DE102013218923B4 - Koaxiales Zahnradsystem - Google Patents

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    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Abstract

Zahnradstrang (18), umfassendein erstes Eingangselement (20) zur Verbindung mit einem ersten Motor/Generator (14), ein zweites Eingangselement (22) zur Verbindung mit einer Kraftmaschine (12) und ein drittes Eingangselement (24) zur Verbindung mit einem zweiten Motor/Generator (16), wobei das erste und zweite Eingangselement (20, 22) derart ausgestaltet sind, dass sie um eine erste Achse (26) rotieren, während das dritte Eingangselement (24) derart ausgestaltet ist, dass es um eine zweite Achse (28) rotiert,ein Ausgangselement (30), das derart ausgestaltet ist, dass es um eine dritte Achse (32) rotiert, wobei das Ausgangselement (30) als eine Welle ausgestaltet ist, die eine Schnittstelle zur Verbindung mit einem Achsantriebszahnradsatz (33) aufweist,einen ersten Zahnradsatz vom Planetenradtyp (34), der funktional mit dem ersten Eingangselement (20) verbunden ist, und einen zweiten Zahnradsatz vom Planetenradtyp (36), der funktional mit dem zweiten Eingangselement (22) verbunden ist, wobei der erste Zahnradsatz vom Planetenradtyp (34) ein Sonnenrad (34-1), einen Planetenträger (34-2), der eine Mehrzahl von Planetenrädern aufweist, und ein Hohlrad (34-3) umfasst und der zweite Zahnradsatz vom Planetenradtyp (36) ein Hohlrad (36-1), einen Planetenträger (36-2), und ein Sonnenrad (36-3) umfasst, wobei das Sonnenrad (34-1) des ersten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (34) ständig mit dem ersten Eingangselement (20) verbunden ist, während das Sonnenrad (36-1) des zweiten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (36) funktional mit dem zweiten Eingangselement (22) verbunden ist,eine Zwischenwelle (38), die derart ausgestaltet ist, dass sie um eine vierte Achse (40) rotiert,einen dritten Zahnradsatz (42), der koaxial zur Rotation mit Bezug auf die Zwischenwelle (38) und um die Achse (40) festgelegt ist, wobei der dritte Zahnradsatz (42) ein erstes Element (42-1), ein zweites Element (42-2) und ein drittes Element (42-3) umfasst, wobei das erste Element (42-1) ständig mit einer äußeren Welle (44) verbunden ist, wobei das zweite Element (42-2) und das dritte Element (42-3) ständig mit der Zwischenwelle (38) verbunden sind, wobei das zweite Element (42-2) und das dritte Element (42-3) derart ausgestaltet sind, dass sie in die gleiche Richtung mit Bezug auf das erste Element (42-1) und die vierte Achse (40), aber mit unähnlichen Raten rotieren, d.h. die Rotation des zweiten und dritten Elements mit Bezug auf das erste Element (42-1) asynchron ist, wobei das erste Element (42-1) direkt mit dem dritten Eingangselement (24) über ein Antriebszahnrad (24-1) verbunden ist, und das dritte Element (42-3) direkt mit dem Ausgangselement (30) über den Achsantriebszahnradsatz (33) verbunden ist,wobei der Zahnradstrang (18) in einem Gehäuse (46) eingeschlossen ist, das Schmiermittel enthält, die Wellen und Zahnradsätze lagert, und Verunreinigungen und externe Elemente von dem Zahnradstrang (18) weghält, wobei die Zwischenwelle (38) mit dem Gehäuse (46) über Lager (50) verbunden ist, während die äußere Welle (44) allein auf Lagern mit Bezug auf die Zwischenwelle (38) ohne irgendeine Verbindung mit dem Gehäuse (46) läuft,wobei das Sonnenrad (36-1) des zweiten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (36) direkt und ständig mit dem Planetenträger (34-2) des ersten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (34) verbunden ist, der Planetenträger (36-2) des zweiten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (36) direkt und ständig mit dem Hohlrad (34-3) des ersten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (34) verbunden ist, das Hohlrad (36-3) des zweiten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (36) mit dem ersten Element (42-1) in Kämmung ist, das Hohlrad (34-3) des ersten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (34) mit dem zweiten Element (42-2) in Kämmung ist, wobei das zweite Element (42-2) und das dritte Element (42-3) des dritten Zahnradsatzes (42) jeweils an der inneren Welle (38) montiert sind, während das erste Element (42-1) des dritten Zahnradsatzes (42) an der äußeren Welle (44) montiert ist, wobei die äußere Welle (44) mit Bezug auf die Zwischenwelle (38) über Lager (56) gelagert ist, wobei ein jedes der Lager (56) ein Radialkugeltyp mit tiefen Rillen zum Abstützen axialer Lasten ausgestaltet ist.

