DE10333945B4

DE10333945B4 - Allrad-Antriebsstrang

Info

Publication number: DE10333945B4
Application number: DE10333945A
Authority: DE
Inventors: Philip Gansloser; Tobias Härter; Werner Klein; Hartmut Nied; Rolf Schröder; Petra Tennert
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Schroeder Rolf De
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2023-07-26
Also published as: JP2007533516A; US20060150766A1; DE10333945A1; US7399250B2; WO2005012024A1

Abstract

Allrad-Antriebsstrang, bei welchem ein Antriebsmotor und ein sich diesem anschließendes Automatikgetriebe (1) in Fahrzeuglängsrichtung eingebaut sind, wobei zumindest ein Teil eines Antriebsmomentes von einer Getriebeausgangswelle (2) des Automatikgetriebe (1) über eine Zahnradpaarung auf eine Seitenwelle (10) übertragbar ist, wobei axial zwischen dem Automatikgetriebe (1) und einem Antriebsritzel (8) der Zahnradpaarung eine Lamellenkupplung (14) angeordnet ist, mittels welcher ein Drehmoment zwischen dem Antriebsritzel (8) und der Getriebeausgangswelle (2) übertragbar ist, wobei die Seitenwelle (10) in einem sich öffnenden Winkel am Automatikgetriebe (1) vorbei zur Vorderachse führt, wobei ein Durchmesser der Lamellenkupplung (14)
– kleiner ist, als der Durchmesser der in Fahrtrichtung hinten liegenden Komponenten (51) des Automatikgetriebes (1) und
– größer ist, als der Durchmesser des Antriebsritzels (8),
wobei eine mit der Getriebeausgangswelle (2) drehfest verbundene Kupplungshälfte der Lamellenkupplung (14) mittels eines Parksperrenstellgliedes festsetzbar ist, welches sich eine gemeinsame axiale Ebene mit dem Antriebsritzel (8) teilt.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1 einen Allrad-Antriebsstrang.

Aus der US 4,484,654 ist bereits ein Allrad-Antriebsstrang bekannt, dessen Einbaurichtung in Fahrzeuglängsrichtung liegt. Es wird ein Antriebsmoment über ein Achsversatzgetriebe und eine Seitenwelle auf eine Vorderachse übertragen. Zur Drehmomentübertragung auf die Vorderachse ist eine Lamellenkupplung vorgesehen. Die Seitenwelle ist parallel zum Getriebe geführt. Das dazu verwendete Achsversatzgetriebe ist ein Kettengetriebe.

Ferner ist aus der EP 1 238 847 A2 ein Allrad-Antriebsstrang bekannt, bei welchem ein Antriebsmotor und ein sich diesem anschließendes Getriebe in Fahrzeuglängsrichtung eingebaut sind. Ein Teil des Antriebsmomentes wird über eine Welle und ein Hinterachsgetriebe auf eine Hinterachse übertragen. Ein weiterer Teil des Antriebsmomentes wird über eine winkelige Zahnradpaarung auf eine Seitenwelle übertragen, die in einem sich öffnenden Winkel am Getriebe vorbei zur Vorderachse geführt ist.

Das grundsätzliche Konzept eines solchen Allrad-Antriebsstranges ist bereits aus der EP 1 273 473 A2 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupplung in einem solchen Allrad-Antriebsstrang zu integrieren, welche beispielsweise als Zentraldifferentialsperre oder als Lastschlagelement ausgestaltet sein kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

Gemäß de Erfindung ist die Kupplung axial zwischen dem Automatikgetriebe und einer Antriebskomponente des Achsversatzgetriebes vorgesehen. Dabei ist mittels der Kupplung ein Drehmoment zwischen der Antriebskomponente und der Getriebeausgangswelle übertragbar.

Dabei ist der Durchmesser der Kupplung kleiner als der Durchmesser der in Fahrtrichtung hinten liegenden Komponenten des Automatikgetriebes. Damit ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, die Seitenwelle eng am Automatikgetriebe vorbei nach vorne zu führen.

