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Die Erfindung betrifft eine Verteilergetriebevorrichtung sowie einen Fahrzeugantriebsstrang in Front-Quer-Anordnung mit einer Verteilergetriebevorrichtung.
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Aus der
DE 10 2012 219 182 A1 ist eine Verteilergetriebevorrichtung mit einer Differentialgetriebeeinrichtung bekannt, die mit einer Getriebeantriebswelle und zwei Getriebeabtriebswellen in Verbindung steht. Eine der Getriebeabtriebswellen ist über ein Schaltelement mit einer Getriebeausgangswelle in Wirkverbindung bringbar. Die Differentialgetriebeeinrichtung und das Schaltelement sind in voneinander getrennten Ölräumen angeordnet.
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Die Ölräume sind über eine Verbindungseinrichtung zum Austausch von Öl miteinander gekoppelt, wobei die Verbindungseinrichtung zu dem Austausch von Öl sowohl unterhalb eines sich in den Ölräumen bei stillstehenden Bauteilen einstellenden statischen Ölstandes zumindest eine verschließbare erste Verbindung aufweist, als auch oberhalb des statischen Ölstandes zumindest eine zweite Verbindung umfasst. Bei geschlossener erster Verbindung ist Öl im Wesentlichen lediglich aus dem Ölraum des Schaltelementes in Richtung des Ölraumes der Differentialgetriebeeinrichtung über die zweite Verbindung führbar. Zusätzlich ist in dem Ölraum des Schaltelementes eine Ölfördereinrichtung vorgesehen, mittels der Öl zumindest vom Ölraum des Schaltelementes über die zweite Verbindung in Richtung des Ölraumes der Differentialgetriebeeinrichtung förderbar ist. Die zweite Verbindung der Verbindungseinrichtung ist dabei bevorzugt permanent geöffnet.
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Die Ölräume sind über wenigstens eine unterhalb des statischen Ölstandes angeordnete und durch das die Ölräume voneinander trennende Gehäuseteil führende Ölbohrung der Verbindungseinrichtung in Abhängigkeit eines Schaltbetriebszustandes des Schaltelementes miteinander in Verbindung bringbar, um einen Austausch von Öl zwischen den Ölräumen in geöffnetem Betriebszustand des Schaltelementes ausgehend vom Ölraum der Differentialgetriebeeinrichtung in Richtung des Ölraumes des Schaltelementes selbst bei Vorliegen eines höheren statischen Ölstandes im Bereich des Ölraumes der Differentialgetriebeeinrichtung in Richtung des Ölraumes des Schaltelementes sicher zu vermeiden. Die Ölbohrung ist beispielsweise über einen verschiebbar ausgebildeten Verschlussstopfen verschließbar, der in Richtung eines Mündungsbereiches der Ölbohrung in dem Ölraum des Schaltelementes über eine Federeinrichtung angefedert ist. Zusätzlich ist der Verschlussstopfen mit einer Rampenscheibe eines dem vorzugsweise als reibschlüssige kupplungsausgebildeten Schaltelementes zugeordneten Kugel-Rampen-Mechanismus einer Aktoreinrichtung wirkverbunden und in dieser entgegen der Federkraft der dem Verschlussstopfen zugeordneten Federeinrichtung verschiebbar gehalten.
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Die bekannte Verteilergetriebevorrichtung ist nachteilhafterweise durch einen hohen konstruktiven Aufwand gekennzeichnet und verursacht zusätzlich einen hohen Montageaufwand, weshalb auch ein damit ausgeführter Fahrzeugantriebsstrang konstruktiv aufwändig und nur mit hohem Aufwand herstellbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache und mit geringem Aufwand montierbare Verteilergetriebevorrichtung sowie einen ebenfalls konstruktiv einfachen und leicht montierbaren Fahrzeugantriebsstrang zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Verteilergetriebevorrichtung und einem Fahrzeugantriebsstrang mit den Merkmalen der Hauptansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen hiervon sind den jeweiligen Unteransprüchen entnehmbar.
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Die erfindungsgemäße Verteilervorrichtung umfasst zumindest eine Getriebeantriebswelle und zwei Getriebeabtriebswellen, wobei eine erste Getriebeabtriebswelle über ein Schaltelement mit der Getriebeantriebswelle in Wirkverbindung bringbar ist, während eine zweite Getriebeabtriebswelle permanent mit der Getriebeantriebswelle verbunden ist und das Schaltelement in einem ersten Ölraum angeordnet ist. Der erste Ölraum ist über eine Verbindungseinrichtung zum Austausch von Öl mit einem zweiten Ölraum gekoppelt. Die Verbindungseinrichtung weist zum Austausch von Öl unterhalb eines sich in den Ölräumen bei stillstehenden Bauteilen einstellenden statischen Ölstandes zumindest eine verschließbare erste Verbindung auf und ist oberhalb des statischen Ölstandes zumindest mit einer zweiten Verbindung ausgebildet. Bei geschlossener erster Verbindung ist Öl im Wesentlichen lediglich aus dem ersten Ölraum des Schaltelementes in Richtung des zweiten Ölraumes über die zweite Verbindung führbar. Das Schaltelement ist über ein verstellbares Betätigungselement einer Aktoreinrichtung betätigbar.
