DE102011007265A1

DE102011007265A1 - Antriebsvorrichtung mit wenigstens einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102011007265A1
Application number: DE102011007265A
Authority: DE
Inventors: Tomas Smetana; Viktor Lichtenwald
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-10-18

Abstract

Die Erfindung betriffteine Antriebsvorrichtung (17, 54, 69) mit einer elektrischen Maschine (19) und mit einem Schaltgetriebe (20, 55, 72), mit einer wenigstens eine Schaltwalze (22) und eine Kupplungseinrichtung (25, 58) aufweisenden Schalteinrichtung (21, 56), mit welcher wenigstens ein Gang im Schaltgetriebe (20, 55, 72) schaltbar ist, wobei die um eine Schwenkachse (18) zumindest rotationsschwenkbare Schaltwalze (22) wenigstens eine Führungsbahn (41) aufweist, in welche ein längs zur Schwenkachse (18) bewegliches und mit der Kupplungseinrichtung (25, 58) wirkverbundenes Führungselement (42) eingreift, wobei die Schwenkachse (18) achsparallel auf einer Rotationsachse (18') einer Rotorwelle (29) der elektrischen Maschine (19) und auf einer Rotationsachse (18'') der Kupplungseinrichtung (25, 58) liegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Maschine und mit einem Schaltgetriebe, mit einer wenigstens eine Schaltwalze und eine Kupplungseinrichtung aufweisenden Schalteinrichtung, mit welcher wenigstens ein Gang im Schaltgetriebe schaltbar ist, wobei die um eine Schwenkachse zumindest rotationsschwenkbare Schaltwalze wenigstens eine Führungsbahn aufweist, in welche ein längs zur Schwenkachse bewegliches und mit der Kupplungseinrichtung wirkverbundenes Führungselement eingreift.
Hintergrund der Erfindung
DE 10 2005 022 926 B3 zeigt eine Antriebsvorrichtung mit wenigstens einer elektrischen Maschine, mit einem Schaltgetriebe und mit einem Differenzial. Die elektrische Maschine weist eine um eine Antriebsrotationsachse rotierbare Antriebswelle auf. Die Antriebswelle ist mit einer koaxialen Getriebewelle des Zweigang-Schaltgetriebes drehmomentfest wirkverbunden. Auf der Getriebewelle sitzt ein Antriebszahnrad, das mittels der Antriebswelle um die Rotationsachse der elektrischen Maschine rotierend antreibbar ist. Das Antriebszahnrad steht im Zahneingriff mit einem Zwischenrad, das auf einer Zwischenwelle sitzt.
Die Zwischenwelle nimmt zwei Losräder auf, die relativ zur Zwischenwelle um die Zwischenwellenrotationsachse rotierbar sind. Eine Schaltkupplung ist durch einen Stellwandler, eine Schiebemuffe und durch Kupplungselemente an den Losrädern gebildet. Über die entlang der Zwischenwellenrotationsachse linearbewegliche Schiebemuffe ist eine ein- und ausrückbaren Wirkverbindung zwischen der elektrischen Maschine und wahlweise mit der Kupplungsverzahnung des einen oder des anderen der Losräder herstellbar.
Der mechanisch betätigte mechanische Stellwandler weist ein Eingangsglied in Form einer Schaltwalze und ein Ausgangsglied in Form eines Schaltfingers auf. Die Wirkverbindung zwischen der um die eigene Rotationsachse drehbaren Schaltwalze und dem Schaltfinger ist durch eine umfangsseitig umlaufende Führungsbahn gebildet, die in Längsrichtung auslenkt und in die der Schaltfinger eingreift. Beim Schwenken der Schaltwalze um die Schwenkachse fährt der Schaltfinger die Führungsbahn entlang und wird entsprechend der Auslenkung der Führungsbahn längs bewegt. Das bewirkt, dass die Schiebemuffe wahlweise mit einer Kupplungsverzahnung in eine der Kupplungsverzahnungen eines der Losräder einrückt oder aus dieser ausgerückt wird. Beim Einrücken wird das Losrad rotationsfest zur Zwischenwelle gesetzt und kann dementsprechend mit der Zwischenwelle um deren Rotationsachse rotieren.
Jedes Losrad steht im Zahneingriff mit einem Eingangsrad des Differenzials, welches jeweils rotationsfest auf dem Differenzialkorb befestigt ist, so dass eine Wirkverbindung zwischen dem Schaltgetriebe und dem Differenzial hergestellt ist.
Das Differenzial ist ein klassisches Kegelraddifferenzial, über das Drehmomente von dem Differenzialkorb über Ausgleichskegelräder an Achswellenkegelräder einer linken und einer rechten Achswelle verteilt werden. Die Achswellen sind mit angetriebenen Rädern eines Fahrzeugs verbunden, können aber auch, wenn das Differenzial in einem Verteilergetriebe eingesetzt ist, zu angetriebenen Achsen führen. Die Eingangsräder sind konzentrisch zu den Zentralachsen der Achswellenkegelräder.
Die Achsabstände der mit Abstand zueinander achsparallelen Antriebsrotationsachse zur Zwischenwellenrotationsachse und zu den Zentralachsen sind von den Übersetzungen der Zahnradstufen und von der Größe der zu übertragenden Drehmomente abhängig. Der dementsprechend durch die Antriebsvorrichtung beanspruchte Bauraum kann nachteilig groß sein.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine variable einsetzbare Antriebsvorrichtung zu schaffen, die sich einfach montieren lässt und die kompakt ist.
Die Aufgabe ist durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Die Antriebsvorrichtung weist eine elektrische Maschine und ein mindestens zweigängiges Schaltgetriebe auf. Wenigstens einer der Gänge, vorzugsweise beide Gänge, und die Neutralposition sind mit einer Schalteinrichtung schaltbar, die zumindest eine Schaltwalze und eine Schaltkupplung aufweist. Die Schaltwalze weist wenigstens eine Führungsbahn auf, in die ein Führungselement der Schaltkupplung eingreift. Alternativ weist die Schaltwalze zwei, drei oder mehr der Führungsbahnen auf, in die jeweils eines oder mehr der Führungselemente eingreifen.
Die Führungsbahnen verlaufen vorwiegend in Umfangsrichtung der Schwenkachse, lenken aber in ihrem Verlauf einmal oder mehrfach linear oder kurvenförmig in axiale Richtung von einer Umfangslinie abweichend aus, so dass dem Führungselement beim Drehen oder Schwenken der Schaltwalze um die Schwenkachse eine axiale Bewegung aufgezwungen wird. Da das Führungselement mit einem axial beweglichen Kupplungselement verbunden ist, nimmt das Führungselement das Kupplungselement axial entlang der Schwenkachse mit.
Erfindungsgemäß liegt die Schwenkachse der Schaltwalze achsparallel auf der Rotationsachse der Rotorwelle der elektrischen Maschine und auf einer Rotationsachse der Schaltkupplung. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der radial kompakten Bauweise dieser Antriebsvorrichtung, weil der als elektrische Maschine bezeichnete Motor/Generator, die Kupplung und das Schaltgetriebe koaxial axial aufeinander folgend bzw. konzentrisch ineinander geschachtelt bzw. in einer Mischform aus beiden Anordnungen zueinander ausgerichtet sind.
Radiale Richtungen sind die Richtungen, die quer zur Rotationsachse der Rotorwelle der elektrischen Maschine bzw. zu deren axialen Verlängerungen gerichtet sind. Unter „axial” oder „längs” ist demnach mit der Rotationsachse der Rotorwelle bzw. mit deren Verlängerungen gleichgerichtet zu verstehen.
Die Schaltwalze und die Schaltkupplung sind vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die Elemente die Schaltkupplung die Schaltwalze umgreifen oder, wie eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, die Schaltwalze zumindest einen Teil der Elemente der Schaltkupplung oder einen axialen Abschnitt der Schaltkupplung umfangsseitig umgreift. Dazu weist die Schaltwalze, die vorzugsweise insgesamt hohlzylindrisch ausgebildet ist, wenigstens einen hohlzylindrischen Abschnitt auf, welcher zumindest einen axialen Abschnitt der Schaltkupplung umfangsseitig umgreift. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Schaltwalze wenigstens zwei Abschnitte von zwei Wellen der Antriebsvorrichtung umfangsseitig umgreift, wobei die Wellen konzentrisch zu der Schaltwalze angeordnet sind. Diese Wellen sind beispielsweise die Rotorwelle und die konzentrisch in der Rotorwelle angeordnete und durch die Rotorwelle hindurch geführte Abtriebswelle alternativ eine von einem Differenzial der Antriebseinheit abgehende Achswelle.
