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Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Getriebeanordnung mit einem Stirnraddifferential.
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Ein Stirnraddifferential kann beispielsweise durch ein Planetengetriebe gebildet werden und verteilt eine Antriebsleistung auf zwei Abtriebe. Üblicherweise werden Differentiale in Kraftfahrzeugen verbaut. Der Zweck von einem Differential in einem Kraftfahrzeug ist es, dass gegenüberliegende Räder bei einer Kurvenfahrt unterschiedlich schnell aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können. Dies kann die Sicherheit bei der Kurvenfahrt erheblich erhöhen.
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Grundsätzlich ist für den Verbau eines Stirnraddifferentials ein Bauraum notwendig. Dieser benötigte Bauraum kann zu Konflikten mit einem Bauraumbedarf von weiteren Komponenten eines Antriebssystems führen. Beispielsweise werden bei einem Antriebssystem, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, üblicherweise auch wenigstens ein Motor und ein Getriebe, mittels welchem verschiedene Übersetzungen bereitgestellt werden können, verbaut. Gerade bei Elektromotoren kann sich ein sehr begrenzter axialer Bauraum für das Antriebssystem ergeben und zudem ist häufig eine Mindestübersetzung, häufig in Form einer Untersetzung, notwendig. Insgesamt ergibt sich so ein gro-ßer Bauraumbedarf, was sich bei der Gestaltung eines kompakten Kraftfahrzeugs auswirkt. Zudem ist es üblicherweise auch notwendig, jeweilige Elemente des Stirnraddifferentials und anderer Bauteile zum Bereitstellen einer Übersetzung zu lagern und zu kapseln, was teuer und aufwendig ist.
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In der
DE 10 2016 216 784 A1 ist ein Reduktionsgetriebe mit integriertem Stirnraddifferential beschrieben.
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Aus der
DE 10 2016 215 010 A1 geht ein Getriebe mit einem Stirnraddifferential hervor. Dieses umfasst auch einen Stufenplanetensatz.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung, insbesondere gemäß dem unabhängigen Patentanspruch. Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt betrifft eine Getriebeanordnung mit einem Stirnraddifferential und mit einer Stufenplanetenbaugruppe.
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Die Stufenplanetenbaugruppe kann ein Sonnenrad, wenigstens ein erstes Stufenplanetenrad, wenigstens ein zweites Stufenplanetenrad, einen Stufenplanetenträger und ein Hohlrad aufweisen. Das erste Stufenplanetenrad und das zweite Stufenplanetenrad können drehbar an dem Stufenplanetenträger gelagert sein. Das erste Stufenplanetenrad kann mit dem Sonnenrad der Stufenplanetenbaugruppe mechanisch wirkverbunden sein. Das zweite Stufenplanetenrad kann mit dem Hohlrad der Stufenplanetenbaugruppe mechanisch wirkverbunden sein. Das Hohlrad der Stufenplanetenbaugruppe kann festgesetzt sein.
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Das Stirnraddifferential kann einen Planetenträger, eine erste Planetenbaugruppe mit einem ersten Hohlrad und wenigstens einem ersten Planetenrad und eine zweite Planetenbaugruppe mit einem zweiten Hohlrad und wenigstens einem zweiten Planetenrad aufweisen. Das erste Planetenrad kann mit dem ersten Hohlrad mechanisch wirkverbunden sein. Das zweite Planetenrad kann mit dem zweiten Hohlrad mechanisch wirkverbunden sein. Das erste Planetenrad kann mit dem zweiten Planetenrad mechanisch wirkverbunden sein. Das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad können an dem Planetenträger des Stirnraddifferentials drehbar gelagert sein.
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Der Planetenträger des Stirnraddifferentials kann drehfest mit dem Stufenplanetenträger verbunden sein. Dadurch kann der Planetenträger des Stirnraddifferentials zusammen mit dem Stufenplanetenträger rotieren. Drehfest kann bedeuten, dass zwei Elemente gemeinsam und gleichförmig rotieren. Dazu können der Stufenplanetenträger und der Planetenträger des Stirnraddifferentials aneinander fixiert sein, beispielsweise mittels einer Verschraubung. So kann eine Eingangsleistung von der Stufenplanetenbaugruppe an das Stirnraddifferential übertragen werden, ohne dass ein zusätzliches Übertragungselement notwendig ist. Der Stufenplanetenträger und der Planetenträger des Stirnraddifferentials können auch als gemeinsamer Planetenträger angesehen werden, an dem das erste Planetenrad, das zweite Planetenrad, das erste Stufenplanetenrad und das zweite Stufenplanetenrad gelagert sind.
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Die Stufenplanetenbaugruppe kann eine zusätzliche Übersetzungsstufe, insbesondere in Form einer Untersetzung, an der Getriebeanordnung bereitstellen. Die Getriebeanordnung integriert ein Stirnraddifferential und eine Stufenplanetenbaugruppe miteinander, wodurch eine kompakte Bauweise und einfache Kapselung möglich ist. Zudem werden weniger Lagerstellen und gegebenenfalls Lager als bei einer getrennten Bereitstellung benötigt. Beispielsweise wird ein Eingangsmoment von der Stufenplanetenbaugruppe an das Stirnraddifferential übertragen und ein aufgeteiltes Ausgangsmoment an dem Stirnraddifferential bereitgestellt.
