-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verteilgetriebe zur Verteilung eines Antriebsdrehmoments einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs auf eine erste Achse und eine zweite Achse des Kraftfahrzeugs.
-
Verteilgetriebe sind Getriebe, um ein von der Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs erzeugtes Antriebsdrehmoment auf mehrere Abtriebe aufzuteilen. Typischerweise finden derartige Verteilergetriebe in Kraftfahrzeugen mit permanentem oder zuschaltbarem Allradantrieb Anwendung. Sie verteilen das von der Antriebseinheit erzeugte Drehmoment auf zwei angetriebene Achsen des Fahrzeugs, wobei die Verteilung je nach Bauart des Verteilergetriebes vorbestimmt ist oder frei gewählt werden kann. Um die Übertragung des Drehmoments auf die beiden Achsen des Kraftfahrzeugs steuern zu können, ist beispielsweise eine Kupplungseinheit vorgesehen, die dem Fahrer des Kraftfahrzeugs die Möglichkeit bietet, zwischen einem permanenten Zweiradantriebsmodus, bei welchem der Antrieb des Fahrzeugs ausschließlich über eine Primärachse erfolgt, und einem automatischen Vierradantriebsmodus - einem sogenannten „On-Demand Drive Mode“ - zu wählen. Bei diesem Modus wird in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen ein gewisser Anteil des Antriebsdrehmoments auf die Räder der anderen Achse (Sekundärachse) übertragen, um einen zeitweisen Vierradantrieb bereitzustellen.
-
Ein Verteilgetriebe mit Kettenrad zeigt die
EP 1 582 777 A2 . Das Kettenrad ist mittels eigener Lagerung gegenüber dem Gehäuse gelagert.
-
Das Mittendifferential für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb gemäß der
DE 38 05 284 A1 weist eine Eingangswelle, eine Kupplung sowie ein Kettenrad auf, wobei dieses beidseitig gehäusefest gelagert ist. Eine derartige Lagerung zeigt auch die
DE 37 05 064 A1 .
-
Das Verteilgetriebe der US 2008 / 0 308 354 A1 zeigt eine Lagerung des Kettenrades auf der Eingangswelle mittels Radialnadellager.
-
Die
DE 10 2007 057 984 A1 beschreibt ein Verteilgetriebe mit Kettentrieb und einer Kupplung. Durch eine Fördereinrichtung wird Schmiermittel von einem unterhalb des Kettentriebes liegenden Ölsumpf in oberhalb gelegene Bereiche gefördert.
-
Die Druckschrift
DE 10 2011 116 143 A1 beschreibt ein Verteilergetriebe zur Verteilung eines Antriebsmoments einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs auf eine erste Achse und eine zweite Achse des Kraftfahrzeugs. Das Verteilergetriebe weist ein Gehäuse, eine Eingangswelle, eine koaxial zu der Eingangswelle sitzende Kupplung, eine parallel zu der Eingangswelle angeordnete Abtriebswelle sowie ein von der Kupplung treibbares Kettenrad auf. Über das Kettenrad ist ein Antriebsmoment der Eingangswelle auf die parallel dazu verlaufende Abtriebswelle übertragbar. Das Kettenrad ist dabei auf einem halsförmig geformten Einzug des Gehäuses gelagert.
-
Es liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verteilgetriebe in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Form bereitzustellen.
-
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verteilgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Des Weiteren wird zunächst Funktion und Aufbau eines Verteil-, eines Verteilergetriebes beschrieben, bei welchem die vorliegende Erfindung bevorzugt verwendet wird.
-
1A zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit zuschaltbarem Allradantrieb. Das von einem Motor 11 - beispielsweise ein Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor (denkbar ist auch ein beliebig ausgestalteter Hybridantrieb) - erzeugte Antriebsdrehmoment wird über ein Hauptgetriebe 13 - beispielsweise ein manuelles Schaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe - einem Verteilergetriebe 15 zugeführt. Ein erster Ausgang des Verteilergetriebes 15 ist über eine Kardanwelle 17 mit einem Hinterachs-Differentialgetriebe 19 gekoppelt. Hierdurch werden Räder 21 einer Hinterachse 23 des Kraftfahrzeugs permanent angetrieben. Die Hinterachse 23 bildet somit die Primärachse des Fahrzeugs. Ein zweiter Ausgang des Verteilergetriebes 15 ist über eine Kardanwelle 25 mit einem Vorderachs-Differentialgetriebe 27 gekoppelt. Hierdurch kann ein Teil des Antriebsdrehmoments des Motors 11 wahlweise auf die Räder 29 einer Vorderachse 31 übertragen werden. Die Vorderachse 31 bildet somit die Sekundärachse des Fahrzeugs. Zwischen dem Vorderachs-Differential-getriebe 27 und einem Rad 29 der Vorderachse 31 (hier linkes Vorderrad des Fahrzeugs) ist eine Kupplung 63 vorgesehen, deren Funktion nachfolgend noch eingehender erläutert wird.
