DE10226106A1

DE10226106A1 - Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung

Info

Publication number: DE10226106A1
Application number: DE10226106A
Authority: DE
Inventors: Ralph W Baxter
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2003-01-02
Also published as: GB2376450A; US20020189887A1; GB2376450B; US6578657B2; GB0212923D0

Abstract

Ein Antriebsstrangsystem für ein Motorfahrzeug umfaßt wenigstens zwei Antriebswellen und eine Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung, welche dazwischen zur Antriebsverbindung der Antriebswellen unter einem festen Arbeitswinkel angeordnet ist. Die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung umfaßt ein Gehäuse, in dem ein Gleichlaufgelenk mit festem Winkel drehbar gelagert ist. Das Gehäuse der Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung ist an einer Fahrzeugkarosserie angebracht und enthält eine Schmiermittelversorgung für das für das Gleichlaufgelenk bestimmte Schmiermittel. Die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung ermöglicht, daß die Antriebswellen-Arbeitswinkel in einem Bereich liegen, in welchem übliche Kardangelenke in dem Antriebsstrangsystem eingesetzt werden können, ohne daß übermäßige zyklische Schwingungen auftreten.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit Antriebsstrangsystemen in Kraftfahrzeugen und insbesondere mit einem Antriebsstrangsystem, welches ein Gleichlaufgelenk mit einem festen Winkel hat.
Bei einem Antriebsstrangsystem für ein Fahrzeug, wie ein Kraftfahrzeug, ist es seit langem allgemein üblich, eine einteilige Antriebswelle einzusetzen, welche an ihrem vorderen Ende über ein erstes Universalgelenk, typischer Weise ein Kardangelenk, mit einer Antriebsausgangswelle eines Getriebes, und an ihrem anderen Ende über ein zweites Universalgelenk (Kardangelenk) mit einer Antriebseingangswelle der Differentialanordnung des Fahrzeugs verbunden ist. Ferner ist es bekannt, eine zweiteilige Antriebswellenanordnung einzusetzen, welche aus zwei Antriebswellenelementen zusammengesetzt ist, welche über ein zweites Universalgelenk miteinander verbunden sind, und die an ihrem vorderen Ende, wie zuvor angegeben, über ein erstes Universalgelenk mit einer Antriebsausgangswelle des Getriebes, und am hinteren Ende über ein drittes Universalgelenk mit einer Antriebseingangswelle der Differentialanordnung des Fahrzeugs verbunden ist. Diese Bauart einer zweiteiligen Antriebswellenanordnung wurde eingeführt, um Schwingungen und folglich Geräuschpegel während eines Betriebs bei hoher Drehzahl zu reduzieren.
Dem Fachmann ist es bekannt, daß selbst dann, wenn Universalgelenke unter Arbeitswinkeln von bis zu etwa 45° arbeiten können, zyklische Schwingungen erzeugt werden, wenn diese bei Verbindungswinkeln von mehr als einigen Graden (etwa 2° bis 3°) betrieben werden. Universalgelenke der üblichen Kardangelenkbauart bewirken eine Geschwindigkeits- bzw. Drehzahländerung zwischen der treibenden Welle und der getriebenen Welle, und zwar immer dann, wenn die Gelenkverbindung unter einem Winkel arbeitet. Mit größer werdendem Arbeitswinkel der Gelenkverbindung ändert sich die Geschwindigkeit (Drehzahl) der getriebenen Welle mehr und mehr um die jeweilige Umdrehung der Wellen. Je größer der Arbeitswinkel ist, desto größer ist die Geschwindigkeitsänderung der getriebenen Welle und desto größer sind die erzeugten Schwingungen.
Die Einschränkungen hinsichtlich der Baudichte der heutzutage vorhandenen Fahrzeuge führen jedoch dazu, daß die Arbeitswinkel zwischen der Antriebsausgangswelle und des Getriebes und der Antriebswelle zu groß werden, um Fahrzeuge herstellen zu können, bei denen übliche Universalgelenke zum Einsatz kommen.

Daher besteht ein Bedürfnis nach der Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung, welche gestattet, daß die Antriebswellen-Arbeitswinkel in einem Bereich liegen, in dem Kardangelenke in den Antriebsstrangsystemen eingesetzt werden können, ohne daß dies zu übermäßigen zyklischen Schwingungen führt.

Nach der Erfindung wird eine Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung für ein Antriebsstrangsystem eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt.

