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Die Erfindung betrifft eine Achsenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Differential, zwei Rädern und jeweils einer Welle zwischen dem Differential und den Rädern, und einem Antriebsmotor zum Antrieb der Achsenanordnung.
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Es ist bekannt, Allradfahrzeuge dadurch zu realisieren, dass von der angetriebenen Achse über eine Welle die andere Fahrzeugachse aus angetrieben wird. Diese Anbindung kann auch durch eine Kupplung gelöst werden, sodass ein Kraftfahrzeug sowohl mit zwei als auch mit vier angetriebenen Rädern betrieben werden kann.
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Darüber hinaus ist es bekannt, eine Achse beispielsweise mit einem Verbrennungsmotor oder auch Elektromotor anzutreiben und eine zweite Achse mittels eines Elektromotors. Ein derartiges Kraftfahrzeug besitzt also zwei angetriebene Achsen.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Achsenanordnung anzugeben, die einen energieeffizienten zweirädrigen Antrieb eines Kraftfahrzeugs mit zwei angetriebenen Achsen erlaubt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Achsenanordnung wie eingangs beschrieben Art vorgesehen, dass wenigstens eine der Wellen zwei Wellenabschnitte aufweist, wobei an jedem Wellenabschnitt ein Kupplungselement zur lösbaren Verbindung der Wellenabschnitte miteinander angeordnet ist. Mit anderen Worten weist eine der Wellen zwischen Differential und Rad eine Kupplung auf. Mit dieser Kupplung wird es möglich, das Rad vom Differential zu trennen und dadurch je nach Aufbau sogar beide Räder schleppmomentfrei zu bekommen. Schleppmomentfrei meint hier, dass der an der Achse angreifende Motor, insbesondere Elektromotor, von diesem Rad abgekoppelt wird und dabei das vom Elektromotor erzeugte Schleppmoment nicht mehr am Rad anliegt.
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Die Wellen zwischen Differential und Rad werden auch Seitenwellen genannt.
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Vorteilhafterweise können die Kupplungselemente eine Verzahnung aufweisen. Die Kupplung zum Kuppeln der Wellenabschnitte umfasst also zumindest eine Klauenkupplung. Bevorzugt weist die Kupplung ausschließlich eine Klauenkupplung auf. Das heißt, dass die Verzahnung die einzigen Koppelelemente der Kupplung darstellen.
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Bevorzugt kann die Verzahnung an der Stirnseite der Kupplungselemente angeordnet sein. Im Gegensatz zu Klauenkupplungen, die beispielsweise aus Getrieben bekannt sind, wird also keine Schiebemuffe mit Innenverzahnung verwendet. Die Zähne befinden sich dort auf einem Ring und weisen aufeinander.
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Bevorzugt kann bei wenigstens einem Wellenabschnitt die Verzahnung am Wellenabschnitt ausgebildet sein. Dadurch kann ein zusätzliches Koppelelement eingespart werden.
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In einer ersten Ausgestaltung können beide Wellenabschnitte eine Verzahnung aufweisen. In diesem Fall wird nur noch eine Betätigung zum Einlegen und Auslegen der Kupplung benötigt.
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Alternativ kann bei einem Wellenabschnitt die Verzahnung an einer Schiebemuffe ausgebildet sein. In diesem Fall ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass an einem Wellenabschnitt die Verzahnung an einer Schiebemuffe ausgebildet ist und beim anderen Wellenabschnitt die Verzahnung am Wellenabschnitt selbst ausgebildet ist.
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Vorteilhafterweise kann die Verzahnung wenigstens 20 Zähne aufweisen. Die Anzahl hängt dabei vom Durchmesser der Wellen ab, je größer die Wellen sind, desto mehr Zähne können sie aufweisen. Je größer die Anzahl der Zähne ist, desto schneller wird eine Zahn-auf-Zahn-Stellung überwunden und ein Einkuppeln erreicht. Allerdings darf die Anzahl der Zähne auch nicht zu groß werden, da ansonsten die Festigkeit der Zähne nicht mehr ausreichend ist. Dementsprechend ist beispielsweise vorgesehen, dass die Verzahnung maximal 50 Zähne aufweist. Dies gilt bei Durchmessern von 65 Millimetern Außendurchmesser.
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Vorteilhafterweise kann einer der Wellenabschnitte axial beweglich und der zweite Wellenabschnitt axial ortsfest angeordnet sein. Die Unterscheidung zwischen axial beweglich und axial ortsfest ist dabei dahingehend, dass es dem axial ortsfesten Wellenabschnitt nicht möglich ist, die Verzahnung der Kupplungselemente in Eingriff zu bringen, während es dem axial beweglichen Wellenabschnitt möglich ist. Das heißt, dass auch der axial unbewegliche Wellenabschnitt in axialer Richtung ein gewisses Spiel aufweisen darf. Er wird wie beschrieben solange als ortsfest angesehen, wie über seine Bewegung nicht ein Einkuppeln stattfinden kann.
