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Die Erfindung betrifft eine Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit für ein Differenzialausgleichsgetriebe. Die Erfindung betrifft ferner ein Differenzialausgleichsgetriebe mit einer Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit. Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug mit einem Differenzialausgleichsgetriebe mit einer Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit.
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Beispielsweise offenbart
US 2010 /0 234 161 A1 eine Antriebskraftregelungsvorrichtung, umfassend zwei miteinander in Wirkverbindung stehende Planetenradsätze und einen mit einem der Planetenradsätze in Wirkverbindung stehenden Elektromotor. Der erste Planetenradsatz weist ein Eingangselement, ein Ausgangselement und zwischen diesen beiden Elementen wirkende Stufenplanetenräder, die an einem festgesetzten ersten Steg drehbeweglich gelagert sind, auf. Der zweite Planetenradsatz weist ein zweites Eingangselement, ein zweites Ausgangselement und zwischen diesen beiden Elementen wirkende Stufenplanetenräder, die an einem zweiten Steg drehbeweglich gelagert sind, auf. Der zweite Steg ist mit dem Rotor des Elektromotors drehfest verbunden. Das erste Ausgangselement des ersten Planetenradsatzes ist mit dem zweiten Eingangselement des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden.
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Beispielsweise offenbart
DE 10 2014 214 326 A1 eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Hauptmotor, der über eine Antriebswelle mit einer Getriebeanordnung, umfassend ein Überlagerungsgetriebe, ein Wendegetriebe und eine Torque-Vectoring-Einheit, verbunden ist. Die Torque-Vectoring-Einheit umfasst eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, sowie ein damit verbundenes Planetengetriebe.
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Auch
DE 10 2013 202 381 A1 offenbart eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, die über eine Schalteinrichtung ein Übersetzungsgetriebe und ein Zwischengetriebe in unterschiedliche Schaltzustände schalten kann, so dass ein zweiter Motor wahlweise in zwei Gängen als Antriebsmotor oder alternativ als Torque-Vectoring-Motor nutzbar ist.
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Ein herkömmliches Differenzialgetriebe ermöglicht Kurvenfahrten, indem es unterschiedliche Drehzahlen der beiden Antriebsräder zulässt. Es überträgt das Antriebsmoment gleichmäßig auf beide Räder (offenes Differenzial). Von Nachteil ist, dass das Rad mit der besseren Haftung nur so viel Traktion hat wie das, das sich auf glattem Untergrund befindet oder bei Kurvenfahrt gering belastet ist. Zur Traktionserhöhung und Verbesserung der Fahrdynamik kann eine Differenzialsperre eingesetzt werden, die über Reibung die beiden Antriebsräder teilweise miteinander verbindet. Durch regelbare Differenzialsperren lässt sich die Kurvenwilligkeit eines offenen Differenzials mit der verbesserten Traktion eines Sperrdifferenzials kombinieren. Das Differenzialgetriebe ist auch als Differenzial oder Differenzialausgleichsgetriebe bekannt.
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Aus dem Stand der Technik ist zudem bekannt, Differenzialgetriebe mit Drehmomentüberlagerungsfunktion für sportliche Personenkraftfahrzeuge vorzusehen, sogenannte Torque-Vectoring-Getriebe (TV-Getriebe). Ein solches TV-Getriebe ermöglicht die radindividuelle Verteilung von Drehmoment zwischen den beiden radseitigen Abtriebswellen des Differenzialgetriebes. Ein solches System kann in jeder Fahrsituation das gewünschte Drehmoment erzeugen, selbst bei getretener Kupplung, da es das Bremsmoment auf der einen Seite als Antriebsmoment auf die andere Seite überträgt. Die Wirkung beruht auf einer kontrollierten Umverteilung der Antriebsmomente und wird auch als „Active Yaw Control (AYC)“ bezeichnet.
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Bei bekannten Ausführungsformen wird ein klassisches Differenzialausgleichsgetriebe beispielsweise ein Kegelraddifferenzial oder Planetendifferenzial um zwei einzelne oder kombinierte Überlagerungseinheiten ergänzt.
