DE102019209465A1 - Getriebe mit einer Differential-Sperreinheit - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Differential-Sperreinheit. das Getriebe umfassteine Eingangswelle (10), eine erste Ausgangswelle (11), eine zweite Ausgangswelle (12), einen ersten Planetenradsatz (P1) sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz verbundenen zweiten Planetenradsatz (P2), wobei die Planetenradsätze (P1, P2) jeweils mehrere Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32) umfassen, wobei die Eingangswelle (10), die zwei Ausgangswellen (11, 12), die Planetenradsätze (P1, P2) sowie deren Elemente derart angeordnet und ausgebildet sind, dass ein über die Eingangswelle (10) eingeleitetes Drehmoment gewandelt und in einem definierten Verhältnis auf die zwei Ausgangswellen (11, 12) aufgeteilt wird, und die Entstehung eines Summendrehmoments verhindert wird, wobei zumindest ein Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem anderen Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) über eine Verbindungswelle (3) drehfest verbunden ist und ein weiteres Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist.Die Differential-Sperreinheit umfasst ein Umlaufrädergetriebe (P3), insbesondere in Form eines Planetenradsatzes oder einer Planetenstufe, sowie ein Schaltelement (B1), wobei das Umlaufrädergetriebe (P3) zumindest drei Anschlusswellen aufweist, wobei eine zumindest erste Anschlusswelle (W1) mit der Verbindungswelle (3) drehfest verbunden ist, eine zumindest zweite Anschlusswelle (W2) mit dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest verbunden ist, (welches wiederum mit der ersten Ausgangswelle (11) drehfest verbunden ist), wobei eine zumindest dritte Anschlusswelle (W3) mittels des Schaltelements (B1) an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Differential-Sperreinheit. Die Erfindung betrifft zudem einen Antriebstrang sowie ein Fahrzeug.
  • Ein herkömmliches Differentialgetriebe ermöglicht Kurvenfahrt, indem es unterschiedliche Drehzahlen der beiden Antriebsräder zulässt. Es überträgt das Antriebsmoment gleichmäßig auf beide Räder (offenes Differential). 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 Differentialsperre eingesetzt werden, die über Reibung die beiden Antriebsräder teilweise miteinander verbindet. Durch regelbare Differentialsperren lässt sich die Kurvenwilligkeit eines offenen Differentials mit der verbesserten Traktion eines Sperrdifferentials kombinieren. Das Differentialgetriebe ist auch als Differential oder Differentialausgleichsgetriebe bekannt.
  • Aus der DE 10 2018 112 880 A1 ist ein integriertes Differential bekannt.
  • Aus dem Stand der Technik sind zudem Differential-Sperreinheiten bekannt. Diese werden auch Sperrdifferentiale oder Selbstsperrdifferentiale genannt. Ein Sperrdifferential ist ein Differentialgetriebe, das im Unterschied zum herkömmlichen Differential bis zu einem gewissen Grad schwergängig ist. Es bremst plötzlich auftretende Drehzahlerhöhungen an demjenigen angetriebenen Rad ab, das z. B. seine Bodenhaftung durch Springen kurzzeitig verloren hat.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Getriebe, insbesondere in der Form eines integrierten Differentials bereitzustellen, dass zudem eine Differential-Sperreinheit aufweist.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Das Getriebe umfasst eine Eingangswelle, eine erste Ausgangswelle, eine zweite Ausgangswelle, einen ersten Planetenradsatz sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz verbundenen zweiten Planetenradsatz. Die Planetenradsätze umfassen jeweils mehrere Elemente. Die Eingangswelle, die zwei Ausgangswellen, die Planetenradsätze sowie deren Elemente sind derart angeordnet und ausgebildet, dass ein über die Eingangswelle eingeleitetes Drehmoment gewandelt und in einem definierten Verhältnis auf die zwei Ausgangswellen aufgeteilt wird, und die Entstehung eines Summendrehmoments verhindert wird. Dabei ist zumindest ein Element des ersten Planetenradsatzes mit einem anderen Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden und ein weiteres Element des zweiten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauelement festgesetzt.
  • Die Elemente der Planetenradsätze liegen insbesondere in der Form Sonnenrad, Planetenträger sowie Hohlrad vor. Ist ein Element festgesetzt, so ist es an einer Drehbewegung gehindert. Bei dem drehfesten Bauelement des Getriebes, kann es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handeln, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement.
  • Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements hergestellt wird. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird. Der Begriff „Welle“ schließt dabei nicht aus, dass die zu verbindenden Komponenten einteilig ausgeführt sein können.
  • Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse gemeint, entlang welcher die Planetenradsätze koaxial zueinander liegend angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer Welle zu verstehen, die auf dieser Längsmittelachse liegt.
  • Über die Eingangswelle kann ein Drehmoment in das Getriebe eingeleitet werden. Der Antrieb über welchen ein Drehmoment in das Getriebe eingeleitet werden kann durch eine beliebige Antriebsquelle erfolgen, bspw. über eine Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungskraftmaschine oder in Form einer Elektromaschine.
  • Die Angabe der Drehmomentwandlung ist wie folgt zu verstehen:
    • Das Getriebe hat zwei Ausgangswellen deren Drehmomentsumme bezogen auf das Eingangsdrehmoment die Wandlung des Getriebes beschreibt. Das Getriebe hat zwei Ausgangswellen deren jeweilige Übersetzung zunächst nicht definiert ist. Erst die Kopplung der beiden Ausgangswellen, bspw. über Räder des Fahrzeugs auf einer Fahrbahn, erzeugt definierte Drehzahlen. Drehen beide Ausgangswellen mit gleicher Drehzahl, wie bspw. bei einer Geradeausfahrt, so kann, wie beim Stand der Technik, die Übersetzung als Drehzahlverhältnis zwischen Eingangsdrehzahl und einer der beiden identischen Ausgangsdrehzahlen gebildet werden. In allen anderen Fällen ist es nicht möglich mit der gängigen Definition der Drehmomentwandlung/Übersetzung eine Übersetzung des Getriebes zu benennen.
  • Die zwei Planetenradsätze des Getriebes können sowohl als ein Minus- oder ein Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein. Auch eine Kombination von Minus- und Plusplanetenradsatz ist möglich.
  • Ein Minus-Planetensatz setzt sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus den Elementen Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad zusammen, wobei der Planetensteg mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen.
  • Bei einem Plus-Planetensatz sind ebenfalls die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetensteg vorhanden, wobei Letzterer mindestens ein Planetenradpaar führt, bei welchem das eine Planetenrad mit dem innenliegenden Sonnenrad und das andere Planetenrad mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen.
  • Die ersten zwei Planetenradsätze können axial benachbart zueinander angeordnet sein. Der erste Planetenradsatz kann aber auch radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet sein. Man spricht bei letzterer Ausführung auch von einer geschachtelten Anordnung der Planetenradsätze.
  • Die Verzahnungen der zwei miteinander verbundenen Elemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes, also drittes Element des ersten Planetensatzes und erstes Element des zweiten Planetensatzes, können an demselben Bauteil ausgebildet sein. Darüber hinaus kann eine Steigung der Verzahnung am dritten Element des ersten Planetensatzes und am ersten Element des zweiten Planetensatzes identisch sein. Die identische Steigung ermöglich eine Axialkraftfreiheit des Verbindungsbauteils oder der Koppelwelle, sodass sich auf eine aufwändige Axiallagerung verzichten lässt.
  • Die Eingangswelle des Getriebes kann zur Einleitung eines Drehmoments in das Getriebe mit einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Elektromaschine oder einer Verbrennungskraftmaschine, verbunden sein. Entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform ist der Rotor der Elektromaschine drehfest mit der Eingangswelle verbunden. Alternativ dazu ist es eine Ausgestaltungsmöglichkeit des Getriebes, dass der Rotor über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der Eingangswelle in Verbindung steht. Die Elektromaschine kann entweder koaxial zu den Planetenradsätzen oder achsparallel zu diesen liegend angeordnet sein. Im erstgenannten Fall kann der Rotor der Elektromaschine dabei entweder unmittelbar drehfest mit der Eingangswelle verbunden oder aber über eine oder auch mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen mit dieser gekoppelt sein, wobei Letzteres eine günstigere Auslegung der Elektromaschine mit höherer Drehzahl und geringerem Drehmoment ermöglicht. Die mindestens eine Übersetzungsstufe kann dabei als Stirnradstufe und/oder als Planetenstufe ausgeführt sein.
  • Ist die Elektromaschine hingegen achsversetzt zu den Planetenradsätzen vorgesehen, so erfolgt eine Koppelung über eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen und/oder einen Zugmitteltrieb. Die eine oder die mehreren Übersetzungsstufen können hierbei auch im Einzelnen entweder als Stirnradstufe oder als Planetenstufe realisiert sein. Bei einem Zugmitteltrieb kann es sich entweder um einen Riemen- oder einen Kettentrieb handeln.
  • Bei koaxialer Anordnung der Elektromaschine ist es besonders bevorzugt, wenn die erste Ausgangswelle hindurch den Rotor der Elektromaschine geführt ist. Dadurch ist das Getriebe mit Elektromaschine besonders kompakt.
  • Die Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes kann sich zumindest annähernd aus dem Kehrwert der Standgetriebeübersetzung des ersten Planetensatzes minus 1 berechnen.
  • Weiterhin ist ein Getriebe bevorzugt, wobei sich die Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetensatzes zumindest annähernd aus dem Kehrwert der Standgetriebeübersetzung des ersten Planetensatzes minus 1 berechnet, also: i 02 = 1 i 01 − 1.
    Figure DE102019209465A1_0001
    .
  • Für den Fall, dass die beiden Planetensätze als Minus-Planetensätze ausgeführt sind (bspw. gem. 2 oder 3), bewirkt diese Rechenvorschrift unter Vernachlässigung von Getriebeverlusten eine jeweils hälftige Aufteilung des Abtriebsdrehmoments auf die beiden Ausgangswellen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Erfindung zur Aufteilung des Drehmomentes auf zwei Räder derselben Achse verwendet wird.