-
1B zeigt eine schematische Ansicht des Verteilergetriebes 15 gemäß 1. Das Verteilergetriebe 15 besitzt eine Eingangswelle 41, eine erste Ausgangswelle 43 und eine zweite Ausgangswelle 45. Die erste Ausgangswelle 43 ist koaxial zu der Eingangswelle 41 und ist mit dieser drehfest - vorzugsweise einstückig - ausgebildet. Die Ausgangswelle 45 ist parallel versetzt zu der Eingangswelle 41 angeordnet.
-
Das Verteilergetriebe 15 umfasst ferner eine Kupplungseinheit 47 mit einer Reibungskupplung 49 und einem Aktuator 51. Die Reibungskupplung 49 weist einen Kupplungskorb 53 auf, der drehfest mit der Eingangswelle 41 und der ersten Ausgangswelle 43 verbunden ist und der mehrere Kupplungslamellen trägt. Ferner besitzt die Reibungskupplung 49 eine drehbar gelagerte Kupplungsnabe 55, die ebenfalls mehrere Kupplungslamellen trägt, welche in einer alternierenden Anordnung in die Lamellen des Kupplungskorbs 53 eingreifen. Die Kupplungsnabe 55 ist drehfest mit einem Antriebszahnrad 57 eines Kettentriebs 59 verbunden. Ein Abtriebszahnrad 61 des Kettentriebs 59 ist drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 45 verbunden. Anstelle des Kettentriebs 59 kann ein Rädertrieb vorgesehen sein, beispielsweise mit einem Zwischenzahnrad zwischen den genannten Zahnrädern 57, 61. Außerdem kann die Nabe 55 in Abweichung von der dargestellten Bauweise drehfest mit den Wellen 41, 43 verbunden sein. In diesem Fall steht der Kupplungskorb 53 in drehfester Verbindung mit dem Antriebszahnrad 57. Es versteht sich, dass der Aktuator 51 dann zweckmäßigerweise anders als gezeigt angeordnet sein sollte.
-
Durch Betätigung des Aktuators 51 im Einrücksinn der Reibungskupplung 49 kann ein zunehmender Anteil des über die Eingangswelle 41 in das Verteilergetriebe 15 eingeleiteten Antriebsdrehmoments auf die zweite Ausgangswelle 45 übertragen werden.
-
Ist die Kupplungseinheit 47 allerdings geöffnet, so drehen sich die der zweiten Ausgangswelle 45 zugeordneten Komponenten des Antriebsstrangs bei einer Fahrt des Fahrzeugs mit, obwohl über diesen Teil des Antriebsstrangs kein Antriebsdrehmoment übertragen werden soll. Um dies zu verhindern, ist die vorstehend bereits erwähnte Kupplung 63 an der Vorderachse 31 (Sekundärachse) vorgesehen. Wird die Kupplung 63 bei offener Kupplungseinheit 47 geöffnet, so wird der dazwischen liegende Teil des Antriebsstrangs stillgelegt, was letztlich verhindert, dass der Kettentrieb 59 unnötig mitbewegt wird. Diese Betriebsweise wird auch als „Disconnect Mode“ bezeichnet.
-
Die Kupplung 63 ist beispielsweise eine Klauenkupplung. Es kann vorgesehen sein, dass der Kupplung 63 eine eigene Steuereinheit zugeordnet ist. In vielen Fällen ist es jedoch von Vorteil, wenn die Kupplungseinheit 47 und die Kupplung 63 von einer gemeinsamen Steuereinheit betätigt werden.
