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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Antriebsstrangvorrichtung für
ein Fahrzeug und insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine
Antriebsstrangvorrichtung für
ein Hochleistungsfahrzeug wie beispielsweise ein Rally-Fahrzeug.
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Das Layout des Antriebsstrangs eines
Fahrzeugs wird durch die Abmessungen des Fahrzeugs (unter anderem
die Größe des Motorraums
und des Kardantunnels) und, im Fall von Wettbewerbsfahrzeugen, durch
die Regularien der zuständigen
Behörden
eingeschränkt.
Diese Einschränkungen
haben Auswirkungen auf die Größe und das
Layout des Antriebsstrangs, welcher den Motor und das Getriebe umfaßt.
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Herkömmliche Layouts von Antriebssträngen sind
entweder vollständig
längs gerichtet,
wobei die Kurbelwelle des Motors und die Antriebswellen in dem Getriebe
im Wesentlichen parallel zur Längsachse
des Fahrzeugs verlaufen, oder sie sind vollständig quer gerichtet, wobei
die Kurbelwelle und die Antriebswellen des Getriebes im Wesentlichen
rechtwinklig zur Längsachse
des Fahrzeugs verlaufen. Bei einer längs gerichteten Anordnung überragt
der Motor im Allgemeinen die Vorderachse erheblich, was in einer
schlechten Gewichtsverteilung resultiert. Bei einer quer gerichteten
Anordnung müssen
dagegen beide Baugruppen, Motor und Getriebe, vollständig innerhalb
des Motorraums untergebracht werden, was die Auswahl der Motorgröße einschränkt.
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Eine alternative Anordnung, bekannt
als "T-drive"-Antriebsstrang,
wird in der europäischen Patentanmeldung
0 439 761 A1 beschrieben. Bei dieser Anordnung wird der Motor in
einer Quer- oder "Ost-West"-Anordnung befestigt
(wobei die Kurbelwelle rechtwinklig zur Längsachse des Fahrzeugs ist) und
das Getriebe besitzt eine Längs-
oder Nord-Süd-Ausrichtung,
wobei die Getriebewellen parallel zur Längsachse des Fahrzeugs sind.
Die Kraft wird von dem Motor in das Getriebe über ein Kegelgetriebe übertragen
welches zentriert auf der Kurbelwelle befestigt ist, die die Antriebswelle
einer Turbine eines Drehmomentwandlers antreibt. Diese Anordnung
ist aufwendig und benötigt
einen besonders gestalteten Motor. Konventionelle Motoren können nicht einfach
darauf ausgelegt werden, diese Anordnung zu ve wenden.
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DE
3 925 409 , die den nächstliegenden Stand
der Technik bezogen auf den Oberbegriff der Ansprüche darstellt,
beschreibt ein Antriebssystem für
ein Fahrzeug, das einen quer eingebauten Motor und ein Getriebe
umfaßt,
das in einem spitzen Winkel zur Längsachse des Fahrzeugs befstigt
ist. Die Kraft wird von dem Motor über eine Kupplung, eine Antriebswelle
und ein Kegelgetriebe in das Getriebe übertragen, welches die Kraft
zu einem Differentialgetriebe überträgt. Die Übertragung
hat eine L-förmige
Sruktur, resultierend in einer ineffizienten Ausnutzung des Raums
und einer schlechten Gewichtsverteilung.
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FR 2 703 635 beschreibt ein vierrad-getriebenes
Fahrzeug mit einem quer eingebauten Motor und einem längs eingebauten
Getriebe, das von dem Motor über
ein längs
eingebautes Getriebe angetrieben wird, welches von dem Motor über eine
Längswelle
angetrieben wird. Eine Übetragungsbox überträgt die Kraft
von dem Getriebe auf die Räder.