  • Wird eine andere Drehmomentaufteilung gewünscht oder sind die Planetenradsätze anders ausgeführt (bspw. 4 bis 9), so kann in sinngemäßer Weise eine Rechenvorschrift definiert werden (19). Da im Betrieb unter realen Bedingungen die unsymmetrischen Getriebeverluste hin zu den beiden Ausgangswellen dazu führen können, dass ein geringfügiges Abweichen von der Rechenvorschrift vorteilhaft ist um gleiche Abtriebsdrehmomente an beiden Wellen zu erhalten erfolgt die Wortwahl „zumindest annähernd“. Des Weiteren erfolgt diese Formulierung, da eine exakte Einhaltung der Rechenvorschrift unter Einhaltung von ganzzahligen Zähnezahlen und günstigen Zähnezahlkombinationen, z.B. hinsichtlich akustischer Anforderungen, manchmal nicht möglich ist.
  • In 19 sind für die Radsatzkombinationen hinsichtlich der 4, 5, 6, 8, 9 in analoger Weise die Rechenvorschriften der jeweiligen Abhängigkeit der Standübersetzung des zweiten Planetensatzes von der Standübersetzung des ersten Planetensatzes benannt. Diese bewirken jeweils unter Vernachlässigung von Getriebeverlusten ein Abtriebsdrehmoment in gleicher Höhe und mit gleichem Vorzeichen an beiden Ausgangswellen.
  • Die Antriebsmaschine kann quer zu einer Fahrtrichtung eingebaut sein. Zudem können die zwei Ausgangswellen drehfest mit Rädern eines Fahrzeuges verbunden sein.
  • Zudem kann es sein, dass die zwei Ausgangswellen das eingeleitete Drehmoment auf unterschiedliche Achsen eines Fahrzeuges aufteilen. So lässt sich eine Anordnung als Längsverteilergetriebe (auch Längsverteiler genannt) realisieren, also ein Getriebe, das das eingeleitete Drehmoment bspw. auf mehrere Achsen, insbesondere auf eine Vorderachse und auf eine Hinterachse eines Fahrzeugs aufteilt.
  • Die Drehmomentaufteilung des Getriebes muss nicht gleichmäßig auf die Ausgangswellen erfolgen. Insbesondere bei der Ausführungsform als Längsverteilergetriebe kann eine nicht gleichmäßige Aufteilung zwischen der einen und der anderen Achse erfolgen. Bspw. kann die Aufteilung des von der Eingangswelle bereitgestellten Drehmoments derart erfolgen, dass 60% auf die Hinterachse und 40% auf die Vorderachse geleitet werden.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der erste und zweite Planetenradsatz als Minus-Planetenradsatz ausgeführt sind. Diese haben einen guten Wirkungsgrad und lassen sich axial nebeneinander anordnen und radial schachteln.
  • Bei einer Kombination von Minus- und Plusplanetenradsatz in einer geschachtelten Anordnung kann der radial innere Planetenradsatz ein Minus-Planetenradsatz und der radial äußere Planetenradsatz ein Plus-Planetenradsatz sein. Hierbei bleibt einerseits eine einfach zu realisierende Schachtelbarkeit erhalten. Außerdem bietet in diesem Zusammenhang das festgesetzte Hohlrad noch den Vorteil, dass der durch den Plus-Planetenradsatz bewirkte (üblicherweise) schlechtere Wirkungsgrad sich lediglich auf eine Ausgangswelle auswirkt.
  • Dem Getriebe kann zusätzlich ein Übersetzungsgetriebe oder ein mehrgängiges Getriebe, vorzugsweise ein 2-Gang-Getriebe vorgeschaltet sein. Dieses Übersetzungsgetriebe oder mehrgängige Getriebe kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung einer zusätzlichen Übersetzung indem bspw, die Drehzahl der Antriebsmaschine übersetzt wird und die Eingangswelle mit dieser übersetzten Drehzahl angetrieben wird. Das mehrgängige Getriebe oder Übersetzungsgetriebe kann insbesondere in der Form eines Planetengetriebes vorliegen.
  • Die Elemente des Getriebes können wie folgt ausgeführt sein:
    1. a) Getriebe mit zwei Minus-Planetenradsätzen, wobei es sich bei
      • - dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes um ein Sonnenrad,
      • - bei dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes um einen Planetenträger und
      • - bei dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes um ein Hohlrad handelt und wobei es sich bei
      • - dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes um ein Sonnenrad,
      • - bei dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes um einen Planetenträger und
      • - bei dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes um ein Hohlrad handelt.
  • Dieses Getriebe könnte als ein erstes Konzept mit zwei Minus-Planetenradsätzen bezeichnet werden.
    • b) Getriebe mit zwei Minus-Planetenradsätzen, wobei es sich bei
      • - dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes um ein Sonnenrad,
      • - bei dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes um ein Hohlrad handelt und
      • - bei dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes um einen Planetenträger handelt und wobei es sich bei
      • - dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes um ein Hohlrad,
      • - bei dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes um ein Planetenträger und
      • - bei dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes um ein Sonnenrad handelt.
  • Dieses Getriebe könnte als ein zweites Konzept mit zwei Minus-Planetenradsätzen bezeichnet werden.
    • c) Getriebe mit zwei Minus-Planetenradsätzen, wobei es sich bei
      • - dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes um ein Hohlrad,
      • - bei dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes um einen Planetenträger und
      • - bei dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes um ein Sonnenrad handelt und wobei es sich bei
      • - dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes um ein Sonnenrad,
      • - bei dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes um einen Planetenträger und
      • - bei dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes um ein Hohlrad handelt.
  • Dieses Getriebe könnte als ein fünftes Konzept mit zwei Minus-Planetenradsätzen bezeichnet werden.
    • d) Getriebe mit einem Plus- und einem Minus-Planetenradsatz, wobei der zweite Planetenradsatz der Minus-Planetenradsatz ist, wobei es sich bei
      • - dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes um ein Sonnenrad,
      • - bei dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes um ein Hohlrad und
      • - bei dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes um einen Planetenträger handelt und wobei es sich bei
      • - dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes um ein Sonnenrad,
      • - bei dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes um einen Planetenträger und
      • - bei dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes um einen Hohlrad handelt.
  • Bei diesem Getriebe handelt es sich quasi um das erste Konzept mit einem Plus-Planetenradsatz.
    • e) Getriebe mit einem Plus- und einem Minus-Planetenradsatz, wobei der erste Planetenradsatz der Minus-Planetenradsatz ist, wobei es sich bei
      • - dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes um ein Sonnenrad,
      • - bei dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes um einen Planetenträger und
      • - bei dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes um ein Hohlrad handelt und wobei es sich bei
      • - dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes um ein Sonnenrad,
      • - bei dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes (P2) um ein Hohlrad und
      • - bei dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes um einen Planetenträger handelt.
    • f) Getriebe mit zwei Plus-Planetenradsätzen, wobei es sich bei
      • - dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes um ein Sonnenrad,
      • - bei dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes um ein Hohlrad und
      • - bei dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes um einen Planetenträger handelt und wobei es sich bei
      • - dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes um ein Sonnenrad,
      • - bei dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes um einen Hohlrad und
      • - bei dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes um einen Planetenträger handelt.
  • Bei diesem Getriebe handelt es sich quasi um das erste Konzept mit zwei Plus-Planetenradsätzen.
  • Die Differential-Sperreinheit umfassend ein Umlaufrädergetriebe, insbesondere in Form eines Planetenradsatzes oder einer Planetenstufe, sowie ein Schaltelement.
  • Das Umlaufrädergetriebe weist zumindest drei Anschlusswellen auf. Eine zumindest erste Anschlusswelle ist mit der Verbindungswelle drehfest verbunden. Eine zumindest zweite Anschlusswelle ist mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden, welches wiederum mit der ersten Ausgangswelle drehfest verbunden ist. Eine zumindest dritte Anschlusswelle kann mittels des Schaltelements an einem drehfesten Bauelement festgesetzt werden.
  • Die Differential-Sperreinheit ermöglicht bei Geradeausfahrt (beide Ausgangswellen drehen mit derselben Drehzahl) durch geeignete Wahl der Standübersetzung der Differential-Sperreinheit an der verbleibenden dritten Anschlusswelle eine Drehzahl von Null oder nahe Null. Durch ein Festsetzen der dritten Anschlusswelle, welches durch Schließen des Schaltelements bewirkt werden kann, kann ein Gleichlauf der Ausgangswellen erzwungen werden, wodurch die Sperrwirkung erzielt wird.
  • Unter einem Umlaufrädergetriebe wird eine Anordnung aus einem oder mehreren Planetenradsätzen mit drei Anschlusswellen verstanden. Für alle Ausführungsvarianten des Umlaufrädergetriebes gilt gemeinsam, dass die erste dieser drei Anschlusswellen mit der Verbindungswelle drehfest verbunden ist, die zweite Anschlusswelle mit der ersten Ausgangswelle des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist und die dritte Anschlusswelle mit einem Schaltelement an einem drehfesten Bauelement festsetzbar ist.
  • Ein solches Getriebe vereint in einer einzigen Baugruppe die beiden Funktionen Drehmomentwandlung und Drehmomentverteilung. Bei dem Getriebe handelt es sich sozusagen um ein kombiniertes Übersetzungs- und Differentialgetriebe, das einerseits eine Drehmomentwandlung unter Zuhilfenahme einer Gehäuseabstützung und andererseits die Drehmomentverteilung auf die Ausgangswellen realisieren kann. Zudem wird eine Sperrwirkung bereitgestellt.
  • Bevorzugt ist das Schaltelement als eine Bremse ausgeführt, insbesondere als eine reibschlüssige oder formschlüssige Bremse.
  • Ist das Schaltelement reibschlüssig ausgeführt, so kann dies bei Bedarf auch nur teilweise geschlossen werden. Dadurch lässt sich einstellen, wieviel Drehmoment von einem, z.B. durchrutschenden Rad, auf das andere Rad übertragen werden soll. Der Vorteil einer Bremse gegenüber einer Kupplung liegt insbesondere darin, dass die Bremse einfacher ausgeführt sein kann als eine Kupplung. Zudem wird eine elektromechanische und dadurch verbrauchsgünstigere Aktuatorik ermöglicht. Dadurch kann auf hinsichtlich Verluste und Dimensionierung nachteilige Betätigungslager verzichtet werden. Zudem ermöglicht die Erfindung ein Baukastensystem, bei dem an derselben Angriffsstelle entweder die bevorzugte Bremse oder bspw. eine Torque-Vectoring-Einheit angekoppelt werden kann.