Ferner ist der Durchmesser der Kupplung größer als der Durchmesser der Antriebskomponente welche als Antriebsritzel einer Zahnradpaarung ausgestaltet ist. Je größer der Durchmesser der Kupplung ist, desto größer ist das Drehmoment, das mit dieser übertragen werden kann. Ist die Kupplung als reibschlüssige Lamellenkupplung ausgeführt, so brauchen infolge des großen übertragbaren Drehmomentes nur wenige Lamellen verwendet werden, was mit Kosten- und Bauraumvorteilen in axialer Richtung einhergeht. Ist die Kupplung als Formschlusskupplung ausgeführt, so kann diese aufgrund der geringen Kräfte, die radial weit außen aufgebracht werden müssen gering dimensioniert sein. Beispielsweise kann die Formschlusskupplung mit einer ungehärteten Verzahnung ausgeführt sein. Infolge der geringen Kräfte kann die Formschlusskupplung auch als leichtgewichtiges Aluminiumgussteil ausgeführt sein.

Die Kupplung ist als Lamellenkupplung ausgeführt. Eine solche reibschlüssige Lamellenkupplung kann sowohl

a) als Lastschlagelement, welches Schläge und Stöße im Antriebsstrang dämpft,
b) als auch als stufenlos regelbare Zentraldifferentialsperre, mit welcher die mögliche Drehzahldifferenz zwischen Vorderachse und Hinterachse stufenlose gegen Null geregelt werden kann,
c) als auch als Lamellenverteilerkupplung, mit welcher die Vorderachse bei Bedarf stufenlos in die Antriebsmomentübertragung eingekuppelt werden kann,

ausgeführt sein.

Im letzteren Fall c) kann die Einkupplung der Vorderachse in die Antriebsmomentübertragung von den Drehzahldifferenzen zwischen der Vorderachse und der Hinterachse abhängig gemacht werden. Ferner kann der Fahrzeugführer durch Knopfdruck vorgeben, ob er beispielsweise auf regennassem/verschneitem/glattem Untergrund den geländegängigen Allradantrieb wünscht, oder ob er den kraftstoffsparenden Hinterachsantrieb wünscht.

Es besteht die Möglichkeit, mittels besagter Kupplung eine Getriebebremse oder Getriebesperre zu integrieren, welche beispielsweise als Parksperre oder als Hillholder ausgeführt sein kann. Die Erfindung zeigt dabei eine besonders platzsparende Möglichkeit der Integration eines Stellgliedes für die Getriebebremse oder Getriebesperre.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit einer 1 erläutert.
Die 1 zeigt einen Teil eines längs eingebauten Allrad-Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug. Der Allrad-Antriebsstrang weist neben einem Automatikgetriebe 1 eine im eingebauten Zustand zum Heck des Kraftfahrzeugs weisende Getriebeausgangswelle 2 auf. Diese Getriebeausgangswelle 2 bildet die Eingangswelle 6 des Zentraldifferentials 3.
Das Automatikgetriebe 1 besitzt ein Getriebegehäuse 4 mit einem angeformten Lagergehäuse 5 für einen Seitenabtrieb 7, so dass das Automatikgetriebe 1 kostengünstig nach einem sogenannten „add-on-Prinzip" für eine Allradvariante nutzbar ist.
Bei einer derartigen Allradvariante ist die gegenüber der reinen Heckantriebsvariante verlängerte Getriebeausgangswelle 2 bzw. Eingangswelle 6 über das Zentraldifferential 3 und eine Heckantriebsgelenkwelle mit einer Ritzelwelle eines nicht näher dargestellten Hinterachsgetriebes derart verbunden, dass ein erster Teil des Antriebsmomentes auf das Hinterachsgetriebe übertragen wird. Ein zweiter Teil des Antriebsmomentes wird von der Eingangswelle 6 über

