DE102018205127A1

DE102018205127A1 - Torque Vectoring-Überlagerungseinheit für ein Differenzialausgleichsgetriebe

Info

Publication number: DE102018205127A1
Application number: DE102018205127.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Arzner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2038-04-06
Also published as: WO2019192807A1; DE102018205127B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Torque Vectoring Überlagerungseinheit für ein Differential-Ausgleichsgetriebe (10), umfassend zwei miteinander in Wirkverbindung stehende Planetenradsätze (30, 40) und einen mit einem der Planetenradsätze in Wirkverbindung stehenden Elektromotor (50),- wobei ein erster Planetenradsatz (30) ein mittels eines ersten Drehmoments antreibbares Eingangselement (31), ein Ausgangselement (32) und zwischen diesen beiden Elementen (31, 32) wirkende Ausgleichselemente aufweist, wobei die Ausgleichselemente an einem festgesetzten ersten Ausgleichselemententräger drehbeweglich gelagert sind,- wobei ein zweiter Planetenradsatz (40) ein zweites Eingangselement (41), ein mittels eines zweiten Drehmoments antreibbares zweites Ausgangselement (42) und zwischen diesen beiden Elementen (41, 42) wirkende Ausgleichselemente aufweist,- wobei das erste Ausgangselement (32) des ersten Planetenradsatzes (30) mit dem zweiten Eingangselement (41) des zweiten Planetenradsatzes (40) drehfest verbunden ist,- wobei die Ausgleichselemente an einem zweiten Ausgleichselemententräger drehbeweglich gelagert sind, wobei der zweite Ausgleichselemententräger mit dem Rotor des Elektromotors drehfest verbunden ist.

Description

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-Überlagerungsein heit.
Ein herkömmliches Differenzialgetriebe ermöglicht Kurvenfahrt, 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.
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.
Bei bekannten Ausführungsformen wird ein klassisches Differenzialausgleichsgetriebe beispielsweise ein Kegelraddifferenzial oder Planetendifferenzial um zwei einzelne oder kombinierte Überlagerungseinheiten ergänzt.
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 2007/035977 A2 und WO 2006/089334 A1 bekannt, oder mit der gegenüberliegenden Abtriebswelle.
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.
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.
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.
Ausgehend davon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine TV-Überlagerungseinheit bereitzustellen, die die besagten Nachteile überwindet und zugleich den mechanischen Aufwand reduziert.
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 8 gelöst. Die Aufgabe wird zudem durch ein Kraftfahrzeug umfassend ein Differenzialausgleichsgetriebe gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7 und 9 bis 11.
Die Torque Vectoring-Überlagerungseinheit für ein Differenzialausgleichsgetriebe umfasst erfindungsgemäß zwei Planetenradsätze und einen Elektromotor. Der Elektromotor und die zwei Planetenradsätze 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.
Ein erster Planetenradsatz weist mittels eines ersten Drehmoments antreibbares Eingangselement, ein Ausgangselement und zwischen diesen beiden Elementen wirkende Ausgleichselemente aufweist. Die Ausgleichselemente sind an einem festgesetzten ersten Ausgleichselemententräger drehbeweglich gelagert.
Ein zweiter Planetenradsatz weist ein zweites Eingangselement, ein mittels eines zweiten Drehmoments antreibbares zweites Ausgangselement und zwischen diesen beiden Elementen wirkende Ausgleichselemente. Die Ausgleichselemente des zweiten Planetenradsatzes sind an einem zweiten Ausgleichselemententräger drehbeweglich gelagert, wobei der zweite Ausgleichselemententräger mit dem Rotor des Elektromotors drehfest verbunden ist.
Der zweite Planetenradsatz ist derart konfiguriert, dass das zweite Eingangselement und das zweite Ausgangselement mit entgegengesetzter Drehrichtung antreibbar sind. Der zweite Planetenradsatz weist ferner zum Ausgleichen von durch entgegengesetzte Drehrichtungen bewirkte Drehmomentdifferenzen Ausgleichselemente auf, die an einem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes drehbeweglich gelagert sind. Das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ist mit dem Rotor des Elektromotors drehfest verbunden.