- 1 zeigt die Lagersituation des Getriebes, der Eingangswelle EW (41, 43 - 1A). Die Komponenten sind in einem bspw. zweiteiligem Gehäuse G1, G2 untergebracht. Die Eingangswelle EW ist über ein Rillenkugellager RKG gegenüber dem Gehäuse G2 im Bereich eines mitdrehenden Flansches FL gelagert. Das Rillenkugellager RKG dient als Festlager.
-
Über einen Zentriersitz ZS wird die Eingangswelle EW am Getriebeausgang abgestützt. Mit Getriebeausgang ist hier die Ausgangswelle eines manuell oder automatisch zu schaltenden Getriebes zu verstehen. Die Getriebeausgangswelle greift in die entsprechende Wellenaushöhlung, den Zentriersitz und trägt so die Eingangswelle EW an dieser Seite. Dadurch kann in der gezeigten Ausführungsform ein Eingangswellenlager (links zwischen Eingangswelle EW und Gehäuse G1) entfallen. Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, an dieser Stelle ein kleines, gegenüber einer sonst üblichen Dimensionierung deutlich reduziertes radiales Stützlager zwischen Gehäuse G2 und Eingangswelle EW anzuordnen.
-
Das Kettenrad KR ist direkt am Eingangshals EH des linken Gehäuses G1 über ein Radialnadellager RNL gelagert und übernimmt die radialen Zugkräfte der Kette zur Gänze. Die vorwiegende Betriebsweise ist der „Disconnect Modus“ - die Allradfunktion, der Antriebsstrang ist stillgesetzt. Demzufolge läuft die Kette nicht um, das Kettenrad KR ruht, wodurch das Radialnadellager RNL keine Verluste erzeugt. Auch muss in dieser Situation das Lager nicht geschmiert werden.
-
Die Aktuatorik der Kupplung KP bedarf einer axialen Abstützung. Im Ausführungsbeispiel 1 erfolgt dies durch zwei Axiallager A1, A2. Die Axialnadellager A1, A2 stützen die Axialkräfte aus der Kugelrampe KGR über die Eingangswelle EW ab. In einer Ausführungsform sitzt das Axiallager A1 unter dem Kettenrad KR und stützt dieses gegen die Eingangswelle (diese weist einen Sicherungsring auf, der das Kettenrad KR nebst den Kupplungskorb KK axial fixiert). So kann eine sehr kleine Baugröße gewählt werden, was Wirkungsgradvorteile mit sich bringt. Zudem ist das Axiallager (Axialnadellager) A1 am Ende des Eingangshalses des Gehäuses G1 angeordnet, wodurch auch eine Schmierungsversorgung im Connect Mode - Allradfunktion, der Antriebsstrang ist zugeschaltet - sichergestellt werden kann. Beide Axialnadellager A1, A2 werden vorzugsweise als reibungsoptimierte Axialnadellager (Punktberührung bei wenig Last, Linienberührung bei hoher Last) ausgeführt, was minimierte Verluste ermöglicht.
-
Des Weiteren wird die Schmierfunktion beschrieben. Im Zustand nach 2 befindet sich das Getriebe im Connect Mode, die Allradfunktion ist vorhanden bzw. jederzeit aktivierbar, die Kette läuft, das Kettenrad KR rotiert.
-
Ein Staublech SB schafft zwischen den Gehäuserippen des Gehäuses G1 ein kleines Ölreservoir ÖR, welches durch Ketten-Spritzöl gefüllt wird. Durch eine Versorgungsbohrung VB im Eingangshals EH kann Öl in den Zwischenraum von Eingangswelle EW und Gehäuse GH1 einfließen. Ist der Raum bis zum Erreichen der Eingangswelle EW mit Öl gefüllt, wird sowohl der Dichtring, wie auch das radiale Nadellager RNL und das Axialnadellager A1 mit Öl versorgt. Das mit dem Kettenrad KR laufende Umleitblech UB teilt die Ölversorgung für die beiden Nadellager RNL, A1 auf. Weiter schafft das Umlenkblech UB unter Fliehkraft einen Stauraum, der das Öl bis zur Innenkante rückstaut und das Öl auch gegen die Fliehkraft in das Axialnadellager A1 zwingt. Durch die Schmierung des Radialnadellagers RNL von innen nach außen kann auch sichergestellt werden, dass es zu keiner Passungsrostbildung kommt, da das Nadellager RNL ausreichend mit Öl versorgt werden kann.
