DE102015223067A1

DE102015223067A1 - Getriebeanordnung zur achsparallelen Übertragung einer Antriebsleistung

Info

Publication number: DE102015223067A1
Application number: DE102015223067.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Roske
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-11-23
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2017-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung zur Übertragung der Antriebsleistung eines Elektromotors (1; 1‘) an eine achsparallel hierzu angeordnete Abtriebswelle (2; 2‘), wobei ein Antriebsritzel (3; 3‘) des Elektromotors (1; 1‘) über mindestens ein Zwischenrad (4a, 4b; 4a‘, 4b‘, 4c‘) mit einem Abtriebsrad (5; 5‘) der Abtriebswelle (2; 2‘) zur Übersetzung ins Langsame verbunden ist, und zur Realisierung eines zweistufiges Getriebe in einer einzigen Radebene das Antriebsritzel (3; 3‘) direkt und/oder über das Zwischenrad (4a, 4b; 4a‘, 4b‘, 4c‘) mit der Innenverzahnung eines Hohlrades (6; 6‘) in Eingriff steht, welches mit einer Außenverzahnung versehen ist, worüber das Abtriebsrad (5; 5‘) vom Hohlrad (6; 6‘) angetrieben ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung zur Übertragung der Antriebsleistung eines Elektromotors an eine achsparallel hierzu angeordnete Abtriebswelle, welche vorzugsweise einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges zugeordnet ist, wobei ein Antriebsritzel des Elektromotors über mindestens ein Zwischenrad mit dem Abtriebsrad der Abtriebswelle zur Übersetzung ins Langsame verbunden ist.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere auf Hybridantriebe. Im Hinblick auf die hier interessierende Antriebskonfiguration ist der Elektromotor des Hybridantriebes achsparallel zur Ausgangswelle eines Schaltgetriebes als Hauptgetriebe angeordnet, welches über einen weiteren Getriebeeingang mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt ist. Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich daneben beispielsweise auch auf einen reinen Elektroantrieb eines Kraftfahrzeuges anwenden, bei dem der Elektromotor ebenfalls achsparallel zur Ausgangswelle des Getriebes angeordnet ist. Prinzipiell ist die erfindungsgemäße Lösung für solche Anwendungsfälle geeignet, bei denen es auf kurze Getriebebaulängen ankommt, vor allem jedoch für die Anbindung eines achsparallelen, hochdrehenden Elektromotors an Frontquer-Hybridgetriebe oder bei nicht koaxialen Elektroantrieben.
Die DE 10 2013 215 114 A1 offenbart eine Getriebeanordnung zur Übertragung der Antriebsleistung eines Elektromotors an einen Getriebeeingang eines Hybridantriebes für ein Kraftfahrzeug. Der Hybridantrieb weist einen Verbrennungsmotor, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine, ein in Vorlegebauweise ausgeführtes automatisches Schaltgetriebe mit einer Eingangswelle zur Verbindung mit dem Verbrennungsmotor über eine Trennkupplung und mehrere Ausgangswellen, sowie ein in Planetenbauweise ausgebildetes Überlagerungsgetriebe zur Einbeziehung der Elektromaschine als weiteren Antrieb auf. Ein Eingangselement des Überlagerungsgetriebes ist hierbei permanent mit dem Rotor der Elektromaschine in Wirkverbindung. Ein Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes ist drehfest mit der Ausgangswelle des Schaltgetriebes verbunden.
Gemäß des allgemein bekannten Standes der Technik kommen zur Überbrückung des Achsabstandes zwischen der Elektromaschine und dem Getriebeeingang des nachgeschalteten Hauptgetriebes oder dergleichen je nach erforderlicher Übersetzung und Größe des Achsabstandes einerseits meist einstufige Stirnradgetriebe mit oder ohne Zwischenräder sowie andererseits auch mehrstufige Stirnradgetriebe zur Anwendung. Bei sehr hochdrehenden Elektromaschinen kann zusätzlich auch eine weitere Planetengetriebestufe zwischen der Elektromaschine und einem den Achsabstand überbrückenden Stirnradgetriebe geschaltet werden.
