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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie eine Antriebsvorrichtung mit einer solchen Getriebevorrichtung. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben.
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Die
EP 2 821 672 B1 offenbart eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend eine erste Antriebswelle und eine zweite Antriebswelle, deren axiale Enden einander gegenüberliegen, so dass sie koaxial angeordnet sind. Ferner umfasst die Antriebsvorrichtung einen Differenzialmechanismus, der ein erstes Sonnenrad hat, das mit der ersten Antriebswelle verbunden ist, ein zweites Sonnenrad, das mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist, ein erstes Ritzel, das mit dem ersten Sonnenrad kämmt, ein zweites Ritzel, das mit dem zweiten Sonnenrad und mit dem ersten Ritzel kämmt, und einen Träger, der drehbar das erste Ritzel und das zweite Ritzel trägt. Ferner ist ein Geschwindigkeitsreduziermechanismus vorgesehen, der ein Eingangssonnenrad hat, das mit einer Eingangswelle verbunden ist, ein erstes Untersetzungsritzel, das mit dem Eingangssonnenrad kämmt und drehbar durch den Träger getragen wird, ein zweites Untersetzungsritzel, das mit dem ersten Untersetzungsritzel verbunden ist und drehbar durch den Träger gestützt wird, und ein Hohlrad, das mit dem zweiten Untersetzungsritzel kämmt. Ferner umschließt ein Gehäuse den Differenzialmechanismus und den Untersetzungsmechanismus, die koaxial zueinander angeordnet sind, wobei das Gehäuse, den Träger drehbar trägt und das Hohlrad drehfest aufnimmt. Das zweite Untersetzungsritzel des Untersetzungsmechanismus sowie das erste und zweite Ritzel des Differenzialmechanismus sind außer Phase in einer Drehrichtung angeordnet. Ferner sind das zweite Untersetzungsritzel des Untersetzungsmechanismus sowie das erste und zweite Ritzel des Differenzialmechanismus an einer Position in einer axialen Richtung derart angeordnet, dass wenigstens das erste Ritzel oder das zweite Ritzel des Differenzialmechanismus mit dem zweiten Untersetzungsritzel des Untersetzungsmechanismus überlappen.
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Die
DE 10 2017 108 001 A1 zeigt eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung eine Eingangsstufe und eine Differentialstufe aufweist, wobei die Differentialstufe dazu vorgesehen ist, eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine auf eine erste und zweite Abtriebswelle zu verteilen, und wobei eine Kupplung zwischen der Antriebsmaschine und der Eingangsstufe wirksam angeordnet ist, um die Getriebevorrichtung von der Antriebsmaschine zu entkoppeln, wobei die Eingangsstufe einen Stufenplanetenradsatz mit mehreren Stufenplanetenrädern aufweist, wobei jedes Stufenplanetenrad ein erstes und ein zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad aufweist, wobei die Stufenplanetenräder drehbar an einem ersten Planetenträger angeordnet sind, wobei das erste Zahnrad mit einem ersten Sonnenrad im Zahneingriff steht und das zweite Zahnrad mit einem Hohlrad im Zahneingriff steht.
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Die
DE 10 2015 214 035 A1 zeigt eine elektronische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Elektromotor und eine damit verbundene Getriebeanordnung, wobei die Getriebeanordnung eine Getriebeeingangsstufe und ein über einen gemeinsamen Planetenträger damit verbundenes Differential aufweist, wobei das Differential einen ersten und einen zweiten Planetensatz aufweist, wobei der erste Planetensatz mit einer ersten Sonne und der zweite Planetensatz mit einer zweiten Sonne kämmt, und wobei die beiden Planetensätze des Differentials paarweise miteinander kämmen.