Die Schaltkupplung ist beispielsweise eine Klauenkupplung oder eine konzentrisch zur Schaltwalze angeordnete Reibkupplung mit Lamellen oder Reibringen. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Kombination aus einer Reib- und aus einer Formschlusskupplung, d. h. eine synchronisierte Schaltkupplung mit konischen Synchronringen, einer Schiebemuffe und Kupplungskörpern vor. Diese Schaltkupplung ist vorzugsweise doppelt wirkend, d. h. axiales Verschieben der Schiebemuffe in eine Endstellung in die eine Richtung bewirkt Synchronisieren oder Bremsen und dann das Schalten eines Ganges. Das Verschieben der Schiebemuffe in die entgegengesetzte axiale Richtung in eine andere Endstellung bewirkt Synchronisieren oder Bremsen und dann das Schalten des anderen Ganges. Durch eine Stellung der Schiebemuffe zwischen den Endstellungen kann eine Neutralstellung des Getriebes mit nicht geschalteten Gängen eingenommen werden.
Schaltwalzen sind Bauelemente, deren Grundformen nicht nur auf eine bevorzugte hohlzylindrische Ausführung beschränkt sind, sondern die auch aus Vollmaterial oder Blech teilweise oder voll zylindrisch oder mit beliebig anders gestalteten Querschnitten ausgeführt sein können und die mit der/den entsprechenden Führungsbahn(en) versehen sind. Alternativ sind unter Schaltwalzen auch Halbschalen oder andere schalenförmige Bauelemente zu verstehen, die die Führungsbahn(en) aufweisen. Die Bauelemente sind jeweils um eine Schwenkachse schwenkbar oder um diese rotierbar angeordnet.
Die Schiebemuffe steht in Verbindung mit einem oder mehreren Führungselementen, wie Stiften oder Bolzen, die jeweils in Führungsbahnen der Schaltwalze eingreifen. Die Schaltwalze ist um die Schwenkachse, also auch um die Verlängerung der Rotationsachse der Rotorwelle schwenkbar oder drehbar vorzugsweise an einem Lagerschild der elektrischen Maschine gelagert. Das Lagerschild trennt einen Innenraum der elektrischen Maschine von der Schaltkupplung. Die Rotorwelle der elektrischen Maschine ist um die Rotationsachse der Rotorwelle drehbar an dem Lagerschild gelagert.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein axialer Abschnitt der Schaltwalze von einem hohlzylindrischen Abschnitt des Lagerschilds der elektrischen Maschine umgriffen ist. Die Schaltwalze taucht demnach axial zumindest teilweise in ein von dem Lagerschild begrenztes Sackloch der elektrischen Maschine ein, so dass die Anordnung axial äußerst kompakt ausgebildet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann nicht nur der Platzbedarf der Antriebseinheit in radiale Richtungen sondern auch in axiale Richtungen reduziert werden. Die Antriebseinheit ist äußerst kompakt, insbesondere dann, wenn, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, zumindest ein axialer Abschnitt der Schaltwalze von einem Abschnitt eines Statorgehäuses der elektrischen Maschine umfangsseitig umgriffen wird, wobei in dem Statorgehäuse ein Stator der elektrischen Maschine angeordnet ist.
Nachfolgend beschriebene Ausgestaltungen der Erfindung zielen auf verschiedene Anordnungen der Schaltwalze und der Schaltkupplung, insbesondere auf eine Anordnung einer kompakten aus der Schaltkupplung und der Schaltwalze gebildeten Schalteinrichtung. In der Schalteinrichtung ist die Kupplung vorzugsweise konzentrisch in der Schaltwalze angeordnet.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine durch die Schaltkupplung gebildete schalt und trennbare erste Wirkverbindung zwischen der Rotorwelle und einem Ausgang der Antriebsvorrichtung vor. Ein Element der Schaltkupplung, beispielsweise eine Kupplungsverzahnung, sitzt verdrehfest an der Rotorwelle bzw. an einer koaxial zur Rotorwelle ausgerichteten und mit dieser verbundenen Antriebswelle. Ein anderes Kupplungselement, beispielsweise eine Schiebemuffe, ist verdrehfest mit dem Ausgang verbunden. Durch Verschieben der Schiebemuffe kann eine drehfeste Verbindung zwischen der Rotorwelle und der Abtriebswelle hergestellt werden.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine weitere als zweite Wirkverbindung bezeichnete Wirkverbindung zwischen einer Anschlusswelle eines Planetentriebs des Schaltgetriebes und dem Ausgang der Antriebsvorrichtung vor. Ein Element der Schaltkupplung, beispielsweise eine Kupplungsverzahnung, sitzt verdrehfest an der Anschlusswelle. Ein anderes Kupplungselement, beispielsweise eine Schiebemuffe, ist verdrehfest mit dem Ausgang verbunden. Durch Verschieben der Schiebemuffe kann eine drehfeste Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem Ausgang hergestellt werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine weitere als dritte Wirkverbindung bezeichnete Wirkverbindung vor, die zwischen der Rotorwelle/Antriebswelle und einer Anschlusswelle des Planetentriebs ausgebildet ist. Ein Kupplungselement, beispielsweise eine Kupplungsverzahnung, sitzt verdrehfest an der Rotorwelle/Antriebswelle. Ein anderes Kupplungselement, beispielsweise eine Schiebemuffe, ist verdrehfest mit einer Anschlusswelle des Planetentriebs verbunden. Durch Längsverschieben der Schiebemuffe in die Kupplungsverzahnung kann eine drehfeste Verbindung zwischen der Rotorwelle bzw. der Antriebswelle und der Anschlusswelle des Planetentriebs hergestellt werden.
In zuvor genannten Wirkverbindungen ist alternativ zu den zuvor beschriebenen Anordnungen die Schiebmuffe verdrehfest mit der Rotorwelle/Antriebswelle oder Anschlusswelle verbunden und die Kupplungsverzahnung sitzt an der Anschlusswelle des Planetentriebes bzw. an der Abtriebswelle.
Unter Anschlusswellen oder angeschlossene Wellen von Planetengetrieben versteht der Fachmann Antriebswellen, Abtriebswellen und auch als Reaktionsglieder bezeichnete Festglieder. Derartige Anschlusswellen können auch als Zentralräder bezeichnete Sonnenräder, auch als Stege bezeichnete Planetenträger und Hohlräder sein [siehe dazu auch „Zahnradgetriebe" J. Loomann, dritte erweiterte Ausgabe von 1996, Kapitel 3.1. Begriffsbestimmungen und Bezeichnungen].
Unter Ausgang der Antriebsvorrichtung ist mindestens ein um eine Rotationsachse drehbares Glied, wie eine Anschlusswelle, Abtriebswelle, Achswelle, Ritzelwelle bzw. Flansch, oder eine Anordnung mit mindestens einem drehbaren Glied zu verstehen, an denen in der Antriebsvorrichtung erzeugte und/oder gewandelte Drehmomente abgegriffen werden können und von dem aus die mit der Antriebsvorrichtung erzeugten oder gewandelten Drehmomente an nicht zur Antriebsvorrichtung gehörende Glieder/Mechanismen, wie Gelenkwellen oder Differenziale und andere Getriebe oder Achswellen, weitergegeben werden können. Unter Ausgang ist demnach z. B. eine einzelne Abtriebswelle genauso zu verstehen, wie zwei von einem Differenzial abgehende Achswellen oder deren Anschlüsse am Differenzial, wie die Abtriebsräder des Differenzials.
Die Schaltwalze umgreift zumindest die Schiebemuffe, kann aber auch die Kupplungsverzahnung umfangsseitig umgreifen. Beim Schwenken der Schaltwalze um die eigene Schwenkachse und damit beim Schwenken um die Rotationsachse der Rotorwelle, bewegt sich die jeweilige Führungsbahn gegenüber dem Führungselement. Das Führungselement verharrt solange axial, wie die Führungsbahnen auf einer Umfangslinie ausgerichtet verlaufen. Wenn der Verlauf der Führungsbahnen von dieser Umfangslinie abweicht, werden die Führungselemente um die Strecke axial verschoben, um die die Führungsbahn sich in axialer Richtung von der Umfangslinie entfernt. Die maximale Länge der Strecke entspricht dabei dem Weg, den die Schiebemuffe zum Schalten von Gängen zwischen zwei axial einander gegenüberliegenden Kupplungsverzahnungen verschoben werden muss.
Die Wirkverbindungen sind entweder durch eine axial zwischen dem Elektromotor und einem Planetengetriebe angeordneten Schalteinrichtung oder durch eine an der vom Elektromotor abgewandten Seite des Planetentriebes sitzende Schalteinrichtung gebildet. Das Planetengetriebe ist ein- oder mehrstufig ausgebildet und sind Bestandteil des Schaltgetriebes.