Description

  • Die Offenbarung betrifft ein koaxiales Zahnradsystem zum Übertragen mehrerer Drehmomenteingänge.
  • Zahnradsysteme oder Zahnradstränge werden im Allgemeinen dazu verwendet, Drehung und Drehmoment zwischen physikalisch getrennten Orten zu übertragen. Ein Zahnradstrang kann auch zulassen, dass zwischen dem Eingang in den Zahnradstrang und seinem Ausgang eine Hebelwirkung gewonnen wird. Zahnradstränge werden typischerweise gebildet, indem zwei oder mehr Zahnräder an einem Rahmen auf eine Weise montiert werden, um zuzulassen, dass die Zähne der betreffenden Zahnräder in Eingriff stehen. Zum Beispiel werden Zahnradstränge häufig zum Übertragen von Drehmoment von einer oder mehreren Kraftanlagen zum Antreiben eines Fahrzeugs angewandt.
  • Um einen geschmeidigen Übergang einer Drehung in einem Zahnradstrang von einem Zahnrad zum nächsten vorzusehen, sind Zahnradzähne derart konstruiert, dass sichergestellt ist, dass die Teilkreise von in Eingriff stehenden Zahnrädern ohne Schlupf aufeinander abrollen. Das Verhältnis der Teilkreise gepaarter Zahnräder definiert das Drehzahlverhältnis und die mechanische Hebelwirkung eines besonderen Zahnradsatzes. Ein Zahnradstrang kann eine Epizyklen- oder Planetenradanordnung benutzen. Ein Zahnradstrang mit einer Planetenradanordnung ist in der Lage, eine hohe Übersetzungsreduktion, d.h. ein Verhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgang, und eine mechanische Hebelwirkung in einem kompakten Bauraum bereitzustellen.
  • Die JP 2010- 125 927 A offenbart einen Zahnradstrang zum Übertragen von Drehmoment von mehreren Kraftquellen, wobei das Zahnradsystem umfasst ein erstes Eingangselement, ein zweites Eingangselement und ein drittes Eingangselement, wobei das erste und zweite Eingangselement derart ausgestaltet sind, dass sie um eine erste Achse rotieren, und das dritte Eingangselement derart ausgestaltet ist, dass es um eine zweite Achse rotiert; ein Ausgangselement, das derart ausgestaltet ist, dass es um eine dritte Achse rotiert; einen Zahnradsatz vom Planeten-Typ, der ein Sonnenrad, das funktional mit dem ersten Eingangselement verbunden ist, ein Trägerelement, das mit dem zweiten Eingangselement verbunden ist, und ein Hohlrad umfasst; eine Zwischenwelle, die derart ausgestaltet ist, dass sie um eine vierte Achse rotiert; und einen dritten Zahnradsatz, der funktional mit der Zwischenwelle verbunden ist, wobei der dritte Zahnradsatz ein erstes Element, ein zweites Element, ein drittes Element und ein viertes Element umfasst, wobei zwei der Elemente schaltbar sind und von denen das erste Element ständig mit einer äußeren Welle verbunden ist. Die anderen drei Elemente sind ständig mit der Zwischenwelle verbunden. Das Hohlrad des Planetenradsatzes ist mit einem der weiteren der ständig mit der Zwischenwelle verbundenen Elemente verbunden. Die äußere Welle ist zur Rotation relativ zu der Zwischenwelle koaxial angeordnet. Die schaltbaren Elemente des dritten Zahnradsatzes sind wahlweise mit dem dritten Eingangselement über ein Antriebszahnrad verbunden. Ein weiteres Element des dritten Zahnradsatzes ist mit dem Ausgangselement über einen Achsantriebszahnradsatz verbunden.