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Die
DE 10 2015 110 040 B4 zeigt eine integrierte Zahnradbaugruppe, umfassend eine vereinigte Trägerbaugruppe, die einen Reduktions-Zahnradsatz und einen Differenzial-Zahnradsatzes koppelt, ein erstes, zweites und drittes koaxiales Sonnenrad, wobei das erste Sonnenrad kämmend mit einer Mehrzahl von ersten Zahnradelementen einer Mehrzahl von gestuften Ritzelrädern des Reduktions-Zahnradsatzes in Eingriff steht, das zweite Sonnenrad kämmend mit einer dritten Mehrzahl von Ritzelrädern des Differenzial-Zahnradsatzes in Eingriff steht, das dritte Sonnenrad kämmend mit einer vierten Mehrzahl von Ritzelrädern des Differenzial-Zahnradsatzes in Eingriff steht, die dritte Mehrzahl von Ritzelrädern des Differenzial-Zahnradsatzes eine Mehrzahl von zweiten Zahnradbauteilen der Mehrzahl von gestuften Ritzelrädern des Reduktions-Zahnradsatzes axial überlappt, und die vierte Mehrzahl von Ritzelrädern des Differenzial-Zahnradsatzes die dritte Mehrzahl von Ritzelrädern des Differenzial-Zahnradsatzes axial überlappt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Getriebevorrichtung zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Eine erfindungsgemäße Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Planetengetriebe mit einem Antriebssonnenrad, einem Hohlrad und mehreren Stufenplanetenrädern, die jeweils ein erstes und zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad aufweisen, wobei das erste Zahnrad mit dem Antriebssonnenrad im Zahneingriff steht, und wobei das zweite Zahnrad mit dem Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem ersten und zweiten Abtriebssonnenrad sowie mehreren ersten und zweiten Ausgleichsrädern, wobei die ersten Ausgleichsräder mit dem ersten Abtriebssonnenrad im Zahneingriff stehen, wobei die zweiten Ausgleichsräder mit dem zweiten Abtriebssonnenrad im Zahneingriff stehen, und wobei jeweils ein erstes und zweites Ausgleichsrad paarweise miteinander im Zahneingriff stehen, wobei alle Stufenplanetenräder und alle Ausgleichsräder über jeweilige Lagerelemente an einem gemeinsamen Planetenträger aufgenommen sind, wobei die ersten und zweiten Ausgleichsräder axial neben den ersten Zahnrädern der Stufenplanetenräder angeordnet sind und nicht mit den ersten Zahnrädern der Stufenplanetenräder axial überlappen, wobei das jeweilige erste Zahnrad einen größeren Durchmesser als das jeweilige zweite Zahnrad aufweist, und wobei ein Gehäuse, das zumindest das Stirnraddifferentialgetriebe beherbergt, aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
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Dadurch, dass das Gehäuse aus einem Kunststoff bzw. Polymer ausgebildet ist, kann das Gehäuse schnell, einfach und günstig hergestellt werden. Das Gehäuse ist gegenüber einem metallischen Gehäuse besonders leicht und weist insbesondere akustische Vorteile auf. Insbesondere eignet sich ein Kunststoff-Spritzgussverfahren zur Herstellung des Gehäuses. Vorzugsweise ist das Gehäuse aus Polyamid oder einem Verbundkunststoff ausgebildet. Insbesondere ist der Verbundkunststoff faser- oder partikelverstärkt ausgebildet.
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Das Gehäuse ist derart ausgebildet, dass zumindest die Ausgleichsräder sowie die damit im Zahneingriff stehenden Abtriebssonnenräder des Stirnraddifferentialgetriebes, von dem Gehäuse umschlossen werden. Des Weiteren kann das Gehäuse auch das Planetengetriebe zumindest teilweise oder vollständig umschließen. Das Gehäuse ist insbesondere stationär festgelegt und befindet sich nicht im Leistungsfluss der Getriebevorrichtung. Das bedeutet, dass kein Drehmoment am Gehäuse abgestützt bzw. in das Gehäuse eingeleitet wird, wobei das Gehäuse von im Zahneingriff stehenden Getriebeelementen akustisch entkoppelt ist. Dies ermöglicht eine günstige sowie kompakte Ausbildung des Gehäuses. Mithin dient das Gehäuse lediglich als Einhausung für die Getriebevorrichtung zum Schutz vor Schmutz und Feuchtigkeit.
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Die ersten Zahnräder der Stufenplanetenräder bilden zusammen mit dem Antriebssonnenrad eine Eingangsstufe, wobei die zweiten Zahnräder der Stufenplanetenräder zusammen mit dem Hohlrad eine Laststufe ausbilden. Die beiden Ausgleichsräder des Stirnraddifferentialgetriebes bilden die Differentialstufe. Das Stirnraddifferentialgetriebe ist dazu eingerichtet, eine über das Antriebssonnenrad in die Getriebevorrichtung eingeleitete Antriebsleistung auf das erste und zweite Abtriebssonnenrad zu verteilen. Das Antriebssonnenrad ist über eine Antriebswelle mit einer Antriebsmaschine verbindbar, wobei das jeweilige Abtriebssonnenrad über eine jeweilige Abtriebswelle mit einem jeweiligen Rad des Kraftfahrzeugs verbindbar ist. Die beiden Abtriebswellen bilden eine Antriebsachse des Kraftfahrzeugs. Insbesondere ist die Antriebswelle dazu vorgesehen, mit einer elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden, um einen elektrischen Achsantrieb zu realisieren.
