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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Allradfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang. Ein Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs ist aus der
DE 10 2014 208 604 A1 bekannt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Personenkraftwagens beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung ausschließlich auf diese Anwendung zu verstehen. Ein allgemeines Ziel bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen ist es, eine hohe Effizienz beim Antrieb zu erreichen, d.h. Verluste zu verringern. Weiter steigt die zur Verfügung stehende Antriebsleistung, so dass für den Antrieb von solchen Fahrzeugen häufig ein sogenannter Allradantrieb, bei welchem dauerhaft (permanent) oder wenigstens zeitweise (zuschaltbar) alle Räder angetrieben werden, Verwendung findet. Bei einem Allradantrieb wird durch dafür benötigte Getriebe und Antriebswellen, gegenüber einem Standard- oder Frontantrieb, die Effizienz verschlechtert.
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Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der
DE 10 2014 208 604 A1 , ist ein Allradantrieb bekannt, bei welchem eine der antreibbaren Achsen mittels einer Kupplung und/oder mittels wenigstens eines Freilaufs bedarfsgerecht an- bzw. abkoppelbar ist.
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Die
DE 100 03 962 A1 befasst sich mit einem Allradantrieb für ein Kraftfahrzeug. Die
DE 43 11 288 C1 befasst sich mit einem Drehrichtungsabhängigen Freilauf mit Schlingfeder. Die
WO 2015 040 463 A1 befasst sich mit einem, Kontrollsystem für einen Vierradantrieb. Die
DE 37 08 193 A1 befasst sich mit einem Kraftfahrzeug mit Allradantrieb. Die
DE 36 33 424 C1 befasst sich mit einer Antriebsvorrichtung für einen zuschaltbaren Radsatz.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, einen Allradantrieb mit verbesserter Effizienz zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang gemäß dem ersten Patentanspruch bzw. durch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang gemäß Patentanspruch 4, gelöst.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Antriebsstrang für ein Allradfahrzeug eine Antriebseinrichtung zu verstehen, welche zum Übertragen von Antriebsleistung von einer Antriebsmaschine auf eine Vielzahl von antreibbaren Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise wenigstens zeitweise oder bevorzugt dauerhaft auf sämtliche Räder, eingerichtet ist. Vorzugsweise ist ein solcher Antriebsstrang zum wenigstens zweitweisen Antreiben von vier Antriebsrädern an zwei antreibbaren Fahrzeugachsen eingerichtet.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer antreibbaren Fahrzeugachse eine Achse des Allradfahrzeugs zu verstehen, welche zum Übertragen von Antriebsleistung der Antriebsmaschine oder der Antriebsmaschinen, auf wenigstens 2 dieser Antriebsräder sowie zum Führen dieser Antriebsräder eingerichtet ist. Vorzugsweise weist eine antreibbare Fahrzeugachse ein sogenanntes Achsgetriebe, vorzugsweise mit oder bevorzugt bestehend aus einem sogenannten Differential, und Achswellen auf. Die Achswellen sind insbesondere zum Übertragen von Antriebsleistung von diesem Achsgetriebe zu den antreibbaren Antriebsrädern dieser Fahrzeugachse eingerichtet. Vorzugsweise ist das Achsgetriebe als Kegelrad- oder bevorzugt als Stirnrad-Differential ausgebildet, beziehungsweise weist ein solches Differential auf.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem dieser Antriebsräder eine Felge mit einem Reifen zu verstehen, wobei dieses Antriebsrad zum Übertragen von Antriebsleistung auf die Fahrbahnoberfläche eingerichtet ist.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Geschwindigkeitswechselgetriebe eine Getriebeeinrichtung zu verstehen, mit welcher unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse für die Übertragung der Antriebsleistung der Antriebsmaschine auf die Antriebsräder ermöglicht ist. Ein Geschwindigkeitswechselgetriebe kann als manuell schaltbare oder automatisch schaltende Getriebeeinrichtung ausgebildet sein. Geschwindigkeitswechselgetriebe sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Bauformen bekannt.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer ersten Fahrzeugachse eine vorzugsweise dauerhaft antreibbare Achse des Kraftfahrzeugs zu verstehen, in welchem dieser Antriebsstrang aufgenommen ist.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer zweiten Fahrzeugachse eine selektiv antreibbare Achse des Kraftfahrzeugs zu verstehen, in welchem dieser Antriebsstrang aufgenommen ist. Vorzugsweise sind die Begriffe „erste“, „zweite“ Fahrzeugachse unabhängig von der Anordnung der Fahrzeugachse (Vorderachse, Hinterachse) und bezeichnen insbesondere nur, ob die Fahrzeugachse permanent (erste Fahrzeugachse) oder selektiv (zweite Fahrzeugachse) antreibbar ist.
