DE102017214917A1

DE102017214917A1 - Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017214917A1
Application number: DE102017214917.5A
Authority: DE
Inventors: Carsten Trautmann; Christian Meixner
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2037-08-26
Also published as: CN111051108A; US20200347917A1; DE102017214917B4; WO2019038208A1; US10962091B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine 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 eine koaxial zu der Eingangswelle (6) angeordnete elektrische Maschine (25) mittels einer Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und/oder einer über das Stirnraddifferentialgetriebe (15) mit der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppelten Zwischenwelle (24) koppelbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine (25) über ein Übersetzungsgetriebe (33) mit der Schalteinrichtung (26) gekoppelt ist, wobei das Übersetzungsgetriebe (33) über wenigstens zwei das betragsmäßig gleiche Standübersetzungsverhältnis aufweisende oder innerhalb eines bestimmten Standübersetzungsbereichs liegende, miteinander gekoppelte Planetenradsätze (34,35) verfügt.

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 aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe verfügt, über das die Eingangswelle mit der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle gekoppelt ist, wobei eine koaxial zu der Eingangswelle angeordnete elektrische Maschine mittels einer Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und/oder eine über das Stirnraddifferentialgetriebe mit der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle gekoppelten 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 2016/066732 A1 bekannt. Diese betrifft eine Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine mit einem Antriebsaggregat wirkverbindbare Eingangswelle sowie eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist, wobei die erste Ausgangswelle über ein erstes Getriebe mit einer ersten Teilwelle einer Radachse und die zweite Ausgangswelle über ein zweites Getriebe mit einer zweiten Teilwelle der Radachse wirkverbunden oder wirkverbunden ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Getriebeeinrichtung vorzustellen, welche gegenüber bekannten Getriebeeinrichtungen Vorteile aufweist, wobei insbesondere die elektrische Maschine flexibel in die Getriebeeinrichtung eingebunden ist.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Getriebeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine über ein Übersetzungsgetriebe mit der Schalteinrichtung gekoppelt ist, wobei das Übersetzungsgetriebe über wenigstens zwei das betragsmäßig gleiche Standübersetzungsverhältnis aufweisende oder innerhalb eines bestimmten Standübersetzungsbereichs liegende, miteinander gekoppelte Planetenradsätze verfügt.
Grundsätzlich werden im Rahmen dieser Beschreibung zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Getriebeeinrichtung beschrieben. Eine erste Ausführungsform der Getriebeeinrichtung sieht vor, dass mittels des Stirnraddifferentialgetriebes die Eingangswelle mit der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle gekoppelt ist, vorzugsweise permanent. In diesem Fall stellt die Eingangswelle die einzige Eingangswelle des Stirnraddifferentialgetriebes dar.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung soll zusätzlich zu der Eingangswelle die Zwischenwelle vorliegen, sodass die Eingangswelle sowie die Zwischenwelle jeweils über das Stirnraddifferentialgetriebe mit der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle gekoppelt sind, vorzugsweise ebenfalls permanent. Die Zwischenwelle ist hierbei vorzugsweise koaxial zu der Eingangswelle angeordnet, insbesondere nimmt sie die Eingangswelle wenigstens bereichsweise auf.
Sowohl die Eingangswelle als auch die Zwischenwelle sind bevorzugt ausschließlich über das Stirnraddifferentialgetriebe mit den beiden Ausgangswellen verbunden. Dies gilt unabhängig von der Ausführungsform der Getriebeeinrichtung.
