DE102017214916B4 - Differentialgetriebeeinrichtung mit schaltbarer Torque Vectoring-Funktionalität - Google Patents
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Abstract
Getriebeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (2), die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs (2) wirkverbindbare Eingangswelle (6) sowie eine erste Ausgangswelle (7) und eine zweite Ausgangswelle (8) aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe (15) verfügt, über das die Eingangswelle (6) mit der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppelt ist, wobei das Stirnraddifferentialgetriebe (15) ein mit der ersten Ausgangswelle (7) gekoppeltes erstes Sonnenrad (16) und ein mit der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppeltes zweites Sonnenrad (17) aufweist, wobei das erste Sonnenrad (16) mit einem an einem mit der Eingangswelle (6) gekoppelten Planetenradträger (18) drehbar gelagerten ersten Planetenrad (19) kämmt, das mit einem ebenfalls an dem Planetenradträger (18) drehbar gelagerten und mit dem zweiten Sonnenrad (17) kämmenden zweiten Planetenrad (20) kämmt, wobei das erste Planetenrad (19) als ein erstes Stufenplanetenrad (21) vorliegt, das mit einem mit der Eingangswelle (6) und einer elektrischen Maschine (25) koppelbaren zweiten Stufenplanetenrad (22) drehfest gekoppelt ist, wobei das zweite Stufenplanetenrad (22) mit einem Zahnrad kämmt, das mit einer Zwischenwelle (24) drehfest verbunden ist, und die elektrische Maschine (25) mittels einer Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und der Zwischenwelle (24) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (26) ein mit der Eingangswelle (6) drehfest gekoppeltes erstes Ausgangszahnrad (30), ein mit der Zwischenwelle (24) drehfest gekoppeltes zweites Ausgangszahnrad (31) und ein mit der elektrischen Maschine (25) drehfest gekoppeltes Eingangszahnrad (29) aufweist, wobei ein Koppelelement (27) der Schalteinrichtung (26) in einer ersten Schaltstellung mit dem ersten Ausgangszahnrad (30) und dem Eingangszahnrad (29) kämmt und mit dem zweiten Ausgangszahnrad (31) außer Eingriff steht und in einer zweiten Schaltstellung mit dem zweiten Ausgangszahnrad (31) und dem Eingangszahnrad (29) kämmt und mit dem ersten Ausgangszahnrad (30) außer Eingriff steht.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs wirkverbindbare Eingangswelle sowie eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe verfügt, über das die Eingangswelle mit der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle gekoppelt ist, wobei das Stirnraddifferentialgetriebe ein mit der ersten Ausgangswelle gekoppeltes erstes Sonnenrad und ein mit der zweiten Ausgangswelle gekoppeltes zweites Sonnenrad aufweist, wobei das erste Sonnenrad mit einem an einem mit der Eingangswelle gekoppelten Planetenradträger drehbar gelagerten ersten Planetenrad kämmt, das mit einem ebenfalls an dem Planetenradträger drehbar gelagerten und mit dem zweiten Sonnenrad kämmenden zweiten Planetenrad kämmt, wobei das erste Planetenrad als ein erstes Stufenplanetenrad vorliegt, das mit einem mit der Eingangswelle und einer elektrischen Maschine koppelbaren zweiten Stufenplanetenrad drehfest gekoppelt ist, wobei das zweite Stufenplanetenrad mit einem Zahnrad kämmt, das mit einer Zwischenwelle drehfest verbunden ist, und eine elektrische Maschine mittels einer Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und der Zwischenwelle koppelbar ist.
- Die Getriebeeinrichtung dient beispielsweise dem Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs einerseits sowie einer Radachse des Fahrzeugs andererseits. Über die Getriebeeinrichtung ist die Radachse mit der Antriebseinrichtung wirkverbunden beziehungsweise zumindest wirkverbindbar. Die Radachse liegt entsprechend als angetriebene Radachse vor. Sie kann als Vorderradachse oder als Hinterradachse des Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein. Die Getriebeeinrichtung weist die Eingangswelle sowie die erste Ausgangswelle und die zweite Ausgangswelle auf.
- Die Eingangswelle der Getriebeeinrichtung ist an die Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs angeschlossen, vorzugsweise über ein Schaltgetriebe und/oder eine Kupplung, insbesondere eine Anfahrkupplung. Mittels des Schaltgetriebes kann eine aus mehreren Übersetzungen ausgewählte Übersetzung zwischen der Antriebseinrichtung und der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung eingestellt werden. Die Kupplung ist bevorzugt als Schaltkupplung und besonders bevorzugt als Anfahrkupplung ausgestaltet. Mithilfe der Kupplung kann insoweit die Wirkverbindung zwischen der Antriebseinrichtung und der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden.
- Die Antriebseinrichtung verfügt über zumindest ein Antriebsaggregat, welches beispielsweise als Brennkraftmaschine oder als elektrische Maschine ausgestaltet ist. Selbstverständlich kann die Antriebseinrichtung auch als Hybridantriebseinrichtung vorliegen und insoweit mehrere Antriebsaggregate aufweisen, welche bevorzugt unterschiedlichen Typs sind. In diesem Fall liegt eins der Antriebsaggregate beispielsweise als Brennkraftmaschine oder ein anderes der Antriebsaggregate als elektrische Maschine vor. Verfügt die Antriebseinrichtung über mehrere Antriebsaggregate, so ist sie bevorzugt derart ausgestaltet, dass die Antriebsaggregate zumindest zeitweise ein auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichtetes Antriebsdrehmoment gemeinsam bereitstellen.
