DE102015226678A1

DE102015226678A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015226678A1
Application number: DE102015226678.8A
Authority: DE
Inventors: Kim Führer; Andreas Geiger; Martin Brehmer; Thomas Riedisser; Daniel ORTNER; Matthias Cudok
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-06-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einer mit dem Rotor einer elektrischen Maschine drehfest verbundenen Rotorwelle, einer Getriebewelle, einem mit der Getriebewelle in Wirkverbindung stehenden mehrgängigen Übersetzungsgetriebe, einer Ausgangswelle, die mittels des Übersetzungsgetriebes mit der Getriebewelle in Wirkverbindung steht, und einer als Schnittstelle zu einer getriebe-externen Verbrennungskraftmaschine wirkenden Eingangswelle, die mittels eines Schaltelements des Getriebes mit der Getriebewelle drehfest verbindbar ist. Das Getriebe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe eine ortsfeste Stützachse aufweist, die die Rotorwelle lagert, wobei die Rotorwelle die Stützachse wenigstens teilweise umschließt und die Eingangswelle durch die Stützachse hindurch verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einer mit dem Rotor einer elektrischen Maschine drehfest verbundenen Rotorwelle, einer Getriebewelle, einem mit der Getriebewelle in Wirkverbindung stehenden mehrgängigen Übersetzungsgetriebe, einer Ausgangswelle, die mittels des Übersetzungsgetriebes mit der Getriebewelle in Wirkverbindung steht, und einer als Schnittstelle zu einer getriebe-externen Verbrennungskraftmaschine wirkenden Eingangswelle, die mittels eines Schaltelements des Getriebes mit der Getriebewelle drehfest verbindbar ist.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Getrieben bekannt, die ein Hybridmodul aufweisen. Insbesondere sind Getriebe bekannt, bei denen eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Rotorwelle mit einer Getriebewelle, die in Wirkverbindung mit einem Übersetzungsgetriebe steht, drehfest verbunden ist. Um das größtmögliche Drehmoment erzeugen zu können, muss der Außendurchmesser der elektrischen Maschine so groß wie möglich gewählt werden. Dem ist durch die Bauraumbegrenzung im Fahrzeug eine Grenze gesetzt. Die Leistung der elektrischen Maschine wird dann über die maximal zulässige Drehzahl der Getriebewelle begrenzt.
Eine Leistungssteigerung des Getriebes kann erzielt werden, wenn der Rotor der elektrischen Maschine über eine Vorübersetzung an die Getriebewelle angekoppelt ist. Die Vorübersetzung erhöht über den Übersetzungsfaktor das Drehmoment der elektrischen Maschine auf die Getriebewelle. Da die Rotorwelle auch eine höhere Drehzahl als die Getriebewelle annimmt, erhöht sich automatisch auch die Leistung des Getriebes.
Aus der DE 10 2014 202 621 A1 ist ein Getriebe mit einer elektrischen Maschine bekannt. Die elektrische Maschine ist mit einer Rotorwelle verbunden, die entweder übersetzungsfrei oder über einen Planetenradsatz mit einer Getriebewelle drehfest verbunden ist. Die Getriebewelle steht mit einem Übersetzungsgetriebe in Wirkverbindung.
Nachteilig an diesem Getriebe ist, dass es nicht ohne weiteres auf unterschiedliche Anfordernisse hinsichtlich der Leistung des Getriebes angepasst werden kann. So ist beispielsweise der Einbau des Übersetzungsgetriebes zeitaufwendig, da neben dem Einbau des Übersetzungsgetriebes weitere Umbauarbeiten am Getriebe, beispielsweise zur Lagerung der Getriebewelle, notwendig sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht ein Getriebe anzugeben, das an unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich der Leistung des Getriebes auf einfachere Weise angepasst werden kann.
Die Aufgabe wird durch ein Getriebe der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Getriebe eine ortsfeste Stützachse aufweist, die die Rotorwelle lagert, wobei die Rotorwelle die Stützachse wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, umschließt und die Eingangswelle durch die Stützachse hindurch läuft.
Das erfindungsgemäße Getriebe weist den Vorteil auf, dass je nach Anforderung Getriebe mit unterschiedlichen Leistungen auf einfache Weise bereitgestellt werden können. Die Leistung des Getriebes kann, wie bereits thematisiert, durch Einbau beispielsweise eines anderen Übersetzungsgetriebes erhöht werden, wobei in dem erfindungsgemäßen Getriebe der Einbau des anderen Übersetzungsgetriebes in vorteilhafterweise derart erfolgen kann, dass neben dem Einbau des anderen Übersetzungsgetriebes keine signifikante Umbauarbeiten am restlichen Getriebe erforderlich sind. Dies ist möglich, da im erfindungsgemäßen Getriebe die Stützachse vorgesehen ist, die die Rotorwelle, insbesondere unmittelbar, lagert, so dass die bei den bekannten Ausführungen notwendige Anpassung der Lagerung der Rotorwelle beim Einbau des anderen Übersetzungsgetriebes in das Getriebe entfällt.