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Eine Überlagerungseinheit besteht aus einer Übersetzungsstufe, wie beispielsweise einem Planetengetriebe und einem aktuierbaren Reibschaltelement. Die Übersetzungsstufe verbindet eine der Abtriebswellen entweder mit dem Antriebselement, wie beispielsweise aus der
WO 2007 / 035 977 A2 und
WO 2006 / 089 334 A1 bekannt, oder mit der gegenüberliegenden Abtriebswelle.
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Die Abstützung der Übersetzungsstufe (dritte Welle) ist mit einem Reibschaltelement verbunden. Das Reibschaltelement kann sich als Bremse gegenüber dem Gehäuse oder auch als Kupplung gegenüber einem internen Bauteil abstützen. Durch eine geregelte Betätigung der Reibschaltelemente erfolgt die gezielte Umverteilung der Antriebsmomente zwischen den beiden Abtriebswellen.
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Nachteilig ist, dass die Aktuierung der Reibschaltelemente in TV-Getrieben Verluste erzeugt, die sich sowohl in der Wärmebilanz des Getriebes als auch in der Effizienz des Fahrzeugs negativ niederschlägt.
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Des Weiteren verfügen bekannte TV-Getriebe über eine doppelte Ausführung der Überlagerungseinheit. Dies liegt daran, dass das richtungsgebundene Drehmoment einer Lamellenkupplung beziehungsweise Lamellenbremse eine doppelte Ausführung der Überlagerungseinheiten zur Gewährleistung einer symmetrischen TV-Funktion, wie beispielsweise die Drehmomentverteilung in beide Richtungen, bedingt.
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Ausgehend davon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine TV-Überlagerungseinheit bereitzustellen, die die besagten Nachteile überwindet und zugleich den mechanischen Aufwand reduziert.
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Diese Aufgabe wird durch eine Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird zudem durch ein Differenzialausgleichsgetriebe mit einer Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die Aufgabe wird zudem durch ein Kraftfahrzeug umfassend ein Differenzialausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit für ein Differenzialausgleichsgetriebe umfasst erfindungsgemäß einen Planetenradsatz und einen Elektromotor. Der Elektromotor und der Planetenradsatz bilden eine sogenannte elektrische Überlagerungseinheit für ein Differenzialgetriebe, auch Torque-Vectoring-Modul (TV-Modul) genannt. Das mit einem Differenzialgetriebe verbundene TV-Modul bildet ein sogenanntes TV-Getriebe.
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Der Planetenradsatz weist ein mittels eines ersten Drehmoments antreibbares Eingangselement, ein mittels eines zweiten Drehmoments antreibbares Ausgangselement und zwischen diesen beiden Elementen mindestens ein wirkendes Ausgleichselement aufweist. Das mindestens eine Ausgleichselement ist an einem Ausgleichselemententräger drehbeweglich gelagert, wobei der Ausgleichselemententräger mit dem Rotor des Elektromotors drehfest verbunden ist.
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Erfindungsgemäß weist das Eingangselement eine erste Zähnezahl, das Ausgangselement eine von der ersten Zähnezahl abweichende zweite Zähnezahl und das mindestens eine Ausgleichselement eine durchgehende dritte Zähnezahl auf, wobei die dritte Zähnezahl von der ersten Zähnezahl und von der zweiten Zähnezahl abweicht, wobei das Eingangselement und das Ausgangselement jeweils mit dem mindestens einen Ausgleichselement in Zahneingriff stehen.
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Das Eingangs- und Ausgangselement sind stets in dieselbe Drehrichtung antreibbar. Es erfolgt also keine Drehzahl- oder Drehmomentenumkehr zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement.
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Der Planetenradsatz, also Eingangselement, Ausgangselement und das mindestens eine Ausgleichselement ist derart konfiguriert, dass unterschiedlich große Drehmomente, also Drehmomentdifferenzen zwischen dem ersten und zweiten Drehmoment ausgleichbar sind. Die Drehmomentdifferenzen können sich aus unterschiedlich großen ersten und zweiten Drehmomenten ergeben.
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Der Planetenradsatz ist bevorzugt als Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Ein Minus-Planetenradsatz ist als einfacher Planetenradsatz bekannt. Ein Minus-Planetenradsatz weist bekanntlich an einem Planetenradträger, also Steg, verdrehbar gelagerte Ausgleichsräder auf, die mit einem Eingangselement und einem Ausgangselement dieses Planetenradsatzes kämmen, so dass sich das Ausgangselement bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Eingangselement in zur Eingangselementdrehrichtung entgegengesetzter Richtung dreht. Der Minus-Planetenradsatz dient insbesondere der Drehmoment- oder Drehzahlumkehr.