Alternativ ist eine direkte Wirkverbindung zwischen der Rotorwelle oder deren Antriebswelle und dem Ausgang vorgesehen, in dem diese Wellen drehfest, beispielsweise mittels einer Steckverbindung, miteinander verbunden sind. Alternativ ist eine direkte Wirkverbindung ohne Schaltkupplung zwischen der Rotorwelle bzw. deren Antriebswelle und einer Anschlusswelle, z. B. einem Sonnenrad, des Planetentriebes vorgesehen. Alternativ ist eine direkte drehfeste Verbindung zwischen einer Anschlusswelle, beispielsweise einem Planetenträger, des Planetentriebs und dem Ausgang vorgesehen.
Drehfeste Verbindungen sind Verbindungen, über die um die Rotationsachse Drehmomente übertragen werden können.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wellen konzentrisch ineinander sitzen. Dabei ist die Abtriebswelle zentral in der Rotorwelle und in der Anschlusswelle angeordnet, wobei die Abtriebswelle konzentrisch zur Rotorwelle relativ zur Rotorwelle rotierbar durch die Rotorwelle hindurch geführt ist. Beide Wellen sind an Abschnitten von den Elementen der Schaltkupplung umgriffen. Die Schaltkupplung ist zumindest teilweise konzentrisch in der Schaltwalze angeordnet.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine weitere Wirkverbindung zwischen einer Anschlusswelle eines Planetentriebs des Schaltgetriebes mit einer Anschlusswelle eines zur Antriebseinheit gehörenden Differenzials vor. Die Anschlusswellen sind direkt miteinander wirkverbunden. Alternativ ist zwischen den beiden Anschlusswellen eine Kupplung angeordnet. Über das Differenzial sind wenigstens die Eingangswelle und zwei miteinander wirkverbundene Ausgangswellen wirkverbunden.
Die Abtriebswelle ist eine beliebige Welle, die geeignet ist, Drehmomente von der Antriebsvorrichtung zu einem weiteren Aggregat zu übertragen. Weitere Aggregate sind beispielsweise Hang-On Kupplungen oder Längs- oder Querdifferenziale. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Abtriebswelle eine Ritzelwelle mit einem Ritzelkopf ist, wobei eine Rotationsachse der Ritzelwelle oder deren Verlängerung mit der Rotationsachse der Rotorwelle übereinstimmt, und wobei der Ritzelkopf für den Zahneingriff mit einem Tellerrad eines aus dem Ritzelkopf und dem Tellerrad gebildeten Winkeltriebs vorgesehen ist. Ritzelkopf und Tellerrad weisen Kegelradverzahnungen auf, so dass sich durch den Zahneingriff von Ritzelkopf und Kegelrad ein Winkeltrieb ergibt, in dem die Rotationsachse des Ritzelkopfes quer zur Rotationsachse des Tellerrades ausgerichtet ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltwalze in einer Antriebsvorrichtung, in welcher ein Planetentrieb des Schaltgetriebes axial auf die elektrische Maschine folgt und die Schaltkupplung axial auf den Planetentrieb folgt, zumindest einen axialen Abschnitt der Schaltkupplung umfangsseitig umgibt. Alternativ ist vorgesehen, dass die Schaltwalze in einer Antriebsvorrichtung, in welcher der Planetentrieb axial auf die elektrische Maschine folgt und die Schaltkupplung axial auf den Planetentrieb folgt, axial auf den Planetentrieb folgend die Schaltkupplung umgibt. Wahlweise ist für eine Antriebsvorrichtung vorgesehen, dass die Schaltwalze und die Schaltkupplung axial zwischen der Rotorwelle und dem Planetentrieb angeordnet sind.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Antriebsvorrichtung vor, in der eine Anschlusswelle des Planetentriebes mit einem Tellerrad eines weiteren Winkeltriebes wirkverbunden ist, wobei der Winkeltrieb wenigstens aus einem Ritzelkopf und aus dem Teilerrad gebildet ist, welche miteinander im Zahneingriff stehen und wobei die Rotationsachse des antreibbaren Ritzelkopfes quer zur Rotationsachse der Rotorwelle ausgerichtet ist. Eine solche Antriebsvorrichtung ist für den Einsatz in Hybridfahrzeugen vorgesehen, da über die Ritzelwelle zusätzliche Antriebsleistung in den Planetentrieb und damit in die Antriebseinheit eingebracht werden kann.
Die Erfindung sieht weiter einen Antriebsstrang eines Fahrzeug mit wenigstens einer angetriebenen Achse vor, welcher mindestens zwei durch die erfindungsgemäße Antriebseinheit angetriebene Räder aufweist, wobei die Antriebseinheit mit einem Differenzial wirkverbunden ist, über welches die elektrische Maschine und das Zweiganggetriebe mit angetriebenen Rädern wirkverbunden sind.
Die Erfindung umfasst weiterhin Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen, in denen eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung als alleiniger Antrieb, als Hauptantrieb zusammen mit einem Hilfsantrieb oder als Hilfsantrieb zusammen mit einem Hauptantrieb eingesetzt ist. Der zuletzt genannte Hauptantrieb ist beispielsweise ein Verbrennungsmotor oder eine elektrische Maschine. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kann längs oder quer im Fahrzeug eingebaut sein, direkt an einer angetriebenen Achse sitzen oder mit dieser in Verbindung stehen. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kann weiterhin nur die Fahrzeugräder einer Achse aber auch die Fahrzeugräder von zwei angetriebenen Achsen antreiben.
Die Antriebseinheit und ein Differenzial an einer Achse sind beispielsweise mittels eines Winkeltriebes miteinander wirkverbunden. Der Winkeltrieb ist aus einem Ritzelkopf an einer Ritzelwelle und einem mit dem Ritzelkopf im Zahneingriff stehenden Tellerrad an einer Eingangswelle des Differenzials gebildet. Die Ritzelwelle ist über die Schaltkupplung und/oder das Schaltgetriebe mit der elektrischen Maschine wirkverbunden. Die Rotationsachse der Ritzelwelle oder deren Verlängerung stimmt mit der Rotationsachse der Rotorwelle überein, so dass diese quer zur angetriebenen Achse ausgerichtet sind, wodurch die Antriebsvorrichtung im Fahrzeug längs angeordnet ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Hang-On Kupplung zwischen der Ritzelwelle und einer weiteren, beispielsweise einen Verbrennungsmotor und ein Wechselgetriebe aufweisenden, Antriebsvorrichtung vor.
In einem anderen Antriebsstrang ist die Rotationsachse der Rotorwelle achsparallel zur angetriebenen Achse ausgerichtet, wodurch die Antriebseinheit quer in dem Fahrzeug eingebaut ist. In diesem Fall kann eine Anschlusswelle eines Planetentriebes des Schaltgetriebes mit einem Tellerrad eines Winkeltriebes wirkverbunden sein. Der Winkeltrieb ist wenigstens aus einem Ritzelkopf und aus dem Tellerrad gebildet, welche miteinander im Zahneingriff stehen. Die Rotationsachse des durch eine weitere Antriebsvorrichtung antreibbaren Ritzelkopfes ist quer zur Rotationsachse der Rotorwelle ausgerichtet, wobei die Ritzelwelle in einer Wirkverbindung mit wenigstens der separaten Antriebsvorrichtung steht, welche einen Verbrennungsmotor aufweist
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs 1 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs.
Der Antriebsstrang 1 weist zwei quer im Fahrzeug ausgerichtete angetriebene Achsen 2 und 3 auf. Jede der Achsen 2 und 3 ist mit zwei angetriebenen Fahrzeugrädern 4 und 5 bzw. 6 und 7 versehen. An der Achse 2 sitzt eine Antriebsvorrichtung 8, welche aus einem Verbrennungsmotor 9, einer Kupplung 10 und aus einem Wechselgetriebe mit Differenzial 11 gebildet ist. Das Differenzial 11 steht über Achswellen 48 und 49 in Wirkverbindung mit den angetriebenen Fahrzeugrädern 4 und 5.