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Im Sinn der Erfindung ist unter einer Schaltwelle eine Welle zu verstehen, welche bezogen auf die Drehmomentübertragung von dem Geschwindigkeitswechselgetriebe auf wenigstens eines der Antriebsräder, bzw. auf die zweite Fahrzeugachse, nach dem Geschwindigkeitswechselgetriebe angeordnet ist und zur wenigstens zweitweisen Drehmomentübertragung von diesem Geschwindigkeitswechselgetriebe auf die zweite Fahrzeugachse eingerichtet ist. Insbesondere ist unter einer solchen Schaltwelle eine sogenannte Gelenk- oder Kardanwelle zu verstehen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Zuschaltkupplung eine selektiv schaltbare Kupplung zu verstehen, welche einen ersten Betriebszustand aufweist, in welchen mit der Zuschaltkupplung ein Drehmoment übertragbar ist (Zuschaltkupplung geschlossen), und einen zweiten Betriebszustand, in welchen mit der Zuschaltkupplung kein Drehmoment übertragbar ist (Zuschaltkupplung geöffnet). Weiter vorzugsweise ist die Zuschaltkupplung dazu eingerichtet die Drehmomentübertragung zur zweiten Fahrzeugachse selektiv zu unterbrechen (Abschalten der Allradfunktion) beziehungsweise herzustellen (Zuschalten der Allradfunktion). Vorzugsweise ist die Zuschaltkupplung als eine reibschlüssige, bevorzugt eine formschlüssige und besonders bevorzugt als eine reibformschlüssige Kupplung ausgebildet.
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Weiter vorzugsweise ist die Zuschaltkupplung als eine sogenannte „normaly open“ Kupplung ausgebildet, welche mit einer Schaltkraft beaufschlagt wird, um diese aus dem geöffneten in den geschlossenen Zustand zu überführen und in diesem zu halten. Mit einer „normaly open“ Kupplung ist die Effizienz verbesserbar, da nur in ausgewählten Betriebszuständen der Allradantrieb durch Betätigen der Zuschaltkupplung zugeschaltet wird. Weiter vorzugsweise ist die Zuschaltkupplung als eine sogenannte „normaly closed“ Kupplung ausgebildet, welche mit einer Schaltkraft beaufschlagt wird, um diese aus dem geschlossenen in den geöffneten Zustand zu überführen und in diesem zu halten. Insbesondere mittels einer „normaly closed“ Kupplung ist eine hohe Betriebssicherheit erreichbar, da der Allradantrieb dauerhaft zur Verfügung steht.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl unterschiedlicher Bauarten derartige Kupplungen bekannt. Die Zuschaltkupplung ist also insbesondere dazu eingerichtet, die Drehmomentübertragung von dem Geschwindigkeitswechselgetriebe auf die Schaltwelle selektiv zu unterbrechen bzw. herzustellen.
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Befindet sich insbesondere die Zuschaltkupplung in ihrem zweiten Betriebszustand (geöffnet), ist keine Drehmomentübertragung von dem Geschwindigkeitswechselgetriebe auf die zweite Fahrzeugachse ermöglicht und damit ist der Allradantrieb abgeschaltet.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Allradfreilauf eine Freilaufeinrichtung zu verstehen. Ein Freilauf beziehungsweise eine Freilaufeinrichtung als solche ist aus dem Stand der Technik bekannt, diese wird auch häufig als Überhohlkupplung bezeichnet. Insbesondere ist der Allradfreilauf, bezogen auf die Drehmomentübertragung von dem Geschwindigkeitswechselgetriebe auf die zweite Fahrzeugachse, zwischen dem Geschwindigkeitswechselgetriebe und dieser Fahrzeugachse angeordnet. Insbesondere ist der Allradfreilauf damit vor dem Achsgetriebe, bzw. vor dem Differenzialgetriebe, dieser Fahrzeugachse angeordnet. Weiter vorzugsweise ist mit dem Allradfreilauf die Drehmomentübertragung von der Schaltwelle auf die zweite Fahrzeugachse unterbrechbar. Vorzugsweise sind die Zuschaltkupplung und der Allradfreilauf, bezogen auf die Drehmomentübertragung vom Geschwindigkeitswechselgetriebe auf die zweite Fahrzeugachse in Reihe beziehungsweise hintereinander geschaltet, so dass kein Drehmoment auf die zweite Fahrzeugachse übertragbar ist, sobald entweder die Zuschaltkupplung oder der Allradfreilauf oder beide geöffnet sind.