Im Ergebnis wird die Herstellung von Getrieben vereinfacht, da alle Getriebe unabhängig von deren Leistung zum Großteil denselben Getriebeaufbau aufweisen, so dass auch ein Großteil der Montageschritte beim Zusammenbau der Getriebe gleich ist. Darüber hinaus weisen die Getriebe unabhängig von deren Leistung eine Vielzahl von identischen Getriebebauteilen auf, was Vorteile bei der Lagerung und Beschaffung der Getriebebauteile bietet.
Unter einer Welle wird im Sinne der Erfindung nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten verstanden. Vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Bauteile drehfest miteinander verbinden.
Als ortsfeste Stützachse wird ein Bauteil verstanden, dass sich im Betrieb des Getriebes nicht dreht. Die Eingangswelle läuft durch die Stützachse hindurch, was bedeutet, dass die Eingangswelle an einem Ende der Stützachse in die Stützachse, insbesondere einen Hohlraum der Stützachse, eintritt und an einem anderen, freien Ende aus der Stützachse heraustritt.
Die elektrische Maschine besteht zumindest aus einem drehfesten Stator und dem drehbar gelagerten Rotor und ist in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln.
Im Sinne der Erfindung wird als eine drehfeste Verbindung eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden, die derart ausgebildet ist, dass die beiden miteinander verbundenen Bauteile stets die gleiche Drehzahl aufweisen. Dies ist möglich, wenn beispielsweise zwischen den beiden miteinander verbundenen Bauteilen kein Schaltelement angeordnet ist, da ansonsten im geöffneten Zustand des Schaltelements sich die Drehzahlen der beiden Bauteile voneinander unterscheiden können.
Das mehrgängige Übersetzungsgetriebe kann mehrere Radsätze, wie beispielsweise Planetenradsätze, aufweisen, über die unterschiedliche Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungen realisiert werden können.
Bei einer besonderen Ausführung kann die Stützachse mit einem Getriebegehäuse drehfest verbindbar sein. Insbesondere kann die Stützachse mit einem Lagerschild des Getriebes drehfest verbunden sein, wobei das Lagerschild mit dem Getriebegehäuse drehfest verbunden sein kann.
Darüber hinaus kann die Stützachse die Eingangswelle, insbesondere unmittelbar, lagern. Die Lagerung der Eingangswelle kann innerhalb der Stützachse erfolgen. Dagegen kann die Rotorwelle auf der Stützachse, insbesondere unmittelbar, gelagert sein. Vorzugsweise kann die Rotorwelle auf der Stützachse fliegend gelagert sein. Die Lagerung der Rotorwelle und/oder der Eingangswelle kann in radialer und/oder axialer Richtung erfolgen.
Die elektrische Maschine, die Rotorwelle, die Getriebewelle, das Übersetzungsgetriebe und das andere Übersetzungsgetriebe können innerhalb eines durch das Getriebegehäuse umschlossenen Hohlraums angeordnet sein. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle ragen teilweise aus dem Getriebegehäuse hervor und können mit weiteren Komponenten, die nicht Bestandteil des Getriebes sind, wie beispielsweise der Verbrennungsmotor, drehfest verbunden werden.
Die Rotorwelle kann abhängig von der geforderten Getriebeleistung entweder mittels des anderen Übersetzungsgetriebes oder übersetzungsfrei mit dem Schaltelement in Wirkverbindung gebracht werden. Ganz besonders vorteilhaft ist, wenn das Getriebe so ausgebildet ist, dass bei ansonsten gleichem Aufbau die Rotorwelle entweder mit dem anderen Übersetzungsgetriebe oder übersetzungsfrei mit dem Schaltelement in Wirkverbindung gebracht werden kann.
Das Schaltelement kann eine äußere Schaltelementwelle aufweisen, die einerseits mit der Getriebewelle verbunden ist und andererseits mit der Rotorwelle wirkverbunden ist. Dabei kann die äußere Schaltelementwelle mit der Rotorwelle unmittelbar verbunden sein, also ohne dass weitere Bauteile zwischen der äußeren Schaltelementwelle und Rotorwelle vorhanden sind. Die Verbindung der äußeren Schaltelementwelle mit der Rotorwelle erfolgt dann übersetzungsfrei. Damit weist die äußere Schaltelementwelle dieselbe Drehzahl auf wie die Rotorwelle. Alternativ dazu kann die Rotorwelle über das andere Übersetzungsgetriebe mit der Rotorwelle wirkverbunden sein. Darüber hinaus kann das Schaltelement eine innere Schaltelementwelle aufweisen, die mit der Eingangswelle drehfest verbunden ist. Dabei kann die innere Schaltelementwelle mit der Eingangswelle unmittelbar verbunden sein, also ohne dass weitere Bauteile zwischen der inneren Schaltelementwelle und der Eingangswelle vorhanden sind.
Bei einer alternativen Ausführung können die äußere Schaltelementwelle mit der Eingangswelle und die innere Schaltelementwelle mit der Getriebewelle, insbesondere unmittelbar, drehfest verbunden sein.
Das Schaltelement kann eine Kupplung sein. Dabei kann die äußere Schaltelementwelle mit den Außenlamellen der Kupplung drehfest verbunden sein und die innere Schaltelementwelle kann mit den Innenlamellen der Kupplung drehfest verbunden sein. Das drehfeste Verbinden der äußeren Schaltelementwelle mit den Außenlamellen erfolgt in radialer Richtung von einer Längsmittelachse des Getriebes aus gesehen weiter entfernt als das drehfeste Verbinden der inneren Schaltelementwelle mit den Innenlamellen.
