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Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Fahrzeug und einen Antrieb für ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe.
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Auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik besteht die ständige Forderung, die Komponenten des Antriebsstrangs hinsichtlich ihrer Baugröße und ihres Gewichts zu optimieren. So werden für die zur Übertragung der Antriebsleistung eines Motors erforderlichen Getriebe möglichst kompakte Lösungen angestrebt, die in zuverlässiger Weise die Leistungsübertragung zu den Radachsen in einem vorgegebenen Drehzahl- und Drehmomentspektrum bereitstellen.
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Insbesondere bei der Verwendung von Elektromotoren wird die Antriebsleistung im Bereich der Eingangswelle eines Getriebes überwiegend mit vergleichsweise hohen Drehzahlen und niedrigen Drehmomenten bereitgestellt. Die motorseitigen Drehzahlen und Drehmomente werden mit Hilfe der Getriebestufen in die abtriebsseitig erforderlichen niedrigen Drehzahlen und hohen Drehmomente über- bzw. untersetzt. Differentialgetriebe, die üblicherweise unmittelbar den Radachsen zugeordnet sind, müssen daher hinsichtlich der Übertragung hoher Drehmomente ausgelegt werden und sind in der Folge entsprechend massiv dimensioniert. In der Praxis werden im Bereich der Radachsen zudem häufig Kegelraddifferentiale verwendet, die konzeptbedingt aufgrund ihrer sich kreuzenden Achsen einen großen Bauraum in Anspruch nehmen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Getriebe für ein Fahrzeug anzugeben, das eine kompakte Baugröße bei vorzugsweise geringem Gewicht aufweist und insbesondere kostengünstig herstellbar ist. Weiter ist es die Aufgabe der Erfindung einen Antrieb für ein Fahrzeug anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe für ein Fahrzeug gelöst, mit einer Eingangswelle, die dafür vorgesehen ist, einem Motor zugeordnet zu werden, einem Differentialgetriebe, das der Eingangswelle zugeordnet ist, und zwei Ausgangszahnrädern, die im Kraftübertragungsweg zu Rädern des Fahrzeugs liegen, wobei das Differentialgetriebe dafür vorgesehen ist, eine in die Eingangswelle eingeleitete Antriebsleistung des Motors auf die zwei Ausgangszahnräder aufzuteilen, wobei den Ausgangszahnrädern jeweils eine Untersetzungsgetriebestufe zugeordnet ist, deren Ausgang dafür vorgesehen ist, mit Rädern des Fahrzeugs verbunden zu werden.
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Das Differentialgetriebe ist erfindungsgemäß im Bereich der Eingangswelle des Getriebes und somit motorseitig angeordnet. Das Differentialgetriebe kann daher vor dem Hintergrund der motorseitigen Lasten ausgelegt werden, d. h. zur Übertragung niedriger Drehmomente und hoher Drehzahlen. Das Differential kann erfindungsgemäß im Vergleich zu vorbekannten, abtriebsseitigen Differentialen daher kompakt und leicht gestaltet werden.
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Die Untersetzungsgetriebestufen zur Wandlung der Motorleistung hin zu höheren Drehmomenten und niedrigeren Drehzahlen sind dem Differentialgetriebe nachgeschaltet, so dass die Leistungsverzweigung durch des Differential in Richtung eines jeweils anzutreibenden Rads bereits vor der Untersetzung der motorseitigen Drehzahlen und -momente durch weitere Getriebestufen, wie Schaltgetriebe, Stirnradstufen oder dergleichen, erfolgt. Bevorzugt kann das Differentialgetriebe im fertig montierten Zustand im Antriebsstrang eines Fahrzeugs unmittelbar mit dem Motor koppelbar bzw. gekoppelt sein, ohne weitere Getriebestufen, insbesondere Untersetzungsgetriebestufen, vorzuschalten.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Differentialgetriebe ein Planetengetriebe. Das Planetengetriebe kann in axialer Richtung besonders schmal ausgeführt werden, da auf den Einsatz von Kegelrädern verzichtet werden kann. Insbesondere kommen Stirnräder bzw. Zylinderräder zum Einsatz, die kostengünstig herstellbar sind.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der voranstehenden Ausgestaltung ist die Eingangswelle des Getriebes mit wenigstens einem Planetenträger gekoppelt, wobei der Planetenträger wenigstens zwei Ausgleichsräder des Differentialgetriebes trägt, die den Ausgangszahnrädern zugeordnet sind. Der Planetenträger dient dazu, die über die Eingangswelle bereitgestellte Antriebsleistung über die Ausgleichsräder auf die Ausgangszahnräder zu übertragen. Es ist keine zusätzliche Verzahnung erforderlich, um die Antriebsleistung von dem Planetenträger auf die Ausgleichsräder zu übertragen. So können die Ausgleichsräder als Planetenräder drehbeweglich auf an dem Planetenträger axial auskragenden Zapfen gelagert sein. Gemäß weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind die Ausgleichszahnräder auf wenigstens zwei separaten Planetenträgern angeordnet, die jeweils einem der Ausgangszahnräder zugeordnet sind.