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Erfindungsgemäß wirkt das Betätigungselement mit dem Gehäuse zusammen. In einem Betriebszustand des Schaltelementes, zu dem das Schaltelement die Getriebeantriebswelle von der ersten Getriebeabtriebswelle trennt, liegt das Betätigungselement zumindest bereichsweise dichtend am Gehäuse an und die erste Verbindung ist gesperrt, während in einem Betriebszustand des Schaltelementes, zu dem die Getriebeantriebswelle mit der ersten Getriebeabtriebswelle im Bereich des Schaltelementes verbunden ist, das Betätigungselement und das Gehäuse zumindest bereichsweise voneinander beabstandet sind und die erste Verbindung freigeben.
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Die erfindungsgemäße Verteilergetriebevorrichtung ist insbesondere im Bereich der ersten Verbindung der Verbindungseinrichtung mit einer geringeren Bauteilanzahl als die aus dem Stand der Technik bekannte Verteilergetriebevorrichtung ausgeführt und auch mit geringerem Aufwand montierbar. Trotzdem ist die erfindungsgemäße Verteilergetriebevorrichtung mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad im Bereich des vorzugsweise als Allradkupplung ausgeführten Schaltelementes betreibbar, da bei vorzugsweise geöffnetem Schaltelement und dann geschlossener erster Verbindung im ersten Ölraum geringe Ölplantschverluste durch die im ersten Ölraum rotierenden Bauteile der Verteilergetriebevorrichtung verursacht werden. Dies resultiert aus der Tatsache, dass bei geschlossener erster Verbindung selbst bei einem höheren Ölpegel im zweiten Ölraum als im ersten Ölraum kein Öl aus dem zweiten Ölraum in Richtung des ersten Ölraumes führbar ist und lediglich Öl aus dem ersten Ölraum in den zweiten Ölraum über die zweite Verbindung in den zweiten Ölraum geführt wird. Dadurch senkt sich der Ölpegel im ersten Ölraum bei geschlossener erster Verbindung ohne weitere Maßnahmen bis auf konstruktiv definiertes Maß bzw. Niveau ab, das annähernd an der unteren Bauteilkante des im ersten Ölraum rotierenden Bauteiles liegt, das den größten Außendurchmesser aufweist und deshalb am tiefsten in das im unteren Bereich des ersten Ölraumes angesammelte Ölvolumen eintaucht.
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Zusätzlich wird bei betätigtem Schaltelement eine ausreichende Ölversorgung des Schaltelementes sichergestellt, da dem ersten Ölraum über die dann geöffnete erste Verbindung ausreichend Öl aus dem zweiten Ölraum zugeführt wird.
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Als Öl wird hier jedes zum unmittelbaren Schmieren und/oder Kühlen des Schaltelements geeignete Fluid, wie beispielsweise auch voll- oder teilsynthetisches Getriebeöl, verstanden.
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Bei einer mit geringen Fertigungskosten herstellbaren und durch eine hohe Leistungsdichte gekennzeichneten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verteilergetriebevorrichtung umfasst die Aktoreinrichtung eine elektromotorisch antreibbare Kugel-Rampen-Einrichtung und das Betätigungselement ist eine translatorisch oder rotatorisch verstellbare Rampenscheibe der Kugel-Rampen-Einrichtung, über die das Schaltelement mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist.
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Ist die Rampenscheibe mit einer Dichtfläche ausgeführt, in deren Bereich die Rampenscheibe mit einer Dichtfläche des Gehäuses zum Verschließen der ersten Verbindung in Wirkverbindung bringbar ist, ist die erfindungsgemäße Verteilergetriebevorrichtung auf einfache Art und Weise herstellbar und montierbar.
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Wenn die Getriebeantriebswelle und die zweite Getriebeabtriebswelle mit einem Außenlamellenträger des als reibschlüssige Lamellenkupplung ausgebildeten Schaltelementes verbunden sind, wird das im ersten Ölraum vorhandene Öl vom Außenlamellenträger im ersten Ölraum ähnlich wie Wasser von einer Waschtrommel im Bereich einer Waschmaschine in radialer Richtung umgewälzt und ist ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen aus einem sich im ersten Ölraum in einem unteren Bereich des ersten Ölraumes schwerkraftbedingt ansammelnden Ölbad in Richtung der zweiten Verbindung oberhalb des statischen Ölstandes führbar und dort über die zweite Verbindung in Richtung des zweiten Ölraumes ableitbar, um bei geöffnetem Schaltelement den Ölstand im ersten Ölraum zur Reduzierung der Ölplantschverluste in gewünschtem Umfang absenken zu können.