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Eine Planetenbaugruppe kann eine ähnliche Bauweise und Funktion wie ein Planetenradsatz aufweisen. Planetenradsätze weisen üblicherweise drei Elemente auf, ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad. An dem Planetenträger können ein oder mehrere Planetenräder drehbar gelagert sein. Üblicherweise ist dabei das Sonnenrad über die jeweiligen Planetenräder mechanisch mit dem Planetenträger wirkverbunden und der Planetenträger über die jeweiligen Planetenräder mit dem Hohlrad. Eine Planetenbaugruppe weist dagegen lediglich mindestens zwei Elemente auf, nämlich ein Planetenrad und ein Hohlrad. Weitere Elemente, wie ein Sonnenrad, sind bei der Planetenbaugruppe nicht zwingend erforderlich. So kann sich eine besonders kompakte Bauweise ergeben.
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Jeweilige Sonnenräder können zentrale Elemente sein, welche wenigstens von einem Planetenrad oder Stufenplanetenrad umlaufbar sind. Beispielsweise kann das Sonnenrad der Stufenplanetenbaugruppe als Welle ausgebildet sein. Das Sonnenrad kann an seinem Außenumfang wenigstens bereichsweise Elemente für eine Wirkverbindung mit anderen Elementen der Stufenplanetenbaugruppe aufweisen, wie beispielsweise eine Verzahnung. Eine Drehachse des Sonnenrads kann einer Längsachse des Sonnenrads entsprechen.
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Jeweilige Planetenräder können Elemente sein, welche mit jeweiligen Sonnenrädern und alternativ oder zusätzlich Hohlrädern im Eingriff angeordnet sind. Jeweilige Planetenräder können eine umlaufende Achse aufweisen, mit der diese ein Sonnenrad umlaufen können. Jeweilige Planetenräder können auch eine Drehachse haben, um welche diese jeweils rotieren können. Die umlaufende Achse ist dabei beabstandet zu der jeweiligen Drehachse der jeweiligen Planetenräder. Die umlaufende Achse kann koaxial zu einem Sonnenrad und alternativ oder zusätzlich Hohlrad sein. Beispielsweise kann die umlaufende Achse des ersten und des zweiten Planetenrads koaxial zur Drehachse des ersten und zweiten Hohlrads sein. Jeweilige Drehachsen der jeweiligen Planetenräder können parallel zur jeweils umlaufenden Achse sein. Jeweilige Drehachsen der jeweiligen Planetenräder können deren Längsachsen entsprechen. Die jeweiligen Planetenräder können an ihrem Außenumfang wenigstens bereichsweise Elemente für eine Wirkverbindung mit anderen Elementen von Planetenbaugruppen aufweisen, wie beispielsweise eine Verzahnung.
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Jeweilige Hohlräder können Elemente sein, an denen radial innen jeweilige Planetenräder oder Stufenplanetenräder umlaufen können. Jeweilige Hohlräder können eine zentrale Drehachse haben, welche beispielsweise mit einer Drehachse eines Sonnenrads koaxial ist. Beispielsweise können die Drehachsen des ersten und des zweiten Hohlrads koaxial zur Drehachse des Sonnenrads der Stufenplanetenbaugruppe sein. Die jeweiligen Hohlräder können als Gehäuseelement des Stirnraddifferentials ausgebildet sein. Die jeweiligen Hohlräder können an ihrem Innenumfang wenigstens bereichsweise Elemente für eine Wirkverbindung mit anderen Elementen von Planetenbaugruppen aufweisen, wie beispielsweise eine Verzahnung.
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Die Begriffe „erster“ und „zweiter“ bei Elementen der beiden Planetenbaugruppen dienen zur Unterscheidung und Zuordnung zu den beiden Planetenbaugruppen. Diese Begriffe können also auch als namentliche Zuordnung verstanden werden.
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Der Stufenplanetenträger kann einem Planetenträger in einer Planetenbaugruppe wenigstens funktional entsprechen. Es kann sich also um eine Bezeichnung des Planetenträgers der Stufenplanetenbaugruppe handeln, um dessen Zuordnung zu erleichtern. Die jeweiligen Planetenträger, inklusive des Stufenplanetenträgers, können jeweils ein Element sein, welches ebenfalls eine Längsachse aufweist. Die Längsachse des jeweiligen Planetenträger kann zentral sein. Die Längsachse des jeweiligen Planetenträgers kann einer Drehachse des jeweiligen Planetenträgers entsprechen. Die Drehachse des jeweiligen Planetenträgers kann koaxial zu der Drehachse des Sonnenrads angeordnet sein. Die jeweiligen Planetenträger können Lagerzapfen aufweisen, welche jeweils wenigstens zu einem an dem Planetenträger angeordneten Planetenrad bzw. Stufenplanetenrad korrespondieren können. Jeweilige Planetenräder können an jeweiligen Lagerzapfen des Planetenträgers gelagert sein. Die Lagerzapfen können dabei drehbar an einem Stegelement des Planetenträgers gelagert sein. Alternativ können die Planetenräder beispielsweise drehbar an dem jeweils zugeordneten Lagerzapfen gelagert sein, welche starr mit dem Stegelement verbunden sind.
