DE102019216510A1 - Getriebe, Antriebsstrang und Fahrzeug mit Getriebe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (G), 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) mit einem ersten Element (E11) des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist,- die erste Ausgangswelle (11) mit einem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist,- die zweite Ausgangswelle (12) mit einem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist,- ein drittes Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes über eine Welle (3) drehfest verbunden ist und- ein zweites Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist.Es ist ein Schaltelement vorgesehen, das angeordnet und ausgebildet ist, die beiden Ausgangswellen (11, 12) drehmomentübertragend miteinander zu verbinden, derart, dass ein Drehmoment zu einer der beiden Ausgangswellen (11, 12) radial außerhalb des Schaltelementes geführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft zudem einen Antriebsstrang sowie ein Fahrzeug.
  • Aus dem Stand der Technik sind Getriebe bekannt, bspw. aus der DE 10 2011 079 975 A1 , die eine Drehmomentwandlung als Verhältnis eines Ausgangsdrehmomentes zu einem Eingangsdrehmoment sowie eine Übersetzung als Verhältnis einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl bereitstellen.
  • Aus der DE 10 2018 112 880 A1 ist ein Elektrofahrzeug mit einem integrierten Differential bekannt. Das Elektrofahrzeug-Antriebssystem enthält einen Elektromotor, erste und zweite Planetengetriebe einschließlich Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad-Elementen, erste und zweite Ausgangswellen und ein Gehäuse. Die Elemente des ersten Planetengetriebes sind mit dem Elektromotor, der ersten Abtriebswelle und einem Element des zweiten Planetengetriebes verbunden. Die Elemente des zweiten Planetengetriebes sind mit dem ersten Planetengetriebe, dem Gehäuse und der zweiten Abtriebswelle verbunden. Das erste Planetengetriebe stellt eine Differential-Reduktionsvorrichtung und das zweite Planetengetriebe stellt eine Umkehr- und Reduktionsvorrichtung bereit. Optionale Kupplungen können die Funktion eines Schlupfbegrenzungsdifferentials bereitstellen und Drehmoment zu einer Abtriebswelle oder der anderen verteilen.
  • Ein solches Getriebe, das auch wälzendes Differential genannt wird, bildet kein Summendrehmoment (bspw. an einem Differentialkorb), wie es sonst im Stand der Technik üblich ist. Die Verhinderung der Entstehung eines Summendrehmoments bedeutet, dass an keinem rotierenden Bauelement, wie der Eingangswelle, Ausgangswelle, Elemente der Planetenradsätze die Summe der an den beiden Ausgangswellen anliegenden Einzeldrehmomente anliegt.
  • Fahrzeugdifferentiale erfordern häufig eine Sperrwirkung. Verliert bspw. bei einem Fahrzeug mit einem offenen Differential ein angetriebenes Rad den Kontakt zum Boden, steht es also in der Luft, so ist das Antriebsmoment an diesem Rad gleich Null.
  • Unter der Annahme, dass Massenkräfte vernachlässigt werden, ist bei einem Differential ohne Sperrwirkung das Moment am anderen Rad derselben Achse zwangsläufig ebenfalls gleich Null. Folglich ist kein Vortrieb mehr möglich.
  • Sogenannte Sperrdifferentiale ermöglichen bei mangelnder Traktion eines Rades oder einer Achse eine Drehmomentübertragung auf das mit dem Boden in Kontakt stehende Rad. Dies kann formschlüssig oder reibschlüssig erfolgen. Bei bekannten Kegelraddifferentialen und Stirnraddifferentialen erfolgt hierfür eine direkte Kopplung zwischen einer der Ausgangswellen und dem Differentialkorb.
  • Aus der DE 20 2006 017 096 U1 ist eine Differentialsperre bekannt, bei der eine Lamellenkupplung zwischen dem Differentialkorb und einer Ausgangswelle wirkt. Die Betätigung erfolgt über den gehäusefesten, d.h. nicht rotierenden Druckkolben und das Axiallager. Die Rückführung der Betätigungskraft erfolgt über das rechte Kegelrollenlager.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, das bekannte integrierte Differential zu verbessern, insbesondere für das bekannte integrierte Differential ein Sperrmoment bereitzustellen, um Traktion und Fahrverhalten zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung geht aus von einem Getriebe umfassend eine Eingangswelle, eine erste Ausgangswelle, eine zweite Ausgangswelle, einen ersten Planetenradsatz sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz verbundenen zweiten Planetenradsatz wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente umfassen, wobei
    • die Eingangswelle mit einem ersten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist,
    • die erste Ausgangswelle mit einem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist,
    • die zweite Ausgangswelle mit einem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist,
    • ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes mit einem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes über eine Welle drehfest verbunden ist und
    • ein zweites Element des zweiten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauelement festgesetzt ist.
  • Das Getriebe zeichnet sich dadurch aus, dass ein Schaltelement vorgesehen ist, das angeordnet und ausgebildet ist, die beiden Ausgangswellen drehmomentübertragend und insbesondere nicht drehfest miteinander zu verbinden, derart, dass ein Drehmoment zu einer der beiden Ausgangswellen radial außerhalb des Schaltelementes geführt wird.
