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Die Erfindung betrifft ein Verteilergetriebe
gemäß der im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der Praxis sind Verteilergetriebe
bzw. Längsverteilergetriebe
für ein
Fahrzeug mit einem zuschaltbaren Allradantrieb bekannt, welche mit
einer regelbaren Kupplung zum Zuschalten des Allradantriebs und
mit einem Planetensatz als Übersetzungsstufe
für einen
während
einer Fahrt zuschaltbaren Geländegang
ausgeführt
sind. Bei zugeschaltetem Allradantrieb ist eine zweite Abtriebswelle über die
regelbare Kupplung, die als Lamellenkupplung ausgeführt ist,
mit einer Getriebeeingangswelle verbunden. Die regelbare Kupplung
wird jeweils zum Zu- bzw. Abschalten des Allradantriebes über einen
Elektromotor betätigt
bzw. angesteuert.
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Des weiteren ist es vorgesehen, daß die Betätigung der
Geländegangschaltung
eines Längsverteilergetriebes
ebenfalls durch den Elektromotor erfolgt. Der Elektromotor, über welchen
die Kupplung bzw. der Allradantrieb und auch der Geländegang
betätigt
wird, ist bei den aus der Praxis bekannten Verteilergetrieben im
Bereich einer ersten Abtriebswelle oder im Bereich der zweiten Abtriebswelle,
welche über
eine Kette mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist, angeordnet.
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Diese beiden alternativen Anordnungen
des Elektromotors bzw. des Stellmotors zum Betätigen einer Geländegangschaltung
eines Verteilergetriebes weisen jedoch den Nachteil auf, daß ein Schwerpunkt
des Verteilergetriebes von einem Ankoppelbereich des Verteilergetriebes
an einem Hauptgetriebe in Richtung des Abtriebes des Verteilergetriebes wandert.
Dadurch werden im Betrieb des Verteilergetriebes höhere Schwingungen
aufgrund größerer Schwingungsamplituden
im Bereich des Abtriebes erzeugt, die zu unerwünscht hohen Bauteilbelastungen
für den
Elektromotor führen
und eine Lebensdauer nachteilhafterweise verkürzen.
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Zusätzlich ist bei Fahrzeugen auf
der Abtriebsseite des Verteilergetriebes wenig Bauraum vorhanden,
weshalb der Elektromotor unter Umständen in der Nähe eines
Katalysators des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Der an den Elektromotor
angrenzende Katalysator führt
bei ungünstigen
Betriebszuständen
zu einer Beeinträchtigung
der Funktionsweise des Elektromotors, die durch die hohen Betriebstemperaturen
des Katalysators verursacht wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, ein Verteilergetriebe zu schaffen, welches
durch seine Gestaltung vorhandene Bauräume in einem Fahrzeug optimal
nutzt und bei dem eine Funktionsweise eines Elektromotors sicher
gewährleistet
ist.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe mit einem
Verteilergetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Mit dem Verteilergetriebe gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffes des Patentanspruches 1, bei dem der Elektromotor
zur Ansteuerung der regelbaren Kupplung in einem Ankoppelbereich
des Verteilergetriebes an einem Hauptgetriebe angeordnet ist, wird
eine Schwingungsbelastung auf den Elektromotor bzw. den Stellmotor
erheblich verringert, wo durch der Elektromotor vorteilhafterweise
eine höhere
Lebensdauer hat.
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Die reduzierte Schwingungsbelastung
resultiert daraus, daß durch
die erfindungsgemäße Anordnung
des Elektromotors im Bereich der Ankoppelstelle des Verteilergetriebes
an einem Hauptgetriebe eines Mehrgruppengetriebes ein Schwerpunkt
des Verteilergehäuses
näher an
die Verbindung zwischen dem Verteilergehäuse und dem Hauptgetriebe angeordnet
ist, wodurch auf einfache Art und Weise die auf den Elektromotor
einwirkenden Schwingungen reduziert sind.