– das Zentraldifferential 3,
– ein Antriebsritzel 8,
– ein Abtriebsritzel 9,
– eine gelenkige Seitenwelle 10 des Seitenabtriebs 7 und
– eine Kegelritzelwelle eines nicht näher dargestellten Vorderachsgetriebes

3

Die Seitenwelle 10 des Seitenabtriebs 7 ist in einem sich nach vorne öffnenden Winkel am Automatikgetriebe 1 vorbei zur Vorderachse geführt. Dazu ist die Seitenwelle 10 horizontal um einen Winkel von ca. 8° zur Antriebsstranglängsachse 11 verschwenkt. Die Seitenwelle 10 des Seitenabtriebs 7 ist vertikal um einen Winkel von ca. 4° zur Antriebsstranglängsachse 11 verschwenkt.
Der Seitenabtrieb 7 wird von einer Zahnradpaarung gebildet, die funktionell ein Achsversatzgetriebe mit Drehrichtungsumkehr bildet und das Antriebsritzel 8 und das mit diesem kämmenden Abtriebsritzel 9 umfasst. Das Antriebsritzel 8 ist drehfest mit einer Hohlwelle 12 verbunden, welche einteilig mit einem Sonnenrad des Zentraldifferentials 3 ausgeführt ist. Innerhalb dieser Hohlwelle 12 verläuft die Getriebeausgangswelle 2 und die Eingangswelle 6. Das Abtriebsritzel 9 ist prinzipiell eine hohle, außenverzahnte Welle, welche mittels einer angestellten Kegelrollenlagerung in x-Anordnung in dem Lagergehäuse 5 gelagert ist.
Zur Herstellung des horizontalen Winkels und des nicht näher dargestellten vertikalen Winkels ist die Seitenwelle 10 mittels eines Kreuzgelenkes gelenkig radial innerhalb des Abtriebsritzels 9 angeordnet. Ferner ist die Seitenwelle 10 in Fahrtrichtung vorn – d.h. an deren anderem Ende – mit einem weiteren Kreuzgelenk gelenkig an die nicht näher dargestellte Kegelritzelwelle des Vorderachsgetriebes gekoppelt.
Bei dem Allrad-Antriebsstrang sind das Antriebsritzel 8 und das mit diesem kämmende Abtriebsritzel 9 jeweils als kegeliges Stirnrad ausgeführt. Die Seitenwelle 10 ist auf der in Fahrtrichtung rechts liegenden Seite des Automatikgetriebes 1 angeordnet und führt mit einem engen Abstand am Getriebegehäuse 4 vorbei. Dabei passiert die Seitenwelle 10

– zuerst eine regelbare Differentialsperre 13,
– dann eine Trennwand 50,
– dann die hinten liegenden Komponenten 51 des Automatikgetriebes 1,
– dann die weiter vorne liegenden Komponenten 52 des Automatikgetriebes 1,
– dann einen nicht näher dargestellten Antriebsmotor, der längs eingebaut ist und an das Automatikgetriebe 1 angeflanscht ist.

Die Seitenwelle 10 führt schließlich über besagte Kegelritzelwelle in das Vorderachsgetriebe, dessen Gehäuse mit einer Ölwanne des Antriebsmotors verschraubt ist. Dabei sind das Gehäuse des Vorderachsgetriebes und die Ölwanne als Aluminiumdruckgussteil ausgeführt.
Die regelbare Differentialsperre 13 für das Zentraldifferential 3 ist zusätzlich als Lastschlagelement bzw. Rutschkupplung ausgeführt. Die Differentialsperre 13 ist unmittelbar axial benachbart zum Automatikgetriebe 1 zwischen diesem und dem Antriebsritzel 8 angeordnet, wobei die Differentialsperre mittels der Trennwand 50 von den hinteren Komponenten 51 des Automatikgetriebes 1 getrennt ist.
Das Getriebegehäuse 4 mit dem angeformten Lagergehäuse 5 ist dabei dreigeteilt, wobei sämtliche drei miteinander verschraubten Gehäuseteile 53, 54, 55 nur in der gezeigten Allradvariante Anwendung finden. Das vorderste Gehäuseteil 53 nimmt

