-
Die Erfindung betrifft ein Umlaufräderdifferential zum Verzweigen eines Eingangsdrehmoments auf zwei Ausgangswellen mit gleichzeitiger Übersetzung des Eingangsdrehmoments, einen Antriebsstrang mit einem solchen Umlaufräderdifferential, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
-
Aus dem Stand der Technik sind Umlaufräderdifferentiale bekannt, welche bevorzugt für elektrische Antriebsstränge für ein Kraftfahrzeug eingesetzt werden. In einer häufigen Konfiguration ist eine elektrische Antriebsmaschine koaxial zu zwei Ausgangswellen angeordnet, wobei die Antriebswelle der Antriebsmaschine als Hohlwelle ausgeführt ist und die (erste) Ausgangswelle durch die Antriebswelle hindurchgeführt ist. Eine solche Konfiguration ist beispielsweise aus der
US 5,845,732 A bekannt. Dabei bildet bei einer ersten Getriebestufe, ausgeführt als Planetengetriebe, ein erstes Sonnenrad den Drehmomentanschluss mit der Antriebswelle, ein erster Planetenträger mit auf dem Sonnenrad ablaufenden ersten Planetenrädern den Drehmomentanschluss an die erste Ausgangswelle, und ein erstes Hohlrad, welches auf den ersten Planetenrädern abläuft, bildet über ein zweites Sonnenrad den Drehmomenteingang einer zweiten Getriebestufe. Die zweite Getriebestufe umfasst ein Stationärhohlrad, welches also rotatorisch fixiert ist. Zwischen dem zweiten Sonnenrad der zweiten Getriebestufe und dem Stationärhohlrad läuft ein zweiter Planetenträger, welcher als Doppelplanetenträger ausgeführt ist. Der Doppelplanetenträger weist Außenplanetenräder auf, welche auf dem Stationärhohlrad ablaufen, und Innenplanetenräder welche zwischen den Außenplanetenrädern und dem zweiten Sonnenrad ablaufen. Der Doppelplanetenträger bildet den Drehmomentanschluss an die zweite Ausgangswelle. Die erste Ausgangswelle ist koaxial durch die Antriebswelle geführt.
-
Eine andere Konfiguration eines Umlaufräderdifferentials ist in der
DE 10 2011 102 749 A1 gezeigt, wobei die erste Getriebestufe mit der oben beschriebenen identisch ist. Die zweite Getriebestufe ist derart gebildet, dass das erste Hohlrad und ein zweites Hohlrad miteinander verbunden sind. Dies wird auch als Überdeckungsgetriebe bezeichnet. In der zweiten Getriebestufe ist lediglich ein (zweiter) Planetensatz und kein Sonnenrad vorgesehen. Die (zweiten) Planetenräder des zweiten Planetensatzes sind zu jeweils einem dritten Planetenrad rotatorisch fixiert. Zudem sind die zweiten Planetenräder und dritten Planetenräder auf einem rotatorisch fixierten Planetenträger gehalten. Die vierten Planetenträger laufen auf einem zweiten Sonnenrad ab, welches den Drehmomentanschluss an die zweite Ausgangswelle bildet.
-
-
Es wird angestrebt, einen möglichst einfachen Aufbau mit großem Wirkungsgrad und hoher Drehmomentübersetzung, also Drehzahluntersetzung, von der Antriebsmaschine auf die beiden Verbraucher zu erreichen, um dadurch einen effizienten elektrischen Antrieb mit relativ geringem Drehmoment und hoher Drehzahl, ganz besonders für Kraftfahrzeuge, einsetzen zu können.