Wiederum hat das Übertragungssystem
eine L-förmige Struktur,
resultierend in einer ineffizienten Ausnutzung des Raums und einer
schlechten Gewichtsverteilung.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist, eine Antriebsstrar gvorrichtung bereitzustellen, die mindestens
einige der zuvor genannten Nachteile entschärft. Weitere bevorzugte, aber
nicht notwendige Absichten der Erfindung sind die Bereitstellung
einer Antriebsstrangvorrichtung, die eine weiter verbesserte Packung
und Gewichtsverteilung und verbesserten Zugang zu Komponenten, die
regulärer Wartung
bedürfen,
wie beispielsweise die Kupplung, sowie weitere allgemeine Verbesserungen,
aufweist.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird
eine Antriebsvorrichtung für
ein Fahrzeug vorgesehen, welche einen quer eingebauten Motor, ein längs eingebautes
Getriebe und eine kraftübertragende
Einheit zur Kraftübertragung
vom Motor an das Getriebe, die mit einem ersten Ende der Kurbelwelle
des Motors verbunden ist und Querübertragungsmittel zum quer
nach innen gerichteten Kraftübertragen
vom ersten Ende der Kurbelwelle des Motors in Richtung auf die Mittellinie
des Fahrzeugs und Umleitungsmittel zum Umleiten der Kraft von der quer
gerichteten Richtung des Motors in die längs gerichtete Ausrichtung
des Getriebes, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Querübertragungsmittel
derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sie die Kraft quer gerichtet
vom ersten Ende der Kurbelwelle des Motors nach innen in Richtung
auf das zweite, dem ersten Ende gegenüberliegende Ende der Kurbelwelle übertragen.
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Die Kombination eines quer eingebauten Motors
mit einem längs
eingebauten Getriebe führt zu
einer sehr effizienten Ausnutzung des Motorraums und des Raums im
Kardantunnel, wodurch die Wahlmöglichkeit
der Motorgröße vergrößert wird.
Da Kraft vom Ende der Kurbelwelle aufgenommen wird, können herkömmliche
Motoren ohne signifikante Anpassungen verwendet werden. Die Anordnung
ermöglicht
eine sehr gute Gewichtsverteilung.
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Die Querübertragungsmittel können eine Querübertragungswelle,
eine Querübertragungsbuchse
und/oder mindestens ein Quertransferzahnrad aufweisen.
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Die Umleitungsmittel können ein
Paar von Kegelrädern
enthalten.
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Die Antriebsstrangvorrichtung kann
längs gerichtete Übertragungsmittel
zur längs
gerichteten Kraftübertragung
vom Motor rückwärtig zum
Getriebe umfassen. Die längs
gerichteten Übertragungsmittel
können
eine Längsübertragungswelle
und/oder mindestens ein Längsübertragungszahnrad
aufweisen.
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Die Kraftübertragungseinheit kann eine Kupplung
umfassen. Die Kupplung kann Antriebs-Eingangsmittel und Antriebs-Ausgangsmittel umfassen,
wobei die Antriebs-Eingangsmittel und die Antriebs-Ausgangsmittel
auf derselben Seite der Kupplung vorgesehen sind. Diese Anordnung
erlaubt einen einfachen Austausch der Kupplung, ohne daß der Motor
oder das Getriebe entfernt werden müssen.
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Das Fahrzeug kann ein vierrad-getriebenes Fahrzeug
sein.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden als Beispiele im folgenden anhand der beiliegenden
Zeichnungen erläutert.
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1:
ist eine Draufsicht eines vierrad-getriebenen Fahrzeugs, die die
allgemeine Anordnung der Antriebsstrangvorrichtung entsprechend
eines ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung darstellt.
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2:
ist eine schematische Draufsicht einer Antriebsstrangvorrichtung
entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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3:
ist eine schematische Draufsicht einer Antriebsstrangvorrichtung
entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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4:
ist eine schematische Seitenansicht der Antriebsstrangvorrichtung
der 3 und
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5:
ist eine schematische Draufsicht einer Antriebsstrangvorrichtung
entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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Entsprechend 1 weist ein Landfahrzeug, beispielsweise
ein Automobil, einen in der Front angeordneten Motor 1 auf,
der quer, (d. h. in Ost-West Richtung) in den Motorraum eingebaut
ist, wobei die Drehachse 1a der Kur belwelle des Motors
rechtwinklig zu der Längsachse
CL des Fahrzeugs ist. Ein Getriebe 2 ist in Längsrichtung
(d. h. in Nord-Süd
Richtung) in dem Kardantunnel hinter dem Motor 1 befestigt,
wobei deren Getriebewellen im wesentlichen parallel zu der Fahrzeuglängsachse
CL verlaufen.