  • Das Schaltelement kann auch als formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als eine Klauenbremse, ausgeführt sein. Der Vorteil einer Klaue liegt darin, dass diese mit geringer(er) Betätigungsenergie eingelegt werden kann. Dies kann z.B. manuell erfolgen. Des Weiteren benötigt eine Klaue weniger Bauraum.
  • Dass zwei Bauelemente des Getriebes oder der Differential-Sperreinheit drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insbesondere ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind fest miteinander gekoppelt. Auch eine drehelastische Verbindung zwischen zwei Bauteilen wird als fest oder drehfest verstanden. Insbesondere kann eine drehfeste Verbindung auch Gelenke beinhalten, z.B. um eine Lenkbewegung oder eine Einfederung eines Rades zu ermöglichen.
  • Der dritte Planetenradsatz der Differential-Sperreinheit kann axial benachbart zum ersten Planetenradsatz oder aber auch radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes des Getriebes angeordnet sein. Der dritte Planetenradsatz kann ebenfalls als ein Minus-Planetenradsatz ausgebildet sein. In einer anderen Ausführung kann er als ein Plus-Planetenradsatz ausgebildet sein. Zudem kann der dritte Planetenradsatz in Stufenplaneten-Bauweise ausgebildet sein, insbesondere als ein Plus-Planetenradsatz in Stufenplaneten-Bauweise.
  • Zur Erhöhung der Drehzahl der dritten Anschlusswelle kann zwischen dem Umlaufrädergetriebe und dem Schaltelement zumindest ein weiteres Getriebe, bspw. in Form eines Planetenradsatzes oder in Form einer Stirnradstufe, vorgesehen sein. Somit lässt sich die Übersetzung der dritten Anschlusswelle zusätzlich erhöhen.
  • Zur Anpassung der Drehzahl der Eingangswelle kann ein weiteres Getriebe, vorzugsweise in Form eines Planetenradsatzes oder in Vorgelegebauweise, vorgesehen sein. Dieses weitere Getriebe soll insbesondere die Drehzahl reduzieren.
  • Liegt die Antriebsmaschine in Form einer Elektromaschine vor, so ist die Elektromaschine insbesondere koaxial oder achsparallel zur Eingangswelle angeordnet sein.
  • Liegt die Antriebsmaschine in Form einer Elektromaschine vor und ist diese koaxial zur Eingangswelle angeordnet, so kann das Umlaufrädergetriebe entweder zumindest teilweise radial innerhalb des Rotors der Elektromaschine angeordnet sein oder axial beabstandet zur Elektromaschine angeordnet ist.
  • Bevorzugt ist es, wenn die Eingangswelle hindurch das Umlaufrädergetriebe geführt ist.
  • Bevorzugt ist es, wenn die erste Ausgangswelle hindurch das Umlaufrädergetriebe geführt ist.
  • Ist die Eingangswelle und/oder die erste Ausgangswelle hindurch das Umlaufrädergetriebe geführt, so lässt sich ein besonders kompakt bauendes Getriebe mit Differential-Sperrfunktion realisieren.
  • Das Getriebe kann bspw. als eine Quersperre verwendet werden. Hierunter versteht man die Einschränkung der Differentialfunktion zweier Räder derselben Achse.
  • Das Getriebe kann bspw. aber auch als eine Längssperre verwendet werden. Hierunter versteht man die Einschränkung der Differentialfunktion zwischen zwei angetriebenen Achsen.
  • Das Getriebe mit der Differential-Sperreinheit ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug und ist dann zwischen einer als Verbrennungskraftmaschine oder als Elektromaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Das Getriebe kann auch Teil eines Antriebsstrangs für ein konventionelles Kraftfahrzeug sein, also ein Fahrzeug, das lediglich durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang mit einem vorstehend beschriebenen Getriebe mit einer Differential-Sperreinheit sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe oder mit einem solchen Antriebsstrang bereitgestellt. Die Vorteile des Getriebes mit Differential-Sperreinheit wirken sich zugleich auf den Antriebstrang sowie auf das Fahrzeug mit einem solchen Getriebe mit einer Differential-Sperreinheit aus.
  • Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
    • 1a - 1e eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs;
    • 2 - 7 je eine schematische Ansicht eines beispielhaften Getriebes, welches mit einer Differential-Sperreinheit gemäß der Erfindung bei dem Fahrzeug aus 1a - 1e zur Anwendung kommen kann;
    • 8 - 13 je eine schematische Ansicht eines beispielhaften Antriebstrangs mit einem Getriebe mit einer Differential-Sperreinheit, wie er bei dem Fahrzeug aus 1 a bis 1e zur Anwendung kommen kann;
    • 14 die Ausführung gemäß 3 in einer Schnittansicht;
    • 15-18 eine Schematische Darstellung des Funktionsprinzips der Erfindung;
    • 19 eine Übersicht der Standgetriebeübersetzungen der einzelnen Ausführungsformen; und
    • 20 - 34 eine schematische Ansicht je eines Antriebstrangs mit einem Getriebe mit einer Differential-Sperreinheit in jeweils bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
  • 1a bis 1e zeigen jeweils eine schematische Ansicht eines Getriebes G mit einer nicht näher dargestellten Differential-Sperreinheit eines Kraftfahrzeugantriebsstranges 100 eines Fahrzeugs 1000, in Form eines PKW.
  • Der Antriebsstrang 100 gemäß 1a zeigt einen elektrischen Antrieb der die hintere Achse A des Fahrzeugs 1000 antreibt. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Elektromaschine EM auf zwei Ausgangswellen 11 und 12 aufteilt. Das Getriebe G sowie die Elektromaschine sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 1a zu erkennen ist, sind das Getriebe G und die Elektromaschine EM quer zu der Fahrtrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet.
  • Der Antriebsstrang 100 gemäß 1b zeigt einen verbrennungsmotorischen Antrieb der die hintere Achse A des Fahrzeugs 1000 antreibt. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine VM auf zwei Ausgangswellen 11 und 12 aufteilt, wobei zwischen Getriebe G und Verbrennungskraftmaschine VM ein weiteres Getriebe, bspw. ein Automatikgetriebe des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 1a zu erkennen ist, sind das Getriebe G und die Verbrennungskraftmaschine VM längs zu der Fahrtrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet.
  • Der Antriebsstrang 100 gemäß 1c zeigt einen verbrennungsmotorischen Antrieb der die hintere Achse A und die vorderer Achse B des Fahrzeugs 1000 antreibt. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine VM auf die Achsen A und B aufteilt, wobei zwischen Getriebe G und Verbrennungskraftmaschine VM ein weiteres Getriebe, bspw. ein Automatikgetriebe, des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Getriebe G kann dann über eine Ausgangswelle 11 mit einem Achsdifferential der Hinterradachse A und über eine Ausgangswelle 12 mit einem Achsdifferential der Vorderachse B verbunden sein. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 1c zu erkennen ist, sind das Getriebe G und die Verbrennungskraftmaschine VM längs zu der Fahrtrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet.
  • Der Antriebsstrang 100 gemäß 1d zeigt einen elektrischen Antrieb der die vordere Achse B des Fahrzeugs 1000 antreibt, also einen elektrischen Fron-Quer-Antrieb. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Elektromaschine EM auf zwei Ausgangswellen 11 und 12 aufteilt. Das Getriebe G sowie die Elektromaschine sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 1d zu erkennen ist, sind das Getriebe G und die Elektromaschine EM quer zu der Fahrtrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet.
  • Der Antriebsstrang 100 gemäß 1e zeigt einen elektrischen Allrad-Antrieb der die hintere Achse A sowie die vordere Achse B des Fahrzeugs 1000 antreibt. Hierbei handelt es sich um ein als Längsverteiler ausgeführtes Getriebe. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Elektromaschine EM auf zwei Ausgangswellen 11 und 12 aufteilt. Die Ausgangswelle 11 überträgt das Drehmoment auf die vordere Achse B, während die Ausgangswelle 12 das Drehmoment auf die hintere Achse A überträgt. Die jeweiligen Drehmomente werden dann wiederum in jeweilige Achsdifferentiale eingeleitet. Das Getriebe G sowie die Elektromaschine sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 1e zu erkennen ist, sind das Getriebe G und die Elektromaschine EM quer zu der Fahrtrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet.
  • 2 zeigt ein Getriebe G in einer ersten beispielhaften Ausführungsform. Das Getriebe G umfasst eine Eingangswelle 10, eine erste Ausgangswelle 11, eine zweite Ausgangswelle 12, einen ersten Planetenradsatz P1 sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz P1 verbundenen zweiten Planetenradsatz P2. Die Planetenradsätze P1 und P2 sind vorliegend jeweils als ein Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Die Planetenradsätze P1, P2 umfassen jeweils mehrere Elemente E11, E21, E31, E12, E22, E32, wobei es sich bei dem ersten Element E11 um ein Sonnenrad SO1, bei dem zweiten Element E21 um einen Planetenträger PT1 und bei dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 um ein Hohlrad HO1 handelt. Bei dem zweiten Planetenradsatz P2 handelt es sich bei dem ersten Element E12 um ein Sonnenrad SO2, bei dem zweiten Element E22 um einen Planetenradträger PT2 sowie bei dem dritten Element E32 um ein Hohlrad HO2. Die Planetenradträger PT1, PT2 lagern jeweils mehrere Planetenräder, die dargestellt, aber nicht bezeichnet sind. Die Planetenräder kämmen einerseits mit dem jeweiligen, radial innen liegenden Sonnenrad als auch mit dem jeweiligen, umliegenden Hohlrad. Die Eingangswelle 10, die erste Ausgangswelle 11 sowie die zweite Ausgangswelle 12 sind koaxial zueinander angeordnet. Ebenso sind die zwei Planetenradsätze P1, P2 koaxial zueinander angeordnet.
  • Die Eingangswelle 10 ist vorliegend mit dem ersten Element E11 drehfest verbunden. Die erste Ausgangswelle 11 ist drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Die zweite Ausgangswelle 12 ist drehfest mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist drehfest mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, während das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist. Bei dem drehfesten Bauelement GG handelt es sich um ein Getriebegehäuse des Getriebes G.
  • Das dritte Element E31, also das Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12, also das Sonnenrad S02 des zweiten Planetenradsatzes bilden ein gemeinsames Bauteil, das vorliegend als eine Verbindungswelle oder Welle 3 vorliegt.