-
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
-
Die Erfindung betrifft ein Umlaufräderdifferential zum Verzweigen eines Eingangsdrehmoments auf zwei Ausgangswellen mit gleichzeitiger Übersetzung des Eingangsdrehmoments, umfassend die folgenden Getriebestufen:
- - ein Eingangsgetriebe mit einem ersten Sonnenrad, einem ersten Planetenträger und einem ersten Hohlrad, wobei das erste Sonnenrad zum Aufnehmen eines Eingangsdrehmoments, der erste Planetenträger zum Abzweigen des Eingangsdrehmoments hin zu einer ersten Ausgangswelle und das erste Hohlrad zum Abzweigen des Eingangsdrehmoments hin zu einer zweiten Ausgangswelle eingerichtet sind;
- - verbunden mit der ersten Ausgangswelle ein erstes Ausgangsgetriebe mit einem zweiten Sonnenrad, einem zweiten Planetenträger und einem zweiten Hohlrad, wobei das zweite Sonnenrad mit dem ersten Planetenträger, der zweite Planetenträger mit der ersten Ausgangswelle und das zweite Hohlrad mit dem ersten Hohlrad verbunden ist;
- - verbunden mit der zweiten Ausgangswelle ein zweites Ausgangsgetriebe, wobei das erste und zweite Hohlrad den Drehmomenteingang für das zweite Ausgangsgetriebe bilden und das zweite Ausgangsgetriebe ein Stationärhohlrad umfasst.
-
Es wird im Folgenden auf die Getriebeachse Bezug genommen, welche das Rotationszentrum für die Getriebestufen bildet, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. Hierin verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wider.
-
Das hier vorgeschlagene Umlaufräderdifferential ermöglicht ein hohes Übersetzungsverhältnis. Beispielsweise ist eine Drehzahluntersetzung von 1:30 von der Eingangswelle zu den Ausgangswellen erreichbar, wenn an beiden Ausgangswellen eine gleiche Drehzahl abgenommen wird. Dabei werden hier nur wenige Wälzpaarungen, also beispielsweise miteinander kämmende Zahnräder, benötigt. Dadurch ist der Wirkungsgrad sehr hoch. Wird im Folgenden nicht explizit zwischen Übersetzung und Untersetzung differenziert, so umfasst der Begriff Übersetzung auch die Untersetzung.
-
Die Beschreibung die Begriffe Eingang und Ausgang sind auf eine Drehmomentaufnahme ausgehend von einer einzigen Eingangswelle, welche bevorzugt mit einer elektrischen Antriebsmaschine verbunden ist, und einer Drehmomentabgabe an die zwei Verbraucher der Ausgangswellen zu lesen. Damit ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass ein Drehmomenteintrag von den Ausgangswellen auf die Eingangswelle durchgeführt wird, beispielsweise beim Entschleunigen zur Rekuperation der Trägheitsenergie eines angetriebenen Kraftfahrzeugs.
-
Wird im Folgenden von davon gesprochen, dass zwei Elemente miteinander verbunden sind, so ist damit eine drehzahlgleiche drehmomentsteife Übertragung gemeint. Beispielsweise sind diese Elemente miteinander mittels einer Steckverzahnung, Verschraubung und/oder Verschweißung miteinander verbunden.
-
Ein jeweiliger Planetensatz umfasst einen einzigen Planetenträger und zumindest ein Planetenrad, bevorzugt eine Mehrzahl von Planetenrädern, beispielsweise drei oder vier, welche auf einem Planetenträger um eine jeweilige (Planeten-) Radachse rotierbar sind. Der Planetenträger ist, sofern er nicht selbst fixiert ist, um die Getriebeachse rotierbar.
-
Die Räder, also Sonnenrad, Planetenrad und Hohlrad sind bevorzugt als Zahnräder ausgeführt, besonders bevorzugt mit einer Schrägverzahnung und/oder Evolventenverzahnung.
