DE102018109317A1 - Getriebeanordnung für eine elektrisch antreibbare Achse eines Fahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für eine elektrisch antreibbare Achse eines Fahrzeugs mit einem über eine Kupplung (2) elektrisch antreibbaren Getriebe (1) zur Übertragung eines Drehmoments auf die Achse, wobei Getriebe (1) und Kupplung (2) koaxial hintereinander zumindest abschnittsweise durch eine Zwischenwand (4) eines ortsfesten Gehäuses (1) getrennt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Kupplung (2) und Getriebe (1) derart ausgebildet und an der Zwischenwand (4) abgestützt sind, dass sich im Betrieb die einerseits durch die Betätigung der Kupplung (2) und andererseits aus dem Getriebe (1) auf die Zwischenwand (4) wirkenden axialen Kräfte (FK, FG) zumindest teilweise kompensieren. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Ansteuern einer Kupplung in einer Getriebeanordnung für eine elektrisch antreibbare Achse eines Fahrzeugs.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für eine elektrisch antreibbare Achse eines Fahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 10 näher definierten Art.
- Aus
DE 10 2010 024 599 A1 ist ein Lastschaltgetriebe für ein Fahrzeug bekannt, das getriebeeingangsseitig über eine Kupplung mit einer elektrischen Antriebseinheit verbindbar und getriebeausgangsseitig über ein Differenzial mit einer Fahrzeugantriebsachse in Antriebsverbindung steht. Wenn die Kupplung betätigt wird, muss die dazu benötigte Betätigungskraft üblicher Weise in einem Gehäuse abgestützt werden. Um dieser Betätigungskraft standzuhalten, muss das Gehäuse sehr massiv ausgeführt werden. Dies erfordert viel axialen Bauraum und führt zu erhöhtem Gewicht sowie erhöhten Kosten. - Zusammenfassung der Erfindung
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeanordnung der vorgenannten Art hinsichtlich ihres Aufbaues bauraum- und gewichtssparend sowie kostengünstig zu gestalten.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
- Es wird eine Getriebeanordnung für eine elektrisch antreibbare Achse eines Fahrzeugs mit einem über eine Kupplung elektrisch antreibbaren Getriebe zur Übertragung eines Drehmoments auf die Achse vorgeschlagen. Getriebe und Kupplung sind koaxial hintereinander zumindest abschnittsweise durch eine Zwischenwand eines ortsfesten Gehäuses getrennt angeordnet und derart ausgebildet und an der Zwischenwand abgestützt, dass sich im Betrieb die einerseits durch die Betätigung der Kupplung und andererseits die aus dem Getriebe auf die Zwischenwand wirkenden axialen Kräfte zumindest teilweise kompensieren. Auf diese Weise ist die an der Zwischenwand abgestützte Betätigungskraft der Kupplung durch Axialkräfte aus dem Getriebe zumindest teilweise kompensierbar, wodurch die Belastung der Zwischenwand deutlich verringert und eine massive Ausgestaltung derselben vermieden wird. Bauraum, Gewicht und Kosten können so reduziert werden.
- Vorzugsweise ist das Getriebe mit einer Schrägverzahnung in Hinblick auf Lebensdauer und Akustik optimiert ausgeführt. Bevorzugt ist hierbei die Schrägverzahnung mit einem vorbestimmten Schrägungswinkel und die Kupplung mit einer vorbestimmten Anzahl an Reiblamellen und einem vorbestimmten mittleren Reibradius ausgebildet, derart, dass sich eine axiale Betätigungskraft der Kupplung und eine aus dem Getriebe wirkende Axialkraft in zumindest einem Betriebspunkt gegenseitig aufheben.
- Kupplung und Getriebe können auf einfache Weise durch ein erstes und ein zweites Lager an der Zwischenwand abgestützt werden. Vorzugsweise sind dabei die Lager koaxial hintereinander fluchtend angeordnet. Hierdurch wird ein direkter Kraftfluss zwischen Kupplung und Getriebe an der Zwischenwand erreicht.
- Es ist von Vorteil, wenn die Lager als Schrägkugellager ausgeführt sind.