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Weiter vorzugsweise ist der Allradfreilauf derart angeordnet, dass die Schaltwelle, bezogen auf die Drehmomentübertragung, zwischen dem Allradfreilauf und der Zuschaltkupplung angeordnet ist. Insbesondere durch eine solche Anordnung ist es ermöglicht, dass die Schaltwelle, während des Antriebs des Fahrzeugs ausschließlich über die erste Fahrzeugachse, vollständig stilllegbar ist. Insbesondere durch diesen Aufbau verringern sich die mit dem Antriebsstrang verursachten Verluste und die Effizienz des Antriebsstrangs ist somit verbesserbar.
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In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist die Zuschaltkupplung, bezogen auf die Drehmomentübertragung vom Geschwindigkeitswechselgetriebe zur zweiten Fahrzeugachse, vor dem Allradfreilauf angeordnet. Vorzugsweise ist der Allradfreilauf damit fahrzeugachsennah (bezogen auf die zweite Fahrzeugachse) und die Zuschaltkupplung ist geschwindigkeitswechselgetriebenah angeordnet. Insbesondere mit einer solchen Ausführung der Erfindung ergibt sich eine besonders gute Steuerbarkeit des Antriebsstrangs. In einem Betriebsmodus mit besonders hoher Effizienz und in einer Fahrsituation, in welcher kein Allradantrieb notwendig ist, ist die Zuschaltkupplung geöffnet, damit ist kein Drehmoment von der Antriebsmaschine auf die Schaltwelle übertragbar und insbesondere steht die Schaltwelle still, da auch der Allradfreilauf geöffnet ist.
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Vorzugsweise ist der Allradfreilauf derart angeordnet, dass über den geöffneten Allradfreilauf keine Drehzahl oder Drehmoment von der zweiten Fahrzeugachse auf die Schaltwelle übertragbar. Der Allradfreilauf ist also vorzugsweise so zwischen der Schaltwelle und der zweiten Fahrzeugachse angeordnet, dass für den Fall eines Schubbetriebs, insbesondere also wenn sich das Allradfahrzeug bewegt, ohne von der oder von den Antriebsmaschinen angetrieben zu werden, der Allradfreilauf geöffnet ist. Weiter vorzugsweise ist der Allradfreilauf derart zwischen der Schaltwelle und der zweiten Fahrzeugachse angeordnet, dass für den Fall eines motorischen Antriebs der zweiten Fahrzeugachse, insbesondere also wenn das Allradfahrzeug unter Bereitstellung von Antriebsleistung aus dem Geschwindigkeitswechselgetriebe auch über die zweite Fahrzeugachse von der Antriebsmaschine angetrieben wird, der Allradfreilauf geschlossen ist.
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In einer bevorzugt Ausführungsform ist die erste Fahrzeugachse über ein erstes Achsgetriebe antreibbar, vorzugsweise permanent antreibbar. Unter „permanent“ ist in diesem Sinn insbesondere zu verstehen, dass eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Geschwindigkeitswechselgetriebe und der ersten Fahrzeugachse besteht, über welche ein Drehmoment übertragbar ist. Insbesondere ein solcher Antriebsstrang ist besonders effizient, da ein permanenter Antrieb über die erste Fahrzeugachse erfolgt, die zweite Fahrzeugachse bedarfsgerecht hinzusteuerbar ist und im Fall, dass keine Bedarf zum Antreiben der zweiten Fahrzeugachse besteht, ein großer Teil des Antriebsstrangs, insbesondere die Schaltwelle mittels der Zuschaltkupplung und des Allradfreilaufs, stillgesetzt ist.