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Ist die erste Getriebeabtriebswelle mit einem Innenlamellenträger des Schaltelementes gekoppelt, der mit dem Außenlamellenträger des Schaltelementes zumindest über ein Lamellenpaket kraftschlüssig verbindbar ist, ist ein zwischen der ersten Getriebeabtriebswelle und der Getriebeantriebswelle jeweils übertragbares Drehmoment im Bereich des Schaltelementes stufenlos variierbar. Damit ist beispielsweise bei einem Einsatz der Verteilergetriebevorrichtung zum Verteilen eines Antriebsmomentes einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges in Fahrzeuglängsrichtung zwischen zwei antreibbaren Fahrzeugachsen ein Verteilungsgrad eines aktuell zur Verfügung stehenden Antriebsmomentes der Antriebsmaschine zwischen den beiden Fahrzeugachsen stufenlos variierbar und der über das Schaltelement zuschaltbaren Fahrzeugachse 0% bis 50% des Antriebsmomentes zuführbar, während der über die Verteilergetriebevorrichtung permanent mit der Antriebsmaschine verbundenen Fahrzeugachse in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 50% bis 100% des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine zuführbar ist.
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Die Ölräume, das Schaltelement und Bauelemente zum Darstellen verschiedener Übersetzungen sind bei einer bauraum- und kostengünstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verteilergetriebevorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
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Sind die Ölräume, das Schaltelement und Bauelemente zum Darstellen verschiedener Übersetzungen in getrennten Gehäusen angeordnet, sind diese mit geringem Aufwand als jeweils vormontierbare Module ausführbar, die in einer Endmontage mit geringem Aufwand miteinander koppelbar sind.
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Bei einer mit geringem Aufwand betreibbaren und konstruktiv einfachen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verteilergetriebevorrichtung ist der den Außenlamellenträger des Schaltelementes radial umgebende erste Ölraum vorzugsweise in einem Quadranten des Ölraumes radial geteilt bzw. in radialer Richtung mit zwei voneinander getrennt ausgebildeten Ölraumbereichen ausgebildet. Der Quadrant des ersten Ölraumes ist in Bezug auf eine sich bei einer zu einem Vorwärtsfahrbetrieb eines Fahrzeuges korrespondierenden Hauptdrehrichtung des Außenlamellenträgers im ersten Ölraum einstellenden Ölströmung stromab eines Scheitelpunktes des ersten Ölraumes angeordnet. Der radial äußere Ölraumbereich des ersten Ölraumes mündet zumindest teilweise in eine gehäuseseitige Öffnung, die die zweite Verbindung mit dem zweiten Ölraum bildet. Dabei stellt der Scheitelpunkt des ersten Ölraumes jenen Bereich des ersten Ölraumes im Gehäuse dar, der in Einbaulage der Verteilergetriebevorrichtung oben angeordnet ist und somit den höchsten Bereich des ersten Ölraumes darstellt.
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Ist der erste Ölraum von der Gehäusewandung geteilt, welche sich in Umfangsrichtung des Außenlamellenträgers von einer Außenwandung des Gehäuses mit einem freien Ende in den ersten Ölraum erstreckt, ist das Gehäuse der erfindungsgemäßen Verteilergetriebevorrichtung auf kostengünstige Art und Weise als Gussteil ausführbar.
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Ein konstruktiv einfacher und mit geringem Aufwand montierbarer Fahrzeugantriebsstrang in Front-Quer-Anordnung ist mit einer Antriebsmaschine, mit einer Getriebeeinrichtung zum Darstellen verschiedener Übersetzungen, mit wenigstens zwei Fahrzeugachsen und mit wenigstens einer Verteilergetriebevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt, der fahrsituationsbezogen mit hohem Wirkungsgrad mit einer angetriebenen Fahrzeugachse oder mit zwei angetriebenen Fahrzeugachsen betreibbar ist.
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Bei einer konstruktiv einfachen und bauraumgünstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstranges ist die Getriebeantriebswelle der Verteilergetriebevorrichtung mit einer Getriebeausgangswelle der Getriebeeinrichtung verbunden und die zweite Getriebeabtriebswelle der Verteilergetriebevorrichtung steht mit einer der Fahrzeugachsen in Wirkverbindung, während die erste Getriebeabtriebswelle mit der anderen Fahrzeugachse gekoppelt ist.
