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Title:
POWER TRANSMISSION UNIT WITH INTEGRATED INTERRUPTER SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/186076
Kind Code:
A1
Abstract:
A power transmission unit for a motor vehicle is described, in which a drive torque of a drive motor is supplied to a first axle (VA) driving the drive wheels, and the drive torque can be supplied via a power transmission unit, a disconnect unit (DCU), to a further axle (HA), the disconnect unit (DCU) having a switchable form-fit coupling (KT), wherein the drive torque supplied to the disconnect unit (DCU) is introduced by a spur wheel (SR1) driven by the first axle (VA).

Inventors:
PAPST, Thomas (Stocking 110, Stocking, A-8410, AT)
Application Number:
EP2013/061409
Publication Date:
December 19, 2013
Filing Date:
June 03, 2013
Export Citation:
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Assignee:
MAGNA POWERTRAIN AG & CO KG (Industriestrasse 35, Lannach, A-8502, AT)
International Classes:
B60K17/344; B60K23/08; F16D11/10; F16D27/00
Foreign References:
FR2937915A1
JPS58180326A
US4895236A
DE3822115A1
FR2630055A1
FR909858A
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
BIERNOT, Peter (MAGNA International Europe AG, Liebenauer Hauptstraße 317- VG-Nord, Graz, A-8041, AT)
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Claims:
Ansprüche

1 . Kraftübertragungseinheit für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein Antriebsmoment eines Antriebsmotors einer ersten, die Antriebsräder treibenden Achse (VA) zugeführt wird und das Antriebsmoment über eine Kraftübertragungseinheit, eine Disconnect-Unit (DCU) einer weiteren Achse (HA) zuführbar ist, wobei die Dis- connect-Unit (DCU) eine schaltbare, formschlüssige Kupplung (KT) aufweist, wobei das der Disconnect-Unit (DCU) zugeführte Antriebsmoment über ein von der ersten Achse (VA) getriebenes Stirnrad (SR1 ) eingeleitet wird.

2. Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1 ,

das von der ersten Achse (VA) getriebene Stirnrad (SR1 ) wirkt mit einem zweiten Stirnrad (SR2) zusammen, welches mit einem Teil der Kupplung (KT) der Dis- connect-Unit (DCU) verbunden ist.

3. Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1 oder 2,

die Kupplung (KT) ist gebildet durch eine axial verschiebbar gelagerte Schie- bemuffe (SM), welche mit einem von dem ersten Stirnrad (SR1 ) getriebenen Bauteil, insbesondere dem zweiten Stirnrad (SR2), durch die Kraft einer Feder (F) formschlüssig kuppelnd zusammenwirkt.

4. Kraftübertragungseinheit wenigstens nach Anspruch 1 ,

die Schiebemuffe (SM) ist über eine gehäusefest verschwenkbar gelagerte Schaltgabel (SG) betätigbar, wobei die Schaltgabel (SG) und die Schiebemuffe (SM) drehbeweglich gekoppelt sind.

5. Kraftübertragungseinheit wenigstens nach Anspruch 1 ,

die Schaltgabel (SG) ist über einen gelenkig verbundenen Betätigungshebel (BH), der sich im Wesentlichen in Achsrichtung, der Bewegungsrichtung der Schiebemuffe (SM) erstreckt, betätigbar.

6. Kraftübertragungseinheit wenigstens nach Anspruch 1 ,

der Betätigungshebel (BH) weist an seinem schwenkbaren Ende eine korrespondierend zu einem Gewindegang (GWG) des zweiten Stirnrades (SR2) ausgebilde- te und mit dem Gewindegang (GWG) in Eingriff bringbare Sektormutter (SMG) auf, welche bei Eingriff mit dem Gewindegang (GWG) durch die Drehung des Stirnrades (SR2) in Achsrichtung verschiebbar ist.

7. Kraftübertragungseinheit wenigstens nach Anspruch 1 ,

der Betätigungshebel (BH) ist durch einen zugeordneten Aktuator (AK) betätigbar, durch welchen die Sektormutter (SMG) in Eingriff mit dem Gewindegang (GWG) bringbar ist.