Die elektrische Maschine ist mittels der Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und/oder der Zwischenwelle koppelbar. Die elektrische Maschine dient insbesondere der Realisierung einer „Torque Vectoring“-Funktionalität. Dies ist der Fall, sofern sie mit der Zwischenwelle gekoppelt beziehungsweise koppelbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Maschine 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 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/oder der Zwischenwelle gekoppelt werden. Vorzugsweise kann mithilfe der Schalteinrichtung also die Wirkverbindung zwischen der elektrischen Maschine und der Eingangswelle beziehungsweise der Zwischenwelle wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden. Besonders bevorzugt dient die Schalteinrichtung wahlweise 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 weitere Verbesserung der Flexibilität der Einbindung der elektrischen Maschine wird durch die Realisierung des Übersetzungsgetriebes erzielt. Über das Übersetzungsgetriebe ist die elektrische Maschine mit der Schalteinrichtung gekoppelt, sodass in anderen Worten die elektrische Maschine lediglich mittelbar über das Übersetzungsgetriebe an die Schalteinrichtung angeschlossen ist. Das Übersetzungsgetriebe weist die beiden Planetenradsätze auf, welche nachfolgend als erster Planetenradsatz und zweiter Planetenradsatz bezeichnet werden. Die beiden Planetenradsätze sind mit demselben Standübersetzungsverhältnis ausgestaltet, zumindest jedoch mit dem betragsmäßig gleichen Standübersetzungsverhältnis. Das bedeutet, dass die Vorzeichen der Standübersetzungsverhältnisse der beiden Planetenradsätze entweder gleich oder verschieden sein können. Alternativ liegen sie in demselben Standübersetzungsbereich. Darunter ist zu verstehen, dass die Standübersetzungsverhältnisse der Planetenradsätze oder ihre Beträge miteinander in einem bestimmten Verhältnis stehen. Beispielsweise liegen die Standübersetzungsverhältnisse in einem Bereich von höchstens 10 %, höchstens 20 % oder höchstens 25 %, bezogen auf eines der Standübersetzungsverhältnisse.
Jeder der Planetenradsätze liegt als vollständiger Planetenradsatz vor und verfügt insoweit jeweils über ein Sonnenrad, einen Planetenradträger und ein Hohlrad, wobei an dem Planetenradträger wenigstens ein Planetenrad drehbar gelagert ist. Im Falle des ersten Planetenradsatzes werden diese Elemente im Rahmen dieser Beschreibung teilweise als erstes Sonnenrad, erster Planetenradträger, erstes Hohlrad und erstes Planetenrad bezeichnet, im Falle des zweiten Planetenradsatzes als zweites Sonnenrad, zweiter Planetenradträger, zweites Hohlrad und zweites Planetenrad. In einer ersten Variante kämmt das jeweilige Planetenrad, also das erste Planetenrad oder das zweite Planetenrad, mit dem jeweiligen Hohlrad sowie mit dem jeweiligen Sonnenrad. In einer zweiten Variante ist das Planetenrad als Innenplanetenrad ausgestaltet, welches mit dem Sonnenrad kämmt, nicht jedoch mit dem Hohlrad. Vielmehr kämmt das Innenplanetenrad mit einem Außenplanetenrad, welches ebenfalls an dem jeweiligen Planetenradträger drehbar gelagert ist und mit dem Hohlrad, nicht jedoch mit dem Sonnenrad kämmt.
Mithilfe der beiden Planetenradsätze, die das betragsmäßig gleiche Standübersetzungsverhältnis aufweisen oder zumindest in dem Standübersetzungsbereich liegen, wird eine besonders kompakte Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung erzielt. Insbesondere kann durch das Vorsehen der beiden Planetenradsätze und das damit erzielbare hohe Übersetzungsverhältnis zwischen der elektrischen Maschine und der Schalteinrichtung ein weiteres Übersetzungsgetriebe der Getriebeeinrichtung kleiner ausgeführt werden oder sogar gänzlich entfallen.
Zudem ermöglicht die beschriebene Ausgestaltung des Übersetzungsgetriebes eine Anbindung der elektrischen Maschine an die Eingangswelle und/oder die Zwischenwelle mit unterschiedlichen Übersetzungen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass das Übersetzungsgetriebe zwei unterschiedliche Übersetzungen bereitstellt, sodass die elektrische Maschine entweder mit einem ersten Übersetzungsverhältnis oder mit einem von diesem verschiedenen zweiten Übersetzungsverhältnis mit der Eingangswelle und/oder der Zwischenwelle gekoppelt werden kann. Dies ermöglicht einen flexiblen Betrieb der Getriebeeinrichtung.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Planetenradsätze in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse der Eingangswelle gesehen auf derselben Seite der elektrischen Maschine oder auf gegenüberliegenden Seiten der elektrischen Maschine angeordnet sind. Das bedeutet, dass die beiden Planetenradsätze, welche miteinander gekoppelt sind, entweder in axialer Richtung besonders kompakt ausgestaltet sind oder - in Abhängigkeit von den Platzverhältnissen für die Getriebeeinrichtung - separat voneinander angeordnet werden. In letzterem Fall sind sie auf gegenüberliegenden Seiten der elektrischen Maschine angeordnet.