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Ist die mit der zweiten Getriebeabtriebswelle verbundene Fahrzeugachse eine Fahrzeughinterachse und die andere Fahrzeugachse eine Fahrzeugvorderachse und ist im Bereich der Fahrzeugvorderachse zwischen einer Querverteilereinrichtung und einem Fahrzeugrad eine formschlüssige Kupplung vorgesehen, in deren Bereich die Wirkverbindung zwischen der Querverteilereinrichtung und dem Fahrzeugrad trennbar ist, ist der in Richtung der Fahrzeugvorderachse führende Teil des Allradfahrzeugantriebstranges mit geringem Aufwand bei abgeschalteter Fahrzeugvorderachse stillegbar und der Fahrzeugantriebsstrang mit hohem Wirkungsgrad betreibbar.
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Bei einer durch eine geringe Bauteilanzahl gekennzeichneten und mit geringem Dichtaufwand realisierbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebstranges sind die Verteilergetriebevorrichtung und die Getriebeeinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
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Sind die Verteilergetriebevorrichtung und die Getriebeeinrichtung in getrennten Gehäusen angeordnet, sind die Verteilergetriebevorrichtung und die Getriebeeinrichtung unabhängig voneinander als vormontierbare Module ausführbar, die anschließend während einer Endmontage des Fahrzeugantriebstranges mit geringem Aufwand montierbar sind.
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Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebstranges weisen die Verteilergetriebevorrichtung und die Getriebeeinrichtung entweder einen gemeinsamen Ölhaushalt oder separate Ölhaushalte auf.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Verteilergetriebevorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebstranges sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verteilergetriebevorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstranges ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Es zeigt:
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1 eine stark vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstranges mit einer Getriebeeinrichtung und einer Verteilergetriebevorrichtung, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind;
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2 eine 1 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebstranges, bei dem die Getriebeeinrichtung und die Verteilergetriebevorrichtung in getrennten Gehäusen angeordnet sind;
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3 eine dreidimensionale Ansicht der Getriebeeinrichtung und der Verteilergetriebevorrichtung des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1;
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4 eine Längsschnittansicht der Verteilergetriebevorrichtung gemäß 1;
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5 die Verteilergetriebevorrichtung gemäß 1 aus einer in 4 näher gekennzeichneten Ansicht V;
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6 eine vergrößerte Darstellung eines in 4 näher gekennzeichneten Bereiches VI bei geschlossener erster Verbindung einer Verbindungseinrichtung;
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7 eine 6 entsprechende Darstellung mit geöffneter erster Verbindung;
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8 eine dreidimensionale Einzelansicht eines Gehäusebereiches der Verteilergetriebevorrichtung gemäß 4;
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9 eine dreidimensionale Einzelansicht der Verteilergetriebevorrichtung gemäß 2;
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10 eine Längsschnittansicht der Verteilergetriebevorrichtung gemäß 9;
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11 eine Querschnittansicht der Verteilergetriebevorrichtung gemäß 9 entlang einer in 10 näher gekennzeichneten Schnittlinie XI-XI;
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12 eine dreidimensionale Teilansicht eines in 11 näher gekennzeichneten Bereiches XII der Verteilergetriebevorrichtung; und
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13 eine dreidimensionale Einzelansicht eines Gehäusebereiches der Verteilergetriebevorrichtung gemäß 9.
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1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugantriebsstranges 1 in Front-Quer-Anordnung mit einer Antriebsmaschine 2, mit einer Getriebeeinrichtung 3 zum Darstellen verschiedener Übersetzungen, mit wenigstens zwei Fahrzeugachsen 4, 5 und mit einer Verteilergetriebevorrichtung 6. Im Bereich der vorliegend als Automatgetriebe ausgeführten Getriebeeinrichtung 3 sind vorzugsweise acht Übersetzungen für Vorwärtsfahrt und wenigstens eine Übersetzung für Rückwärtsfahrt darstellbar. Die Getriebeeinrichtung 3 ist im Bereich einer Getriebeeingangswelle 7 mit der vorzugsweise als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine 2 gekoppelt und steht getriebeausgangsseitig im Bereich einer Getriebeausgangswelle 8 mit einer Getriebeantriebswelle 9 der Verteilergetriebevorrichtung 6 in Wirkverbindung.
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Die Getriebeantriebswelle 9 der Verteilergetriebevorrichtung 6 ist über ein Schaltelement 10, das als Lamellenkupplung ausgebildet ist, mit einer ersten Getriebeabtriebswelle 11 der Verteilergetriebevorrichtung 6 in Wirkverbindung bringbar, während eine zweite Getriebeabtriebswelle 12 der Verteilergetriebevorrichtung 6 permanent mit der Getriebeantriebswelle 9 der Verteilergetriebevorrichtung 6 verbunden ist. Die zweite Getriebeabtriebswelle 12 der Verteilergetriebevorrichtung 6 ist mit der vorliegend als Fahrzeughinterachse ausgeführten Fahrzeugachse 5 gekoppelt, während die erste Getriebeabtriebswelle 11 mit der die Fahrzeugvorderachse darstellenden Fahrzeugachse 4 über eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Längswelle 13 in Wirkverbindung steht. Die Längswelle 13 weist ein damit drehfest verbundenes Kegelrad 14 auf, das mit einem Tellerrad 15 eines Vorderachsdifferentials 16 kämmt. Seitenwellen 17 und 18 stellen jeweils eine Verbindung zwischen dem Vorderachsdifferential 16 und mit in 1 nicht näher dargestellten Antriebsrädern der Fahrzeugvorderachse 4 her.