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In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist die erste Fahrzeugachse als Vorderachse eines Allradfahrzeugs ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist die zweite Fahrzeugachse als Hinterachse dieses Allradfahrzeugs ausgebildet. Vorzugsweise weist der Antriebsstrang ein vorderes Winkelgetriebe auf und weiter vorzugsweise ist über dieses Winkelgetriebe der Schaltwelle Antriebsleistung von der Antriebsmaschine zuführbar. Weiter vorzugsweise ist die Zuschaltkupplung, bezogen auf die Drehmomentübertragung von der Antriebsmaschine auf die zweite Fahrzeugachse hinter dem vorderen Winkelgetriebe angeordnet und bevorzugt ist die Zuschaltkupplung vor dem vorderen Winkelgetriebe angeordnet. Insbesondere durch die Anordnung der Zuschaltkupplung vor dem vorderen Winkelgetriebe ist es ermöglicht, auch dieses Getriebe bei abgeschalteter zweiter Fahrzeugachse stillzusetzten und so ist die Effizienz des Antriebsstrangs verbesserbar. Für den Fall, dass die Zuschaltkupplung hinter dem vorderen Winkelgetriebe angeordnet ist, ist ein besonders einfacher Aufbau des Antriebsstrangs ermöglicht.
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Weiter vorzugsweise weist das vordere Winkelgetriebe eine Hohlwelle auf, vorzugsweise ist diese zum Zuführen von Antriebsleistung vom Geschwindigkeitswechselgetriebe eingerichtet. Vorzugsweise verläuft die erste Fahrzeugachse wenigstens abschnittsweise in dieser Hohlwelle. Insbesondere durch einen Antriebsstrang mit einer solchen Hohlwelle ist ein besonders kompakter Aufbau ermöglicht.
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In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist der Allradfreilauf als ein schaltbarer oder sperrbarer Freilauf ausgebildet. Vorzugsweise ist ein solcher Freilauf durch einen externen Steuerbefehl oder bedingt durch seine Bauart sperr- und vorzugsweise entsperrbar. Insbesondere wenn ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang der beschriebenen Art ausgerüstet ist und wenn bei der Rückwärtsfahrt mit diesem Fahrzeug der Bedarf eines Allradantriebs besteht, kann ein solcher schaltbarer oder sperrbarer Freilauf in dieser Rückwärtsfahrtrichtung gesperrt werden, beziehungsweise sperrt sich dieser selbsttätig, und ein Antrieb der zweiten Fahrzeugachse ist somit auch in Rückwärtsfahrrichtung ermöglicht. Weiter vorzugsweise kann der Allradantrieb, also der Antrieb der zweiten Fahrzeugachse, durch einen schaltbaren Freilauf selektiv aufgehoben werden.
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Weiter ist ein Kraftfahrzeug vorgesehen, insbesondere ein Personenkraftwagen, welcher einen Antriebsstrang der zuvor beschriebenen Bauart aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsmaschine als eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung ausgebildet und vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise ausgebildet, welche vorzugsweise nach dem Diesel- oder bevorzugt dem Ottoprinzip betreibbar ist. Weiter vorzugsweise ist die Antriebmaschine in Frontquer-Einbau in diesem Kraftfahrzeug aufgenommen. Weiter vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug wenigstens eine weitere Antriebsmaschine auf und ist insbesondere als Hybridfahrzeug ausgebildet, vorzugsweise mit der Brennkraftmaschine als erster Antriebsmaschine und einem Elektromotor/Generator als weiterer Antriebsmaschine.
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Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsformen sowie einzelne Merkmale der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, dabei zeigen:
- 1: eine schematisierte Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Allradantriebsstrangs,
- 2: eine schematisierte Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 3: eine schematisierte Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- 4: eine schematisierte Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist eine schematisierte Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Allradsystems dargestellt. Dieses Antriebssystem weist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 auf. Über das Winkelgetriebe 11 kann mittels der vorderen Gelenkwelle 15 und der hinteren Gelenkwelle 14 Antriebsleistung zur antreibbaren Hinterachse 22 bzw. zur antreibbaren Vorderachse 21 übertragen werden. Die Hauptfahrtrichtung 20 des Allradfahrzeugs zeigt der Richtungspfeil für sämtliche Figuren (1 bis 4). Weiter ist es allen dargestellten Antriebssystemen (1 bis 4) gemein, dass die Brennkraftmaschine 1 als Frontmotor ausgebildet ist, das erfindungsgemäß Antriebssystem ist aber nicht auf eine solche Antriebskonfiguration beschränkt, es kann ebenso auf Heckmotor- oder Mittelmotor-Antriebssysteme angewendet werden.