In jedem Fall kann eine Verbindungswelle zwischen den beiden Planetenradsätzen vorliegen, über welche diese miteinander gekoppelt sind. Die Verbindungswelle ist vorzugsweise koaxial zu der Eingangswelle und/oder der Zwischenwelle angeordnet. Vorzugsweise nimmt sie zumindest die Eingangswelle, weiter bevorzugt jedoch zusätzlich die Zwischenwelle in axialer Richtung gesehen wenigstens teilweise in sich auf. Sind die beiden Planetenradsätze auf gegenüberliegenden Seiten der elektrischen Maschine angeordnet, so durchgreift die Verbindungswelle die elektrische Maschine in axialer Richtung, um die beiden Planetenradsätze miteinander zu koppeln.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Maschine in einer ersten Schaltstellung der Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung mit der Zwischenwelle 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 in 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.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Sonnenrad eines ersten der Planetenradsätze mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist. Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes soll also mit der elektrischen Maschine gekoppelt sein, nämlich vorzugsweise starr und/oder permanent. Über das Sonnenrad wird insoweit die elektrische Maschine mit dem Übersetzungsgetriebe verbunden. Bevorzugt ist die elektrische Maschine ausschließlich mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes gekoppelt, nicht jedoch mit weiteren Getriebeelementen der Planetenradsätze.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Planetenradträger oder ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit einem Sonnenrad eines zweiten der Planetenradsätze gekoppelt ist. Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass die beiden Planetenradsätze miteinander gekoppelt sind, wobei vorzugsweise die elektrische Maschine an den ersten Planetenradsatz unmittelbar angeschlossen und über diesen mittelbar mit dem zweiten Planetenradsatz verbunden ist. Der zweite Planetenradsatz ist schließlich unmittelbar an die Schalteinrichtung angeschlossen, welche insoweit lediglich mittelbar über den zweiten Planetenradsatz mit dem ersten Planetenradsatz gekoppelt ist. Die Kopplung zwischen den Planetenradsätzen ist durch die Kopplung des Planetenradträgers oder des Hohlrads des ersten Planetenradsatzes einerseits mit dem Sonnenrad des anderen Planetenradsatzes realisiert. Die Kopplung ist bevorzugt starr und/oder permanent und zudem unmittelbar. Das bedeutet, dass bei gegebener Drehzahl des Planetenradträgers oder des Hohlrads das Sonnenrad stets dieselbe Drehzahl aufweist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein erstes Eingangszahnrad der Schalteinrichtung mit dem Planetenradträger oder dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und/oder mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt ist. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Schalteinrichtung das erste Eingangszahnrad, ein zweites Eingangszahnrad und zumindest ein erstes Ausgangszahnrad sowie (optional) ein zweites Ausgangszahnrad aufweist. Ein Koppelelement der Schalteinrichtung ist nun in unterschiedlichen Schaltstellungen anordenbar und koppelt in wenigstens einer der Schaltstellungen zumindest eines der Eingangszahnräder mit wenigstens einem der Ausgangszahnräder. Beispielsweise ist hierzu das Koppelelement in axialer Richtung bezüglich der Drehachse der Eingangswelle verlagerbar, nämlich zumindest zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung.
Das erste Eingangszahnrad der Schalteinrichtung soll nun entweder unmittelbar an den ersten Planetenradsatz oder unmittelbar an den zweiten Planetenradsatz angeschlossen sein. Im Falle des ersten Planetenradsatzes ist das erste Eingangszahnrad bevorzugt mit dem Planetenradträger oder dem Hohlrad gekoppelt, im Falle des zweiten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad, bevorzug jeweils starr und/oder permanent. Dies hat den Vorteil, dass über das erste Eingangszahnrad eine erste Übersetzung zwischen der elektrischen Maschine und der Eingangswelle beziehungsweise der Zwischenwelle realisierbar ist.
Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein zweites Eingangszahnrad der Schalteinrichtung mit dem Planetenradträger oder dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt ist. Das zweite Eingangszahnrad ist insoweit stets an den zweiten Planetenradsatz angebunden, nämlich an den Planetenradträger oder das Hohlrad. Über das zweite Zahnrad kann entsprechend eine zweite Übersetzung zwischen der elektrischen Maschine und der Eingangswelle beziehungsweise der Zwischenwelle realisiert werden, wobei die zweite Übersetzung von der ersten Übersetzung verschieden ist. Entsprechend ist mit der hier beschriebenen Ausführungsform der Getriebeeinrichtung die elektrische Maschine mit unterschiedlichen Übersetzungen an die Eingangswelle beziehungsweise die Zwischenwelle anbindbar, sodass die elektrische Maschine in zahlreichen Betriebspunkten der Antriebseinrichtung beziehungsweise der Getriebeeinrichtung mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein erstes Ausgangszahnrad der Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und/oder ein zweites Ausgangszahnrad der Schalteinrichtung mit der Zwischenwelle gekoppelt ist. Auf das Vorliegen des ersten Ausgangszahnrads und/oder des zweiten Ausgangszahnrads wurde bereits hingewiesen. Das erste Ausgangszahnrad ist mit der Eingangswelle und das zweite Ausgangszahnrad (sofern vorhanden) mit der Zwischenwelle gekoppelt, nämlich bevorzugt starr und/oder permanent. Beispielsweise ist das jeweilige Ausgangszahnrad über die entsprechende Welle drehbar gelagert und hierzu auf ihr angeordnet und drehfest mit ihr verbunden. Über das erste Ausgangszahnrad kann das Koppelelement eines der Eingangszahnräder mit der Eingangswelle und über das zweite Ausgangszahnrad mit der Zwischenwelle in Wirkverbindung setzen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Koppelelement der Schalteinrichtung in wenigstens der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung anordenbar ist und in der ersten Schaltstellung mit dem ersten Eingangszahnrad und dem ersten Ausgangszahnrad und in der zweiten Schaltstellung mit dem ersten Eingangszahnrad und dem zweiten Ausgangszahnrad kämmt. Das bedeutet, dass das Koppelelement in den beiden Schaltstellungen zwischen der elektrischen Maschine und der Antriebswelle einerseits sowie zwischen der elektrischen Maschine und der Zwischenwelle andererseits dieselbe Übersetzung einstellt, indem er das jeweilige Ausgangszahnrad mit dem ersten Eingangszahnrad koppelt, nämlich vorzugsweise drehfest.
Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass das Koppelelement in einer dritten Schaltstellung mit dem zweiten Eingangszahnrad und dem ersten Ausgangszahnrad kämmt. In der dritten Schaltstellung liegt entsprechend zwischen der elektrischen Maschine und der Eingangswelle die zweite Übersetzung vor, die von der ersten Übersetzung verschieden ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung zusätzlich derart ausgestaltet ist, dass das Koppelelement in einer vierten Schaltstellung das zweite Eingangszahnrad mit dem zweiten Ausgangszahnrad koppelt.
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,
3 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer dritten Ausführungsform,
4 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer vierten Ausführungsform,
5 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer fünften Ausführungsform,
6 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer sechsten Ausführungsform,
7 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer siebten Ausführungsform,
8 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer achten Ausführungsform,
9 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer neunten Ausführungsform, und
10 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer zehnten Ausführungsform.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Getriebeeinrichtung 1, die hier beispielsweise als Bestandteil eines nicht im Detail dargestellten Kraftfahrzeugs 2 vorgesehen ist. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Radachse 3 mit einer ersten Teilwelle 4 und einer zweiten Teilwelle 5 auf. Die Radachse 3 beziehungsweise die Teilwellen 4 und 5 sind über die Getriebeeinrichtung 1 mittels einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs 2 antreibbar. Die Antriebseinrichtung ist dabei mit einer Eingangswelle 6 der Getriebeeinrichtung 1 wirkverbunden oder zumindest wirkverbindbar. Die erste Teilwelle 4 ist dagegen an eine erste Ausgangswelle 7, die zweite Teilwelle 5 eine zweite Ausgangswelle 8 der Getriebeeinrichtung 1 angeschlossen beziehungsweise mit der jeweiligen Ausgangswelle 7 beziehungsweise 8 wirkverbunden.
