DE102021203418A1

DE102021203418A1 - Getriebe für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021203418A1
Application number: DE102021203418.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Brehmer; Oliver BAYER; Stephan Eger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2022-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (10) für ein Fahrzeug, umfassend mindestens zwei koaxial zueinander und axial beabstandete Planetenradsätze (20, 30), wobei ein erster Planetenradsatz (20) eine erste Gruppe von Planetenrädern (24) und ein zweiter Planetenradsatz (30) eine zweite Gruppe von Planetenrädern (34) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass je Planetenrad (24, 34) der ersten und zweiten Gruppe ein Befestigungselement (40) vorgesehen ist, welches zumindest teilweise durch ein Planetenrad (24) aus der ersten Gruppe und ein Planetenrad (34) aus der zweiten Gruppe hindurchgeführt ist, derart, dass es einen ersten Planetenträger (22) des ersten Planetenradsatzes (20) mit einem zweiten Planetenträger (32) des zweiten Planetenradsatzes (30) drehfest verbindet. Die Erfindung betrifft ferner einen Elektroantrieb und ein Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Fahrzeug umfassend mindestens zwei koaxial zueinander und axial beabstandete Planetenradsätze, wobei ein erster Planetenradsatz eine erste Gruppe von Planetenrädern und ein zweiter Planetenradsatz eine zweite Gruppe von Planetenrädern aufweist. Die Erfindung betrifft ferner einen Elektroantrieb sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe bzw. einem solchen Elektroantrieb
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein alternatives Getriebe für ein Fahrzeug, einen Elektroantrieb mit einem solchen Getriebe sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe bzw. Elektroantrieb bereitzustellen. Insbesondere soll ein mehrgängiges Getriebe bereitgestellt werden, das die Anbindung einer hochdrehenden Elektromaschine ermöglicht und zugleich axial kompakt baut.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein eingangs genanntes Getriebe gelöst, wobei sich das Getriebe dadurch auszeichnet, dass je Planetenrad der ersten und zweiten Gruppe ein Befestigungselement vorgesehen ist, welches zumindest teilweise durch ein Planetenrad aus der ersten Gruppe und ein Planetenrad aus der zweiten Gruppe hindurchgeführt ist, derart, dass es den ersten Planetenträger mit dem zweiten Planetenträger drehfest verbindet. Das Befestigungselement kann beispielsweise ein Bolzen sein.
Bei diesem Getriebe ist die Anzahl der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes stets gleich der Anzahl der Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes, wobei je Planetenrad der ersten und zweiten Gruppe stets genau ein Befestigungselement vorgesehen ist, das koaxial zu diesen Planetenrädern angeordnet ist. Anders ausgedrückt, bedeutet dies, dass je ein Planetenrad der ersten Gruppe und je ein Planetenrad der zweiten Gruppe dieselbe Drehachse aufweisen. Es ist zweckmäßig, dass mindestens zwei Planetenräder je Planetenträger vorgesehen sind. Bevorzugt sind jeweils drei oder vier Planetenräder je Planetenträger vorgesehen.
Anders als bei einer Konfiguration als Stufenplanet, sind Planetenräder der ersten Gruppe nicht mit Planetenrädern der zweiten Gruppe drehfest verbunden, sodass die Planetenräder der ersten Gruppe und die Planetenräder der zweiten Gruppe eine unterschiedlich große Drehzahl aufweisen können.
Es hat sich herausgestellt, dass bei einem solchen Getriebe auf bekannte Planetenradsätze zurückgegriffen werden, jedoch aber auf den sogenannten Mittelsteg verzichtet werden kann. Ein solches Getriebe baut daher axial besonders kompakt. Insbesondere ist es möglich, die Planetenträger mittels lediglich eines einzigen Lagers zu lagern. Anders als im Stand der Technik, wonach je Planetenträger ein separates Lager zu dessen Lagerung vorgesehen ist.