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Die antreibbare Hinterachse 22 weist ein Achsgetriebe 9 auf. An dem Achsgetriebe 9 der Hinterachse 22 ist ein Aktuator 12 vorgesehen, über welchen die Drehmomentübertragung von der hinteren Gelenkwelle 14 auf die antreibbare Hinterachse 22 selektiv unterbrechbar ist. Das Winkelgetriebe 11 kann einen Aktuator 13 aufweise, über welchen die Drehmomentübertragung auf die antreibbare Vorderachse 21 selektiv unterbrechbar. Aus dem Stand der Technik bekannte Allradsystem weisen entweder den Aktuator 12 oder 13 oder keinen Aktuator auf.
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Weiter weist das Antriebssystem vier antreibbare Räder 8 auf. Die antreibbare Hinterachse 22 weist neben dem Achsgetriebe 9 auch Achswellen 17 auf, mit welchen Antriebsleistung vom Achsgetriebe 9 auf die antreibbaren Räder 8 übertragbar ist. Die antreibbare Vorderachse 21 weist neben dem ersten Achsgetriebe 10 ebenso Achswellen 17 auf, mit diesen ist Antriebsleistung vom ersten Achsgetriebe 10 auf die antreibbaren Räder 8 dieser Achse 21 übertragbar.
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Wird bei einem derartigen Allradantriebssystem eine der antreibbaren Achsen 21, 22 abgeschaltet, d.h. die Drehmomentübertragung vom Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 zu einer dieser Achsen 21, 22 wird unterbrochen, so rotiert während der Fahrt des Fahrzeugs dennoch der gesamte Antriebsstrang unverändert weiter und verursacht wenigstens Leerlaufverluste.
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In 2 ist eine bevorzugte erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs dargestellt, dabei wird nachfolgend im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem in 1 dargestellten Antriebssystem eingegangen. Der in 2 dargestellte Antriebsstrang weist eine selektiv antreibbare Fahrzeugachse, sogenannte zweite (antreibbare) Fahrzeugachse 6, und eine permanent antreibbare Fahrzeugachse, sogenannte erste (antreibbare) Fahrzeugachse 16, auf. Weiter weist dieser Antriebsstrang eine frontquer eingebaute Brennkraftmaschine 1 als Antriebsmaschine auf. Von der Brennkraftmaschine 1 ist Antriebsleistung über das Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 auf die erste Fahrzeugachse 16 übertragbar.
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Zur Übertragung von Antriebsleistung auf die zweite antreibbare Fahrzeugachse 6 weist dieser Antriebsstrang die Zuschaltkupplung 4, das vordere Winkelgetriebe 11, die Schaltwelle 3 sowie den Allradfreilauf 5 auf. In einem Betriebsfall, in welchem von der Brennkraftmaschine 1 Antriebsleistung auch auf die zweite antreibbare Fahrzeugachse 6 übertragen werden soll, wird die Zuschaltkupplung 4 geschlossen, diese überträgt damit Antriebsleistung auf das vordere Winkelgetriebe 11, welches die Schaltwelle 3 in Rotation versetzt. Infolge einer ausreichend schnellen Rotation der Schaltwelle 3 schließt der Allradfreilauf 5 und von diesem ist Antriebsleistung auf das Achsgetriebe 7 der zweiten Fahrzeugachse 6 und von diesem über die Achswellen 17 auf die antreibbaren Räder 8 der zweiten Fahrzeugachse 6 übertragbar.
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In dem beschriebenen Betriebszustand ist die Drehmomentübertragung von der Brennkraftmaschine 1 über das Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 und die Schaltwelle 3 sowie den Allradfreilauf 5 auf die zweite antreibbare Fahrzeugachse 6 ermöglicht.