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In geöffnetem Betriebszustand des Schaltelementes 10 ist lediglich die Fahrzeughinterachse 5 über die Verteilergetriebevorrichtung 6 und die Getriebeeinrichtung 3 mit der Antriebsmaschine 2 verbunden, womit das jeweils im Bereich der Antriebsmaschine 2 zur Verfügung gestellte Zug- oder Schubmoment vollständig im Bereich der Fahrzeughinterachse 5 über eine ebenfalls in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Kardan- bzw. Antriebswelle 19 und ein damit wirkverbundenes Hinterachsdifferential 20 anlegbar ist.
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In Abhängigkeit der jeweils im Bereich des Schaltelementes 10 wirkenden Betätigungskraft liegt das Schaltelement 10 mit einer entsprechenden Übertragungsfähigkeit vor. Das seitens der Antriebsmaschine 2 aktuell zur Verfügung stehende Drehmoment ist mit im Bereich des Schaltelementes 10 durch Variieren der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 10 stufenlos einstellbaren Verteilungsgraden von 0% bis 50% in Richtung der Fahrzeugvorderachse 4 und der Fahrzeughinterachse 5 führbar.
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Um den Fahrzeugantriebsstrang 1 mit möglichst hohem Wirkungsgrad betreiben zu können, ist im Bereich der Fahrzeugvorderachse 4 zusätzlich ein Klauenschaltelement 21 vorgesehen, das bei vollständig geöffnetem Schaltelement 10 ebenfalls in geöffneten Betriebszustand überführt wird, um den die Fahrzeugvorderachse 4 und die Längswelle 13 umfassenden Teil des Fahrzeugantriebsstranges 1 stilllegen zu können und Wälzverluste in diesem Bereich des Fahrzeugantriebsstranges 1 auf konstruktiv einfache Art und Weise zu vermeiden.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Fahrzeugantriebsstranges 1 sind das eine sogenannte integrierte Kupplung darstellende Schaltelement 10 der Verteilergetriebevorrichtung 6 und die Bauteile der Getriebeeinrichtung 3 in einem gemeinsamen Gehäuse 22 angeordnet. Im Unterschied hierzu ist das Schaltelement 10 der Verteilergetriebevorrichtung 6 bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Fahrzeugantriebsstranges 1, der im Wesentlichen dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 1 entspricht, in einem separaten Gehäuse 23 vorgesehen und stellt somit eine sogenannte Hang-On-Kupplung dar.
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3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der Getriebeeinrichtung 3 und der Verteilergetriebevorrichtung 6 gemäß 1, während 4 eine Einzellängsschnittansicht der Verteilergetriebevorrichtung 6 gemäß 1 darstellt. Aus der in 4 gezeigten Darstellung geht hervor, dass dem Schaltelement 10 vorliegend eine über einen Elektromotor 24 antreibbare Kugel-Rampen-Einrichtung 25 einer Aktoreinrichtung 42 zugeordnet ist, in dessen Bereich ein rotatorischer Antrieb des Elektromotors 24 in eine translatorische Betätigungsbewegung für das Schaltelement 10 umgesetzt wird. Eine Motorausgangswelle 26 des Elektromotors 24 ist vorliegend über ein Zwischenrad 27 mit einer drehbaren ersten Rampenscheibe 28 wirkverbunden und treibt diese anforderungsgemäß rotatorisch an. Die erste Rampenscheibe 28 steht in an sich bekannter Art und Weise mit einer zweiten Rampenscheibe bzw. mit einem translatorisch verstellbaren Betätigungselement 29 in Wirkverbindung, wobei das Betätigungselement 29 bzw. die zweite Rampenscheibe der Kugel-Rampen-Einrichtung 25 in Abhängigkeit der Rotation der ersten Rampenscheibe 28 eine translatorische Bewegung auf das Schaltelement 10 zu oder von diesem weg ausführt. Dabei steigt die auf das Schaltelement 10 wirkende Betätigungskraft seitens der Kugel-Rampen-Einrichtung 25 an, wenn das Betätigungselement 29 in Richtung des Schaltelementes 10 bewegt wird und nimmt ab, wenn das Betätigungselement 29 wieder von dem Schaltelement 10 weggeführt wird.