Das Schaltelement kann durch eine Betätigungseinrichtung betätigt werden. Zur Betätigung des Schaltelements übt die Betätigungseinrichtung eine Axialkraft auf das Schaltelement aus. Die Betätigungseinrichtung kann ein Ausrücklager sein.
Das andere Übersetzungsgetriebe kann ein Planetenradsatz sein. Dabei kann die Rotorwelle mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes drehfest verbunden sein. Zudem kann der Steg des Planetenradsatzes, insbesondere unmittelbar, mit dem Schaltelement drehfest verbunden sein und die Sonne des Planetenradsatzes kann, insbesondere unmittelbar, mit der Stützachse oder mit einem anderen ortsfesten Getriebebauteil drehfest verbunden sein. Das an dem Steg anliegende Drehmoment wird auf die Getriebewelle übertragen. Die Sonne stützt das Drehmoment über die Stützachse an dem Lagerschild oder an dem Getriebebauteil ab.
Die äußere Schaltelementwelle kann mit dem Steg des Planetenradsatzes und der Getriebewelle drehfest verbunden sein und die innere Schaltelementwelle kann mit der Eingangswelle drehfest verbunden sein. In diesem Fall wird das an dem Steg anliegende Drehmoment über die äußere Schaltelementwelle auf die Getriebewelle übertragen.
Alternativ kann die äußere Schaltelementwelle mit der Eingangswelle drehfest verbunden sein und eine innere Schaltelementwelle kann mit dem Steg des Planetenradsatzes und der Getriebewelle drehfest verbunden sein. In diesem Fall wird das an dem Steg anliegende Drehmoment über die innere Schaltelementwelle auf die Getriebewelle übertragen. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass radial etwas mehr Bauraum zur Verfügung steht.
Das Getriebe weist wenigstens ein, insbesondere genau zwei, Axiallager auf, das die Getriebewelle in axialer Richtung, insbesondere unmittelbar, lagert und bei einer Betätigung des Schaltelements durch eine Betätigungseinrichtung eine durch die Betätigungseinrichtung ausgeübte Betätigungskraft abstützt. Insbesondere kann die von der Betätigungseinrichtung ausgeübte Kraft ausschließlich auf die Getriebewelle abgeführt und ausschließlich von dem wenigstens einen Axiallager abgestützt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Getriebe wenigstens ein, insbesondere genau zwei, weiteres Axiallager aufweisen, das die Stützachse in axialer Richtung, insbesondere unmittelbar, lagert und bei einer Betätigung des Schaltelements durch eine Betätigungseinrichtung eine durch die Betätigungseinrichtung ausgeübte Betätigungskraft abstützt. Insbesondere kann die von der Betätigungseinrichtung ausgeübte Betätigungskraft ausschließlich auf die Stützachse abgeführt und ausschließlich von dem weiteren Axiallager abgestützt werden. Darüber hinaus kann das Getriebe wenigstens ein, insbesondere genau zwei, zusätzliche Axiallager zum Lagern der Rotorwelle in axialer Richtung aufweisen.
Außerdem kann wenigstens ein, insbesondere genau zwei, andere Axiallager vorhanden sein, das die am anderen Übersetzungsgetriebe, insbesondere an dem Steg des Planetenradsatzes, anliegenden Axialkräfte in beiden axialen Richtungen an der Stützachse abstützt. Vorzugsweise können die Axialkräfte ausschließlich an der Stützachse abgestützt werden. In diesem Fall werden die Axialkräfte beispielsweise nicht an die Getriebewelle übertragen. Die Axialkräfte können sich aufgrund einer Schrägverzahnung der Komponenten des Planetenradsatzes ergeben. Bei einer ganz besonderen Ausführung sind zwei andere Axiallager vorhanden, die die axiale Position des Stegs festlegen. Dabei kann ein erstes anderes Axiallager unmittelbar an dem Steg und der Sonne anliegen. Ein zweites anderes Axiallager kann unmittelbar an dem Steg und der Rotorwelle anliegen.
Bei einer besonderen Ausführung kann das andere Übersetzungsgetriebe in axialer Richtung näher zu der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein als das Schaltelement. Dies bedeutet gleichzeitig, dass das andere Übersetzungsgetriebe von der Ausgangswelle weiter entfernt angeordnet ist als das Schaltelement.
Alternativ kann das Schaltelement in axialer Richtung zu der Verbrennungskraftmaschine näher angeordnet sein als das andere Übersetzungsgetriebe. Insbesondere kann das andere Übersetzungsgetriebe in axialer Richtung zwischen der Betätigungseinrichtung und dem Schaltelement angeordnet sein. Dabei kann sich die Betätigungseinrichtung, insbesondere ein Hebel der Betätigungseinrichtung, durch das andere Übersetzungsgetriebe hindurch erstrecken. Bei dieser Ausführung kann vorteilhafterweise auf das andere Axiallager, insbesondere die zwei anderen Axiallager, verzichtet werden, die die axiale Position des Stegs festlegen. Dies ist möglich, da die durch die Betätigungseinrichtung ausgeübte Betätigungskraft ausschließlich auf die Getriebewelle abgeführt und dort mittels des wenigstens einen Axiallagers abgestützt wird.