- Die Eingangswelle der Getriebeeinrichtung ist über das Planetengetriebe sowohl mit der ersten Ausgangswelle als auch mit der zweiten Ausgangswelle gekoppelt, insbesondere permanent. Das Planetengetriebe stellt ein Stirnraddifferentialgetriebe dar, also insoweit ein Differentialgetriebe, welches mehrere miteinander kämmende Stirnräder aufweist. Ganz allgemein arbeitet das Stirnraddifferentialgetriebe als Differentialgetriebe beziehungsweise Ausgleichsgetriebe.
- Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
WO 2016/ 066 732 A1 - Die Druckschrift
DE 10 2009 056 366 A1 offenbart eine Getriebeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Konkret beschreibt sie ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, das eine erste Achse und eine zweite Achse mit jeweils mindestens zwei Rädern umfasst, mit einer der ersten Achse und der zweiten Achse zugeordneten ersten Antriebseinrichtung zum Antrieb der Räder und einer der zweiten Achse zugeordneten zweiten Antriebseinrichtung an der zweiten Achse. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Antriebseinrichtung zumindest zur zweiten Achse wahlweise zu oder abschaltbar ist und die zweite Antriebseinrichtung einen einzigen Elektromotor für einen wahlweisen Antrieb beider Räder der zweiten Achse aufweist. - Zudem zeigt die Druckschrift
DE 10 2009 031 645 A1 eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug und die DruckschriftenDE 10 2008 061 946 A1 sowieDE 10 2009 059 903 A1 beschreiben Systeme zur variablen Momentenverteilung innerhalb mindestens einer Achse eines Fahrzeugs. - Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Getriebeeinrichtung vorzustellen, welche gegenüber bekannten Getriebeeinrichtungen Vorteile aufweist, insbesondere auf einfache Art und Weise eine „Torque Vectoring“-Funktionalität zwischen den beiden Ausgangswellen besonders platzsparend realisiert.
- Dies wird erfindungsgemäß mit einer Getriebeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung ein mit der Eingangswelle drehfest gekoppeltes erstes Ausgangszahnrad, ein mit der Zwischenwelle drehfest gekoppeltes zweites Ausgangszahnrad und ein mit der elektrischen Maschine drehfest gekoppeltes Eingangszahnrad aufweist, wobei ein Koppelelement der Schalteinrichtung in einer ersten Schaltstellung mit dem ersten Ausgangszahnrad und dem Eingangszahnrad kämmt und mit dem zweiten Ausgangszahnrad außer Eingriff steht und in einer zweiten Schaltstellung mit dem zweiten Ausgangszahnrad und dem Eingangszahnrad kämmt und mit dem ersten Ausgangszahnrad außer Eingriff steht.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Grundsätzlich ist vorgesehen, dass das Stirnraddifferentialgetriebe ein mit der ersten Ausgangswelle gekoppeltes erstes Sonnenrad und ein mit der zweiten Ausgangswelle gekoppeltes zweites Sonnenrad aufweist, wobei das erste Sonnenrad mit einem an einem mit der Eingangswelle gekoppelten Planetenradträger drehbar gelagerten ersten Planetenrad kämmt, das mit einem ebenfalls an dem Planetenradträger drehbar gelagerten und mit dem zweiten Sonnenrad kämmenden zweiten Planetenrad kämmt.
- Das Stirnraddifferentialgetriebe weist zwei Sonnenräder, nämlich das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad auf. Jedes der Sonnenräder ist mit einer der Ausgangswellen gekoppelt, nämlich vorzugsweise starr und/oder permanent. Dabei ist bevorzugt jedes der Sonnenräder von der jeweils anderen Ausgangswelle entkoppelt, also allenfalls über das Stirnraddifferentialgetriebe mit ihm verbunden, nicht jedoch drehfest. Insoweit ist also das erste Sonnenrad mit der ersten Ausgangswelle gekoppelt und von der zweiten Ausgangswelle entkoppelt. Umgekehrt ist das zweite Sonnenrad mit der zweiten Ausgangswelle gekoppelt und von der ersten Ausgangswelle entkoppelt.
- Weiterhin verfügt das Stirnraddifferentialgetriebe über den Planetenradträger, an welchem das wenigstens eine erste Planetenrad sowie das wenigstens eine zweite Planetenrad drehbar gelagert sind. Die Getriebeeinrichtung kann genau ein erstes Planetenrad oder mehrere erste Planetenräder aufweisen. Analog hierzu kann die Getriebeeinrichtung über genau ein zweites Planetenrad oder mehrere zweite Planetenräder verfügen. Bevorzugt weist das Stirnraddifferentialgetriebe ebenso viele erste Planetenräder wie zweite Planetenräder und umgekehrt auf.
- Das erste Planetenrad kämmt mit genau einem zweiten Planetenrad. Im Falle mehrerer erster Planetenräder kämmt jedes der ersten Planetenräder mit genau einem der zweiten Planetenräder. Jeweils eines der ersten Planetenräder ist insoweit mit jeweils einem der zweiten Planetenräder paarweise angeordnet. Die paarweise angeordneten Räder kämmen dabei miteinander. Vorzugsweise weisen das zweite Planetenrad und das erste Planetenrad unterschiedliche Zähnezahlen auf. Hierbei verfügen sie auch über denselben Modul, um das Miteinanderkämmen zu ermöglichen. Alternativ ist es selbstverständlich möglich, dass erste Planetenrad und das zweite Planetenrad mit derselben Zähnezahl auszugestalten.