Zudem ist das erfindungsgemäße Getriebe äußerst drehzahlrobust. So können durch die Anbindung der Elektromaschine an die Eingangswelle zum einen sehr geringe Hohlrad- und Planetenraddrehzahlen ermöglicht werden, während die Sonnenräder sehr hohe Drehzahlen aufweisen dürfen. Geringe Hohlraddrehzahlen verringern Schleppmomente und Taumeln. Geringe Planetenraddrehzahlen verringern Lagerverluste und wirken sich positiv auf die Akustik aus. Ein einziges Lager ist insbesondere deswegen sehr gut realisierbar, weil vergleichsweise geringe Differenzdrehzahlen an den Planetenrädern anliegen. Ein solches Lager kann insbesondere an einer dem anderen der beiden Planetenradsätze abgewandt liegenden Stirnseite des einen Planetenradsatzes angeordnet sein.
Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements hergestellt wird. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird. Der Begriff „Welle“ schließt dabei nicht aus, dass die zu verbindenden Komponenten einteilig ausgeführt sein können. Bei Komponenten des Getriebes, die erst durch Betätigung eines jeweiligen Schaltelements drehfest miteinander verbunden werden, wird eine Verbindung ebenfalls bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht.
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.
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. Ist ein Element einer Getriebekomponente, wie beispielsweise ein Element eines Planetenradsatzes permanent oder mittels eines Schaltelements temporär an einem drehfesten Bauteil festgesetzt, so ist es permanent bzw. temporär an einer Drehbewegung gehindert.
Bei dem Getriebe ist es bevorzugt, wenn ein jeweiliges Planetenrad an zumindest einem Lagerelement aufgenommen ist, das radial zwischen dem jeweiligen Planetenrad und dem Befestigungselement angeordnet ist. Bei dem Lagerelement kann es sich beispielsweise um ein Nadellager handeln, an welchem ein jeweiliges Planetenrad aufgenommen ist. Es ist zweckmäßig, wenn sich das Lagerelement vollständig durch das jeweilige Planetenrad erstreckt.
Die vorstehend beschriebenen Planetenradsätze können auf unterschiedliche Weise mit weiteren Komponenten, wie Eingangswelle, Ausgangswelle, Schaltelemente und drehfestes Bauteil des Getriebes angebunden sein oder werden.
Bevorzugt ist es, wenn ein erstes Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit einem zweiten Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei beide Sonnenräder wiederum mit der Eingangswelle drehfest verbunden sind. Die drehfeste Verbindung der beiden Sonnenräder wird auch als sogenannte „Doppelsonne“ bezeichnet. Zudem sind beide Planetenträger mit der Ausgangswelle drehfest verbunden. Das erste Schaltelement ist dazu ausgebildet, ein erstes Hohlrad an einem drehfesten Bauteil festzusetzen, während hingegen das zweite Schaltelement dazu ausgebildet ist, ein zweites Hohlrad an dem drehfesten Bauteil festzusetzen. Die Eingangswelle kann beispielsweise koaxial zu den Planetenradsätzen angeordnet sein. Die Ausgangswelle kann koaxial oder achsparallel zum ersten und zweiten Planetenradsatz angeordnet sein.
Die Planetenradsätze sind insbesondere als sogenannte Minus-Planetenradsätze ausgeführt. Ein Minus-Planetenradsatz 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, d.h. in Zahneingriff stehen.
Das vorstehend beschriebene Getriebe, dass auch als ein 2-Steg-4-Wellen-Getriebe bezeichnet werden kann, ermöglicht zwei Vorwärtsgänge, wobei sich durch Schließen des ersten Schaltelements ein erster Gang und durch Schließen des zweiten Schaltelements ein zweiter Gang ergibt.
Es hat sich herausgestellt, dass das Getriebe mit dieser Anbindung der Planetenradsätze sehr einfach herzustellen ist. Insbesondere können zwei an sich aus dem Stand der Technik bekannte Minus-Planetenradsätze verwendet werden, deren Planetenträger über ein einziges Befestigungselement (je Planetenrad der ersten und zweiten Gruppe) mit einander verbunden sind. Ein solches Getriebe reduziert erheblich die Teilvielfalt und ist damit leichter und preiswerter als bisher bekannte Getriebe. Bisher bekannte Getriebe, deren Planetenträger miteinander verbunden sind, weisen für jedes Planetenrad ein separates Befestigungselement auf, womit mindestens doppelt so viele Befestigungselemente vorgesehen sind. Ein solches Getriebe weist zudem einen guten Verzahnungswirkungsgrad auf und baut zudem äußerst kompakt.