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Des weiteren führt die erfindungsgemäße Anordnung
des Elektromotors des Verteilergetriebes neben der Antriebswelle
des Verteilergetriebes zu dem Vorteil, daß auf der Abtriebsseite des
Verteilergetriebes weniger Bauraum benötigt wird und eine Beeinträchtigung
der Funktionsweise des Elektromotors bzw. des Stellmotors der regelbaren
Kupplung des Verteilergetriebes durch hohe Betriebstemperaturen
eines Katalysators wie bei aus der Praxis bekannten Lösungen vermieden
wird.
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Zusätzlich ist von Vorteil, daß durch
die erfindungsgemäße Anordnung
des Elektromotors ein Gehäuse
des Verteilergetriebes in Bezug auf ein Gesamtgewicht des Verteilergetriebes
optimiert ausgestaltet werden kann.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte
Ausgestaltungen eines Verteilergetriebes nach der Erfindung sind
der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Es zeigt:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Mehrgruppengetriebes, welches aus einem Hauptgetriebe und
einem Verteilergetriebe nach der Erfindung besteht; und
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Mehrgruppengetriebes mit einem Hauptgetriebe und einem Verteilergetriebe
nach der Erfindung.
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Bezug nehmend auf 1 ist ein Mehrgruppengetriebe 1 dargestellt,
das ein Hauptgetriebe 17 und ein Längsverteilergetriebe bzw. ein
Verteilergetriebe 31 mit einer regelbaren Kupplung 2 für ein nicht näher dargestelltes
Fahrzeug mit Allradantrieb umfaßt.
Das Verteilergetriebe 31 ist mit einem Planetenradsatz 3 als Übersetzungsstufe
bzw. Reduktionsstufe für
einen während
der Fahrt zuschaltbaren Geländegang
ausgeführt.
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Ein von einer nicht näher dargestellten
Antriebsmaschine abgegebenes Antriebsmoment wird über eine
Antriebswelle 4 in das Verteilergetriebe 31 eingeleitet
und über
eine erste Abtriebswelle 5 sowie eine zweite Abtriebswelle 6 auf
zwei nicht näher
dargestellte Antriebswellen des Fahrzeuges geführt, wobei die zweite Abtriebswelle 6 über eine
Kette 7 von der Antriebswelle 4 angetrieben wird.
Die Verbindung zwischen der Antriebswelle 4 und der zweiten
Abtriebswelle 6 ist über
die als Lamellenkupplung ausgeführte
Kupplung 2 derart regelbar, daß die Verbindung durch ein
Zuschalten bzw. Schließen
der Kupplung 2 eingestellt wird und bei geöffneter
Kupplung 2 unterbrochen ist. Der Allradantrieb wird somit über die
Kupplung 2 zugeschaltet bzw. abgeschaltet und stellt in
Verbindung mit der Kette 7 eine sogenannte Verteilereinheit
zum wahlweisen Verteilen eines Abtriebsmomentes auf die erste Abtriebswelle 5 oder auf
beide Antriebswellen 5, 6 des Verteilergetriebes 31 dar.
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Die Betätigung der Kupplung 2,
d. h. ein Zuschalten und ein Abschalten der Kupplung, erfolgt über einen
Elektromotor 8. Die Betätigung
der Kupplung 2 hängt
von dem jeweils eingestellten Drehsinn des Elektromotors 8 ab,
ob die Kupplung 2 geöffnet oder
geschlossenen wird. Darüber
hinaus wird auch der Planetenradsatz 3 über den Elektromotor 8 betätigt. Dazu
ist der Elektromotor 8 über
eine Welle 33, eine Schwinge 12 und eine Schiebemuffe 32 mit
dem Planetensatz 3 wirkverbunden.