  • Für eine drehmomentübertragende Verbindung ist es nicht erforderlich, dass die beiden Ausgangswellen drehfest miteinander sind. So ist es insbesondere bevorzugt, dass die drehmomentübertragende Verbindung schlupfend ist. Für eine solche Übertragung kann insbesondere ein schlupfendes oder rutschendes Schaltelement vorgesehen sein. In einer Betriebssituation kann somit bspw. das Drehmoment, welches an einem schneller drehenden Rad nicht auf die Fahrbahn geleitet werden kann, bspw. über ein rutschendes Schaltelement zum langsameren, aber greifenden Rad geleitet werden.
  • Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Anbindung des dritten Elementes des zweiten Planetenradsatzes an die zweite Ausgangswelle das Schaltelement umschließt. Die Anbindung kann bspw. in Form einer Welle vorliegen.
  • So kann insbesondere das Drehmoment des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes radial außerhalb des Schaltelements zur zweiten Ausgangswelle geführt wird werden.
  • Mittels diesem Getriebe kann einerseits die Drehmomentwandlung unter Zuhilfenahme einer Gehäuseabstützung und andererseits die Drehmomentverteilung auf die Ausgangswellen bewirkt werden. Zusätzlich kann eine Sperrfunktion bereitgestellt werden.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung des Schaltelements ermöglicht - insbesondere im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Getriebe, bei welchem das Drehmoment axial neben dem Schaltelement zur Ausgangswelle geführt wird - ein axial besonders kurz bauendes Getriebe.
  • 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.
  • Die Elemente liegen insbesondere in der Form Sonnenrad, Planetenträger sowie Hohlrad vor.
  • 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.
  • 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.
  • Zur Drehmomentwandlung des Getriebes: Das Getriebe hat zwei Ausgangswellen deren Drehmomentsumme bezogen auf das Eingangsdrehmoment die Wandlung des Getriebes beschreibt. Die Übersetzung der jeweiligen Ausgangswelle ist zunächst nicht definiert. 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 Übersetzung eine Übersetzung des Getriebes zu benennen.
  • Die ersten und zweiten 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. Das Drehmoment außen zu führen hilft in Verbindung mit den gestapelten Planetenradsätzen in besonderem Maße das Getriebe axial kurz zu bauen.
  • Es ist bevorzugt, wenn Verzahnungen der zwei miteinander verbundenen Elemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes, also drittes Element des ersten Planetensatzes und erstes Element des zweiten Planetensatzes, an demselben Bauteil ausgebildet sind.
  • Es ist bevorzugt, wenn eine Steigung der Verzahnung am dritten Element des ersten Planetensatzes und am ersten Element des zweiten Planetensatzes identisch ist und sie dasselbe Vorzeichen aufweisen. Die identische Steigung ermöglich eine Axialkraftfreiheit des Verbindungsbauteils oder der Koppelwelle, sodass sich auf eine aufwändige Axiallagerung verzichten lässt.
  • Unter Steigung oder Ganghöhe einer Schrägverzahnung wird der entlang einer zugehörigen Drehachse gemessene Axialweg verstanden, der bei einer gedanklichen Fortführung eines Zahnes über die eigentliche Breite des Zahnrades hinaus benötigt wird um eine 360°-Umschlingung des Zahnes um die Achse zu bewirken. Bei Gewinden ist in analoger Weise der Begriff Gewindesteigung gebräuchlich. Ein schrägverzahntes Zahnrad mit mehreren Zähnen ist somit mit einem mehrgängigen Gewinde vergleichbar. Bei Spindeln ist für die entsprechende Größe auch das Wort Ganghöhe gebräuchlich.
  • Es ist bevorzugt, wenn die Eingangswelle zur Einleitung eines Drehmoments in das Getriebe mit einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Elektromaschine oder einer Verbrennungskraftmaschine, verbunden ist. Im Falle der Elektromaschine ist es bevorzugt, wenn der Rotor der Elektromaschine drehfest mit der Eingangswelle verbunden ist. Es ist bevorzugt, wenn 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 höheren Drehzahlen und geringeren 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 bevorzugt, wenn die erste Ausgangswelle hindurch den Rotor der Elektromaschine geführt ist. Dadurch ist das Getriebe mit Elektromaschine besonders kompakt.
  • Es ist bevorzugt, wenn 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 DE102019216510A1_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.
  • Es ist bevorzugt, wenn die Anzahl der Planeten des zweiten Planetenradsatzes größer ist als die Anzahl der Planeten des ersten Planetenradsatzes. Mittels dieser Konfiguration lässt sich trotz Anwendung der vorstehend genannten Rechenvorschrift eine große Getriebeübersetzung realisieren, was wiederum eine besonders kompakt bauende und kostengünstige Elektromaschine ermöglicht. Bevorzugt ist es, wenn der zweite Planetenradsatz sechs Planeten aufweist und der erste Planetenradsatzes drei oder vier Planeten aufweist. Selbstverständlich kann auch ohne Anwendung der Rechenvorschrift die Anzahl der Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes größer sein als diejenige des ersten Planetenradsatzes.