- In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zur Aufnahme der Lager an der Zwischenwand eine Halterung vorgesehen. Vorzugsweise ist diese am Innendurchmesser durch eine radiale Trennwand in zwei axiale Abschnitte getrennt, in die die Lager mit Außenringen zumindest abschnittsweise aufgenommen und an der Trennwand gegeneinander axial abgestützt sind.
- In besonders vorteilhafter Weise ist die Halterung einteilig mit der Zwischenwand ausgeführt.
- Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Kupplung mit zumindest einem Kupplungsträger an einem Innenring des ersten Lagers abgestützt ist. Bevorzugt ist das Getriebe mit zumindest einem Planetenträger an einem Innenring des zweiten Lagers abgestützt. Auf diese Weise wird eine direkte Abstützung von Kupplung und Getriebe über die Lager an der Zwischenwand ermöglicht.
- Vorzugsweise trägt der Planetenträger mehrere Planetenwellen, die über Axiallager an ersterem abgestützt sind.
- Die Planetenwellen tragen bevorzugt zumindest einen Satz Planetenräder mit einer Schrägverzahnung.
- Vorzugsweise sind die Planetenwellen als sogenannte Tripelplanetenwellen ausgebildet und tragen zwei Sätze Planetenräder, wobei die Tripelplanetenwellen über einen einteilig mit diesen ausgebildeten dritten Satz Planetenräder an einer Innenverzahnung eines ortsfesten Hohlrads abgestützt sind.
- Die Kupplung ist bevorzugt lastschaltbar, vorzugsweise als Lamellen-Doppelkupplung, zum Schalten von mehreren Gangstufen des Getriebes ausgeführt.
- Die Zwischenwand des Gehäuses kann auch durch ein anderes tragendes ortsfestes Bauteil, wie beispielweise einen Rahmen oder eine Motorwand, oder als ein Teil desselben gebildet werden.
- Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Ansteuern einer Kupplung in einer Getriebeanordnung für eine elektrisch antreibbare Achse eines Fahrzeugs mit einem über eine Kupplung elektrisch antreibbaren Getriebe zur Übertragung eines Drehmoments auf die Achse gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Kupplung in Abhängigkeit des zu übertragenden Drehmoments derart anzusteuern, dass eine aus der Betätigung derselben wirkende axiale Betätigungskraft und eine aus dem Getriebe wirkende Axialkraft sich kompensieren.
- Da die Aktorkraft zur Betätigung der Kupplung und die aus dem Getriebe resultierende Axialkraft abhängig von dem zu übertragenden Drehmoment sind, kann ein Kennfeld für die Betätigung der Kupplung in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Drehmoment erstellt werden. Auf dieses Weise ist es möglich, entsprechend dem Kennfeld die Kupplung bzw. den Aktor in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Drehmoment in jedem Betriebspunkt derart anzusteuern, dass die Betätigungskraft der Kupplung und die aus dem Getriebe resultierende Axialkraft sich gänzlich aufheben.
- Das Verfahren ist besonders vorteilhaft zum Ansteuern einer Kupplung in einer Getriebeanordnung nach einem der oben beschriebenen Ansprüche verwendbar.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus einer Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung in einer geschnittenen Teilansicht vereinfacht dargestellt ist.
- Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
- Die beispielhaft dargestellte Getriebeanordnung für eine elektrisch antreibbare Achse eines Fahrzeugs umfasst ein Getriebe
1 zur Übertragung eines Drehmoments auf die Achse und eine Kupplung2 . Das Getriebe1 ist als Mehrfach-Planetengetriebestufe mit Schrägverzahnung10 ausgeführt. Über die als lastschaltbare Lamellen-Doppelkupplung ausgebildete Kupplung2 ist ein Drehmoment, von einem nicht dargestellten elektrischen Antrieb, insbesondere einem Elektromotor, auf das Getriebe1 übertragbar. Das Getriebe1 ist über die Kupplung2 in zwei Gangstufen unter Last schaltbar. - Das Getriebe
1 und die Kupplung2 sind in einem ortsfesten Gehäuse3 koaxial hinter- bzw. nebeneinander in zwei durch eine radial verlaufende Zwischenwand4 des Gehäuses getrennten Gehäuseabschnitten angeordnet und über koaxial hinter- bzw. nebeneinander angeordnete Lager5 ,6 in einer Halterung7 an der Zwischenwand4 gegeneinander abgestützt. Die Lager5 ,6 sind als Schrägkugellager ausgeführt, wodurch eine axiale und zugleich radiale Abstützung von Getriebe1 und Kupplung2 an der Zwischenwand4 erreicht wird. - Die Kupplung
2 wird von einem nicht dargestellten Aktor mit einer durch Pfeile angedeuteten Anpresskraft axial betätigt. Diese Kraft wird durch die Kupplung2 über ein erstes Lager5 an der Zwischenwand4 axial abgestützt. Somit wirkt die BetätigungskraftFK der Kupplung2 auf die Zwischenwand4 . In Abhängigkeit von dem dabei auf das Getriebe1 übertragene Drehmoment treten an der Schrägverzahnung10 AxialkräfteFG auf, die als resultierende AxialkraftFG über ein zweites Lager6 an der Zwischenwand4 abgestützt sind. Die BetätigungskraftFK der Kupplung2 und die resultierende AxialkraftFG wirken hierbei axial entgegengesetzt zueinander. - Die Betätigungskraft der Kupplung
FK kann mit Hilfe der Anzahl der Reiblamellen8 ,9 und dem mittleren Reibradius der Kupplung2 eingestellt werden. Zusätzlich kann durch die Aktuierungskraft des Aktors die an der Zwischenwand4 abgestützte BetätigungskraftFK der Kupplung2 eingestellt werden. Die AxialkraftFG aus dem Getriebe1 resultiert aus dem an einer Schrägverzahnung10 übertragenden Drehmoment. Da die AxialkraftFG vom SchrägungswinkelFG der Schrägverzahnung10 abhängt, kann mit einem vorbestimmten Schrägungswinkel α der Schrägverzahnung10 somit die aus dem Getriebe1 resultierende AxialkraftFG in einem gewissen Rahmen eingestellt werden. - Mit steigendem übertragenen Drehmoment entsteht eine größere resultierend Axialkraft
FG aus dem Getriebe. Eine steigendes zu übertragendes Drehmoment an der Kupplung2 , erfordert eine größere Aktuierungskraft des Aktors. Dadurch muss eine größere BetätigungskraftFK an der Zwischenwand4 abgestützt werden. Somit steigen beide Kräfte, die AxialkraftFG aus dem Getriebe und die BetätigungskraftFK für die Kupplung, in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Drehmoment. In besonders vorteilhafter Weise wird das Getriebe1 mit der Schrägverzahnung10 so ausgelegt, dass Lebensdauer oder Akustik desselben optimiert werden. Die Kupplung2 mit dem Aktor wird dann so angepasst, dass die an der Zwischenwand angreifenden AxialkräfteFK undFG aufgehoben werden. Hierzu wird BetätigungskraftFK über die Aktorkraft, die Anzahl der Reiblamellen8 ,9 und dem mittleren Reibradius so eingestellt, dass sie genau der resultierenden AxialkraftFG aus dem Getriebe1 entspricht. Aus Sicherheitsgründen sollte die Aktorkraft etwas über der benötigten Kraft liegen, um das angeforderte Drehmoment zu übertragen, damit die Kraftkompensation durchgeführt werden kann, ohne dass die Kupplung2 ungewollt durchrutscht. - Soll nun im Betrieb mehr Drehmoment an der Kupplung