Die Wirkverbindung zwischen ersten Teilwelle 4 und der ersten Ausgangswelle 7 ist über ein erstes Getriebe 9, die Wirkverbindung zwischen der zweiten Teilwelle 5 und der zweiten Ausgangswelle 8 über ein zweites Getriebe 10 hergestellt. Die Getriebe 9 und 10 können in Form von Winkelgetrieben vorliegen. Dabei sind sie vorzugweise als Kegelradgetriebe ausgestaltet und verfügen insoweit jeweils über ein erstes Kegelrad 11 beziehungsweise 12 und ein zweites Kegelrad 13 beziehungsweise 14. Es kann gemäß der hier vorliegenden Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1 vorgesehen sein, dass die Teilwellen 4 und 5 beziehungsweise ihre Drehachsen in lateraler beziehungsweise radialer Richtung bezüglich der Drehachsen gegeneinander versetzt sind. Die Teilwellen 4 und 5 können jedoch alternativ auch koaxial zueinander angeordnet sein, also zumindest in Draufsicht miteinander fluchten.
Die Ausgangswellen 7 und 8 können gegenüber den Teilwellen 4 und 5 beziehungsweise der Radachse 3 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 Getriebe 9 und 10, die in Form der Winkelgetriebe vorliegen, realisiert. Selbstverständlich können die Getriebe 9 und 10 alternativ als Stirnradgetriebe ausgeführt sein. Beispielsweise sind hierbei die Ausgangswellen 7 und 8 parallel zu den Teilwellen 4 und 5 angeordnet.
Die Getriebeeinrichtung 1 weist ein Stirnraddifferentialgetriebe 15 auf, über welches die erste Ausgangswelle 7 und die zweite Ausgangswelle 8 permanent mit der Eingangswelle 6 wirkverbunden beziehungsweise gekoppelt sind. Zu diesem Zweck ist das Stirnraddifferentialgetriebe 15 als Planetengetriebe ausgestaltet, das ein erstes Sonnenrad 16, ein zweites Sonnenrad 17 sowie einen Planetenradträger 18 aufweist, an welchem ein erstes Planetenrad 19 und ein zweites Planetenrad 20 jeweils drehbar gelagert sind. Hierbei ist der Planetenradträger 18 mit der Eingangswelle 6 der Getriebeeinrichtung 1 gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent.
Das erste Sonnenrad 16 ist hingegen mit der ersten Ausgangswelle 7 und das zweite Sonnenrad 17 mit der zweiten Ausgangswelle 8 gekoppelt, jeweils bevorzugt starr und/oder permanent. Das erste Planetenrad 19 kämmt mit dem zweiten Planetenrad 20, nämlich vorzugsweise permanent. Das erste Planetenrad 19 kämmt zudem mit dem ersten Sonnenrad 16, nicht jedoch mit dem zweiten Sonnenrad 17. Das zweite Planetenrad 20 kämmt hingegen mit dem zweiten Sonnenrad 17, nicht jedoch mit dem ersten Sonnenrad 16.
Das erste Planetenrad 19 ist als erstes Stufenplanetenrad 21 ausgestaltet, das mit einem zweiten Stufenplanetenrad 22 drehfest gekoppelt ist. Die beiden Stufenplanetenräder 21 und 22 sind gemeinsam an dem Planetenradträger 18 drehbar gelagert, wobei sie vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten einer Lagerstelle 23 an dem Planetenradträger 18 vorliegen. Das zweite Stufenplanetenrad 22 ist mit einer Zwischenwelle 24 drehfest gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent. Es ist deutlich zu erkennen, dass die beiden Ausgangswellen 7 und 8 sowie die Eingangswelle 6 und die Zwischenwelle 24 koaxial zueinander angeordnet sind, also dieselbe Drehachse aufweisen. Dabei nimmt die zweite Ausgangswelle 8 die erste Ausgangswelle 7 zumindest bereichsweise auf, ebenso nimmt die Zwischenwelle 24 die Eingangswelle 6 zumindest bereichsweise auf. Besonders hervorzuheben ist zudem, dass das Stirnraddifferentialgetriebe 15 hohlradlos ausgestaltet ist, also nicht über ein Hohlrad verfügt.
Die Getriebeeinrichtung 1 verfügt über eine elektrische Maschine 25, die mittels einer Schalteinrichtung 26 mit der Eingangswelle 6 und/oder der Zwischenwelle 24 koppelbar ist. Hierbei verfügt die Schalteinrichtung 26 über ein Koppelelement 27, das gemäß dem Doppelpfeil 28 in axialer Richtung verlagerbar ist. In der hier dargestellten Ausführungsform weist die Schalteinrichtung 26 ein erstes Eingangszahnrad 29, ein zweites Eingangszahnrad 30, ein erstes Ausgangszahnrad 31 sowie ein zweites Ausgangszahnrad 32 auf.