  • Wie in 2 zu erkennen ist, sind die Eingangswelle 10, die erste Ausgangswelle 11 sowie die zweite Ausgangswelle 12 koaxial zueinander angeordnet. Ebenso sind die zwei Planetenradsätze P1, P2 koaxial zueinander angeordnet. Die zwei Planetenradsätze P1, P2 sind gemäß dieser Ausführungsform axial beabstandet zueinander angeordnet.
  • Die Eingangswelle 10 kann mit einer Antriebsmaschine verbunden sein und so ein Eingangsdrehmoment in das Getriebe G einleiten. Das heißt, Eingangswelle 10 und Ausgangswellen 11, 12 drehen in die gleiche Richtung. Durch die Verbindung der zwei Planetenradsätze P1, P2 miteinander sowie der Abstützung des zweiten Elements E22 am Gehäuse GG kann das eingeleitete Eingangsdrehmoment auf die zwei Ausgangswellen 11, 12 aufgeteilt werden. Hierbei übernimmt das Getriebe nicht nur die Funktion eines Übersetzungsgetriebes, sondern zusätzlich auch eines Differentialgetriebes. Das heißt, das eingeleitete Drehmoment wird nicht nur übersetzt, sondern auch auf verschiedene Ausgangswellen aufgeteilt. Bei dieser Ausführungsform erfolgt keine Drehrichtungsumkehr.
  • 3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Getriebes G. Im Unterschied zur Ausführung gemäß 2 zeigt die Ausführung gemäß 3 eine radial verschachtelte Anordnung der zwei Planetenradsätze P1, P2. Während die Ausführung gemäß 2 eine äußerst radial kompakt bauende Lösung vorschlägt, ermöglicht die Ausführungsform gemäß 3 ein äußerst axial kompakt bauendes Getriebe G. Der erste Planetenradsatz P1 bildet hierbei den radial innen liegenden Planetenradsatz. Der zweite Planetenradsatz P2 bildet den radial außen liegenden Planetenradsatz. Der erste Planetenradsatz P1 liegt demnach radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes P2. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Verbindung des ersten Hohlrades HO1 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes als ein einziges Bauteil ausgebildet, das vorliegend ebenfalls als eine Welle 3 vorliegt. Bei dieser Ausführungsform erfolgt ebenfalls keine Drehrichtungsumkehr.
  • 4 zeigt ein Getriebe G in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform. Im Unterschied zu 2 ist der erste Planetenradsatz P1 nun als ein Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Das heißt, das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes ist als ein Planetenradträger ausgebildet, der drehfest mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes, also dem Sonnenrad SO2 verbunden ist. Das zweite Element E21 ist nunmehr als ein Hohlrad HO1 ausgebildet und drehfest mit der ersten Ausgangswelle 11 verbunden. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes sind wiederum an demselben Bauteil ausgebildet, das vorliegend als eine Welle 3 vorliegt. Im Übrigen wird auf die Ausführungen zu 2 verwiesen.
  • 5 zeigt eine weiter beispielhafte Ausführungsform des Getriebes G. Im Unterschied zur Ausführung gemäß 2 sind nun beide Planetenradsätze P1, P2 als Plus-Planetenradsätze ausgebildet. So ist das zweite Element E21 als ein Hohlrad HO1 ausgebildet und mit der ersten Ausgangswelle 11 drehfest verbunden. Das dritte Element E31 ist nunmehr als ein Planetenträger PT1 ausgebildet und drehfest mit dem ersten Element E12, also dem Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden. Das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist nunmehr als das Hohlrad HO2 ausgebildet und an dem drehfesten Bauelement GG festgesetzt. Das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 hingegen ist als Planetenträger PT2 ausgebildet und drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 12 verbunden.
  • Es wurde also bei beiden Planetenradsätzen P1, P2 die Planetenträger- und Hohlradanbindung vertauscht. Im Übrigen wird auf die Ausführungen zu 2 verwiesen.
  • 6 zeigt ein Getriebe in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 2 ist nunmehr der zweite Planetenradsatz P2 als ein Plus-Planetenradsatz ausgebildet, während hingegen der erste Planetenradsatz P1 unverändert bleibt. Somit ist also das Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes P2 an dem Gehäuse GG festgesetzt. Zudem ist der Planetenträger PT2 mit der zweiten Ausgangswelle 12 drehfest verbunden. Es wurden also die Planetenträger- und Hohlradanbindung des zweiten Planetenradsatzes vertauscht. Im Übrigen wird auf die Ausführungen zu 2 verwiesen.
  • 7 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Getriebes G. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 6 sieht die Ausführungsform gemäß 7 radial verschachtelte Planetenradsätze P1, P2 vor. Der radial innen liegende Planetenradsatz ist der erste Planetenradsatz P1. Der radial außen liegende Planetenradsatz ist der zweite Planetenradsatz P2. Im Übrigen wird auf die Ausführungen zu 6 bzw. 2 verwiesen.
  • 8 zeigt das Getriebe G in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform. Diese Ausführungsform weist im Vergleich zur Ausführungsform gemäß 2 folgende Unterschiede auf. Zum einen ist eine Antriebsmaschine in Form einer Elektromaschine EM vorgesehen. Die Elektromaschine EM umfasst einen gehäusefesten Stator S sowie einen Rotor R. Der Rotor R der Elektromaschine EM ist drehfest mit dem ersten Element E11, also dem Sonnenrad SO1 des ersten Planetenradsatzes verbunden. Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes als ein Hohlrad HO1 ausgebildet ist und drehfest mit der ersten Ausgangswelle 11 verbunden ist. Zudem ist das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 als ein Planetenträger PT1 ausgebildet und drehfest mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, das vorliegend als ein Hohlrad HO2 ausgebildet ist. Das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes ist weiterhin als ein Planetenträger PT2 ausgebildet und an dem Gehäuse GG festgesetzt. Demnach ist das dritte Element E32 als ein Sonnenrad SO2 ausgebildet und mit der zweiten Ausgangswelle drehfest verbunden. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform erfolgt eine Drehrichtungsumkehr der Eingangsdrehzahl. Eine Verschachtelung der Planetenradsätze P1, P2 ist bei dieser Ausführungsform nicht möglich.
  • Mit anderen Worten erfolgt die Einleitung des Drehmoments weiterhin über das Sonnenrad SO1 des ersten Planetenradsatzes P1, während hingegen der Abtrieb über das Hohlrad HO1 gewährleistet wird. Anders als bei 2 ist nunmehr der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit dem Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Im Unterschied zur Ausführung gemäß 2 erfolgt der Abtrieb des zweiten Planetenradsatzes demnach über das Sonnenrad SO2.
  • 9 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Getriebes G. Die Ausführungsform weist folgende Unterschiede zu der Ausführungsform gemäß 2 auf. Zum einen ist eine Antriebsmaschine in Form einer Elektromaschine EM vorgesehen, die einen gehäusefesten Stator S und einen Rotor R aufweist. Der Rotor R ist mit der Eingangswelle 10 drehfest verbunden, welche wiederum mit dem ersten Element E11, das vorliegend als ein Hohlrad HO1 ausgebildet ist, des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden. Die erste Ausgangswelle 11 ist vorliegend mit dem zweiten Element E21, das vorliegend als ein Planetenträger PT2 vorliegt, des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1, das vorliegend als ein Sonnenrad SO1 ausgebildet ist, ist drehfest mit dem ersten Element E12, also dem Sonnenrad S02 des zweiten Planetenradsatzes P2, verbunden. Die übrigen Elemente des zweiten Planetenradsatzes bleiben unverändert.
  • Anders als bei der Ausführungsform gemäß 2 erfolgt bei der Ausführungsform gemäß 9 die Einleitung des Drehmoments über das Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes P1, während der Abtrieb des ersten Planetenradsatzes P1 weiterhin über den Planetenträger PT1 erfolgt. Im Unterschied zur 2 erfolgt die Verbindung der beiden Planetenradsätze P1, P2 über ein gemeinsames Sonnenrad, das vorliegend als eine Welle 3 vorliegt.
  • 9a zeigt eine konkrete Ausführungsform des Getriebes G für den Antriebsstrang aus 1 c. Abtrieb 12 überträgt das Drehmoment auf die Hinterachse A. Abtriebe 11 überträgt das Drehmoment auf die Vorderachse B. Wie gut zu erkennen ist, sind die Ausgangswellen 11, 12 achsparallel zueinander - und nicht koaxial zueinander - angeordnet. Die zweite Ausgangswelle 12 des zweiten Planetenradsatzes P2 kämmt mit einem Zwischenzahnrad ZZ, welches wiederum mit einer Welle verbunden ist, welche das Drehmoment wiederum in eine nicht dargestelltes Hinterachsdifferential einleitet.
  • 10 zeigt einen Antriebsstrang 100 eines Fahrzeugs mit einem Getriebe in einer beispielhaften Ausführungsform, wobei dem Getriebe G zusätzlich ein Übersetzungsgetriebe in Form eines Planetengetriebes P33 vorgeschaltet ist.
  • Bei dem Getriebe G handelt es sich um die Ausführungsform gemäß 3, auf welche hiermit verwiesen wird. Der Planetenradsatz P33 ist als ein Minus-Planetenradsatz ausgebildet und weist ein erstes Element E133, das als ein Sonnenrad ausgebildet ist, ein zweites Element E233, das als ein Planetenträger ausgebildet ist sowie ein drittes Element E333, das vorliegend als ein Hohlrad HO33 ausgebildet ist, auf. Das zweite Element E233 des zusätzlichen Planetenradsatzes P33 ist drehfest mit der Eingangswelle 10 des Getriebes G verbunden.