-
Aus dem Begriff Umlaufräderdifferential ergibt sich für die meisten Anwendungen, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, implizit, dass die Ausgangswellen, sofern keine weitere Übersetzungsstufe nachgeschaltet ist, bei gleicher Drehmomentaufnahme und/oder gleicher Drehzahlaufnahme in einem identischen Übersetzungsverhältnis zu der Eingangswelle stehen. Wird aber hier beispielsweise die zweite Ausgangswelle (von außerhalb) festgehalten, so steht das erste und zweite Hohlrad, und die erste Ausgangswelle ist mit einem Überdeckungsgetriebe mit stehenden Hohlrädern angetrieben. Steht aber die erste Ausgangswelle, so steht nur der zweite Planetenträger, aber das erste und zweite Hohlrad rotieren. Somit wird eine Rotation der zweiten Sonne der zweiten Getriebestufe (dem ersten Ausgangsgetriebe) und damit ein Umlaufen des ersten Planetenträgers an dem Eingangsgetriebe (der ersten Getriebestufe) erzwungen.
-
Weiterhin ist das Umlaufräderdifferential, sofern keine weitere Übersetzungsstufe nachgeschaltet ist, derart eingerichtet, dass die Drehzahl der ersten Ausgangswelle bei stehender zweiter Ausgangswelle identisch ist mit der Drehzahl der zweiten Ausgangswelle bei stehender erster Ausgangswelle, wenn die Drehzahl an der Eingangswelle (dem ersten Sonnenrad) in beiden Fällen identisch ist. Das jeweilige Übersetzungsverhältnis ist also identisch.
-
Vorteilhaft bei der hier vorgeschlagenen Ausführungsform ist weiterhin, dass im Drehmomentfluss eine sehr frühzeitige Drehmomentaufzweigung erreicht ist, welche bereits in dem Eingangsgetriebe stattfindet. Damit liegt an den nachfolgenden Getriebestufen bei voller Leistungsabnahme an beiden Ausgangswellen jeweils nur die halbe Arbeit und damit ein geringes Drehmoment an. Lediglich am zweiten Hohlrad, welches als Element zur Drehmomentübertragung hin zu dem zweiten Ausgangsgetriebe und zugleich als Gegenlager für das erste Ausgangsgetriebe dient, tritt eine hohe Arbeitslast an. Für das Überdeckungshohlrad aus erstem und zweiten Hohlrad liegen aber im Vergleich zu den Zentral angeordneten Rädern wenig Beschränkungen hinsichtlich des Bauraums vor. Daher ist zumindest das zweite Hohlrad einfach durch entsprechende Baugröße für relativ hohe Lasten dimensionierbar.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Umlaufräderdifferentials umfasst das zweite Ausgangsgetriebe:
- - ein erstes Teilstufengetriebe mit einem dritten Planetensatz und mit einem dritten Hohlrad, wobei das dritte Hohlrad mit dem ersten und zweiten Hohlrad verbunden ist und wobei der dritte Planetensatz ein drittes Planetenrad umfasst; und
- - ein zweites Teilstufengetriebe, umfassend das Stationärhohlrad und einen vierten Planetensatz, umfassend ein viertes Planetenrad,
wobei das vierte Planetenrad kleiner als das dritte Planetenrad ist, und
wobei das vierte Planetenrad und das dritte Planetenrad auf einem gemeinsamen dritten Planetenträger rotierbar gehalten sind und das vierte Planetenrad mit dem dritten Planetenrad verbunden ist, und
wobei der dritte Planetenträger mit der zweiten Ausgangswelle verbunden ist.
-
Bei dieser Ausführungsform umfasst das zweite Ausgangsgetriebe mit zwei als Planetengetriebe ausgeführte Teilstufengetriebe. Bevorzugt umfassen beide oder eines der beiden Teilstufengetriebe kein Sonnenrad, welches ansonsten lastfrei mitläuft, wodurch der Wirkungsgrad steigerbar ist. Das erste Teilstufengetriebe weist ein drittes Hohlrad auf, welches den Eingang des zweiten Ausgangsgetriebes bildet. Auf dem dritten Hohlrad läuft bei Rotation des ersten Hohlrads, mit welchem das dritte Hohlrad verbunden ist, ein dritter Planetensatz ab. Das dritte Planetenrad ist mit einem vierten Planetenrad verbunden, sodass das dritte Planetenrad und das vierte Planetenrad mit der gleichen Drehzahl rotieren. Das dritte Planetenrad ist größer als das vierte Planetenrad, sodass also die Umfangsgeschwindigkeit des vierten Planetenrads geringer ist als die Umfangsgeschwindigkeit des dritten Planetenrads.