8. Kraftübertragungseinheit wenigstens nach Anspruch 1 ,

der Aktuator (AK) wirkt auf das schwenkbare Ende eines Führungshebels (FH), der mit der dem Aktuator (AK) abgewandten Seite auf den Betätigungshebel (BH) einwirkt.

9. Kraftübertragungseinheit wenigstens nach Anspruch 1 ,

Betätigungshebel (BH) und Führungshebel (FH) wirken über einen Rastabsatz

(RA) am Betätigungshebel (BH) nach Art einer Sperre, einer Verriegelung derartig zusammen, dass nach Ausrücken der Kupplung (KT), der Schiebemuffe (SM), die Sektormutter (SMG) aus dem Gewindegang (GWG) ausrückt und der ausgerückte Zustand der Schiebemuffe (SM) aufrecht erhalten bleibt.

10. Kraftübertragungseinheit wenigstens nach Anspruch 1 ,

die durch Stirnrad (SR2) und Schiebemuffe (SM) gebildete Kupplung (KT) ist auf einer Welle eines die Antriebswelle (AW) treibenden Zahnrades, vorzugsweise eines Kegelrades (KR) angeordnet.

1 1. Kraftübertragungseinheit wenigstens nach Anspruch 1 ,

das Stirnrad (SR2) ist drehbar und axial fest auf der Welle des die Antriebswelle (AW) treibenden Zahnrades, des Kegelrades (KR) gelagert.

12. Kraftübertragungseinheit wenigstens nach Anspruch 1 ,

die Schiebemuffe (SM) ist drehfest und axial verschiebbar auf der Welle des die Antriebswelle (AW) treibenden Zahnrades, des Kegelrades (KR) gelagert.

13. Kraftübertragungseinheit wenigstens nach Anspruch 1 ,

die durch Schiebemuffe (SM), Stirnrad (SR2) nebst der Welle des die Antriebswelle (AW) treibenden Zahnrades (KR) gebildete Disconnect-Unit (DCU) weist ein Gehäuse (GH DCU) auf, welches vormontiert und eingestellt in einem Getriebege- häuse (GH) angeordnet ist.

14. Kraftübertragungseinheit wenigstens nach Anspruch 1 ,

das Stirnrad (SR2) der Disconnect-Unit (DCU) wirkt mit einem Stirnrad (SR1 ) des Differentials (DVA) der Vorderachse (VA) zusammen.

15. Kraftübertragungseinheit wenigstens nach Anspruch 1 ,

die Achsen der Schiebemuffe (SM), des Stirnrades (SR2) sowie die der Welle des die Antriebswelle (AW) treibenden Zahnrades (KR) sind parallel zu der Vorderachse (VA) des Kraftfahrzeuges angeordnet.

Description:
Kraftübertragungseinheit mit integriertem Unterbrechersystem

Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungseinheit mit integriertem Unterbrecher- System für ein Kraftfahrzeug nach der Art von Anspruch 1.

Bei Kraftfahrzeugen mit zuschaltbarem Vierradantrieb wird vom Antriebsmotor her - z.b. ein Verbrennungsmotor - eine Achse permanent angetrieben. Entsprechend ist der Motor über ein Getriebe mit der Antriebsachse verbunden. Das Zuschalten der Räder der zweiten Achse erfolgt über eine Disconnect-Einheit, über eine schaltbare Kupplung, vermittels der und eine Welle die Räder der zweiten Achse angetrieben werden.