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Der Plus-Planetenradsatz weist bekanntlich an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte und miteinander in Zahneingriff stehende innere und äußere Planetenräder auf, wobei das Sonnenrad dieses Planetenradsatzes mit den inneren Planetenrädern und das Hohlrad dieses Planetenradsatzes mit den äußeren Planetenrädern kämmen, so dass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung gleicher Richtung dreht.
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Das Eingangselement kann beispielsweise ein Sonnenrad, auch Zentralrad genannt, sein. Das Ausgangselement kann beispielsweise ein Hohlrad sein. Die Ausgleichselemente können beispielsweise Planetenräder sein. Der Ausgleichselemententräger kann demnach Planetenradträger oder ein Steg sein. Es ist auch denkbar, anstelle eines Hohlrades ein zweites Sonnenrad als Ausgangselement zu benutzen.
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Am ersten Eingangselement kann ein erstes Drehmoment und am Ausgangselement ein zweites Drehmoment angreifen. Das erste und zweite Drehmoment kann insbesondere von Differenzialgetriebemitteln wie beispielsweise Abtriebselementen in Form von Abtriebsritzeln oder dem Differenzialkäfig oder -korb eines angetriebenen Differenzials an das erste Eingangs- beziehungsweise zweite Ausgangselement übertragen werden.
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Hierfür kann das Eingangselement und Ausgangselement unmittelbar oder mittelbar über ein Koppelglied wie beispielsweise einem Übersetzungsgetriebe mit einem Abtriebselement des Differenzials wirkverbunden sein.
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Unter dem Begriff wirkverbunden ist zu verstehen, dass zwei Elemente direkt miteinander verbunden sein können, oder sich zwischen zwei Elementen noch weitere Elemente befinden, beispielsweise eine oder mehrere Zahnräder oder Wellen.
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Unter einem Übersetzungsgetriebe ist eine Übertragungseinrichtung zu verstehen, die ausgebildet ist, Bewegungen unter Einschluss damit verbundener Kraftumformungen umzuformen, zu wandeln oder zu transformieren, eine Drehzahl in eine andere Drehzahl umzuwandeln, das heißt zu übersetzen. Beide Drehzahlen stehen dabei in einem konstruktiv festgelegten Verhältnis, dem Übersetzungsverhältnis i zueinander. Das Übersetzungsverhältnis ist das Verhältnis der Zähnezahlen, Durchmesser, Drehmomente der getriebenen zu den treibenden Rädern, wobei es sich bei den Drehzahlen genau umgekehrt verhält. Ist das Übersetzungsverhältnis > 1, wird auch von einer Übersetzung ins Langsame oder umgangssprachlich von einer Untersetzung gesprochen. Ist das Übersetzungsverhältnis < 1, wird von einer Übersetzung ins Schnelle gesprochen.
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Eine jeweilige drehfeste Verbindung der rotierbaren Elemente der Planetenradsätze ist erfindungsgemäß bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen realisiert, die dabei bei räumlich dichter Lage der Elemente auch als kurze axiale und/oder radiale Zwischenstücke vorliegen können. Konkret können die permanent drehfest miteinander verbundenen Elemente der Planetenradsätze dabei jeweils entweder als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Im letztgenannten Fall werden dann die jeweiligen Elemente und die gegebenenfalls vorhandene Welle durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, wobei dies insbesondere eben dann realisiert wird, wenn die jeweiligen Elemente im Getriebe räumlich dicht beieinanderliegen.
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In die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit können demnach zwei gleichgerichtete Drehmomente eingeleitet werden. Sind die Drehmomente unterschiedlich groß, wie bspw. bei Kurvenfahrten üblich, so laufen das Planetenrad oder die Planetenräder um, d.h. der mit dem Rotor drehfest verbundene Planetenträger rotiert, und gleicht diese Differenzen aus. Sind die Drehmomente oder Drehzahlen gleich groß, wie dies bspw. bei einer Geradeausfahrt der Fall sein kann, so ist der Planetenradsatz blockiert, d.h. Eingangselement, Ausgangselement sowie Ausgleichselement rotieren mit der gleichen Drehzahl als Block. Der Planetenradsatz dient somit zum Drehmomentenausgleich der zwei anliegenden Drehmomente.