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Die Welle 33 wird über einen
Kugelgewindetrieb 11 in axialer Richtung des Verteilergetriebes 31 verstellt,
wodurch die Schiebemuffe 32 zwischen zwei Schaltstellungen
bewegbar ist. Bei Vorliegen einer ersten Schaltstellung der Schiebemuffe 32 ist
ein Hohlrad 9 des Planetenradsatzes 3 mit einem
Steg 10 des Planetenradsatzes 3 verbunden. Befindet sich
die Schiebemuffe 32 in ihrer zweiten Schaltstellung, ist
das Hohlrad 9 fest mit einem nicht näher dargestellten Getriebegehäuse des
Verteilergetriebes 1 verbunden. Dabei ist der Geländegang
des Verteilergetriebes 31 eingelegt, wenn das Hohlrad 9 über eine Klauenverzahnung
der Schiebemuffe 32 mit dem Getriebegehäuse des Verteilergetriebes 31 fest
verbunden ist. Ist das Hohlrad 9 über die Klauenverzahnung der
Schiebemuffe 32 drehfest mit dem Steg bzw. dem Planetenträger 10 des
Planetenradsatzes 3 verbunden, dann ist der Geländegang
des Verteilergetriebes 1 deaktiviert.
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Die Betätigung der regelbaren Kupplung 2 erfolgt über eine
zwischen dem Elektromotor 8 und der Kupplung 2 vorgesehene Übertragungseinrichtung 13,
deren Wirkungsweise in etwa der des Kugelgewindetriebes 11 in
Verbindung mit der Schwinge 12 entspricht, nämlich eine
rotatorische Bewegung des Elektromotors 8 in eine translatorische
Betätigungsbewegung
zu transformieren und somit die Kupplung 2 über den
Elektromotor betätigen
zu können.
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Auf dem dem Planetenradsatz 3 abgewandten
Ende des Verteilergetriebes 1 ist eine Hydraulikpumpe 14 direkt
auf der Antriebswelle 4 angeordnet, welche zur Ölversorgung
des Verteilergetriebes 1 vorgesehen ist und die mit der
Drehzahl der Antriebswelle 4 angetrieben wird. Die Anordnung
der Hydraulikpumpe 14 gewährleistet, daß die Hydraulikpumpe 14 auch
bei zugeschaltetem Geländegang
eine konstante Förderleistung
aufweist, da eine Antriebsdrehzahl durch den Wechsel der Übersetzung
beim Schalten der Geländegangstufe
für die
Hydraulikpumpe 14 konstant bleibt.
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Des weiteren ist die Hydraulikpumpe 14 auf der
Antriebswelle 4 vor einem ersten Getriebelager 15 angeordnet,
wodurch ein Abstand zwischen dem ersten Getriebelager 15 und
einem zweiten Getriebelager 16 kleiner ist, wie bei einer
Anordnung der Pumpe zwischen den beiden Getriebelagern 15, 16.
Dies führt
zu einer Minimierung einer Biegebelastung der Antriebswelle 4 sowie
der ersten Abtriebswelle 5, so daß die Wellen 4 und 5 in
Bezug auf die Biegebelastung kleiner dimensioniert werden können. Dadurch wird
auf einfache Art und Weise eine Gewichtsreduzierung sowie eine Verringerung
der Herstellkosten des Verteilergetriebes 31 erreicht.
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Die abtriebsseitige Anordnung des
Planetenradsatzes 3 auf der ersten Abtriebswelle 5,
d. h. an dem dem Ankoppelbereich 18 abgewandten Ende des
Verteilergetriebes 31, bietet die Möglichkeit, daß das vorliegende
Verteilergetriebe nach der Erfindung mit geringem konstruktivem
Aufwand auch ohne den Planetenradsatz 3 bzw. die Reduktionsstufe
ausführbar
ist. Das Verteilergetriebe nach der Erfindung weist somit einen
modularen Aufbau auf, der einfach und kostengünstig an verschiedene Anwendungsfälle anpaßbar ist.