Es ist technisch problematisch bei einem Antrieb mittels hochdrehender Elektromaschine große Achsabstände bei kleinen Übersetzungsverhältnissen durch ein Stirnradgetriebe zu überbrücken. Denn aus einem großen Achsabstand ergeben sich bei einem einstufigen Stirnradtrieb ohne Zwischenrad große Raddurchmesser, die mit dem zur Verfügung stehenden Bauraum kollidieren können. Ein einstufiger Stirnradtrieb mit Zwischenrad hat dagegen zwar kleinere Raddurchmesser zur Folge; allerdings wird bei beiden Varianten das gesamte Antriebsdrehmoment bei hoher Drehzahl über einen einzigen Zahneingriff eingeleitet, was eine hinreichende Abstützung der Ritzelwelle der Elektromaschine durch starke Radiallager erfordert. Trotzdem ist es bei hochdrehenden Ritzelwellen nicht auszuschließen, dass aufgrund der auftretenden Radialkräfte und der damit verbundenen elastischen Verformungen der Wellen eine Fehlstellung am Zahneingriff entsteht, welche unter anderem unangenehme Geräusche verursacht. Selbst ein alternativ möglicher zweistufiger Stirnradtrieb kann diese akustischen Probleme verursachen. Zusätzlich benötigt ein zweistufiger Stirnradtrieb einen vergleichsweise größeren axialen Bauraum, weil eine weitere Radebene dazukommt. Speziell bei Hybridgetrieben für die Frontquer-Anordnung ist dieser zusätzliche Bauraumbedarf unerwünscht, da dieser die Getriebelänge entsprechend vergrößert.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Getriebeanordnung zur Übertragung der Antriebsleistung einer Elektromaschine an einer achsparallel hierzu angeordnete Abtriebswelle zu schaffen, die mit einer Radebene auskommt und die Überbrückung eines großen Achsabstandes mit einem Stirnradgetriebe ermöglicht, welches möglichst verformungsfrei arbeitet.
Die Aufgabe wird durch eine Getriebeanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder, wobei hierin zwei bevorzugte Ausführungsformen vorgeschlagen werden.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zur Realisierung eines zweistufigen Getriebes in einer einzigen Radebene das Antriebsritzel des Elektromotors direkt und/oder über vorzugsweise zwei Zwischenräder mit der Innenverzahnung eines Hohlrades in Eingriff steht, welches wiederum eine Außenverzahnung aufweist, worüber das Abtriebsrad vom Hohlrad angetrieben wird. Der Elektromotor kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Sinne einer Funktionsintegration auch – wie beim Stand der Technik – als eine Elektromaschine ausgebildet sein, welche neben der Motorfunktion auch eine Generatorfunktion zur Erzeugung von elektrischem Strom für das Bordspannungsnetz des Kraftfahrzeuges ausführt.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird das Drehmoment des Elektromotors über das spezielle zweistufige Getriebe vorzugsweise auf den Getriebeeingang eines Hybridgetriebes oder – ebenfalls vorzugsweise – auf das Differenzial eines Elektroantriebes eines Kraftfahrzeuges übertragen. Hiermit ist der Vorteil verbunden, dass der gesamte Achsabstand in einer einzigen Radebene auf zwei Teilachsabstände aufgeteilt wird, wodurch kleinere Stirnraddurchmesser im Vergleich zu herkömmlichen Getriebeanordnungen ermöglicht werden. Mit dieser speziellen Getriebeanordnung lässt sich zudem eine zuverlässige Ölversorgung der hochdrehenden ersten Getriebestufe und vor allem des Zahneingriffbereichs zwischen dem Antriebsritzel und dem Hohlrad und/oder dem Antriebsritzel und dem mindestens einen Zwischenrad gewährleisten.
Vorzugsweise sind zumindest die achsparallel zueinander angeordneten Getriebebauteile: Antriebsritzel des Elektromotors, Zwischenrad, Hohlrad und Abtriebsrad auf einer gemeinsamen Radiallinie R angeordnet. Hierdurch ergibt sich sowohl ein günstiger Zahneingriff als auch eine platzsparende Anordnung. Das Abtriebsrad der erfindungsgegenständlichen Getriebeanordnung kann in Funktionsintegration auch den Getriebeeingang eines nachgeschalteten Getriebes, beispielsweise eines nachgeschalteten Differenzials, bilden.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform steht das Antriebsritzel mit einer Innenverzahnung eines Hohlrades sowie mit einem hierzu koaxialen ersten Zwischenrad in Eingriff, welches über ein zweites Zwischenrad ebenfalls mit der Innenverzahnung des Hohlrades verbunden ist. Vorzugsweise findet der Zahneingriff des Antriebsritzels am ersten Zwischenrad genau gegenüberliegend des Zahneingriffs des Antriebsritzels am Hohlrad statt. Der Vorteil dieser speziellen Anordnung besteht darin, dass das Antriebsritzel des Elektromotors radialkraftausgeglichen sowohl in das Hohlrad und gegenüberliegend in das erste Zwischenrad eingreift. Hierdurch wird das eingeleitete Moment auf zwei Zahneingriffe aufgeteilt. Das erste Zwischenrad überträgt dabei das halbe Moment über das nachgeschaltete zweite Zwischenrad auf das Hohlrad. Das zweite Zwischenrad ist zur Drehrichtungsanpassung erforderlich. Durch die Drehmomentaufteilung auf zwei Zahneingriffe erfolgt ein Radialkraftausgleich und es ist eine reduzierte Verzahnungsbreite bei der ersten Getriebestufe umsetzbar, die eine Gewichtseinsparung ermöglicht.