Bei einer ganz besonderen Ausführung kann die Rotorwelle mittels eines Rillenkugellagers, insbesondere unmittelbar, gelagert sein. Das Rillenkugellager bietet den Vorteil, dass neben der radialen Führung auch die axiale Führung übernommen wird, so dass das zusätzliche Axiallager oder die zwei zusätzlichen Axiallager eingespart werden kann. Die Lagerung der Rotorwelle kann neben dem Rillenkugellager durch ein weiteres Lager, insbesondere ein Gleitlager, erfolgen, das die Rotorwelle ausschließlich in radialer Richtung, insbesondere unmittelbar, lagert. Dabei kann das Rillenkugellager näher zu der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein als das weitere Lager. Alternativ ist es natürlich möglich die Rotorwelle in radialer Richtung durch zwei Gleitlager und in axialer Richtung durch wenigstens ein, insbesondere genau zwei, Axiallager, insbesondere unmittelbar, zu lagern.
Das Getriebe kann einen Drehzahlsensor aufweisen, der die Drehzahl der Rotorwelle erfasst. Bei einer Ausführung ohne anderes Übersetzungsgetriebe kann das Drehzahlsignal als direkte Messung der Getriebewellendrehzahl verwendet werden. Bei einer Ausführung, die das andere Übersetzungsgetriebe aufweist, kann die Drehzahl der Getriebewelle über das Übersetzungsverhältnis des anderen Übersetzungsgetriebes aus demselben Drehzahlsignal umgerechnet werden. Somit kann in vorteilhafterweise ein einziger Drehzahlsensor eingesetzt werden, unabhängig davon, ob die Rotorwelle mit dem anderen Übersetzungsgetriebe oder dem Schaltelement drehfest verbunden ist.
In dem Getriebe kann eine Schmierung von Getriebebauteilen erfolgen. So kann ein Fluid, das als Schmiermittel fungiert, von der Getriebewelle über einen Dichtring verlustarm in die Eingangswelle übertragen werden. Das Fluid kann in eine Gleitlagerschmierung der Eingangswelle, eine Rollenlagerschmierung des Rotorlagers sowie eine Axiallagerschmierung aufgeteilt werden. Des Weiteren kann das andere Übersetzungsgetriebe durch das Fluid geschmiert werden. Außerdem kann durch das Fluid eine Kühlung des Schaltelements und der Rotorwelle erfolgen. Insbesondere kühlt im Betrieb des Getriebes das radial nach außen geschleuderte Fluid die Rotorwelle von innen und läuft zurück in einen Fluidsumpf.
Eine Rotationsmittelachse der Rotorwelle und eine Rotationsmittelachse der Getriebewelle werden aufgrund der Herstellungstoleranzen der mit der Rotorwelle und der Getriebewelle gekoppelten Bauteile nie miteinander fluchten. Zudem entsteht durch die Kopplung der Rotorwelle und der Getriebewelle eine Überbestimmung. Die Überbestimmung kann vorteilhafterweise durch Entkoppelelemente einer Steckverzahnung abgeschwächt werden. Insbesondere dienen die Entkoppelelemente zur radialen Entkoppelung der mittels der Steckverzahnung miteinander verbundenen Bauteile. Dadurch können Schwingungen und Geräusche vermieden werden.
Vorzugsweise können bei der Ausführung ohne das andere Übersetzungsgetriebe die Rotorwelle mit der äußeren Schaltelementwelle und die Eingangswelle mit der inneren Schaltelementwelle jeweils mit einer Steckverzahnung miteinander drehfest verbunden sein. Bei einer Ausführung mit dem anderen Übersetzungsgetriebe können die Eingangswelle mit der inneren Schaltelementwelle, der Steg des Planetenradsatzes mit der äußeren Schaltelementwelle und die Sonne des Planetenradsatzes mit der Stützachse jeweils mit einer Steckverzahnung miteinander drehfest verbunden sein.
Bei einer Steckverzahnung handelt es sich um eine Welle-Nabe-Verbindung, wobei das Drehmoment durch Zahnflanken übertragen wird. Die Welle ist außenverzahnt, während die Nabe innenverzahnt ist. Steckverzahnungen zeichnen sich durch eine einfache Herstellung der Verbindung aus. Darüber hinaus können Welle und Nabe, insbesondere im unbelasteten Zustand, axial zueinander verschoben werden.
Von besonderem Vorteil ist ein Hybridantrieb, bei dem die elektrische Maschine an die Rotorwelle und die Verbrennungskraftmaschine an die Eingangswelle angekoppelt sind. Darüber hinaus ist ein Kraftfahrzeug vorteilhaft, das das erfindungsgemäße Getriebe oder den Hybridantrieb aufweist.