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Die erste Planetenbaugruppe kann auch eine Vielzahl von ersten Planetenrädern aufweisen. Die zweite Planetenbaugruppe kann auch eine Vielzahl von zweiten Planetenrädern aufweisen. Die Stufenplanetenbaugruppe kann auch eine Vielzahl von ersten und zweiten Stufenplanetenrädern aufweisen. Beispielsweise kann jede Planetenbaugruppe jeweils drei oder vier Planetenräder aufweisen. Beispielsweise kann jede Stufenplanetenbaugruppe jeweils drei oder vier erste Stufenplanetenräder und drei oder vier zweite Stufenplanetenräder aufweisen. Die Planetenräder der jeweiligen Planetenbaugruppen und auch die Stufenplanetenräder der Stufenplanetenbaugruppe können symmetrisch über den Umfang angeordnet sein. Die Planetenräder der jeweiligen Planetenbaugruppen und auch die Stufenplanetenräder der Stufenplanetenbaugruppe können mit demselben radialen Abstand zu der jeweiligen umlaufenden Achse der Planetenbaugruppe bzw. Stufenplanetenbaugruppe angeordnet sein. Alle Planetenräder einer Planetenbaugruppe und auch die Stufenplanetenräder der Stufenplanetenbaugruppe können gemeinsam an einem einzigen Planetenträger gelagert sein.
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Jeweilige Merkmale und Eigenschaften, welche nur für ein Planetenrad einer Planetenbaugruppe bzw. ein Stufenplanetenrad einer Stufenplanetenbaugruppe beschrieben sind, können gleichermaßen auch für alle entsprechenden Planetenräder einer Planetenbaugruppe bzw. Stufenplanetenräder einer Stufenplanetenbaugruppe gelten, bei welcher mehrere Planetenräder bzw. Stufenplanetenräder vorgesehen sind.
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Die jeweiligen ersten Planetenräder können paarweise mit jeweiligen zweiten Planetenrädern mechanisch wirkverbunden sein. Beispielsweise kann jedes erste Planetenrad mit genau einem korrespondierenden zweiten Planetenrad mechanisch wirkverbunden sein. Beispielsweise können sich die jeweiligen ersten Planetenräder der ersten Planetenbaugruppe in paarweisem Zahneingriff mit den jeweiligen zweiten Planetenrädern der zweiten Planetenbaugruppe befinden.
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Die beiden Stufenplanetenräder können von der Bauweise jeweils für sich genommen einem Planetenrad entsprechen. Beispielsweise kann es sich um Drehelemente mit Außenverzahnung handeln. Die Stufenplanetenräder sind vorzugsweise drehfest miteinander verbunden. In axialer Richtung können die beiden Stufenplanetenräder hintereinander, insbesondere miteinander kontaktiert, angeordnet sein. Die beiden Stufenplanetenräder können einstückig als gemeinsames Stufenplanetenrad mit zwei Stufen ausgebildet sein. Die beiden Stufen können unterschiedliche Wirkdurchmesser aufweisen. Jeder Stufe kann eine Verzahnung an deren Außenumfang zugeordnet sein. Beispielweise kann eine Stufe eine Außenverzahnung mit einem größeren Durchmesser als eine andere Stufe aufweisen. Die beiden Stufenplanetenräder können beispielsweise auf dem gleichen Lagerbolzen an dem Stufenplanetenträger gelagert sein. Beispielsweise kann die umlaufende Achse der beiden Stufenplanetenräder koaxial zur Drehachse des Sonnenrads und des Hohlrads der Stufenplanetenbaugruppe sein. Eine Stufenplanetenbaugruppe kann, abgesehen von den vorgesehenen Stufenplanetenrädern, einem Planetenradsatz entsprechen.
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Sind zwei Elemente mechanisch wirkverbunden, so sind diese unmittelbar oder mittelbar derart miteinander gekoppelt, wobei eine Bewegung des einen Elements eine Reaktion des anderen Elements bewirkt. Insbesondere kann eine Rotation eines Elements eine Rotation des damit wirkverbundenen Elements bewirken. Zwischen den Elementen können dabei weitere Elemente vorgesehen sein. Die Wirkverbindung kann aber auch frei von weiteren Elementen sein. Das so gestaltete Stirnraddifferential hat besonders wenige Teile und einen besonders hohen Wirkungsgrad. Eine mechanische Wirkverbindung kann beispielsweise durch einen Reibschluss oder einen Formschluss bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die mechanische Wirkverbindung zwischen zwei Elementen durch einen Zahneingriff gebildet sein. Dafür können diese beiden Elemente korrespondierende Verzahnungen aufweisen. Die mechanischen Wirkverbindungen können jeweils als Verzahnungseingriffe ausgebildet sein. Dies ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad.
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Das Stirnraddifferential kann eine Übersetzung zwischen einem Eingangsdrehmoment, anliegend über die Stufenplanetenbaugruppe, und einer Summe eines Ausgangsdrehmoments, anliegend an den beiden Hohlrädern, bereitstellen. Entsprechend kann auch eine Übersetzung zwischen einer Eingangsdrehzahl und jeweiligen Ausgangsdrehzahlen bereitgestellt werden. Die Übersetzung kann dabei unveränderlich sein. Das Stirnraddifferential weist beispielsweise eine negative Übersetzung zwischen den beiden Hohlrädern auf. Bei der Getriebeanordnung wird in dem Stirnraddifferential von den jeweiligen Planetenrädern die Eingangsleistung von der Stufenplanetenbaugruppe an zwei Hohlräder übertragen. Die Eingangsleistung wird also nicht an jeweilige Sonnenräder im Stirnraddifferential übertragen, wobei beispielsweise das Stirnraddifferential frei von Sonnenrädern sein kann. Dadurch kann auch in der Getriebeanordnung eine Übersetzung mit einem hohen Betrag, insbesondere eine Untersetzung, bereitgestellt werden. Mit den Hohlrädern kann das Stirnraddifferential wenigstens teilweise gekapselt werden, sodass eine Kapselung insgesamt weniger aufwendig sein kann. Zudem können Hohlräder konstruktiv einfach an jeweiligen Planetenträgern abgestützt und gelagert werden. Beispielsweise ist das Stirnraddifferential frei von Sonnenrädern.