-
Das dritte Planetenrad und das vierte Planetenrad sind an einem dritten Planetenträger um ihre gemeinsame (dritte) Radachse rotierbar gelagert und das vierte Planetenrad rollt auf einem Stationärhohlrad ab. Rotiert also das dritte Planetenrad, so ist über das Stationärhohlrad dem dritten Planetenträger eine Umlaufdrehzahl um die Getriebeachse aufgezwungen. Der dritte Planetenträger ist mit der zweiten Ausgangswelle verbunden und liefert damit die (zweite) Ausgangsdrehzahl und das (zweite) Ausgangsdrehmoment. Steht hingegen die zweite Ausgangswelle, so steht das vierte Planetenrad und damit das dritte Planetenrad. Damit wiederum steht das dritte Hohlrad, welches mit dem ersten und zweiten Hohlrad verbunden ist. Damit ist dann bei dem Eingangsgetriebe das erste Hohlrad rotatorisch fixiert. Der zweite Planetenträger des ersten Ausgangsgetriebes (zweite Getriebestufe) ist mit der ersten Ausgangswelle verbunden und liefert damit die (erste) Ausgangsdrehzahl und das (erste) Ausgangsdrehmoment.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Umlaufräderdifferentials umfasst das zweite Ausgangsgetriebe das Stationärhohlrad, einen Doppelplanetenträger und ein Ausgangssonnenrad, wobei das Ausgangssonnenrad mit der zweiten Ausgangswelle verbunden ist,
wobei der Doppelplanetenträger mit dem ersten und zweiten Hohlrad verbunden ist, und
wobei der Doppelplanetenträger ein Außenkreisplanetenrad und ein Innenkreisplanetenrad aufweist, welche zweistufig angeordnet sind, sodass bei rotierender zweiter Ausgangswelle das Außenkreisplanetenrad auf dem Stationärhohlrad abläuft und das Innenkreisplanetenrad auf dem Ausgangssonnenrad abläuft.
-
Bei dieser alternativen Ausführungsform zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform des zweiten Ausgangsgetriebes ist wiederum das Stationärhohlrad beim zweiten Ausgangsgetriebe vorgesehen. Auch sind das Eingangsgetriebe (erste Getriebestufe) und das erste Ausgangsgetriebe (zweite Getriebestufe) identisch. Zum Beispiel ist also auch hier der zweite Planetenträger des ersten Ausgangsgetriebes (zweite Getriebestufe) mit der ersten Ausgangswelle verbunden und liefert damit die (erste) Ausgangsdrehzahl und das (erste) Ausgangsdrehmoment.
-
Hier ist nun aber im Unterschied zu der vorhergehenden Ausführungsform ein Doppelplanetenträger mit dem ersten und dem zweiten Hohlrad verbunden und bildet den Drehmomenteingang für das zweite Ausgangsgetriebe.
-
Zentral des zweiten Ausgangsgetriebes dieser alternativen Ausführungsform ist ein Ausgangssonnenrad vorgesehen, welches mit der zweiten Ausgangswelle verbunden ist. Der Doppelplanetenträger weist ein Außenkreisplanetenrad auf, welches bei an dem ersten und zweiten Hohlrad anliegender Drehzahl auf dem Stationärhohlrad auf einem Außenkreis um seine Außenkreisradachse rotierend mit eben dieser Drehzahl um die Getriebeachse abläuft. Damit zwingt das Außenkreisplanetenrad dem Innenkreisplanetenrad, welches ja ebenfalls mit der Drehzahl des ersten und zweiten Hohlrads um die Getriebeachse rotiert, eine Drehzahl um seine Innenkreisradachse auf. Dieses Innenkreisplanetenrad überträgt diese überlagerten Drehzahlen um die Getriebeachse und um die Innenkreisradachse auf das Ausgangssonnenrad.