  • Des Weiteren ist dem Planetengetriebe P33 ein Schaltelement SE zugeordnet. Das Schaltelement SE ist dazu eingerichtet, das dritte Element E333 an dem drehfesten Bauelement GG festzusetzen. Ferner ist das Schaltelement SE dazu eingerichtet, in einer zweiten Schaltposition das dritte Element E333 mit dem ersten Element E133 des Planetenradsatzes P33 zu verbinden, also zu verblocken. Ist ein Planetenradsatz verblockt, so ist die Übersetzung unabhängig von der Zähnezahl stets 1. Anders ausgedrückt läuft der Planetenradsatz als Block um. In einer dritten Schaltposition ist das dritte Element E333 weder am Gehäuse festgesetzt, noch ist der Planetenradsatz P33 verblockt. Das Schaltelement SE liegt in diesem Fall in einer neutralen Schaltstellung vor. Die erste Schaltstellung des Schaltelements SE ist mit Bezugszeichen G1 gekennzeichnet, welche zugleich eine erste Gangstufe repräsentiert. Die zweite Schaltstellung ist mit dem Bezugszeichen G2 gekennzeichnet, welche zugleich eine zweite Gangstufe repräsentiert. Das erste Element E13 des Planetenradsatzes P3 ist über eine Eingangswelle 14 mit einer nicht dargestellten Antriebsmaschine verbunden. Ist das Schaltelement SE in seiner Neutralstellung, so wird das in das Übersetzungsgetriebe P33 eingeleitete Antriebsmoment nicht auf die Eingangswelle 10 des Getriebes G übertragen.
  • Wie zudem gut aus 10 zu entnehmen ist, ist das Übersetzungsgetriebe P33 koaxial zur Eingangswelle 10 und zu den Ausgangswellen 11, 12 angeordnet. Zudem ist gut zu erkennen, wie die erste Ausgangswelle 11 durch die als Hohlwelle ausgeführte Eingangswelle 10 und im weiteren Verlauf durch die als Hohlwelle ausgeführte weitere Welle 14 geführt ist. Die beiden Ausgangswellen 11, 12 sind jeweils mit einem Antriebsrad 20 verbunden. Schwingungsdämpfer 15 sind vorgesehen, um die Schwingungen des Fahrzeugs aufzunehmen.
  • 11 zeigt einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem Getriebe in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform. Bei dem Getriebe G handelt es sich um die bevorzugte Ausführung gemäß 2, worauf verwiesen wird. Anders als in 10 ist bei der Ausführungsform gemäß 11 kein Übersetzungsgetriebe vorgeschaltet. Die Antriebsmaschine ist als eine Elektromaschine EM ausgebildet. Die Elektromaschine EM weist einen gehäusefesten Stator S sowie einen Rotor R auf. Der Rotor R ist drehfest mit der Eingangswelle 10 verbunden. Die Elektromaschine EM ist, wie gut zu erkennen ist, koaxial zur Eingangswelle 10 und zu den Ausgangswellen 11, 12 angeordnet. Zudem ist sie damit koaxial zu den Planetenradsätzen P1, P2 angeordnet. Die Eingangswelle 10 ist als eine Hohlwelle ausgeführt, durch welche hindurch die erste Ausgangswelle 11 geführt ist. Im Übrigen wird auf die Ausführungen zu 10 verwiesen.
  • 12 zeigt einen weiteren Antriebsstrang 100 mit einem Getriebe G in einer beispielhaften Ausführungsform. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 11 sind die Planetenradsätze P1, P2 nicht axial nebeneinander, sondern radial übereinander, also geschachtelt, angeordnet. Bei dem Getriebe G handelt es sich somit um die bevorzugte Ausführungsform aus 3. Im Übrigen wird auf die Ausführungen gemäß 11 und 3 verwiesen.
  • 13 zeigt einen Antriebsstrang 100 in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform. Diese Ausführungsform ähnelt der Ausführungsform gemäß 11, wobei im Unterschied zu dieser die Elektromaschine EM nicht koaxial, sondern achsparallel zum Getriebe G angeordnet ist. Eine Anbindung erfolgt dabei über eine Stirnradstufe SRS, die sich aus einem ersten Stirnrad SR1 und einem zweiten Stirnrad SR2 zusammensetzt. Das erste Stirnrad SR1 ist dabei drehfest an der Eingangswelle 10 angebunden. Das Stirnrad SR1 steht dann mit dem Stirnrad SR2 im Zahneingriff, welches drehfest auf einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM platziert ist, die innerhalb der Elektromaschine EM die Anbindung an den - vorliegend nicht weiter dargestellten - Rotor der Elektromaschine EM herstellt. Ansonsten entspricht die Ausführung nach 13 der Ausführungsform nach 11, sodass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 14 zeigt die Ausführungsform des Getriebes G gemäß 3 in einer Schnittansicht. Die im Zentrum liegende Welle ist die Ausgangswelle 11. Die Eingangswelle 10 fällt in dieser Zeichnung mit dem Sonnenrad von P1 zusammen, d.h. anders ausgedrückt, die Eingangswelle 10 ist mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden. Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1 wiederum steht im Zahneingriff mit Planetenrädern des ersten Planetenradsatzes P1. Die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes P1 wiederum kämmen mit dem umliegenden Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1, wobei das Hohlrad zugleich das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 bildet. Das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes P2 wiederum steht im Zahneingriff mit Planetenrädern des zweiten Planetenradsatzes P2. Die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes P2 wiederum stehen im Zahneingriff des die Planetenräder umgebenden Hohlrads des zweiten Planetenradsatzes P2.
  • Die nachfolgenden 15 bis 17 zeigen die Krafteinleitung und Kraftabstützungen des Getriebes gemäß dieser Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik wie bspw. DE 10 2011 079 975 A1 . Dem Stand der Technik wird die bevorzugte Ausführungsform mit zwei Minus-Planetengetrieben gegenübergestellt, wie sie u.a. in 2 und 3 beschrieben wurden. Jedoch gilt diese Betrachtung sinngemäß auch für die übrigen Ausführungsformen.
  • Für die 15 bis 17 gilt allgemein:
    • Am ersten Planetenradsatz P1 wird das Drehmoment der Eingangswelle 10 in das Abtriebsmoment für den ersten Abtrieb 11 gewandelt. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 (welches zugleich das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist) wird durch dessen Reaktionsmoment rückwärts angetrieben. Die Rückwärtsbewegung des dritten Elementes E31 wird zugelassen, sodass ein Teil der mechanischen Antriebsleistung (vorzugsweise 50% beim Querdifferential und Geradeausfahrt) durch den ersten Planetensatz P1 hindurch in den zweiten Planetensatz geleitet wird.
  • Des Weiteren wird durch das Rückwärtsdrehen die Übersetzung zum ersten Abtrieb (11) vergrößert (Standgetriebeübersetzung i0 = -3 würde bei festgesetztem Hohlrad nur eine Übersetzung von i = 4 ermöglichen).
  • Im zweiten Planetensatz P2 wird die am ersten Element (E12) eingebrachte Drehrichtung (rückwärts) unter Zuhilfenahme einer Gehäuseabstützung (E22) in die Abtriebsbewegung des zweiten Abtriebs (12) umgekehrt (vorwärts). Hierbei summieren sich das in den zweiten Planetensatz P2 eingeleitete Drehmoment und das zum zweiten Abtrieb (12) ausgeleitete Drehmoment zum Gehäusestützmoment auf. Der zweite Planetensatz P2 überträgt hierbei nur den Teil der mechanischen Leistung, der zum zweiten Abtrieb (12) geleitet wird (typischerweise 50%). Der zweite Planetensatz P2 wird nur mit einem Teil der Leistung beaufschlagt, sodass der Gesamtwirkungsgrad positiv beeinflusst wird.
  • Beim Stand der Technik erfolgt gewöhnlich eine Drehmomentwandlung unter Zuhilfenahme einer Gehäuseabstützung. Das Reaktionsmoment des Übersetzungsgetriebes wird dabei direkt ins Gehäuse geleitet und dient nicht der Erzeugung des zweiten Abtriebsmomentes. Das Ergebnis ist, dass man zuerst ein Getriebe für das Summenmoment der beiden Abtriebswellen auslegen muß (in der Regel doppeltes Drehmoment). Anschließend wird ein separates Differenzialgetriebe benötigt um dieses Summenmoment, welches in dieser Form nirgends benötigt wird, wieder in zwei Abtriebsmomente aufzuteilen.
  • Die einzelnen 15 bis 18 zeigen konkret:
    • 15 zeigt schematisch den ersten Planetenradsatz P1 des Getriebes G (rechts) und eine erste Stufe des Stirnraddifferentials aus dem Stand der Technik (links). Die Krafteinleitung von den Planetenrädern auf das Sonnenrad erfolgt parallel über 3 stehende, d.h. festgesetzte Zahneingriffe. Der Abtrieb zur ersten Ausgangswelle erfolgt über das Sonnenrad.
  • Die Krafteinleitung gemäß der bevorzugten Ausführungsform erfolgt im Gegensatz dazu parallel über acht bewegte, d.h. drehende Zahneingriffe. Vier Zahneingriffe bestehen zwischen Sonnenrad SO1 und vier Planetenrädern. Vier weitere Zahneingriffe wirken zwischen einem jeweiligen Planetenrad und dem nicht dargestellten Hohlrad HO1. Der Abtrieb auf die erste Ausgangswelle 11 erfolgt über den Planetenradträger PT1. Der technische Effekt liegt in den deutlich geringeren Zahnkräften, die am ersten Planetenradsatz wirken.
  • 16 zeigt schematisch den zweiten Planetenradsatz P2 des Getriebes G (rechts) und eine zweite Stufe des Stufenplaneten aus dem Stand der Technik (links). Die Krafteinleitung von den Planetenrädern auf das Sonnenrad erfolgt parallel über 3 stehende, d.h. festgesetzte Zahneingriffe. Der Abtrieb zur zweiten Ausgangswelle erfolgt über das Sonnenrad.
  • Die Krafteinleitung in den zweiten Planetenradsatz P2 gemäß der bevorzugten Ausführungsform erfolgt im Gegensatz dazu parallel über 6 bewegte, d.h. drehende Zahneingriffe. Die sechs Zahneingriffe wirken jeweils zwischen einem der sechs Planetenräder und dem Hohlrad HO2. Der festgesetzte Planetenträger PT2, der die sechs Planetenräder trägt sowie das Sonnenrad SO2 sind nicht dargestellt. Der Abtrieb auf die zweite Ausgangswelle 12 erfolgt über das Hohlrad HO2. Der technische Effekt liegt in den deutlich geringeren Zahnkräften, die wegen des größeren Wirkdurchmessers und wegen der größeren möglichen Planetenanzahl am zweiten Planetenradsatz wirken.
  • 17 zeigt schematisch die Einleitung des Stützmoments in das Gehäuse. Die Krafteinleitung beim Stufenplaneten nach dem Stand der Technik (links) erfolgt über 3 parallele Zahneingriffe in ein festgesetztes Hohlrad.