- Das erste Planetenrad kämmt mit dem ersten Sonnenrad, vorzugsweise permanent, nicht jedoch mit dem zweiten Sonnenrad. Umgekehrt kämmt das zweite Planetenrad mit dem zweiten Sonnenrad, vorzugsweise permanent, nicht jedoch mit dem ersten Sonnenrad. Hierzu sind das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad in Umfangsrichtung versetzt gegeneinander angeordnet, vorzugsweise befinden sie sich jedoch an derselben radialen Position bezogen auf eine Drehachse der ersten Ausgangswelle und/oder der zweiten Ausgangswelle.
- Der Planetenradträger ist mit der Eingangswelle gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Schlussendlich ist also die Eingangswelle vorzugsweise permanent sowohl mit der ersten Ausgangswelle als auch der zweiten Ausgangswelle gekoppelt. Das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad, das erste Planetenrad sowie das zweite Planetenrad sind bevorzugt jeweils als Stirnrad ausgestaltet. Die beiden Ausgangswellen sind beispielsweise koaxial zueinander angeordnet, wobei insbesondere die erste Ausgangswelle in der zweiten Ausgangswelle drehbar gelagert ist.
- Es kann vorgesehen sein, dass die erste Ausgangswelle mit einer ersten Teilwelle der Radachse, insbesondere über ein erstes Getriebe, und die zweite Ausgangswelle mit einer zweiten Teilwelle der Radachse, insbesondere über ein zweites Getriebe, wirkverbindbar oder wirkverbunden ist. Bevorzugt ist die erste Ausgangswelle permanent und/oder starr mit der ersten Teilwelle und die zweite Ausgangswelle permanent und/oder starr mit der zweiten Teilwelle gekoppelt. Das erste Getriebe und das zweite Getriebe können jeweils als Tellerradgetriebe ausgestaltet sein, sodass die Drehachsen der beiden Teilwellen jeweils gegenüber den Drehachsen der Ausgangswellen angewinkelt sind, also einen Winkel mit ihnen einschließen, der größer als 0° und kleiner als 180° ist.
- Die beschriebene Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung ermöglicht eine sehr kompakte Ausführungsform, die dennoch eine „Torque Vectoring“-Funktionalität realisiert.
- Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Planetenrad als ein erstes Stufenplanetenrad vorliegt, das mit einer mit der Eingangswelle und/oder einer elektrischen Maschine koppelbaren zweiten Stufenplanetenrad drehfest gekoppelt ist. Das erste Stufenplanetenrad und das zweite Stufenplanetenrad sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, welche an dem Planetenradträger drehbar gelagert ist.
- Die Lagerung der Welle an dem Planetenradträger ist an einer Lagerstelle vorgesehen, wobei vorzugsweise das erste Stufenplanetenrad einerseits und das zweite Stufenplanetenrad andererseits der Lagerstelle angeordnet ist. In anderen Worten liegen die beiden Stufenplanetenräder auf gegenüberliegenden Seiten der Lagerstelle vor. Die beiden Stufenplanetenräder können identisch oder voneinander verschieden ausgestaltet sein, insbesondere hinsichtlich des Moduls und/oder der Zähnezahl. Vorzugsweise sind die beiden Stufenplanetenräder voneinander verschieden ausgestaltet, insbesondere hinsichtlich der Zähnezahl. Der Modul kann hingegen für beide Stufenplanetenräder derselbe sein.
- Beispielsweise bildet der Planetenradträger einen Käfig für das erste Planetenrad und/oder das zweite Planetenrad, das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad. Das bedeutet, dass der Planetenradträger die genannten Räder in sich aufnimmt und gegenüber einer Außenumgebung abschirmt. Beispielsweise ist hierbei der Planetenradträger auf seiner der Eingangswelle in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite an beziehungsweise auf der ersten Ausgangswelle und/oder der zweiten Ausgangswelle drehbar gelagert. Über das zweite Stufenplanetenrad ist es nun möglich, ein weiteres Drehmoment in das Stirnraddifferentialgetriebe einzubringen, insbesondere zur Realisierung der „Torque Vectoring“-Funktionalität.
- Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Eingangswelle koaxial zu der ersten Ausgangswelle und/oder der zweiten Ausgangswelle angeordnet ist. Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass die beiden Ausgangswellen vorzugsweise koaxial zueinander vorliegen und hierzu ineinander drehbar gelagert sind. Die Eingangswelle soll nun koaxial zu wenigstens einer der Ausgangswellen, vorzugsweise beiden Ausgangswellen, angeordnet sein. Hierbei liegt sie jedoch in axialer Richtung bezüglich ihrer Drehachse beabstandet von der ersten Ausgangswelle und/oder der zweiten Ausgangswelle vor. Die koaxiale Anordnung der Wellen ermöglicht zum einen eine platzsparende Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung und zum anderen eine einfache Integration in das Kraftfahrzeug.
- Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Stirnraddifferentialgetriebe hohlradlos ausgestaltet ist. In anderen Worten weist das Stirnraddifferentialgetriebe lediglich das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad, den Planetenradträger sowie das wenigstens eine erste Planetenrad und das wenigstens eine zweite Planetenrad und zudem optional das wenigstens eine zweite Stufenplanetenrad auf. Der Verzicht auf das Hohlrad reduziert den Platzbedarf des Stirnraddifferentialgetriebes in radialer Richtung bezüglich der Drehachse der Eingangswelle deutlich.
- Die Erfindung sieht vor, dass das zweite Stufenplanetenrad mit einem Zahnrad kämmt, das mit einer Zwischenwelle drehfest verbunden ist. Das Zahnrad ist starr und/oder permanent mit der Zwischenwelle verbunden, vorzugsweise ist es über die Zwischenwelle drehbar gelagert. Das Zahnrad und die Zwischenwelle sind bevorzugt koaxial zu der Eingangswelle angeordnet, weisen also zumindest dieselbe Drehachse auf wie diese. Beispielsweise ist die Eingangswelle in der Zwischenwelle drehbar gelagert, ist also wenigstens bereichsweise in dieser aufgenommen.
- Die Übersetzung zwischen dem Zahnrad und dem zweiten Stufenplanetenrad kann der Übersetzung zwischen dem ersten Sonnenrad und dem ersten Stufenplanetenrad entsprechen, also mit dieser identisch sein. Vorzugsweise ist jedoch eine von dieser verschiedene Übersetzung zwischen dem Zahnrad und dem zweiten Stufenplanetenrad vorgesehen. Über die Zwischenwelle kann beispielsweise eine externe Einrichtung, insbesondere eine elektrische Maschine, platzsparend angebunden werden, insbesondere sofern die Zwischenwelle und die Eingangswelle koaxial zueinander vorliegen.
- Zudem sieht die Erfindung vor, dass eine elektrische Maschine mittels einer Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und der Zwischenwelle koppelbar ist. Die elektrische Maschine dient insbesondere der Realisierung der „Torque Vectoring“-Funktionalität. Dies ist der Fall, sofern sie mit der Zwischenwelle gekoppelt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Maschine jedoch mit der Eingangswelle gekoppelt werden oder gekoppelt sein. Ist die elektrische Maschine mit der Eingangswelle gekoppelt, so dient sie dem Bereitstellen eines zusätzlichen Drehmoments an der Eingangswelle, welches mit dem von der Antriebseinrichtung bereitgestellten Antriebsdrehmoment überlagert wird. Das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment kann hierbei positiv oder negativ sein, sodass schlussendlich die elektrische Maschine entweder als Elektromotor oder als Generator betrieben wird.
- Mittels der Schalteinrichtung kann die elektrische Maschine mit der Eingangswelle und der Zwischenwelle gekoppelt werden. Vorzugsweise kann mithilfe der Schalteinrichtung also die Wirkbindung zwischen der elektrischen Maschine und der Eingangswelle beziehungsweise der Zwischenwelle wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden. Die Schalteinrichtung dient dazu, die elektrische Maschine sowohl von der Eingangswelle als auch der Zwischenwelle zu entkoppeln, sie mit der Eingangswelle zu verbinden oder sie mit der Zwischenwelle zu verbinden. Mit einer derartigen Ausgestaltung der Schalteinrichtung ist ein besonders flexibler Einsatz der elektrischen Maschine möglich.
- Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Maschine in einer ersten Schaltstellung der Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und in einer zweiten Schaltstellung mit der Zwischenwelle drehfest gekoppelt ist. Die Schalteinrichtung ermöglicht insoweit das Einstellen wenigstens zweier Schaltstellungen, nämlich der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung. In der ersten Schaltstellung ist die elektrische Maschine mit der Eingangswelle drehfest gekoppelt und in der zweiten Schaltstellung mit der Zwischenwelle. Besonders bevorzugt ist zudem eine dritte Schaltstellung vorgesehen, in welcher die elektrische Maschine sowohl von der Eingangswelle als auch von der Zwischenwelle entkoppelt ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht die vorstehend beschriebene flexible Verwendung der elektrischen Maschine.
- Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung ein mit der Eingangswelle drehfest gekoppeltes erstes Ausgangszahnrad, ein mit der Zwischenwelle drehfest gekoppeltes zweites Ausgangszahnrad und ein mit der elektrischen Maschine drehfest gekoppeltes Eingangszahnrad aufweist, wobei ein Koppelelement der Schalteinrichtung in der ersten Schaltstellung mit dem ersten Ausgangszahnrad und dem Eingangszahnrad kämmt und mit dem zweiten Ausgangszahnrad außer Eingriff steht und in der zweiten Schaltstellung dem zweiten Ausgangszahnrad und dem Eingangszahnrad kämmt und mit dem ersten Ausgangszahnrad außer Eingriff steht. Beispielsweise ist hierzu das Koppelelement in axialer Richtung bezüglich der Drehachse der Eingangswelle verlagerbar, nämlich zumindest zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung. Es wird deutlich, dass das Koppelelement dazu dient, jeweils zwei Zahnräder drehfest miteinander zu koppeln, nämlich in der ersten Schaltstellung das erste Ausgangszahnrad und das Eingangszahnrad und in der zweiten Schaltstellung das zweite Ausgangszahnrad und das Eingangszahnrad. In jeder der Schaltstellungen ist das jeweils andere der Ausgangszahnräder außer Eingriff mit dem Koppelelement.