– die Komponenten 51, 52 des Automatikgetriebes 1,
– die von letzteren mittels der Trennwand 50 getrennte Differentialsperre 13 und
– den vorderen Teil des Achsversatzgetriebes auf. Das mittlere Gehäuseteil 54 nimmt den hinteren Teil des Achsversatzgetriebes auf. Das hintere Gehäuseteil 55 nimmt das Zentraldifferential 3 auf.

Die Differentialsperre 13 umfasst eine Lamellenkupplung 14, mittels welcher

– die Hohlwelle 12 bzw.
– das Sonnenrad des Zentraldifferentials 3 bzw.
– das Antriebsritzel 8

– der Getriebeausgangswelle 2 bzw.
– der Eingangswelle 6 bzw.
– dem Hohlrad des Zentraldifferentials 3 koppelbar ist. Zur Regelung des übertragenen Drehmoments zwischen zwei Kupplungshälften 15, 16 der Differentialsperre 13, sind die beiden Kupplungshälften 15, 16 mittels eines ringförmigen Stellkolbens 17 axial aneinander andrückbar. Dabei stützt sich der Stellkolben 17 axial einerseits am vorderen Gehäuseteil 53 und andererseits über ein Axial-Wälzlager an einer Lamelle 18 der ersten Kupplungshälfte 15 ab. Dieser Lamelle 18 folgen in der nach vorne weisenden Richtung axial wechselweise die übrigen Lamellen der beiden Kupplungshälften 15, 16, wobei sich der letzten Lamelle 19 der zweiten Kupplungshälfte 16 eine Widerlagerscheibe 20 anschließt, die axial an einem Trägertopf 21 aus Aluminiumguss anliegt, der mittels einer Keilwellenverzahnung drehfest mit der Getriebeausgangswelle 2 verbunden ist. Dieser Trägertopf 21 ist mit einer Außenverzahnung 56 versehen und stützt sich in der axial von vorne weisenden Richtung an einem Absatz der Getriebeausgangswelle 2 ab, so dass sämtliche Lamellen der Differentialsperre 13 beim Ausrücken des Stellkolbens 17 im Kraftfluss zwischen dem Getriebegehäuse 4 und der Getriebeausgangswelle 2 verspannt werden. Der Trägertopf 21 weist zusätzlich zur Keilwelleninnenverzahnung 95 zur drehfesten Verbindung mit der Getriebeeingangswelle 2 eine Innenverzahnung 94 zur drehfesten und axialverschieblichen Verbindung mit den Lamellen der zweiten Kupplungshälfte 16 auf. Dazu weisen die Lamellen der zweiten Kupplungshälfte 16 an deren Außenkantenbereich eine Außenverzahnung auf, die in die Innenverzahnung des Trägertopfes 21 eingreift.

Die Lamellen der ersten Kupplungshälfte 15 weisen am Innenkantenbereich eine Innenverzahnung auf, welche das Drehmoment formschlüssig auf eine außenschrägverzahnte Steckhülse 22 überträgt, die mittels einer Keilwellenverzahnung drehfest am vorderen Ende der Hohlwelle 12 angeordnet ist. Die Steckhülse 22 ist einerseits am vorderen Ende der Getriebeausgangswelle 2 an einem Axialsicherungsring abgestützt. Andererseits ist die Steckhülse 22 an einem Lagerinnenring des Kegelrollenlagers abgestützt, welches das Antriebsritzel 8 lagert.
Radial außerhalb des Trägertopfes 21 ist eine Parksperrenklinke 57 angeordnet, so dass diese in eine Zahnlücke der Außenverzahnung 56 eingreifen und den Trägertopf 21 stillsetzen kann. Dazu ist die radial nach innen schwenkbare Parksperrenklinke 57 mittels eines Parksperrenstellgliedes betätigbar, dessen Kolbenstange 59 parallel zur Antriebsstranglängsachse 11 verschieblich ist. Das Parksperrenstellglied selbst ist innerhalb des Getriebegehäuses 4 in einem Raum 58 unterhalb des Antriebsritzels 8 angeordnet, der somit axial in der gleichen Position, wie das Achsversatzgetriebe liegt. Somit wird dieser Bereich des Allrad-Antriebsstranges bzgl. des Bauraumes gut ausgenutzt.
Der Durchmesser der einzelnen Bauteile nimmt ausgehend vom Antriebsritzel 8 in die nach vorne weisende Richtung zu. So ist der Außendurchmesser des ringförmigen Stellkolbens 17 kleiner als der Außendurchmesser der außenverzahnten Lamellen, der wiederum