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Die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit ist als ein modulares Anbauelement an ein Differenzialausgleichsgetriebe vorgesehen. Hierfür können beispielsweise das Eingangselement und das Ausgangselement mittels lösbarer formschlüssiger Verbindung, wie insbesondere Wellen/Nabenverbindung mit Bauteilen des Differenzials verbunden werden. Die Wellen/Nabenverbindung ist auch als „Passverzahnung“ oder „Steckverzahnung“ bekannt. Die Gehäuseteile des Differenzials und der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit können über Steck- und/oder Schraubverbindungen miteinander gekoppelt werden.
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Es hat sich herausgestellt, dass durch die vorliegende Erfindung unter Verwendung nur eines einzigen Elektromotors auf den Einsatz von Reibschaltelementen verzichtet werden kann, wodurch die Effizienz der TV-Überlagerungseinheit und damit des Differenzials erhöht wird.
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Es hat sich ferner herausgestellt, dass die vorliegende Erfindung aufgrund der richtungsunabhängigen Drehmomentquelle des Elektromotors die Drehmomentverteilung in beide Richtungen mit nur einer einzelnen Überlagerungseinheit ermöglicht, wodurch in vorteilhafter Weise der mechanische Aufwand sowie Kosten reduziert werden.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Planetenradsatz und der Elektromotor koaxial zueinander angeordnet.
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Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das Eingangselement und Ausgangselement jeweils als ein Sonnenrad ausgebildet sind, das Eingangselement also zum Ausgangselement axial beabstandet angeordnet ist. Der Planetenradsatz ist also als ein Plus-Planetenradsatz mit zwei Sonnenrädern ausgeführt. Durch die Verwendung eines zweiten Sonnenrads anstelle eines Hohlrades kann der Durchmesser der Planetenradsätze verringert werden, was eine radial kompakt bauende TV-Überlagerungseinheit ermöglicht.
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Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das Eingangselement hohlförmig ausgebildet ist und das Ausgangselement mit einer Welle drehfest verbunden ist, die innerhalb des hohlförmigen Eingangselements geführt ist. Durch die drei zuletzt genannten bevorzugten Ausführungsformen lassen sich TV-Module realisieren, die insbesondere radial und axial kompakt bauen.
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Durch die Wahl der Standübersetzungen des Planetenradsatzes kann sowohl der Drehmomentübersetzungsfaktor zwischen Elektromotor und Differenzdrehmoment am Planetenradsatz als auch das Drehzahlverhältnis des Elektromotors zur Antriebsdrehzahl des Eingangselements eingestellt werden. Von Vorteil ist es, wenn ein Zustand eingestellt wird, bei dem sich bei Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs die Drehzahl des Ausgangselements und die Drehzahl des Eingangselementes gleich groß sind, wodurch eine Entkopplung der Elektromotorantriebsdrehzahl von der Antriebsdrehzahl des Ausgangselements des Planetenradsatzes erfolgt. Im Idealfall beträgt die Standgetriebeübersetzung i0 = 1. Bevorzugt ist es jedoch, wenn der Planetenradsatz eine Standgetriebeübersetzung von 0 kleiner i0 kleiner 1 aufweist. Besonders bevorzugt ist die Standgetriebeübersetzung i0 = 0,9, da dadurch etwaige negative Einflüsse aus dem Wirkungsgrad des Planetenradsatzes berücksichtigt, d.h. korrigiert werden können. Bei der Standgetriebeübersetzung oder Standübersetzung steht der Steg still und die beiden Zentralräder, also Sonnen- und Hohlrad oder Sonnen- und Sonnenrad bewegen sich.