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Eine besonders kompakte Bauweise des Planetengetriebes kann dadurch erreicht werden, dass die Ausgleichsräder in einem ersten Teilbereich ihrer Zahnbreite miteinander im Eingriff sind und in einem zweiten Teilbereich ihrer Zahnbreite mit einem der Ausgangsgangzahnräder im Eingriff sind. Die kompakte Bauweise kann zudem weiter dadurch begünstigt werden, dass die Ausgangszahnräder Hohlräder sind. Die Hohlräder können eine Innenverzahnung aufweisen und die Planetenträger und die insbesondere außenverzahnten Ausgleichszahnräder umfangsseitig einfassen.
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Die Ausgleichsräder können beispielsweise paarweise auf dem Planetenträger angeordnet sein. Die paarweise angeordneten Ausgleichszahnräder können in einem einander zugewandten Bereich ihrer Zahnbreite miteinander kämmen und in einem dem jeweils anderen Ausgleichsrad abgewandten Bereich ihrer Zahnbreite mit ihrem jeweils zugeordneten Ausgangsrad im Eingriff sein. Insbesondere können mehr als zwei paarweise angeordnete Ausgleichszahnräder umfangsseitig an dem Planetenträger verteilt angeordnet sein, um eine homogene Belastung und Kraftübertragung in dem Differential zu erreichen. Beispielsweise können sechs Ausgleichszahnräder in drei Räderpaaren an dem Planetenträger angeordnet sein, wobei die Räderpaare unter einem Winkelversatz von beispielsweise 60° an dem Planetenträger befestigt sind.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Getriebes sind die Ausgangszahnräder jeweils einstückig mit einem Ritzel der zugeordneten Untersetzungsgetriebestufe gebildet. So können eine kompakte Bauweise und eine starre Anbindung zwischen dem Ausgangszahnrad und der ersten Untersetzungsgetriebestufe geschaffen werden.
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Die jeweilige einem Ausgangszahnrad zugeordnete Untersetzungsgetriebestufe kann einstufig ausgeführt sein. Um ein möglichst breites Drehzahl- und Drehmomentspektrum abzudecken, kann die Untersetzungsgetriebestufe zweistufig sein oder mehr als zwei Stufen haben. Die Untersetzungsgetriebestufe kann ein Schaltgetriebe, insbesondere ein Automatikgetriebe, sein.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird zudem durch einen erfindungsgemäßen Antrieb für ein Fahrzeug gelöst, mit einem Motor, insbesondere einem Elektromotor, und einem Getriebe, mit einer Eingangswelle, die dem Motor zugeordnet ist, einem Differentialgetriebe, das der Eingangswelle zugeordnet ist und zwei Ausgangszahnrädern, die im Kraftübertragungsweg zu Rädern des Fahrzeugs liegen, wobei das Differentialgetriebe dafür vorgesehen ist, eine in die Eingangswelle eingeleitete Antriebsleistung des Motors auf die zwei Ausgangszahnräder aufzuteilen, wobei den Ausgangszahnrädern jeweils eine Untersetzungsgetriebestufe zugeordnet ist, deren Ausgang dafür vorgesehen ist, mit Rädern des Fahrzeugs verbunden zu werden.
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Nach einer Weiterbildung des Antriebs ist die Eingangswelle mit dem Motor koppelbar und/oder gekoppelt. Insbesondere ist lediglich eine Kupplung oder dergleichen, jedoch keine zusätzliche Getriebestufe, zwischen dem Elektromotor und dem Differential angeordnet. Die Leistung des Motors wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Getriebes daher unmittelbar im Bereich der Eingangswelle in Richtung der jeweils anzutreibenden Räder verzweigt bzw. aufgeteilt – und zwar noch vor der ersten abtriebsseitigen Untersetzungsstufe.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 einen erfindungsgemäßen Antrieb mit einem erfindungsgemäßen Getriebe;
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2 einen weiteren erfindungsgemäßen Antrieb mit einem erfindungsgemäßen Getriebe.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Antrieb 10 für ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Getriebe 12 und einem Elektromotor 14 dargestellt. Der Elektromotor 14 hat eine Motorwelle 16, die gleichzeitig die Eingangswelle 16 des Getriebes 12 bildet. Das Getriebe 12 weist ein dem Motor 14 zugeordnetes Differentialgetriebe 18 und eine linke und rechte Stirnradstufe 20, 22 auf. Die linke Stirnradstufe 20 ist einer linken Abtriebswelle 24 und die rechte Stirnradstufe 22 einer rechten Abtriebswelle 26 zugeordnet. Die Abtriebswellen 24, 26 sind jeweils mit einem anzutreibenden Rad des Fahrzeugs (nicht dargestellt) verbunden.