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Eine Übertragungseinheit 3,
die eine Kupplung 4 und zwei Stirnräder 5a, 5b umfaßt, ist
an einem Ende des Kurbelgehäuses
des Motors angeordnet. Die Kurbelwelle 1a des Motors ist
mit der Eingangswelle der Kupplung 4 verbunden und die
Kupplungsglocke ist mit dem ersten Stirnrad 5a verbunden.
Das zweite Stirnrad 5b greift in das erste Stirnrad 5a ein
und ist hinter diesem angeordnet. Die zwei Stirnräder 5a, 5b dienen
als Übertragungsgetriebe zur Übertragung
der Kraft rückwärts zu einem
Punkt hinter dem Kurbelgehäuse
des Motors 1.
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Das zweite Übertragungszahnrad 5b ist
auf einer Querübertragungswelle 6 (dargestellt
anhand einer unterbrochenen Linie), die sich nach innen in Richtunq
der Mittellinie des Fahrzeugs erstreckt. Das innere Ende der Querübertragungswelle 6 ist
mit dem ersten Kegelrad eines Kegelradpaares 7 verbunden (in 1 nicht dargestellt); das
zweite Kegelrad ist über
eine Längsübertragungswelle 8 (anhand
einer unterbrochenen Linie dargestellt) mit der Eingangswelle des
Getriebes 2 verbunden. Die Kegelräder dienen als Umleitungsmittel
zur Umleitung der Kraft von der Querrichtung des Motors zu der Längsrichtung
des Getriebes.
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Das Getriebe 2 ist konventionell
und umfaßt eine
Abtriebswelle 10, die mit den Vorderrädern 12a über ein
Frontdifferential 16 und Antriebsflanschen 17,
sowie mit den Hinterrädern 12b über einen Flansch 18 und
ein hinten angeordnetes Differential 19 verbunden sind.
Ein Differential/Drehmomentteiler 20 ist im Antriebsstrang
zu den Hinterrädern 12b zur Kontrolle
der Leistungsverteilung zwischen Vorder- und Hinterrädern vorgesehen.
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Die Kraft wird von der Kurbelwelle
des Motors 1 auf die Kupplung 4 und dann über das Übertragungsgetriebe 5,
die Querübertragungswelle 6,
das Kegelradgetriebe 7 und die Längsübertragungswelle 8 auf
die Eingangswelle 9 des Getriebes 2 übertragen.
Die Kraft wird von dem Getriebe 2 zu den Vorder- und Hinterrädern oder
alternativ, im Falle eines zweirad-getriebenen Fahrzeugs, zu entweder
ausschließlich
den Vorderrädern
oder den Hinterrädern übertragen
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Der Antriebsstrang von dem Motor 1 zu
dem Getriebe 2 formt eine "G" Struktur
und wird im folgenden als "G
drive" bezeichnet.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Antriebsstrangvorrichtung
zeigt 2. Der Motor 1 ist quer
eingebaut, wobei die Kurbelwelle 1a rechtwinklig zu der
Längsachse
des Fahrzeugs verläuft.
Eine Übertragungseinheit 3,
die eine Kupplung 4 und ein Paar von Übertragungszahnrädern 5a, 5b umfaßt, ist auf
derjenigen Seite des Kurbelgehäuses
des Motors mit der Schwungscheibe angebracht. Die Kurbelwelle des
Motors 1a ist mit der Eingangswelle 22 der Kupplung 4 und
die Kupplungsglocke 24 ist mit dem ersten Übertragungszahnrad 5a verbunden.