  • Aus der JP 2005- 329 841 A ist ein Zahnradstrang zum Übertragen von Drehmoment von mehreren Kraftquellen bekannt. Das Zahnradsystem umfasst ein erstes Eingangselement, ein zweites Eingangselement und ein drittes Eingangselement, wobei das erste und zweite Eingangselement derart ausgestaltet sind, dass sie um eine erste Achse rotieren, und das dritte Eingangselement derart ausgestaltet ist, dass es um eine zweite Achse rotiert; ein Ausgangselement, das derart ausgestaltet ist, dass es um eine dritte Achse rotiert; einen ersten Zahnradsatz vom Planeten-Typ, der ein Sonnenrad, das funktional mit dem ersten Eingangselement verbunden ist, ein Trägerelement und ein Hohlrad umfasst; einen zweiten Zahnradsatz vom Planeten-Typ, der ein Sonnenrad, ein Trägerelement, das funktional mit dem zweiten Eingangselement verbunden ist, und ein Hohlrad umfasst; eine Zwischenwelle, die derart ausgestaltet ist, dass sie um eine vierte Achse rotiert; und einen dritten Zahnradsatz, der funktional mit der Zwischenwelle verbunden ist, wobei der dritte Zahnradsatz ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element umfasst; wobei das erste Element des dritten Zahnradsatzes über eine Schaltkupplung mit der Zwischenwelle verbindbar ist, und das zweite Element und das dritte Element des dritten Zahnradsatzes ständig mit der Zwischenwelle verbunden sind. Das erste Element des dritten Zahnradsatzes ist mit dem dritten Eingangselement über ein Antriebszahnrad verbunden, und das dritte Element des dritten Zahnradsatzes ist mit dem Ausgangselement über einen Achsantriebszahnradsatz verbunden. Das Sonnenrad des zweiten Zahnradsatzes ist direkt mit dem Hohlrad des ersten Zahnradsatzes verbunden. Das Hohlrad des zweiten Zahnradsatzes ist über einen Freilauf mit dem Trägerelement des ersten Zahnradsatzes verbunden. Das Hohlrad des zweiten Zahnradsatzes ist mit dem ersten Element des dritten Zahnradsatzes verbunden, und das Trägerelement des ersten Zahnradsatzes ist mit dem zweiten Element des dritten Zahnradsatzes verbunden.
  • Die JP 2005- 297 786 A lehrt einen Zahnradstrang zum Übertragen von Drehmoment von mehreren Kraftquellen. Das Zahnradsystem umfasst ein erstes Eingangselement, ein zweites Eingangselement und ein drittes Eingangselement, wobei das erste und zweite Eingangselement derart ausgestaltet sind, dass sie um eine erste Achse rotieren, und das dritte Eingangselement derart ausgestaltet ist, dass es um eine zweite Achse rotiert; ein Ausgangselement, das derart ausgestaltet ist, dass es um eine dritte Achse rotiert. Koaxial mit der ersten Welle sind zwei Planetenradsätze sowie weitere koaxiale Zahnräder angeordnet. Koaxial mit der zweiten Welle sind schaltbare Planetenradsätze angeordnet. Eine Zwischenwelle mit Zahnrädern, die eine Verbindung mit Zahnrädern auf der ersten Achse und auf der zweiten Achse herstellen, ist nicht vorgesehen.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen alternativen Zahnradstrang zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Zahnradstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben:
    • 1 ist eine schematische Prinzipdiagrammdarstellung eines Zahnradstrangs, der als Teil eines Hybridantriebsstrangs für ein Fahrzeug angewandt wird.
    • 2 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform des in 1 gezeigten Zahnradstrangs.
    • 3 ist ein Querschnitt eines nicht erfindungsgemäßen Zahnradstrangs.
    • 4 ist ein Graph, der einen Vergleich einer von einem Fahrzeug zurückgelegten Distanz pro Kraftmaschinenumdrehung für Weit-Knoten-EVTs, das in den 1 - 3 gezeigt ist, veranschaulicht.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Komponenten beziehen, veranschaulicht 1 einen Hybridantriebsstrang 10, der ausgestaltet ist, um ein Fahrzeug anzufahren und anzutreiben, d.h. um das Fahrzeug in allen Geschwindigkeitsbereichen zwischen niedrigen und hohen Straßengeschwindigkeiten zu betreiben. Der Hybridantriebsstrang 10 umfasst mehrere Kraftquellen, die eine Brennkraftmaschine 12, einen ersten Elektromotor/Generator 14 und einen zweiten Elektromotor/Generator 16 umfassen, die alle mit einem Zahnradstrang 18 verbunden sind, der als „elektrisch verstellbares Getriebe“ (EVT) mit kombinierter Leistungsverzweigung arbeitet. Obwohl der Hybridantriebsstrang 10 wie gezeigt die Kraftmaschine 12 und die Motoren/Generatoren 14, 16 umfasst, kann der Antriebsstrang allein Elektromotoren/Generatoren umfassen.
  • Der Antriebsstrang 10 weist zusätzlich ein Energiespeichersystem auf, das eine oder mehrere Batterien umfasst, die nicht speziell gezeigt sind, aber Fachleuten bekannt sind. Das Energiespeichersystem ist funktional mit dem ersten und zweiten Motor/Generator 14, 16 verbunden, so dass die Motoren/Generatoren Drehmoment auf die Kraftmaschine 12 übertragen oder von dieser aufnehmen können. Obwohl es nicht gezeigt ist, umfasst der Antriebsstrang 10 auch einen Controller oder eine elektronische Steuerungseinheit (ECU). Der Controller ist funktional mit den Kraftquellen und mit dem Energiespeichersystem verbunden, um die Verteilung von Drehmoment von den Kraftquellen auf den Zahnradstrang 18 zu steuern.