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Die Festsetzung eines Elements kann bedeuten, dass eine Bewegung eines damit wirkverbundenen Elements keine Bewegung des festgesetzten Elements als Reaktion bewirkt. Wenn ein Element eine Drehachse aufweist, kann dieses drehbar um diese Drehachse in dem Stirnraddifferential angeordnet sein, sofern das Element nicht als festgesetzt beschrieben ist oder zur Festsetzung entsprechend mit einem anderen Element, wie einem Gehäuse oder einem Rahmen eines Fahrzeugs, verbunden ist.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass das Sonnenrad der Stufenplanetenbaugruppe als Antriebselement ausgebildet ist, das erste Hohlrad als erstes Abtriebselement ausgebildet ist und das zweite Hohlrad als zweites Abtriebselement ausgebildet ist.
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Das Antriebselement kann dazu ausgebildet sein, mittels eines Motors angetrieben zu werden. Das Antreiben des Antriebselements kann beispielsweise eine Rotation des Antriebselements um seine Längsachse bewirken. Das Antriebselement kann für eine direkte oder indirekte Kopplung mit dem Motor ausgebildet sein. Bei einer direkten Kopplung kann das Antriebselement einstückig mit einer Welle des Motors ausgebildet sein oder mit dieser Welle dauerhaft verbunden sein. Bei einer indirekten Kopplung kann das Antriebselement mit der Welle des Motors über eine Kupplung und alternativ oder zusätzlich ein Getriebe verbunden sein.
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Die jeweiligen Abtriebselemente können dazu ausgebildet sein, jeweils ein Rad eines Antriebssystems anzutreiben. Beispielsweise kann mit dem ersten Abtriebselement ein linkes Fahrzeugrad und mit dem zweiten Abtriebselement ein rechtes Fahrzeugrad eines Kraftfahrzeugs rotiert werden. Die jeweiligen Abtriebselemente können dabei für eine direkte oder indirekte Kopplung mit den jeweiligen Rädern ausgebildet sein. Beispielsweise können die jeweiligen Antriebselemente als Antriebsachse ausgebildet sein, an der die jeweiligen Räder direkt befestigt sind. Eine Eingangsleistung an dem Antriebselement wird durch das Stirnraddifferential aufgeteilt an die beiden Abtriebselemente abgegeben.
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Das Antriebselement kann eine Drehachse aufweisen. Die beiden Abtriebselemente können jeweils eine Drehachse aufweisen. Die Drehachsen des Antriebselements und der beiden Abtriebselemente können koaxial sein. Die Elemente der Planetenbaugruppen und der Stufenplanetenbaugruppe können achsparallel zueinander angeordnet sein. Dies kann eine Gestaltung eines Antriebssystems und den Aufbau des Stirnraddifferentials vereinfachen.
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Das Sonnenrad der Stufenplanetenbaugruppe kann eine innen hohle Welle aufweist, in welcher eines der beiden Abtriebselemente oder eine damit verbundene Abtriebswelle angeordnet ist. Damit kann eine Getriebeanordnung bereitgestellt werden, welches auch einen Abtrieb auf der Seite eines Motors und einer Antriebswelle ermöglicht. Die Getriebeanordnung ist so beispielsweise auch für einen Quereinbau in einem Kraftfahrzeug für eine Antriebsleistungsverteilung auf eine linke und eine rechte Antriebsachse gut geeignet. Die innen hohle Welle kann beispielsweise eine mittig axial verlaufende Durchgangsöffnung aufweisen.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass die Getriebeanordnung ein Deckelelement aufweist, an welchem zumindest eines von dem ersten Hohlrad und dem zweiten Hohlrad gelagert ist. Das Deckelelement kann drehfest mit dem Stufenplanetenträger und dem Planetenträger des Stirnraddifferentials verbunden sein. Durch das Deckelelement kann das zugeordnete Hohlrad mit geringem Aufwand und platzsparend gelagert werden. Zudem kann das Deckelelement das Stirnraddifferential zumindest teilweise kapseln. Das Deckelelement kann auch als Teil des Planetenträgers verstanden werden, insbesondere des Planetenträgers des Stirnraddifferentials. Das Deckelelement kann ein Strukturbauteil sein, welches beispielsweise wenigstens teilweise topfförmig ist.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass das Deckelelement, der Stufenplanetenträger und der Planetenträger des Stirnraddifferentials durch eine durchgehende Verschraubung aneinander fixiert sind. Die Verschraubung ist bevorzugt axial durchgehend angeordnet. Durch die Verschraubung kann die Montage der Getriebeanordnung besonders einfach sein. Außerdem kann die Anzahl von notwendigen Schraubverbindungen besonders gering sein. Eine Verschraubung kann eine Verbindung mit wenigstens einer Schraube sein. Eine Schraubverbindung kann im Betrieb fest aber zu Wartungszwecken lösbar sein. Durchgehend kann hier bedeuten, dass die Verschraubung wenigstens mit den drei Teilen wirkverbunden ist. Wenigstens das axial mittig angeordnete der drei Elemente kann eine Durchgangsöffnung aufweisen, durch welche die Verschraubung durchgeführt ist. Wenigstens eines der axial endseitig angeordneten Elemente kann eine Sacklochbohrung mit Innengewinde als Teil der Verschraubung aufweisen.