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Das Differentialgetriebe 18 hat zwei Planetenträger 28, 30 die mit der Eingangs- bzw. Motorwelle 16 gekoppelt sind. Die Planetenträger 28, 30 tragen die Ausgleichsräder 32, 34, 36, 38, die auf axial auskragenden Zapfen 40, 42, 44, 46 drehbar gelagert sind. Das Differentialgetriebe 18 hat zudem Ausgangszahnräder 48, 50, die als Hohlräder ausgeführt sind. Die Hohlräder 48, 50 sind einstückig mit Ritzeln 52, 54 der Stirnradstufen 20, 22 gebildet oder drehfest mit ihnen verbunden. Die Ritzel 52, 54 kämmen mit Abtriebsrädern 56, 58 der Stirnradstufen 20, 22. Die Abtriebsräder 56, 58 sitzen auf Ausgangswellen 60, 62 und sind über Gleichlaufgelenke 64, 66 mit den Abtriebswellen 24, 26 gekoppelt.
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Nachfolgend wird der Kraftfluss bzw. die Leistungsübertragung in dem erfindungsgemäßen Antrieb 10 näher beschrieben.
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Der Elektromotor 14 treibt die Eingangswelle 16 des Getriebes 12 und in der Folge die mit der Eingangswelle 16 gekoppelten Planetenträger 28, 30 des Differentials 18 an. Die an dem Planetenträger 28 drehbar gelagerten Ausgleichsräder 32, 34 weisen relativ zur Achse 16 einen größeren radialen Abstand auf als die an dem Planetenträger 30 drehbar gelagerten Ausgleichsräder 36, 38. Die an dem Planetenträger 28 drehbar gelagerten Ausgleichsräder 32, 34 können relativ zur Achse 16 jedoch auch den gleichen radialen Abstand aufweisen, wie die an dem Planetenträger 30 drehbar gelagerten Ausgleichsräder 36, 38 (vgl. 2).
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Das außenverzahnte Ausgleichsrad 32 kämmt mit der Innenverzahnung des Hohlrads 48 und ist zudem mit dem ebenfalls außenverzahnten Ausgleichsrad 38 im Eingriff. Das Ausgleichsrad 38 wiederum kämmt mit dem innenverzahnten Hohlrad 50. Das Ausgleichsrad 32 ist daher mit einem linken Teil seiner Zahnbreite mit dem Hohlrad 48 im Eingriff, während der rechte Teil seiner Zahnbreite mit dem Ausgleichsrad 38 im Eingriff ist. Das Ausgleichrad 38 ist mit einem linken Teil seiner Zahnbreite mit dem Ausgleichsrad 32 im Eingriff, während der rechte Teil seiner Zahnbreite mit dem Hohlrad 50 kämmt. Diese Eingriffsverhältnisse lassen sich in analoger Weise auf die Ausgleichszahnräder 34, 36 übertragen.
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Die Ausgleichszahnräder 32, 34, 36, 38 dienen dazu, eine Drehzahldifferenz der Hohlräder 48, 50 bei einer Kurvenfahrt des angetriebenen Fahrzeugs auszugleichen. Befindet sich das Differential 18 in einem Betriebszustand ”Geradeausfahrt”, so liegt keine Differenzdrehzahl zwischen den beiden Hohlrädern 48, 50 vor. Die Ausgleichszahnräder 32, 34, 36, 38 stehen relativ zu den Planetenträgern 28, 30 betrachtet still. Während einer Kurvenfahrt dreht sich das kurvenäußere Hohlrad schneller als das kurveninnere. Die Differenzdrehzahl wird durch Drehung der Ausgleichsräder 32, 34, 36, 38 auf ihren Achsen 40, 42, 44, 46 ausgeglichen.
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Die Motorleistung wird daher über die Planetenträger 28, 30 und die Ausgleichsräder 32, 34, 36, 38 auf die Hohlräder 48, 50 aufgeteilt. Ausgehend von den Hohlrädern 48, 50 wird die Antriebsleistung über die Stirnradstufen 20, 22, die als Untersetzungsstufen ausgeführt sind, und die Gleichlaufgelenke 64, 66 auf die Abtriebswellen 24, 26 übertragen, die mit den Rädern des anzutreibenden Fahrzeugs gekoppelt sind.
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Durch den Verzicht auf eine Kegelradanordnung im Bereich des Differentials 18 und die im Vergleich zu konventionellen Getriebeanordnungen erfindungsgemäße Zuordnung des Differentials 18 zur Eingangswelle 16 des Getriebes 12 wird eine kompakte Bauform des Getriebes 12 erreicht, so dass insbesondere die entlang der Eingangswelle 16 gemessene Breite des Differentials 18 verringert werden kann.
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2 beschreibt einen weiteren erfindungsgemäßen Antrieb 10 mit einem erfindungsgemäßen Getriebe 12, wobei die Hohlräder 48, 50 den gleichen Durchmesser aufweisen und die Ausgleichsräder 32, 34, 36, 38 alle auf demselben Radius relativ zur Motorwelle 16 angeordnet sind. Die Ausgleichsräder 36, 38 sind nur weiter innen dargestellt als die Ausgleichsräder 32, 34, da sie relativ zu den Ausgleichsrädern 32, 34 nach hinten und vorne versetzt sind und daher perspektivisch weiter innen zu liegen scheinen. Die Ausgleichsräder 32, 34, 36, 38 sind an den Planetenträgern 28, 30 paarweise und relativ zur Welle 16 und mit einem Winkelversatz zueinander angeordnet.