In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleichwirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle übersetzungsfrei mit dem Schaltelement in Wirkverbindung ist,
2 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle mittels des anderen Übersetzungsgetriebes mit dem Schaltelement in Wirkverbindung ist,
3 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle übersetzungsfrei mit dem Schaltelement in Wirkverbindung ist,
4 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle mittels des anderen Übersetzungsgetriebes mit dem Schaltelement in Wirkverbindung ist,
5 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle mittels des anderen Übersetzungsgetriebes mit dem Schaltelement in Wirkverbindung ist,
6 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle übersetzungsfrei mit dem Schaltelement in Wirkverbindung ist,
7 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle mittels des anderen Übersetzungsgetriebes mit dem Schaltelement in Wirkverbindung ist,
8 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem achten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle übersetzungsfrei mit dem Schaltelement in Wirkverbindung ist,
9 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle mittels des anderen Übersetzungsgetriebes mit dem Schaltelement in Wirkverbindung ist.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle übersetzungsfrei mit dem Schaltelement in Wirkverbindung ist. Das Getriebe weist eine elektrische Maschine EM auf, die mit einer Rotorwelle 1 drehfest verbunden ist. Zudem weist das Getriebe eine Getriebewelle 2 auf, die in Wirkverbindung mit einem mehrgängigen Übersetzungsgetriebe 3 steht. Das Übersetzungsgetriebe 3 steht in Wirkverbindung mit einer Ausgangswelle 4. Zudem weist das Getriebe eine mit einer Verbrennungskraftmaschine VM drehfest gekoppelte Eingangswelle 5 auf, die mittels eines Schaltelements 6 mit der Getriebewelle 2 drehfest verbindbar ist. Das Getriebe weist darüber hinaus eine Stützachse 8 auf, die die Eingangswelle 5 und die Rotorwelle 1 unmittelbar lagert. Die Rotorwelle 1 umschließt die Stützachse 8 zum Teil und die Eingangswelle 5 verläuft durch die Stützachse 8 hindurch.
Die Getriebewelle 2 ist in axialer Richtung durch ein erstes Axiallager 16 und ein zweites Axiallager 17 gelagert. Ein Übertragungselement 18 ist in axialer Richtung zwischen dem ersten Axiallager 16 und dem zweiten Axiallager 17 angeordnet und steht mit der Getriebewelle 2 und dem ersten Axiallager 16 und dem zweiten Axiallager 17 in Wirkverbindung. Insbesondere steht das Übertragungselement 18 mit der Getriebewelle 2, dem ersten Axiallager 16 und dem zweiten Axiallager 17 derart in Wirkverbindung, dass eine auf die Getriebewelle 2 wirkende Axialkraft über das Übertragungselement 18 auf das erste Axiallager 16 oder das zweite Axiallager 17 übertragen wird.
Die Rotorwelle 1, die Stützachse 8 und die Eingangswelle 5 sind koaxial zueinander angeordnet. Die Stützachse 8 lagert die Eingangswelle 5 in radialer Richtung unmittelbar durch zwei Gleitlager, also ohne dass weitere Bauteile als die zwei Gleitlager zwischen der Stützachse 8 und der Eingangswelle 5 angeordnet sind. Zudem lagert die Stützachse 8 die Rotorwelle 1 in radialer Richtung unmittelbar durch zwei andere Gleitlager, also ohne dass weitere Bauteile als die zwei anderen Gleitlager zwischen der Rotorwelle 1 und der Stützachse angeordnet sind. Die Lagerung der Rotorwelle 1 in axialer Richtung erfolgt durch ein erstes zusätzliches und ein zweites zusätzliches Axiallager 26, 27. Die Stützachse 8 ist mit dem Lagerschild 9 drehfest verbunden und somit ortsfest angeordnet. Das Lagerschild 9 ist mit einem Getriebegehäuse 10 drehfest verbunden. Die axiale Lagerung der Stützachse 8 erfolgt durch ein weiteres Axiallager 28. Die Eingangswelle 5 tritt an einem freien Ende der Stützachse 8 aus dieser heraus.
Die Eingangswelle 5 ist mit einer inneren Schaltelementwelle 12 des Schaltelements 6 drehfest verbunden. Eine äußere Schaltelementwelle 13 des Schaltelements 6 ist mit der Rotorwelle 1 und der Getriebewelle 2 drehfest verbunden. In allen Fällen kann die drehfeste Verbindung durch eine Steckverzahnung realisiert werden.
Eine Betätigungseinrichtung 14 dient zum Betätigen des Schaltelements 14. Insbesondere wird durch die Betätigungseinrichtung 14 eine Betätigungskraft in axialer Richtung auf das Schaltelement 6 ausgeübt. Die Betätigungseinrichtung ist in der Stützplatte 11 angeordnet. Die Betätigungseinrichtung 14 weist einen Hebel 33 auf, der sich durch die äußere Schaltelementwelle 13 hindurch erstreckt und bei Aktivierung der Betätigungseinrichtung 14 eine Betätigungskraft auf das Schaltelement 6 ausübt. Zudem weist die Betätigungseinrichtung 14 einen mit dem Hebel 33 gekoppelten Kolben 34 auf.
Die Stützplatte 11 ist mit einem Zwischengehäuse 31 drehfest verbunden, insbesondere verschraubt. Die äußere Schaltelement welle 13 kann mittels eines Lagers unmittelbar an der Stützplatte 11 abgestützt sein. Dabei weisen die Stützplatte und das Zwischengehäuse 31 wenigstens eine Fluidleitung zum Führen von beispielsweise Öl auf. Die jeweilige Fluidleitung kann derart angeordnet und ausgebildet sein, dass das Fluid bei einer Aktivierung der Betätigungseinrichtung 14 den Kolben 34 beaufschlagt. Aufgrund der Fluidbeaufschlagung wird sich der Kolben 34 in axialer Richtung bewegen, wodurch die Betätigungskraft auf das Schaltelement 6 ausgeübt wird. Das Zwischengehäuse 31 ist mit dem Getriebegehäuse 10 drehfest verbunden, insbesondere verschraubt.