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Sowohl die Getriebeantriebswelle 9 als auch die zweite Getriebeabtriebswelle 12 sind mit einem Außenlamellenträger 30 des Schaltelementes 10 verbunden, während die erste Getriebeabtriebswelle 11 mit einem Innenlamellenträger 31 des Schaltelementes 10 gekoppelt ist, der mit dem Außenlamellenträger 30 des Schaltelementes 10 über ein Lamellenpaket 32 kraftschlüssig verbindbar ist.
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5 zeigt eine Querschnittansicht der Verteilergetriebevorrichtung 6 aus einer in 4 näher gezeigten Ansicht V. Aus der Darstellung gemäß 5 geht hervor, dass das Betätigungselement 29 im Bereich des Gehäuses 22 über einen Bolzen 33 einer Verdrehsicherung 34 gegen eine Rotation gesichert ist, wobei die Verdrehsicherung 34 die translatorische Betätigungsbewegung des Betätigungselementes 29 nicht beeinträchtigt.
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6 und 7 zeigen jeweils eine vergrößerte Ansicht des in 4 unter VI bzw. VII näher gekennzeichneten Bereiches der Verteilergetriebevorrichtung 6. Das Betätigungselement 29 wirkt mit dem Gehäuse 22 zusammen und liegt in einem Betriebszustand des Schaltelementes 10, zu dem das Schaltelement 10 in geöffnetem Betriebszustand vorliegt und die Getriebeantriebswelle 9 im Bereich des Schaltelementes 10 von der ersten Getriebeabtriebswelle 11 getrennt ist, zumindest bereichsweise dichtend am Gehäuse 22 an. Zusätzlich ist das Betätigungselement 29 in einem Betriebszustand des Schaltelementes 10, zu dem die Getriebeantriebswelle 9 über das Schaltelement 10 mit der ersten Getriebeabtriebswelle 11 in Verbindung steht, vom Gehäuse 22 zumindest bereichsweise beabstandet.
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Ein in 8 in dreidimensionaler Einzelansicht dargestellter Gehäuseteil 35 des Gehäuses 22 begrenzt im Wesentlichen einen ersten Ölraum 36 und einen davon getrennten zweiten Ölraum 37. Die beiden Ölräume 36 und 37 sind vorliegend über eine Verbindungseinrichtung 38 zum Austausch von Öl miteinander gekoppelt. Die Verbindungseinrichtung 38 weist zum Austausch von Öl unterhalb eines sich in den Ölräumen 36 und 37 bei stillstehenden Bauteilen der Verteilergetriebevorrichtung 6 einstellenden statischen Ölstandes Vstat eine vom Betätigungselement 29 verschließbare erste Verbindung 39 und oberhalb des statischen Ölstandes Vstat eine zweite Verbindung 40 auf.
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Bei getrennter bzw. geschlossener erster Verbindung 39 unterhalb des statischen Ölstandes Vstat ist Öl im Wesentlichen lediglich aus dem ersten Ölraum 36 in Richtung des zweiten Ölraumes 37 über die zweite Verbindung 40 der Verbindungseinrichtung 38 führbar. Bei geöffneter erster Verbindung 39 ist in Abhängigkeit der jeweils in den Ölräumen 36 und 37 vorliegenden statischen Ölstände ein Ölfluss ausgehen vom ersten Ölraum 36 in Richtung des zweiten Ölraumes 37 oder in umgekehrter Richtung möglich.
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Über die vorbeschriebene Kopplung der beiden Ölräume 36 und 37 über die Verbindungseinrichtung 38 ist der Fahrzeugantriebsstrang 1 mit einem hohen Wirkungsgrad insbesondere im Bereich des vorliegend eine Allradkupplung darstellenden Schaltelementes 10 betreibbar, da die nachfolgend näher beschriebene Reduzierung von Ölplantschverlusten im Bereich des Schaltelementes ein großes Optimierungspotenzial bietet.
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Grundsätzlich ist bei betätigtem Schaltelement 10, d.h. während der Beaufschlagung des Schaltelementes 10 mit einer entsprechenden Betätigungskraft über die Kugel-Rampen-Einrichtung 25 eine ausreichende Ölversorgung des im ersten Ölraum 36 angeordneten Lamellenpaketes 32 sicherzustellen. Hierzu wird dem Lamellenpaket 32 Öl durch radiale Bohrungen 41 des Innenlamellenträgers 31 zugeführt, welches durch Ölnuten am Außenlamellenträger 30 nach außen abfließen kann. Zusätzlich ist die erste Verbindung 39 der Verbindungseinrichtung 38 bei betätigtem Schaltelement 10 geöffnet, um den ersten Ölraum 36 mit dem zweiten Ölraum 37 zu verbinden, der bei dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des Fahrzeugantriebsstranges 1 und der Verteilergetriebevorrichtung 6 mit dem Ölhaushalt der Getriebeeinrichtung 3 gekoppelt ist. Dadurch stellt sich ein definierter Ölstand im ersten Ölraum 36 ein, der eine ausreichende Ölversorgung des Schaltelementes 10 gewährleistet.