Beide Planetenradsätze sind als Minus-Planetenradsätze ausgebildet.
Der Minus-Planetenradsatz ist auch 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.
Das Eingangselement kann beispielsweise ein Sonnenrad, auch Zentralrad genannt, sein. Das Ausgangselement kann beispielsweise ein Hohlrad sein. Die Ausgleichselemente können beispielsweise Planetenräder sein. Die Ausgleichselemententräger können demnach Planetenradträger sein. Es ist auch denkbar, anstelle eines Hohlrades ein zweites Sonnenrad als Ausgangselement zu benutzen.
Am ersten Planetenradsatz, das heißt beispielsweise am ersten Eingangselement, kann ein erstes Drehmoment und am zweiten Planetenradsatz, das heißt beispielsweise am zweiten Ausgangselement, ein zweites Drehmoment angreifen. Das erste und zweite Drehmoment kann insbesondere von Differenzialgetriebemitteln wie beispielsweise Abtriebselementen in Form von Abtriebsritzeln eines angetriebenen Differenzials an das erste Eingangs- beziehungsweise zweite Ausgangselement übertragen werden.
Hierfür kann das erste Eingangselement und zweite Ausgangselement unmittelbar oder mittelbar über ein Koppelglied wie beispielsweise einem Übersetzungsgetriebe mit einem Abtriebselement des Differenzials wirkverbunden sein.
In die Torque Vectoring Überlagerungseinheit können demnach zwei entgegengesetzte Drehmomente eingeleitet werden. Sind die Drehmomente unterschiedlich groß, wie dies bspw. bei Kurvenfahrten üblich, so gleicht der mit dem Rotor drehfest verbundene Ausgleichselemententräger des zweiten Planetenradsatzes diese Differenzen aus. Sind die entgegengesetzten Drehmomente oder Drehzahlen gleich groß, wie dies bspw. bei einer Geradeausfahrt der Fall ist, so heben sich die entgegengesetzten Drehmomente auf und der Ausgleichselemententräger steht still. Der erste Planetenradsatz dient demnach zur Drehmomentenumkehr, während hingegen der zweite Planetenradsatz zum Drehmomentenausgleich der zwei entgegengesetzten Drehmomente dient.
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.
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.
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.
Die Torque Vectoring Überlagerungseinheit ist als ein modulares Anbauelement an ein Differenzialausgleichsgetriebe vorgesehen. Hierfür können beispielsweise das erste Eingangselement und das zweite Ausgangselement mittels lösbarer formschlüssiger Verbindung, wie insbesondere Wellen/Nabenverbindung mit Bauteilen des Differenzials und/oder des Verbindungsgetriebes 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.
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.
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.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der erste Planetenradsatz zur Umkehr eines ersten Drehmoments zwei an einem gehäusefesten ersten Ausgleichselemententräger drehbeweglich gelagerte Gruppen von Ausgleichselementen auf. Das erste Eingangselement steht im Zahneingriff mit einer ersten Gruppe von Ausgleichselementen. Das erste Ausgangselement steht im Zahneingriff mit einer zweiten Gruppe von Ausgleichselementen. Jedes der Ausgleichselemente der ersten Gruppe steht jeweils mit einem der Ausgleichselemente der zweiten Gruppe in Zahneingriff.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn der zweite Planetenradsatz zum Ausgleichen der Drehmomentdifferenz zwei an dem als drehbar gelagerten zweiten Ausgleichselemententräger ausgeführten dritten Element drehbeweglich gelagerte Gruppen von Ausgleichselementen aufweist. Das zweite Eingangselement steht im Zahneingriff mit einer dritten Gruppe von Ausgleichselementen. Das zweite Ausgangselement steht im Zahneingriff mit einer vierten Gruppe von Ausgleichselementen. Jedes der Ausgleichselemente der dritten Gruppe steht jeweils mit einem der Ausgleichselemente der vierten Gruppe in Zahneingriff.
Bei den zuletzt genannten Ausführungsformen sind die Planetenradsätze jeweils als ein Minus-Planetenradsatz mit jeweils zwei Sonnen ausgeführt. Durch die Verwendung eines zweiten Sonnenrads anstelle eines Hohlrades kann der Durchmesser der Planetenradsätze verringert werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Planetenradsätze und der Elektromotor koaxial zueinander angeordnet sind.