  • Die Krafteinleitung gemäß der bevorzugten Ausführung erfolgt über 12 parallele Zahneingriffe in den festgesetzten Planetenträger PT2. Sechs Zahneingriffe wirken zwischen dem Sonnenrad SO2 und den sechs Planetenrädern des zweiten Planetenradsatzes. Die sechs anderen Zahneingriffe wirken zwischen einem jeden Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Hohlrad HO2. Der technische Effekt liegt in den deutlich geringeren Zahnkräften, die am zweiten Planetenträger PT2 wirken.
  • 18 zeigt das in den 15 bis 17 näher dargestellte Prinzip in einer weiteren Ansicht. In der Abbildung sind die betragsmäßigen Drehmomente auf ihrem Weg durchs Getriebe symbolisch dargestellt. Drehrichtungen gehen daraus nicht hervor.
  • Der Stufenplanetensatz nach dem Stand der Technik (links) erzeugt aus einem Eingangsdrehmoment Man das volle Abtriebsdrehmoment, also das Summendrehmoment beider Räder. Das Differential teilt dieses hohe Moment in zwei hälftige Radmomente Man1 und Man2.
  • Das größte Drehmoment im Radsatz gemäß der Erfindung (rechts) entspricht dem Abtriebsmoment eines einzigen Rades. Einzig die Gehäuseabstützung hat physikalischen Gesetzmäßigkeiten folgend einen hohen Drehmomentfaktor.
  • 19 gibt eine Übersicht der Rechenvorschrift der Standgetriebeübersetzung der einzelnen Ausführungsformen. Diese bewirken jeweils unter Vernachlässigung von Getriebeverlusten ein Abtriebsdrehmoment in gleicher Höhe und mit gleichem Vorzeichen an beiden Ausgangswellen (11, 12). i01 bezeichnet die Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes P1. i02 bezeichnet die Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes P2. Je nach Verwendung des Getriebes kann eine der Planetenradsatz-Konfigurationen mit entsprechender Standgetriebeübersetzung gewählt werden.
  • 20 zeigt einen Antriebsstrang 100 eines Fahrzeugs mit einem Getriebe G mit einer Differential-Sperreinheit in einer bevorzugten Ausführungsform. Der Antriebsstrang 100 basiert auf dem aus der 10 bekannten Antriebsstrang, wobei im Unterschied dazu kein zusätzliches Planetengetriebe P33 vorgesehen ist, um die Drehzahl der Antriebsmaschine zu erhöhen. Es handelt sich bei den Planetenradsätzen P1, P2 demnach um die radial gestapelte Anordnung zweier Minus-Planetenradsätzen, welche ebenso aus 3 bekannt ist. Diese Anordnung ist besonders gut geeignet für das Vorsehen einer Differential-Sperreinheit, da durch die radial gestapelte Anordnung axialer Bauraum eingespart wird, welcher für die Differential-Sperreinheit verwendet werden kann.
  • Die Differential-Sperreinheit umfasst ein Umlaufrädergetriebe (P3) mit mindestens drei Anschlusswellen. Das Umlaufrädergetriebe P3 liegt in der Form eines dritten Planetenradsatzes vor, wobei der dritte Planetenradsatz als ein Minus-Planetengetriebe mit mehreren Elementen ausgeführt.
  • Eine erste Anschlusswelle W1 bildet ein erstes Element E13 des dritten Planetenradsatzes, das vorliegend als ein Sonnenrad SO3 ausgebildet ist. Eine zweite Anschlusswelle W2 bildet ein drittes Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3, das vorliegend als ein Hohlrad HO3 ausgebildet ist. Eine dritte Anschlusswelle W3 bildet ein zweites Element E23 des dritten Planetenradsatzes, das vorliegend als ein Planetenträger PT3 ausgebildet ist.
  • Das Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes P3 ist mit der Verbindungswelle 3 drehfest verbunden. Das Hohlrad HO3 des dritten Planetenradsatzes P3 ist mit einem Element des ersten Planetenradsatzes P1, vorliegend als ein Planetenträger PT1 ausgebildet, drehfest verbunden. Der erste Planetenträger PT1 wiederum ist mit der ersten Ausgangswelle 11 drehfest verbunden. Der Planetenträger PT3 des dritten Planetenradsatzes P3 ist mittels eines als Bremse B1 ausgeführten Schaltelements mit einem drehfesten Bauteil GG verbindbar.
  • Anders ausgedrückt, ist das Umlaufrädergetriebe P3 als ein 3-Wellen-Getriebe ausgebildet, wobei der Planetenträger PT3 mittels der Bremse B1 an dem Gehäuse GG festsetzbar ist, das Hohlrad HO3 mit dem Abtrieb 11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest verbunden ist, sowie das Sonnenrad SO3 mit der Verbindungswelle 3, also diejenige Welle 3, welche die zwei Planetenradsätze P1 und P2 miteinander verbindet, drehfest verbunden ist. Die Verbindungswelle 3 wird gebildet durch das Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes P1 und das Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes P2. Die Sperrwirkung wird erzielt, wenn die Bremse B1 betätigt ist, die dritte Anschlusswelle W3 also am Gehäuse festgesetzt ist.
  • Der dritte Planetenradsatz P3 sowie die Elektromaschine EM sind koaxial zu den zwei Ausgangswellen 11, 12 und der Eingangswelle 10 des Getriebes G angeordnet. Wie gut zu erkennen ist, ist der dritte Planetenradsatz P3 axial beabstandet zu den radial gestapelten Planetenradsätzen P1, P2 angeordnet.
  • Die Standgetriebeübersetzung kann bspw. wie folgt ausgelegt werden:
    • i0_P1 = - 3.00
    • i0_P2 = - 1.33
    • i0_P3 = - 1.33
  • Bei einer Geradeausfahrt weist die dritte Anschlusswelle W3 die Drehzahl Null auf. Bei geschlossener Bremse B1 wird ein Gleichlauf der zwei Ausgangswellen erzwungen, wodurch die Sperrwirkung erzielt wird.
  • 21 zeigt einen Antriebsstrang 100 eines Fahrzeugs mit einem Getriebe G mit einer Differential-Sperreinheit in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Im Unterschied zu 20, ist der dritte Planetenradsatz P3 als ein Plus-Planetenradsatz ausgeführt, wobei die Planetenträger- und Hohlradanbindung vertauscht wurden und der Betrag der Standübersetzung um Eins erhöht wurde. Dadurch entsteht ein wirkungsgleiches Getriebe.
  • Das Sonnenrad SO3 und damit die erste Anschlusswelle W1 bleibt mit der Verbindungswelle 3 verbunden. Die zweite Anschlusswelle W2 ist weiterhin mit dem Abtrieb des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden, wobei die Welle W2 nun durch den Planetenträger PT3 gebildet wird. Die dritte Anschlusswelle W3 ist weiterhin mittels der Bremse B1 festsetzbar, wobei die Welle W3 nunmehr das Hohlrad HO3 bildet. Die Sperrwirkung wird erzielt, wenn das Hohlrad HO3 am Gehäuse GG festgesetzt ist. Die Standgetriebeübersetzung kann bspw. wie folgt ausgelegt werden:
    • i0_P1 = - 3.00
    • i0_P2 = - 1.33
    • i0_P3 = + 2.33
  • Bei einer Geradeausfahrt weist die dritte Anschlusswelle W3 die Drehzahl Null auf. Bei geschlossener Bremse B1 wird ein Gleichlauf der zwei Ausgangswellen erzwungen, wodurch die Sperrwirkung erzielt wird.
  • Im Übrigen entspricht die Ausführung gemäß 21 der Ausführung gemäß 20, sodass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 22 zeigt einen Antriebsstrang 100 eines Fahrzeugs mit einem Getriebe G mit einer Differential-Sperreinheit in einer bevorzugten Ausführungsform. Im Unterschied zu 20, ist der dritte Planetenradsatz P3 als ein Plus-Planetenradsatz ausgeführt, wobei die Anbindungen der Elemente sowie die benötigte Standübersetzung angepasst wurden.
  • So ist die zweite Anschlusswelle W2 des dritten Planetenradsatzes P3 als ein Sonnenrad SO3 ausgebildet und mit dem Abtrieb 11 verbunden. Die erste Anschlusswelle des dritten Planetenradsatzes P3 ist als Planetenträger PT3 ausgebildet und drehfest mit der Verbindungswelle 3 verbunden. Die dritte Anschlusswelle des dritten Planetenradsatzes P3 liegt als ein Hohlrad vor und ist über die Bremse B1 mit dem Gehäuse GG verbindbar. Die Standgetriebeübersetzung kann bspw. wie folgt ausgelegt werden:
    • i0_P1 = - 3.00
    • i0_P2 = - 1.33
    • i0_P3 = + 1.75
  • Bei einer Geradeausfahrt weist die dritte Anschlusswelle W3 die Drehzahl Null auf. Bei geschlossener Bremse B1 wird ein Gleichlauf der zwei Ausgangswellen erzwungen, wodurch die Sperrwirkung erzielt wird.
  • Im Übrigen entspricht die Ausführung gemäß 22 der Ausführung gemäß 21 bzw. 20, sodass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 23 zeigt einen Antriebsstrang 100 eines Fahrzeugs mit einem Getriebe G mit einer Differential-Sperreinheit in einer bevorzugten Ausführungsform. Im Unterschied zu 22, ist das Umlaufrädergetriebe vorliegend als ein Stufenplanet mit mehreren Sonnenradanbindungen ausgeführt. Hierzu stehen zwei unterschiedlich große und am Planetenträger PT3 gelagerte Festräder mit je einem Sonnenrad in Zahneingriff.
  • Es handelt sich also um eine Planetenstufe mit zwei Sonnenradanbindungen. Ein größeres erstes Festrad Z1 kämmt mit einem ersten Sonnenrad SO3-1. Ein kleineres zweites Festrad Z2 kämmt mit einem zweiten Sonnenrad SO3-2.
  • Die erste Anschlusswelle W1 ist als Planetenträger PT3 ausgebildet und drehfest mit der Verbindungswelle 3 verbunden.