Die Schaltelemente können jeweils sowohl als Kupplung, als Bremse oder auch als schaltbarer Freilauf vorliegen. Sie können ferner jeweils entweder reibschlüssig oder formschlüssig ausgebildet sein. Zudem können jeweilige Kombinationen vorliegen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl das erste als auch das zweite Schaltelement jeweils als Bremse ausgeführt. Zwei Bremsen lassen sich sehr gut radial zwischen die Hohlräder und das Getriebegehäuse anordnen, sodass ein äußerst axial kompakt bauendes Getriebe bereitgestellt wird. Die Bremsen können form- oder reibschlüssig ausgeführt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Schaltelement formschlüssig und das zweite Schaltelement reibschlüssig ausgebildet. Eine solche Wahl ermöglicht eine unterbrechungsfreie Zug-Hochschaltung vom ersten in den zweiten Gang. Zudem verursacht eine offene Bremse weniger Schleppmomente als eine offene Kupplung. Die Verwendung einer Kupplung machen jedoch Ausrücklager erforderlich, sodass die Kupplung nicht radial zwischen Hohlrad und drehfestem Bauteil angeordnet werden kann. Diese bevorzugte Ausführungsform baut demnach weniger axial kompakt als die zuvor beschriebene Ausführungsform mit zwei radial geschachtelten Bremsen.
Das vorstehend beschriebene Getriebe, dass auch als ein 2-Steg-4-Wellen-Getriebe bezeichnet werden kann, ermöglicht zwei Vorwärtsgänge, wobei sich durch Schließen des ersten Schaltelements ein erster Gang und durch Schließen des zweiten Schaltelements ein zweiter Gang ergibt.
Es kann jedoch auch ein Getriebe mit mehr als zwei Gängen, insbesondere drei Gängen bereitgestellt werden. So ist es bevorzugt, wenn ein dritter Planetenradsatz und ein drittes Schaltelement vorgesehen sind, wobei ein drittes Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes mit der Eingangswelle drehfest verbunden ist, das dritte Schaltelement dazu ausgebildet ist, ein drittes Hohlrad an dem drehfesten Bauteil festzusetzen, und der dritte Planetenträger mindestens ein drittes Planetenrad aufweist, dass dieselbe Drehachse wie das erste und zweite Planetenrad aufweist, und das Befestigungselement ferner dazu ausgebildet ist, das dritte Planetenrad zu lagern. Durch Schließen des dritten Schaltelements kann ein dritter Gang erzeugt werden.
Anders ausgedrückt wird ein dritter Planetenradsatz auf eine sinngemäße Art und Weise wie die ersten zwei Planetenradsätze angeordnet. Der dritte Planetenradsatz ist bevorzugt als ein Minus-Planetenradsatz ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, ist eine mit der Ausgangswelle verbundene Differentialeinrichtung vorgesehen. Es ist üblich die Drehzahl der Ausgangswelle zu verringern, bevor diese in die Differentialeinrichtung eingeleitet wird. Für die Vorübersetzung ist es zweckmäßig ein Übersetzungsgetriebe, beispielsweise in der Form einer Stirnradstufe oder eines Planetengetriebes vorzusehen. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Differentialeinrichtung sowohl mit einer 2-Gang-Variante als auch mit einer 3-Gang-Variante des Getriebes Verwendung finden kann.
Bevorzugt weist die Ausgangswelle des Getriebes eine Verzahnung auf, über welche die Ausgangswelle dann im Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem achsparallel zur Ausgangswelle angeordneten Differentialeinrichtung in Wirkverbindung steht. Die Wirkverbindung kann in diesem Fall mittels einer Stirnradstufe bereitgestellt werden, wobei ein erstes Stirnrad die Verzahnung der Ausgangswelle bildet oder mit der Ausgangswelle drehfest verbunden ist, während ein zweites Stirnrad der Stirnradstufe, bevorzugt ein Eingangselement der Differentialeinrichtung, entsprechend mit der Ausgangswelle in Zahneingriff steht.