Ebenfalls ist es bevorzugt, wenn der erste Planetenradsatz, der zweite Planetenradsatz und der Elektromotor in der Reihung erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz und Elektromotor axial nebeneinander angeordnet sind.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das erste Eingangselement an einer ersten Hohlwelle, das erste Ausgangselement und das zweite Eingangselement jeweils an einer zweiten Hohlwelle ausgebildet sind und wenn das zweite Ausgangselement mit einer dritten Welle drehfest verbunden ist, die innerhalb der ersten und zweiten Hohlwelle geführt ist. Durch die drei zuletzt genannten bevorzugten Ausführungsformen lassen sich TV-Module realisieren, die insbesondere radial und axial kompakt bauen.
Durch die Wahl der Standübersetzungen der Planetenradsätze kann sowohl der Drehmomentübersetzungsfaktor zwischen Elektromotor und Differenzdrehmoment am zweiten Planetenradsatz als auch das Drehzahlverhältnis des Elektromotors zur Antriebsdrehzahl des ersten Planetenradsatzes eingestellt werden. Von Vorteil ist es, wenn ein Zustand eingestellt wird, bei dem sich bei Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs die Drehzahl des zweiten Ausgangselements des zweiten Planetenradsatzes und die invertierte, das heißt umgekehrte, Drehzahl des ersten Eingangselementes gegenseitig aufheben, wodurch eine Entkopplung der Elektromotorantriebsdrehzahl von der Antriebsdrehzahl des zweiten Ausgangselements des zweiten Planetenradsatzes erfolgt. So ist es insbesondere bevorzugt, wenn der erste und zweite Planetenradsatz eine Standgetriebeübersetzung von i0 = -1 aufweisen. Bei der Standgetriebeübersetzung oder Standübersetzung steht der Steg still und die beiden Zentralräder, also Sonnen- und Hohlrad oder Sonnen- und Sonnenrad bewegen sich. Wie vorstehend bereits erläutert, ist bei dieser Konfiguration der Elektromotor, das heißt der Rotor von dem zweiten Ausgangselement des zweiten Planetenradsatzes entkoppelt, das heißt der Rotor steht still. Bei einer Kurvenfahrt liegen im zweiten Planetenradsatz unterschiedliche Drehzahlen vor, sodass sich der Steg und damit der Rotor zum Ausgleich dieser Drehzahlen dreht. Fährt das Fahrzeug eine Linkskurve, so dreht sich der Rotor in eine erste Drehrichtung mit einer ersten Drehgeschwindigkeit. Fährt das Fahrzeug eine Rechtskurve, so dreht sich der Rotor in die erste Drehrichtung mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit. Der Rotor dreht sich also bei gleicher Fahrtrichtung in dieselbe Drehrichtung, jedoch unterschiedlich schnell.
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, 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.
Die Torque Vectoring-Überlagerungseinheit weist zumindest diejenigen Merkmale der Torque Vectoring-Überlagerungseinheit nach dem ersten Aspekt dieser Erfindung auf. Eines der beiden Abtriebselemente ist mit dem zweiten Ausgangselement des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Das Differenzialausgleichsgetriebe weist ferner ein Verbindungsgetriebe auf, das zur Übertragung des ersten Drehmoments das andere der beiden Abtriebselemente des Differenzialausgleichsgetriebes mit dem ersten Eingangselement des ersten Planetenradsatzes verbindet.
Für das Differenzialausgleichsgetriebe gelten die vorstehend zur Torque Vectoring-Überlagerungseinheit gemachten Erläuterungen sinngemäß.
Bevorzugt ist es, wenn das Differenzialausgleichsgetriebe, der erste Planetenradsatz, der zweite Planetenradsatz und der Elektromotor in der Reihung Differenzialausgleichsgetriebe, erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz und Elektromotor axial nebeneinander angeordnet sind. Das Verbindungsgetriebe verbindet das an der gegenüberliegenden Seite des Differenzialausgleichsgetriebes angeordnete Abtriebselement mit dem ersten Eingangselement.