2 übertragen werden, wird die Aktorkraft erhöht, daraus resultiert eine steigende BetätigungskraftFK der Kupplung2 . Da mehr Drehmoment übertragen wird, steigt auch die aus dem Getriebe1 resultierende AxialkraftFK . Somit kann ein Kennfeld für die Betätigung der Kupplung2 in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Drehmoment erstellt werden. Auf dieses Weise kann entsprechend dem Kennfeld die Kupplung2 bzw. der Aktor in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Drehmoment in jedem Betriebspunkt derart angesteuert werden, dass die auf die Zwischenwand4 wirkende BetätigungskraftFK die aus dem Getriebe1 resultierende AxialkraftFG kompensiert. Die Zwischenwand4 übernimmt dabei nur die Funktion der Lagerhalterung7 . Dieses Konzept der Kupplungskraftkompensation lässt sich prinzipiell auf jede Getriebeanordnung mit einer schaltbaren Kupplung und einem Getriebe anwenden. - Die koaxial dicht hinter- bzw. nebeneinander angeordnete Lager
5 ,6 liegen axial fluchtend auf dem gleichen Radius. Dadurch wird über die Lagerhalterung7 an der Zwischenwand4 ein direkter Kraftfluss ermöglicht. Die Lagerhalterung7 ist am radial inneren Ende der Zwischenwand4 einteilig mit dieser nabenförmig ausgeführt. Sie ist am Innendurchmesser durch eine radiale Trennwand11 in zwei axiale Abschnitte getrennt, in die jeweils ein Außenring12 ,13 der Lager5 ,6 axial und radial eingepasst angeordnet ist. Die Außenringe12 ,13 sind mit dem Außendurchmesser am Innendurchmesser der Lagerhalterung7 und mit den einander zugewandten axialen Stirnseiten an den axialen Seiten der Trennwand11 ringförmig axial abgestützt. An den Innenringen14 ,15 der Lager5 ,6 sind einerseits die Kupplung2 und andererseits das Getriebe1 direkt abgestützt. - Hierbei ist liegt die Kupplung
2 mit einem radialen Kupplungsträger16 innen mit dem Außendurchmesser eines zentralen axialen Lagerflanschs17 am Innendurchmesser des Innenrings14 des ersten Lagers5 an. Das Getriebe1 ist mit einem Planetenträger18 mit dem Außendurchmesser eines zentralen axialen Lagerflanschs20 am Innendurchmesser des Innenrings15 des zweiten Lagers6 abgestützt. Der Planetenträger18 trägt mehrere jeweils auf Planetenbolzen19 gelagerte Planetenwellen32 mit mehreren Sätzen Planetenräder26 ,27 28 . Damit die Übertragung der an der Schrägverzahnung10 entstehenden Axialkräfte reibungslos funktioniert, sind die Planetenwellen32 jeweils über Axiallager21 ,22 am Planetenträger18 gelagert, die vorzugsweise als Nadellager ausgeführt sind. - Das vom elektrischen Antrieb erzeugte Drehmoment wird von einer Antriebswelle
23 über die Kupplung2 je nach Schaltstellung auf eine einer ersten Gangstufe zugeordneten ersten Sonnenradwelle24 oder eine einer zweiten Gangstufe zugeordneten zweiten Sonnenradwelle25 übertragen. Die Antriebswelle23 und die Sonnenradwellen24 ,25 sind als Hohlwellen ausgeführt und koaxial angeordnet, wobei die zweite Sonnenradwelle25 eingangsseitig die erste Sonnenradwelle24 radial umfasst. Die Sonnenradwellen24 ,25 kämmen jeweils mit einem zugeordneten ersten und zweiten Satz Planetenräder26 ,27 , die auf den Planetenwellen32 des Planetenträgers18 angeordnet sind. Die Planetenwellen32 bilden dabei sogenannte Tripelplanetenwellen, die abtriebsseitig einteilig mit diesen ausgebildete Planetenräder28 aufweisen, die zum Abtrieb dienen und mit einer Innenverzahnung eines gehäusefesten Hohlrads29 kämmen. Die Schrägverzahnung10 ist dabei beispielhaft nur an den miteinander kämmenden Verzahnungen der ersten Sonnenradwelle24 und des ersten Satzes Planetenräder26 bezeichnet. - Der Abtrieb erfolgt über nicht dargestellte abtriebsseitig auf den Planetenbolzen
19 des Planetenträgers18 angeordnete Zahnräder auf zwei Abtriebsräder eines Differenzials30 , das mit der nicht dargestellten antreibbaren Achse des Fahrzeugs antriebsverbunden ist. Die Antriebswelle23 , die Kupplung2 , die Planetengetriebestufe mit den Sonnenradwellen24 ,25 und das Differenzial30 sind koaxial zu einer Mittelachse31 angeordnet, die zugleich eine Drehachse bildet. Die Getriebeanordnung ist koaxial zu der antreibbaren Achse des Fahrzeugs angeordnet und in einer zur Mittelachse31 geschnittenen Teilansicht dargestellt. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Getriebe
- 2
- Kupplung
- 3
- Gehäuse
- 4
- Zwischenwand
- 5
- Lager
- 6
- Lager
- 7
- Lagerhalterung
- 8