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In einem Betriebsfall, in welchem die zweite Fahrzeugachse 6 nicht durch die Brennkraftmaschine 1 angetrieben werden soll, wird die Zuschaltkupplung 4 geöffnet, d.h. es findet keine Drehmomentübertragung auf die Schaltwelle 3 von der Brennkraftmaschine 1 aus statt. Infolge der Abschaltung der Schaltwelle 3 über die Zuschaltkupplung 4 und die sich dadurch einstellenden Drehzahlverhältnisse am Allradfreilauf 5, öffnet dieser und die Schaltwelle 3 sowie das vordere Winkelgetriebe 11 stehen still, obwohl das Allradfahrzeug über die erste Fahrzeugachse 16 weiter angetrieben wird.
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Daraus folgt, dass in einem solchen Fall ein großer Teil des Antriebsstrangs beim Antrieb des Allradfahrzeugs stillsteht und keine Schleppverluste verursacht und somit ist die Effizienz des Antriebsstrangs gegenüber einem aus dem Stand der Technik bekannten Antriebsstrang (siehe 1) verbessert.
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In 3 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs dargestellt. Dabei ist die Brennkraftmaschine 1 als Einheit mit dem Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 dargestellt und in Frontlängseinbau angeordnet.
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Nachfolgend wird im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem in 2 dargestellten Antriebsstrang eingegangen. Bei dem in 3 dargestellten Antriebsstrang ist die erste Fahrzeugachse 16, also die permanent antreibbare Fahrzeugachse, hinten im Fahrzeug angeordnet, bezogen auf die Hauptfahrtrichtung 20. Mittels der hinteren Gelenkwelle 14 wird Antriebsleistung vom Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 auf das erste Achsgetriebe 10 der ersten Fahrzeugachse 16 übertragen. Mittels der vorderen Gelenkwelle 15 ist Antriebsleistung auf die vordere selektiv antreibbare Fahrzeugachse, sogenannte zweite Fahrzeugachse 6, übertragbar.
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In einem Betriebsfall, in welchem die zweite Fahrzeugachse 6 mit angetrieben werden soll, wird die Zuschaltkupplung 4 geschlossen, diese versetzt die Schaltwelle 3 in Rotation und durch die Rotation der Schaltwelle 3 schließt der Allradfreilauf 5. Vom geschlossenen Allradfreilauf 5 ist Drehmoment auf das Achsgetriebe 7 der zweiten Fahrzeugachse 6 übertragbar. Von diesem Achsgetriebe 7 wird die Antriebsleistung mittels der Achswellen 17 auf die antreibbaren Räder 8 der zweiten Fahrzeugachse 6 abgegeben.
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In 4 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Die vordere Fahrzeugachse ist als permanent antreibbare Fahrzeugachse und damit als erste Fahrzeugachse 16 ausgebildet. Die hintere Fahrzeugachse ist als bedarfsgerecht antreibbare Fahrzeugachse und damit als zweite Fahrzeugachse 6 ausgebildet. Nachfolgend wird im Wesentlichen auf die Unterschiede zu den in den 2 und 3 dargestellten Antriebssystemen eingegangen.
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Wird die Zuschaltkupplung 4 geöffnet, so ist von der Brennkraftmaschine 1 kein Drehmoment auf die Schaltwelle 3 und damit auf die zweite Fahrzeugachse 6 übertragbar. Bei geöffneter Zuschaltkupplung 4 öffnet sich beim Antrieb des Allradfahrzeugs der Allradfreilauf 5 und die Schaltwelle 3 steht still. Bei geschlossener Zuschaltkupplung 4, wird die Schaltwelle 3 in Rotation versetzt und beim Antrieb des Allradfahrzeugs schließt auch der Allradfreilauf 5 und es ist über die Zuschaltkupplung 4, die Schaltwelle 3, den Allradfreilauf 5 sowie das Achsgetriebe 7 der zweiten Fahrzeugachse 6 Antriebsleistung über die Achswellen 17 auf die antreibbaren Räder 8 der zweiten Fahrzeugachse übertragbar.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, mit der Erfindung lässt sich die Entstehung von Schleppmomenten, insbesondere mit Hilfe des Allradfreilaufs 5, verringern.
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Der Allradfreilauf 5 ist vorzugsweise direkt vor dem Differential beziehungsweise dem Achsgetriebe 7 der zweiten Fahrzeugachse 6, sogenannte Sekundärachse, angebracht. Somit ist insbesondere erreichbar, dass nur ein Teil des sekundären Antriebs (Teil des Antriebsstrangs zum Antreiben der zweiten Fahrzeugachse 6) „mitgeschleppt“ wird.