Das Verbindungsgetriebe ist ein Übersetzungsgetriebe mit der Übersetzung i = 1. Das heißt, dass Drehrichtung und Drehzahl des entsprechenden Abtriebselements an das erste Eingangselement übertragen werden, sodass das erste Eingangselement mit derselben Drehrichtung und derselben Drehzahl wie das Abtriebselement dreht.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das erste Eingangselement und das zweite Ausgangselement mittels einer formschlüssig lösbaren Verbindung mit einem Element des Verbindungsgetriebes beziehungsweise dem zweiten Abtriebselement verbunden sind. So lässt sich die Torque Vectoring-Überlagerungseinheit umfassend zwei Planetenradsätze und einen Elektromotor an ein an sich bekanntes Differenzial koppeln.
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.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1: eine bevorzugte Ausführungsform der TV-Überlagerungseinheit in einer schematischen Ansicht,
2: einen vergrößerten Ausschnitt eines ersten Planetengetriebes der Torque Vectoring-Überlagerungseinheit gemäß 1,
3: einen vergrößerten Ausschnitt eines zweiten Planetenradsatzes der Torque Vectoring-Einheit gemäß 1 und
4: ein Kraftfahrzeug mit einem Ausgleichsdifferenzial mit einer Torque Vectoring-Einheit gemäß 1 in einer schematischen Ansicht.

1 zeigt eine Torque Vectoring-Überlagerungseinheit für ein Differenzial 10. Die TV-Überlagerungseinheit umfasst einen ersten Planetenradsatz 30, einen zweiten Planetenradsatz 40 und einen Elektromotor 50.
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 als Stirnrad ausgebildetes 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 Stirnrad 13 und den beiden Abtriebsrädern 15, 16 wirken, können eine Drehbewegung vom Stirnrad 13 zu den beiden Abtriebsrädern 15, 16 übertragen und eine Ausgleichsdrehbewegung zwischen den beiden Abtriebsrädern 15, 16 bereitstellen.
Der erste Planetenradsatz 30 ist koaxial zur zweiten Abtriebswelle 2 angeordnet. Er umfasst zwei in gleicher axialer Ebene angeordnete Gruppen, nämlich eine erste und eine zweite Gruppe, von an dem als Steg 35 ausgebildeten Ausgleichselemententräger drehbar gelagerte als Planetenräder ausgebildete Ausgleichselemente 33 und 34, ein mit den Planetenrädern 33 der ersten Gruppe in Zahneingriff stehendes erstes Eingangselement 31, das als ein Sonnenrad ausgebildet ist, und ein mit den Planetenrädern 34 der zweiten Gruppe in Zahneingriff stehendes erstes Ausgangselement 32, das vorliegend als ein Sonnenrad ausgebildet ist. Jedes der Planetenräder 33 der ersten Gruppe steht jeweils mit einem der Planetenräder 34 der zweiten Gruppe in Zahneingriff. Der Steg 35 des ersten Planetenradsatzes 30 ist am Gehäuse G der TV-Überlagerungseinheit festgesetzt. Es ist jedoch auch denkbar, den Steg 35 an einem anderen ortsfesten Bauteil festzusetzen. Das hohlförmig ausgeformte Sonnenrad 31 ist mit einer hohlförmigen Welle 26a drehfest verbunden. Das hohlförmig ausgeformte Sonnenrad 32 ist mit einer entsprechenden hohlförmig ausgeformten Welle 36 drehfest verbunden.