- Beispielsweise sind zumindest die Ausgangszahnräder als Stirnräder ausgestaltet, wohingegen das Eingangszahnrad als Hohlrad oder ebenfalls als Stirnrad vorliegen kann. In ersterem Fall weist das Koppelelement eine Innenverzahnung sowie eine Außenverzahnung auf, in letzterem Fall lediglich eine Innenverzahnung. Die Innenverzahnung kann in jedem Fall entweder mit dem ersten Ausgangszahnrad oder dem zweiten Ausgangszahnrad in Eingriff gebracht werden, in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Koppelelements. Zugleich steht das Koppelelement vorzugsweise permanent in Eingriff mit dem Eingangszahnrad, wobei entweder die Innenverzahnung oder die Außenverzahnung mit diesem kämmt.
- Vorstehend wurde bereits drauf hingewiesen, dass besonders bevorzugt die Schalteinrichtung eine dritte Schaltstellung aufweist, in welcher die elektrische Maschine sowohl von der Eingangswelle als auch von der Zwischenwelle entkoppelt ist. In dieser dritten Schaltstellung kämmt beispielsweise das Koppelelement lediglich mit dem Eingangszahnrad oder mit dem Eingangszahnrad und einem Hilfszahnrad, welches frei drehbar gelagert ist, zumindest jedoch von der Eingangswelle und der Zwischenwelle entkoppelt ist.
- Zusätzlich oder alternativ kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine über ein Koppelplanetengetriebe mit der Schalteinrichtung, insbesondere dem Eingangszahnrad, gekoppelt ist. Die elektrische Maschine ist insoweit nicht unmittelbar an die Schalteinrichtung angebunden, insbesondere nicht an das Eingangszahnrad. Vielmehr ist in der Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und der Schalteinrichtung beziehungsweise dem Eingangszahnrad das Koppelplanetengetriebe vorgesehen, welches eine Übersetzung zwischen der elektrischen Maschine und der Schalteinrichtung bewirkt.
- Das Koppelplanetengetriebe weist beispielsweise ein mit der elektrischen Maschine gekoppeltes Sonnenrad, ein feststehendes Hohlrad sowie einen an die Schalteinrichtung angeschlossenen Planetenradträger auf, an welchem wenigstens ein Planetenrad drehbar gelagert ist, wobei das Planetenrad sowohl mit dem Hohlrad als auch dem Sonnenrad kämmt. Die genannten Verbindungen liegen vorzugsweise starr und/oder permanent vor. Mithilfe des Koppelplanetengetriebes lässt sich die elektrische Maschine besonders einfach auf den jeweiligen Anwendungsfall der Getriebeeinrichtung abstimmen.
- Schließlich kann im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Koppelplanetengetriebe zweistufig ist und die elektrische Maschine mit dem Eingangszahnrad und einem weiteren Eingangszahnrad der Schalteinrichtung verbindet. Das Koppelplanetengetriebe ist in anderen Worten einerseits an die elektrische Maschine angeschlossen und andererseits an das Eingangszahnrad und das weitere Eingangszahnrad, sodass bei gegebener Drehzahl der elektrischen Maschine das Eingangszahnrad und das weitere Eingangszahnrad unterschiedliche Drehzahlen aufweisen. Mithin können mithilfe des Koppelplanetengetriebes unterschiedliche Übersetzungen zwischen der elektrischen Maschine und der Schalteinrichtung realisiert sein.
- Beispielsweise verfügt das Koppelplanetengetriebe zusätzlich zu den vorstehend genannten Elementen Sonnenrad, Hohlrad und Planetenradträger mit Planetenrad über ein weiteres Sonnenrad und ein weiteres Hohlrad. Das weitere Sonnenrad ist mit dem Sonnenrad drehfest gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent, und insoweit auch mit der elektrischen Maschine. Das Hohlrad ist mit dem weiteren Eingangszahnrad gekoppelt, vorzugsweise ebenfalls starr und/oder permanent. An dem Planetenradträger ist nun ein weiteres Planetenrad drehbar gelagert, welches einerseits mit dem weiteren Sonnenrad und andererseits mit dem weiteren Hohlrad kämmt. Das weitere Planetenrad ist von dem Planetenrad entkoppelt, also unabhängig von diesen an dem Planetenradträger drehbar gelagert.
- Zwischen dem Planetenrad und dem Sonnenrad beziehungsweise dem Hohlrad liegt eine erste Übersetzung und zwischen dem weiteren Planetenrad und dem weiteren Sonnenrad beziehungsweise dem weiteren Hohlrad eine zweite Übersetzung. In anderen Worten ist zwischen der elektrischen Maschine und dem Eingangszahnrad die erste Übersetzung und zwischen der elektrischen Maschine und dem weiteren Eingangszahnrad die zweite Übersetzung realisiert. Die Schalteinrichtung ist nun beispielsweise derart ausgestaltet, dass sie auf die vorstehend beschriebene Art und Weise das Eingangszahnrad mit dem ersten Ausgangszahnrad und dem zweiten Ausgangszahnrad wahlweise verbindet oder, optional sowohl das Eingangszahnrad also das weitere Eingangszahnrad von den beiden Ausgangszahnrädern entkoppelt.