-
Steht nun die zweite Ausgangswelle, so steht das Ausgangssonnenrad. Sowohl das Innenkreisplanetenrad als auch das Außenkreisplanetenrad können dann nicht rotieren, weil sie zwischen dem (stehenden) Stationärhohlrad und dem Ausgangssonnenrad fixiert sind. Damit sind wiederum das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad fixiert, sodass sich am Eingangsgetriebe und am ersten Ausgangsgetriebe bei stehender zweiter Ausgangswelle die gleiche Situation ergibt wie bei der zuvor genannten Ausführungsform.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass bei der Beschreibung eines einzelnen Planetenrads dies für die weiteren Planetenräder in gleicher Weise gilt und dass ein Außenkreisplanetenrad mit jeweils einem Innenkreisplanetenrad paarweise zur Drehmomentübertragung verbunden sind. Aufgrund des unterschiedlich langen Umfangsweges und, bei gleichem Raddurchmesser beziehungsweise gleicher Zähnezahl, die Drehzahl des auf dem Stationärhohlrad ablaufenden Außenkreisplanetenrads identisch mit der Drehzahl des Innenkreisplanetenrads, jedoch mit umgekehrter Drehrichtung. Somit wird die Drehzahl, mit gleicher Drehrichtung wie das erste und zweite Hohlrad, des Ausgangssonnenrads in der Überlagerung aus der entgegengerichteten Drehzahl des Innenkreisplanetenrads und aus der verringerten Umlaufgeschwindigkeit verringert. Es findet also eine Drehzahluntersetzung und Drehmomentübersetzung statt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang, umfassend zumindest:
- - eine elektrische Antriebsmaschine mit einer Antriebswelle;
- - einen ersten Verbraucher;
- - einen zweiten Verbraucher; und
- - ein Umlaufräderdifferential nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung,
wobei die Antriebswelle der Antriebsmaschine mittels des ersten Sonnenrads, der erste Verbraucher mittels der ersten Ausgangswelle und der zweite Verbraucher mittels der zweiten Ausgangswelle drehmomentübertragend miteinander verbunden sind.
-
Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine über ihre Antriebswelle, bevorzugt als Hohlwelle ausgeführt, einen ersten Verbraucher und einem zweiten Verbraucher bei gleicher Drehmomentabnahme gleichmäßig, also durch zwei geteilt, abzugeben. Hierzu ist ein Umlaufräderdifferential nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung besonders vorteilhaft, weil hier eine hohe Drehmomentübersetzung beziehungsweise Drehzahluntersetzung erreichbar ist und zugleich die Anzahl der miteinander wälzenden Räder gering ist. Zudem ist direkt in der ersten Getriebestufe die Drehmomentverzweigung erreicht, sodass die Drehmomentlasten auf die einzelnen Getriebestufen im Drehmomentfluss frühzeitig verringert wird. Allein das zweite Hohlrad, und zumindest in einigen Betriebssituationen (stehende Ausgangswellen) auch das Stationärhohlrad, nehmen das volle Drehmoment auf. Allerdings steht diesen Elementen relativ großer Bauraum zur Verfügung, sodass sie für die Aufnahme eines überhöhten Drehmoments mittels entsprechender Dimensionierung ausreichend steif ausgeführt werden können.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Antriebsstrang nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, ein linkes Antriebsrad und ein rechtes Antriebsrad,
wobei die beiden Antriebsräder jeweils den ersten Verbraucher und den zweiten Verbraucher bilden, sodass das Kraftfahrzeug mittels der Antriebsmaschine bewegbar ist.