Die andere Achse 3 weist ein Differenzial 12 auf, welches über Achswellen 50 und 51 in Wirkverbindung mit den angetriebenen Rädern 5 und 6 steht. Das Differenzial 12 ist ein Kegelraddifferenzial mit einem Differenzialkorb 13, Ausgleichsrädern 14 und mit Abtriebsrädern 15. Die Ausgleichsräder 14 sind drehbar in dem Differenzialkorb 13 abgestützt und stehen im Zahneingriff mit den ebenfalls im Differenzialkorb 13 abgestützten Abtriebsrädern 15. Jedes der Abtriebsräder 15 ist mit einer der Achswellen 50 bzw. 51 verbunden. Der Differenzialkorb 13 ist um die Rotationsachse 16 der Achse 3 relativ zur Achse 3 drehbar an der Achse 3 abgestützt.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 17 ist mit der Hauptachse 18 im Fahrzeug längs, also quer zur Achse 3 angeordnet. Die Antriebsvorrichtung 17 weist eine elektrische Maschine 19 in Form eines Elektromotors, der auch als Generator geschaltet werden kann, auf. Die Antriebsvorrichtung 17 ist weiterhin mit einem zweigängigen Schaltgetriebe 20 versehen. Das Schaltgetriebe 20 weist eine Schalteinrichtung 21 auf, die aus einer Schaltwalze 22, einem Antrieb 23 für die Schaltwalze 22, einer getrieblichen Verbindung 24 zwischen dem Antrieb 23 und der Schaltwalze 22 und aus einer Kupplungseinrichtung 25 gebildet ist. Ein Planetentrieb 32 ist auch Bestandteil des Schaltgetriebes.
1a zeigt das Schaltgetriebe 20 im Detail Z aus 1 vergrößert.
Die Kupplungseinrichtung 25 weist eine zweiseitig wirkende Schaltmuffe 97 auf. Die Schaltmuffe 97 ist ein drittes Kupplungselement 26 oder sitzt auf einem dritten Kupplungselement 26 der Kupplungseinrichtung 25 und sitzt axial verschiebbar auf einem dritten Glied 96, der Abtriebswelle 27 der Antriebsvorrichtung 17. Die Schaltmuffe 97 mit Reibflächen und/oder Reibringen und/oder Klauen oder einer anderen Verzahnung versehen. Die Abtriebswelle 27 ist der Ausgang 100 der Antriebsvorrichtung.
Über den Planetentrieb 32 ist zwischen der elektrischen Maschine 19 und dem Ausgang 100 der Antriebsvorrichtung 17 eine Wirkverbindung ausgebildet, die mittels einer ersten Schaltkupplung K1 einrichtbar und trennbar ist. Dazu ist über die Schaltmuffe 97 eine Verbindung zwischen einem ersten Glied 94 und dem Ausgang 100 herstellbar und trennbar. Das erste Glied 94 ist in diesem Fall eine Anschlusswelle 31 des Planetentriebs 32. Ein erstes Kupplungselement 30 ist verdrehfest mit der Anschlusswelle 31 des Planetentriebs 32 verbunden und weist eine nicht weiter dargestellte Kupplungsverzahnung und ggf. eine Reibfläche oder mindestens einen Reibring auf.
Über die zweite Schaltkupplung K2 ist mittels der Schaltmuffe 97 eine direkte Übersetzung zwischen der Rotorwelle 29 der elektrischen Maschine, welche das zweite Glied 95 ist, und der Abtriebswelle 27 einrichtbar und trennbar. Ein zweites Kupplungselement 28 ist verdrehfest mit der Rotorwelle 29 der elektrischen Maschine 19 verbunden und weist eine nicht weiter dargestellte Kupplungsverzahnung und/oder Reibflächen auf.
Der Planetentrieb 32 ist aus einem Sonnenrad 33, aus einem Planetenträger 34, aus Planetenrädern 35 und aus einer Innenverzahnung 36 gebildet. Das Sonnenrad 33 ist eine Anschlusswelle 65 des Planetentriebs 32 und ist drehfest mit der Rotorwelle 29 verbunden. Der Planetenträger 34 ist die Anschlusswelle 31 des Planetentriebs 30. Die Planetenräder 35 stehen im Zahneingriff mit dem Sonnenrad 33 und der Innenverzahnung 36. Die Innenverzahnung 36 ist an einem Gehäuse 39 der Antriebseinheit 17 bzw. an einem Lagerschild 37 der elektrischen Maschine 19 ausgebildet oder befestigt.
Von der elektrischen Maschine 19 sind in 1 außer der Rotorwelle 29 noch ein fest mit der Rotorwelle 29 verbundener Rotor 38 und ein an einem Gehäuse 39 der Antriebsvorrichtung 17 fester Stator 40 dargestellt.
Die Schwenkachse 18' der Schaltwalze 22 und die Rotationsachse 18'' der Rotorwelle 29 sowie die Rotationsachse 18''' der Abtriebswelle 27 liegen achsparallel auf der Hauptachse 18. Die Abtriebswelle 27 ist zentral konzentrisch durch die als Hohlwelle ausgeführte Rotorwelle 29 und durch die Schaltkupplung 25 hindurch geführt.
Die Kupplungseinrichtung 25 ist umfangsseitig um die Hauptachse 18 vollständig von der hohlzylindrisch ausgebildeten Schaltwalze 22 umgeben. Die Kupplungseinrichtung 25 umgibt einen Abschnitt der Rotorwelle 29 und die Rotorwelle umgibt einen Abschnitt der Abtriebswelle 27. Die Schaltwalze 22 weist mindestens zwei Führungsbahnen 41 auf, in die jeweils ein Führungselement 42 radial eingreift. Die Führungselemente 42 sind mit dem dritten Kupplungselement 26 zumindest axial formschlüssig verbunden.
In der Antriebsvorrichtung 17 sind beginnend von der Achse 3 aus von rechts nach links der Reihe nach die elektrische Maschine 19, der Planetentrieb 32 und die auf den Planetentrieb 32 folgende Schalteinrichtung 21 angeordnet.
Die Abtriebswelle 27 ist als Ritzelwelle ausgebildet, an deren einem Ende ein Ritzelkopf 43 und an dem anderen Ende ein Kupplungsglied 44 einer Hang-On Kupplung 45 sitzt. Der Ritzelkopf 43 bildet im Zahneingriff mit einem Tellerrad 46 einen Winkeltrieb 47. in dem die Rotationsachse 18''' der Abtriebswelle 27 bzw. des Ritzelkopfes 43 und die Rotationsachse 16 quer zueinander angeordnet sind. Das Tellerrad 46 ist drehfest mit dem Differenzialkorb 13 verbunden.
Die Abtriebswelle 27 ist dem Ritzelkopf gegenüberliegend mit einem Kupplungsglied 44 der Hang-On Kupplung 45 verbunden. Eine Gelenkwelle 52 führt von der Hang-On Kupplung 45 zur Antriebsvorrichtung 8. In dem Antriebsstrang 1 können beide Achsen 2 und 3 nur durch den Verbrennungsmotor 9 angetrieben werden. Dazu ist die Hang-On Kupplung 45 geschlossen und die Schalkupplung 25 ist in Neutralstellung geöffnet. Alternativ werden beide Achsen 2 und 3 durch beide Antriebsvorrichtungen 8 und 17 angetrieben. In diesem Fall ist die Hang-On Kupplung 45 geschlossen und mit der Schalteinrichtung 21 einer der Gänge geschaltet. Alternativ wird nur die Achse 2 durch den Verbrennungsmotor 9 angetrieben. Die Hang-On Kupplung 45 ist in diesem Fall geöffnet. Alternativ ist nur die Achse 3 durch die Antriebsvorrichtung 17 angetrieben. In diesem Fall kann die Achse 2 durch die Antriebsvorrichtung 8 angetrieben sein oder nicht. Die Hang-On Kupplung 45 ist dabei geöffnet. Alternativ sind beide Achsen 2 und 3 durch die Antriebsvorrichtung 17 angetrieben. In diesen Fall ist die Hang-On Kupplung 45 geschlossen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Antriebsstrangs 53 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs.
Der Antriebsstrang 53 weist wenigstens eine angetriebene Achse 3 auf und kann bezüglich einer nicht dargestellten zweiten Achse genauso aufgebaut sein, wie der Antriebsstrang 1 nach 1. Alternativ kann in dem Antriebsstrang eine zweite Antriebsvorrichtung an der anderen Achse fehlen, so dass diese Achse wahlweise nur von der Antriebsvorrichtung 54 angetrieben ist oder nicht. Die Achse 3 ist mit angetriebenen Fahrzeugrädern 6 und 7 versehen.