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Vorteilhafterweise kann einer der Wellenabschnitte mit einem Achskegelrad des Differentials drehfest verbunden sein. Insbesondere kann er mittels einer Steckverzahnung mit dem Achskegelrad verbunden sein. Bevorzugt ist dieser Wellenabschnitt axial beweglich angeordnet.
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Vorzugsweise kann die Achsenordnung ein Betätigungselement zur axialen Verschiebung eines der Kupplungselemente aufweisen. Vorteilhafterweise kann das Betätigungselement als Schaltgabel ausgebildet sein. Der mit dem Betätigungselement angetriebene Kupplungsabschnitt kann entweder eine Schiebemuffe oder ein Wellenabschnitt sein.
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Bevorzugt kann im Kraftfluss zwischen dem Betätigungselement und einem axial ortsfesten Wellenabschnitt ein elastisches Element, insbesondere eine Feder angeordnet sein. Vorzugsweise kann die Feder als Tellerfeder ausgebildet sein. Mittels einer Feder an dieser Stelle kann das Betätigungselement und das durch ihn angetriebene Kupplungselement auch bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung weiterbewegt werden. Da die Wellenabschnitte gegeneinander rotieren, wird innerhalb kurzer Zeit die Zahn-auf-Zahn-Stellung überwunden. Die Feder sorgt dann dafür, dass der Einkuppelvorgang erfolgt.
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Vorteilhafterweise steht das Betätigungselement mit den Wellenabschnitten ausschließlich mittelbar in Kontakt. Auch ohne Schiebemuffe wird also nicht direkt am Wellenabschnitt angegriffen.
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Vorzugsweise kann der Antriebsmotor als Elektromotor ausgebildet sein.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achsenanordnung zum permanenten Antrieb des Kraftfahrzeugs und einer zweiten Achsenanordnung zum zumindest temporären Antrieb des Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Achsenanordnung wie beschrieben ausgebildet ist.
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Dabei kann der ersten Achsenanordnung ein Verbrennungsmotor und / oder ein Elektromotor zugeordnet sein. Der zweiten Achsenanordnung ist bevorzugt ein Elektromotor zugeordnet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
- 1 Ein Kraftfahrzeug,
- 2 ein Kraftfahrzeug,
- 3 eine Achsenanordnung in einer ersten Ausgestaltung,
- 4 die Achsenanordnung nach 3 in eingekoppeltem Zustand,
- 5 eine Achsenanordnung in einer zweiten Ausgestaltung,
- 6 die Achsenanordnung nach 5 in eingekoppeltem Zustand,
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer ersten Achsenanordnung 2 und einer zweiten Achsenanordnung 3. Die Vorwärtsfahrtrichtung liegt dabei in Richtung des Pfeiles 4.
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An jeder Achse befinden sich zwei Räder 5 und an der zweiten Achsenanordnung 3 ist weiterhin ein Kupplungsbereich 6 vorgesehen. Ein derartiger Abschnitt ist bei der ersten Achsenanordnung 2 nicht notwendig, da diese zum dauerhaften Antrieb des Kraftfahrzeugs 1 vorgesehen ist.
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2 zeigt ein weiteres Kraftfahrzeug, bei dem lediglich die Position der ersten Achsenanordnung 2 und der zweiten Achsenanordnung 3 vertauscht wurde. Die zweite Achsenanordnung 3 liegt nunmehr in Fahrtrichtung vorne.
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3 zeigt die zweite Achsenanordnung 3 im Detail. Insbesondere wird hierbei der Abschnitt zwischen Rad 5 und einem Differential 7 dargestellt. Vom Differential 7 ist ein Achskegelrad 8 zu sehen. Bei dieser Ausgestaltung des Kupplungsbereichs 6 weist die Welle 9 zwischen Differential 7 und Rad 5 zwei Wellenabschnitte 10 und 12 auf. Der Wellenabschnitt 10 ist mit dem Rad 5 verbunden und axial ortsfest. Der Wellenabschnitt 12 ist mit dem Achskegelrad 8 und damit mit dem Differential 7 verbunden und axial beweglich angeordnet. Zur Bewegung des Wellenabschnitts 12 ist als Betätigungseinrichtung 14 eine Schaltgabel 16 vorgesehen.
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Der Wellenabschnitt 10 weist als Kupplungselement 18 Zähne 20 auf. Der Wellenabschnitt 12 weist als Kupplungselement 22 Zähne 24 auf. Die Zähne 20 und 24 bilden dabei eine Verzahnung 26.
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Der Wellenabschnitt 12 ist mit dem Achskegelrad 8 mittels einer Steckverzahnung verbunden, sodass der Wellenabschnitt 12 und das Achskegelrad 8 drehfest verbunden sind, aber der Wellenabschnitt 12 axial beweglich angeordnet ist.
