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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer antriebsseitigen Antriebswelle und mit einer getriebeseitigen Abtriebswelle, die ein Ritzel aufweist, das, bezogen auf eine Drehachse der Antriebswelle, außermittig angeordnet ist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2015 222 691 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Antriebseinrichtung eines Hybridfahrzeugs bekannt, die eine Verbrennungskraftmaschine, eine erste Elektromaschine, ein zweite Elektromaschine und einen Akkumulator umfasst, wobei für die Antriebsvorrichtung ein leistungsorientierter Modus oder ein verbrauchsorientierter Modus auswählbar ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2017 218 513 A1 ist ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, umfassend eine Elektromaschine, eine erste Antriebswelle, eine zweite Antriebswelle, eine Abtriebswelle, sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz, wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente umfassen. Aus der internationalen Offenlegungsschrift
WO 2015/099596 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit einem Antriebssystem bekannt, das ein Planetengetriebe und zwei elektrische Maschinen umfasst.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer antriebsseitigen Antriebswelle und mit einer getriebeseitigen Abtriebswelle, die ein Ritzel aufweist, das, bezogen auf eine Drehachse der Antriebswelle, außermittig angeordnet ist, funktionell, konstruktiv und/ oder fertigungstechnisch zu vereinfachen.
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Die Aufgabe ist bei einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer antriebsseitigen Antriebswelle und mit einer getriebeseitigen Abtriebswelle, die ein Ritzel aufweist, das, bezogen auf eine Drehachse der Antriebswelle, außermittig angeordnet ist, dadurch gelöst, dass das Ritzel und mindestens ein Stützrad drehbar in einer planetenträgerartigen Trageinrichtung angeordnet sind und mit einem innverzahnten Hohlrad kämmen, das drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Das Ritzel ist drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Über das Hohlrad und das Ritzel wird im Betrieb des Antriebsstrangs ein Drehmoment von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle übertragen. Zur Drehmomentübertragung ist das Ritzel mit einer Außenverzahnung versehen, die in die Innenverzahnung des Hohlrads eingreift. Außermittig bedeutet in Bezug auf die Drehachse der Antriebswelle, dass eine Drehachse der Abtriebswelle nicht koaxial zu der Drehachse der Antriebswelle ist. Daher könnte man den Begriff außermittig auch durch deaxial ersetzen. Die Drehachse der Abtriebswelle ist parallel zu der Drehachse der Antriebswelle angeordnet. Die Übersetzungsstufe mit dem Hohlrad und dem Ritzel ist von der Auslegung her sehr anspruchsvoll. Allerdings ermöglicht die Übersetzungsstufe mit dem Hohlrad und dem Ritzel in einem minimalen Bauraum ein großes Übersetzungsverhältnis. In herkömmlichen Antriebssträngen wird eine derartige Übersetzungsstufe entweder über normale Stirnradsätze oder über Planetenradstufen realisiert. Über das mindestens eine Stützrad können vorteilhaft radial wirkende Kräfte des Ritzels in dem Hohlrad abgestützt werden. So kann sich innerhalb des Hohlrads ein Kräftegleichgewicht einstellen. Bei dem Antriebsstrang handelt es sich vorzugsweise um einen Hybridantriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine, einer elektrischen Maschine und einem Getriebe. Bei dem Getriebe handelt es sich vorzugsweise um ein sogenanntes dediziertes Hybridgetriebe. Der Antrieb wird auch als dedizierter Hybridantrieb bezeichnet. Damit werden neuartige elektrifizierte Antriebsstrangkonzepte bezeichnet, die auch unter der Abkürzung DHT zusammengefasst werden können, wobei die Großbuchstaben DHT für die englischen Begriffe Dedicated Hybrid Transmission stehen. Bei solchen Strukturen wird die Elektrifizierung vorzugsweise nicht als Add-On zugefügt, sondern