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Die Verschraubung kann auch eine Schraube aufweisen, welche durch eine koaxiale Durchgangsöffnung in allen drei Elementen geführt ist und mit einer Mutter verschraubt ist. Jede Schraube der Verschraubung kann jeweils alle drei Elemente miteinander verbinden. Die Verschraubung kann mehrere voneinander beabstandete Schrauben aufweisen. Das axial mittige Element kann durch die Verschraubung zwischen den axial endseitigen Elementen geklemmt sein. Vorzugsweise ist der Planetenträger des Stirnraddifferentials axial mittig zwischen dem Stufenplanetenträger und dem Deckelelement angeordnet. Fixiert kann bedeuten, dass die Elemente drehfest verbunden sind und axial zueinander festgelegt sind.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass der Stufenplanetenträger und der Planetenträger des Stirnraddifferentials axial verschachtelt sind. Dadurch kann die Getriebeanordnung besonders kompakt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Deckelelement mit dem Stufenplanetenträger axial verschachtelt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Deckelelement mit dem Planetenträger des Stirnraddifferentials axial verschachtelt sein. Auch dies ermöglicht eine kompakte Getriebeanordnung. Eine axiale Verschachtelung kann bedeuten, dass sich die beiden verschachtelten Elemente wenigstens bereichsweise im gleichen Axialbereich erstrecken.
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Die axiale Verschachtelung ermöglicht eine Abstützung in Umfangsrichtung. In einer weiterbildenden Ausführungsform sind wenigstens zwei von dem Planetenträger des Stirnraddifferentials, dem Stufenplanetenträger und dem Deckelelement in Umfangsrichtung aneinander abgestützt. Eine Abstützung in Umfangsrichtung kann bedeuten, dass zwei in Umfangsrichtung zueinander zugewandte Flächen von zwei Elementen aneinander anliegen oder im Betrieb der Getriebeanordnung anliegen können. Der Stufenplanetenträger kann an dem Planetenträger des Stirnraddifferentials in Umfangsrichtung abgestützt sein. Das Deckelelement kann an dem Planetenträger des Stirnraddifferentials in Umfangsrichtung abgestützt sein. Das Deckelelement kann an dem Stufenplanetenträger in Umfangsrichtung abgestützt sein. Durch die Abstützung in Umfangsrichtung kann ein besonders geringes Spiel zwischen diesen Elementen bei gemeinsamer Rotation vorhanden sein. Dies kann von Vorteil bei einer Richtungsänderung des Antriebs sein. Zudem kann durch die Abstützung in Umfangsrichtung ein Synergieeffekt mit der durchgehenden Verschraubung entstehen, da diese entlastet wird. Insbesondere kann ein axial mittiges Element weniger stark geklemmt werden. Insgesamt wird eine Verbindung zwischen den drei Elementen weniger stark beim Betrieb der Getriebeanordnung belastet.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass die mechanischen Wirkverbindungen als permanente mechanische Wirkverbindungen ausgebildet sind. Die Getriebeanordnung kann frei von Schaltelementen sein. Es ergibt sich eine kompakte, einfache und kostengünstige Getriebeanordnung. Unter einer permanenten Wirkverbindung zweier Elemente wird eine Verbindung verstanden, bei welcher die beiden Elemente zu allen bestimmungsgemäßen Zuständen der Getriebeanordnung starr miteinander gekoppelt sind. Bei einer permanent drehfesten Verbindung von zwei Elementen können die Elemente direkt und unmittelbar miteinander verbunden sein, ohne dass weitere Funktionsgruppen, wie beispielsweise Schaltelemente, zwischen diesen vorgesehen sind. Lediglich ein Verbindungsmittel zum Ausbilden der starren Kopplung zwischen den Elementen kann vorgesehen sein. Ein solches Verbindungsmittel können beispielsweise jeweilige Elemente einer korrespondierenden Verzahnung sein. Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen des Getriebes vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent miteinander wirkverbunden.
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Dabei ist es vorgesehen, dass zumindest eines von dem ersten Hohlrad und dem zweiten Hohlrad an dem Stufenplanetenträger gelagert ist. Beispielsweise handelt es sich um das Hohlrad, welches nicht an dem Deckelelement gelagert ist. Durch die Lagerung an dem Stufenplanetenträger kann die Getriebeanordnung stärker verschachtelt werden und auf zusätzliche Bauteile zur Lagerung dieses Hohlrads verzichtet werden. Zudem kann der Stufenplanetenträger so eine wenigstens teilweise Kapselung für das Stirnraddifferential bereitstellen.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass das erste Planetenrad einen ersten Axialbereich und einen zweiten Axialbereich aufweist. Der erste Axialbereich kann mit dem ersten Hohlrad mechanisch wirkverbunden sein und der zweite Axialbereich kann mit dem zweiten Planetenrad mechanisch wirkverbunden sein. Beispielsweise kann das erste Planetenrad außenseitig eine Verzahnung aufweisen, bei welcher der erste Axialbereich mit dem ersten Hohlrad kämmt und der zweite Axialbereich mit dem zweiten Planetenrad. Dadurch kann auf zusätzliche Wirkverbindungselemente verzichtet werden und die Getriebeanordnung besonders kompakt sein. Beispielsweise weisen der erste Axialbereich und der zweite Axialbereich keine Überlappung auf. Die beiden Axialbereiche können also unterschiedlich sein.