- In einer vierten Schaltstellung der Schalteinrichtung kann es zusätzlich vorgesehen sein, dass das weitere Eingangszahnrad mit dem ersten Ausgangszahnrad gekoppelt ist, sodass die elektrische Maschine auch in der vierten Schaltstellung mit der Eingangswelle gekoppelt ist. Eine solche Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung ermöglicht zum einen die vorstehend bereits beschriebene „Torque Vectoring“-Funktionalität und zum anderen eine Anbindung der elektrischen Maschine an die Eingangswelle mit einer aus zwei unterschiedlichen Übersetzungen ausgewählten Übersetzung.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug in einer ersten Ausführungsform, -
2 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer zweiten Ausführungsform, sowie -
3 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer dritten Ausführungsform. - Die
1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Getriebeeinrichtung1 , die hier beispielsweise als Bestandteil eines nicht im Detail dargestellten Kraftfahrzeugs2 vorgesehen ist. Das Kraftfahrzeug2 weist eine Radachse3 mit einer ersten Teilwelle4 und einer zweiten Teilwelle5 auf. Die Radachse3 beziehungsweise die Teilwellen4 und5 sind über die Getriebeeinrichtung1 mittels einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs2 antreibbar. Die Antriebseinrichtung ist dabei mit einer Eingangswelle6 der Getriebeeinrichtung1 wirkverbunden oder zumindest wirkverbindbar. Die erste Teilwelle4 ist dagegen an eine erste Ausgangswelle7 , die zweite Teilwelle5 eine zweite Ausgangswelle8 der Getriebeeinrichtung1 angeschlossen beziehungsweise mit der jeweiligen Ausgangswelle7 beziehungsweise8 wirkverbunden. - Die Wirkverbindung zwischen ersten Teilwelle
4 und der ersten Ausgangswelle7 ist über ein erstes Getriebe9 , die Wirkverbindung zwischen der zweiten Teilwelle5 und der zweiten Ausgangswelle8 über ein zweites Getriebe10 hergestellt. Die Getriebe9 und10 können in Form von Winkelgetrieben vorliegen. Dabei sind sie vorzugsweise als Kegelradgetriebe ausgestaltet und verfügen insoweit jeweils über ein erstes Kegelrad11 beziehungsweise12 und ein zweites Kegelrad13 beziehungsweise14 . Es kann gemäß der hier vorliegenden Ausführungsform der Getriebeeinrichtung1 vorgesehen sein, dass die Teilwellen4 und5 beziehungsweise ihre Drehachsen in lateraler beziehungsweise radialer Richtung bezüglich der Drehachsen gegeneinander versetzt sind. Die Teilwellen4 und5 können jedoch alternativ auch koaxial zueinander angeordnet sein, also zumindest in Draufsicht miteinander fluchten. - Die Ausgangswellen
7 und8 können gegenüber den Teilwellen4 und5 beziehungsweise der Radachse3 angewinkelt sein, also unter einem Winkel von größer als 0° und kleiner als 180°, beispielsweise unter einem Winkel von 90°, zu diesen vorliegen. Die entsprechende Umlenkung wird mithilfe der Getriebe9 und10 , die in Form der Winkelgetriebe vorliegen, realisiert. Selbstverständlich können die Getriebe9 und10 alternativ als Stirnradgetriebe ausgeführt sein. Beispielsweise sind hierbei die Ausgangswellen7 und8 parallel zu den Teilwellen4 und5 angeordnet. - Die Getriebeeinrichtung
1 weist ein Stirnraddifferentialgetriebe15 auf, über welches die erste Ausgangswelle7 und die zweite Ausgangswelle8 permanent mit der Eingangswelle6 wirkverbunden beziehungsweise gekoppelt sind. Zu diesem Zweck ist das Stirnraddifferentialgetriebe15 als Planetengetriebe ausgestaltet, das ein erstes Sonnenrad16 , ein zweites Sonnenrad17 sowie einen Planetenradträger18 aufweist, an welchem ein erstes Planetenrad19 und ein zweites Planetenrad20 jeweils drehbar gelagert sind. Hierbei ist der Planetenradträger18 mit der Eingangswelle6 der Getriebeeinrichtung1 gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent. Das erste Sonnenrad16 ist hingegen mit der ersten Ausgangswelle7 und das zweite Sonnenrad17 mit der zweiten Ausgangswelle8 gekoppelt, jeweils bevorzugt starr und/oder permanent. Das erste Planetenrad19 kämmt mit dem zweiten Planetenrad20 , nämlich vorzugsweise permanent. Das erste Planetenrad19 kämmt zudem mit dem ersten Sonnenrad16 , nicht jedoch mit dem zweiten Sonnenrad17 . - Das zweite Planetenrad
20 kämmt hingegen mit dem zweiten Sonnenrad17 , nicht jedoch mit dem ersten Sonnenrad16 . - Das erste Planetenrad
19 ist als erstes Stufenplanetenrad21 ausgestaltet, das mit einem zweiten Stufenplanetenrad22 drehfest gekoppelt ist. Die beiden Stufenplanetenräder21 und22 sind gemeinsam an dem Planetenradträger18 drehbar gelagert, wobei sie vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten einer Lagerstelle23 an dem Planetenradträger18 vorliegen. Das zweite Stufenplanetenrad22 ist mit einer Zwischenwelle24 drehfest gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent. Es ist deutlich zu erkennen, dass die beiden Ausgangswellen7 und8 sowie die Eingangswelle6 und die Zwischenwelle24 koaxial zueinander angeordnet sind, also dieselbe Drehachse aufweisen. Dabei nimmt die zweite Ausgangswelle8 die erste Ausgangswelle7 zumindest bereichsweise auf, ebenso nimmt die Zwischenwelle24 die Eingangswelle6 zumindest bereichsweise auf. Besonders hervorzuheben ist zudem, dass das Stirnraddifferentialgetriebe15 hohlradlos ausgestaltet ist, also nicht über ein Hohlrad verfügt. - Die Getriebeeinrichtung