  • Wie es gezeigt ist, ist der Zahnradstrang 18 funktional mit einer jeden von der Kraftmaschine 12, dem ersten Motor/Generator 14 und dem zweiten Motor/Generator 16 verbunden. Das Kanalisieren jeweiliger Drehmomente der Kraftmaschine 12 und der beiden Motoren/Generatoren 14 und 16 zu unterschiedlichen Elementen des Planetenzahnradstrangs gestattet es, dass eine der Kraftquellen den Betrieb von irgendwelchen der anderen beiden entweder unterstützt oder ausgleicht. Somit gestattet die Kombination von einer Kraftmaschine 12 und zwei Motoren/Generatoren 14 und 16, die funktional über den Zahnradstrang 18 verbunden sind, dass Drehzahlen und Drehmomente der Kraftmaschine und Motoren/- Generatoren unabhängig gesteuert und gewählt werden können, um ein betreffendes Fahrzeug effizienter anzutreiben. Die Ausgestaltung des Zahnradstrangs 18, die nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kann eine Gesamtabnahme der Drehmomentanforderung aus der Kombination aus dem ersten und dem zweiten Motor/Generator 14 und 16 mit oder ohne Anwendung eines Drehmomenteingangs von der Kraftmaschine 12 gestatten, während ein spezifisch gefordertes Fahrzeugleistungsvermögen gewährt wird.
  • Der Zahnradstrang 18 umfasst ein erstes Eingangselement 20, das mit dem ersten Motor/Generator 14 verbunden ist, ein zweites Eingangselement 22, das mit der Kraftmaschine 12 verbunden ist, und ein drittes Eingangselement 24, das mit dem zweiten Motor/Generator 16 verbunden ist. Die Eingangselemente 20, 22, 24 können als Wellen ausgestaltet sein, die Kerbverzahnungen oder andere geeignete Grenzflächen bzw. Schnittstelle zur Verbindung mit dem ersten Motor/Generator 14, der Kraftmaschine 12 bzw. dem zweiten Motor/Generator 16 aufweisen. Das erste und zweite Eingangselement 20, 22 sind derart ausgestaltet, dass sie um eine erste Achse 26 rotieren, während das dritte Eingangselement 24 derart ausgestaltet ist, dass es um eine zweite Achse 28 rotiert. Der Zahnradstrang 18 umfasst auch ein Ausgangselement 30, das derart ausgestaltet ist, dass es um eine dritte Achse 32 rotiert. Das Ausgangselement 30 kann als eine Welle ausgestaltet sein, die eine geeignete Grenzfläche bzw. Schnittstelle zur Verbindung mit einem Achsantriebszahnradsatz 33 aufweist.
  • Der Zahnradstrang 18 umfasst auch einen ersten Zahnradsatz 34, der funktional mit dem ersten Eingangselement 20 verbunden ist, und einen zweiten Zahnradsatz 36, der funktional mit dem zweiten Eingangselement 22 verbunden ist. Der erste und zweite Zahnradsatz 34, 36 können vom Planetenradtyp sein, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen. Dementsprechend kann, wie gezeigt ist, der erste Zahnradsatz 34 ein erstes Element umfassen, das als Sonnenrad 34-1 gezeigt ist, ein zweites Element, das als Planetenträger 34-2 gezeigt ist, der eine Mehrzahl von Planetenrädern aufweist und ein drittes Element, das als Hohlrad 34-3 gezeigt ist. Wie es zusätzlich gezeigt ist, kann der zweite Zahnradsatz 36 ein erstes Element umfassen, das als Hohlrad 36-1 gezeigt ist, ein zweites Element, das als Planetenträger 36-2 gezeigt ist, und ein drittes Element, das als Sonnenrad 36-3 gezeigt ist. Der erste Zahnradsatz 34 ist mit dem zweiten Planetenradsatz 36 verbunden, wobei zwei Elemente des ersten Zahnradsatzes funktional mit zwei Elementen des zweiten Zahnradsatzes verbunden sind. Wie gezeigt ist, kann das Sonnenrad 34-1 ständig mit dem ersten Eingangselement 20 verbunden sein, während das Sonnenrad 36-1 funktional mit dem zweiten Eingangselement 22 verbunden sein kann.