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Im Unterschied hierzu sind die beiden Ölräume 36 und 37 durch die im Bereich zwischen dem Betätigungselement 29 und dem Gehäuse 22 gebildete Spaltdichtung, die in der in 6 dargestellten Position des Betätigungselementes 29 geschlossen ist, bei unbetätigtem Schaltelement 10 voneinander getrennt, wodurch eine Absenkung des Ölpegels im ersten Ölraum 36 in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise erfolgt und unerwünscht hohe Plantschverluste vermieden werden. Die zweite Rampenscheibe bzw. das Betätigungselement 29 ist mit einer Dichtfläche 48A ausgeführt, in deren Bereich die Rampenscheibe 29 mit einer Dichtfläche 48B des Gehäuses 22 zum Verschließen der ersten Verbindung 39 in Wirkverbindung bringbar ist oder aus dem Eingriff mit dem Gehäuse 22 führbar ist.
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Durch die in 8 gezeigte Kontur des Gehäuseteils 35 wird die vom rotierenden Außenlamellenträger 30 im Gehäuseteil 35 umlaufende Ölsäule in einem Quadranten des ersten Ölraumes 36, der in Bezug auf eine sich bei einer zu einem Vorwärtsfahrbetrieb eines Fahrzeuges korrespondierenden Hauptdrehrichtung des Außenlamellenträgers 30 im ersten Ölraum 36 einstellenden Ölströmung stromab eines Scheitelpunktes 43 des ersten Ölraumes 36 angeordnet ist, zumindest teilweise abgegriffen und in Richtung des zweiten Ölraumes 37 abgeführt. Hierfür ist der den Außenlamellenträger 30 radial umgebende erste Ölraum 36 durch eine entsprechende Gehäusekontur des Gehäuseteiles 35 stromab des Scheitelpunktes 43 radial geteilt. Der radial äußere Bereich des ersten Ölraumes 36 mündet zumindest teilweise in eine gehäuseseitige Öffnung, die vorliegend schlitzartig ausgeführt ist und die die zweite Verbindung 40 des ersten Ölraumes 36 mit dem zweiten Ölraum 37 bildet. Der erste Ölraum 36 ist dabei von einer Gehäusewandung 45 geteilt, welche sich in Umfangsrichtung des Außenlamellenträgers 30 von einer Außenwandung 46 des Gehäuses 22 mit einem freien Ende in den ersten Ölraum 36 erstreckt.
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Mit der vorbeschriebenen Gehäusekontur des Gehäuses 22 bzw. des Gehäuseteils 35 ist der Ölstand im ersten Kopplungsraum 36 in Verbindung mit der Verbindungseinrichtung 38 bei geöffnetem Schaltelement 10 auf ein Niveau absenkbar, zu dem die Ölplantschverluste deutlich reduziert sind und der Fahrzeugantriebsstrang 1 mit hohem Wirkungsgrad betreibbar ist.
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9 bis 13 zeigen jeweils verschiedene Ansichten der Verteilergetriebevorrichtung 6 des Fahrzeugantriebsstranges 1 gemäß 2, bei der das Schaltelement 10 im separaten Gehäuse 23 angeordnet ist und die im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Verteilergetriebevorrichtung 6 gemäß 1 aufweist, weshalb zugunsten der Übersichtlichkeit in der nachfolgenden Beschreibung im Wesentlichen lediglich auf die Unterschiede zwischen der Verteilergetriebevorrichtung 6 gemäß 1 und der Verteilergetriebevorrichtung 6 gemäß 2 näher eingegangen wird und bezüglich der weiteren Funktionsweise der Verteilergetriebevorrichtung 6 gemäß 2 auf die vorstehende Beschreibung zu 3 bis 8 verwiesen wird.
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Abweichend zu der vorstehenden Beschreibung zur Verteilergetriebevorrichtung 6 gemäß 1 wird die erste Verbindung 39 bei der Ausführung der Verteilergetriebevorrichtung 6 gemäß 2 nicht vom Betätigungselement 29, sondern von der ersten Rampenscheibe 28 in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Schaltelementes 10 freigegeben oder von diesem gesperrt.