Damit können
in Abhängigkeit
des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles erforderliche zusätzliche
Funktionalitäten
des Verteilergetriebes mit geringem Aufwand in das Verteilergetriebe
integriert werden, oder eventuell nicht benötigte Funktionalitäten mit
sehr geringem Aufwand weggelassen werden.
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2 zeigt
das in 1 dargestellte
Mehrgruppengetriebe 1 mit dem Verteilergetriebe 31 und dem
damit verbundenen Hauptgetriebe 17, wobei der Unterschied
zwischen dem Mehrgruppengetriebe gemäß 1 und gemäß 2 lediglich im Bereich der zweiten Abtriebswelle 6 gegeben
ist. Aus diesem Grund werden der Übersichtlichkeit halber für baugleiche
und funktionsgleiche Bauteile in der Beschreibung dieselben Bezugszeichen
verwendet.
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Aus der Darstellung gemäß 1 und 2 ergibt sich, daß der Elektromotor 8 in
dem Ankoppelbereich 18 zwischen dem Verteilergetriebe 31 und dem
Hauptgetriebe 17 angeordnet ist, wodurch ein Schwerpunkt
des Verteilergetriebes 31 in Richtung des Ankoppelbereiches 18 verschoben
ist. Die Verlagerung des Schwerpunktes des Verteilergetriebes 31 führt dazu,
daß der
Elektromotor 8 bzw. der Stellmotor für die Kupplung 2 und
die Schiebemuffe 32 mit einer wesentlich geringeren Schwingungsbelastung beaufschlagt
wird, was erwartungsgemäß zu einer höheren Lebensdauer
des Elektromotors 8 führt
und die zudem eine zusätzliche
Verbindung des Elektromotors 8 mit dem Getriebegehäuse 19 des
Hauptgetriebes 17 nicht erforderlich macht.
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Der Elektromotor 8 ist derart
im Ankoppelbereich 18 zwischen dem Verteilergetriebe 1 und
dem Hauptgetriebe 17 angeordnet, daß er einen dem Verteilergetriebe 1 zugewandten
Bereich des Hauptgetriebes 17 überragt und außerhalb
eines Gehäuses 19 des
Hauptgetriebes positioniert ist. Dadurch ist eine Gestaltung des
Gehäuses 19 des
Hauptgetriebes 17 unabhängig
von dem Elektromotor 8 durchführbar und eine Montage des
Mehrgruppengetriebes 1 wird insgesamt vereinfacht.
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Selbstverständlich liegt es alternativ
hierzu im Ermessen des Fachmannes den Elektromotor über eine
geeignete Befestigung entweder mit dem Gehäuse des Verteilergetriebes
oder dem Gehäuse des
Hauptgetriebes oder mit beiden gleichzeitig zu verbinden. Zusätzlich kann
es auch vorgesehen sein, daß zwischen
dem Elektromotor und dem Gehäuse des
Verteilergetriebes sowie zwischen dem Elektromotor und dem Gehäuse des
Hauptgetriebes jeweils ein Dämpferelement
angeordnet ist, um eine Schwingungsabkoppelung zwischen dem Verteilergetriebe, dem
Hauptgetriebe und dem Elektromotor zu gewährleisten bzw. zu erreichen
sowie ein Aneinanderschlagen der Baugruppen im Betrieb zu vermeiden.
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Die zweite Abtriebswelle 6 weist
ein erstes Zahnrad 20 bzw. ein Abtriebsrad auf, über welches die
die Antriebswelle 4 und die zweite Abtriebswelle 6 verbindende
Kette 7 geführt
ist. Im Bereich der Antriebswelle 4 weist das Ver teilergetriebe 31 ein
zweites Zahnrad 21 auf, welches über die Kupplung 2 mit der
Antriebswelle 4 drehfest verbindbar ist und über das
ebenfalls die Kette 7 geführt ist. Das bedeutet, daß bei geschlossener
Kupplung 2 ein über
die Antriebswelle 4 in das Verteilergetriebe 31 eingeleitetes Drehmoment über die
Kupplung 2, das zweite Zahnrad 21, die Kette 7 und
das drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 6 verbundene
erste Zahnrad bzw. das Abtriebsrad 20 auf die zweite Abtriebswelle 6 geführt wird.