  • Der Zahnradstrang 18 umfasst auch eine Zwischen- oder innere Welle 38, die derart ausgestaltet ist, dass sie um eine vierte Achse 40 rotiert. Ein dritter Zahnradsatz 42 ist koaxial zur Rotation mit Bezug auf die Zwischenwelle 38 und um die Achse 40 festgelegt. Der dritte Zahnradsatz 42 umfasst ein erstes Element 42-1, ein zweites Element 42-2 und ein drittes Element 42-3. Das erste Element 42-1 ist ständig mit einer äußeren Welle 44 verbunden und kann somit mit der äußeren Welle kerbverzahnt und/oder verstiftet sein. Das zweite Element 42-2 und das dritte Element 42-3 sind ständig mit der Zwischenwelle 38 verbunden oder an dieser befestigt. Dementsprechend können das zweite und dritte Element 42-2, 42-3 jeweils mit der Zwischenwelle 38 kerbverzahnt und/oder verstiftet sein. Das zweite Element 42-2 und das dritte Element 42-3 sind im Allgemeinen derart ausgestaltet, dass sie in die gleiche Richtung mit Bezug auf das erste Element 42-1 und die vierte Achse 40, aber mit unähnlichen Raten rotieren, d.h. die Rotation des zweiten und dritten Elements mit Bezug auf das erste Element 42-1 ist asynchron. Dementsprechend können das zweite Element 42-2 und das dritte Element 42-3 aneinander über irgendwelche geeigneten Verfahren befestigt sein, wie etwa direkt durch Schweißen oder Befestigungselemente, oder indirekt, indem ein jedes mit der Zwischenwelle 38 verpresst oder verstiftet wird.
  • Das erste Element 42-1 ist direkt mit dem dritten Eingangselement 24 über ein Antriebszahnrad 24-1 verbunden. Das dritte Element 42-3 ist direkt mit dem Ausgangselement 30 über den Achsantriebszahnradsatz 33 verbunden. Der Zahnradstrang 18 ist in einem Gehäuse 46 eingeschlossen, das Schmiermittel enthält, die internen Komponenten, d.h. Wellen und Zahnradsätze, die oben beschrieben sind, lagert, und Verunreinigungen und externe Elemente von dem Zahnradstrang weghält. Darüber hinaus kann die langsamere von der rotierenden Zwischenwelle 38 und der äußeren Welle 44 mit dem Gehäuse 46 über Lager verbunden sein, während die schnellere von den beiden Wellen allein auf Lagern mit Bezug auf die langsamere Welle ohne irgendeine Verbindung mit dem Gehäuse laufen kann. Eine derartige Konstruktion würde tendenziell Reibungsverluste minimieren, weil die Drehzahl der Welle 38 oder 44, die direkt durch das Gehäuse 46 gelagert ist, auf einem Minimum gehalten werden kann. Zusätzlich wird auch die Differenz der Lagerdrehzahlen zwischen der schnelleren und langsameren Welle minimiert.
  • Wie es in 1 auch gezeigt ist, kann das Sonnenrad 36-1 direkt und ständig mit dem Planetenträger 34-2 verbunden sein. Der Planetenträger 36-2 kann direkt und ständig mit dem Hohlrad 34-3 verbunden sein. Das Hohlrad 36-3 kann mit dem ersten Element 42-1 in Kämmung sein. Zusätzlich kann das Hohlrad 34-3 mit dem zweiten Element 42-2 in Kämmung sein. Wie es in 2 gezeigt ist, können das zweite Element 42-2 und das dritte Element 42-3 des dritten Zahnradsatzes jeweils an der inneren Welle 38 montiert sein, während das erste Element 42-1 an der äußeren Welle 44 montiert ist. Die äußere Welle 44 kann dann mit Bezug auf die Zwischenwelle 38 über Lager 56 gelagert sein. Ein jedes der Lager 56 kann als ein Radialkugeltyp mit tiefen Rillen zum Abstützen axialer Lasten ausgestaltet sein, auf die die Lager während der Übertragung von Eingangsdrehmoment von den Kraftquellen 12, 14 und 16 durch den Zahnradstrang 18 treffen können. Bei Radialrillenlagern liegen die Abmessungen der inneren und äußeren Laufringe des Lagers nahe bei den Abmessungen der Kugeln, die in den betreffenden Laufbahnen laufen, wodurch gestattet wird, dass Rillenlager ein Maß axialer Last abstützen.
  • Wie es in dem nicht erfindungsgemäßen Zahnradstrang der 3 gezeigt ist, wobei das Ausgangselement 30 als eine Welle ausgestaltet ist, kann das Ausgangselement mit Bezug auf das Gehäuse 46 über zumindest ein Rollenlager 50 und zumindest ein Drucklager 52 gelagert sein. Alternativ kann das Ausgangselement 30 mit Bezug auf das Gehäuse 46 über eine Mehrzahl von Rillenlagern ähnlich den Lagern 48 gelagert sein. Eine jede von der beschriebenen Kombination aus Rollenlager 50 und Drucklager 52 und der alternativen Mehrzahl von Rillenlagern ist darin vorteilhaft, dass gestattet wird, dass das Ausgangselement 30 so abgestützt wird, dass es sowohl radialen als auch axialen Kräften während des Betriebs des Zahnradstrangs 18 standhält. Wie gezeigt ist, kann das Ausgangselement 30 auch eine geeignete Grenzfläche bzw. Schnittstelle 54 zur Verbindung mit einem Achsantriebszahnradsatz 33 aufweisen.