-
Die Schmierung im „Disconnect Mode“ - Allradfunktion nicht vorhanden - die Kette, das Kettenrad KR stehen still (3). Die 3 zeigt herbei den unteren Teil - den Teil des Kettenrades KR unterhalb der Eingangswelle EW.
-
Im „Disconnect Mode“ - das Kettenrad KR steht - ist es nicht nötig, das Radialnadellager RNL mit Öl zu versorgen. Durch das Umleitblech UB bildet sich im unteren Bereich ein kleines Ölreservoir aus, das die Nadel des Axialnadellagers A1 für längere Zeit mit einer kleinen Ölmenge versorgt. Solange das Ölreservoir Ö (gebildet durch das Staublech SB - gezeigt ist hier die Unterseite gemäß 2) mit Öl gefüllt ist, kann durch Nachrinnen für eine bestimmte Zeit die Ölversorgung des Axialnadellagers A1 aufrechterhalten werden. Wenn auch kein Öl mehr aus dem Reservoir Ö nachgeliefert wird, verbleibt noch immer das Restöl aus dem kleinen Ölreservoir im unteren Bereich des Axialnadellagers.
-
Die Schmierung im „Disconnect Mode“ im rechten Getriebeteil G2 zeigt 4. Durch ein Dichtelement DE (Kunststoff oder Gummi) wird zwischen Gehäuse G2 und dem axial stillstehenden Teil der Kugelrampe KGR ein zweites Ölreservoir ÖR2 (abtriesseitig) geschaffen, welches alle sich drehenden Teile (Radialwellendichtring, Rillenkugellager RKG & Axialnadellager A2) im „Disconnect Mode“ mit Öl für eine bestimmte Zeit versorgt. Auch hier kann, wie auf der Eintriebsseite, ein oberes, höher liegendes Reservoir (ähnlich dem Staublech SB - vgl. 2) geschaffen werden, dass durch eine Versorgungsbohrung Öl in das Reservoir nachfördert, um Leckagen für eine bestimmte Zeit zusätzlich auszugleichen.
-
Die 5 und 6 zeigen weitere Lagerungsprinzipien der Erfindung. Bei der Ausgestaltung nach 5 ist das Kettenrad KR axialkräftefrei. Hier ist die Kupplungsnabe KN mit dem Kettenrad KR gekoppelt. Die Aktuatorik - Kugelrampe KGR - wirkt einerseits direkt und von der anderen Seite über den Kupplungskorb KK auf die Lamellen der Kupplung KP. Entsprechend ist ein Teil der Kupplungsaktuatorik axial auf der Eingangswelle fixiert - axialer Sicherungsring ASR - auf die Kupplungsnabe KN und das Kettenrad wirken keine axialen Kräfte.
-
Bei der Version nach 6 ist das Kettenrad KR mit dem Kupplungskorb KK gekoppelt. Das Paket der Kupplungsscheiben der Kupplung KP ist über eine Druckplatte KDP und einen axialen Sicherungsring ASR axial gegenüber der Eingangswelle fixiert, so dass die Aktuatorik der Kupplung - Kugelrampe KGR - keine axialen Kräfte auf das Kettenrad KR überträgt.
-
Bezugszeichenliste
-
- EW
- Eingangswelle
- FL
- Flansch
- ZS
- Zentriersitz
- KR
- Kettenrad
- KP
- Kupplung, Lammellenkupplung
- KK
- Kupplungskorb
- KN
- Kupplungsnabe
- G1
- Gehäuse
- G2
- Gehäuse
- KGR
- Aktuatorik Kupplung - Kugelrampe
- EH
- Eingangshals - Gehäuse(teil) G1
- RNL
- Radialnadellager
- RKG
- Rillenkugellager
- A1
- Axiallager
- A2
- Axiallager
- ÖR
- Ölreservoir
- Ö
- Ölreservoir
- ÖR2
- Ölreservoir
- VB
- Verbindungsbohrung, Kanal
- SB
- Staublech
- UB
- Umlenkblech, Ring
- DE
- Dichtelement
- ASR
- axialer Sicherungsring
- KDP
- Druckplatte Kupplung