Das Koppelelement 27 ist nun derart ausgestaltet, dass es in unterschiedlichen Stellungen mit unterschiedlichen der Zahnräder 29, 30, 31 und 32 kämmt. Beispielsweise kämmt das Koppelelement 27 in einer ersten Stellung mit dem ersten Eingangszahnrad 29 sowie dem ersten Ausgangszahnrad 31. In einer zweiten Stellung kämmt es beispielsweise mit dem ersten Eingangszahnrad 29 und dem zweiten Ausgangszahnrad 32. In einer dritten Stellung hingegen kann es vorgesehen sein, dass es mit dem zweiten Eingangszahnrad 30 und dem ersten Ausgangszahnrad 31 kämmt. Die beiden Eingangszahnräder 29 und 30 sind permanent mit der elektrischen Maschine 25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das erste Ausgangszahnrad 31 ist fest mit der Eingangswelle 6 und das zweite Ausgangszahnrad 32 fest mit der Zwischenwelle 24 gekoppelt, vorzugsweise ebenfalls starr und/oder permanent.
Die Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 25 und der Schalteinrichtung 26 liegt über ein Übersetzungsgetriebe 33 vor. Dieses verfügt über einen ersten Planetenradsatz 34 und einen zweiten Planetenradsatz 35, wobei die beiden Planetenradsätze 34 und 35 miteinander gekoppelt sind. Der erste Planetenradsatz 34 verfügt über ein Sonnenrad 36, einen Planetenradträger 37 und ein Hohlrad 38, wobei an dem Planetenradträger 37 wenigstens ein Planetenrad 39 drehbar gelagert ist. Das Planetenrad 39 kämmt sowohl mit dem Sonnenrad 36 als auch mit dem Hohlrad 38.
Analog hierzu verfügt der zweite Planetenradsatz 35 über ein Sonnenrad 40, einen Planetenradträger 41 und ein Hohlrad 42, wobei an dem Planetenradträger 41 ein Planetenrad 42 drehbar gelagert ist, das mit dem Sonnenrad 40 und dem Hohlrad 42 kämmt. Die beiden Hohlräder 38 und 42 sind als gemeinsames Hohlrad ausgestaltet und in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ortsfest, beispielsweise gegenüber einem Getriebegehäuse der Getriebeeinrichtung festgesetzt.
Die beiden Eingangszahnräder 29 und 30 sind jeweils über wenigstens einen der Planetenradsätze 34 und 35 mit der elektrischen Maschine 25 gekoppelt, nämlich vorzugsweise starr und/oder permanent. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine 25 mit dem Sonnenrad 36 des ersten Planetenradsatzes 34 gekoppelt. Der Planetenradträger 37 des ersten Planetenradsatzes 34 ist mit dem Sonnenrad 40 des zweiten Planetenradsatzes 35 sowie dem ersten Eingangszahnrad 29 gekoppelt. Der Planetenradträger 41 des zweiten Planetenradsatzes 35 ist hingegen mit dem zweiten Eingangszahnrad 30 gekoppelt.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Getriebeeinrichtung 1. Diese ähnelt der ersten Ausführungsform, sodass insoweit auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Diese liegen darin, dass die Zwischenwelle 24 entfällt und entsprechend auch das zweite Ausgangszahnrad 32 nicht vorliegt. Dies gilt ebenso für das zweite Stufenplanetenrad 22.
Die 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1 in schematischer Darstellung. Diese ähnelt der zweiten Ausführungsform, sodass insoweit auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird. Der Unterschied zu der zweiten Ausführungsform liegt darin, dass die beiden Planetenradsätze 34 und 35 in axialer Richtung bezüglich der Drehachse der Eingangswelle 6 gesehen auf gegenüberliegenden Seiten der elektrischen Maschine 25 angeordnet sind. Entsprechend ist - wiederum in axialer Richtung gesehen - der erste Planetenradsatz 34 zwischen dem Stirnraddifferentialgetriebe 15 und der elektrischen Maschine 25 angeordnet, wohingegen der zweite Planetenradsatz 35 zwischen der elektrischen Maschine 25 und der Schalteinrichtung 26 vorliegt.