ist vorteilhaft im Aufbau des Fahrzeuggetriebes berücksichtigt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die planetenträgerartige Trageinrichtung zwei Lager für das Ritzel umfasst. Über die beiden Lager wird die planetenträgerartige Trageinrichtung sozusagen auf der Abtriebswelle gelagert. Im Unterschied zu einem herkömmlichen Planetengetriebe, das auch als Umlaufrädergetriebe bezeichnet wird, behält die planetenträgerartige Trageinrichtung ihre Position im Betrieb des Antriebsstrangs bei. Die Übersetzungsstufe zwischen Hohlrad und Ritzel stellt eine Art Stirnradgetriebe dar, in welchem die Stirnräder auf parallelen Achsen laufen. Dabei wurde die Außenverzahnung eines Stirnrads nach innen in das Hohlrad verlegt. Allerdings ist es dabei nicht mehr möglich, die Achsen, wie bei einem normalen Stirnradgetriebe, auf beiden Seiten der Stirnräder zu lagern. Das führt dazu, dass die Wellen, das heißt die Antriebswelle und die Abtriebswelle, bei der beanspruchten Variante stark auf Biegung beansprucht werden. Außerdem kann sich das Hohlrad während eines Umlaufes in unerwünschter Art und Weise deformieren. Somit sollte die beanspruchte Übersetzungsstufe sehr steif und massiv ausgeführt werden, damit ein optimaler Zahneingriff sichergestellt wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die planetenträgerartige Trageinrichtung zwischen den Lagern einen Aufnahmeraum für das Ritzel umfasst, in dem sich das mit dem Hohlrad kämmende Ritzel drehen kann. Das Ritzel ist vorzugsweise an einem Ende der Abtriebswelle befestigt. Die beiden Lager sind vorteilhaft in entsprechende Lageraufnahmen montiert, zum Beispiel eingepresst, die in der planetenträgerartigen Trageinrichtung zu diesem Zweck vorgesehen sind.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die planetenträgerartige Trageinrichtung ein außenverzahntes Stützrad umfasst, das diametral zu dem Ritzel angeordnet ist und mit dem innenverzahnten Hohlrad kämmt. So kann sich das Ritzel über die planetenträgerartige Trageinrichtung auf seiner gegenüberliegenden Seite an der Innenverzahnung des Hohlrads abstützen. Dadurch kann sich vorteilhaft ein Kräftegleichgewicht innerhalb des Hohlrads einstellen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die planetenträgerartige Trageinrichtung mindestens zwei außenverzahnte Stützräder umfasst, die mit dem innenverzahnten Hohlrad kämmen. Die mindestens zwei Stützräder und das Ritzel sind vorteilhaft auf einem inneren Umfang des Hohlrads vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet. Dadurch wird die Abstützung des Ritzels über die planetenträgerartige Trageinrichtung in dem Hohlrad wirksam verbessert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad mit seiner Innenverzahnung, so auf dem Ritzel und auf dem Stützrad/ den Stützrädern abläuft, dass im Betrieb zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle wirkende Kräfte vollständig oder nahezu vollständig über das Stützrad/ die Stützräder und die planetenträgerartige Trageinrichtung abgestützt werden. Dadurch werden die Lager der Abtriebswelle und der Antriebswelle deutlich entlastet. Bei den Kräften handelt es sich zum Beispiel um Axialkräfte, die aus der Übersetzungsstufe nach außen gelangen. Diese axialen Kräfte können verringert oder ganz verhindert werden. Das liefert den Vorteil, dass die Lagerstellen auf der Motorseite und der Getriebeseite für geringere Kräfte und somit kostengünstiger ausgelegt werden können. Darüber hinaus können bei der Konstruktion und Herstellung des Hohlrads Kosten eingespart werden, da das Hohlrad weniger massiv sein muss, das heißt, zu dessen Herstellung weniger Material benötigt wird. Die Kräfte betreffen insbesondere Zahnkräfte und eine elastische Einfederung beziehungsweise Verformung des Hohlrads bei der Übertragung eines Drehmoments zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stützrad/ die Stützräder jeweils auf einem Bolzen drehbar gelagert ist/ sind, der an der planetenträgerartigen Trageinrichtung befestigt ist. Der Bolzen