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Die zweite Abtriebswelle 6 ist
bei der in 1 dargestellten
Ausführung
mit einem Abtriebsflansch 22 ausgebildet, an welchem eine
nicht näher dargestellte
und an sich bekannte Gelenkwelle mit mehreren Schraubverbindungen
befestigbar ist. Die Gelenkwelle dient zum Verbinden des Verteilergetriebes 31 mit
einer der Antriebswellen des Fahrzeuges, die wiederum direkt mit
Antriebsrädern
des Fahrzeuges verbunden ist.
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Die Gelenkwelle besteht aus zwei
Gleichlaufgelenken und einem rohrförmigen Bauteil, welches zwischen
den beiden Gleichlaufgelenken angeordnet ist. Die Gleichlaufgelenke
sind zum Ausgleich eines Versatzes zwischen der Rotationsachse der zweiten
Abtriebswelle 6 des Verteilergetriebes 31 und
der Rotationsachse der mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges verbundenen
Antriebswelle vorgesehen. Mit dieser Ausführung der Verbindung zwischen
der zweiten Abtriebswelle 6 des Verteilergetriebes und
einer Antriebswelle des Fahrzeugs sind während des Fahrbetriebs des
Fahrzeugs auftretende veränderliche
Versätze
zwischen der zweiten Abtriebswelle 6 und der Antriebswelle
der Antriebsräder ausgleichbar.
Des weiteren ist durch den Einsatz der Gelenkwelle eine gleichförmige Übertragung
eines Drehmoments von dem Verteilergetriebe 31 auf die mit
der zweiten Antriebswelle 6 wirkverbundenen Antriebsräder gewährleistet.
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Die in 1 dargestellte
Ausgestaltung der zweiten Abtriebswelle 6 mit dem Abtriebsflansch 22 stellt
eine an sich aus der Praxis bekannte Ausführung dar, bei welcher ein
Abstand zwischen dem Verteilergetriebe 31 und dem Hauptgetriebe 17 sehr groß vorzusehen
ist, um einen Beugewinkel, der sich aus dem Versatz zwischen der
zweiten Abtriebswelle 6 und der Antriebswelle der Antriebsräder eines Fahrzeuges
ergibt, unterhalb einer Obergrenze zu halten. Die Obergrenze stellt
hier den Wert des Beugewinkels der Gelenkwelle dar, ab dem eine Übertragung
des Drehmomentes über
die Gelenkwelle nicht mehr durchführbar ist.
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Um den Abstand zwischen dem Verteilergetriebe 1 und
dem Hauptgetriebe 17 im Ankoppelbereich 18 reduzieren
zu können,
ist das an dem der zweiten Abtriebswelle 6 zugewandten
Ende der Gelenkwelle 23 angeordnete Gleichlaufgelenk 24 bei der
Ausführung
des Verteilergetriebes 31 gemäß 2 in das erste Zahnrad 20 integriert.
Damit wird der Abstand zwischen den beiden Gelenkpunkten der beiden
Gleichlaufgelenke der Gelenkwelle 23 vergrößert, wodurch
sich eine Reduzierung des Beugewinkels der Gelenkwelle einstellt.
Diese Maßnahme
ermöglicht
es größere Versätze zwischen
dem Verteilergetriebe 31 bzw. dessen zweiter Abtriebswelle 6 und
der Antriebswelle der Antriebsräder
zu überbrücken wie
mit der Ausführung
des Verteilergetriebes 31 gemäß 1.