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Die Schaltgabel 16 greift am Wellenabschnitt 12 nicht direkt an, sondern über eine auf dem Wellenabschnitt 12 axial verschiebbar angeordnete Schiebemuffe 28 ohne Verzahnung. In Richtung des Achskegelrades 8 ist die Bewegbarkeit der Schiebemuffe 28 durch einen Sprengring 30 oder ein anderes Befestigungsmittel starr begrenzt. In Richtung des ortsfesten Wellenabschnitts 10 befindet sich dagegen eine Tellerfeder 32. Mittels der Tellerfeder 32 ist es möglich, dass die Schaltgabel den Wellenabschnitt 12 in Richtung des Wellenabschnitts 10 bewegt. Kommt es zu einer Zahn-auf-Zahn-Stellung, so wird die Tellerfeder 32 vorgespannt, während sich die Wellenabschnitte 10 und 12 weiter umdrehend bewegen. Sobald die Zahn-auf-Zahn-Stellung überwunden ist sorgt die Tellerfeder 32 dafür, dass der Einkuppelvorgang vollzogen wird. Somit kann die Betätigungseinrichtung 14 durchgehend axial verschoben werden, unabhängig davon, ob eine Zahn-auf-Zahn-Stellung auftritt oder nicht.
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4 zeigt die zweite Achsenanordnung und hier den Kupplungsbereich 6 in eingekoppeltem Zustand. Ansonsten wird auf die Beschreibung zu 3 verwiesen.
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5 zeigt eine zweite Achsenanordnung 3 in einer zweiten Ausgestaltung. Als wesentlicher Unterschied im Vergleich zu 3 ist auf dem Wellenabschnitt 10 eine Schiebemuffe 34 angeordnet. Dabei sind der Wellenbereich 10 und der Wellenbereich 12 beide im Wesentlichen ortsfest. Beide können nicht soweit verschoben werden, dass die Verzahnung 36 zwischen der Schiebemuffe 34 mit Zähnen 38 und den Zähnen 24 des Wellenabschnitts 12 in Eingriff gebracht werden können. Um die Zähne der Verzahnung 36 in Eingriff zu bringen ist die Schiebemuffe 34 auf den Wellenabschnitt 12 hin zu bewegen. Dabei kann es wieder zu einer Zahn-auf-Zahn-Stellung kommen. Dementsprechend ist zwischen dem Achskegelrad 8 und dem Wellenabschnitt 12 eine Tellerfeder 32 angeordnet. Auch diese hat die Funktion, bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung eine Weiterbewegung der Schiebemuffe 34 durch eine Betätigungseinrichtung zu ermöglichen. Hierbei kann wiederum eine Schaltgabel 16 in die Schiebemuffe 34 eingreifen. Die Schiebemuffe 34 ist dabei im Unterschied zur Schiebemuffe 28 auf dem Wellenabschnitt 10 angeordnet. Die Betätigungsrichtung ist dabei in Richtung des Differentials 7, während in 3 die Betätigungsrichtung in Richtung eines Rades 5 war.
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6 zeigt die Achsenanordnung nach 3 im eingekoppeltem Zustand. Hinsichtlich der Beschreibung wird daher auf 5 verwiesen.
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In einer Ausgestaltung ist nur an einer der beiden Wellen zwischen Differential und Rad ein Kupplungsbereich vorzusehen. Dies hat zur Folge, dass der Ausgleich im Differential mitgedreht wird. Dieser weist allerdings nur eine geringe Schleppleistung auf. Um dies zu vermeiden könnte auch die zweite Welle mit einer Kupplung versehen werden und dann beide Räder der Achsenanordnung vom Differential abgekoppelt werden. Allerdings ist das Vorsehen einer zweiten Kupplung im Hinblick auf das Gewicht und den Bauraum dann mit der Schleppleistung ins Verhältnis zu setzen die noch verbleibt. Diese ist wesentlich geringer als die Schleppleistung des Elektromotors der zweiten Achsenanordnung 3. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist dabei, unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der zweiten Achsenanordnung 3, also lediglich ein einziger Kupplungsbereich 6 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- erste Achsenanordnung
- 3
- zweite Achsenanordnung
- 4
- Pfeil
- 5
- Rad
- 6
- Kupplungsbereich
- 7
- Differential
- 8
- Achskegelrad
- 9
- Welle
- 10
- Wellenabschnitt
- 12
- Wellenabschnitt
- 14
- Betätigungseinrichtung
- 16
- Schaltgabel
- 18
- Kupplungselement
- 20
- Zahn
- 22
- Kupplungselement
- 24
- Zahn
- 26
- Verzahnung
- 28
- Schiebemuffe ohne Verzahnung
- 30
- Sprengring
- 32
- Tellerfeder
- 34
- Schiebemuffe
- 36
- Verzahnung