Alternativ hierzu kann es vorgesehen sein, statt einer Stirnradstufe einen zusätzlichen Planetenradsatz vorzusehen. Es ist demnach bevorzugt, wenn ein zumindest vierter Planetenradsatz mit einem vierten Sonnenrad, einem vierten Planetenträger und einem vierten Hohlrad vorgesehen ist. Ein erstes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad ist mit der Ausgangswelle drehfest verbunden. Ein zweites Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad ist mit einem Eingangselement der Differentialeinrichtung drehfest verbunden. Ein drittes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad ist an dem drehfesten Bauteil permanent festgesetzt.
Es ergeben sich drei vorteilhafte Anbindungen des zumindest vierten Planetenradsatzes an die Differentialeinrichtung: So kann das erste Element das Sonnenrad, das zweite Element der Planetenträger und das dritte Element das Hohlrad sein. In einer alternativen Anbindung kann das erste Element das Hohlrad, das zweite Element der Planetenträger und das dritte Element das Sonnenrad sein. In einer hierzu alternativen Anbindung kann das erste Element das Sonnenrad, das zweite Element das Hohlrad ist und das dritte Element der Planetenträger sein. Jede der drei Lösung bietet eine unterschiedliche Vorübersetzung für die Abtriebswellen des Fahrzeugs.
Die Stirnrad-Lösung bietet den Vorteil ein Getriebe mit einer Differentialeinrichtung bereitzustellen, das axial besonders kompakt baut. Im Gegensatz dazu, bietet die Planetenradsatz-Lösung den Vorteil ein Getriebe mit einer Differentialeinrichtung bereitzustellen, das radial besonders kompakt baut.
Ist ein zumindest vierter Planetenradsatz als Übersetzungsgetriebe vorgesehen, so ist es ferner bevorzugt, wenn eine der beiden Abtriebswellen der Differentialeinrichtung durch die hohlförmigen Sonnenräder des ersten und zweiten Planetenradsatzes und durch die hohlförmige Eingangswelle hindurchgeführt ist.
Ferner kann ein viertes Schaltelement vorgesehen sein, das dazu ausgebildet ist, ein Eingangselement der Differentialeinrichtung mit einem Ausgangselement der Differentialeinrichtung drehfest zu verbinden. Das vierte Schaltelement, das bevorzugt als eine Kupplung vorliegt, wirkt als eine Differentialsperre.
Nach einem zweiten Aspekt wird ein Elektroantrieb bereitgestellt. Der Elektroantrieb umfasst ein vorstehend beschriebenes Getriebe und eine Elektromaschine, welche mit der Eingangswelle des Getriebes in Verbindung steht. Der Rotor der Elektromaschine kann hierbei drehfest mit der Eingangswelle oder über ein Übersetzungsgetriebe mit der Eingangswelle verbunden sein. Die Elektromaschine ist koaxial oder achsparallel zur Eingangswelle angeordnet.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einem vorstehend beschriebenen Getriebe oder einem vorstehend beschriebenen Elektroantrieb bereitgestellt.
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. Insbesondere ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind fest miteinander gekoppelt. Auch eine drehelastische Verbindung zwischen zwei Bauteilen wird als fest oder drehfest verstanden. Insbesondere kann eine drehfeste Verbindung auch Gelenke beinhalten, z.B. um eine Lenkbewegung oder eine Einfederung eines Rades zu ermöglichen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges entsprechend einer ersten Ausführungsform;
2 einen Elektroantrieb mit einem Getriebe in einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;
3 einen Ausschnitt des Getriebes aus 2 in einem Schnitt;
4 den Elektroantrieb aus 2 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;
5 den Elektroantrieb aus 2 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;
6 den Elektroantrieb aus 2 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;
7 einen Elektroantrieb in einer in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;
8 verschiedene Anbindungsmöglichkeiten einer Abtriebskonstante in einer schematischen Ansicht; und
9 den Elektroantrieb aus 7 in einer in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges eines Fahrzeuges 100 entsprechend einer ersten Ausführungsform, wobei in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Elektromaschine 7 mit einem Getriebe 10 verbunden ist. Getriebe 10 und Elektromaschine 7 bilden einen Elektroantrieb 1. Dem Getriebe 10 ist abtriebsseitig eine Differentialeinrichtung 60 nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder 105 einer Antriebsachse B des Fahrzeuges verteilt wird, wobei zwischen Getriebe 10 und Differential 60 ein Planetenradsatz zur Vorübersetzung der Ausgangsdrehzahl angeordnet ist. Das Getriebe 10 und die Elektromaschine 7 sind dabei in einem gemeinsamen Gehäuse 0 des Elektroantriebs 1 angeordnet. Wie zudem in 1 zu erkennen ist, sind Elektromaschine 7, Getriebe 10 und auch die Differentialeinrichtung 60 quer zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeuges 100 ausgerichtet.