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Das Planetengetriebe und das Stirnraddifferentialgetriebe sind über den Planetenträger miteinander gekoppelt. Alle Stufenplanetenräder und alle Ausgleichsräder sind zumindest mittelbar, beispielsweise über Lagerelemente drehbar am Planetenträger aufgenommen. Insbesondere ist der Planetenträger zweiteilig ausgebildet, wobei dann die beiden Planetenträgerhälften drehfest miteinander verbunden sind.
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Ein Ausgleichsräderpaar wird jeweils aus einem ersten und zweiten Ausgleichsrad gebildet, wobei die beiden Ausgleichsräder des jeweiligen Ausgleichsräderpaares miteinander im Zahneingriff stehen. Zwei miteinander im Zahneingriff stehende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem Zahnrad sind beispielsweise ein Ausgleichsrad, ein Sonnenrad, ein Hohlrad sowie ein Zahnrad eines Stufenplanetenrades zu verstehen.
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Erfindungsgemäß ist das Hohlrad an einer Wandung, die axial zwischen einer mit dem Antriebssonnenrad wirkverbundenen Antriebsmaschine und dem Planetengetriebe angeordnet ist, stationär festgelegt. Mithin ist das Hohlrad drehfest mit der Wandung verbunden, um ein in das Hohlrad eingeleitetes Drehmoment an der Wandung abzustützen. Insbesondere ist die Wandung als Lagerschild für die elektrische Antriebsmaschine ausgebildet. Unter einem Lagerschild ist ein stirnseitiger Gehäusedeckel für die elektrische Antriebsmaschine zu verstehen. Die Wandung kann zumindest einen Teil des Planetengetriebes beherbergen. Insbesondere nimmt die Wandung das Hohlrad an einer Innenumfangsfläche radial auf. Bevorzugt weist die Wandung einen sich in radialer Richtung erstreckenden flachen Wandabschnitt sowie einen sich in radialer Richtung erstreckenden ringförmigen Wandabschnitt auf, der mit dem flachen Wandabschnitt einteilig verbunden ist.
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Bevorzugt weist das Gehäuse ein statisches Dichtungselement auf, wobei das Dichtungselement umlaufend fluiddichtend an der Wandung zur Anlage kommt. Insbesondere ist das Dichtungselement einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet, wobei das Gehäuse aus unterschiedlichen Kunststoffen hergestellt ist. Insbesondere wird das Gehäuse in einem Mehrkomponentenspritzgussverfahren hergestellt. Beispielsweise ist das Dichtungselement aus einem Elastomer oder einem Gummi hergestellt, wobei das Gehäuse aus einem Thermoplast hergestellt ist. Alternativ können das Dichtungselement und das Gehäuse separat hergestellt sein und durch eine Montage miteinander verbunden werden. Bevorzugt weist das Dichtungselement eine Dichtlippe auf, die fluiddicht an der Wandung zur Anlage kommt, sodass weder Gase noch Flüssigkeiten aus der Getriebevorrichtung entweichen bzw. in die Getriebevorrichtung eindringen können.
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Ferner bevorzugt weist das Gehäuse ein Druckausgleichselement zum Abbau eines Über- oder Unterdrucks in der Getriebevorrichtung auf. Insbesondere ist das Druckausgleichselement als Ventil oder Membran ausgebildet. Vorzugsweise ist das Druckausgleichselement in eine dafür vorgesehene Aussparung im Gehäuse angeordnet. Beispielsweise weist das Druckausgleichselement einen Greifabschnitt mit Hakenelementen auf, die dazu eingerichtet sind, in der Aussparung am Gehäuse einzurasten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die beiden Abtriebssonnenräder gleiche Außendurchmesser auf. Mit anderen Worten ist das Stirnraddifferentialgetriebe symmetrisch ausgebildet. Vorzugsweise weisen die beiden Abtriebssonnenräder eine gleiche axiale Breite auf. Insbesondere sind die beiden Abtriebssonnenräder identisch und somit baugleich ausgebildet.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weisen die beiden Abtriebssonnenräder unterschiedliche Außendurchmesser auf. Vorzugsweise weist das erste Abtriebssonnenrad einen kleineren Außendurchmesser als das zweite Abtriebssonnenrad auf. Mithin ist das Stirnraddifferentialgetriebe asymmetrisch ausgebildet.