Das Übertragungselement 18 ist auf der Getriebewelle 2 spielfrei angeordnet. Dabei liegt das Übertragungselement 18 an einer Seite an einer Schulter 19 der Getriebewelle 2 und an einer anderen Seite an der äußeren Schaltelementwelle 13 an. Zudem weist das Getriebe eine Nutmutter 20 auf, die auf der Getriebewelle 2 aufgeschraubt ist und eine Axialkraft auf die äußere Schaltelementwelle 13 ausübt, um das Übertragungselement 18 gegen die Schulter 20 zu drücken.
Ein Stator 15 der elektrischen Maschine EM ist derart in dem Getriebe angebracht, dass ein an dem Stator 15 anliegendes Drehmoment über das Lagerschild 9 und eine Passfederanordnung auf das Getriebegehäuse 10 übertragen wird.
Das Übersetzungsgetriebe weist mehrere Planetenradsätze und Schaltelemente auf, mittels denen unterschiedliche Gänge mit unterschiedlicher Übersetzung realisiert werden können.
Das Getriebe ist derart dimensioniert, dass ein ausreichend großer Bauraum 7 zur Verfügung gestellt wird, in ein in 2 gezeigtes anderes Übersetzungsgetriebe 32 angeordnet werden kann. Der Bauraum 7 wird im Wesentlichen durch das Getriebegehäuse 10, die Stützplatte 11 und das Lagerschild 9 begrenzt.
Bei einer Betätigung des Schaltelements 6 durch die Betätigungseinrichtung 14 wird die auf das Schaltelement 6 wirkende Betätigungskraft ausschließlich in die Getriebewelle 2 eingeleitet. Die in die Getriebewelle 2 eingeleitete Axialkraft wird ausschließlich durch das erste Axiallager 16 abgestützt. Das Getriebe weist zudem weitere Schaltelemente 29 mit zugeordneten weiteren Betätigungseinrichtungen 30 auf. Die weiteren Betätigungseinrichtungen 30 sind in dem Zwischengehäuse 31 angeordnet und gleich zu der Betätigungseinrichtung 14 ausgebildet.
Bei Ausübung einer Betätigungskraft durch wenigstens eine der beiden Betätigungseinrichtungen 30 auf das zugeordnete Schaltelement 29 wird eine Axialkraft ebenfalls ausschließlich auf die Getriebewelle 2 eingeleitet. Diese Axialkraft ist entgegengesetzt zu der durch die Betätigungseinrichtung eingeleiteten Axialkraft gerichtet und wird ausschließlich durch das zweite Axiallager 17 abgestützt.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle 1 mittels des anderen Übersetzungsgetriebes 32 mit dem Schaltelement 6 in Wirkverbindung ist. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen eingegangen.
Das andere Übersetzungsgetriebe 32 ist in dem Bauraum 7 angeordnet und als Planetenradsatz ausgebildet. Zudem ist das andere Übersetzungsgetriebe 32 in axialer Richtung näher zu dem Lagerschild und/oder der Verbrennungskraftmaschine VM angeordnet als das Schaltelement 6.
Dabei ist das Hohlrad des Planetenradsatzes mit der Rotorwelle 1 drehfest verbunden. Der Steg des Planetenradsatzes ist mit der äußeren Schaltelementwelle 13 drehfest verbunden. Das Sonnenrad des Planetenradsatzes ist mit der Stützachse 8 drehfest verbunden. Die axiale Position des Stegs wird durch ein erstes anderes Axiallager 22 und ein zweites anderes Axiallager 21 festgelegt. Beide Axiallager 22, 21 stützen eine Axialkraft auf die Stützachse 8 ab. Dabei ist das erste Axiallager 22 in unmittelbarem Kontakt mit dem Steg und der Sonne. Das zweite Axiallager 21 ist in unmittelbarem Kontakt mit dem Steg und der Rotorwelle 1.
Bei Betätigung des Schaltelements 6 durch die Betätigungseinrichtung 14 wird die auf das Schaltelement 6 wirkende Betätigungskraft ebenfalls ausschließlich in die Getriebewelle 2 eingeleitet und ausschließlich durch das erste Axiallager 16 abgestützt.
3 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle 1 übersetzungsfrei mit dem Schaltelement 6 in Wirkverbindung ist. Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in dem axialen Abstand zwischen dem Schaltelement 6 und dem Lagerschild 9.
So ist in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der axiale Abstand zwischen dem Lagerschild 9 und dem Schaltelement 6 kleiner als in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Dies ergibt sich, da ein Abschnitt der äußeren Schaltelementwelle 12, der unmittelbar in radialer Richtung oberhalb der Lamellen des Schaltelements 6 angeordnet ist, mit der Rotorwelle 1 drehfest verbunden. Im Ergebnis existiert im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eine Ebene, in der sowohl die Lamellen des Schaltelements als auch der Abschnitt der äußeren Schaltelementwelle 13, der mit der Rotorwelle 1 drehfest verbunden ist, angeordnet sind.