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Die erste Rampenscheibe 28 der Verteilergetriebevorrichtung 6 umfasst einen in 11 und 12 jeweils näher dargestellten und in radialer Richtung vorkragenden Bereich 49, der sich lediglich über einen definierten Umfangsbereich der ersten Rampenscheibe 28 erstreckt. Die erste Rampenscheibe 28 wirkt mit einer Stirnseite 50 des vorkragenden Bereiches 49, die der Gehäusewandung 45 zugewandt ist und in deren Bereich die Dichtfläche 48A vorgesehen ist, mit der wiederum der Stirnseite 50 zugewandten Dichtfläche 48B der Gehäusewandung 45 derart zusammen, dass eine unterhalb des statischen Ölstandes Vstat im ersten Ölraum 36 im Wandungsbereich 45 vorgesehene Öffnung 51 vom vorkragenden Bereich 49 in geöffnetem Betriebszustand des Schaltelementes 10 verschlossen ist und bei betätigtem Schaltelement 10 in Abhängigkeit des Betätigungsgrades des Schaltelementes 10 und einer Drehstellung der ersten Rampenscheibe 28 mehr oder weniger von der ersten Rampenscheibe 28 freigegeben ist. Damit ist bei betätigtem Schaltelement 10 jeweils über die erste Verbindung 39 Öl zwischen den beiden Ölräumen 36 und 37 in den durch den in 13 gezeigten Doppelpfeil 52 näher charakterisierten Richtungen wie bei der Ausführung der Verteilergetriebevorrichtung 6 gemäß 1 Öl austauschbar. Zusätzlich wird in der durch den Pfeil 53 gezeigten Strömungsrichtung Öl wie bei der Ausführung der Verteilergetriebevorrichtung 6 gemäß 1 durch die Rotation des Außenlamellenträgers 30 des Schaltelementes 10 Öl aus dem ersten Ölraum 36 in Richtung des zweiten Ölraumes 37 über die zweite Verbindung 40 geführt.
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Abweichend von der vorstehenden Beschreibung besteht auch die Möglichkeit, die Fahrzeugvorderachse 4 über die Verteilergetriebevorrichtung 6 gemäß 1 oder gemäß 2 permanent mit der Antriebsmaschine 2 zu verbinden, während die Fahrzeughinterachse 5 über das Schaltelement 10 in vorbeschriebenem Umfang in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Fahrsituation oder einer Anforderung einer übergeordneten Fahrstrategie mit der Antriebsmaschine 2 in Wirkverbindung gebracht wird. Damit besteht mit geringem Aufwand die Möglichkeit, jeweils eine gewünschte Antriebsstrangkonfiguration zur Verfügung zu stellen, die im Bereich der erfindungsgemäßen Verteilergetriebevorrichtung einerseits ausreichend mit Öl versorgbar ist und anderseits während Betriebszustandsverläufen, die durch geringe Belastungen im Bereich des Schaltelementes der Verteilergetriebevorrichtung gekennzeichnet sind, mit einem guten Wirkungsgrad betreibbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugantriebsstrang
- 2
- Antriebsmaschine
- 3
- Getriebeeinrichtung
- 4
- Fahrzeugachse, Fahrzeugvorderachse
- 5
- Fahrzeugachse, Fahrzeughinterachse
- 6
- Verteilergetriebevorrichtung
- 7
- Getriebeeingangswelle
- 8
- Getriebeausgangswelle
- 9
- Getriebeantriebswelle
- 10
- Schaltelement
- 11
- erste Getriebeabtriebswelle
- 12
- zweite Getriebeabtriebswelle
- 13
- Längswelle
- 14
- Kegelrad
- 15
- Tellerrad
- 16
- Vorderachsdifferential
- 17, 18
- Seitenwelle
- 19
- Kardanwelle
- 20
- Hinterachsdifferential
- 21
- Klauenschaltelement
- 22
- Gehäuse
- 23
- separates Gehäuse
- 24
- Elektromotor
- 25
- Kugel-Rampen-Einrichtung
- 26
- Motorausgangswelle des Elektromotors
- 27
- Zwischenrad
- 28
- erste Rampenscheibe
- 29
- zweite Rampenscheibe, Betätigungselement
- 30
- Außenlamellenträger
- 31
- Innenlamellenträger
- 32
- Lamellenpaket
- 33
- Bolzen
- 34
- Verdrehsicherung
- 35
- Gehäuseteil
- 36
- erster Ölraum
- 37
- zweiter Ölraum
- 38
- Verbindungseinrichtung
- 39
- erste Verbindung
- 40
- zweite Verbindung
- 41
- radiale Bohrung
- 42
- Aktoreinrichtung
- 43
- Scheitelpunkt
- 44
- gehäuseseitige Öffnung
- 45
- Gehäusewandung
- 46
- Außenwandung
- 47
- freies Ende der Gehäusewandung
- 48A
- Dichtfläche
- 48B
- Dichtfläche
- 49
- vorkragender Bereich der ersten Rampenscheibe
- 50
- Stirnseite des vorkragenden Bereiches
- 51
- Öffnung der Gehäusewandung
- 52
- Doppelpfeil
- 53
- Pfeil
- Vstat
- statischer Ölstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012219182 A1 [0002]