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Wie vorstehend bereits erläutert, ist bei dieser Konfiguration der Elektromotor, das heißt der Rotor, bei Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs von dem Ausgangselement des Planetenradsatzes entkoppelt, das heißt der Rotor steht still. Bei einer Kurvenfahrt liegen im Planetenradsatz unterschiedliche Drehzahlen in selber Richtung vor, sodass sich der Planetenträger und damit der Rotor zum Ausgleich dieser Drehzahlen dreht.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, ein Differenzialausgleichsgetriebe mit einer Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit bereitzustellen. Das Differenzialausgleichsgetriebe weist auf ein Antriebselement, ein erstes und zweites Abtriebselement, an einem Differenzialkäfig drehbar gelagerte Ausgleichselemente, die zwischen dem Antriebselement und dem ersten und zweiten Abtriebselement wirken, um eine Drehbewegung vom Antriebselement zu dem ersten und dem zweiten Abtriebselement zu übertragen und um eine Ausgleichsdrehbewegung zwischen dem ersten und zweiten Abtriebselement bereitzustellen.
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Die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit weist zumindest diejenigen Merkmale der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit nach dem ersten Aspekt dieser Erfindung oder einer bevorzugten Ausführungsform auf. Eines der beiden Abtriebselemente, bevorzugt das zweite Abtriebselement, ist zur Übertragung des zweiten Drehmoments mit dem Ausgangselement des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Zur Übertragung des ersten Drehmoments ist der Differenzialkäfig mit dem Eingangselement des Planetenradsatzes verbunden.
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Für das Differenzialausgleichsgetriebe gelten die vorstehend zur Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit gemachten Erläuterungen sinngemäß.
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Bevorzugt ist es, wenn das Differenzialausgleichsgetriebe, der Planetenradsatz und der Elektromotor in der Reihung Differenzialausgleichsgetriebe, Planetenradsatz und Elektromotor axial nebeneinander angeordnet sind.
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Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das Eingangselement und das Ausgangselement jeweils mittels einer lösbaren formschlüssigen Verbindung, insbesondere Wellen/Nabenverbindung mit Elementen, d.h. Bauteilen des Differenzials drehfest verbunden sind. So lässt sich die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit umfassend einen Planetenradsatz und einen Elektromotor an ein an sich bekanntes Differenzial koppeln.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das Kraftfahrzeug umfassend eine Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit nach dem ersten Aspekt der Erfindung oder ein Kraftfahrzeug umfassend ein Differenzialausgleichsgetriebe nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine bevorzugte Ausführungsform der TV-Überlagerungseinheit in einer schematischen Ansicht,
- 2: ein Kraftfahrzeug mit einem Ausgleichsdifferenzial mit einer Torque-Vectoring-Einheit gemäß 1 in einer schematischen Ansicht.
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1 zeigt eine Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 60 für ein Differenzial-Ausgleichsgetriebe 10. Die TV-Überlagerungseinheit umfasst einen als ein Plus-Planetenradsatz ausgebildeten Planetenradsatz 40 und einen Elektromotor 50. Die TV-Überlagerungseinheit ist modulartig aufgebaut, d.h. sie ist über eine Wellen/Nabenverbindung 27 mit dem Differenzial 10 verbindbar und auch wieder lösbar. Die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 60 und das Differenzial-Ausgleichsgetriebe 10 bilden ein Torque-Vectoring-Getriebe 65.
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Das aus dem Stand der Technik bekannte Kegelraddifferenzial 10 weist zwei radseitige Abtriebselemente auf, die als ein erstes Abtriebsrad 15 und zweites Abtriebsrad 16 ausgebildet sind. Die Abtriebsräder 15, 16 kämmen jeweils mit einem als Stirnrad ausgebildetem Ausgleichselement 17. Die Ausgleichselemente 17 sind in einem Differenzialkäfig 14 um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Das erste Abtriebsrad 15 ist mit einer ersten Abtriebswelle 1 und das zweite Abtriebsrad mit einer zweiten Abtriebswelle 2 drehfest verbunden. Ein Antriebselement 13 ist drehfest mit dem Differenzialkäfig 14 verbunden und kann über ein Kegelrad 12, das mit einer Antriebswelle 11 drehfest verbunden ist, angetrieben werden. Die Ausgleichsräder 17, die zwischen dem Antriebselement 13 und den beiden Abtriebsrädern 15, 16 wirken, können eine Drehbewegung vom Antriebselement 13 zu den beiden Abtriebsrädern 15, 16 übertragen und eine Ausgleichsdrehbewegung zwischen den beiden Abtriebsrädern 15, 16 bereitstellen.