Der zweite Planetenradsatz 40 ist koaxial zur zweiten Abtriebswelle 2 angeordnet und axial vom ersten Planetenradsatz 30 beabstandet. Er umfasst zwei in gleicher axialer Ebene angeordnete Gruppen, nämlich eine dritte Gruppe und eine sechste Gruppe von an dem Steg 45 drehbar gelagerten Planetenrädern 43, 44, ein mit den Planetenrädern 43 der dritten Gruppe in Zahneingriff stehendes zweites Eingangselement, das als ein Sonnenrad 41 ausgebildet ist, und ein mit den Planetenrädern 44 der vierten Gruppe in Zahneingriff stehendes zweites Ausgangselement, das vorliegend als ein Sonnenrad 42 ausgebildet ist. Jedes der Planetenräder 43 der dritten Gruppe steht jeweils mit einem der Planetenräder 44 der vierten Gruppe in Zahneingriff. Das zweite Ausgangselement 42 des zweiten 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 angeordneten (nicht dargestellten) Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs. Das Sonnenrad 41 ist hohlförmig ausgeformt und mit der hohlförmigen Welle 36 verbunden, wodurch das Sonnenrad 32 des ersten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad 41 des zweiten Planetenradsatzes permanent drehfest verbunden sind. Die Hohlwellen 26a und 36 sind koaxial zur weiteren Abtriebswelle 2a angeordnet, so dass die Abtriebswelle 2a innerhalb der Hohlwellen geführt werden kann. Der Steg 45 des zweiten Planetenradsatzes 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.
Ein Verbindungsgetriebe 20 überträgt die Abtriebsdrehzahl des ersten Abtriebsrads 15 an das erste Eingangselement 31 des ersten Planetenradsatzes 30. Eine erste Übersetzungsstufe umfassend die Stirnräder 21 und 22 greift hierzu die Abtriebsdrehzahl an der ersten Abtriebswelle 1 ab und überträgt sie über eine gehäusefeste Zwischenwelle 23 an eine zweite Übersetzungsstufe umfassend die Stirnräder 24, 25. Die Zwischenräder 22 und 24 sind jeweils drehfest mit der Zwischenwelle 23 verbunden. Das Stirnrad 21 ist fest an der ersten Abtriebswelle 1 montiert und kämmt mit dem Stirnrad 22. Das Stirnrad 24 wiederum kämmt mit dem Stirnrad 25, das hohlförmig ausgebildet ist und mit einer hohlförmigen Welle 26 drehfest verbunden ist. Die Welle 26 wiederum ist mit der Welle 26a und damit mit dem ersten Eingangselement 31 des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden.
Über die Zwischenwelle 23 und die zwei gehäusefesten Übersetzungsstufen wird ein Zugriff auf die gegenüberliegende Abtriebsseite des Differenzials 10 ermöglicht.
Die vorstehend erläuterte TV-Überlagerungseinheit ist als eine separate Baueinheit ausgestaltet. So kann beispielsweise über eine lösbare formschlüssige Verbindung die mit dem Sonnenrad 31 drehfest verbundene Welle 26a mit der Welle 26 und die mit dem zweiten Ausgangselement 42 drehfest verbundene Abtriebswelle 2a mit der Abtriebswelle 2 drehfest verbunden werden. Die lösbare formschlüssige Verbindung 27 ist optional. So ist es nämlich denkbar, das erste Eingangselement 31 mit dem Stirnrad 25 permanent drehfest über eine einzige Welle, beispielsweise Welle 26 zu verbinden und das zweite Ausgangselement 42 über eine einzige Welle, beispielsweise Abtriebswelle 2 mit dem zweiten Abtriebsrad 16 zu verbinden.
Der Differenzialkopf 14 weist eine erste Drehzahl und eine erste Drehrichtung auf, die mit +1 (plus eins) dargestellt ist. So weisen das erste Abtriebsrad 15 und das zweite Abtriebsrad 16 die gleiche Drehrichtung auf. Über das Verbindungsgetriebe 20 wird die Drehrichtung des ersten Abtriebsrades in das erste Eingangselement 31 des ersten Planetenradsatzes eingeleitet.
Die Drehrichtung +1 des ersten Sonnenrades 31 wird in der zweiten Gruppe von Zahnrädern 33 bei festgehaltenem Steg 35, das heißt Drehrichtung des Stegs 35 gleich 0 (null) in eine Drehrichtung -1 (minus eins) umgekehrt. Die mit der ersten Gruppe von Zahnrädern 33 in Zahneingriff stehende vierte Gruppe von Zahnrädern 34 weist eine erneut umgekehrte Drehrichtung +1 auf. Diese wird mittels des zweiten Sonnenrads 32 wiederum in -1 umgekehrt, so dass die Welle 36 eine zur Eingangsdrehrichtung umgekehrte Drehrichtung -1 aufweist. Der erste Planetenradsatz 30 wirkt somit wie ein Standgetriebe zur Drehzahlumkehr.