  • Darüber hinaus kann ein jedes von dem ersten Eingangselement 20, dem zweiten Eingangselement 22, der Zwischenwelle 38 und dem Ausgangselement 30 mit Bezug auf das Gehäuse 46 über zumindest ein Rillenkugellager ähnlich den Lagern 48 gelagert sein, das sowohl radiale als auch axiale Abstützung für das jeweilige Element/die jeweilige Welle liefert, und zumindest ein Rollenlager 50 oder ein oder mehrere Kugellager 56, die eine radiale Abstützung für das betreffende Element / die betreffende Welle liefern, aber einen axialen Bewegungsfreiheitsgrad gestatten. Dementsprechend lässt das obige System, das ein Lager aufweist, das sowohl axiale als auch radiale Lasten abstützt und ein oder mehrere Lager, die entworfen sind, um nur signifikante radiale Lasten abzustützen, zu, dass eine erhöhte axiale Spanne zwischen den betreffenden Lagern angewandt werden kann. Der Zahnradstrang 18 kann eingefangene Sprengringe 58 umfassen, um die Rillenkugellager, die verwendet werden, um irgendeines von dem ersten Eingangselement 20, dem zweiten Eingangselement 22, dem Ausgangselement 30, der Zwischenwelle 38 und der äußeren Welle 44 (in 3 gezeigt) zu lagern, zurückzuhalten, d.h. deren Position aufrechtzuerhalten. Der Sprengring 58 ist ausgestaltet, um das Rillenkugellager axial zurückzuhalten, d.h. eine axiale Bewegung mit Bezug auf das jeweilige Element/die jeweilige Welle oder das jeweilige Gehäuse 46 zu verhindern. Der Sprengring 58 kann in den Zahnradstrang 18 eingebaut werden, indem er in ein speziell ausgestaltetes Merkmal, wie etwa einen Umfangskanal oder eine Umfangsnut 60 an dem jeweiligen Element / der jeweiligen Welle, dem Gehäuse 46 oder an dem äußeren Laufring des besonderen Rillenkugellagers eingesetzt wird.
  • Das Anwenden der oben beschriebenen Verbindung zwischen seinen Elementen kann eine Weit-Knoten-Übersetzungsverhältnisspreizung des Antriebsstrangs 18 gestatten, die durch den Graphen in 4 gezeigt ist und nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Wie es hierin angewandt wird, stellt das Konzept von „Knotenweite“, die von dem Fahrzeug zurückgelegte Distanz pro jeder Umdrehung der Kraftmaschine 12 dar, und der Begriff „Weit-Knoten“ gibt die von dem Fahrzeug zurückgelegte Distanz unter Verwendung des Antriebsstrangs 18 an, der funktional mit einem jeden von der Kraftmaschine 12, dem ersten Motor/Generator 14 und dem zweiten Motor/Generator 16 verbunden ist, im Vergleich mit einer anderen Anordnung in einem Fahrzeug, das ein typisches Single-Mode-EVT mit kombinierter Leistungsverzweigung anwendet.
  • 4 zeigt einen Graphen 64 eines elektrischen Leistungswegbetrages als einen Bruchteil von Kraftmaschinendrehmoment, das verwendet wird, um das Fahrzeug anzutreiben, über die zurückgelegte Distanz des Fahrzeugs pro Kraftmaschinenumdrehung in Metern, das durch eine Kurve 66 nachgezeichnet ist. Der elektrische Leistungswegsbetrag ist auf der Y-Achse des Graphen 64 gezeigt und durch Bezugszeichen 68 dargestellt, während die zurückgelegte Distanz des Fahrzeugs pro Kraftmaschinenumdrehung auf der X-Achse des Graphen gezeigt ist und durch Bezugszeichen 70 dargestellt ist. Zusätzlich vergleicht der Graph 64 Knotenbreiten der beispielhaften Ausführungsform des Zahnradstrangs 18, die durch eine Distanz 72 zwischen mechanischen Punkten oder Knoten, die durch die Buchstaben A und B identifiziert sind, und eine Distanz 74 zwischen Punkten, die durch Buchstaben D und E identifiziert sind, welche auf der Kurve 66 aufgetragen sind, dargestellt ist. In einem spezifischen Beispiel übersteigt die Distanz 72, die von dem Fahrzeug pro jeder Umdrehung der Kraftmaschine 12 mit dem Zahnradstrang 18 zurückgelegt wird, wenn der elektrische Leistungsweg (von dem ersten und zweiten Motor/Generator 14, 16) Null ist, annähernd 0,8 Meter. Wie gezeigt ist, übersteigt für die gleiche Ausgestaltung die Distanz 72, die von dem Fahrzeug pro jeder Umdrehung der Kraftmaschine 12 zurückgelegt wird, wenn elektrische Leistung von dem ersten und zweiten Motor/Generator 14, 16 annähernd gleich einem Bruchteil der Leistung der Kraftmaschinen ist, die durch Buchstabe C identifiziert ist, 1,2 Meter. Zum Vergleich beträgt in einem typischen Single-Mode-EVT mit kombinierter Leistungsverzweigung die Distanz 72 im Allgemeinen etwa 0,5 Meter, während es auch die Distanz 74 von unter 1,2 Metern aufweist. Dementsprechend identifiziert die größere Distanz 72 für den Zahnradstrang 18 als für ein typisches repräsentatives Single-Mode-EVT mit kombinierter Leistungsverzweigung den Zahnradstrang 18 als mit einer Übersetzungsverhältnisspreizung mit weiteren Knoten.