Das zweite Übertragungszahnrad 5b befindet
sich mit dem ersten Zahnrad 5a im Eingriff und ist hinter
diesem angeordnet, so daß die
Kraft rückwärtig zu
einem Punkt hinter dem Kurbelgehäuse
des Motors 1 übertragen
wird.
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Das zweite Übertragungszahnrad 5b ist
auf der Querübertragungswelle 26 (dargestellt
als unterbrochenen Linie), die sich nach innen in Richtung zur Mittellinie
des Fahrzeugs erstreckt, angeordnet. Das innere Ende der Querübertragungswelle 26 ist
mit dem ersten Kegelrad eines Kegelradpaares 27a, 27b verbunden
und das zweite Kegelrad 27b ist über eine längs gerichtete Übertragungswelle 28 (dargestellt als
unterbrochenen Linie) mit der Eingangswelle 29 (der Vorlegewelle)
des Getriebes 2 verbunden.
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Die Eingangswelle 29 des
Getriebes 2 beaufschlagt die Hauptwelle 30, welche
wiederum die Kardanwelle 32 des Fahrzeugs beaufschlagt.
In der Zeichnung werden die Eingangswelle 29, die Hauptwelle 30 und
die Kardanwelle 32 zur Erhöhung der Übersichtlichkeit nebeneinander
(aufgebahrt) dargestellt: tatsächlich
befindet sich die Eingangswelle 29 senkrecht über der
Hauptwelle 30. Die Kardanwelle 32 ist mit den
Vorderrädern über ein
Frontdifferential 16 und mit den Hinterrädern über ein
hinten angeordnetes Differential/einen Drehmomentteiler 20 verbunden.
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Während
des Gebrauchs treibt der Motor 1 das erste und zweite Übertragungszahnrad 5a, 5b über die
Kupplung 4 an. Die Kraft wird nach hinten und innen über die Übertragungszahnräder 5a, 5b und
die Querübertragungswelle 26 übertragen,
in eine Längsrichtung
durch die Kegelräder 27a, 27b umgeleitet
und rückwärtig über eine
Längsübertragungswelle 28 an
die Vorlegewelle 29 des Getriebes 2 übertragen.
Die Kraft wird dann über
die Hauptwelle des Getriebes 30 und die Kardanwelle 32 in
die vorderen und hinteren Differentiale geleitet (nur das vordere
Differential 16 ist dargestellt).
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Aus 2 ist
ersichtlich, daß der
Motor 1 quer eingebaut ist, währenddessen das Getriebe 2 längs eingebaut
ist, d.h. parallel zur Längsachse
des Fahrzeugs. Die Kraft wird vom Quermotor 1 zum längs eingebauten
Getriebe 2 über
Mittel der Übertragungungseinheit 3 übertragen,
die die Kupplung 4, Offset-Stirnräder 5A, 5B,
die Querübertragungswelle 26,
die Kegelräder 27a, 27b und
die Längsübertragungswelle 28 umfaßt. Der
Antrieb durch die Übertragungseinheit
folgt einem Pfad, der dem Buchstaben G ähnelt, so daß der Ausdruck "G-drive" enstand.
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Ein alternatives Layout der Anstriebsstrangvorrichtung
zeigen die 3 und 4. Bei dieser Anordnung ist
die Kurbelwelle (dargestellt durch die Linie 1a) mit einem
ersten Stirnrad verbunden, das sich mit einem zweiten, kleineren
Stirnrad 36, welches als Übersetzungszahnrad zur Erhöhung der
Drehzahl und folglich zu einer Abnahme des durch das Getriebe übertragenen Drehmoments
dient, in Eingriff befindet. Das zweite Übersetzungszahnrad 36 ist
mit der Kupplungsglocke 38 und die Kupplungsscheibe 40 ist über die
Kupplungswelle 42 mit einer Querübertragungswelle 44,
die nach innen in Richtung der Mittellinie CL des Fahrzeugs gerichtet
ist, verbunden. Es ist zu beachten, daß aus Gründen der Übersichtlichkeit die Zahnräder 34, 36 und
die Kupplungswelle 42 in 3 nebeneinander,
mit der Kurbelwelle 1a vor der Kupplungswelle 42 dargestellt
sind. Tatsächlich
befindet sich, wie aus 4 ersichtlich,
die Kurbelwelle 1a über
und hinter der Kupplungswelle 42.