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Bei einem hauptsächlich front-getriebenen Fahrzeug (siehe 2, 4) mit zuschaltbarem Allradantrieb wird vorzugsweise der Kraftschluss zwischen dem Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 und der Schaltwelle 3 bei Bedarf mit der Zuschaltkupplung 4 generiert, sodass die Schaltwelle 3 bei reinem Frontantrieb (zweite Fahrzeugachse 6 wird nicht aktiv angetrieben) stillsteht und somit weder Verluste noch eine rotierende Massenträgheit verursacht.
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Beim Zuschalten des Allradantriebes bei einem solchen Antriebsstrang während der Fahrt kann der hintere Antriebsstrang, also insbesondere die zweite Fahrzeugachse 6, mit Hilfe der Zuschaltkupplung 4 an die gefahrene Geschwindigkeit angepasst werden. Sind die Drehzahl des mit der ersten Fahrzeugachse 16 gekoppelten Teils des Antriebsstrangs und die Drehzahl des mit der zweiten Fahrzeugachse gekoppelten Teils des Antriebsstrangs gleich groß, werden die Antriebsräder 8 der zweiten Fahrzeugachse 6 angetrieben, da der Allradfreilauf 5, welcher in Drehmomentübertragungsrichtung zwischen diesen beiden Teilen des Antriebsstrang angeordnet ist, nun in Sperrrichtung (Allradfreilauf 5 geschlossen) betrieben wird.
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Insbesondere um Rückwärtsfahrten mit Allradantrieb zu ermöglichen, ist der Allradfreilauf 5 bevorzugt als ein Freilauf ausgebildet, welcher rückwärts sperrbar ist, vorzugsweise durch einen externen Steuerbefehl oder bevorzugt bedingt durch die Bauart dieses Freilaufs. Diese Sperrfunktionalität kann automatisch (automatischer Freilauf), oder mechanisch (durch Klemme) geschehen, derartige Freiläufe sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Eine besonders bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist in 2 dargestellt. Dort steuert die Brennkraftmaschine 1 über das Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 sowohl das erste Achsgetriebe 10, welches in dem Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 aufgenommen ist, wie auch eine Hohlwelle an. Diese Hohlwelle ist zur Drehmomentübertragung aus dem Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 mit der Zuschaltkupplung 4 verbunden ist. Die erste Fahrzeugachse 16, also die Antriebsachse der Vorderräder, verläuft abschnittsweise im inneren der Hohlwelle. Die Hohlwelle verbindet die zweite Fahrzeugachse 6 bei Bedarf, bzw. beim Zuschalten des Allradantriebes, mit Hilfe der Zuschaltkupplung 4 drehmomentleitend mit dem Geschwindigkeitswechselgetriebe 2. So kann Drehmoment über das vordere Winkelgetriebe 11, die Schaltwelle 3, den Allradfreilauf 5 und das Achsgetriebe 7 der zweiten Fahrzeugachse 6 an die Antriebsräder 8 dieser Fahrzeugachse 6 übertagen werden. Bei geöffneter Zuschaltkupplung 4 hingegen entsteht eine Einsparung an Kraftstoff, durch die Vermeidung von Schleppmomenten und Reibverlusten im Antriebsstrang.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Geschwindigkeitswechselgetriebe
- 3
- Schaltwelle
- 4
- Zuschaltkupplung
- 5
- Allradfreilauf
- 6
- Zweite Fahrzeugachse
- 7
- Achsgetriebe der zweiten Fahrzeugachse
- 8
- Antriebsrad
- 9
- Achsgetriebe der Fahrzeugachse 22
- 10
- Achsgetriebe der ersten Fahrzeugachse
- 11
- Winkelgetriebe
- 12
- Elektrischer Aktor von 9, alternativ zu 13 vorhanden
- 13
- Elektrischer Aktor von 11, alternativ zu 12 vorhanden
- 14
- Hintere Gelenkwelle
- 15
- Vordere Gelenkwelle
- 16
- Erste Fahrzeugachse
- 17
- Achswelle
- 20
- Hauptfahrtrichtung
- 21
- Antreibbare Vorderachse
- 22
- Antreibbare Hinterachse