Die Achse 3 ist quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet und weist ein Differenzial 12 auf, welches über Achswellen 50 und 51 in Wirkverbindung mit den angetriebenen Rädern 5 und 6 steht. Das Differenzial 12 ist ein Kegelraddifferenzial, mit einem Differenzialkorb 13, Ausgleichsrädern 14 und Abtriebsrädern 15. Die Ausgleichsräder 14 sind drehbar in dem Differenzialkorb 13 abgestützt und stehen im Zahneingriff mit den ebenfalls im Differenzialkorb 13 abgestützten Abtriebsrädern 15. Jedes der Abtriebsräder 15 ist mit einer der Achswellen 50 bzw. 51 verbunden. Der Differenzialkorb 13 ist um die Rotationsachse 16 der Achse 3 relativ zur Achse 3 drehbar an der Achse 3 abgestützt.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 54 ist mit der Hauptachse 18 im Fahrzeug längs, also quer zur Achse 3 angeordnet. Die Antriebsvorrichtung 54 weist eine elektrische Maschine 19 in Form eines Elektromotors, der auch als Generator geschaltet werden kann, auf. Die Antriebsvorrichtung 54 ist weiterhin mit einem zweigängigen Schaltgetriebe 55 versehen. Das Schaltgetriebe 55 weist eine Schalteinrichtung 56 auf, die aus einer Schaltwalze 22, einem Antrieb 23 für die Schaltwalze 22, einer getrieblichen Verbindung 57 zwischen dem Antrieb 23 und der Schaltwalze 22 und aus einer Kupplungseinrichtung 58 gebildet ist. Ein Planetentrieb 59 ist auch Bestandteil des Schaltgetriebes 55.
2a zeigt das Schaltgetriebe 55 im Detail Y aus 2 vergrößert.
Die Kupplungseinrichtung 58 weist als drittes Kupplungselement 26 eine zweiseitig wirkende Schaltmuffe 97 mit Reibflächen und/oder Reibringen und/oder Klauen bzw. andere Verzahnungen auf und ist verdrehfest aber axial verschiebbar zu einer Anschlusswelle 67 des Planetentriebs 59 mit der Anschlusswelle 67 verbunden. Die Anschlusswelle 67 ist in diesem Fall das dritte Glied 96.
Über den Planetentrieb 59 ist eine Wirkverbindung zwischen der elektrischen Maschine 19 und einem Ausgang der Antriebsvorrichtung 54 ausgebildet, die durch die Kupplungen K1 oder K2 der Kupplungseinrichtung 58 eingerichtet und getrennt werden kann. Der Ausgang 100 ist ein Ritzelkopf 43 bzw. die Ritzelwelle/Abtriebswelle 66.
Ein erstes Kupplungselement 30 der Schaltkupplung 58 ist gegenüber dem Gehäuse 39 der Antriebsvorrichtung 54 fest. Mit der Kupplung K1 ist eine durch den Planetentrieb 59 bestimmte Übersetzung zwischen der Rotorwelle 29 und dem Ausgang 100 der Antriebsvorrichtung 54 herstellbar, in dem das dritte Glied 96 mittels der Schaltmuffe 97 mit einem ersten Glied 94 verbunden wird, wobei die Schaltmuffe 97 mit dem Kupplungselement 30 verbindet. Das erste Glied 94 ist in diesem Fall das Gehäuse 39 der Antriebsvorrichtung 54. Das dritte Glied 96, wie schon erwähnt, ist die Anschlusswelle 67.
Seitens der Kupplung K2 ist mittels der Schaltmuffe 97 eine direkt übersetzte Verbindung zwischen dem zweiten Glied 95, also der Rotorwelle 29, und der Anschlusswelle 67 herstellbar und wieder trennbar. Ein zweites Kupplungselement 28 ist verdrehfest mit der Rotorwelle 29 der elektrischen Maschine 19 und gleichzeitig mit einer Anschlusswelle 65 des Planetentriebs 59 verbunden, in mit dem die Schaltmuffe 97 in Eingriff gebracht werden kann. Da die Schaltmuffe 97 mit dem Hohlrad verdrehfest ist, werden die Anschlusswellen 65 und 67 also ein Sonnenrad 61 und das Hohlrad 64 drehfest miteinander verbunden. Die Wirkung des Planetentriebs 59 ist blockiert.
Der Planetentrieb 59 ist aus einem Sonnenrad 61, aus einem Planetenträger 62, aus Planetenrädern 63 und aus einem Hohlrad 64 gebildet. Das Sonnenrad 61 ist die Anschlusswelle 65 des Planetentriebs 59 und ist drehfest mit der Rotorwelle 29 verbunden. Der Planetenträger 62 ist eine Anschlusswelle 60 des Planetentriebs 59 und ist drehfest mit der Abtriebswelle 66 der Antriebsvorrichtung 54 verbunden. Die Abtriebswelle 66 ist der Ausgang der Antriebsvorrichtung. Die Planetenräder 63 stehen im Zahneingriff mit dem Sonnenrad 61 und dem Hohlrad 64. Das Hohlrad 64 ist die Anschlusswelle 67 des Planetentriebs 59.
Von der elektrischen Maschine 19 sind außer der Rotorwelle 29 noch ein fest mit der Rotorwelle 29 verbundener Rotor 38 und ein an einem Gehäuse 39 der Antriebsvorrichtung 54 fester Stator 40 dargestellt.
Die Schwenkachse 18' der Schaltwalze 22 und die Rotationsachse 18'' der Rotorwelle 29 sowie die Rotationsachse 18''' der Abtriebswelle 66 liegen achsparallel auf der Hauptachse 18. Die Abtriebswelle 66 ist zentral konzentrisch durch die als Hohlwelle ausgeführte Rotorwelle 29, durch die Schaltkupplung 58, durch die Schaltwalze 22 und durch den Planetentrieb 59 hindurch geführt.
Die Kupplungseinrichtung 58 ist umfangsseitig um die Hauptachse 18 vollständig von der hohlzylindrisch ausgebildeten Schaltwalze 22 umgeben. Die Schaltkupplung 58 umgibt einen Abschnitt der Rotorwelle 29 und die Rotorwelle 29 umgibt einen Abschnitt der Abtriebswelle 66. Die Schaltwalze 22 weist mindestens zwei Führungsbahnen 41 auf, in die jeweils ein Führungselement 42 radial eingreift. Die Führungselemente 42 sind mit dem dritten Kupplungselement 26 zumindest axial formschlüssig verbunden.
In der Antriebsvorrichtung 54 sind beginnend von der Achse 3 aus von rechts nach links der Reihe nach zunächst der Planetentrieb 59, dann die Schalteinrichtung 56 und dann die elektrische Maschine 19 axial nebeneinander angeordnet.
Die Abtriebswelle 66 ist als Ritzelwelle ausgebildet, an deren einem Ende ein Ritzelkopf 43 und an dem anderen Ende ein Kupplungsglied 44 einer Hang-On Kupplung 45 sitzt. Der Ritzelkopf 43 bildet im Zahneingriff mit einem Tellerrad 46 einen Winkeltrieb 47, in dem die Rotationsachse 18''' der Abtriebswelle 66 bzw. des Ritzelkopfes 43 und die Rotationsachse 16 quer zueinander angeordnet sind. Das Tellerrad 46 ist drehfest mit dem Differenzialkorb 13 verbunden.
Die Abtriebswelle 66 ist dem Ritzelkopf gegenüberliegend mit einem Kupplungsglied 44 der Hang-On Kupplung 45 verbunden. Von der Hang-On Kupplung 45 führt eine Gelenkwelle 52 zu einer nicht dargestellten Achse und/oder einer anderen nicht dargestellten Antriebsvorrichtung weiter.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Antriebsstrangs 68 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs.
Die Hauptachse 70 eines Ausführungsbeispiels einer Antriebsvorrichtung 69 ist achsparallel zu einer angetriebenen Achse 71 ausgerichtet, wodurch die Antriebsvorrichtung 69 quer in dem Kraftfahrzeug verbaut ist.
Der Antriebsstrang 68 weist wenigstens die eine angetriebene Achse 71 auf und kann bezüglich einer nicht dargestellten zweiten Achse genauso aufgebaut sein, wie der Antriebsstrang 1 nach 1. Dementsprechend kann der Antriebsstrang 1 zwei angetriebene Achsen aufweisen, von denen eine die Achse 71 ist. Jede der Achsen ist mit zwei angetriebenen Fahrzeugrädern versehen, wobei an der Achse 71 Fahrzeugräder 6 und 7 angeordnet sind. An der nicht dargestellten und der Achse 2 in 1 entsprechenden Achse sitzt beispielsweise eine Antriebsvorrichtung, welche aus einem Verbrennungsmotor, aus einer Kupplung und aus einem Wechselgetriebe mit Differenzial gebildet ist. Das Differenzial steht über Achswellen in Wirkverbindung mit den angetriebenen Fahrzeugrädern. Von der Hang-On Kupplung 45 führt eine Gelenkwelle 52 zur Antriebsvorrichtung der anderen Achse.