Das Antriebsstrangsystem nach der Erfindung umfaßt wenigstens zwei Antriebswellen und eine Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung, welche zwischen denselben angeordnet ist, um die Antriebswellen antriebsmäßig derart zu verbinden, daß sie unter einem festen Arbeitswinkel arbeiten. Die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung nach der Erfindung umfaßt ein Gehäuse, welches drehbeweglich ein Gleichlaufgelenk mit einem festen Winkel lagert. Das Gehäuse der Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung ist an einer Fahrzeugkarosserie angebracht, und enthält eine Schmiermittelversorgung zur Schmierung des Gleichlaufgelenks.

Die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung mit festem Winkel nach der Erfindung stellt ein wesentlich verbessertes Antriebsstrangsystem für ein Kraftfahrzeug bereit, wobei die Einschränkungen hinsichtlich der Kompaktheit der Bauform dadurch gelöst werden, daß ein Winkel zwischen benachbarten Antriebswellen wesentlich vergrößert werden kann, während aber zugleich ermöglicht wird, daß die Antriebswellen-Arbeitswinkel in einem Bereich liegen, in welchem übliche Kardangelenke in Antriebsstrangsystemen eingesetzt werden können, ohne daß übermäßige zyklische Schwingungen verursacht werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht zur Verdeutlichung einer bevorzugten Ausführungsform eines Antriebsstrangsystems nach der Erfindung in Form eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht zur Verdeutlichung einer alternativen bevorzugten Ausführungsform eines Antriebsstrangsystems nach der Erfindung in Form eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs; und
Fig. 3 eine Längsschnittansicht eine Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung bevorzugte Ausführungsformen nach der Erfindung näher erläutert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnung ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Antriebsstrangsystems nach der Erfindung schematisch verdeutlicht, welche bei einem üblichen zweiradgetriebenen oder vierradgetriebenen Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen kann. In dieser Figur ist mit dem Bezugszeichen 2 eine Brennkraftmaschine mit dem Bezugszeichen 4 ein Getriebe, und mit dem Bezugszeichen 6 eine Hinterachs-Antriebs- und Differentialanordnung bezeichnet. Das Fahrzeug ist auf einer Fahrbahnoberfläche mittels eines Satzes von Vorderrädern 8F und Hinterrädern 8R abgestützt. Die Brennkraftmaschine 2 und das Getriebe 4 sind elastisch an einer Karosserie (oder einem Rahmen) B des Fahrzeugs mit Hilfe von elastischen Lagern 5 angebracht. Die abschließende Antriebs- und Differentialanordnung 6 ist an der Karosserie (oder dem Rahmen) B des Fahrzeugs mittels elastischen Lagerungen oder Federn 7 elastisch angebracht, bei denen es sich um Spiralfedern oder Blattfedern handeln kann.
Ein Brennkraftmaschinendrehmoment wird von dem Getriebe 4 zu der abschließenden Antriebs- und Differentialanordnung 6 über einen Antriebsstrang übertragen, welcher eine erste Antriebswelle 10, eine zweite Antriebswelle 12 und eine Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung 20 umfaßt, welche zwischen den antriebsverbundenen ersten und zweiten Antriebswellen 10 und 12 angeordnet ist, und einen festen (konstanten) Arbeitswinkel bereitstellt.
Die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung 20 ist fest an der Fahrzeugkarosserie (oder dem Rahmen) B mit Hilfe von geeigneten Einrichtungen, welche an sich bekannt sind, angebracht, und bei denen es sich beispielsweise um Gewindebolzen oder Träger handeln kann.
Alternativ ist die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung 20 elastisch an der Fahrzeugkarosserie (oder dem Rahmen) B mit Hilfe von geeigneten elastischen Lagern 9 angebracht, wie dies in Fig. 2 verdeutlicht ist. Die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung 20 dient auch als ein Mittellager für das Antriebsstrangsystem. Die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung 20 nach der Erfindung wird nachstehend näher beschrieben.
Das Getriebe 4 ist mit der ersten Antriebswelle 10 an einem Ende über ein erstes Universalgelenk, wie einem Kardangelenk 14, verbunden. Das andere Ende der ersten Antriebswelle 10 ist mit der Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung 20 über ein zweites Universalgelenk, wie einem Kardangelenk 15, verbunden.
Auf ähnliche Weise ist ein Ende der zweiten Antriebswelle 12 mit der Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung 20 über ein drittes Universalgelenk, wie ein Kardangelenk 16, verbunden, und das andere Ende der zweiten Antriebswelle 20 ist mit der abschließenden Antriebs- und Differentialanordnung 6 über ein viertes Universalgelenk, wie ein Kardangelenk 17, verbunden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 der Zeichnung ist die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung insgesamt mit dem Bezugszeichen 20 versehen. Die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung 20 weist ein Gehäuse 22 auf, welches drehbeweglich mit einem ersten Wellenteil 30 gelagert ist, welches eine Drehlängsachse 31 hat, und ein zweites Wellenteil 38 umfaßt, welches eine Längsdrehachse 39 hat, welche über ein Universalgelenk mit festem Winkel verknüpft sind. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird ein Gleichlaufgelenk (CV-Gelenk) mit festem Winkel, welches mit 28 bezeichnet ist, eingesetzt. Somit überträgt die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung 20 das Antriebsdrehmoment von der ersten Welle 10 auf die zweite Welle 12 mit einem festen (konstanten) Arbeitswinkel A. Der Arbeitswinkel ist ein Winkel zwischen der Drehachse 31 und der Drehachse 39.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist das Gehäuse 22 fest mit der Fahrzeugkarosserie (oder dem Rahmen) B mit Hilfe einer an sich bekannten üblichen Einrichtung angebracht, bei der es sich beispielsweise um Gewindebolzen oder Träger handeln kann. Alternativ kann die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung 20 elastisch an der Fahrzeugkarosserie (oder dem Rahmen) B mit Hilfe von geeigneten elastischen Lagern 9 (wie in Fig. 2 gezeigt) angebracht sein. Das Gehäuse 22 setzt sich aus zwei Hälften 22a und 22b zusammen, welche fest miteinander, vorzugsweise mit Hilfe von Schrauben 24, verbunden sind. Das erste Wellenteil 30 ist im Innern des Gehäuses 22 mit Hilfe eines Antifriktionslagers (Wälzlagers) 34 zur Ausführung einer Drehbewegung um die Längsdrehachse 31 gelagert. Das zweite Wellenteil 38 ist drehbar im Innern des Gehäuses 22 mit Hilfe von Antifriktionslagern (Wälzlagern) 44 und 46 zur Ausführung einer Drehbewegung um die Längsdrehachse 39 gelagert. Ein außenliegendes Ende des ersten Wellenteils 30 ist integral mit einem Flansch 32 ausgebildet, welcher derart beschaffen und ausgelegt ist, daß er fest mit dem Kardangelenk 15 verbunden werden kann. Das zweite Wellenteil 38 umfaßt einen Verbindungsflansch 40, welcher integral an einem innenliegenden Ende ausgebildet ist, und ein Verbindungsflanschteil 42 ist antriebsfest mit einem außenliegenden Ende verbunden und derart beschaffen und ausgelegt, daß es fest mit dem Kardangelenk 16 verbunden ist.
Das Gleichlaufgelenk (CV-Gelenk) 28 ist ein übliches Gleichlaufgelenk. Vorzugsweise ist das Gleichlaufgelenk 28 ein Gleichlaufgelenk der Rzeppa-Bauart. Alternativ können andere Bauarten von Gleichlaufgelenken eingesetzt werden, bei denen es sich beispielsweise um "Dreiachs-(tripod)-Gleichlaufgelenke handeln kann.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt das Gleichlaufgelenk 28 mit festem Winkel ein hohles äußeres Verbindungsteil 51, welches ein äußeres Laufteil 52 umfaßt, welches zwangsweise fest zwischen dem Verbindungsflansch 40 des zweiten Wellenteils 38 vorgesehen ist, und ein Lagerkappe 54, welche mittels eines Satzes von Schrauben 56 festgelegt ist, wodurch das äußere Verbindungsteil 51 und ein Hohlraum 58 gebildet werden. Die Lagerkappe 54 ist in dem Gehäuse 22 mittels eines Antifriktionslagers (Wälzlagers) 48 gelagert.
Eine Innenfläche des äußeren Laufteils 52 ist mit eine Mehrzahl von Ausnehmungen versehen. In dem Hohlraum 58 ist ein inneres Laufteil 60 angeordnet, welches ein inneres Verbindungsteil bildet, und welches eine sphärisch ausgebildete äußere Oberfläche hat, welche durch die innere Fläche des äußeren Laufteils 52 geführt wird. Eine Anzahl von Ausnehmungen, die der Anzahl von Ausnehmungen entspricht, die in dem äußeren Laufteil 52 ausgebildet sind, ist auf einer äußeren Fläche des inneren Laufteils 60 ausgebildet. Somit sind die Ausnehmungen winkelbeabstandet um die Achsen 39 und 31 der Verbindungsteile 51 und 60 jeweils angeordnet, so daß eine Mehrzahl von Paaren von Ausnehmungen mit jedem Paar der vorhandenen Ausnehmungen in dem äußeren Verbindungsteil 51 und den Ausnehmungen in dem inneren Verbindungsteil 60 gebildet wird.
In jedem Paar von Ausnehmungen ist eine drehmomentübertragende Kugel 62 angeordnet. Die Kugeln 62 sind in einem Käfig 64 geführt und gehalten, welcher aus Metallblech hergestellt ist. Während irgendeiner Winkelabweichung des Gleichlaufgelenks 28 werden die Kugeln 62 in einer Ebene gehalten, welcher den Winkel halbiert, welcher durch die Achsen 39 und 31 der inneren und äußeren Verbindungsteile 51 und 60 eingeschlossen wird, und die Kugeln 62 werden in dieser Ebene durch die spezielle Anordnung der Ausnehmungen und des Käfigs 64 gehalten. Der Käfig 64 ist von einem einstückigen Teil gebildet, und eine äußere Umfangsfläche des Käfigs 64 ist auf zwei diametral gegenüberliegenden Seiten des Hohlraums 58 an dem äußeren Verbindungsteil 51 angeordnet.
Ferner ist es dem Fachmann bekannt, daß Gleichlaufgelenke eine Schmierung erforderlich machen, und zwar insbesondere mit Hilfe eines für den Hochtemperatur- und Hochdruckeinsatz geeigneten Schmiermittels. Zu diesem Zweck enthält das Gehäuse 22 der Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung 20 eine Schmiermittelversorgung für das Schmiermittel des Gleichlaufgelenks 28.
Das neuartige Antriebsstrangsystem nach der Erfindung, welches eine Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung mit festem Winkel umfaßt, welches an der Fahrzeugkarosserie angebracht ist, ermöglicht die Einhaltung der Kompaktheit und Baudichte der Fahrzeuge im wesentlichen dadurch, daß sich ein Winkel zwischen den benachbarten Antriebswellen vergrößern läßt, während zugleich ermöglicht wird, daß die Antriebswellen-Arbeitswinkel in einem Bereich liegen, in dem ein übliches Kardangelenk im Antriebsstrangsystem eingesetzt werden kann, ohne daß übermäßig starke zyklische Schwingungen erzeugt werden.
Obgleich voranstehend bevorzugte Ausführungsformen nach der Erfindung und der Zeichnung erläutert worden sind, ist die Erfindung natürlich nicht auf die dort beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims

1. Fahrzeug mit einer Karosserie (B), welche eine Drehenergieantriebswelle trägt, und ein abschließendes Strangsystem zur Übertragung der Drehenergie von der Quelle auf die abschließende Antriebswelle umfaßt, wobei das Antriebsstrangsystem folgendes aufweist:
wenigstens zwei Antriebswellen (10, 12); und
wenigstens eine Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung (20), welche ein Universalgelenk (28) mit festem Winkel umfaßt, welches die beiden Antriebswellen (10, 12) verbindet.

2. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Universalgelenk ein Gleichlaufgelenk (28) ist.

3. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung (20) ein Gehäuse (22) umfaßt, welches das Universalgelenk (28) umschließt, und daß das Gehäuse (22) an der Karosserie (B) des Fahrzeugs angebracht ist.

4. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) elastisch an der Karosserie (B) des Fahrzeugs angebracht ist.

5. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) starr an der Karosserie (B) des Fahrzeugs angebracht ist.

6. Antriebsstrangsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) eine Schmiermittelversorgung für die Versorgung des Universalgelenks (28) mit Schmiermittel enthält.

7. Antriebsstrangsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung (20) ein Gehäuse (22) umfaßt, welches das Gleichlaufgelenk (28) umschließt, und daß das Gehäuse (22) an der Karosserie (B) des Fahrzeugs angebracht ist.

8. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) eine Schmiermittelversorgung zur Versorgung des Gleichlaufgelenks (28) mit Schmiermittel enthält.

9. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) elastisch an der Karosserie (B) des Fahrzeugs angebracht ist.

10. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) starr an der Karosserie (B) des Fahrzeugs angebracht ist.

11. Fahrzeug mit einer Karosserie, welche eine Drehantriebsquelle lagert, mit einer anschließenden antriebsseitigen Antriebsstrang-Anordnung zur Übertragung der Drehenergie von der Quelle auf die abschließende Antriebsstelle, wobei das Antriebsstrangsystem folgendes aufweist:
wenigstens zwei Antriebswellen (10, 12); und
eine Antriebsstrang-Winkelreduziereinrichtung (20), welche ein Gleichlaufgelenk (28) mit festem Winkel umfaßt, welches die beiden Antriebswellen (10, 12) verbindet;
das Gleichlaufgelenk (28) in einem Gehäuse (22) eingeschlossen ist, welches an der Karosserie (B) des Fahrzeugs angebracht ist; und
das Gehäuse (22) eine Schmiermittelversorgung zur Versorgung des Gleichlaufgelenks (28) mit Schmiermittel enthält.

12. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) elastisch an der Karosserie (B) des Fahrzeugs angebracht ist.

13. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) starr an der Karosserie (B) des Fahrzeugs angebracht ist.