  • Die zweite Anschlusswelle W2 ist als das erste Sonnenrad SO3-1 ausgebildet und drehfest mit dem Planetenträger PT1 und damit mit dem Abtrieb 11 verbunden. Die dritte Anschlusswelle W3 liegt nunmehr nicht als das Hohlrad HO3 vor sondern ist als das zweite Sonnenrad SO3-2 ausgebildet und mittels der Bremse B1 am Gehäuse GG festsetzbar.
  • Die Standgetriebeübersetzung kann bspw. wie folgt ausgelegt werden:
    • i0_P1 = - 3.00
    • i0_P2 = - 1.33
    • i0_P3 = + 1.75
  • Bei einer Geradeausfahrt weist die dritte Anschlusswelle W3 die Drehzahl Null auf. Bei geschlossener Bremse B1 wird ein Gleichlauf der zwei Ausgangswellen erzwungen, wodurch die Sperrwirkung erzielt wird.
  • Im Übrigen entspricht die Ausführung gemäß 23 der Ausführung gemäß 22, sodass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 24 zeigt einen Antriebsstrang 100 eines Fahrzeugs mit einem Getriebe G mit einer Differential-Sperreinheit in einer bevorzugten Ausführungsform. Im Unterschied zu 23, werden die Anbindungen des dritten Planetenradsatzes nicht über zwei Sonnenräder sondern über zwei Hohlräder HO3-1 und HO3-2 realisiert. Das kleinere der zwei Festräder der Planetenstufe steht mit dem Hohlrad HO3-1 in Zahneingriff während hingegen das größere der beiden Festräder mit dem Hohlrad HO3-2 in Zahneingriff steht. Man spricht hierbei auch von einer Planetenstufe mit zwei Hohlradanbindungen. Die erste Anschlusswelle des dritten Planetenradsatzes P3 ist weiterhin als Planetenträger PT3 ausgebildet und drehfest mit der Verbindungswelle 3 verbunden.
  • Die zweite Anschlusswelle W2 des dritten Planetenradsatzes P3 liegt als das Hohlrad HO3-2 vor und ist drehfest mit dem Planetenträger PT1 und damit mit dem Abtrieb 11 verbunden. Die dritte Anschlusswelle W3 des dritten Planetenradsatzes P3 ist demnach als ein Hohlrad HO3-1 ausgebildet und mittels der Bremse B1 am Gehäuse GG festsetzbar. Die Standgetriebeübersetzung kann bspw. wie folgt ausgelegt werden:
    • i0_P1 = - 3.00
    • i0_P2 = - 1.33
    • i0_P3 = + 1.75
  • Bei einer Geradeausfahrt weist die dritte Anschlusswelle W3 die Drehzahl Null auf. Bei geschlossener Bremse B1 wird ein Gleichlauf der zwei Ausgangswellen erzwungen, wodurch die Sperrwirkung erzielt wird.
  • Im Übrigen entspricht die Ausführung gemäß 24 der Ausführung gemäß 23, sodass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 25 zeigt einen Antriebsstrang 100 eines Fahrzeugs mit einem Getriebe G mit einer Differential-Sperreinheit in einer bevorzugten Ausführungsform. Im Unterschied zu 21, ist das Umlaufrädergetriebe P3 als ein Plus-Planetenradsatz in Stufenplaneten-Bauweise ausgeführt.
  • Zwei unterschiedlich große und am Planetenträger PT3 gelagerte Festräder stehen dabei mit je einem Sonnenrad in Zahneingriff. Es handelt sich also um eine Planetenstufe mit zwei Sonnenradanbindungen. Ein kleineres erstes Festrad kämmt mit einem ersten Sonnenrad SO3-1. Ein größeres zweites Festrad kämmt mit einem zweiten Sonnenrad SO3-2.
  • Die zweite Anschlusswelle W2 des dritten Planetenradsatzes P3 ist als der Planetenträger PT3 ausgebildet und mit dem Abtrieb 11 verbunden. Die erste Anschlusswelle W1 des dritten Planetenradsatzes P3 ist als Sonnenrad SO3-2 ausgebildet und drehfest mit der Verbindungswelle 3 verbunden. Die dritte Anschlusswelle W3 des dritten Planetenradsatzes P3 liegt als Sonnenrad SO3-1 vor und ist mittels der Bremse B1 am Gehäuse GG festsetzbar. Die Standgetriebeübersetzung kann bspw. wie folgt ausgelegt werden:
    • i0_P1 = - 3.00
    • i0_P2 = - 1.33
    • i0_P3 = + 2.33
  • Bei einer Geradeausfahrt weist die dritte Anschlusswelle W3 die Drehzahl Null auf. Bei geschlossener Bremse B1 wird ein Gleichlauf der zwei Ausgangswellen erzwungen, wodurch die Sperrwirkung erzielt wird.
  • Im Übrigen entspricht die Ausführung gemäß 25 der Ausführung gemäß 21, sodass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 26 zeigt einen Antriebsstrang 100 eines Fahrzeugs mit einem Getriebe G mit einer Differential-Sperreinheit in einer bevorzugten Ausführungsform. Im Unterschied zu 25, wird die Anbindung des dritten Planetenradsatzes P3 nicht über Sonnenräder sondern über zwei Hohlräder HO3-1 und HO3-2 realisiert. Zwei unterschiedlich große und am Planetenträger PT3 gelagerte Festräder stehen dabei mit je einem Hohlrad in Zahneingriff. Es handelt sich also um eine Planetenstufe mit zwei Hohlradanbindungen. Ein größeres erstes Festrad kämmt mit einem ersten Hohlrad HO3-1. Ein kleineres zweites Festrad kämmt mit einem zweiten Hohlrad HO3-2.
  • Die zweite Anschlusswelle des dritten Planetenradsatzes P3 ist als der Planetenträger PT3 ausgebildet und mit dem Abtrieb 11 verbunden. Die erste Anschlusswelle W1 des dritten Planetenradsatzes P3 ist als Hohlrad HO3-1 ausgebildet und drehfest mit der Verbindungswelle 3 verbunden. Die dritte Anschlusswelle W3 des dritten Planetenradsatzes P3 liegt als Hohlrad HO3-2 vor und ist mittels der Bremse B1 am Gehäuse GG festsetzbar. Die Standgetriebeübersetzung kann bspw. wie folgt ausgelegt werden:
    • i0_P1 = - 3.00
    • i0_P2 = - 1.33
    • i0_P3 = + 2.33
  • Bei einer Geradeausfahrt weist die dritte Anschlusswelle W3 die Drehzahl Null auf. Bei geschlossener Bremse B1 wird ein Gleichlauf der zwei Ausgangswellen erzwungen, wodurch die Sperrwirkung erzielt wird.
  • Im Übrigen entspricht die Ausführung gemäß 26 der Ausführung gemäß 25, sodass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Die Vorteile der Differential-Sperreinheit bzw. dem Getriebe G mit der Differential-Sperreinheit gemäß der Ausführungsformen der 20 bis 26 liegt in einer kompakten Bauweise und in einem guten Wirkungsgrad. Die Differential-Sperreinheit ist in konstruktiver Hinsicht technisch wenig komplex und dadurch preiswert. Zudem kann durch die Verbindung des Planetengetriebes P3 mit der Verbindungswelle 3 das Potential voll ausgeschöpft werden.
  • Das Potential des Kraftangriffes an Verbindungswelle 3 liegt darin, dass der Planetenradsatz P3 durch die unterschiedlichen Drehrichtungen einfacher ausgeführt werden kann. Wenn dieser wie beim Stand der Technik zwischen zwei gleichlaufenden Wellen wirken würde, wäre der Aufwand höher. Zudem sind bei einem konventionellen Differential in der Regel die linke und die rechte Seitenwelle durch den Antrieb am Differentialkorb nur erschwert bindbar.
  • Die 27 und 28 zeigen ausgehend von der Ausführungsform gemäß 20 weitere bevorzugte Varianten. Bei diesen Varianten ist der zweite und dritte Planetenradsatz P2, P3 radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes P1 angeordnet. Der dritte Planetenradsatz P3 ist axial beabstandet zum zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet. Die Anbindungen bleiben dabei erhalten. Die dritte Anschlusswelle W3 ist mittels der Bremse B1 am Gehäuse GG festsetzbar. Die Ausführungsformen der 27 bis 29 sind im Vergleich zu den Ausführungsformen der 20 bis 26 in konstruktiver Hinsicht komplexer.
  • Die Variante nach 27 zeigt eine axiale Reihenfolge wie folgt: zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3, Elektromaschine EM.
  • Die Variante nach 28 zeigt eine axiale Reihenfolge, bei der die zwei Planetenradsätze P2, P3 vertauscht sind. Die dritte Anschlusswelle W3 ist mittels der Bremse B1 mit dem permanent am Gehäuse GG festgesetzten Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindbar.
  • 29 zeigt ausgehend von der Ausführungsform gemäß 20 das Schaltelement B1 als formschlüssiges Schaltelement, in der Form einer Klauenbremse oder Klaue. Die Ausführung der Bremse als Klaue ist bei allen vorstehend beschriebenen Differential-Sperreinheiten möglich. Der Vorteil einer Klaue liegt darin, dass diese mit geringer Betätigungsenergie eingelegt werden kann. Dies kann z.B. manuell erfolgen. Des Weiteren benötigt eine Klaue weniger Bauraum.
  • Es ist denkbar, sowohl die Drehzahl der dritten Anschlusswelle W3 und/oder der Eingangswelle 10 zusätzlich zu übersetzen, d.h. die durch die Differential-Sperreinheit bewirkte Übersetzung zusätzlich zu überhöhen. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung als Minus-Planetenradsatz, Plus-Planetenradsatz oder als Planetenstufe kann die dritte Anschlusswelle W3 mit einem weiteren Planetengetriebe oder mit einer Stirnradstufe übersetzt werden.
  • 30 zeigt ausgehend von der Ausführungsform gemäß 20 eine Übersetzung der dritten Anschlusswelle W3 mittels eines weiteren Getriebes VÜ1 in Form eines vierten Planetenradsatzes P4. Der vierte Planetenradsatz P4 weist drei Elemente auf, nämlich ein erstes Element E14, ein zweites Element E24 sowie ein drittes Element E34.
  • Das erste Element E14 ist als ein Sonnenrad SO4 ausgeführt. Das zweite Element E24 ist als ein Planetenträger PT4 ausgeführt. Das dritte Element ist als ein Hohlrad HO4 ausgeführt.