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass das zweite Planetenrad einen ersten Axialbereich und einen zweiten Axialbereich aufweist. Der erste Axialbereich kann mit dem zweiten Hohlrad mechanisch wirkverbunden sein und der zweite Axialbereich kann mit dem ersten Planetenrad mechanisch wirkverbunden ist. Beispielsweise kann das zweite Planetenrad außenseitig eine Verzahnung aufweisen, bei welcher der erste Axialbereich mit dem zweiten Hohlrad kämmt und der zweite Axialbereich mit dem ersten Planetenrad. Dadurch kann auf zusätzliche Wirkverbindungselemente verzichtet werden und die Getriebeanordnung besonders kompakt sein. Beispielsweise weisen der erste Axialbereich und der zweite Axialbereich keine Überlappung auf. Die beiden Axialbereiche können also unterschiedlich sein. Die jeweiligen zweiten Axialbereiche des ersten und des zweiten Planetenrads überlappen sich beispielsweise. Die jeweiligen zweiten Axialbereiche des ersten und des zweiten Planetenrads können einen identischen Axialbereich einnehmen.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass ein Wirkdurchmesser des ersten Planetenrads einem Wirkdurchmesser des zweiten Planetenrads entspricht. Dies ermöglicht konstruktiv einfach eine gleiche Drehmomentaufteilung auf beide Abtriebselemente, beispielsweise bei einer Geradeausfahrt eines Kraftfahrzeugs. Der jeweilige Wirkdurchmesser kann ein Hebelarm einer mechanischen Wirkverbindung sein. Beispielsweise kann der Wirkdurchmesser Wälzpunkt zwischen den Zähnen eines Zahneingriffs entsprechen. Der Wirkdurchmesser des ersten Planetenrads kann identisch zu einem Wirkdurchmesser des zweiten Planetenrads sein. Der tatsächliche Radius einer radial äußeren Kante der Planetenräder kann sich aber unterscheiden. Die jeweiligen ersten und zweiten Planetenräder können auch identisch ausgebildet sein. Damit können viele Gleichteile bei der Getriebeanordnung genutzt werden, wodurch dieses sehr kostengünstig sein kann.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass ein Wirkdurchmesser des ersten Stufenplanetenrads größer ist als ein Wirkdurchmesser des zweiten Stufenplanetenrads. Dadurch wird kompakt eine große Untersetzung ermöglicht.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass ein Wirkdurchmesser des ersten Hohlrads einem Wirkdurchmesser des zweiten Hohlrads entspricht. Dies ermöglicht konstruktiv einfach eine gleiche Drehmomentaufteilung auf beide Abtriebselemente, beispielsweise bei einer Geradeausfahrt eines Kraftfahrzeugs. Der Wirkdurchmesser des ersten Hohlrads kann identisch zu einem Wirkdurchmesser des zweiten Hohlrads sein. Der tatsächliche Radius einer radial äußeren Kante der Planetenräder kann sich aber unterscheiden. Das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad können auch identisch ausgebildet sein. Damit können viele Gleichteile bei der Getriebeanordnung genutzt werden, wodurch dieses sehr kostengünstig sein kann. Das Hohlrad der Stufenplanetenbaugruppe kann radial außen zu dem ersten Hohlrad und dem zweiten Hohlrad angeordnet sein. Dadurch kann eine Kapselung durch das Hohlrad der Stufenplanetenbaugruppe bereitgestellt werden. Der Wirkdurchmesser des Hohlrads der Stufenplanetenbaugruppe kann größer sein als der Wirkdurchmesser des ersten Hohlrads und des zweiten Hohlrads.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass der erste Stufenplanet und der zweite Stufenplanet radial weiter außen als das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad angeordnet sind. Dadurch kann die Getriebeanordnung axial sehr kurzbauend ausgebildet sein. Radial weiter außen angeordnet bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Drehachse radial weiter außen angeordnet ist. Radial weiter außen kann auf eine Symmetrieachse der Getriebeanordnung, eine zentrale Drehachse oder eine umlaufende Achse bezogen sein.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich können das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad auf dem gleichen Umfang angeordnet sein. Dadurch ist eine sehr kompakte Bauweise der Getriebeanordnung möglich. In Umfangsrichtung versetzt kann eine wenigstens teilweise radiale Überlappung ermöglichen. Radiale Überlappung kann bedeuten, dass zwei Elemente zumindest abschnittsweise in einem gleichen Radialbereich des Stirnraddifferentials angeordnet sind. Die Anordnung auf dem gleichen Umfang kann bedeuten, dass ein radialer Abstand zu jeweiligen Drehachsen zu der Symmetrieachse der Getriebeanordnung, der zentralen Drehachse oder der umlaufenden Achse gleich ist.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass das Stirnraddifferential eine Sperrfunktion zum zumindest teilweisen Unterbinden der Differentialfunktion aufweist. Die Differentialfunktion kann als das Bereitstellen von unterschiedlichen Drehzahlen an dem ersten und dem zweiten Abtriebselement definiert sein. Die Sperrfunktion kann blockieren, dass das Stirnraddifferential Drehzahlunterschiede zwischen den Abtriebselementen ermöglicht. Beide Abtriebselemente drehen sich dann bei aktivierter Sperrfunktion mit gleicher Drehzahl. Dies erhöht eine Geländegängigkeit des Fahrzeugs und kann bei Vorliegen von Schlupf an den Rädern des Fahrzeugs von Vorteil sein. Die aktivierte Sperrfunktion kann solche Drehzahlunterschiede auch nur reduzieren, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt. Für die Sperrfunktion können Reibflächen zwischen den Abtriebselementen bzw. dem ersten und dem zweiten Hohlrad vorgesehen sein. Für die Sperrfunktion können alternativ oder zusätzlich Reibflächen zwischen dem ersten oder dem zweiten Hohlrad und dem Planetenträger des Stirnraddifferentials vorgesehen sein. Die Reibflächen können beispielsweise steuerbar gegeneinandergedrückt werden. Für die Sperrfunktion können auch Lamellen vorgesehen sein.