  • Infolgedessen ist der Zahnradstrang 18 in der Lage, zumindest eine Übersetzungsverhältnisspreizung von 3 zu 1 zwischen der Drehmomentübertragung des Eingangselements 20 und des Ausgangselements 30 bereitzustellen. Darüber hinaus kann das höchste numerische Übersetzungsverhältnis des Zahnradstrangs 18 annähernd 4 zu 1 als sein höchstes numerisches Übersetzungsverhältnis aufweisen, und annähernd 0,7 zu 1 als sein niedrigstes numerisches Übersetzungsverhältnis. Infolgedessen kann der erste Motor/Generator 14 anders bemessen sein, d.h. physikalisch kleiner, als der zweite Motor/Generator 16. Dementsprechend kann der erste Motor/Generator derart ausgestaltet sein, dass er weniger Drehmoment als der zweite Motor/Generator 16 erzeugt. Zusätzlich kann ein jeder von dem ersten und zweiten Motor/Generator 14, 16 mit massiven Kernen ausgestaltet sein und Nicht-Seltenerden-Magnete anwenden, die wesentlich gängiger und weniger teuer als ein Seltenerden-Typ sind.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 weist der Hybridantriebsstrang 10 auch eine Hydraulikpumpe 76 auf. Die Hydraulikpumpe 76 ist ausgestaltet, um Druckfluid zum Schmieren des Antriebsstrangs 18 sowie der Kraftmaschine 12 und des ersten und zweiten Motors/Generators 14, 16 zuzuführen. Wie gezeigt ist, ist die Pumpe 76 funktional mit dem zweiten Eingangselement 22 verbunden. Der Hybridantriebsstrang 10 umfasst auch einen Dämpfer 78. Der Dämpfer 78 ist funktional mit der Kraftmaschine 12 verbunden und derart ausgestaltet, dass er Torsionsschwingungen absorbiert, die von der Kraftmaschine erzeugt werden, bevor derartige Schwingungen auf den Zahnradstrang 18 über das zweite Eingangselement 22 übertragen werden.
  • Der Zahnradstrang 18 ist eine kostengünstige, elektromechanische Single-Mode-Antriebseinheit mit kombinierter Leistungsverzweigung, die Vorteile eines Two-Mode-Systems verkörpert, das einen ersten Modus zum Anfahren eines Fahrzeugs aus dem Stillstand und einen separaten zweiten Modus zum Antreiben des betreffenden Fahrzeugs mit höheren Geschwindigkeiten bereitstellt, aber die mechanische und steuerungstechnische Komplexität des Two-Mode-Systems vermeidet. Zusätzlich wendet der Zahnradstrang 18 ständig kämmende Zahnräder zum Übertragen von Drehmoment von der Kraftmaschine 12 und den Motoren/- Generatoren 14, 16 an, ohne auf einen Riemen- oder Kettenantrieb zurückzugreifen. Weil darüber hinaus der Zahnradstrang 18 ein achsverschobenes Layout aufweist, d.h. die Kraftmaschine 12 und der Motor/Generator 14 auf der ersten Drehachse 26 angeordnet sind, während der Motor/Generator 16 auf der zweiten Drehachse 28 angeordnet ist, ist der Zahnradstrang 18 für Fahrzeuganwendungen mit Vorderradantrieb besonders geeignet, wobei der Antriebsstrang 10 im Wesentlichen quer mit Bezug auf die Längsachse des betreffenden Fahrzeugs gelegen ist.