  • Es ist bevorzugt, wenn die Antriebsmaschine quer zu einer Fahrtrichtung eingebaut ist. Es ist bevorzugt, wenn die zwei Ausgangswellen drehfest mit Rädern eines Fahrzeuges verbunden sind.
  • Es ist bevorzugt, wenn 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.
  • Die zwei Planetenradsätze 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, Planetenträger und Hohlrad zusammen, wobei der Planetenträger 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 Planetenträger 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.
  • Wo es eine Anbindung der einzelnen Elemente zulässt, kann ein Minus-Planetensatz in einen Plus-Planetensatz überführt werden, wobei dann gegenüber der Ausführung als Minus-Planetensatz die Hohlrad- und die Planetenträgeranbindung miteinander zu tauschen, sowie der Betrag einer Getriebestandübersetzung um eins zu erhöhen ist. Umgekehrt könnte auch ein Plus-Planetensatz durch einen Minus-Planetensatz ersetzt werden, sofern die Anbindung der Elemente des Getriebes dies ermöglicht. Dabei wären dann im Vergleich zu dem Plus-Planetensatz ebenfalls die Hohlrad- und die Planetenträgeranbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu reduzieren und das Vorzeichen zu wechseln. Im Rahmen der Erfindung sind die zwei Planetenradsätze jedoch bevorzugt jeweils als Minus-Planetensatz ausgeführt.
  • Es ist bevorzugt, wenn beide Planetenradsätze als Minus-Planetenradsätze 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 ist es bevorzugt, wenn der radial innere Planetenradsatz ein Minus-Planetenradsatz und der radial äußere Planetenradsatz ein Plus-Planetenradsatz ist. 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 einzige Ausgangswelle auswirkt.
  • Im Rahmen der Erfindung kann dem Getriebe 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 bevorzugt 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.
  • Bei diesem Getriebe handelt es sich quasi um das erste Konzept mit einem Plus-Planetenradsatz.
    • 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.
  • Bevorzugt ist es, wenn das Schaltelement eine Kupplung, bevorzugt eine Reibkupplung, eine Klauenkupplung oder eine Synchronisierung ist. Auch ein Axialgleitlager mit zumindest zwei korrespondierenden Reibflächen wird in diesem Zusammenhang als eine Kupplung und somit als Schaltelement verstanden. Die Reibflächen einer Reibkupplung können beispielsweise eben oder konisch sein.
  • Bevorzugt ist es, wenn das Schaltelement zumindest teilweise radial innerhalb des dritten Elementes des zweiten Planetenradsatzes oder dessen Anbindung an die zweite Ausgangswelle angeordnet ist, also bspw. radial innerhalb des Hohlrads, wenn das dritte Element als ein Hohlrad vorliegt.
  • Zur Aktuierung des Schaltelements ist ein Aktuator vorgesehen. Dieser kann bspw. ein hydraulischer oder ein elektromechanischer Aktuator sein.
  • So ist es bevorzugt, dass ein als Hydraulikkolben ausgebildeter Aktuator zur Aktuierung des Schaltelements vorgesehen ist. Bevorzugt ist es, wenn der Hydraulikkolben einteilig mit einem Teil des Getriebegehäuses oder mit einem Teil eines der beiden zweiten Elemente ausgeführt ist. Bevorzugt ist es, wenn der Hydraulikzylinder derart angeordnet ist, dass er mit einer der beiden Ausgangswellen rotieren kann. Bevorzugt ist es, wenn das Hydraulikfluid zur Betätigung des Hydraulikzylinders hindurch ein Bauteil führbar ist, das mit der Ausgangswelle rotiert. Bevorzugt ist es, wenn das Hydraulikfluid zur Betätigung des Hydraulikzylinders hindurch eine Bohrung eines der beiden zweiten Elemente führbar ist.
  • Alternativ dazu ist es bevorzugt, dass ein elektromechanisches Betätigungsmittel zur Aktuierung des Schaltelements vorgesehen ist. Bevorzugt ist es, wenn das elektromechanische Betätigungsmittel eine Spindel oder Rampe umfasst. Bevorzugt ist es, wenn das elektromechanische Betätigungsmittel einen Hebel umfasst.
  • Bevorzugt ist es, wenn das Mittel zur Aktuierung des Schaltelements derart eingerichtet ist, dass eine Axialkraft hindurch eines der zwei zweiten Elemente übertragen wird.
  • Bevorzugt ist es, wenn das zweite Element eines der beiden Planetenradsätze dazu eingerichtet ist, zur Übertragung der Axialkraft axial verschoben zu werden.
  • Bevorzugt ist es, wenn ein Bauteil zur Übertragung der Axialkraft vorgesehen und eingerichtet ist, die Axialkraft hindurch eines der zwei zweiten Elemente zu führen.
  • Bevorzugt ist es, wenn das Schaltelement eine Reibkupplung ist und ferner dazu eingerichtet ist, zusätzlich zur Übertragung der Aktuatorkraft auch Kräfte aus einer Schrägverzahnung zu übertragen.
  • Bevorzugt ist es, wenn ein Lager zur Einleitung von Kräften aus einer Verzahnung ins Gehäuse vorgesehen ist, das zugleich als Reaktionslager zur Abstützung der am Einrücklager in das Schaltelement eingetragenen Axialkräfte wirkt.