1 verfügt über eine elektrische Maschine25 , die mittels einer Schalteinrichtung26 mit der Eingangswelle6 und/oder der Zwischenwelle24 koppelbar ist. Hierbei verfügt die Schalteinrichtung26 über ein Koppelelement27 , das gemäß dem Doppelpfeil28 in axialer Richtung verlagerbar ist. In der hier dargestellten Ausführungsform weist die Schalteinrichtung26 ein Eingangszahnrad29 , ein erstes Ausgangszahnrad30 sowie ein zweites Ausgangszahnrad31 auf. Weiterhin kann ein Hilfszahnrad32 vorgesehen sein. - Das Koppelelement
27 ist nun derart ausgestaltet, dass es permanent mit dem Eingangszahnrad29 der Schalteinrichtung26 kämmt. In einer ersten Schaltstellung kämmt es zusätzlich mit dem ersten Ausgangszahnrad30 , nicht jedoch mit dem zweiten Ausgangszahnrad31 und dem Hilfszahnrad32 . In einer zweiten Schaltstellung kämmt es hingegen zusätzlich mit dem zweiten Ausgangszahnrad31 , nicht jedoch mit dem ersten Ausgangszahnrad30 und dem Hilfszahnrad32 . In einer dritten Schaltstellung kämmt es zusätzlich mit dem Hilfszahnrad32 , nicht jedoch mit den beiden Ausgangszahnrädern30 und31 . - Das Eingangszahnrad
29 ist mit der elektrischen Maschine25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das erste Ausgangszahnrad30 ist fest mit der Eingangswelle6 und das zweite Ausgangszahnrad31 fest mit der Zwischenwelle24 gekoppelt, vorzugsweise ebenfalls starr und/oder permanent. Das Hilfszahnrad32 ist dagegen sowohl von der Eingangswelle6 als auch von der Zwischenwelle24 entkoppelt und insoweit frei drehbar gelagert. - Die Verbindung zwischen der elektrischen Maschine
25 und der Schalteinrichtung26 beziehungsweise dem Eingangszahnrad29 liegt über ein Koppelplanetengetriebe33 vor. Dieses weist ein Sonnenrad34 , einen Planetenradträger35 mit drehbar an ihm gelagerten Planetenrad36 sowie ein Hohlrad37 auf. Das Sonnenrad ist mit der elektrischen Maschine25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das Hohlrad37 ist hingegen feststehend angeordnet. Das Planetenrad36 kämmt nun sowohl mit dem Sonnenrad34 als auch mit dem Hohlrad37 . Der Planetenradträger35 ist mit der Schalteinrichtung26 , insbesondere dem Eingangszahnrad29 gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent. - Mithilfe der Schalteinrichtung
26 kann die elektrische Maschine25 entweder mit der Eingangswelle6 oder mit der Zwischenwelle24 gekoppelt werden. In ersterem Fall kann die elektrische Maschine25 ein Drehmoment bereitstellen, welches mit einem von der Antriebseinrichtung bereitgestellten Drehmoment auf der Eingangswelle6 überlagert wird. Mithilfe der elektrischen Maschine25 kann in diesem Fall also das Antriebsdrehmoment vergrößert oder verkleinert werden. - In der zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung
26 kann die elektrische Maschine25 hingegen zur Bereitstellung einer „Torque Vectoring“-Funktionalität herangezogen werden. In dieser kann das an der Eingangswelle6 anliegende Antriebsdrehmoment durch Bereitstellen eines zusätzlichen Drehmoments mittels der elektrischen Maschine25 auf die beiden Teilwellen4 und5 aufgeteilt werden, nämlich derart, dass sich eine gewünschte Drehmomentverteilung zwischen ihnen einstellt. Das bedeutet, dass mithilfe der elektrischen Maschine25 das Antriebsdrehmoment frei auf die Ausgangswellen7 und8 und mithin auf die Teilwellen4 und5 aufteilbar ist. - Die
2 zeigt eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung1 in einer zweiten Ausführungsform. Diese ist grundsätzlich ähnlich aufgebaut wie die erste Ausführungsform, sodass nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen und ansonsten auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Die Unterschiede liegen in der Ausgestaltung der Schalteinrichtung26 . Während im Falle der ersten Ausführungsform das Eingangszahnrad29 als Hohlrad ausgestaltet war, liegt es nun als Stirnrad vor und ist in axialer Richtung gesehen zwischen dem ersten Ausgangszahnrad30 und dem zweiten Ausgangszahnrad31 angeordnet. Die Funktionalität ist jedoch identisch zu der Schalteinrichtung26 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Im Vergleich zu dieser kann das Hilfszahnrad32 entfallen, was hier der Fall ist. - Die