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Im Gegenzug besteht durch die Integration des
Gleichlaufgelenkes 24 in das zweite Zahnrad 21 des
Verteilergetriebes 31 die Möglichkeit, einen Abstand zwischen
dem Ver teilergetriebe 31 und dem Hauptgetriebe 17 im
Ankoppelbereich 18 zu reduzieren, ohne den Beugewinkel
der Gelenkwelle im Vergleich zu der in 1 gezeigten Lösung des Verteilergetriebes 31 zu
vergrößern. Die
Verringerung des Abstandes zwischen dem Verteilergetriebe 31 und dem
Hauptgetriebe 17 führt
vorteilhafterweise zu einer Verschiebung des Schwerpunktes des Antriebsstranges
in Richtung des Hauptgetriebes 17, wodurch die Steifigkeit
und die Biegeeigenfrequenz des Antriebsstranges des Fahrzeuges insgesamt
erhöht wird.
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Des weiteren führt die Integration des Gleichlaufgelenkes 24 in
das zweite Zahnrad 21 des Verteilergetriebes 31 zu
einer Reduzierung des Gesamtgewichts des Verteilergetriebes 31 und
der Gelenkwelle 23, wenn das Mehrgruppengetriebe kompakter
ausgeführt
wird. Dies ist dann der Fall, wenn der größere Abstand zwischen Gleichlaufgelenken
einer Gelenkwelle zur Verringerung des Abstandes zwischen dem Verteilergetriebe 31 und
dem Hauptgetriebe 17 genutzt wird, weil dann der Materialeinsatz
geringer ist.
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Die Gelenkwelle 23 in 2 besteht vorliegend aus
einem hohlzylindrischen Abschnitt 25 und einem mit einem
gegenüber
dem hohlzylindrischen Abschnitt 25 geringeren Durchmesser
ausgeführten zylindrischen
Zapfen 26, der in einem Bereich 27 mit einer Lagerwelle 28 des
Gleichlaufgelenkes 24 verschweißt ist.
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Die Lagerwelle 28 ist drehfest
mit einem an seiner Außenseite
sphärisch
ausgebildeten Lagerkörper 29 verbunden,
der in einer Lagerschale 30 wiederum frei kippbar angeordnet
ist. Zwischen dem Lagerkörper 29 und
Lagerschale 30 ist eine nicht näher dargestellte und an sich
bekannte drehfes te Verbindung vorgesehen. Über die drehfeste Verbindung wird
das von der Kette 7 übertragene
Drehmoment von dem ersten Zahnrad 20 auf das Gleichlaufgelenk 24 und
somit die Gelenkwelle 23 übertragen.
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- 1
- Mehrgruppengetriebe
- 2
- Kupplung
- 3
- Planetenradsatz
- 4
- Antriebswelle
- 5
- erste
Abtriebswelle
- 6
- zweite
Abtriebswelle
- 7
- Kette
- 8
- Elektromotor
- 9
- Hohlrad
- 10
- Steg
- 11
- Kugelgewindetrieb
- 12
- Schwinge
- 13
- Übertragungseinrichtung
- 14
- Hydraulikpumpe
- 15
- erstes
Getriebelager
- 16
- zweites
Getriebelager
- 17
- Hauptgetriebe
- 18
- Ankoppelbereich
- 19
- Gehäuse des
Hauptgetriebes
- 20
- erstes
Zahnrad
- 21
- zweites
Zahnrad
- 22
- Abtriebsflansch
- 23
- Gelenkwelle
- 24
- Gleichlaufgelenk
- 25
- hohlzylindrischer
Abschnitt
- 26
- zylindrischer
Zapfen
- 27
- Bereich
- 28
- Lagerwelle
- 29
- Lagerkörper
- 30
- Lagerschale
- 31
- Längsverteilergetriebe,
Verteilergetriebe
- 32
- Schiebemuffe
- 33
- Welle