Die 4 zeigt eine vierte Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung 1. Diese ähnelt der ersten Ausführungsform, sodass auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede hingewiesen wird. Diese liegen in der Ausgestaltung der Schalteinrichtung 26, insbesondere des Koppelelements 27. Es wird deutlich, dass die beiden Eingangszahnräder 29 und 30 sowie die beiden Ausgangszahnräder 31 und 32 jeweils als Stirnräder ausgestaltet sind. Das Koppelelement 27 weist drei über Schubstangen 44 und 45 miteinander verbundene Eingriffselemente 46, 47 und 48, die in axialer Richtung voneinander beabstandet sind. Wiederum ist das Koppelelement 27 derart ausgestaltet, dass es in unterschiedlichen Schaltstellungen unterschiedliche Schaltkombinationen zwischen den Eingangszahnrädern 29 und 30 einerseits sowie den Ausgangszahnrädern 31 und 32 herstellt.
Die 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1. Diese ähnelt der vierten Ausführungsform, sodass auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird. Die Unterschiede zu der vierten Ausführungsform liegen in der Ausgestaltung des Koppelelements 27, welches hier lediglich die Eingriffselemente 46 und 47 aufweist, die über die Schubstange 44 miteinander verbunden sind. Entsprechend entfallen im Vergleich zu der vierten Ausführungsform die Schubstange 45 und das Eingriffselement 48. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform hinsichtlich der möglichen Schaltkombinationen zwischen den Eingangszahnrädern 29 und 30 einerseits und den Ausgangszahnrädern 31 und 32 andererseits.
Die 6 zeigt eine sechste Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1. Diese ähnelt der fünften Ausführungsform, sodass auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird. Die Unterschiede liegen in der Ausgestaltung des Übersetzungsgetriebes 33. So ist es nun vorgesehen, dass das zweite Eingangszahnrad 30 mit dem Hohlrad 42 des zweiten Planetenradsatzes 35 gekoppelt ist. Dieses ist im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen drehbar, also nicht festgesetzt. Hingegen ist der Planetenradträger 41 des zweiten Planetenradsatzes 35 festgesetzt, beispielsweise bezüglich des Getriebegehäuses der Getriebeeinrichtung 1. Mit einer solchen Ausführungsform kann für das zweite Eingangszahnrad 30 ein anderes Übersetzungsverhältnis realisiert werden.
Die 7 zeigt eine siebte Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1. Diese ähnelt der ersten Ausführungsform, sodass auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden. Diese liegen darin, dass das Hohlrad 38 des ersten Planetenradsatzes 34 drehbar ist und mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes 35 gekoppelt ist, nämlich bevorzugt starr und/oder permanent. Hingegen ist der Planetenradträger 37 des ersten Planetenradsatzes 34 festgesetzt, beispielsweise bezüglich des Getriebegehäuses der Getriebeeinrichtung 1.
Die 8 zeigt eine achte Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1. Erneut wird auf die Ausführungen zu der ersten Ausführungsform Bezug genommen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede hingewiesen. Analog zu der siebten Ausführungsform ist im Rahmen der achten Ausführungsform das Hohlrad 38 des ersten Planetenradsatzes 34 drehbar gelagert. Es ist mit dem Planetenradträger 41 des zweiten Planetenradsatzes 35 gekoppelt, nämlich insbesondere starr und/oder permanent. Das bedeutet, dass es zugleich mit dem zweiten Eingangszahnrad 30 gekoppelt ist.
Die 9 zeigt eine neunte Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1. Auf die Ausführungen zu der ersten Ausführungsform wird Bezug genommen und nachfolgend nur auf die Unterschiede hingewiesen. Wiederum ist das Hohlrad 38 des ersten Planetenradsatzes 34 drehbar gelagert. Es ist mit dem Sonnenrad 40 des zweiten Planetenradsatzes 35 gekoppelt, nämlich bevorzugt starr und/oder permanent. Analog zu der ersten Ausführungsform ist dieses Sonnenrad 40 mit dem ersten Eingangszahnrad 29 gekoppelt. Die Kopplung der beiden Planetenradsätze 34 und 35 wird durch eine Kopplung der Planetenradträger 37 und 41 realisiert, wobei die Kopplung vorzugsweise starr und/oder permanent ist. Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Planetenradträger 41 mit dem zweiten Eingangszahnrad 30 gekoppelt ist.