  • Bevorzugt ist es, wenn zur Reduzierung von Lagerkräften bei der Betätigung des Schaltelements ein mitrotierendes Mittel zur Kraftwandlung vorgesehen ist, vorzugsweise eine geschlitzte Tellerfeder, welche bevorzugt in einer normally open Ausführung vorliegt. Normally open bedeutet, dass die Feder erste bei Betätigung eine kraftschlüssige Verbindung herstellt. Im nicht-betätigten Zustand des Schaltelements ist die Verbindung geöffnet.
  • Bevorzugt ist es, wenn die Eingangswelle und/oder das erste Element des ersten Planetenradsatzes schwimmend gelagert ist.
  • Bevorzugt ist es, wenn das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und/oder das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes schwimmend gelagert ist.
  • Eine schwimmende Lagerung hat in axialer Richtung einige wenige Zehntelmillimeter Spiel, d.h. die entsprechende Welle ist in axialer Richtung nicht eindeutig festgesetzt oder fixiert. Dies ermöglicht eine einfache Führung der Verzahnungskräfte in Richtung des Reibelements. Zudem sind schwimmende Lagerungen kostengünstig, weisen einen geringen Konstruktionsaufwand auf und erlauben im Bereich des Spiels eine Ausdehnung der Welle, bspw. durch Temperatur bedingt.
  • Das Getriebe 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.
  • Dass zwei Bauelemente des Getriebes 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. Insofern 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 drehfest verstanden. Insbesondere kann eine drehfeste Verbindung auch Gelenke beinhalten, z.B. um eine Lenkbewegung oder eine Einfederung eines Rades zu ermöglichen.
  • Insgesamt lässt sich durch die Erfindung ein Getriebe und ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe bereitstellen, das eine integrale Bauweise, also Drehmomentwandlung und Drehmomentverteilung sowie eine kompakte und axial kurz bauende (insbesondere bei geschachtelter Anordnung) Bauweise aufweist. Zudem zeichnet sich das Getriebe durch einen guten Wirkungsgrad und geringe Kosten durch geringe Komplexität auf. Es treten deutlich geringere Verzahnungskräfte auf. Zudem lässt sich das Problem der Fressproblematik verringern. Weiterhin ist ein vorteilhafter Sperrwert darstellbar.
  • 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:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges;
    • 2 - 5 eine schematische Ansicht je eines Getriebes, wie es bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann, in je einer bevorzugten Ausführung;
    • 6 eine schematische Ansicht eines Getriebes, wie es bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann, in einer bevorzugten Ausführung;
    • 7 - 9 eine schematische Ansicht je eines Getriebes, wie es bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann, in je einer bevorzugten Ausführung;
    • 10-13 eine schematische Ansicht je eines Getriebes, wie es bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann, in je einer bevorzugten Ausführung;
    • 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;
    • 20-26 bevorzugte Ausführungsformen das Schaltelement betreffend am Beispiel des Getriebes aus 3; und
    • 27 einen beispielhaften Entwurf gemäß 20.
    • 1a bis 1e zeigen jeweils eine schematische Ansicht eines Getriebes G 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 1b 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.
  • Die nachfolgenden 2 bis 14 zeigen Getriebe in mehreren bevorzugten Ausführungsformen. Das erfindungsgemäße Schaltelement 40, das angeordnet und ausgebildet ist, die beiden Ausgangswellen 11, 12 drehfest miteinander zu verbinden, derart, dass ein Drehmoment zu einer der beiden Ausgangswellen 11, 12 radial außerhalb des Schaltelementes geführt wird, ist in diesen Figuren vorhanden - jedoch nicht dargestellt. Das Schaltelement 40 wird nachfolgend anhand der 20 bis 27 näher erläutert.
  • 2 zeigt ein Getriebe G in einer ersten bevorzugten 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 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 SO2 des zweiten Planetenradsatzes bilden ein gemeinsames Bauteil, das vorliegend als eine 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 und Ausgangswellen 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 bevorzugte 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 bevorzugten 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 weitere bevorzugte 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 bevorzugten 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 bevorzugte 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 bevorzugten 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 bevorzugten 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 bevorzugte 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 SO2 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 1c. 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 bevorzugten Ausführungsform, wobei dem Getriebe G zusätzlich ein Übersetzungsgetriebe in Form eines Planetengetriebes P3 vorgeschaltet ist.
  • Bei dem Getriebe G handelt es sich um die Ausführungsform gemäß 3, auf welche hiermit verwiesen wird. Der Planetenradsatz P3 ist als ein Minus-Planetenradsatz ausgebildet und weist ein erstes Element E13, das als ein Sonnenrad ausgebildet ist, ein zweites Element E23, das als ein Planetenträger ausgebildet ist sowie ein drittes Element E33, das vorliegend als ein Hohlrad HO3 ausgebildet ist, auf. Das zweite Element E23 des dritten Planetenradsatzes ist drehfest mit der Eingangswelle 10 des Getriebes G verbunden.