Der Abtrieb erfolgt bei dieser Anordnung über das vorzugsweise beidseitig gelagerte Hohlrad, welches integral ein außenverzahntes Stirnrad beinhaltet, indem dieses vorzugsweise mit einer angeformten Außenverzahnung versehen ist. Hierdurch überbrückt das außenverzahnte Hohlrad den Achsabstand, in dem dieses vorzugsweise mit dem korrespondierend außenverzahnten Abtriebsrad kämmt.
Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, das Abtriebsrad mit dem Hohlrad über ein Zugmittelgetriebe zu koppeln. Das Zugmittelgetriebe kann beispielsweise als ein Kettengetriebe ausgebildet sein, wobei das Hohlrad sowie das Abtriebsrad als Kettenräder auszuführen sind.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können auch mehr als zwei Zwischenräder eine entsprechend mehrfache Drehmomentaufteilung des vom Antriebsritzel bereitgestellten Antriebsmoments vornehmen. Basis hierfür sind eine entsprechende Anzahl Zwischenräder, über welche das Antriebsritzel mit der Innenverzahnung des Holrades verbunden ist. In dieser Konfiguration stellt das Antriebsritzel ein Sonnenrad dar, das mit den Zwischenrädern als Planetenräder und dem Hohlrad ein Planeten-Standgetriebe bildet. Vorzugsweise kommen hierbei drei Zwischenräder zum Einsatz, mit denen eine hinreichend gleichmäßige Drehmomentaufteilung unter Verwendung weniger Bauteile realisierbar ist. Da bei dieser Ausführungsform wegen der Koaxilalität des Planetengetriebes keine Aufteilung des Gesamtachsabstandes auf zwei Teilabstände erfolgt, wird hierfür empfohlen, ein Zugmittelgetriebezwischen Hohlrad und Abtriebsrad zur Achsabstandsüberbrückung einzusetzen.
Eine Integration der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung in einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges kann direkt über die Abtriebswelle des Abtriebsrades der erfindungsgegenständlichen Getriebeanordnung erfolgen, in dem diese gleichzeitig auch die Getriebeeingangswelle des Hybridgetriebes darstellt. Es ist auch denkbar, das Abtriebsrad auf die Sekundärseite einer Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Hauptgetriebe des Hybridantriebes zu platzieren. Im Falle eines Elektroantriebs für ein Kraftfahrzeug kann das Abtriebsrad direkt am Differenzialkorb eines nachgeschalteten Differenzials, vorzugsweise Achsdifferenzials, des Kraftfahrzeuges ausgebildet sein, um zusätzliche Getriebeteile einzusparen.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 ein Getriebeschema einer Getriebeanordnung zur achsparallelen Übertragung einer Antriebsleistung in einer ersten Ausführungsform, und
2 eine schematische Seitenansicht der Getriebeanordnung nach 1,
3 ein Getriebeschema einer Getriebeanordnung zur achsparallelen Übertragung einer Antriebsleistung in einer zweiten Ausführungsform, und
4 eine schematische Seitenansicht der Getriebeanordnung nach 3.
Gemäß 1 besteht die erste Ausführungsform einer Getriebeanordnung zur Übertragung der Antriebsleistung eines Elektromotors 1 an eine achsparallel beabstandet hierzu angeordnete Abtriebswelle 2 im Wesentlichen aus einem getriebeeingangsseitigen Antriebsritzel 3 des Elektromotors 1, das über zwei Zwischenräder 4a und 4b den Leistungsfluss in Richtung eines Abtriebsrades 5 leitet, welches der Abtriebswelle 2 der Getriebeanordnung zugeordnet ist.
Bei dieser Ausführungsform steht das Antriebsritzel 3 des Elektromotors 1 mit einer Innenverzahnung eines Hohlrades 6 sowie mit einem zum Hohlrad 6 koaxialen ersten Zwischenrad 4a in Eingriff. Das erste Zwischenrad 4a kämmt mit einem zweiten Zwischenrad 4b, welches seinerseits ebenfalls mit der Innenverzahnung des Hohlrades 6 in Eingriff kommt. Der Zahneingriff des Antriebsritzels 3 am ersten Zwischenrad 4a erfolgt dabei gegenüberliegend des Zahneingriffs des Antriebsritzels 3 am Hohlrad 6.