-
Das hier vorgeschlagene Kraftfahrzeug umfasst einen solchen Antriebsstrang oder auch zwei oder mehr solcher Antriebsstränge, wobei in einer besonders einfachen Ausführungsform der Antriebsstrang auf der ungelenkten Hinterachse angeordnet ist. Es ist mit einem solchen Antriebsstrang aber auch eine gelenkte Achse antreibbar.
-
Bevorzugt wird mit einem Antriebsstrang ein einziges linkes Antriebsrad und ein einziges rechtes Antriebsrad mit dem Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine versorgt. Es ist aber auch möglich, ein weiteres Getriebe zwischenzuschalten und zwei oder mehr linke beziehungsweise rechte Antriebsräder mit dem Antriebsstrang anzutreiben.
-
Bevorzugt ist der hier vorgeschlagene Antriebsstrang quer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs ausgerichtet und die Ausgangswellen sind direkt mit dem jeweiligen Antriebsrad verbunden. Alternativ ist der hier vorgeschlagene Antriebsstrang längs zur Längsachse des Kraftfahrzeugs ausgerichtet und die Anbindung an das jeweilige Antriebsrad ist noch einmal umgelenkt.
-
Mittels des hier vorgeschlagenen Antriebsstrangs mit dem sehr effizienten Umlaufräderdifferential ist eine effiziente Umwandlung elektrischer Energie in eine Rotation erzielbar. Das mittels einer elektrischen Antriebsmaschine abgebbare Maximalrotordrehmoment ist gering und die Maximalrotordrehzahl ist hoch, sodass zudem die maximale Bordspannung zur Versorgung der elektrischen Antriebsmaschine zum Bereitstellen eines hohen Drehmoments an den Antriebsrädern sehr gering ausfällt.
-
Die relativ geringe Anzahl an Getriebestufen des hier vorgeschlagenen Umlaufräderdifferential erlaubt einen Aufbau mit sowohl axial als auch radial geringer Baugröße. Es ist somit nicht nur folgend aus dem geringen Maximalrotordrehmoment eine elektrische Antriebsmaschine mit geringer Baugröße, sondern auch ein Umlaufräderdifferential mit geringer Baugröße einsetzbar. Dadurch ist der Antriebsstrang insbesondere für Kleinwagen geeignet, wobei zugleich die ständig steigende Leistungsanforderung erfüllbar ist. Derzeit ist eine Hauptnutzung eines solchen Antriebsstrang in einem Personenkraftwagen oder Kleintransporter, bevorzugt für den Kurzstreckenverkehr, beispielsweise innerstädtischen Verkehr, genutzt.
-
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio. Bekannte voll elektrisch fahrende beziehungsweise Voll-Hybride mit leistungsstarkem elektrischem Antrieb sind in der Kleinwagenklasse der BMW i3, der Audi A3 e-tron oder der Toyota Yaris Hybrid.
-
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: ein Schaltschema eines Umlaufräderdifferentials mit einem zweiten Ausgangsgetriebe mit zwei Teilstufengetrieben;
- 2: ein Schaltschema eines Umlaufräderdifferentials mit einem zweiten Ausgangsgetriebe mit Doppelplanetenträger; und
- 3: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit Umlaufräderdifferential.
-
In 1 ist ein Schaltschema eines Umlaufräderdifferentials 1 gezeigt, wobei eine Eingangswelle 40, eine erste Ausgangswelle 11 und eine zweite Ausgangswelle 12 um eine gemeinsame Getriebeachse 39 rotierbar sind. Aus dem Schaltschema ist keine Aussage über die Anzahl der Planetenräder zu entnehmen. Die hier dargestellten Planetenräder 22 bis 25 stehen repräsentativ für jeweils ein einziges Planetenrad oder eine Mehrzahl von Planetenrädern, die auf einem (gemeinsamen) Planetenkreis, bevorzugt auf einem zwischen den Getriebestufen identischen Planetenkreisen, um die Getriebeachse 39 rotierender sind.