Die 10 zeigt eine zehnte Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1. Auf die Ausführungen zu der ersten Ausführungsform wird erneut Bezug genommen und nur auf die Unterschiede hingewiesen. Es ist erkennbar, dass das Planetenrad 39 des ersten Planetenradsatzes 34 als Innenplanetenrad ausgestaltet ist. Zusätzlich zu dem Innenplanetenrad 39 weist der erste Planetenradsatz 34 ein Außenplanetenrad auf. Das Innenplanetenrad 39 kämmt mit dem Sonnenrad 36 des ersten Planetenradsatzes 34, nicht jedoch mit dem Hohlrad 38.
Das Außenplanetenrad 49 kämmt mit dem Innenplanetenrad 39 sowie mit dem Hohlrad 38, nicht jedoch mit dem Sonnenrad 36. Sowohl das Innenplanetenrad 39 als auch das Außenplanetenrad 49 sind jeweils drehbar an dem Planetenradträger 37 des ersten Planetenradsatzes 34 drehbar gelagert. Analog zu der neunten Ausführungsform ist der Planetenradträger 37 des ersten Planetenradsatzes 34 mit dem Planetenradträger 41 des zweiten Planetenradsatzes 35 gekoppelt, welcher wiederum mit dem zweiten Eingangszahnrad 30 gekoppelt ist.
Die beschriebene Getriebeeinrichtung 1 weist insbesondere den Vorteil auf, dass das Stirnraddifferentialgetriebe 15 hohlradlos ausgestaltet ist und insoweit mit geringem axialem Bauraum realisierbar ist. Zudem ermöglicht die Schalteinrichtung 26 eine flexible Anbindung der elektrischen Maschine 25, vorzugsweise entweder zum Antreiben der Eingangswelle 6 oder zur Bereitstellung der „Torque Vectoring“-Funktionalität durch Antreiben der Zwischenwelle 24.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/066732 A1 [0006]

Claims

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 eine koaxial zu der Eingangswelle (6) angeordnete elektrische Maschine (25) mittels einer Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und/oder einer über das Stirnraddifferentialgetriebe (15) mit der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppelten Zwischenwelle (24) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (25) über ein Übersetzungsgetriebe (33) mit der Schalteinrichtung (26) gekoppelt ist, wobei das Übersetzungsgetriebe (33) über wenigstens zwei das betragsmäßig gleiche Standübersetzungsverhältnis aufweisende oder innerhalb eines bestimmten Standübersetzungsbereichs liegende, miteinander gekoppelte Planetenradsätze (34,35) verfügt.
Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Planetenradsätze (34,35) in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse der Eingangswelle (6) gesehen auf derselben Seite der elektrischen Maschine (25) oder auf gegenüberliegenden Seiten der elektrischen Maschine (25) angeordnet sind.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (25) in einer ersten Schaltstellung der Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung mit der Zwischenwelle (24) gekoppelt ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad (36) eines ersten der Planetenradsätze (34,35) mit der elektrischen Maschine (25) gekoppelt ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenradträger (37) oder ein Hohlrad (38) des ersten Planetenradsatzes (34) mit einem Sonnenrad (40) eines zweiten der Planetenradsätze (35) gekoppelt ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Eingangszahnrad (29) der Schalteinrichtung (26) mit dem Planetenradträger (37) oder dem Hohlrad (38) des ersten Planetenradsatzes (34) oder mit dem Sonnenrad (40) des zweiten Planetenradsatzes (35) gekoppelt ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Eingangszahnrad (30) der Schalteinrichtung (26) mit dem Planetenradträger (41) oder dem Hohlrad (42) des zweiten Planetenradsatzes (35) gekoppelt ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ausgangszahnrad (31) der Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und/oder ein zweites Ausgangszahnrad (32) der Schalteinrichtung (26) mit der Zwischenwelle (24) gekoppelt ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Koppelelement (27) der Schalteinrichtung (26) in wenigstens der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung anordenbar ist und in der ersten Schaltstellung mit dem ersten Eingangszahnrad (29) und dem zweiten Ausgangszahnrad (32) und in der zweiten Schaltstellung mit dem ersten Eingangszahnrad (29) und dem zweiten Ausgangszahnrad (32) kämmt.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (27) in einer dritten Schaltstellung mit dem zweiten Eingangszahnrad (30) und dem ersten Ausgangszahnrad (31) kämmt.