4 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle 1 mittels des anderen Übersetzungsgetriebes 32 mit dem Schaltelement 6 in Wirkverbindung ist. Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten zwei Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement 6 zu dem Lagerschild 9 und/oder zu der Verbrennungskraftmaschine VM in axialer Richtung näher angeordnet als das andere Übersetzungsgetriebe 32.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass sich der Hebel 33 der Betätigungseinrichtung 14 durch den Steg des Planetenradsatzes hindurch erstreckt. Dies ist notwendig, da andernfalls das Schaltelement 6 durch die Betätigungseinrichtung 14 nicht betätigt werden kann. Bei einer Betätigung des Schaltelements 6 durch die Schalteinrichtung wird die Betätigungskraft ausschließlich in die Getriebewelle 2 eingeleitet und ausschließlich durch das erste Axiallager 16 abgestützt. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass kein erstes und zweites Axiallager 21, 22 zum Festlegen der axialen Position des Stegs mehr vorhanden sind.
5 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle 1 mittels des anderen Übersetzungsgetriebes 32 mit dem Schaltelement 6 in Wirkverbindung ist. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel darin, dass der Steg des Planetenradsatzes mit der inneren Schaltelementwelle 12 drehfest verbunden ist. Die innere Schaltelementwelle 12 ist weiterhin mit der Getriebewelle 2 drehfest verbunden. Die äußere Schaltelementwelle 13 ist mit der Eingangswelle 5 drehfest verbunden.
Bei einer Betätigung des Schaltelements 6 wird die durch die Betätigungseinrichtung 14 ausgeübte Betätigungskraft ebenfalls ausschließlich auf die Getriebewelle 2 übertragen und ausschließlich mittels des ersten Axiallagers 16 abgestützt.
6 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle 1 übersetzungsfrei mit dem Schaltelement 6 in Wirkverbindung ist. Das in 6 dargestellte sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel darin, dass die Rotorwelle 1 mittels eines Rillenkugellagers 25 auf der Stützachse 8 in radialer Richtung und in beiden axialen Richtungen abgestützt ist.
Das Rillenkugellager 25 ist zu der Verbrennungskraftmaschine VM und/oder dem Lagerschild 9 näher angeordnet als ein Gleitlager, mittels dem die Rotorwelle 1 auf der Stützachse 8 in radialer Richtung abgestützt ist. Außerdem wird auf das erste und zweite zusätzliche Axiallager 26, 27 verzichtet.
7 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle 1 mittels des anderen Übersetzungsgetriebes 32 mit dem Schaltelement 6 in Wirkverbindung ist. Das in 7 dargestellte siebte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel darin, dass die Rotorwelle 1 mittels eines Rillenkugellagers 25 auf der Stützachse 8 in radialer Richtung und in beiden axialen Richtungen abgestützt ist. Neben dem Rillenkugellager 25 wird die Rotorwelle 1 auf der Stützachse 8 weiterhin durch ein Gleitlager in radialer Richtung gelagert.
Das Rillenkugellager 25 ist zu der Verbrennungskraftmaschine VM und/oder dem Lagerschild 9 näher angeordnet als das Gleitlager, mittels dem die Rotorwelle 1 auf der Stützachse 8 in radialer Richtung abgestützt ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass aufgrund des Rillenkugellagers 25 für das erste und zweite zusätzliche Axiallager 26, 27 keine Notwendigkeit mehr besteht.
8 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem achten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle 1 übersetzungsfrei mit dem Schaltelement 6 in Wirkverbindung ist. Das in 8 dargestellte achte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Rotorwelle 1 mittels eines Rillenkugellagers 25 auf der Stützachse 8 in radialer Richtung und in beiden axialen Richtungen abgestützt ist. Neben dem Rillenkugellager 25 wird die Rotorwelle 1 auf der Stützachse 8 weiterhin durch ein Gleitlager in radialer Richtung gelagert.
Das Rillenkugellager 25 ist zu der Verbrennungskraftmaschine VM und/oder dem Lagerschild 9 näher angeordnet als das Gleitlager, mittels dem die Rotorwelle 1 auf der Stützachse 8 in radialer Richtung abgestützt ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass aufgrund des Rillenkugellagers 25 für das erste und zweite zusätzliche Axiallager 26, 27 keine Notwendigkeit mehr besteht.
9 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Getriebes gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rotorwelle 1 mittels des anderen Übersetzungsgetriebes 32 mit dem Schaltelement 6 in Wirkverbindung ist. Das in 9 dargestellte neunte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel darin, dass die Rotorwelle 1 mittels eines Rillenkugellagers 25 auf der Stützachse 8 abgestützt ist. Die Abstützung durch das Rillenkugellager 25 erfolgt sowohl in radialer Richtung als auch in beiden axialen Richtungen. Neben dem Rillenkugellager 25 wird die Rotorwelle 1 auf der Stützachse 8 weiterhin durch ein Gleitlager in radialer Richtung gelagert. Das Rillenkugellager 25 ist zu der Verbrennungskraftmaschine näher angeordnet als das Gleitlager, mittels dem die Rotorwelle 1 auf der Stützachse 8 in radialer Richtung abgestützt ist.