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Das innere Ende der Querübertragungswelle 44 ist
mit einem ersten Kegelradpaar 46a, 46b verbunden,
das die Kraft in eine Längsübertragungswelle 50 umleitet,
die mit der Vorlegewelle 52 des Getriebes 2, welches
längs in
dem Übertragungstunnel 53 angeordnet
ist, verbunden ist. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit ist das Getriebe 2 in
einer Seitenansicht dargestellt, so daß die Vorlegewelle 52,
die Hauptwelle 54 und die Kardanwelle 56 erkannt
werden können.
Die Vorderräder 12a,
die um eine Achse 55 rotieren, werden von der Kardanwelle 56 über ein Reduktionsgetriebe 57 angetrieben,
das die Drehzahl der Übertragung
verringert und das an die Räder übertragene
Drehmoment erhöht.
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Während
des Gebrauchs wird die Kraft von dem zweiten Übersetzungszahnrad 36 über die Kupplung
in die Querübertragungswelle 44 übertragen,
die sich nach innen in Richtung Mittellinie CL des Fahrzeugs erstreckt.
Die Kraft wird dann über
die Kegelräder 46a, 46b in
die Längsübertragungswelle 50 eingeleitet,
die wiederum die Kraft an die Vorlegewelle 52 des Getriebes 2 überträgt.
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Es kann beobachtet werden, daß bei dieser Anordnung
die Kupplung 4, bezogen auf die Übersetzungszahnräder und
die Querübertragungswelle 44, außen in einer
Position angeordnet ist, die ein einfaches Ausbauen ohne notwendigen
vorherigen Ausbau von entweder Motor oder Getriebe ermög licht. Dadurch
kann die Kupplung 4 bei Bedarf sehr einfach ausgetauscht
werden.
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Die Übersetzungszahnräder 34, 36 reduzieren
das über
die Kupplung 4, die Übertragungswellen 44, 50 und
die Kegelräder 46a, 46b übertragene Drehmoment,
so daß kleinere
und leichtere Komponenten verwendet werden können.
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Noch eine weitere Ausgestaltung ist
in 5 dargestellt, in
der die Kupplungswelle 60 mit der Kurbelwelle, die durch
die gestrichelte Linie 1a dargestellt ist, verbunden. Das
Kupplungsgehäuse 62 ist über das
Mittel einer drehbaren Hülse 64,
die auf der Kupplungswelle 60 angeordnet ist, mit einem
ersten Kegelradpaar 66a, 66b verbunden. Eine Längsübertragungswelle,
dargestellt als unterbrochene Linie 67, verbindet das zweite
Kegelrad 66b mit der Vorlegewelle 68 des Getriebes 2 über ein
Paar von Offset-Stirnrädern 70, 72,
die die Kraft nach innen in Richtung auf die Mittellinie CL des
Fahrzeugs übertragen.
Wiederum ist das Getriebe 2 nebeneinander dargestellt,
so daß die
unterbrochene Linie, die die Längsübertragungswelle 67 darstellt,
nicht gerade ist. Die Hauptwelle 74 des Getriebes ist mit
den Vorderrädern über eine
Kombination eines Differentials 76 und eines Paares von
Gleichlaufgelenken 77 und mit den Hinterrädern über einen
Drehmomentteiler/ein Kupplungspaket 78 verbunden.
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Bei dieser Anordnung ist die Kupplung
4 wiederum in einer Position angeordnet, die es erlaubt, diese schnell
und einfach auszubauen, ohne daß entweder
der Motor 1 oder das Getriebe 2 entfernt werden
müßte.