 14 können als Kugel- oder Nadellager ausgebildet sein. Der Kupplungssattel 11 setzt sich aus einem axial verlaufenden, die Mitnehmerscheibe 3 an ihrem Umfang umschließenden zylindrischen Abschnitt und dem davon aus radial nach innen verlaufenden ringförmigen Abschnitt 13 zusammen.
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Der Bund 10 ist im Übrigen mittels eines dritten Wälzlagers 15 in einem im einzelnen nicht dargestellten Achsgehäuse gelagert, während am anderen Ende dieser Anordnung der Kupplungssattel 11 radial außen ebenfalls im Achsgehäuse über ein viertes Wälzlager 16 gelagert ist. Auch für diese Lagerungen eignen sich Kugel- oder Nadellager. Ein Hydraulikkolben 17 wird aus einer Druckmittelquelle 18 über vorzugsweise im Bund 10 des Tellerradträgers 5 verlaufende Pfade 19 mit einem nicht dargestellten Wegeventil mit hydraulischem Druck versorgt. Eine Übergabestelle für das hydraulische Druckmedium, die als abgedichtete Druckmittelzuführung ausgebildet sein kann, ist mit 21 bezeichnet. An dieser Übergabestelle 21 findet keine relative Drehbewegung des Bundes 10 statt, wenn die Kupplung ausgekuppelt ist.
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In der Zeichnung ist ein Kegelritzel 20 gestrichelt dargestellt, womit verdeutlicht werden soll, dass es sich auch um eine Anordnung handeln kann, bei welcher das mit der Hohlwelle 2 kuppelbare Tellerrad 6 in entsprechender Weise im Achsgehäuse der zweiten Antriebsachse angeordnet ist. Dann sorgt eine Trennung des Tellerrades 6 von der Hohlwelle 2 dafür, dass die zweite Antriebsachse nicht mehr mit der längs im Fahrzeug verlaufenden Kardanwelle in Verbindung steht. Zudem kann bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung sowohl im Bereich der ersten als auch der zweiten Antriebsachse bei nicht angetriebener zweiten Antriebsachse die Kardanwelle insgesamt still gesetzt werden, so dass Planschverluste verhindert werden.
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Der einzigen Figur kann entnommen werden, dass sich durch die Anordnung des mit dem Bund 10 und des Kupplungssattels 11 versehenen Tellerrades 6 zum einen eine sehr kompakte axiale Bauweise ergibt und dass der Bund 10 und der Kupplungssattel 11 in vorteilhafter Weise für eine günstigen Abstützung des Tellerradträgers 5 sorgen. Es ist erkennbar, dass sich eine derartige Anordnung sowohl für eine antrieb- als auch abtriebsseitige Verwendung eignet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsachse
- 1a
- Antriebswelle
- 2
- Hohlwelle
- 3
- Mitnehmerscheibe
- 4
- Kupplung
- 5
- Tellerradträger
- 6
- Tellerrad
- 7
- Verzahnung
- 8
- Kegelritzelwelle
- 9
- Kegelritzel
- 10
- Bund
- 11
- Kupplungssattel
- 12
- erstes Wälzlager
- 13
- vorkragender Abschnitt
- 14
- zweites Wälzlager
- 15
- drittes Wälzlager
- 16
- viertes Wälzlager
- 17
- Hydraulikkolben
- 18
- Druckmittelquelle
- 19
- axial verlaufender Hydraulikpfad
- 20
- Kegelritzel
- 21
- Übergabestelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008037886 A1 [0004, 0004, 0009]