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Der Planetenradsatz 40 ist koaxial zur zweiten Abtriebswelle 2 angeordnet. Er umfasst zwei an einem als ein Steg 45 ausgebildeter Ausgleichselemententräger drehbar gelagerte und als Planetenräder 43 ausgebildete Ausgleichselemente, ein mit den Planetenrädern 43 in Zahneingriff stehendes Eingangselement, das als ein Sonnenrad 41 ausgebildet ist, und ein mit den Planetenrädern 43 in Zahneingriff stehendes Ausgangselement, das vorliegend als ein Sonnenrad 42 ausgebildet ist.
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Das Sonnenrad 41 weist eine erste Zähnezahl von z1=61 auf. Das Sonnenrad 42 weist eine zweite Zähnezahl von z2=55 auf. Demnach beträgt die Standgetriebeübersetzung des Planetengetriebes i0=0,9. Die Planetenräder 43 haben eine durchgehende dritte Zähnezahl von z3=19. Selbstverständlich sind auch andere Zähnezahlen denkbar, solange die bevorzugte Standgetriebeübersetzung von ca. 0,9 erreicht wird.
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Es ist auch denkbar, ein Planetenrad vorzusehen, dass zwei verschiedene Zähnezahlen aufweist. So könnte ein Abschnitt mit einer vierten Zähnezahl mit dem Eingangselement in Zahneingriff stehen und ein Abschnitt mit einer fünften Zähnezahl, die von der vierten Zähnezahl abweicht, mit dem Ausgangselement in Zahneingriff stehen. Das Planetenrad mit einer einzigen Zähnezahl weist im Gegensatz zu einem Planetenrad mit zwei Zähnezahlen fertigungstechnische Vorteile auf.
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So stehen also die Planetenräder 43 sowohl mit dem Sonnenrad 41 als auch mit dem Sonnenrad 42 in Zahneingriff.
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Eine mit dem Differenzialkäfig 14 drehfest verbundene Welle 26 verbindet eine mit dem Sonnenrad 41 drehfest verbundene Welle 26 drehfest. So kann eine erste Drehzahl bzw. ein erstes Drehmoment vom Differenzialkäfig 14 über die beiden Wellen 26, 26a auf das Sonnenrad 41 übertragen werden, d.h. in den Planetenradsatz eingeleitet werden. Die Wellen 26, 26a und das Sonnenrad 41 sind hohlförmig ausgeformt.
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Das Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40 ist mit einer weiteren Abtriebswelle 2a verbunden. Die weitere Abtriebswelle 2a verbindet das zweite Abtriebsrad 16 über die mit dem Abtriebsrad 16 drehfest verbundene zweite Abtriebswelle 2 mit einem am gegenüberliegenden Ende des Differenzialkäfigs 14 angeordneten (nicht dargestellten) rechten Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs. So kann eine zweite Drehzahl bzw. ein zweites Drehmoment in das Sonnenrad 42 und damit in den Planetenradsatz eingeleitet werden.
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Die beiden Wellen 2, 2a sind jeweils als eine Vollwelle ausgebildet und zumindest teilweise innerhalb der Hohlwelle 26, 26a und dem Sonnenrad 41 geführt, d.h. die Wellen 26, 26a und Sonnenrad 41 sind koaxial zu den Wellen 2, 2a angeordnet.
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Der Steg 45 des Planetenradsatzes 40 ist über eine Welle 46 mit dem Rotor 51 permanent drehfest verbunden. Der Stator 52 des Elektromotors 50 ist am Gehäuse der TV-Überlagerungseinheit festgesetzt.
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Die vorstehend erläuterte TV-Überlagerungseinheit ist als eine separate Baueinheit ausgestaltet. So kann beispielsweise über eine lösbare Wellen/Nabenverbindung die mit dem Sonnenrad 41 drehfest verbundene Welle 26a mit der Welle 26 und die mit dem Sonnenrad 42 drehfest verbundene Abtriebswelle 2a mit der Abtriebswelle 2 drehfest verbunden werden. Es ist jedoch auch denkbar, das als Sonnenrad ausgebildete Eingangselement 41 mit dem Differenzialkäfig 14 permanent drehfest über eine einzige Welle, beispielsweise Welle 26 zu verbinden und das als Sonnenrad ausgebildete Ausgangselement 42 über eine einzige Welle, beispielsweise Abtriebswelle 2 mit dem zweiten Abtriebsrad 16 zu verbinden.