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Unabhängig davon, ob die beiden Abtriebssonnenräder gleiche oder unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen, weisen die beiden Abtriebssonnenräder vorzugsweise zumindest die gleiche Zähnezahl auf. Unter der Zähnezahl eines Abtriebssonnenrades ist die Anzahl der Zähne an der Außenumfangsfläche des Abtriebssonnenrades zu verstehen.
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Beispielsweise weisen alle Ausgleichsräder die gleiche Zähnezahl auf. Bevorzugt weisen die ersten Ausgleichsräder gegenüber den zweiten Ausgleichsräder unterschiedliche Zähnezahlen auf. Beispielsweise ist die Zähnezahl der ersten Ausgleichsräder größer als die Zähnezahl der zweiten Ausgleichsräder. Alternativ ist die Zähnezahl der ersten Ausgleichsräder kleiner als die Zähnezahl der zweiten Ausgleichsräder. Unter der Zähnezahl eines Ausgleichsrades ist die Anzahl der Zähne an der Außenumfangsfläche des Ausgleichsrades zu verstehen. Insbesondere sind die Ausgleichsräder geradverzahnt ausgebildet.
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Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle mit einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung wirkverbunden ist. Dazu ist die Antriebswelle drehfest mit dem Antriebssonnenrad verbunden. Die elektrische Antriebsmaschine umfasst einen Stator sowie einen Rotor, wobei der Rotor drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Mithin ist die Antriebswelle als Rotorwelle ausgebildet.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine schematische teilweise vereinfachte Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung,
- 2 eine stark vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit der Getriebevorrichtung gemäß 1, und
- 3 eine stark vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einer Getriebevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß den 1, 2 und 3 weist eine jeweilige erfindungsgemäße Getriebevorrichtung 1 ein Planetengetriebe 2 und ein Stirnraddifferentialgetriebe 6 auf. Das Planetengetriebe 2 umfasst ein Antriebssonnenrad 3, ein Hohlrad 4 und mehreren Stufenplanetenräder 5, die jeweils ein erstes und zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad 5a, 5b aufweisen. Die Stufenplanetenräder 5 sind über als Bolzen ausgebildete Lagerelemente 10a drehbar an einem Planetenträger 9 aufgenommen. Das erste Zahnrad 5a steht mit dem Antriebssonnenrad 3 im Zahneingriff, wobei das zweite Zahnrad 5b mit dem Hohlrad 4 im Zahneingriff steht. Das jeweilige erste Zahnrad 5a weist einen größeren Durchmesser als das jeweilige zweite Zahnrad 5b auf. Das Hohlrad 4 weist eine Steckverzahnung 14 auf, die in eine Verzahnung 15 an einer Wandung 11 der Getriebevorrichtung 1 eingreift.
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Wie besonderes gut aus den 2 und 3 hervorgeht, ist die Wandung 11 axial zwischen einer mit dem Antriebssonnenrad 3 wirkverbundenen Antriebsmaschine 12 und dem Planetengetriebe 2 angeordnet. Insbesondere begrenzt die Wandung 11 die Getriebevorrichtung 1 zu einer Stirnseite hin. Das Hohlrad 4 ist somit stationär an der Wandung 11 festgelegt. In 1 wurde auf die Darstellung der Antriebsmaschine 12 verzichtet, jedoch wird darauf hingewiesen, dass die Antriebsmaschine 12 axial unmittelbar an die Wandung 11 angrenzt, sobald die Antriebsmaschine 12 an die Getriebevorrichtung 1 angeflanscht wird.