- Reiblamellen
- 9
- Reiblamellen
- 10
- Schrägverzahnung
- 11
- Trennwand
- 12
- Außenring
- 13
- Außenring
- 14
- Innenring
- 15
- Innenring
- 16
- Kupplungsträger
- 17
- Lagerflansch
- 18
- Planetenträger
- 19
- Planetenbolzen
- 20
- Lagerflansch
- 21
- Axiallager
- 22
- Axiallager
- 23
- Antriebswelle
- 24
- Sonnenradwelle
- 25
- Sonnenradwelle
- 26
- Planetenräder
- 27
- Planetenräder
- 28
- Planetenräder
- 29
- Hohlrad
- 30
- Differenzial
- 31
- Mittelachse
- 32
- Planetenwelle
- FK
- Betätigungskraft
- FG
- Axial kraft
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010024599 A1 [0002]
Claims (10)
- Getriebeanordnung für eine elektrisch antreibbare Achse eines Fahrzeugs mit einem über eine Kupplung (2) elektrisch antreibbaren Getriebe (1) zur Übertragung eines Drehmoments auf die Achse, wobei Getriebe (1) und Kupplung (2) koaxial hintereinander zumindest abschnittsweise durch eine Zwischenwand (4) eines ortsfesten Gehäuses (1) getrennt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Kupplung (2) und Getriebe (1) derart ausgebildet und an der Zwischenwand (4) abgestützt sind, dass sich im Betrieb die einerseits durch die Betätigung der Kupplung (2) und andererseits aus dem Getriebe (1) auf die Zwischenwand (4) wirkenden axialen Kräfte (FK, FG) zumindest teilweise kompensieren.
- Getriebeanordnung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (1) eine Schrägverzahnung (10) mit einem vorbestimmten Schrägungswinkel (α) und die Kupplung (2) eine vorbestimmten Anzahl an Reiblamellen (8, 9) und einen vorbestimmten mittleren Reibradius aufweist, derart, dass sich eine axiale Betätigungskraft (FK) der Kupplung (2) und eine aus dem Getriebe (1) wirkende resultierende Axialkraft (FG) in zumindest einem Betriebspunkt gegenseitig aufheben. - Getriebeanordnung nach einem der
Ansprüche 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (2) über ein erstes Lager (5) und das Getriebe (1) über ein zweites Lager (6) an der Zwischenwand (4) abgestützt sind, wobei die Lager (5, 6) koaxial hintereinander fluchtend angeordnet sind. - Getriebeanordnung nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (5, 6) als Schrägkugellager ausgeführt sind. - Getriebeanordnung nach einem der
Ansprüche 3 oder4 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der Lager (5, 6) an der Zwischenwand (4) eine Halterung (7) vorgesehen ist, die am Innendurchmesser durch eine radiale Trennwand (11) in zwei axiale Abschnitte getrennt ist, in die die Lager (5, 6) mit Außenringen (12, 13) zumindest abschnittsweise aufgenommen und an der Trennwand (11) gegeneinander axial abgestützt sind. - Getriebeanordnung nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (7) einteilig mit der Zwischenwand (4) ausgeführt ist. - Getriebeanordnung nach einem der
Ansprüche 3 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (2) mit zumindest einem Kupplungsträger (16) an einem Innenring (14) eines ersten Lagers (5) und das Getriebe (1) mit zumindest einem Planetenträger (18) einer Planetengetriebestufe an einem Innenring (15) eines zweiten Lagers (6) abgestützt ist. - Getriebeanordnung nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (18) mehrere Planetenwellen (32) trägt, die über Axiallager (21, 22) an ersterem abgestützt sind. - Getriebeanordnung nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenwellen (32) zumindest einen Satz Planetenräder (26, 27, 28) mit einer Schrägverzahnung (10) tragen. - Verfahren zum Ansteuern einer Kupplung (2) in einer Getriebeanordnung für eine elektrisch antreibbare Achse eines Fahrzeugs mit einem über die Kupplung (2) elektrisch antreibbaren Getriebe (1) zur Übertragung eines Drehmoments auf die Achse, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (2) in Abhängigkeit des zu übertragenden Drehmoments derart angesteuert wird, dass sich eine aus der Betätigung derselben wirkende axiale Betätigungskraft (FK) und eine aus dem Getriebe (1) wirkende Axialkraft (FG) kompensieren.
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