  • Das Hohlrad HO4 ist permanent festgesetzt. Der Planetenträger PT4 ist drehfest mit der dritten Anschlusswelle W3 verbunden. Das Sonnenrad SO4 ist mittels der Bremse B1 am Gehäuse festsetzbar.
  • 31 zeigt im Unterschied zur Ausführung gemäß 30 eine Stirnradstufe SRS als ein weiteres Getriebe VÜ1. Die Stirnradstufe SRS umfasst ein erstes Stirnrad SR1 sowie ein zweites Stirnrad SR2, wobei beide Stirnräder miteinander in Zahneingriff stehen. Das kleinere der zwei Stirnräder SR1 ist mittels der Bremse B1 am Gehäuse GG festsetzbar. Das größere der beiden Stirnräder SR2 ist drehfest mit der dritten Anschlusswelle W3 verbunden.
  • 32 zeigt die Ausführung gemäß 22 mit einem vierten Planetenradsatz P4 zur Übersetzung der dritten Anschlusswelle W3.
  • Der vierte Planetenradsatz P4 weist drei Elemente auf, nämlich ein erstes Element E14, ein zweites Element E24 sowie ein drittes Element E34.
  • Das erste Element E14 ist als ein Sonnenrad SO4 ausgeführt. Das zweite Element E24 ist als ein Planetenträger PT4 ausgeführt. Das dritte Element ist als ein Hohlrad HO4 ausgeführt.
  • Das Hohlrad HO4 ist permanent festgesetzt. Der Planetenträger PT4 ist drehfest mit der dritten Anschlusswelle W3 verbunden. Das Sonnenrad SO4 ist mittels der Bremse B1 am Gehäuse festsetzbar.
  • Die Übersetzung der dritten Welle ist auf gleiche Weise auch bei der Differential-Sperreinheit gem. 21 möglich.
  • 33 zeigt die Ausführung gemäß 23 mit einem vierten Planetenradsatz P4 zur Übersetzung der dritten Anschlusswelle W3.
  • Der vierte Planetenradsatz P4 weist drei Elemente auf, nämlich ein erstes Element E14, ein zweites Element E24 sowie ein drittes Element E34.
  • Das erste Element E14 ist als ein Sonnenrad SO4 ausgeführt. Das zweite Element E24 ist als ein Planetenträger PT4 ausgeführt. Das dritte Element ist als ein Hohlrad HO4 ausgeführt.
  • Das Hohlrad HO4 ist permanent festgesetzt. Der Planetenträger PT4 ist drehfest mit der dritten Anschlusswelle W3 verbunden. Das Sonnenrad SO4 ist mittels der Bremse B1 am Gehäuse festsetzbar.
  • Die Übersetzung der dritten Welle ist auch bei den anderen Differential-Sperreinheiten in Stufenplaneten-Bauweise möglich, so insbesondere bei den Ausführungen gem. 25 und 26. Die dritte Anschlusswelle W3 bei der Ausführung gem. 24 ist möglich jedoch umständlich.
  • 34 zeigt beispielhaft die Übersetzung der Eingangswelle 10 ausgehend von der aus 20 bekannten Ausführungsform. Ein weiteres Getriebe VÜ2 in der Form eines fünften Planetenradsatzes P5 auf. Der fünfte Planetenradsatz P5 weist drei Elemente auf, nämlich ein erstes Element E15, ein zweites Element E25 sowie ein drittes Element E35.
  • Das erste Element E15 ist als ein Sonnenrad SO5 ausgeführt. Das zweite Element E25 ist als ein Planetenträger PT5 ausgeführt. Das dritte Element E35 ist als ein Hohlrad HO5 ausgeführt.
  • Das Hohlrad HO5 ist permanent festgesetzt. Der Planetenträger PT5 ist drehfest mit der Eingangswelle 10 verbunden. Das Sonnenrad SO5 ist permanent mit der Antriebsmaschine verbunden. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Sonnenrad SO5 mit dem Rotor R der Elektromaschine EM verbunden.
  • In den gezeigten 20 bis 34 sind die Übersetzungsgetriebe P4, P5, SRS in den Rotor R integriert dargestellt. Es ist jedoch ebenso bevorzugt, die Elemente axial nebeneinander anzuordnen. Zudem sind achsparallele Anordnungen der Elektromaschinen vorstellbar. Alle Lösungen der 20 bis 34 haben gemeinsam, dass das Umlaufrädergetriebe P3 erstens am Abtrieb 11 des ersten Planetenradsatzes P1 und zweitens an der Verbindungswelle 3 zwischen den beiden Planetenradsätzen P1 und P2 angreift.
  • Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
  • In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • G
    Getriebe
    GG
    drehfestes Bauelement, Gehäuse
    P1
    erster Planetenradsatz
    P2
    zweiter Planetenradsatz
    P33
    zusätzlicher Planetenradsatz
    P3
    dritter Planetenradsatz
    P4
    vierter Planetenradsatz
    P5
    fünfter Planetenradsatz
    E1(x)
    erstes Element x. Planetenradsatz
    E2(x)
    zweites Element x. Planetenradsatz
    E3(x)
    drittes Element x. Planetenradsatz
    SO(x)
    Sonnenrad x. Planetenradsatz
    PT(x)
    Planetenträger x. Planetenradsatz
    HO(x)
    Hohlrad x. Planetenradsatz
    E133
    erstes Element des zusätzlichen Planetengetriebes P33
    E233
    zweites Element des zusätzlichen Planetengetriebes P33
    E333
    drittes Element des zusätzlichen Planetengetriebes P33
    EM
    Elektromaschine
    S
    Stator
    R
    Rotor
    EW
    Eingangswelle Elektromaschine
    VÜ1
    weiteres Getriebe
    VÜ2
    weiteres Getriebe
    SRS
    Stirnradstufe
    SR1
    erstes Stirnrad
    SR2
    zweites Stirnrad
    SE
    Schaltelement
    G1
    erste Schaltstellung, erste Gangstufe
    G2
    zweite Schaltstellung, zweite Gangstufe
    N
    neutrale Position
    VM
    Verbrennungskraftmaschine
    A
    Achse des Fahrzeugs, hinten
    B
    Achse des Fahrzeugs, vorne
    T
    Getriebe, Automatikgetriebe
    3
    Welle, Verbindungswelle
    10
    Eingangswelle
    11
    erste Ausgangswelle
    12
    zweite Ausgangswelle
    15
    Dämpfer
    20
    Räder
    99
    Fahrtrichtung, vorwärts
    100
    Antriebsstrang
    1000
    Fahrzeug
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102018112880 A1 [0003]
    • DE 102011079975 A1 [0091]

Claims (14)

  1. Getriebe mit einer Differential-Sperreinheit, - das Getriebe umfassend ◯ eine Eingangswelle (10), eine erste Ausgangswelle (11), eine zweite Ausgangswelle (12), einen ersten Planetenradsatz (P1) sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz verbundenen zweiten Planetenradsatz (P2), wobei die Planetenradsätze (P1, P2) jeweils mehrere Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32) umfassen, wobei die Eingangswelle (10), die zwei Ausgangswellen (11, 12), die Planetenradsätze (P1, P2) sowie deren Elemente derart angeordnet und ausgebildet sind, dass ◯ ein über die Eingangswelle (10) eingeleitetes Drehmoment gewandelt und in einem definierten Verhältnis auf die zwei Ausgangswellen (11, 12) aufgeteilt wird, und die Entstehung eines Summendrehmoments verhindert wird, ◯ wobei zumindest ein Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem anderen Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) über eine Verbindungswelle (3) drehfest verbunden ist und ◯ ein weiteres Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist; - die Differential-Sperreinheit umfassend ein Umlaufrädergetriebe (P3), insbesondere in Form eines Planetenradsatzes oder einer Planetenstufe, sowie ein Schaltelement (B1), ◯ wobei das Umlaufrädergetriebe (P3) zumindest drei Anschlusswellen aufweist, ◯ wobei eine zumindest erste Anschlusswelle (W1) mit der Verbindungswelle (3) drehfest verbunden ist, ◯ eine zumindest zweite Anschlusswelle (W2) mit dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest verbunden ist, ◯ wobei eine zumindest dritte Anschlusswelle (W3) mittels des Schaltelements (B1) an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt werden kann.
  2. Getriebe nach Anspruch 1, wobei das Schaltelement als eine reibschlüssige oder formschlüssige Bremse ausgeführt ist.
  3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen dem Umlaufrädergetriebe (P3) und dem Schaltelement (B1) zumindest ein weiteres Getriebe (VÜ1) zur Erhöhung der Drehzahl der dritten Anschlusswelle (W3) vorgesehen ist.
  4. Getriebe nach Anspruch 3, wobei das zumindest eine weitere Getriebe (VÜ1) in Form eines Planetenradsatzes (P4) oder in Form einer Stirnradstufe (SRS) vorliegt.
  5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Anpassung der Drehzahl der Eingangswelle (10) ein weiteres Getriebe (VÜ2), vorzugsweise in Form eines Planetenradsatzes (P5) oder in Vorgelegebauweise, vorgesehen ist.
  6. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Antriebsmaschine, vorzugsweise in Form einer Verbrennungskraftmaschine oder einer Elektromaschine, zum Antreiben der Eingangswelle (10) vorgesehen ist.
  7. Getriebe nach Anspruch 6, wobei die Antriebsmaschine in Form einer Elektromaschine vorliegt, und wobei die Elektromaschine koaxial oder achsparallel angeordnet ist.
  8. Getriebe nach Anspruch 7, wobei die Elektromaschine koaxial angeordnet ist und wobei das Umlaufrädergetriebe (P3) entweder - zumindest teilweise radial innerhalb des Rotors der Elektromaschine angeordnet ist oder - axial beabstandet zur Elektromaschine angeordnet ist.
  9. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Ausgangswelle (11) hindurch das Umlaufrädergetriebe (P3) geführt ist.
  10. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangswelle (10) hindurch das Umlaufrädergetriebe (P3) geführt ist.
  11. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umlaufrädergetriebe (P3) axial benachbart zum ersten Planetenradsatz (P1) angeordnet ist.
  12. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umlaufrädergetriebe (P3) radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes (P1) angeordnet ist.
  13. Antriebsstrang mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  14. Fahrzeug mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder mit einem Antriebsstrang nach Anspruch 13.
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