-
Die Eingangswelle 40 ist mit einem ersten Sonnenrad 3 verbunden, welches sein Drehmoment auf ein erstes Planetenrad 22 eines ersten Planetensatzes 18 überträgt. Das erste Planetenrad 22 wiederum überträgt seine Drehbewegung auf ein erstes Hohlrad 8. Damit ist das Eingangsgetriebe als erste Getriebestufe 2 gebildet. Über einen ersten Planetenträger 5 des ersten Planetensatzes 18 wird hier die Drehbewegung des ersten Planetenträgers 5 um die Getriebeachse 39 auf ein zweites Sonnenrad 4 übertragen. Das zweite Sonnenrad 4 wiederum überträgt seine Drehbewegung auf ein zweites Planetenrad 23 eines zweiten Planetensatzes 19. Das zweite Planetenrad 23 überträgt seine Bewegung auf ein zweites Hohlrad 9, sodass hier das erste Ausgangsgetriebe 13 als zweite (zu dem dritten Ausgangsgetriebe 14 parallele) Getriebestufe gebildet ist. Das erste Hohlrad 8 und das zweite Hohlrad 9 sind miteinander verbunden. Die erste Ausgangswelle 11 ist mit dem zweiten Planetenträger 6 des zweiten Planetensatzes 19 verbunden, sodass also der zweite Planetenträger 6 den ersten Drehmomentausgang bildet.
-
Bei dieser Ausführungsform ist nun das zweite Ausgangsgetriebe 14 für die zweite Ausgangswelle 12 mit einem ersten Teilstufengetriebe 16 und einem zweiten Teilstufengetriebe 17 ausgeführt. Das erste Teilstufengetriebe 16 umfasst ein drittes Hohlrad 10, welches mit dem erste Hohlrad 8 und dem zweiten Hohlrad 9 (als Überdeckungsrad) verbunden ist. Das dritte Hohlrad 10 bildet somit für das zweite Ausgangsgetriebe den Drehmomenteingang. Das dritte Hohlrad 10 überträgt seine Drehbewegung auf ein drittes Planetenrad 24 eines dritten Planetensatzes 20. Das dritte Planetenrad 24 ist mit einem vierten Planetenrad 25 verbunden und auf einem gemeinsamen dritten Planetenträger 7 um eine gemeinsame Radachse 41 rotierbar. Der dritte Planetenträger 7 bildet mit dem vierten Planetenrad 25 einen vierten Planetensatz 21. Das dritte Planetenrad 24 ist hierbei größer als das vierte Planetenrad 25, sodass hier eine Drehzahluntersetzung stattfindet. Das vierte Planetenrad 25 läuft auf dem Stationärhohlrad 15 des zweiten Teilstufengetriebes 17 ab und der dritte Planetenträger 7 ist mit der Ausgangswelle 12 verbunden und bildet somit den zweiten Drehmomentausgang.
-
In 2 ist ein Schaltschema einer zweiten Ausführungsform eines Umlaufräderdifferentials 1 gezeigt, bei welchem das Eingangsgetriebe 2 und das erste Ausgangsgetriebe 13 identisch wie in 1 gebildet ist und es wird insofern auf die Beschreibung zu 1 verwiesen.