kann so oder so ähnlich wie bei herkömmlichen Planetenrädern an der planetenträgerartigen Trageinrichtung befestigt sein. So kann der Bolzen zum Beispiel in entsprechende Bolzenaufnahmen der planetenträgerartigen Trageinrichtung eingepresst werden. Bei dem Lager handelt es sich zum Beispiel um ein Nadellager. So kann auf einfache Art und Weise eine stabile Abstützung der Kräfte in dem Hohlrad sichergestellt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle und das Stützrad/ die Stützräder radial spielfrei mit dem Hohlrad in Zahnkontakt stehen. Dadurch wird eine unerwünschte Geräuschentwicklung im Betrieb des Antriebsstrangs verhindert oder deutlich reduziert. Darüber hinaus wird die vorab beschriebene Abstützwirkung der im Betrieb auftretenden Kräfte über die planetenträgerartige Trageinrichtung in dem Hohlrad optimiert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stützrad/ die Stützräder außen eine Stützverzahnung aufweisen, die konstruktiv und fertigungstechnisch weniger aufwendig als eine Laufverzahnung des drehmomentübertragenden Ritzels ist. Da die Stützverzahnung des Stützrads/ der Stützräder keine Laufverzahnung ist, also kein Drehmoment übertragen muss, kann die Stützverzahnung dahingehend optimiert werden, dass sie hohe Kräfte aufnehmen kann, spielfrei ist und geringe Reibung erzeugt. Je nach Ausführung kann die Stützverzahnung weniger oder kleinere Zähne als die Laufverzahnung aufweisen.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Hohlrad, eine planetenträgerartige Trageinrichtung, ein Stützrad, ein Ritzel, eine Abtriebswelle und/ oder eine Antriebswelle für einen vorab beschriebenen Antriebsstrang. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine Explosionsdarstellung eines Teils eines Antriebsstrangs mit einem an einer Antriebswelle angebrachten Hohlrad und einem an einer Abtriebswelle angebrachten Ritzel, die über eine planetenträgerartige Trageinrichtung mit zwei Stützrädern miteinander gekoppelt sind;
- 2 eine Längsschnittdarstellung eines Abschnitts eines Getriebegehäuses mit dem Teil des Antriebsstrangs aus 1;
- 3 den Teil des Antriebsstrangs aus 1 im Längsschnitt;
- 4 eine perspektivische Darstellung des Teils des Antriebsstrangs aus den 1 und 3; und
- 5 den Teil des Antriebsstrangs aus 4 im Querschnitt.
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In 2 ist ein Abschnitt eines Getriebegehäuses 24 eines Antriebsstrangs 20 eines Kraftfahrzeugs mit einer antriebsseitigen Antriebswelle 21 und mit einer getriebeseitigen Abtriebswelle 31 im Längsschnitt dargestellt. Die Seite des Antriebsstrangs 20 mit der Antriebswelle 21 wird auch als Motorseite 28 bezeichnet. Analog wird die Seite des Antriebsstrangs 20 mit der Abtriebswelle 31 als Getriebeseite 29 bezeichnet.
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Ein Hohlrad 22 ist über eine Steckverzahnung drehfest mit einem in 2 linken Ende der Antriebswelle 21 verbunden. Das Hohlrad 22 ist mit Hilfe einer Lagerung 25 zusammen mit dem in 2 linken Ende der Antriebswelle 21 drehbar in einem Gehäusekörper 23 des Getriebegehäuses 24 gelagert, das verkürzt auch als Gehäuse bezeichnet wird. Die Lagerung umfasst zwei Wälzlager 26, 27, die zum Beispiel als Schrägrollenlager ausgeführt sind.
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Auf der Getriebeseite 29 ist ein Getriebe 30 angeordnet, von dem nur in 2 ein rechtes Ende einer Abtriebswelle 31 und ein in 2 ebenfalls rechtes Ende einer Hohlwelle 32 im Längsschnitt dargestellt. Die Abtriebswelle 31 ist mit Hilfe einer Lagerung 34 drehbar in der Hohlwelle 32 gelagert. Die Hohlwelle 32 wiederum ist mit Hilfe einer Lagerung 38 in einem Gehäusekörper 35 des Gehäuses 24 gelagert.
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Die Abtriebswelle 31 ragt mit ihrem in 2 rechten Ende aus der Hohlwelle 32 heraus. An dem aus der Hohlwelle 32 herausragenden Ende der Abtriebswelle 31 ist ein Ritzel 33 angebracht. Das Ritzel 33 ist mit einer Außenverzahnung 36 ausgestattet, die als Laufverzahnung ausgeführt ist.