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Die Getriebeanordnung kann für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein. In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung können die Planetenbaugruppen und alternativ oder zusätzlich die Stufenplanetenbaugruppe keine weiteren Elemente aufweisen. In einer weiterbildenden Ausführungsform der Getriebeanordnung kann es vorgesehen sein, dass alle verschiedenen Elemente, die nicht als gemeinsam ausgebildet beschrieben sind, als separate Elemente ausgebildet sind.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Antriebssystem mit einer Getriebeanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen koaxial zu dem Sonnenrad der Stufenplanetenbaugruppe angeordneten Motor, wobei ein Rotor des Motors mit dem Sonnenrad der Stufenplanetenbaugruppe mechanisch wirkverbunden ist.
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Weitere Merkmale ergeben sich in den Ansprüchen, aus dem Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in dem Ausführungsbeispiel genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar. Die sich aus den jeweiligen Aspekten ergebenden Merkmale und Vorteile stellen auch jeweilige Merkmale und Vorteile anderer Aspekte dar.
- 1 veranschaulicht in einer schematischen Schnittansicht eine Ausführungsform einer Getriebeanordnung.
- 2 veranschaulicht in einer schematischen Querschnittsansicht die Getriebeanordnung gemäß 1.
- 3 veranschaulicht in einer schematischen Explosionsansicht die Getriebeanordnung gemäß 1.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Getriebeanordnung 10 mit einem Stirnraddifferential 14 und mit einer Stufenplanetenbaugruppe 12. Die Stufenplanetenbaugruppe 12 weist ein Sonnenrad 16, wenigstens ein erstes Stufenplanetenrad 18, wenigstens ein zweites Stufenplanetenrad 20, einen Stufenplanetenträger 22 und ein Hohlrad 24 auf. In der schematischen Querschnittsansicht von 2 ist dabei zu erkennen, dass die Stufenplanetenbaugruppe 12 drei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete symmetrisch angeordnete erste Stufenplanetenräder 18 und zweite Stufenplanetenräder 20 aufweist. Die jeweiligen ersten und zweiten Stufenplanetenräder 18, 20 sind drehbar an dem Stufenplanetenträger 22 gelagert. In der schematischen Explosionsansicht gemäß 3 ist zu erkennen, dass jeweils ein erstes und ein zweites Stufenplanetenrad 18, 20 paarweise aneinander fixiert sind und auf einem gemeinsamen Lagerbolzen drehbar gelagert sind.
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Das Sonnenrad 16 weist eine innen hohle Welle auf, welche drehfest mit einem Rotor 26 eines Motors 28 verbunden ist. Das Sonnenrad ist somit als Antriebselement ausgebildet, mittels welchem ein Eingangsdrehmoment in die Getriebeanordnung 10 eingeleitet wird.
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Das Sonnenrad 16 ist mit den jeweiligen ersten Stufenplanetenrädern 18 mechanisch über eine Verzahnung wirkverbunden. Durch eine Rotation des Sonnenrads 16 um eine zentrale Drehachse 30 der Getriebeanordnung 10, angetrieben durch den Motor 28, werden folglich auch die jeweiligen ersten Stufenplanetenräder 18 in Rotation versetzt. Diese Rotation wird an die jeweiligen zweiten Stufenplanetenräder 20 übertragen, da diese an den jeweiligen ersten Stufenplanetenrädern 18 fixiert sind. Die jeweiligen zweiten Stufenplanetenräder 20 sind mechanisch über eine Verzahnung mit dem Hohlrad 24 der Stufenplanetenbaugruppe 12 verbunden. Das Hohlrad 24 der Stufenplanetenbaugruppe 12 ist festgesetzt. Dadurch umlaufen die jeweiligen ersten Stufenplanetenräder 18 und die jeweiligen zweiten Stufenplanetenräder 20 das Sonnenrad 16 und rotieren folglich um die Drehachse 30. Entsprechend wird der Stufenplanetenträger 22 ebenfalls in eine Rotation um die Drehachse 30 versetzt.
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Das Stirnraddifferential 14 weist einen Planetenträger 32 auf, eine erste Planetenbaugruppe mit einem ersten Hohlrad 34 und mit wenigstens einem ersten Planetenrad 36 und eine zweite Planetenbaugruppe mit einem zweiten Hohlrad 38 und mit wenigstens einem zweiten Planetenrad 40. Wie in 2 zu erkennen ist weisen die beiden Planetenbaugruppen jeweils drei Planetenräder 36, 40 auf, welche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet symmetrisch angeordnet sind. Jeweils ein erstes Planetenrad 36 und ein zweites Planetenrad 40 sind mechanisch über eine Verzahnung miteinander wirkverbunden. Die jeweiligen ersten Planetenräder 36 sind mit dem ersten Hohlrad 34 mechanisch über eine Verzahnung wirkverbunden. Die jeweiligen zweiten Planetenräder 49 sind mit dem zweiten Hohlrad 38 mechanisch über eine Verzahnung wirkverbunden. Das zweite Hohlrad 38 ist als zweites Abtriebselement ausgebildet und treibt ein linkes Fahrzeugrad an. Das erste Hohlrad 34 ist als erstes Abtriebselement ausgebildet und ist durch das Sonnenrad 16 und den Rotor 26 geführt. Durch das erste Hohlrad 34 wird so ein rechtes Fahrzeugrad angetrieben.