Die Antriebsvorrichtung 69 ist aus einer elektrischen Maschine 19, aus einem Schaltgetriebe 72 und aus einem Differenzial 73 gebildet. Das Schaltgetriebe 72 ist mit einer Schalteinrichtung 56 versehen und weist einen Planetentrieb 59 und einen weiteren Planetentrieb 74 auf.
Ein Differenzial 73 steht über Achswellen 50 und 51 in Wirkverbindung mit den angetriebenen Rädern 6 und 7. Das Differenzial 73 ist ein Planetendifferenzial, dessen Differenzialkorb durch einen Planetenträger 75 gebildet ist. Ausgleichsräder sind Planetenräder 76 und 77, von denen jeweils immer ein Planetenrad 76 mit einem Planetenrad 77 im Zahneingriff steht. Die Planetenräder 76 und 77 sind drehbar auf Planetenbolzen gelagert, die am Planetenträger 75 fest sind. Jedes der Planetenräder 76 kämmt mit einem Sonnenrad 78 und jedes der Planetenräder 77 mit einem Sonnenrad 79. Die Sonnenräder 78 und 79 bilden den Ausgang 100 der Antriebsvorrichtung und sind mit einer der Achswellen 50 bzw. 51 verbunden.
Die elektrische Maschine 19 ist ein Elektromotor, der auch als Generator geschaltet werden kann. Das Schaltgetriebe 72 weist die Schalteinrichtung 56 auf, die aus einer Schaltwalze 22, einem Antrieb 23 für die Schaltwalze 22, einer getrieblichen Verbindung 57 zwischen dem Antrieb 23 und der Schaltwalze 22 und aus einer Kupplungseinrichtung 58 gebildet ist.
3a zeigt das Schaltgetriebe 72 nach dem Detail X aus 3 vergrößert.
Die Kupplungseinrichtung 58 weist als drittes Kupplungselement 26 eine zweiseitig wirkende Schaltmuffe 97 mit Reibflächen und/oder Reibringen und/oder Klauen bzw. andere Verzahnungen auf und ist verdrehfest aber axial verschiebbar zu einer Anschlusswelle 67 des Planetentriebs 59 mit der Anschlusswelle 67 verbunden. Die Anschlusswelle 67 ist in diesem Fall das dritte Glied 96.
Über die Planetentriebe 59 und 74 sowie das Differenzial 73 ist eine Wirkverbindung zwischen der elektrischen Maschine 19 und einem Ausgang der Antriebsvorrichtung 54 ausgebildet, die durch die Kupplungen K1 oder K2 der Kupplungseinrichtung 58 eingerichtet und getrennt werden kann.
Ein erstes Kupplungselement 30 der Schaltkupplung 58 ist gegenüber dem Gehäuse 39 der Antriebsvorrichtung 54 fest. Mit der Kupplung K1 ist eine durch die Planetentriebe 59 und 74 sowie das Differenzial 73 bestimmte Übersetzung zwischen der Rotorwelle 29 und dem Ausgang 100 der Antriebsvorrichtung 69 herstellbar, in dem das dritte Glied 96 mittels der Schaltmuffe 97 mit einem ersten Glied 94 verbunden wird, wobei die Schaltmuffe 97 mit dem Kupplungselement 30 verbindet. Das erste Glied 94 ist in diesem Fall das Gehäuse 39 der Antriebsvorrichtung 54. Das dritte Glied 96, wie schon erwähnt, ist die Anschlusswelle 67.
Seitens der Kupplung K2 ist mittels der Schaltmuffe 97 eine direkt übersetzte Verbindung zwischen dem zweiten Glied 95, also der Rotorwelle 29, und der Anschlusswelle 80 herstellbar und wieder trennbar. Ein zweites Kupplungselement 28 ist verdrehfest mit der Rotorwelle 29 der elektrischen Maschine 19 und gleichzeitig mit einer Anschlusswelle 65 des Planetentriebs 59 verbunden, mit dem die Schaltmuffe 97 in Eingriff gebracht werden kann. Da die Schaltmuffe 97 mit dem Hohlrad verdrehfest ist, werden die Anschlusswellen 65 und 67 also ein Sonnenrad 61 und das Hohlrad 64 drehfest miteinander verbunden. Die Wirkung des Planetentriebs 59 ist blockiert.
Der Planetentrieb 59 ist aus einem Sonnenrad 61, aus einem Planetenträger 62, aus Planetenrädern 63 und aus einem Hohlrad 64 gebildet. Das Sonnenrad 61 ist die Anschlusswelle 65 des Planetentriebs 59 und ist drehfest mit der Rotorwelle 29 verbunden. Der Planetenträger 62 ist eine Anschlusswelle 60 des Planetentriebs 59 und ist drehfest mit der Anschlusswelle 80 des Planetentriebs 74 verbunden. Die Planetenräder 63 stehen im Zahneingriff mit dem Sonnenrad 61 und dem Hohlrad 64. Das Hohlrad 64 ist die Anschlusswelle 67 des Planetentriebs 59.
Von der elektrischen Maschine 19 sind außer der Rotorwelle 29 noch ein fest mit der Rotorwelle 29 verbundener Rotor 38 und ein an einem Gehäuse 39 der Antriebsvorrichtung 69 fester Stator 40 dargestellt.
Die Schwenkachse 70' der Schaltwalze 22 und die Rotationsachse 70'' der Rotorwelle 29 sowie die Rotationsachse 70''' der der Anschlusswelle 80 bzw. der Sonnenräder 78 und 79 liegen achsparallel auf der Hauptachse 16 der Achse 71. Die Achswelle 50 ist zentral konzentrisch durch die als Hohlwelle ausgeführte Rotorwelle 29, durch die Schaltkupplung 58, die Schaltwalze 22 und durch den Planetentrieb 59 hindurch geführt.
Die Kupplungseinrichtung 58 ist umfangsseitig um die Hauptachse 70 vollständig von der hohlzylindrisch ausgebildeten Schaltwalze 22 umgeben. Die Schaltkupplung 58 umgibt einen Abschnitt der Rotorwelle 29 und die Rotorwelle 29 umgibt einen Abschnitt der Achswelle 50. Die Schaltwalze 22 weist mindestens zwei Führungsbahnen 41 auf, in die jeweils ein Führungselement 42 radial eingreift. Die Führungselemente 42 sind mit dem dritten Kupplungselement 26 zumindest axial formschlüssig verbunden.
Die Anschlusswelle 80 ist ein Sonnenrad 81 des Planetentriebs 74. Der Planetentrieb 74 weist einen Planetenträger 82 auf, der eine Anschlusswelle 85 bildet, über welche der Planetentrieb 74 mit dem Planetenträger 75 des Differenzials 73 verbunden ist. Die Anschlusswelle 85 ist demnach auch Anschlusswelle des Differenzials 73. Planetenräder 83 sitzen drehbar an dem Planetenträger 82 und stehen mit einer zum Gehäuse 39 festen Innenverzahnung 84 des Planetentriebs 74 im Zahneingriff.
Die Anschlusswelle 85 ist mit einem Tellerrad 88 des Winkeltriebes 86 wirkverbunden. Der Winkeltrieb 86 ist wenigstens aus einem Ritzelkopf 87 und aus dem Tellerrad 88 gebildet, welche miteinander im Zahneingriff stehen. Die Rotationsachse des Ritzelkopfes 87 ist quer zur Rotationsachse 70'' der Rotorwelle 29 ausgerichtet, wobei auf der Ritzelwelle 90 des Ritzelkopfes 87 auch ein Stirnrad 91 sitzt. Das Zahnrad 91 steht im Zahneingriff mit einem Zahnrad 93. Das Zahnrad 93 sitzt auf einer Welle 92, die mit der Hang-On Kupplung 45 verbunden ist. Über die Zahnräder 91 und 93 ist eine getriebliche Wirkverbindung zwischen der Ritzelwelle 90 und der Hang-On Kupplung 45 hergestellt.
In dem Antriebsstrang 68 können, wie in dem Antriebsstrang 1 auch, beide Achsen nur durch den Verbrennungsmotor angetrieben werden. Dazu ist die Hang-On Kupplung 45 geschlossen und die Schalkupplung 58 der Antriebsvorrichtung 69 ist in Neutralstellung geöffnet. Alternativ werden beide Achsen durch beide Antriebsvorrichtungen angetrieben. In diesem Fall ist die Hang-On Kupplung 45 geschlossen und in der Antriebsvorrichtung 69 einer der Gänge geschaltet. Alternativ wird nur die der Achse 2 in 1 entsprechende und in 3 nicht dargestellte Achse durch den Verbrennungsmotor angetrieben. Die Hang-On Kupplung 45 ist in diesem Fall geöffnet. Alternativ ist nur die Achse 71 durch die Antriebsvorrichtung 69 angetrieben. In diesem Fall kann die andere Achse durch den Verbrennungsmotor angetrieben sein oder nicht. Die Hang-On Kupplung 45 ist dabei geöffnet. Alternativ sind beide Achsen durch die Antriebsvorrichtung 69 angetrieben. In diesen Fall ist die Hang-On Kupplung 45 geschlossen 4 zeigt die elektromotorisch betriebene Antriebseinheit 101 der Antriebsvorrichtung 54 in einem Längsschnitt entlang ihrer Hauptachse 18, die aus der elektrischen Maschine 19 und dem Schaltgetriebe 55 gebildet ist.