  • Des Weiteren ist dem Planetengetriebe P3 ein Schaltelement SE zugeordnet. Das Schaltelement SE ist dazu eingerichtet, das dritte Element E33 an dem drehfesten Bauelement GG festzusetzen. Ferner ist das Schaltelement SE dazu eingerichtet, in einer zweiten Schaltposition das dritte Element E33 mit dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes 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 E33 weder am Gehäuse festgesetzt, noch ist der Planetenradsatz P3 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 P3 eingeleitete Antriebsmoment nicht auf die Eingangswelle 10 des Getriebes G übertragen.
  • Wie zudem gut aus 10 zu entnehmen ist, ist das Übersetzungsgetriebe P3 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. Gleichlaufgelenke 15 sind vorgesehen, um Radbewegungen wie Lenkbewegung und/oder Einfederung zu ermöglichen. Das Schaltelement SE ist hier als formschlüssiges Doppelschaltelement dargestellt. Es sind auch Einzelschaltelemente insbesondere Lastschaltelemente vorstellbar.
  • 11 zeigt einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe in einer weiteren bevorzugten 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 bevorzugten 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 bevorzugten 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 bevorzugte 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.
  • Wie gut zu erkennen ist, ist die Anzahl der Planeten des zweiten Planetenradsatzes größer als die Anzahl der Planeten des ersten Planetenradsatzes. Gemäß der Ausführung dieses weist der zweite Planetenradsatz sechs während der erste Planetenradsatz hingegen vier Planeten aufweist.
  • Mittels dieser Konfiguration lässt sich eine große Getriebeübersetzung realisieren, was wiederum eine besonders kompakt bauende und kostengünstige Elektromaschine ermöglicht.
  • Eine große Getriebeübersetzung führt jedoch gemäß der Rechenvorschrift i 02 = 1 i 01 − 1
    Figure DE102019216510A1_0002
    zu einer betragsmäßig kleineren Standgetriebeübersetzung am zweiten Planetenradsatz P2. Eine kleinere Standgetriebeübersetzung führt wiederum zu einem kleinen Planetendurchmesser. Ein kleiner Planetendurchmesser wiederum verschlechtert den Zahneingriff und reduziert den Einbauraum für die Planetenlager.
  • Es hat sich herausgestellt, dass eine höhere Planetenanzahl des zweiten Planetenradsatzes im Vergleich zum ersten Planetenradsatz diesem Effekt entgegenwirkt.
  • Die nachfolgenden 15 bis 17 zeigen die Krafteinleitung und Kraftabstützungen der 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 Ausgangswellen 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 H01. 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 H02. 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.
  • 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.
  • 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.
  • In der Abbildung sind die betragsmäßigen Drehmomente auf ihrem Weg durchs Getriebe symbolisch dargestellt. Drehrichtungen gehen daraus nicht hervor.
  • 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 ersten 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.
  • Die 20 bis 26 zeigen das erfindungsgemäße Schaltelement 40, das zwischen der ersten und zweiten Ausgangswelle 11, 12 angeordnet ist. Der in den 20 bis 26 verwendete Getrieberadsatz entspricht demjenigen Getrieberadsatz, welcher aus 3 und 12 bekannt ist. Also derjenigen Ausführungsform bei welcher der erste und zweite Planetenradsatz P1, P2 radial übereinander angeordnet sind. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass das Schaltelement 40 zwischen den Ausgangswellen 11, 12 bei einer jeden Ausführungsform der 2 bis 13 zur Anwendung kommen kann.
  • Hinsichtlich des in 20 dargestellten Getriebes G wird auf die Ausführung zur Ausführungsform gem. 3 verwiesen. Zur Anbindung der Elektromaschine EM an die Eingangswelle 10 wird auf die Ausführung zu 12 verwiesen.
  • Das Getriebe G umfasst eine Aktuatoreinheit 30, welche vorliegend einen als einen Hydraulikkolben 30a ausgebildeten Aktuator und einen Hydraulikzylinder 30b aufweist. Der Hydraulikkolben 30a ist in dem Hydraulikzylinder 30b auf bekannte Art und Weise geführt und dazu eingerichtet, eine Kraft auf das zweite Element E21, also auf den Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1 zu erzeugen. Der Planetenträger PT1 ist bezüglich der an ihm wirkenden Verzahnungskräfte axialkraftfrei und axial beweglich 32. Erzeugt der Hydraulikkolben 30a eine Kraft auf den Planetenträger PT 1, so wird die Kraft des Hydraulikkolbens 30a im weiteren Verlauf über das als Lamellenschaltelement ausgeführte Schaltelement 40 in ein Verbindungselement zwischen dem dritten Element E32, also dem Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes P2 und der zweiten Ausgangswelle 12 eingeleitet. Von dort wird der Kraftfluss über ein weiteres Lager 41 über das Gehäuse GG geschlossen.
  • Das Schaltelement 40 ist axial zwischen dem Hohlrad E32 und einem Verbindungselement, welches Drehmoment vom Hohlrad E32 zur zweiten Ausgangswelle 12 führt, angeordnet.
  • Zusätzlich zu den Kräften aus der Aktuatoreinheit 30 können auch Kräfte aus den Schrägverzahnungen der Elemente E11 und E32 auf die Reibkupplung 40 wirken. Das linke Gehäuselager 41, das auch als ein Reaktionslager bezeichnet werden kann, dient vorzugsweise auch zur Aufnahme weiterer Kräfte wie Verzahnungskräfte und Gelenkwellenkräfte. Das Lager 41 kann auch als Festlager ausgeführt sein.