Der zweite Planetenradsatz 40 bewirkt eine Überlagerung der Drehbewegung aus dem zweiten Abtriebsrad 16 und der umgekehrten Drehrichtung des ersten Abtriebsrads 15. Hierzu ist, wie vorstehend bereits beschrieben, die zweite Abtriebswelle 2 über die weitere Abtriebswelle 2a mit dem Sonnenrad 42 und die Welle 36, welche die umgekehrte Abtriebsdrehzahl des ersten Abtriebsrads 15 aufweist, mit dem Sonnenrad 41 drehfest verbunden.
Bei Geradeausfahrt heben sich die Abtriebsdrehzahl des zweiten Abtriebsrads und die umgekehrte Abtriebsdrehzahl des ersten Abtriebsrads gegenseitig auf und führen zu einem Stillstand des Elektromotors 50, das heißt der Rotor 51 steht still. Bei einer Kurvenfahrt nach links dreht der Rotor in eine erste Drehrichtung. Bei einer Kurvenfahrt nach rechts dreht der Rotor in dieselbe Richtung. Der primäre Antrieb an der Antriebswelle 11 kann sowohl von einem Verbrennungsmotor als auch von einem weiteren Elektromotor übernommen werden.
2 zeigt den Planetenradsatz 30 in einer vergrößerten Ansicht. Die achsgleich zueinander angeordneten Sonnenräder 31, 32 sind, wie gut zu erkennen ist, hohlförmig ausgebildet und mit einer Welle 26a beziehungsweise 36 drehfest verbunden. Das Sonnenrad 31 kämmt mit einer ersten Gruppe von Planetenrädern 33. Das Sonnenrad 32 kämmt mit einer zweiten Gruppe von Planetenrädern 34. Die Planetenräder 33 und 34 sind paarweise angeordnet und kämmen miteinander. Die Planetenräder 33, 34 sind an einem festgesetzten Planetenradträger 35 drehbar gelagert. So lässt sich die Drehzahl des ersten Abtriebsrads 15 von +1 zu -1 umkehren. Durch die Sonnenräder 31, 32 ist die weitere Abtriebswelle 2a geführt, die die zweite Abtriebswelle 2, welche mit dem zweiten Abtriebsrad 16 drehfest verbunden ist, mit dem zweiten Ausgangselement 42 des zweiten Planetenradsatzes 40 verbindet.
3 zeigt den zweiten Planetenradsatz 40 in einer vergrößerten Ansicht. Der Aufbau des zweiten Planetenradsatzes 40 ähnelt dem Aufbau des ersten Planetenradsatzes 30, wobei im Unterschied zum Planetenradsatz 30 die mit dem zweiten Ausgangselement drehfest verbundene Welle 2a nicht hohlförmig ist, sondern als Vollwelle in den Wellen 36, 26a, 26 und 46 geführt ist. An seinem rechten Ende ist die weitere Abtriebswelle 2a mit einem nicht dargestellten Rad eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs verbunden.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer TV-Überlagerungseinheit für ein Differenzial gemäß den voran beschriebenen 1 bis 3. Einem nicht dargestellten Getriebe ist ein Antriebsstrang 73 nachgeordnet mit vorstehend beschriebenem Torque Vectoring Getriebe 60, umfassend das Differenzial 10, das Verbindungsgetriebe 20, den ersten und zweiten Planetenradsatz 30, 40 und den Elektromotor 50 und Achsen 72 und angetriebenen Rädern 71.
Die Erfindung realisiert auf diese Art und Weise eine modulare Struktur einer TV-Überlagerungseinheit, die an ein Differenzial angebaut werden kann. Zudem kann das Differenzial effizienter betrieben werden, da der Elektromotor der TV-Überlagerungseinheit bei Geradeausfahrt steht. Zudem lässt sich durch die koaxiale Anordnung der Bauteile und der Verwendung von zwei Minus-Planetenradsätzen mit jeweils zwei Sonnenrädern eine TV-Überlagerungseinheit bereitstellen, die insbesondere radial äußerst kompakt baut.