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Zur Funktionsweise:
- Der Planetenradsatz 40 bewirkt eine Überlagerung der Drehbewegung aus dem zweiten Abtriebsrad 16 und der Drehrichtung des Differenzialkäfigs 14.
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Bei Geradeausfahrt ist der Planetenradsatz 40 verblockt, d.h. die beiden Sonnenräder 41, 42 und die Planetenräder 43 sowie der Rotor 51 rotieren gemeinsam als Block mit der gleichen Drehzahl um die Achse der Abtriebswelle 2 bzw. 2a.
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Bei einer Kurvenfahrt weist entweder das Sonnenrad 41 oder das Sonnenrad 42 eine größere Drehzahl als das andere Sonnenrad auf, sodass die Planetenräder 43 die Sonnenräder 41, 42 aufgrund der unterschiedlichen Zähnezahl der Sonnenräder umlaufen. Der primäre Antrieb an der Antriebswelle 11 kann sowohl von einem Verbrennungsmotor als auch von einem weiteren Elektromotor übernommen werden.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer TV-Überlagerungseinheit für ein Differenzial gemäß der vorstehend beschriebenen 1. Einem nicht dargestellten Getriebe ist ein Antriebsstrang 73 nachgeordnet mit vorstehend beschriebenem Torque-Vectoring-Getriebe 65, umfassend die TV-Überlagerungseinheit 60 mit dem Planetenradsatz 40 und dem Elektromotor 50 und das Differenzial-Ausgleichsgetriebe 10, der Antriebsstrang ferner aufweisend Achsen 72 und angetriebene Räder 71.
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Die Erfindung realisiert auf diese Art und Weise eine modulare Struktur einer TV-Überlagerungseinheit, die an ein Differenzial angebaut werden kann. Zudem entfallen die verlustbringenden Reibschaltelemente. Zudem lässt sich durch die koaxiale Anordnung der Bauteile und durch die Verwendung von einem Plus-Planetenradsatz mit zwei Sonnenrädern eine TV-Überlagerungseinheit bereitstellen, die insbesondere radial äußerst kompakt baut. Eine zweite TV-Überlagerungseinheit kann wegen der bidirektionalen Drehmomentquelle des Elektromotors entfallen. Durch die drehrichtungsunabhängige Drehmomentquelle (Elektromotor) wird Torque-Vectoring auch bei sehr kleinen Kurvenradien ermöglicht, wodurch der Funktionsumfang der TV-Überlagerungseinheit erweitert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Abtriebswelle
- 2
- zweite Abtriebswelle
- 2a
- weitere Abtriebswelle
- 10
- Differenzial, Differenzial-Ausgleichsgetriebe
- 11
- Antriebswelle
- 12
- Kegelrad
- 13
- Antriebselement
- 14
- Differenzialkäfig
- 15
- erstes Abtriebsrad, Abtriebselement
- 16
- zweites Abtriebsrad, Abtriebselement
- 17
- Ausgleichselemente
- 26
- Welle, hohlförmig
- 26a
- Welle, hohlförmig
- 27
- lösbare formschlüssige Verbindung, Wellen/Nabenverbindung
- 40
- Planetenradsatz, Plus-Planetenradsatz
- 41
- Eingangselement, Sonnenrad
- 42
- Ausgangselement, Sonnenrad
- 43
- Ausgleichselemente, Planetenräder
- 45
- Steg, Planetenradträger, Ausgleichselemententräger
- 46
- Welle
- 50
- Elektromotor
- 51
- Rotor
- 52
- Stator
- 60
- Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit, TV-Überlagerungseinheit
- 65
- Torque-Vectoring-Getriebe, TV-Getriebe
- 70
- Kraftfahrzeug
- 71
- Räder
- 72
- Achse
- 73
- Antriebsstrang
- z1
- Zähnezahl Sonnenrad 41
- z2
- Zähnezahl Sonnenrad 42
- z3
- Zähnezahl Planetenrad 43