5 zeigt die Schalteinrichtung 56 in einer Gesamtansicht.
6 zeigt die Kupplungseinrichtung 58 in einem Längsschnitt entlang der Hauptachse 18 nach 2.
Die Schaltmuffe 97 sitzt axial verschiebbar und drehfest auf dem Kupplungselement 26 welches als Nabe 102 ausgebildet ist. Die Nabe 102 drehfest auf einer Welle 103 angeordnet, die Teil der Anschlusswelle 67 des Planetentriebs 59 ist und mit der das Hohlrad 64 des Planetentriebs 59 verbunden ist. Die Aktuatoranordnung 106 der Kupplungseinrichtung 58 ist in 5 in einer Gesamtansicht dargestellt.
Das Kupplungselement 28 ist relativ zu der Welle 103 um die Rotationsachse 18' drehbar auf einer mit der Rotorwelle 29 verbundenen Antriebswelle angeordnet und weist eine Kupplungsverzahnung 104 auf. Das Kupplungselement 30 ist zwar an dem Gehäuse 39 fest, jedoch ist die Welle 103 gegenüber dem Kupplungselement 30 um die Rotationsachse 18' drehbar. Das Kupplungselement 30 ist mit einer Kupplungsverzahnung 105 versehen. Die Schaltmuffe 97 weist axial an jeder Seite eine Gegenverzahnung 107 bzw. 108 auf. Die Verzahnungen 107 bzw. 108 korrespondieren mit der jeweiligen Kupplungsverzahnung 104 bzw. 105, die ihnen jeweils axial gegenüberliegt.
Die Schaltwalze 22 ist hohlzylindrisch und umgibt die Schaltmuffe 97 und die Kupplungselemente 26, 28 und 30 umfangsseitig um die Rotationsachse 18' verlaufend. Wie insbesondere aus den 2 und 3 hervorgeht, weist die Schaltwalze 22 einen hohlzylindrischen Abschnitt 109 und einen radialen Flansch 110 auf. Der hohlzylindrische Abschnitt 109 und der radiale Flansch 110 sind einteilig ausgebildet. In den Abschnitt 109 sind Führungsbahnen 41 ausgebildet (2). Jede der Führungsbahnen 41 ist im Wesentlichen in Umfangsrichtung jedoch nicht auf einer Umfangslinie ausgerichtet, sondern lenkt axial nach links und rechts aus. Dementsprechend weist die jeweilige Führungsbahn 41 einen kurvenförmigen Verlauf auf.
Das jeweilige Führungselement 42, welches in eine der Führungsbahnen 41 eingreift, steckt fest in einem äußeren Lagering 111. Der äußere Lagerring 111 ist Bauteil eines Wälzlagers 112, das weiterhin aus einem inneren Lagerring 114 und Wälzkörpern 113 gebildet ist. Die Wälzkörper 113 sind Kugeln und sind radial zwischen dem inneren und äußeren Lagerring 114 und 111 angeordnet. Der innere Lagerring 114 sitzt fest auf der Schaltmuffe 97. Zwischen der Schaltmuffe 97 und der Schaltwalze 22 ist über die in die Führungsbahnen 41 eingreifenden Führungselemente 42 und das Wälzlager 112 eine axial feste Verbindung hergestellt, so dass die Schaltmuffe 97 beim Schwenken der Schaltwalze 22 um die Rotationsachse 18' axial mitgenommen wird. Dabei ist jedoch die Schaltmuffe 97 gegenüber der Schaltwalze 22 aufgrund des Wälzlagers 112 relativ beweglich.
Die Schaltmuffe 97 ist mit der Nabe 102 über eine Keilverzahnung oder ähnliche Welle-Nabe-Verbindungen axial verschiebbar verbunden und steht nach der Darstellung in 3 in einer Neutralstellung zwischen den Verzahnungen 104 und 105 an den als Kupplungskörper 116 und 117 ausgebildeten Kupplungselementen 28 und 30. In der Nabe 102 ist ein Rastelement 115 aufgenommen. Das Rastelement 115 ist mit einer Schraubenfeder radial gegen die Schaltmuffe 97 vorgespannt und an der Schaltmuffe 97 in einer Vertiefung 120 verrastet.
Die Kupplungseinrichtung 58 weist mit der Nabe 102 verdrehfest gekoppelte aber zur Nabe 102 axial mittels der Schaltmuffe 97 verschiebbare Reibkörper 125 und 143 auf. An den Reibkörpern 125 und 143 ist jeweils eine innenkonische Reibfläche 144 bzw. 145 ausgebildet. An den Kupplungskörpern 116 und 117 ist jeweils eine außenkonische Gegenreibflächen 121 bzw. 146 zur jeweiligen Reibfläche 144 bzw. 145 ausgebildet. Durch axiales Verschieben der Schaltmuffe 97 kann die Reibfläche 144 mit der Gegenreibfläche 121 und die Reibfläche 145 mit der Gegenreibfläche 146 in Reibschluss gebracht werden.
Die Aktuatoranordnung 106 weist als Antrieb 23 einen Elektromotor 180 auf, der parallel zur elektrischen Maschine 19 angeordnet ist. Eine getriebliche Verbindung 24 ist durch eine Zwischenwelle 147 und zwei Zahnradstufen 148 und 149 gebildet. Die Zahnradstufe 148 weist ein Ritzel 150, welches an der Schwenkwelle 151 des Elektromotors 180 ausgebildet ist, und ein Stirnrad 152 auf der Zwischenwelle 147 auf, die miteinander im Zahneingriff stehen. Die Zahnradstufe 149 ist mit einem Ritzel 153 versehen, welches an der Zwischenwelle 147 ausgebildet ist und welches mit einem Zahnsegment 154 im Zahneingriff steht. Das Zahnsegment 154 ist an dem Flansch 110 ausgebildet oder alternativ an diesem befestigt.
4 und 6: Der Flansch 110 ist mit zwei Wälzlagern 160 und 162 drehbar an der Umgebungskonstruktion 163 um die Rotationsachse 18' schwenkbar gelagert. Die Umgebungskonstruktion 163 sind ein Lagerschild 166 und eine Zwischenwand 168, die an dem Gehäuse 39 fest sind. Das Lagerschild 166 trennt einen Innenraum der elektrischen Maschine 19 mit dem Stator 40 und mit der Rotorwelle 29 von der Kupplungseinrichtung 58. Außerdem ist die Rotorwelle 29 auf dem Lagerschild 166 gelagert. Die Kupplungseinrichtung 58 und der Planetentrieb 59 sind durch die Zwischenwand 168 voneinander getrennt.
6: Das Wälzlager 160 weist eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Laufbahn 169 auf, die direkt in dem Flansch 110, z. B. durch Prägen, in dem Flansch 110 ausgebildet ist. Weiterhin ist spiegelbildlich eine weitere Laufbahn 170 in der Zwischenwand 168 ausgebildet. Das Wälzlager 162 weist eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Laufbahn 171 auf, die direkt in dem Flansch 110 ausgebildet ist. Zur Laufbahn 171 ist spiegelbildlich eine Laufbahn 172 ausgebildet, die an einem Federelement 173 ausgebildet ist. Zwischen den Laufbahnen 169 und 170 sind als Wälzkörper mehrere Kugeln 177 angeordnet.
Das Federelement 173 ist an dem Lagerschild 166 entweder befestigt oder zumindest axial abgestützt. Über das federnd nachgiebige Federelement 173 ist die Wälzlageranordnung axial zwischen dem Lagerschild 166 und der Zwischenwand 168 vorgespannt. Die Laufbahnen 169, 170, 171 und 172 verlaufen entweder vollumfänglich als Kreisbahnen oder sind Kreisbogensegmentbahnen, deren Bogenwinkel dem maximalen Schwenkwinkel der Schaltwalze 22 entspricht. In zuletzt genannter Anordnung sind umfangsseitig mindestens zwei der gleichen Kreisbogensegmentbahnen angeordnet. Außerdem sind die Laufbahnen 169, 170, 171 und 172 als Kugelrillen/Laufrille ausgebildet, die im Längsschnitt betrachtet eine den Kugeln 177 angepasste Mulde bilden.