-
Das zweite Ausgangsgetriebe 14 für die zweite Ausgangswelle 12 ist hier mit einem Doppelplanetenträger 26 ausgeführt, welcher mit dem ersten Hohlrad 8 und dem zweiten Hohlrad 9, welcher ein Überdeckungsrad für das Eingangsgetriebe 2 und das erste Ausgangsgetriebe 13 bildet, verbunden ist. Auf einem Außenkreis des Doppelplanetenträgers 26 ist ein Außenkreisplanetenrad 28 angeordnet, welches auf dem Stationärhohlrad 15 abläuft und auf dem Innenkreis des Doppelplanetenträgers 26 ist ein Innenkreisplanetenrad 29 vorgesehen, welches von dem Doppelplanetenträger 26 mitgenommen und somit um die Getriebeachse 39 stets mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und gleicher Drehrichtung wie das Außenkreisplanetenrad 28 in Umfangsrichtung auf seinem Innenkreis läuft. Um seine Innenkreisradachse 43 rotiert das Innenkreisplanetenrad 29 aber in umgekehrter Drehrichtung zum Außenkreisplanetenrad 28, wenn das Außenkreisplanetenrad 28 um seine Außenkreisradachse rotiert. Rotiert nun das Innenkreisplanetenrad 29, und bewegt sich somit der Doppelplanetenträger 26, so wird diese überlagerte Drehbewegung des Innenkreisrads 29 auf das Ausgangssonnenrad 27 übertragen, welches mit der zweiten Ausgangswelle 12 verbunden ist. Das Ausgangssonnenrad 27 bildet bei dieser Ausführungsform also den zweiten Drehm om entausgang-
-
In 3 ist ein Kraftfahrzeug 33 mit einem (Hinterachsen-) Antriebsstrang 30 schematisch dargestellt. Eine elektrische Antriebsmaschine 31 ist mittels ihrer als Hohlwelle ausgeführten Antriebswelle 32 koaxial mit ihrer Motorachse 38 zu einer Getriebeachse 39 angeordnet und über ein Umlaufrädergetriebe 1 mit einem linken Antriebsrad 34 und einem rechten Antriebsrad 35 drehmomentübertragend verbunden. Das Umlaufrädergetriebe 1 ist bevorzugt gemäß der vorhergehenden Darstellung in 1 oder in 2 ausgeführt. Hier ist der Antriebsstrang 30 quer zur Längsachse 37 und hinter einer Fahrerkabine 36 eines Kraftfahrzeugs 33, beispielsweise an einer ungelenkten, Hinterachse angeordnet.
-
Mit dem hier vorgeschlagenen Umlaufrädergetriebe ist eine hohe Drehmomentübersetzung mit einer geringen Anzahl an Radpaarungen und somit mit geringem Bauraum und hohem Wirkungsgrad erzielbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Umlaufräderdifferential
- 2
- Eingangsgetriebe
- 3
- erstes Sonnenrad
- 4
- zweites Sonnenrad
- 5
- erster Planetenträger
- 6
- zweiter Planetenträger
- 7
- dritter Planetenträger
- 8
- erstes Hohlrad
- 9
- zweites Hohlrad
- 10
- drittes Hohlrad
- 11
- erste Ausgangswelle
- 12
- zweite Ausgangswelle
- 13
- erstes Ausgangsgetriebe
- 14
- zweites Ausgangsgetriebe
- 15
- Stationärhohlrad
- 16
- erstes Teilstufengetriebe
- 17
- zweites Teilstufengetriebe
- 18
- erster Planetensatz
- 19
- zweiter Planetensatz
- 20
- dritter Planetensatz
- 21
- vierter Planetensatz
- 22
- erstes Planetenrad
- 23
- zweites Planetenrad
- 24
- drittes Planetenrad
- 25
- viertes Planetenrad
- 26
- Doppelplanetenträger
- 27
- Ausgangssonnenrad
- 28
- Außenkreisplanetenrad
- 29
- Innenkreisplanetenrad
- 30
- Antriebsstrang
- 31
- Antriebsmaschine
- 32
- Antriebswelle
- 33
- Kraftfahrzeug
- 34
- linkes Antriebsrad
- 35
- rechtes Antriebsrad
- 36
- Fahrerkabine
- 37
- Längsachse
- 38
- Motorachse
- 39
- Getriebeachse
- 40
- Eingangswelle
- 41
- gemeinsame Radachse
- 42
- Außenkreisradachse
- 43
- Innenkreisradachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 5845732 A [0002]
- DE 102011102749 A1 [0003]
- DE 102013215877 B4 [0004]
- DE 102014209943 A1 [0004]