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Der Planetenträger 32 des Stirnraddifferentials ist drehfest mit dem Stufenplanetenträger 22 verbunden, womit die Eingangsleistung an das Stirnraddifferential 14 geleitet wird. Die Rotation des Stufenplanetenträgers 22 bewirkt also auch eine Rotation des Planetenträgers 32. Entsprechend wird ein Eingangsdrehmoment von der Stufenplanetenbaugruppe 12 an das Stirnraddifferential 14 geleitet.
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In 2 ist zu erkennen, dass die jeweiligen ersten Planetenräder 36 und die jeweiligen zweiten Planetenräder 40 auf dem gleichen Umfang bezüglich der Drehachse 30 angeordnet sind. Die jeweiligen ersten Planetenräder 36 und die jeweiligen zweiten Planetenräder 40 sind vorliegend als Gleichteile ausgebildet. In axialer Richtung weisen die jeweiligen ersten Planetenräder 36 und die jeweiligen zweiten Planetenräder 40 einen ersten Axialbereich auf, welcher mit dem mechanisch wirkverbundenen ersten Hohlrad 34 bzw. zweiten Hohlrad 38 kämmt. In einem zweiten Axialbereich kämmen die ersten Planetenräder 36 und die zweiten Planetenräder 40 miteinander. Das erste Hohlrad 34 und das zweite Hohlrad 38 haben den gleichen Wirkdurchmesser und sind vorliegend als Gleichteile ausgebildet. Die jeweiligen ersten Stufenplanetenräder 18 und die jeweiligen zweiten Stufenplanetenräder 20 sind radial außen zu den beiden Hohlrädern 34, 38 und den jeweiligen ersten und zweiten Planetenrädern 36, 40 angeordnet. Entsprechend ist die gezeigte wenigstens teilweise Anordnung im gleichen Axialbereich möglich.
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In 3 ist ein beispielhafter räumlicher Aufbau der Getriebeanordnung 10 gezeigt. Der dort gezeigte Stufenplanetenträger 22 weist ein erstes Stufenplanetenträgerelement 42 und ein zweites Stufenplanetenträgerelement 44 auf, zwischen denen in Ausnehmungen die jeweiligen Stufenplanetenräder 18, 20 gelagert sind. Die Ausnehmungen werden in dem zweiten Stufenplanetenträgerelement 44 durch Vorsprünge 46 gebildet, welche in Richtung des Stirnraddifferentials 14 axial vorstehen. An diesen Vorsprüngen 46 ist der Planetenträger 32 des Stirnraddifferentials 14 in Umfangsrichtung abgestützt und mit dem Stufenplanetenträger 22 verschachtelt. An einem Innenumfang, insbesondere an den Vorsprüngen 46, ist das erste Hohlrad 34 gelagert.
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Weiterhin weist die Getriebeanordnung 10 ein Deckelelement 48 auf, welches ebenfalls an den Vorsprüngen 46 in Umfangsrichtung abgestützt ist und mit dem Stufenplanetenträger 22 verschachtelt ist. An einem Innenumfang des Deckelelements 48 ist das zweite Hohlrad 38 gelagert. In einer weiterbildenden Ausführungsform kann das zweite Hohlrad 38 alternativ oder zusätzlich auch an den Vorsprüngen 46 gelagert sein.
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Das Deckelelement 48, der Planetenträger 32 des Stirnraddifferentials 14 und der Stufenplanetenträger 22 sind durch eine durchgehende Verschraubung miteinander fixiert. Zu diesem Zweck weisen diese Elemente koaxiale Bohrungen auf, in der jeweilige Schrauben 50 angeordnet sind. In einer weiterbildenden Ausführungsform sind die Schrauben 50 als Passschrauben ausgebildet. In einer weiterbildenden Ausführungsform fixiert die Verschraubung auch die beiden Stufenplanetenträgerelemente 42, 44 miteinander, insbesondere jeweils mit den durchgehenden Schrauben 50.
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Der Planetenträger 32 weist in der gezeigten Ausführungsform ein erstes Planetenträgerelement 52 und ein zweites Planetenträgerelement 54, zwischen denen die jeweiligen Planetenräder 36, 40 gelagert sind. Diese beiden Planetenträgerelement 52, 54 sind In einer weiterbildenden Ausführungsform mittels der Verschraubung aneinander fixiert, insbesondere jeweils mit den durchgehenden Schrauben 50. Das der Stufenplanetenbaugruppe 14 zugewandte Planetenträgerelement 52 hat in der gezeigten Ausführungsform an seinem Außenumfang eine Ausnehmungen 56, in welcher jeweils die Vorsprünge 46 und alternativ oder zusätzlich die zweiten Stufenplanetenräder 20 angeordnet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Getriebeanordnung
- 12
- Stufenplanetenbaugruppe
- 14
- Stirnraddifferential
- 16
- Sonnenrad
- 18
- erstes Stufenplanetenrad
- 20
- zweites Stufenplanetenrad
- 22
- Stufenplanetenträger
- 24
- Hohlrad der Stufenplanetenbaugruppe
- 26
- Rotor
- 28
- Motor
- 30
- zentrale Drehachse
- 32
- Planetenträger des Stirnraddifferentials
- 34
- erstes Hohlrad
- 36
- erstes Planetenrad
- 38
- zweites Hohlrad
- 40
- zweites Planetenrad
- 42
- erstes Stufenplanetenträgerelement
- 44
- zweites Stufenplanetenträgerelement
- 46
- Vorsprung
- 48
- Deckelelement
- 50
- Schraube
- 52
- erstes Planetenträgerelement
- 54
- zweites Planetenträgerelement
- 56
- Ausnehmung