Die Kupplung einer Disconnect-Einheit ist als formschlüssige Kupplung ausgebil- det, durch die die weitere Antriebsachse zu- bzw. abgeschaltet wird. Zusätzlich kann auch eine Synchronisierung vorgesehen sein, so dass die formschlüssige Kopplung erst erfolgt, wenn die zu kuppelnden Teile die gleiche, annähernd gleiche Drehzahl aufweisen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kraftübertragungseinheit in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Ausführung vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruches. Wei- terbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht insbesondere aus einer Integration des Disconnect-Systems in die Kraftübertragungseinrichtung des Vorderachsabtriebs, wobei die Eintriebswelle der Kraftübertragungseinrichtung koaxial zur Vorderachse sitzt. Die Kraftübertragungseinrichtung besitzt ein Stirnrad, dass in die Verzahnung an einem Differenzialkorb, am ' "Final Drive Gear" eingreift. Diese Verzahnung am Differenzialrad wird für den Abtrieb vom Hauptgetriebe aufs Vorderachsdifferential genutzt. Der Disconnect-Mechanismus ist als eine formschlüssige Kupplung ausgebildet, bei der eine Schiebemuffe formschlüssig - nach Art einer Dog Clutch - mit einem weiteren Wellenteil zusammenwirkt, auf diesen aufschiebbar ist. Die Schiebemuffe wird durch ein Federelement in Richtung Kuppeln eingerückt und durch eine Betätigungseinrichtung in Richtung Entkuppeln verschoben. Bei der Betätigungseinrich- tung handelt es sich um eine Sektormutter, ein Element, welches über einen Aktu- ator in Eingriff in ein mit einem Gewinde der Eingangswelle, der direkt vom Motor, dem Getriebe des Fahrzeuges angetriebenen Welle gebracht wird. Das Gewinde verläuft im Steigungssinne derart, dass das durch den Aktuator eingerückte Element, durch die Sektormutter die Schiebemuffe in Richtung Entkoppeln verscho- ben wird. Die Kupplung wird also über das Gewinde entkoppelt - entgegen der Federkraft, welche die Schiebe- bzw. Kupplungsmuffe in Koppelrichtung drückt.

Die Lösung ist platz- und gewichtsparend, da das Gewinde und die Sektormutter getrennt von der Klauenkupplung aufgebaut sind. Die Klauenkupplung befindet sich direkt zwischen Stirnrad und Triebsatz. Somit ist der leistungsführende oder momentenführende Pfad sehr kurz.

Die Kraftübertragungseinrichtung kann vormontiert, eingestellt und geprüft werden. Die Lagerung der Triebsatz-Eintriebs-Welle der Kraftübertragungseinrichtung er- folgt in einer offenen Struktur, die in das Hauptgehäuse des Getriebes eingeschoben werden kann. Um den Treibsatz und die Abtriebswelle ist dann ein weiteres Gehäuse angeordnet.

Des Weiteren erfolgt die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnungen.

Figur 1 zeigt das Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges mit permanenten Vorderradantrieb und einem zuschaltbaren, auf die Hinterräder wirkenden Heckantrieb. Ein Verbrennungsmotor VM wirkt über ein automatisches oder manuell schaltbares Getriebe G sowie ein Vorderachsdifferential DVA auf die Räder einer Vorderachse VA. Die Vorderachse VA ist somit permanent angetrieben. Das Vorderachsdifferential DVA ist mit einer Disconnect-Unit DCU, einem Getriebe (Kraftübertragungseinrichtung PTU) mit Schaltkupplung gekoppelt. Über die in der Disconnect-Unit DCU integrierte Kupplung erfolgt die Weiterleitung des Antriebsmomentes auf die Hinterachse HA. Dazu weist die Disconnect-Unit DCU einen Winkeltrieb WG auf, der mit einer Antriebswelle AW verbunden ist. Die Antriebswelle AW treibt in an sich bekannter Weise über einen weiteren Winkeltrieb und eine Hinterradkupplung HK nebst nachgeschaltetem Hinterachsdifferential DHA die Räder der Hinterachse HA. Die Hinterachskupplung HK ist als eine Mehrscheibenkupplung ausgebildet und ermöglicht eine kontinuierlich dosierbare Momentenübertragung. So kann das auf die Hinterachse HA übertragene An- triebsmoment eingestellt und insbesondere die Antriebswelle AW bei geöffneter Kupplung der Disconnect-Unit DCU frei geschaltet werden. Diese dreht dann bei reinem Vorderradbetrieb nicht mit, was Leistungsverluste verhindert. Die Kupplung in der Disconnect-Unit, die Hinterachskupplung HK werden durch eine nicht dargestellte Steuerung aktiviert und stehen mit dieser über Leitunbgen, ein Bus- System in Verbindung.