Claims (1)

  1. Zahnradstrang (18), umfassend ein erstes Eingangselement (20) zur Verbindung mit einem ersten Motor/Generator (14), ein zweites Eingangselement (22) zur Verbindung mit einer Kraftmaschine (12) und ein drittes Eingangselement (24) zur Verbindung mit einem zweiten Motor/Generator (16), wobei das erste und zweite Eingangselement (20, 22) derart ausgestaltet sind, dass sie um eine erste Achse (26) rotieren, während das dritte Eingangselement (24) derart ausgestaltet ist, dass es um eine zweite Achse (28) rotiert, ein Ausgangselement (30), das derart ausgestaltet ist, dass es um eine dritte Achse (32) rotiert, wobei das Ausgangselement (30) als eine Welle ausgestaltet ist, die eine Schnittstelle zur Verbindung mit einem Achsantriebszahnradsatz (33) aufweist, einen ersten Zahnradsatz vom Planetenradtyp (34), der funktional mit dem ersten Eingangselement (20) verbunden ist, und einen zweiten Zahnradsatz vom Planetenradtyp (36), der funktional mit dem zweiten Eingangselement (22) verbunden ist, wobei der erste Zahnradsatz vom Planetenradtyp (34) ein Sonnenrad (34-1), einen Planetenträger (34-2), der eine Mehrzahl von Planetenrädern aufweist, und ein Hohlrad (34-3) umfasst und der zweite Zahnradsatz vom Planetenradtyp (36) ein Hohlrad (36-1), einen Planetenträger (36-2), und ein Sonnenrad (36-3) umfasst, wobei das Sonnenrad (34-1) des ersten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (34) ständig mit dem ersten Eingangselement (20) verbunden ist, während das Sonnenrad (36-1) des zweiten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (36) funktional mit dem zweiten Eingangselement (22) verbunden ist, eine Zwischenwelle (38), die derart ausgestaltet ist, dass sie um eine vierte Achse (40) rotiert, einen dritten Zahnradsatz (42), der koaxial zur Rotation mit Bezug auf die Zwischenwelle (38) und um die Achse (40) festgelegt ist, wobei der dritte Zahnradsatz (42) ein erstes Element (42-1), ein zweites Element (42-2) und ein drittes Element (42-3) umfasst, wobei das erste Element (42-1) ständig mit einer äußeren Welle (44) verbunden ist, wobei das zweite Element (42-2) und das dritte Element (42-3) ständig mit der Zwischenwelle (38) verbunden sind, wobei das zweite Element (42-2) und das dritte Element (42-3) derart ausgestaltet sind, dass sie in die gleiche Richtung mit Bezug auf das erste Element (42-1) und die vierte Achse (40), aber mit unähnlichen Raten rotieren, d.h. die Rotation des zweiten und dritten Elements mit Bezug auf das erste Element (42-1) asynchron ist, wobei das erste Element (42-1) direkt mit dem dritten Eingangselement (24) über ein Antriebszahnrad (24-1) verbunden ist, und das dritte Element (42-3) direkt mit dem Ausgangselement (30) über den Achsantriebszahnradsatz (33) verbunden ist, wobei der Zahnradstrang (18) in einem Gehäuse (46) eingeschlossen ist, das Schmiermittel enthält, die Wellen und Zahnradsätze lagert, und Verunreinigungen und externe Elemente von dem Zahnradstrang (18) weghält, wobei die Zwischenwelle (38) mit dem Gehäuse (46) über Lager (50) verbunden ist, während die äußere Welle (44) allein auf Lagern mit Bezug auf die Zwischenwelle (38) ohne irgendeine Verbindung mit dem Gehäuse (46) läuft, wobei das Sonnenrad (36-1) des zweiten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (36) direkt und ständig mit dem Planetenträger (34-2) des ersten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (34) verbunden ist, der Planetenträger (36-2) des zweiten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (36) direkt und ständig mit dem Hohlrad (34-3) des ersten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (34) verbunden ist, das Hohlrad (36-3) des zweiten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (36) mit dem ersten Element (42-1) in Kämmung ist, das Hohlrad (34-3) des ersten Zahnradsatzes vom Planetenradtyp (34) mit dem zweiten Element (42-2) in Kämmung ist, wobei das zweite Element (42-2) und das dritte Element (42-3) des dritten Zahnradsatzes (42) jeweils an der inneren Welle (38) montiert sind, während das erste Element (42-1) des dritten Zahnradsatzes (42) an der äußeren Welle (44) montiert ist, wobei die äußere Welle (44) mit Bezug auf die Zwischenwelle (38) über Lager (56) gelagert ist, wobei ein jedes der Lager (56) ein Radialkugeltyp mit tiefen Rillen zum Abstützen axialer Lasten ausgestaltet ist.
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