– kleiner ist, als der Außendurchmesser des Trägertopfes 21 der wiederum
– kleiner ist, als der Außendurchmesser der Außenverzahnung 56, der wiederum
– kleiner ist, als der Außendurchmesser der Trennwand 50, der wiederum
– kleiner ist, als der Außendurchmesser der hinteren Komponenten 51 des Automatikgetriebes 1, der wiederum
– kleiner ist, als der Außendurchmesser der folgenden Komponenten 52 des Automatikgetriebes 1.

Damit kann der vordere Gehäuseteil 53 des Getriebegehäuses 4 eine Wand gleichmäßiger Dicke haben, die somit ohne Lunker problemlos aus einer Magnesiumlegierung gefertigt werden kann, wobei die Seitenwelle eng beabstandet zum Vorderachsgetriebe nach vorne geführt werden kann.
Als Seitenabtrieb bzw. Achsversatzgetriebe kann neben der besagten Zahnradpaarung auch ein Zahnriementrieb oder ein Kettentrieb vorgesehen sein, wobei die in diesem Fall nicht vorhandenen Drehrichtungsumkehr bei der Ausführung des Vorderachsgetriebes berücksichtigt werden muss.
Die Seitenwelle muss nicht mit Gelenken ausgeführt sein. Insbesondere wenn der Abstand zwischen dem Seitenabtrieb und der Vorderachse kurz ist, kann auf Gelenke verzichtet werden.

Claims

Allrad-Antriebsstrang, bei welchem ein Antriebsmotor und ein sich diesem anschließendes Automatikgetriebe (1) in Fahrzeuglängsrichtung eingebaut sind, wobei zumindest ein Teil eines Antriebsmomentes von einer Getriebeausgangswelle (2) des Automatikgetriebe (1) über eine Zahnradpaarung auf eine Seitenwelle (10) übertragbar ist, wobei axial zwischen dem Automatikgetriebe (1) und einem Antriebsritzel (8) der Zahnradpaarung eine Lamellenkupplung (14) angeordnet ist, mittels welcher ein Drehmoment zwischen dem Antriebsritzel (8) und der Getriebeausgangswelle (2) übertragbar ist, wobei die Seitenwelle (10) in einem sich öffnenden Winkel am Automatikgetriebe (1) vorbei zur Vorderachse führt, wobei ein Durchmesser der Lamellenkupplung (14) – kleiner ist, als der Durchmesser der in Fahrtrichtung hinten liegenden Komponenten (51) des Automatikgetriebes (1) und – größer ist, als der Durchmesser des Antriebsritzels (8), wobei eine mit der Getriebeausgangswelle (2) drehfest verbundene Kupplungshälfte der Lamellenkupplung (14) mittels eines Parksperrenstellgliedes festsetzbar ist, welches sich eine gemeinsame axiale Ebene mit dem Antriebsritzel (8) teilt.
Allrad-Antriebsstrang nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellbewegung des Parksperrenstellgliedes parallel zu einer Antriebsstranglängsachse (11) erfolgt.
Allrad-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Antriebsritzel (8) ein Zentraldifferential (3) angeordnet ist.