Figur 2 zeigt die Komponenten der Disconnect-Unit DCU sowie die mit dieser Einheit zusammenwirkenden Teile im Detail. Das Vorderachsdifferential DVA weist ein Stirnrad SR! Auf, welches mit einem Stirnrad SR2 der Disconnect-Unit DCU zusammenwirkt. Das Getriebe G treibt das Vorderachsdifferential DVA über das Stirnrad SR1 . In bekannter Weise verteilt das Vorderachsdifferential DVA die Antriebsleistung auf die Gelenkwellen der Vorderachse VR.

Das zweite Stirnrad SR2 ist über eine schaltbare Kupplung KDCU mit dem Win- kelgetriebe WG der Antriebswelle AW koppelbar. Winkelgetriebe WG nebst der Kupplung KDCU sowie dem Stirnrad SR2 sind in einem Gehäuse GH DCU angeordnet, welches Teil des Getriebes G sein kann. Das Stirnrad R2 mit der Kupplung KDCU sind ihrerseits in einem Gehäuse GH DCU angeordnet, welches vormontierbar ausgebildet ist und die Disconnect-Unit so montiert, geprüft und voreinge- stellt in das Gehäuse GH eingesetzt wird.

In Figur 3 sowie den weiteren Figuren ist die Disconnect-Unit DCU detailiert wiedergegeben. Ein Kegelrad KR des Winkeigetriebs WG ist über zwei Kegelrollenlager drehbar in dem Gehäuse GH DCU, dem Träger der Disconnect-Unit DCU ge- lagert. Auf dem als Hohlwelle ausgeführten Schaft des Kegelrades KR sitzt dreh- bar gelagert das Stirnrad SR2, welches links neben dem verzahnten Bereich einen Gewindegang GWG aufweist. Gewindegang GWG und Stirnrad SR2 sind einteilig ausgeführt. Drehfest auf dem Schaft des Kegelrades KR sitzt axial verschiebbar eine Schiebemuffe SM. Die Schiebemuffe SM weist auf der zum Stirnrad SR2 gewandten Flanke eine mit einer entsprechenden Struktur des Stirnrades SR2 (dessen Flanke) formschlüssig zusammenwirkende Kupplungsstrukturierung KT auf. Die axial verschiebbare Schiebemuffe SM und das Stirnrad SR2 bilden die Kupplung KDCU der Disconnect-Unit DCU.

Die Schiebemuffe SM wird über eine Feder F in Achsrichtung gegen das Stirnrad SR2 gedrückt. Die Kupplung KDCU ist dadurch geschlossen, das Kegelrad KR mit dem Stirnrad SR2 gekoppelt (Figur 3). Ein Betätigungshebel BH ist gelenkig mit dem oberen Ende einer die Schiebemuffe SM umfassenden Schaltgabel SG verbunden. Die Schaltgabel SG ist mit ihrem unteren Ende schwenkbar um eine im Gehäuse GH DCU angebrachte Lagerachse LA gelagert. Der Betätigungshebel BH wirkt über das Gelenk bei einer Verschiebung in Achsrichtung (Achse Kegelrad KR) über die Schaltgabel SG derartig auf die Schiebemuffe SM, dass dadurch diese auf dem Schaft des Kegelrades KR verschoben werden kann. Die Schiebemuffe SM ist drehbar gegenüber der Schaltgabel SG und wird bei einer Schwenkbewegung der Schaltgabel SG axial verschoben.