Bezugszeichenliste

1: Rotorwelle
2: Getriebewelle
3: Übersetzungsgetriebe
4: Ausgangswelle
5: Eingangswelle
6: Schaltelement
7: Bauraum
8: Stützachse
9: Lagerschild
10: Getriebegehäuse
11: Stützplatte
12: innere Schaltelementwelle
13: äußere Schaltelementwelle
14: Betätigungseinrichtung
15: Stator
16: erstes Axiallager
17: zweites Axiallager
18: Übertragungselement
19: Schulter
20: Nutmutter
21: zweites anderes Axiallager
22: erstes anderes Axiallager
25: Rillenkugellager
26: erstes zusätzliches Axiallager
27: zweites zusätzliches Axiallager
28: weiteres Axiallager
29: weiteres Schaltelement
30: weitere Betätigungseinrichtung
31: Zwischengehäuse
32: anderes Übersetzungsgetriebe
33: Hebel
34: Kolben
EM: elektrische Maschine
VM: Verbrennungskraftmaschine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014202621 A1 [0004]

Claims

Getriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einer mit dem Rotor einer elektrischen Maschine (EM) drehfest verbundenen Rotorwelle (1), einer Getriebewelle (2), einem mit der Getriebewelle (2) in Wirkverbindung stehenden mehrgängigen Übersetzungsgetriebe (3), einer Ausgangswelle (4), die mittels des Übersetzungsgetriebes (3) mit der Getriebewelle (2) in Wirkverbindung steht, und einer als Schnittstelle zu einer getriebe-externen Verbrennungskraftmaschine (VM) wirkenden Eingangswelle (5), die mittels eines Schaltelements (6) des Getriebes mit der Getriebewelle (2) drehfest verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe eine ortsfeste Stützachse (8) aufweist, die die Rotorwelle (1) lagert, wobei die Rotorwelle (1) die Stützachse (8) wenigstens teilweise umschließt und die Eingangswelle (5) durch die Stützachse (8) hindurch verläuft.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützachse (8) mit einem Lagerschild (9) des Getriebes drehfest verbunden ist und/oder die Eingangswelle (5) lagert.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) entweder mittels eines anderen Übersetzungsgetriebes (32) ober übersetzungsfrei mit dem Schaltelement (6) in Wirkverbindung bringbar ist.
Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Schaltelement (6) eine äußere Schaltelementwelle (13) aufweist, die einerseits mit der Getriebewelle (2) verbunden ist und andererseits über das andere Übersetzungsgetriebe (32) oder übersetzungsfrei mit der Rotorwelle (1) wirkverbunden ist, und dass b. das Schaltelement (6) eine innere Schaltelementwelle (12) aufweist, die mit der Eingangswelle (5) drehfest verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) mittels des anderen Übersetzungsgetriebes (32) mit dem Schaltelement (6) in Wirkverbindung bringbar ist, wobei das andere Übersetzungsgetriebe (32) ein Planetenradsatz ist.
Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) mit einem Hohlrad des Planetenradsatzes drehfest verbunden ist und ein Steg des Planetenradsatzes mit dem Schaltelement (6) drehfest verbunden ist und eine Sonne des Planetenradsatzes entweder mit der Stützachse (8) oder mit einem anderen ortsfesten Getriebebauteil drehfest verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Schaltelement (6) eine äußere Schaltelementwelle (13), die mit dem Steg des Planetenradsatzes und der Getriebewelle (2) drehfest verbunden ist, und eine innere Schaltelementwelle (12) aufweist, die mit der Eingangswelle (5) drehfest verbunden ist, oder dass b. das Schaltelement (6) eine äußere Schaltelementwelle (13), die mit der Eingangswelle (5) drehfest verbunden ist, und eine innere Schaltelementwelle (12) aufweist, die mit dem Steg des Planetenradsatzes und der Getriebewelle (2) drehfest verbunden ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass a. das andere Übersetzungsgetriebe (32) in axialer Richtung zu der Verbrennungskraftmaschine (VM) näher angeordnet ist als das Schaltelement (6) oder dass b. das Schaltelement (6) in axialer Richtung zu der Verbrennungskraftmaschine (VM) näher angeordnet ist als das andere Übersetzungsgetriebe (32).
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass a. wenigstens ein Axiallager die Getriebewelle (2) in axialer Richtung lagert und eine durch eine Betätigungseinrichtung (14) zum Betätigen des Schaltelements (8) ausgeübte Betätigungskraft abstützt und/oder dass b. wenigstens ein weiteres Axiallager die Stützachse (8) in axialer Richtung lagert und eine durch eine Betätigungseinrichtung (14) zum Betätigen des Schaltelements (8) ausgeübte Betätigungskraft abstützt.
Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Betätigungseinrichtung (14) durch das andere Übersetzungsgetriebe (32) hindurch erstreckt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) mittels eines Rillenkugellagers (25) gelagert ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Übertragungsgetriebe (32) mittels wenigstens eines anderen Axiallagers in axialer Richtung an der Stützachse (8) abgestützt ist.
Hybridantrieb mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und einer Verbrennungskraftmaschine (VM), dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (5) an die Verbrennungskraftmaschine (VM) angekoppelt ist.
Kraftfahrzeug mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder einem Hybridantrieb nach Anspruch 13.