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Das Stirnraddifferentialgetriebe 6 umfasst ein erstes und zweites Abtriebssonnenrad 7a, 7b sowie mehrere erste und zweite Ausgleichsräder 8a, 8b. Die ersten Ausgleichsräder 8a stehen mit dem ersten Abtriebssonnenrad 7a im Zahneingriff. Die zweiten Ausgleichsräder 8b stehen mit dem zweiten Abtriebssonnenrad 7b im Zahneingriff. Ferner stehen jeweils ein erstes und zweites Ausgleichsrad 8a, 8b paarweise miteinander im Zahneingriff und bilden dadurch ein Ausgleichsräderpaar 8a, 8b. Die Ausgleichsräder 8a, 8b sind über jeweilige als Bolzen ausgebildete Lagerelemente 10b drehbar am Planetenträger 9 aufgenommen. Die ersten und zweiten Ausgleichsräder 8a, 8b sind axial neben den ersten Zahnrädern 5a der Stufenplanetenräder 5 angeordnet und überlappen axial nicht mit den ersten Zahnrädern 5a der Stufenplanetenräder 5. Ein Gehäuse 13, das das Stirnraddifferentialgetriebe 6 und einen Teil des Planetengetriebes 2 beherbergt, ist aus einem Kunststoff ausgebildet und somit nicht im Leistungsfluss der Getriebevorrichtung 1 angeordnet. Mithin ist das Gehäuse 13 besonders kompakt, leicht und günstig ausgebildet.
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Ferner überlappt das Gehäuse 13 die Wandung 11 in einem axialen Überlappungsbereich 18. In diesem Überlappungsbereich 18 weist das Gehäuse 13 ein statisches Dichtungselement 19 auf, wobei das Dichtungselement 19 umlaufend fluiddichtend an der Wandung 11 zur Anlage kommt. Des Weiteren weist das Gehäuse 13 ein Druckausgleichselement 20 zum Abbau eines Über- oder Unterdrucks in der Getriebevorrichtung 1 auf. Das Druckausgleichselement 20 ist in einem nach oben gerichtetem Teil des Gehäuses 13 angeordnet und insbesondere als Ventilelement ausgebildet.
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Gemäß den 1 und 2 weisen die beiden Abtriebssonnenräder 7a, 7b unterschiedliche Außendurchmesser auf. Mithin ist das Stirnraddifferentialgetriebe asymmetrisch ausgebildet. Ferner weisen die beiden Abtriebssonnenräder 7a, 7b die gleiche Zähnezahl auf.
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Gemäß 3 weisen die beiden Abtriebssonnenräder 7a, 7b gleiche Außendurchmesser auf. Mithin ist das Stirnraddifferentialgetriebe symmetrisch ausgebildet. Ferner weisen die beiden Abtriebssonnenräder 7a, 7b die gleiche Zähnezahl auf.
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Die 2 und 3 zeigen eine jeweilige erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die jeweilige Antriebsvorrichtung umfasst die elektrische Antriebsmaschine 12 sowie die damit wirkverbundene Getriebevorrichtung 1. Die elektrische Antriebsmaschine 12 umfasst einen Stator sowie einen Rotor, wobei der Rotor drehfest mit einer Antriebswelle 16 verbunden ist. Ferner ist die Antriebswelle 16 drehfest mit dem Antriebssonnenrad 3 verbunden. Das jeweiliges Abtriebssonnenrad 7a, 7b ist drehfest mit einer jeweiligen Abtriebswelle 17a, 17b verbunden, die ihrerseits mit einem jeweiligen Fahrzeugrad wirkverbunden ist. Unter einer Wirkverbindung ist zu verstehen, dass zwischen zwei miteinander wirkverbundenen Elementen weitere Elemente angeordnet sein können. Die Antriebswelle 16 ist koaxial zu den beiden Abtriebswellen 17a, 17b angeordnet, wobei die Antriebswelle 16 als Hohlwelle ausgebildet ist. Aufgrund der stark vereinfachten schematische Darstellung sind lediglich ein Stufenplanetenrad 5 sowie jeweils ein erstes und zweites Ausgleichsrad 8a, 8b in den 2 und 3 dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebevorrichtung
- 2
- Planetengetriebe
- 3
- Antriebssonnenrad
- 4
- Hohlrad
- 5
- Stufenplanetenrad
- 5a, 5b
- Zahnrad
- 6
- Stirnraddifferentialgetriebe
- 7a, 7b
- Abtriebssonnenrad
- 8a, 8b
- Ausgleichsrad
- 9
- Planetenträger
- 10
- Lagerelement
- 10a, 10b
- Bolzen
- 11
- Wandung
- 12
- Antriebsmaschine
- 13
- Gehäuse
- 14
- Steckverzahnung
- 15
- Verzahnung
- 16
- Antriebswelle
- 17a, 17b
- Abtriebswelle
- 18
- Überlappungsbereich
- 19
- Dichtungselement
- 20
- Druckausgleichselement