3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Getriebeeinrichtung1 in einer schematischen Darstellung. Wiederum wird auf die vorstehenden Ausführungen, insbesondere zu der ersten Ausführungsform, Bezug genommen und nachfolgend auf die Unterschiede hingewiesen. Diese liegen darin, dass das Koppelplanetengetriebe33 zweistufig ist, sodass die elektrische Maschine25 über das Koppelplanetengetriebe33 sowohl mit dem Eingangszahnrad29 als auch einem weiteren Eingangszahnrad38 gekoppelt ist, vorzugsweise starr und/oder permanent. Hierzu weist das Koppelplanetengetriebe33 ein weiteres Sonnenrad39 , ein weiteres Planetenrad40 und ein weiteres Hohlrad41 auf. - Das Sonnenrad
39 ist mit dem Sonnenrad34 und mithin mit der elektrischen Maschine25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das Planetenrad40 ist an dem Planetenradträger35 drehbar gelagert, jedoch unabhängig von dem Planetenrad36 . Das Planetenrad40 kämmt einerseits mit dem Sonnenrad39 und andererseits mit dem Hohlrad41 . Das Hohlrad ist drehbar gelagert und mit dem Eingangszahnrad38 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Die Planetenräder36 und40 weisen bevorzugt unterschiedliche Zähnezahlen auf, sodass sich zwischen der elektrischen Maschine25 und dem Eingangszahnrad29 eine erste Übersetzung und zwischen der elektrischen Maschine25 und dem weiteren Eingangszahnrad38 eine zweite Übersetzung einstellt, wobei die beiden Übersetzungen voneinander verschieden sind. - In Ergänzung zu den vorstehend bereits beschriebenen Schaltstellungen kann nun eine vierte Schaltstellung der Schalteinrichtung
26 vorliegen, in welcher das Koppelelement27 mit dem Eingangszahnrad38 anstelle des Eingangszahnrad29 kämmt, während es gleichzeitig mit dem ersten Ausgangszahnrad30 kämmt. Entsprechend ist zwischen der elektrischen Maschine25 und der Eingangswelle6 eine andere Übersetzung eingestellt als in der ersten Schaltstellung. - Die beschriebene Getriebeeinrichtung
1 weist insbesondere den Vorteil auf, dass das Stirnraddifferentialgetriebe15 hohlradlos ausgestaltet ist und insoweit mit geringem axialen Bauraum realisierbar ist. Zudem ermöglicht die Schalteinrichtung26 eine flexible Anbindung der elektrischen Maschine25 , entweder zum Antreiben der Eingangswelle6 oder zur Bereitstellung der „Torque Vectoring“-Funktionalität durch Antreiben der Zwischenwelle24 .
Claims (5)
- Getriebeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (2), die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs (2) wirkverbindbare Eingangswelle (6) sowie eine erste Ausgangswelle (7) und eine zweite Ausgangswelle (8) aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe (15) verfügt, über das die Eingangswelle (6) mit der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppelt ist, wobei das Stirnraddifferentialgetriebe (15) ein mit der ersten Ausgangswelle (7) gekoppeltes erstes Sonnenrad (16) und ein mit der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppeltes zweites Sonnenrad (17) aufweist, wobei das erste Sonnenrad (16) mit einem an einem mit der Eingangswelle (6) gekoppelten Planetenradträger (18) drehbar gelagerten ersten Planetenrad (19) kämmt, das mit einem ebenfalls an dem Planetenradträger (18) drehbar gelagerten und mit dem zweiten Sonnenrad (17) kämmenden zweiten Planetenrad (20) kämmt, wobei das erste Planetenrad (19) als ein erstes Stufenplanetenrad (21) vorliegt, das mit einem mit der Eingangswelle (6) und einer elektrischen Maschine (25) koppelbaren zweiten Stufenplanetenrad (22) drehfest gekoppelt ist, wobei das zweite Stufenplanetenrad (22) mit einem Zahnrad kämmt, das mit einer Zwischenwelle (24) drehfest verbunden ist, und die elektrische Maschine (25) mittels einer Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und der Zwischenwelle (24) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (26) ein mit der Eingangswelle (6) drehfest gekoppeltes erstes Ausgangszahnrad (30), ein mit der Zwischenwelle (24) drehfest gekoppeltes zweites Ausgangszahnrad (31) und ein mit der elektrischen Maschine (25) drehfest gekoppeltes Eingangszahnrad (29) aufweist, wobei ein Koppelelement (27) der Schalteinrichtung (26) in einer ersten Schaltstellung mit dem ersten Ausgangszahnrad (30) und dem Eingangszahnrad (29) kämmt und mit dem zweiten Ausgangszahnrad (31) außer Eingriff steht und in einer zweiten Schaltstellung mit dem zweiten Ausgangszahnrad (31) und dem Eingangszahnrad (29) kämmt und mit dem ersten Ausgangszahnrad (30) außer Eingriff steht.
- Getriebeeinrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (6) koaxial zu der ersten Ausgangswelle (7) und/oder der zweiten Ausgangswelle (8) angeordnet ist. - Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnraddifferentialgetriebe (15) hohlradlos ausgestaltet ist.
- Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (25) über ein Koppelplanetengetriebe (33) mit der Schalteinrichtung (26) gekoppelt ist.
- Getriebeeinrichtung nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelplanetengetriebe (33) zweistufig ist und die elektrische Maschine (25) mit dem Eingangszahnrad (29) und einem weiteren Eingangszahnrad (38) der Schalteinrichtung (26) verbindet.
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