  • Bei der Ausführungsform gem. 21 ist der Hydraulikkolben 30a der Aktuatoreinheit 30 am zweiten Element E22, also am Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2 befestigt oder einteilig mit diesem ausgeführt.
  • Wird der Hydraulikkolben 30a betätigt, so erfolgt in sinngemäßer Weise zu 20 ein Kraftfluss vom Hydraulikolben 30a über das Einrücklager 31 zum Schaltelement 40. Im weiteren Verlauf wird der Kraftfluss über das Schaltelement 40 in das Reaktionslager 41 und damit zurück ins Gehäuse GG geleitet. So kann auf eine axiale Beweglichkeit des Planetenträgers PT1 des ersten Planetenradsatzes P1 verzichtet werden. Anders ausgedrückt kann auf das aus 20 bekannte Lager 32 verzichtet werden.
  • Die Ausführungsform gem. 22 unterscheidet sich von derjenigen aus 21 dadurch, dass das Lager 41 nahe des Hydraulikzylinders 30b platziert ist, sodass die Betätigungskraft direkt vom Einrücklager 31 über das Schaltelement 40 über das Lager 41 zurück in ein gehäusefestes Bauteil 30, GG geleitet wird. Dadurch ist es nicht erforderlich, die Betätigungskraft im Gehäuse GG außen um die Planetenradsätze P1, P2 und das Schaltelement 40 herum zu führen.
  • Bei der Ausführungsform gem. 23 wird die Axialkraft des Hydraulikkolbens 30a von der gehäusefesten Aktuatoreinheit 30 über ein Axiallager 31 in ein mit der ersten Ausgangswelle 11 rotierendes Übertragungsbauteil 37 geleitet. Das Übertragungsbauteil 37 ist gestrichelt dargestellt und durchdringt den ersten Planetenradsatz P1. Es ist dazu eingerichtet die Axialkraft weiterzuleiten.
  • Dadurch, dass das Übertragungsbauteil 37 mit der Ausgangswelle 11 und somit auch mit dem Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1 rotiert, ist es möglich, radial zwischen dem Sonnenrad SO1 und dem Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes P1 und in Umfangsrichtung zwischen den einzelnen Planetenrädern PR1 durchzugreifen, um die Betätigungskraft zum Schaltelement 40 zu leiten. Geschlossen wird der Kraftfluss wie bei der Ausführungsform gem. 20.
  • Die Ausführungsform gem. 24 unterscheidet sich von der Ausführungsform gem. 23 durch einen mitrotierenden Hydraulikkolben 30a. Der Hydraulikzylinder 30b ist drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 12 verbunden. Die Reibkupplung 40 wird somit durch den mitrotierenden Hydraulikkolben 30a betätigt. Über eine gehäusefeste Ölzuführung 50 wird hierfür ein Betätigungsdruck durch eine mit Dichtringen gedichtete Drehölzuführungsleitung 51 in einen Zylinderraum 35 des Hydraulikzylinders 30b übertragen. Auch bei dieser Ausführungsform wird, wie bei 22 der Kraftfluss auf „kurzem Weg“ geschlossen ohne das Gehäuse GG zu belasten. Zusätzlich kann auf Einrück- und Reaktionslager verzichtet werden.
  • Bei der Ausführungsform gem. 25 ist im Unterschied zur Ausführungsform gem. 24 der Hydraulikzylinder 30b drehfest mit der ersten Ausgangswelle 11 verbunden. Der Hydraulikzylinder 30b rotiert demnach mit der ersten Ausgangswelle 11. Die Druckölzufuhr 50 erfolgt dann idealerweise hindurch den Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1. D.h., die Ölzuführungsleitung 51 verläuft zumindest teilweise in axialer Richtung hindurch den ersten Planetenradsatz P1. Die Führung hindurch den ersten Planetenradsatz P1 ist in 25 gestrichelt dargestellt.
  • Bei der Ausführungsform gem. 26 werden zusätzlich zur Kraft des nicht dargestellten Aktuators 30a Kräfte aus den Schrägverzahnungen des Sonnenrads SO1 und des Hohlrads HO2 über das Schaltelement 40 geleitet, um dort ein zusätzliches Reibmoment zu bewirken. Der Vorteil liegt darin, dass die erforderliche Aktuierungskraft kleiner ist, da durch die Kraft aus der Schrägverzahnung eine Anpresskraftkomponente hinzukommt, welche proportional zum Antriebsmoment verläuft. Außerdem liegt das Schaltelement im normalen Betrieb dadurch bereits an und weist dadurch eine kürzere Reaktionszeit auf. Zudem weist das Schaltelement 40 eine Selbstsperrwirkung auf, die proportional zum Drehmoment wirkt. Dadurch ist eine erste schnelle Reaktion des Schaltelements 40 möglich und zwar zeitlich bevor eine Elektronik zur Ansteuerung der Aktuatoreinheit 30 und/oder die Aktuatoreinheit 30 das eigentliche Sperrmoment aufbauen.