Die Laufbahnen 169 und 170 sind radial zu den Laufbahnen 171 und 172 versetzt. Die die eine Laufbahn 169 ist an der einen axial gerichteten Stirnfläche 174 des Flansches 110 ausgebildet ist und die andere der Laufbahnen 171 ist an einer entgegengesetzt zu der Stirnfläche 174 ausgerichteten Stirnfläche 175 des Flansches 110 ausgebildet. Durch eine radial zwischen den Laufbahnen 169 ausgeführte Kröpfung 176 im Flansch 110 und die im Längsschnitt muldenförmige Ausformung der Laufrillen berühren die Kugelrillen an ihrer axial tiefsten Stelle eine gemeinsame gedachte Radialebene 178 oder schneiden diese, welche axial von der Rotationsachse 18' senkrecht durchstoßen ist, und welche dementsprechend beide Laufbahnen 171 und 172 im Rillengrund oder der Rille schneidet. Die Wälzlageranordnung benötigt dadurch weniger axialen Bauraum. Bezugszeichen

1	Antriebsstrang	85	Anschlusswelle
2	angetriebene Achse	86	Winkeltrieb
3	angetriebene Achse	87	Ritzelkopf
4	angetriebenes Rad	88	Tellerrad
5	angetriebenes Rad	89	Rotationsachse
6	angetriebenes Rad	90	Ritzelwelle
7	angetriebenes Rad	91	Zahnrad
8	Antriebsvorrichtung	92	Welle
9	Verbrennungsmotor	93	Zahnrad
10	Kupplung	94	erstes Glied
11	Wechselgetriebe mit Differenzial	95	zweites Glied
12	Differenzial	96	drittes Glied
13	Differenzialkorb	97	Schaltmuffe
14	Ausgleichsräder	98–99	-
15	Abtriebsräder	100	Ausgang
16	Rotationsachse	101	Antriebseinheit
17	Antriebsvorrichtung	102	Nabe
18	Hauptachse	103	Welle
19	elektrische Maschine	104	Kupplungsverzahnung
20	Schaltgetriebe	105	Kupplungsverzahnung
21	Schalteinrichtung	106	Aktuatoranordnung
22	Schaltwalze	107	Gegenverzahnung
23	Antrieb der Schaltwalze	108	Gegenverzahnung
24	getriebliche Verbindung	109	hohlzylindrischer Abschnitt
25	Kupplungseinrichtung	110	Flansch
26	drittes Kupplungselement	111	äußerer Lagerring
27	Abtriebswelle	112	Wälzlager
28	zweites Kupplungselement	113	Wälzkörper
29	Rotorwelle	114	innerer Lagerring
30	drittes Kupplungselement	115	Rastelement
31	Anschlusswelle	116	Kupplungskörper
32	Planetentrieb	117	Kupplungskörper
33	Sonnenrad	118–142	-
34	Planetenträger	143	Reibkörper
35	Planetenrad	144	Reibfläche
36	Innenverzahnung	145	Reibfläche
37	Lagerschild	146	Gegenreibfläche
38	Rotor	147	Zwischenwelle
39	Gehäuse	148	Zahnradstufe
40	Stator	149	Zahnradstufe
41	Führungsbahn	150	Ritzel
42	Führungselement	151	Schwenkwelle
43	Ritzelkopf	152	Stirnrad
44	Kupplungsglied	153	Ritzel
45	Hang-On Kupplung	154	Zahnsegment
46	Tellerrad	160	Wälzlager
47	Winkeltrieb	161	-
48	Achswelle	162	Wälzlager
49	Achswelle	163	Umgebungskonstruktion
50	Achswelle	166	Lagerschild
51	Achswelle	168	Zwischenwand
52	Gelenkwelle	169	Laufbahn
53	Antriebsstrang	170	Laufbahn
54	Antriebsvorrichtung	171	Laufbahn
55	Schaltgetriebe	172	Laufbahn
56	Schalteinrichtung	173	Federelement
57	getriebliche Verbindung	174	Stirnfläche
58	Kupplungseinrichtung	175	Stirnfläche
59	Planetentrieb	176	Kröpfung
60	Anschlusswelle	177	Kugeln
61	Sonnenrad	178	Radialebene
62	Planetenträger	179	-
63	Planetenrad	180	Elektromotor
64	Hohlrad
65	Anschlusswelle
66	Abtriebswelle
67	Anschlusswelle
68	Antriebsstrang
69	Antriebsvorrichtung
70	Hauptachse
71	Achse
72	Schaltgetriebe
73	Differenzial
74	Planetentrieb
75	Planetenträger
76	Planetenrad
77	Planetenrad
78	Sonnenrad
79	Sonnenrad
80	Anschlusswelle
81	Sonnenrad
82	Planetenträger
83	Planetenrad
84	Innenverzahnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005022926 B3 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Zahnradgetriebe” J. Loomann, dritte erweiterte Ausgabe von 1996, Kapitel 3.1 [0025]

Claims

Antriebsvorrichtung (17, 54, 69) mit einer elektrischen Maschine (19) und mit einem Schaltgetriebe (20, 55, 72), mit einer wenigstens eine Schaltwalze (22) und eine Kupplungseinrichtung (25, 58) aufweisenden Schalteinrichtung (21, 56), mit welcher wenigstens ein Gang im Schaltgetriebe (20, 55, 72) schaltbar ist, wobei die um eine Schwenkachse (18) zumindest rotationsschwenkbare Schaltwalze (22) wenigstens eine Führungsbahn (41) aufweist, in welche ein längs zur Schwenkachse (18) bewegliches und mit der Kupplungseinrichtung (25, 58) wirkverbundenes Führungselement (42) eingreift, wobei die Schwenkachse (18) achsparallel auf einer Rotationsachse (18') einer Rotorwelle (29) der elektrischen Maschine (19) und auf einer Rotationsachse (18'') der Kupplungseinrichtung (25, 58) liegt.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Schaltwalze (22) wenigstens einen hohlzylindrischen Abschnitt (109) aufweist, welcher zumindest einen axialen Abschnitt der Kupplungseinrichtung (25, 58) umfangsseitig umgreift.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, in welcher die Schaltwalze (22) und die zumindest mit einem axialen Abschnitt konzentrisch in der Schaltwalze (22) angeordnete Kupplungseinrichtung (25, 58) eine vormontierte Einheit bilden.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, in der die Schaltwalze (22) wenigstens zwei Abschnitte von zwei Wellen (27, 29) der Antriebsvorrichtung (17, 54, 69) umfangsseitig umgreift, wobei die Wellen (27, 29) konzentrisch zu der Schaltwalze (22) angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer durch die Kupplungseinrichtung (25) gebildeten schalt und trennbaren ersten Wirkverbindung zwischen der Rotorwelle (29) und einem Ausgang (100) der Antriebsvorrichtung.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer durch die Kupplungseinrichtung (25, 58) gebildeten schalt und trennbaren zweiten Wirkverbindung zwischen einer Anschlusswelle (31, 67) eines Planetentriebs (32, 59) des Schaltgetriebes (20, 55) und einem Ausgang (100) der Antriebsvorrichtung (17, 54, 69).
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, in der wenigstens eine Anschlusswelle (31) eines Planetengetriebes (32) des Schaltgetriebes (20) mit einem Ausgang der Antriebsvorrichtung (17) direkt wirkverbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer durch die Kupplungseinrichtung (58) gebildeten schalt- und trennbaren dritten Wirkverbindung zwischen der Rotorwelle (29) und einer Anschlusswelle (67) eines Planetentriebs (59) des Schaltgetriebes (55).
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, in der wenigstens eine Anschlusswelle (60) eines Planetentriebs (59) des Schaltgetriebes (72) mit einer Anschlusswelle (80) eines zur Antriebsvorrichtung (68) gehörenden Differenzials (73) direkt wirkverbunden ist, wobei über das Differenzial (73) wenigstens zwei miteinander wirkverbundene Achswellen (50, 51) wirkverbunden sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, in der eine mittels der elektrischen Maschine (19) antreibbarer Ausgang (100) der Antriebsvorrichtung (53) eine Ritzelwelle mit einem Ritzelkopf (43) ist, wobei eine Rotationsachse (18''') der Ritzelwelle oder deren Verlängerung mit der Rotationsachse (18') der Rotorwelle (29) übereinstimmt, und wobei der Ritzelkopf (43) für den Zahneingriff mit einem Tellerrad (46) eines aus dem Ritzelkopf (43) und dem Tellerrad (46) gebildeten Winkeltriebs (47) vorgesehen ist.