Wie in 2 erkennbar, sind die achsparallel zueinander liegenden Getriebebauteile: Antriebsritzel 3, Zwischenräder 4a und 4b, Hohlrad 6 sowie Abtriebsrad 5 hinsichtlich ihres Achsmittelpunktes auf einer gemeinsamen Radiallinie R angeordnet.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass die Abtriebswelle 2 des Abtriebsrades 5 nicht an einen Getriebeeingang eins Hybridgetriebes führt, sondern an die Sekundärseite einer Trennkupplung, die bei Hybridantrieben gewöhnlich zwischen dem Verbrennungsmotor und dem als Schaltgetriebe ausgebildeten Hauptgetriebe angeordnet ist. Zudem ist es auch möglich, das Abtriebsrad 5 der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung im Rahmen eines Elektroantriebs eines Kraftfahrzeuges direkt an einem Differenzialkorb eines Achsdifferenzials auszubilden, um mit wenigen Getriebebauteilen eine achsparallele Übertragung der Antriebsleistung des Elektromotors in einer einzigen Radebene im Rahmen eines zweistufigen Getriebes zu realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Abtriebswelle
3: Antriebsritzel
4: Zwischenrad
5: Abtriebsrad
6: Hohlrad
7: Kettengetriebe
R: Radiallinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013215114 A1 [0003]

Claims

Getriebeanordnung zur Übertragung der Antriebsleistung eines Elektromotors (1; 1‘) an eine achsparallel hierzu angeordnete Abtriebswelle (2; 2‘), wobei ein Antriebsritzel (3; 3‘) des Elektromotors (1; 1‘) über mindestens ein Zwischenrad (4a, 4b; 4a‘, 4b‘, 4c‘) mit einem Abtriebsrad (5; 5‘) der Abtriebswelle (2; 2‘) zur Übersetzung ins Langsame verbunden ist, und zur Realisierung eines zweistufiges Getriebe in einer einzigen Radebene das Antriebsritzel (3; 3‘) direkt und/oder über das Zwischenrad (4a, 4b; 4a‘, 4b‘, 4c‘) mit der Innenverzahnung eines Hohlrades (6; 6‘) in Eingriff steht, welches mit einer Außenverzahnung versehen ist, worüber das Abtriebsrad (5; 5‘) vom Hohlrad (6; 6‘) angetrieben ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die achsparallel zueinander angeordneten Getriebebauteile: Antriebsritzel (3; 3‘), Zwischenrad (4a, 4b; 4b‘), Hohlrad (6; 6‘) und Abtriebsrad (5; 5‘) auf einer gemeinsamen Radiallinie (R) angeordnet sind.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel (3) mit einer Innenverzahnung eines Hohlrades (6) sowie mit einem hierzu koaxialem ersten Zwischenrad (4a) in Eingriff steht, welches über ein zweites Zwischenrad (4b) ebenfalls mit der Innenverzahnung des Hohlrades (6) verbunden ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (5) mit einer am Hohlrad (6) angebrachten Außenverzahnung in Zahneingriff steht.
Getriebeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahneingriff des Antriebsritzels (3) am ersten Zwischenrad (4a) gegenüberliegend des Zahneingriffs des Antriebsritzels (3) am Hohlrad (6) angeordnet ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel (3‘) über das mindestens eine Zwischenrad (4a‘–4c‘) mit einer Innenverzahnung eines Hohlrades (6‘) in Eingriff steht.
Getriebeanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gleichbeabstandet zueinander angeordnete Zwischenräder (4a‘–4c‘) vorgesehen sind, die mit dem Antriebsritzel (3‘) als Sonnenrad und dem Hohlrad (6‘) ein Planeten-Standgetriebe bilden.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (5‘) mit dem Hohlrad (6‘) über ein Zugmittelgetriebe gekoppelt ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittelgetriebe als ein Kettengetriebe (7) ausgebildet ist, wobei das Hohlrad (6‘) sowie das Abtriebsrad (5‘) als Kettenräder ausgeführt sind.
Getriebeanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (2; 2‘) des Abtriebsrades (5; 5‘) als Getriebeeingangswelle eines Hybridgetriebes eines Kraftfahrzeuges ausgeführt ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (5; 5‘) an der Sekundärseite einer Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Hauptgetriebe eines Hybridantriebes angeordnet ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (5; 5‘) als Differenzialkorb eines nachgeschalteten Differenzials eines vom Elektromotor (1; 1‘) angetriebenen Kraftfahrzeuges ausgebildet ist.