  • In der 26 sind die in den Schrägverzahnungen entstehende Axialkräfte F_E11 und F_E32 dargestellt. Die Steigungen der Verzahnungen an Welle 3 werden vorzugsweise so gewählt, dass auch die Axialkräfte aus dem Hohlrad HO1 und dem Sonnenrad SO2 ausgeglichen sind und somit Welle 3 selbst axial ausgeglichen ist. Somit sind die eingezeichneten Axialkräfte F_E11, F_E32 die einzigen an den Planetenradsätzen P1 und P2 nach außen hin wahrnehmbaren Kräfte. Die Schrägungsrichtungen sind derart gewählt, dass die Pfeilrichtungen dem Zugbetrieb vorwärts entsprechen.
  • Die im Sonnenrad SO1 in der Schrägverzahnung entstehende Axialkraft F_E11 drückt über ein Lager 33 auf den Planetenträger PT1. Die im Hohlrad HO2 in der Schrägverzahnung entstehende Axialkraft F_E32 zieht an der zweiten Ausgangswelle 12. Die zweite Ausgangswelle 12 stützt sich über das Schaltelement 40 an dem Planetenträger PT1 ab.
  • Mit anderen Worten heißt das, dass sich die Kräfte F_E11 und F_E32 gegenseitig abstützen. Dies wiederum bedeutet, dass die Kräfte aus den Schrägverzahnungen im häufigeren Fall des Zugbetriebes vorwärts nicht über das Getriebegehäuse geleitet werden. Somit wird die Axialkraft der Schrägverzahnungen über das Schaltelement 40 übertragen. Dadurch erhält man im Zugbetrieb vorwärts (und im Schubbetrieb rückwärts) eine lastabhängige, drehmomentproportionale Anpresskraft des Schaltelementes 40 und somit ein lastabhängiges Sperrmoment. Der Kraftfluss der schrägverzahnungsbedingten Axialkräfte wird über die Reibelemente des Schaltelements 40 geschlossen.
  • Der Vorteil dieses Prinzips liegt neben der drehmomentproportionalen Sperrwirkung in den geringen Lagerverlusten. Außerdem liegt der Vorteil in einer Reduzierung von Geräuschemissionen, also in einer Verbesserung des akustischen Verhaltens, da die Axialkräfte der Verzahnungen F_E11, F_E32 und somit auch deren überlagerten Axialschwingungen nicht in das Gehäuse GG eingeleitet werden.
  • Solange der Aktuator 30a nicht betätigt ist, ist das Axiallager 33 das einzige Lager, welches eine Axialkraft unter Differenzdrehzahl überträgt.
  • Die hin zum Gehäuse GG dargestellten Lager 41 und 42 werden im Schubbetrieb vorwärts (und im Zugbetrieb rückwärts) mit Axialkräften (F_E11, F_E32) aus der Verzahnung beaufschlagt. Das Lager 42 ist mit einem Axialspiel verbaut, sodass eine schwimmende Lagerung ermöglicht werden kann. Das Lager 41 stützt außerdem bei Betätigungsvarianten mit Einrücklager 31 (20, 21, 22, 23) zusätzlich die Kraft des Aktuators 30a - man spricht hierbei auch von Ausleitung der Reaktionskraft - und kann ebenso als Festlager ausgeführt sein.
  • 27 zeigt einen Entwurf der Ausführungsform gem. 20 in einem Längsschnitt. Der im Gehäuse GG angeordnete Hydraulikkolben 30a drückt über ein Axiallager 31 auf den Planetenträger PT1. Außerdem drückt die Rotorwelle R bzw. die mit dem Rotor verbundene Eingangswelle 10 aufgrund ihrer Schrägverzahnung über das Axiallager 33 auf den Planetenträger PT1. Die Summe der beiden Kräfte stützt sich auf dem Schaltelement 40 ab und erzeugt das Sperrmoment. Als Reaktionslager zum Gehäuse GG dient das links an der zweiten Ausgangswelle 12 angeordnete Festlager 41. Das Schaltelement 40 ist mit einer ungeraden Reibflächenzahl, nämlich 5 Reibflächen, ausgeführt. Dies ermöglicht auf zusätzliche Lager am Schaltelement 40 zu verzichten.