Es versteht sich, dass das Vorstehende verschiedene Ausführungsbeispiele veranschaulicht und dass die Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Ein Fachmann wird erkennen, dass die beispielhaften Ausführungsformen modifiziert werden können und dass verschiedene Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen kombiniert werden können, um andere Ausführungsformen als die hierin beschriebenen zu schaffen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wie hierin verwendet, ist der Begriff umfassend oder umfasst offen zu verstehen und umfasst ein oder mehrere spezifische Merkmale, Elemente, Schritte, Komponenten oder Funktionen, schließt jedoch das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Elementen, Schritten, Komponenten, Funktionen oder Gruppen davon nicht aus.
Bezugszeichenliste

1: erste Abtriebswelle
2: zweite Abtriebswelle
2a: weitere Abtriebswelle
10: Differenzial
11: Antriebswelle
12: Kegelrad
13: Antriebselement, Stirnrad
14: Differenzialkäfig
15: erstes Abtriebsrad, Abtriebselement
16: zweites Abtriebsrad, Abtriebselement
17: Ausgleichselemente
20: Verbindungsgetriebe
21: Stirnrad
22: Stirnrad
23: Zwischenwelle
24: Stirnrad
25: Stirnrad
26: Welle, hohlförmig
26a: Welle, hohlförmig
27: lösbare formschlüssige Verbindung, Wellen/Nabenverbindung
30: erster Planetenradsatz, Minus
31: erstes Eingangselement, Sonnenrad
32: erstes Ausgangselement, Sonnenrad
33: Ausgleichselemente
34: Ausgleichselemente
35: erster Steg, Planetenradträger, Ausgleichselemententräger
36: Welle, hohlförmig
40: zweiter Planetenradsatz, Minus
41: zweites Eingangselement, Sonnenrad
42: zweites Ausgangselement, Sonnenrad
43: Ausgleichselemente
44: Ausgleichselemente
45: zweiter Steg, Planetenradträger, Ausgleichselemententräger
46: Welle
50: Elektromotor
51: Rotor
52: Stator
60: Torque Vectoring, TV-Getriebe
70: Kraftfahrzeug
71: Räder
72: Achse
73: Antriebsstrang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2007/035977 A2 [0005]
WO 2006/089334 A1 [0005]

Claims

Torque Vectoring Überlagerungseinheit für ein Differential-Ausgleichsgetriebe (10), umfassend zwei miteinander in Wirkverbindung stehende Planetenradsätze und einen mit einem der Planetenradsätze in Wirkverbindung stehenden Elektromotor (50), - wobei ein erster Planetenradsatz (30) ein mittels eines ersten Drehmoments antreibbares Eingangselement (31), ein Ausgangselement (32) und zwischen diesen beiden Elementen (31, 32) wirkende Ausgleichselemente (33, 34) aufweist, wobei die Ausgleichselemente an einem festgesetzten ersten Ausgleichselemententräger (35) drehbeweglich gelagert sind, - wobei ein zweiter Planetenradsatz (40) ein zweites Eingangselement (41), ein mittels eines zweiten Drehmoments antreibbares zweites Ausgangselement (42) und zwischen diesen beiden Elementen (41, 42) wirkende Ausgleichselemente (43, 44) aufweist, - wobei das erste Ausgangselement (32) des ersten Planetenradsatzes (30) mit dem zweiten Eingangselement (41) des zweiten Planetenradsatzes (40) drehfest verbunden ist, - wobei die Ausgleichselemente (43, 44) an einem zweiten Ausgleichselemententräger (45) drehbeweglich gelagert sind, wobei der zweite Ausgleichselemententräger (45) mit dem Rotor (51) des Elektromotors (50) drehfest verbunden ist.
Torque Vectoring Überlagerungseinheit nach Anspruch 1, - wobei der erste Planetenradsatz (30) zwei an dem Ausgleichselementeträger (35) drehbeweglich gelagerte Gruppen von Ausgleichselementen (33, 34) aufweist, - wobei das erste Eingangselement (31) im Zahneingriff mit einer ersten Gruppe von Ausgleichselementen (33) steht, - wobei das erste Ausgangselement (32) im Zahneingriff mit einer zweiten Gruppe von Ausgleichselementen (34) steht und - wobei jedes der Ausgleichselemente (33) der ersten Gruppe jeweils mit einem der Ausgleichselemente (34) der zweiten Gruppe in Zahneingriff steht.