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Die Laufverzahnung 36 des Ritzels 33 kämmt mit einer Innenverzahnung 37 des Hohlrads 22. Über die ineinandergreifenden Verzahnungen 36, 37 wird im Betrieb des Antriebsstrangs 20 ein Drehmoment von der Antriebswelle 21 auf die Abtriebswelle 31 übertragen.
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In den 1, 3, 4 und 5 ist in verschiedenen Ansichten gezeigt, wie das Ritzel 33 der Abtriebswelle 31 zur Drehmomentübertragung mit dem Hohlrad 22 der Antriebswelle 21 gekoppelt ist. Zur Kopplung dient eine planetenträgerartige Trageinrichtung 1, die im Unterschied zu einem herkömmlichen Planetengetriebe kein Sonnenrad umfasst.
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Die planetenträgerartige Trageinrichtung 1 umfasst zwei in Richtung einer Drehachse der Abtriebswelle 31 axial voneinander beabstandete Tragkörper 3 und 4. Die beiden Tragkörper 3 und 4 der planetenträgerartigen Trageinrichtung 1 sind durch einen Verbindungskörper 5 einstückig miteinander verbunden. Die beiden Tragkörper 3, 4 umfassen zwei koaxiale Durchgangslöcher, die zur Aufnahme, zum Beispiel zum Einpressen, von zwei Lagern 6, 7 für die Abtriebswelle 31 mit dem Ritzel 33 dienen.
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Zwischen den Lagern 6, 7 umfasst die planetenträgerartige Trageinrichtung 1 einen Aufnahmeraum 2, in welchem sich das durch die Lager 6, 7 drehbar gelagerte Ritzel 33 drehen kann, wenn es sich im Zahneingriff mit dem Hohlrad 22 befindet. Über das Hohlrad 22 und das Ritzel 33 wird vorteilhaft eine sehr große Übersetzung ins Schnelle ermöglicht.
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In der planetenträgerartigen Trageinrichtung 1 sind darüber hinaus zwei Stützräder 11, 12 drehbar gelagert. Zur Lagerung der Stützräder 11, 12 dient in ähnlicher Art und Weise wie bei herkömmlichen Planetenrädern jeweils ein Bolzen 8 mit einem Lager 9. Das Lager 9 ist zum Beispiel als Nadellager ausgeführt und zwischen den beiden Tragkörpern 3, 4 der Trageinrichtung 1 auf dem Bolzen 8 angeordnet.
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Die Stützräder 11, 12 dienen, im Unterschied zu dem Ritzel 33, nicht zur Drehmomentübertragung. Die Stützräder 11, 12 dienen im Betrieb des Antriebsstrangs (20 in 2) vorteilhaft dazu, im Betrieb auftretende Kräfte in dem Hohlrad 22 abzustützen. Zu diesem Zweck sind die Stützräder 11, 12 jeweils mit einer Stützverzahnung 13, 14 ausgestattet, mit denen die Stützräder 11, 12 in die Innenverzahnung 37 des Hohlrads 22 eingreifen.
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Anders als dargestellt, können die Stützverzahnungen 13, 14 der Stützräder 11, 12 gegenüber der Laufverzahnung 36 des Ritzels 33 dahingehend optimiert werden, dass sie hohe Kräfte aufnehmen können, spielfrei sind und geringere Reibung erzeugen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trageinrichtung
- 2
- Aufnahmeraum
- 3
- Tragkörper
- 4
- Tragkörper
- 5
- Verbindungskörper
- 6
- Lager
- 7
- Lager
- 8
- Bolzen
- 9
- Lager
- 11
- Stützrad
- 12
- Stützrad
- 13
- Stützverzahnung
- 14
- Stützverzahnung
- 20
- Antriebsstrang
- 21
- Antriebswelle
- 22
- Hohlrad
- 23
- Gehäusekörper
- 24
- Gehäuse
- 25
- Lagerung
- 26
- Wälzlager
- 27
- Wälzlager
- 28
- Motorseite
- 29
- Getriebeseite
- 30
- Getriebe
- 31
- Abtriebswelle
- 32
- Hohlwelle
- 33
- Ritzel
- 34
- Lagerung
- 35
- Gehäusekörper
- 36
- Außenverzahnung
- 37
- Innenverzahnung
- 38
- Lagerung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015222691 A1 [0002]
- DE 102017218513 A1 [0002]
- WO 2015/099596 A1 [0002]