Das freie Ende des Betätigungshebels BH - dieser erstreckt sich in Achsrichtung der Welle des Kegelrades KR - weist ein als Sektormutter SMG ausgebildetes Formstück auf, welches korrespondierend zu dem Gewindegang GWG des Stirnrades SR2 ausgebildet ist und durch Verschwenken des Betätigungshebels BH in Eingriff mit dem Gewindegang GWG gebracht wird. Dem Betätigungshebel BH, der Sektormutter SMG ist ein elektrisch betätigbarer Aktuator AK zugeordnet, der über einen elektromagnetisch bewegten Stößel und einen gehäuseseitig schwenkbar gelagerten Führungshebel FH auf den Betätigungshebel BH und so die Sektormutter SMG einwirkt. Die gehäuseseitige Schwenklagerung des Führungshebels FH fällt nahezu mit dem Gelenk von Schaltgabel SG und Betätigunghebel BH zusammen. Das Ende des Führungshebels FH ist gelenkig mit dem En- de des linear beweglichen Stößel des Aktuators AK verbunden. Im Gekuppelten Zustand - Figur 3 - ist die Sektormutter SMG nicht in Eingriff mit dem Gewindegang GWG - die Schiebemuffe SM ist in Eingriff mit dem Stirnrad SR2 - bewirkt durch die Kraft der Feder F. Der Gewindegang GWG verläuft in Drehrichtung des Stirnrades SR2 (in Antriebsrichtung des Fahrzeuges) vorwärts derartig, so dass die durch Betätigung des Ak- tuators AK (Stößels) in den umlaufenden Gewindegang GWG eingreifende Sektormutter SMG die Schiebemuffe SM nach rechts in Richtung Lösen der Kupplung KDCU verschiebt - entgegen der Kraft der Feder F. Figur 4 zeigt die in den Ge- windegang GWG eingreifende Sektormutter SMG.

Gemäß Figur 5 wurde durch die Drehung des Stirnrades SR2 mit dem Gewindegang GWG die Sektormutter SMG nach rechts verschoben - über den Betätigungshebel BH und das Gelenk hat die Schaltgabel SG die Schiebemuffe SM aus der Verbindung mit dem Stirnrad SR2 ausgerückt - die Kupplung KDCU ist ausgekuppelt. Das freie Ende des Betätigungshebels BH, die Sektormutter SMG gleitet hierbei an der Unterseite des vom Stößel des Aktuators AK heruntergedrückten Führungshebels FH. In Figur 6 ist das Ende des Ausrückvorganges der Kupplung KDCU dargestellt. Die Sektormutter SMG, Der Betätigungshebel BH wurden soweit nach rechts verschoben - in Ausrückrichtung, bis das Ende des Führungshebels FH - ein an der Unterseite angeformter Absatz - in einen Rastabsatz RA der Sektormutter SMG eingreift. Dies bewirkt einerseits das Ausrücken der Sektormutter SMG aus dem Gewindegang GWG, anderseits das Verrasten des Betätigungshebels BH - dieser, die Schaltgabel SG sowie die Schiebemuffe SM, bleiben entgegen der Federkraft in der ausgerückten Position.

Wird in der Stellung gemäß Figur 6 die Beaufschlagung des Aktuators AK been- det, so fährt der Stößel ein, der Führungshebel FH gibt die Verrastung des Rastabsatzes RA frei, die Federkraft drückt die Schiebemuffe SM wieder in die gekuppelte Stellung, die Sektormutter SMG nebst Betätigungshebel BH gehen in die Ausgangsstellung zurück - Figur 3. Die Kupplung KT, KDCU ist wieder eingerückt - Stirnrad SR2 und Kegelrad KR sind gekoppelt. Bezugszeichenliste

VM Verbrennungsmotor

G Getriebe

VA Vorderachse

DVA Differential Vorderachse, Vorderachsdifferential

DCU Disconnect-Unit, Kraftübertragungseinrichtung (PTU)

WG Winkelgetriebe

AW Antriebswelle

HA Hinterachse

HK Hinterradkupplung

DHA Differential Hinterachse, Hinterachsdifferential

KT, KDCU Kupplung Disconnect-Unit

GH DCU Gehäuse Disconnect-Unit, Träger, Baugruppenträger

GH Gehäuse - Disconnect-Unit, Winkelgetriebe

SR1 Stirnrad

SR2 Stirnrad

KR Kegelrad

F Feder

SM Schiebemuffe

GWG Gewindegang

SMG Sektormutter

BH Betätigungshebel

FH Führungshebel

RA Rastabsatz

AK Aktuator

LA Lagerachse

SG Schaltgabel