Torque Vectoring Überlagerungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, - wobei der zweite Planetenradsatz (40) zwei an dem zweiten Ausgleichselementeträger (45) drehbeweglich gelagerte Gruppen von Ausgleichselementen (43, 44) aufweist, - wobei das zweite Eingangselement (41) im Zahneingriff mit einer dritten Gruppe von Ausgleichselementen (43) steht, - wobei das zweite Ausgangselement (42) im Zahneingriff mit einer zweiten Gruppe von Ausgleichselementen (44) steht, und - wobei jedes der Ausgleichselemente (43) der dritten Gruppe jeweils mit einem der Ausgleichselemente (44) der vierten Gruppe in Zahneingriff steht.
Torque Vectoring Überlagerungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planetenradsätze (30, 40) und der Elektromotor (50) koaxial zueinander angeordnet sind.
Torque Vectoring Überlagerungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Planetenradsatz (30), der zweite Planetenradsatz (40) und der Elektromotor (50) in der Reihung erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz und Elektromotor axial nebeneinander angeordnet sind.
Torque Vectoring Überlagerungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Eingangselement (31), das erste Ausgangselement (32) und das zweite Eingangselement (41) jeweils hohlförmig ausgebildet sind, wobei eine Hohlwelle (36) das erste Ausgangselement (32) mit dem zweiten Eingangselement (41) drehfest verbindet und wobei das zweite Ausgangselement (42) mit einer Welle (2a) drehfest verbunden ist, die innerhalb der Elemente (31, 32, 41) und der Hohlwelle (2a) geführt ist.
Differential-Ausgleichsgetriebe mit einer Torque Vectoring Überlagerungseinheit (60), - das Differential (10) aufweisend ein Antriebselement (13), ein erstes und zweites Abtriebselement (15, 16), Ausgleichselemente (17), die zwischen dem Antriebselement (13) und dem ersten und zweiten Abtriebselement (15, 16) wirken, um eine Drehbewegung vom Antriebselement (13) zu dem ersten und dem zweiten Abtriebselement (15, 16) zu übertragen und um eine Ausgleichsdrehbewegung zwischen dem ersten und zweiten Abtriebselement (15, 16) bereitzustellen, - die Torque Vectoring Überlagerungseinheit aufweisend Merkmale nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eines der beiden Abtriebselemente (15, 16) zur Übertragung des zweiten Drehmoments mit dem zweiten Ausgangselement (42) des zweiten Planetenradsatzes (40) drehfest verbunden ist, - das Differential-Ausgleichsgetriebe (10) ferner aufweisend ein Verbindungsgetriebe (20), das zur Übertragung des ersten Drehmoments das andere der beiden Abtriebselemente (16, 15) des Differential-Ausgleichsgetriebes mit dem ersten Eingangselement (31) des ersten Planetenradsatzes (30) verbindet.
Differential-Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 7, - wobei das Differential-Ausgleichsgetriebe (10), der erste Planetenradsatz (30), der zweite Planetenradsatz (40) und der Elektromotor (50) in der Reihung Differential-Ausgleichsgetriebe, erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz und Elektromotor axial nebeneinander angeordnet sind und - wobei das Verbindungsgetriebe (20) das an der gegenüberliegenden Seite des Differential-Ausgleichsgetriebes (10) angeordnete Abtriebselement (15) mit dem ersten Eingangselement (31) verbindet.
Differential-Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 7 oder 8, wobei das erste Eingangselement (31) und das zweite Ausgangselement (42) mittels einer lösbaren formschlüssig Verbindung mit einem Element (26) des Verbindungsgetriebes (20) bzw. dem Abtriebselement (15, 16) verbunden sind.
Kraftfahrzeug (70) umfassend eine Torque Vectoring Überlagerungseinheit für ein Differential-Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder umfassend ein Differential-Ausgleichsgetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 9.