  • 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
    E11
    erstes Element erster Planetenradsatz
    E21
    zweites Element erster Planetenradsatz
    E31
    drittes Element erster Planetenradsatz
    E12
    erstes Element zweiter Planetenradsatz
    E22
    zweites Element zweiter Planetenradsatz
    E32
    drittes Element zweiter Planetenradsatz
    E13
    erstes Element dritter Planetenradsatz
    E23
    zweites Element dritter Planetenradsatz
    E33
    drittes Element dritter Planetenradsatz
    P1
    erster Planetenradsatz
    P2
    zweiter Planetenradsatz
    P3
    dritter Planetenradsatz
    SO
    Sonnenrad
    PT
    Planetenträger
    HO
    Hohlrad
    EM
    Elektromaschine
    S
    Stator
    R
    Rotor
    EW
    Eingangswelle Elektromaschine
    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
    3
    Welle
    10
    Eingangswelle
    11
    erste Ausgangswelle
    12
    zweite Ausgangswelle
    15
    Gelenk
    20
    Räder
    30
    Aktuatoreinheit
    30a
    Aktuator, Hydraulikkolben
    30b
    Hydraulikzylinder
    31
    Lager, Einrücklager
    32
    Lager, drehfest und axial beweglich (Anmerkung: unter einem Lager versteht man häufig nichts drehfestes, deshalb hier zur Erläuterung)
    33
    Lager, Axiallager
    35
    Zylinderraum
    37
    Übertragungsbauteil
    40
    Schaltelement, Lamellenschaltkupplung, Reibkupplung
    41
    Lager
    42
    Lager
    50
    Ölzuführung
    51
    Ölleitung
    99
    Fahrtrichtung, vorwärts
    100
    Antriebsstrang
    1000
    Fahrzeug
    i01
    Standgetriebeübersetzung des ersten Planetenradsatzes
    i02
    Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes
  • 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 102011079975 A1 [0002, 0107]
    • DE 102018112880 A1 [0003]
    • DE 202006017096 U1 [0008]

Claims (21)

  1. Getriebe (G), 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) mit einem ersten Element (E11) des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, - die erste Ausgangswelle (11) mit einem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, - die zweite Ausgangswelle (12) mit einem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, - ein drittes Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes über eine Welle (3) drehfest verbunden ist und - ein zweites Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist, wobei ein Schaltelement (40) vorgesehen ist, das angeordnet und ausgebildet ist, die beiden Ausgangswellen (11, 12) drehmomentübertragend miteinander zu verbinden, derart, dass ein Drehmoment zu einer der beiden Ausgangswellen (11, 12) radial außerhalb des Schaltelementes geführt wird.
  2. Getriebe nach Anspruch 1, wobei das Schaltelement (40) eine Kupplung, bevorzugt eine Reibkupplung, eine Klauenkupplung oder eine Synchronisierung ist.
  3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schaltelement (40) zumindest teilweise radial innerhalb des dritten Elementes (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) oder dessen Anbindung an die zweite Ausgangswelle (12) angeordnet ist.
  4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein als Hydraulikkolben (30a) ausgebildeter Aktuator 30 zur Aktuierung des Schaltelements (40) vorgesehen ist.
  5. Getriebe nach Anspruch 4, wobei der Hydraulikkolben (30a) einteilig mit einem Teil des Getriebegehäuses (GG) oder mit einem Teil eines der beiden zweiten Elemente (E21, E22) ausgeführt ist.
  6. Getriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei der Hydraulikkolben (30a) oder der Hydraulikzylinder derart angeordnet ist, dass er mit einer der beiden Ausgangswellen (11, 12) rotieren kann.
  7. Getriebe nach Anspruch 6, wobei das Hydraulikfluid zur Betätigung des Hydraulikkolbens (30a) hindurch ein Bauteil führbar ist, das mit einer der beiden Ausgangswellen (11, 12) rotiert.
  8. Getriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Hydraulikfluid zur Betätigung des Hydraulikkolbens (30a) hindurch eine Bohrung eines der beiden zweiten Elemente (E21, E22) führbar ist.
  9. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei ein elektromechanisches Betätigungsmittel zur Aktuierung des Schaltelements (40) vorgesehen ist.
  10. Getriebe nach Anspruch 9, wobei das elektromechanische Betätigungsmittel eine Spindel oder Rampe umfasst.
  11. Getriebe nach Anspruch 9 oder 10, wobei das elektromechanische Betätigungsmittel einen Hebel umfasst.
  12. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei das Mittel zur Aktuierung des Schaltelements derart eingerichtet ist, dass eine Axialkraft hindurch eines der zwei zweiten Elemente (E21, E22) übertragen wird.
  13. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei das zweite Element (E21, E22) eines der beiden Planetenradsätze (P1, P2) dazu eingerichtet ist, zur Übertragung der Axialkraft axial verschoben zu werden.
  14. Getriebe nach Anspruch 12, wobei ein Bauteil zur Übertragung der Axialkraft angeordnet und eingerichtet ist, die Axialkraft hindurch eines der zwei zweiten Elemente (E21, E22) zu führen.
  15. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltelement (40) eine Reibkupplung ist und ferner dazu eingerichtet ist, zusätzlich zur Übertragung der Aktuatorkraft auch Kräfte aus einer Schrägverzahnung zu übertragen.
  16. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Reduzierung von Lagerkräften bei der Betätigung des Schaltelements (40) ein mitrotierendes Mittel zur Kraftwandlung vorgesehen ist, vorzugsweise eine geschlitzte Tellerfeder, welche bevorzugt in einer normally open Ausführung vorliegt.
  17. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangswelle (10) und/oder das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) schwimmend gelagert ist.
  18. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und/oder das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) schwimmend gelagert ist.
  19. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steigung der Verzahnung am dritten Element (E31) des ersten Planetensatzes (P1) und am ersten Element (E12) des zweiten Planetensatzes (P2) im Wesentlichen gleich ist und dasselbe Vorzeichen aufweisen.
  20. Antriebsstrang mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
  21. Fahrzeug mit einem Antriebsstrang nach Anspruch 20 oder einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
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