2 zeigt einen Elektroantrieb 1, wie er bei einem Fahrzeug nach 1 verwendet werden kann, umfassend ein Getriebe 10 in einer bevorzugten Ausführungsform und eine mit dem Getriebe verbundene Elektromaschine 7. Die Elektromaschine weist einen Rotor 7.1 und einen an einem drehfesten Bauteil 0 festgelegten Stator 7.2 auf.
Das Getriebe umfasst eine mit dem Rotor 7.1 verbundene Eingangswelle 11, eine Ausgangswelle 12, einen ersten Planetenradsatz 20, einen koaxial zum ersten Planetenradsatz angeordneten zweiten Planetenradsatz 30, ein erstes Schaltelement 2 und ein zweites Schaltelement 3. Die Ausgangswelle 12 ist koaxial zur Eingangswelle 11 bzw. zu den Planetenradätzen 20, 30 angeordnet.
Der erste und zweite Planetenradsatz 20, 30 sind jeweils als ein Minus-Planetenradsatz ausgebildet, mit jeweils einem Hohlrad, einem Planetenträger und einem Sonnenrad. Beide Planetenradsätze weisen eine Mehrzahl an Planetenrädern 24, 34 auf, wobei gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein jeweiliger Planetenradsatz 20, 30 eine erste Gruppe von genau drei Planetenräder 24 bzw. eine zweite Gruppe von genau drei Planetenrädern 34 aufweist.
Ein erstes Sonnenrad 21 des ersten Planetenradsatzes 20 ist mit einem zweiten Sonnenrad 31 des zweiten Planetenradsatzes 30 drehfest verbunden, wobei beide Sonnenräder 21, 31 mit der Eingangswelle 11 drehfest verbunden sind. Anders ausgedrückt, ist die Doppelsonne mit der Eingangswelle 11 verbunden.
Ein erster Planetenträger 22 des ersten Planetenradsatzes 20 und ein zweiter Planetenträger 32 des zweiten Planetenradsatzes 30 sind mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden. Mit anderen Worten bilden die Planetenträger 22, 32 die Abtriebswelle des Getriebes. Gut zu erkennen ist, dass das Sonnenrad 21 einen kleineren Wirkdurchmesser als das Sonnenrad 31 aufweist. Dementsprechend weisen die drei Planetenräder 24 jeweils einen größeren Wirkdurchmesser als die drei Planetenräder 34 auf.
Das erste Schaltelement 2 ist dazu ausgebildet ist, ein erstes Hohlrad 23 des ersten Planetenradsatzes 20 an einem drehfesten Bauteil 0 festzusetzen, wobei das drehfeste Bauteil 0 vorliegend als das Getriebegehäuse des Getriebes 10 ausgebildet ist. Das zweite Schaltelement 3 ist dazu ausgebildet, ein zweites Hohlrad 33 des zweiten Planetenradsatzes 30 an dem drehfesten Bauteil 0 festzusetzen. Beide Schaltelemente sind als Reibschaltbremsen ausgeführt.
Wie ferner gut zu erkennen ist, ist die erste Bremse 2 radial zwischen dem ersten Planetenradsatz 20 und dem Gehäuse 0 angeordnet, während die zweite Bremse 3 radial zwischen dem zweiten Planetenradsatz 30 und dem Gehäuse 0 angeordnet ist.
Durch selektives Betätigen der Bremsen 2, 3 lassen sich zwei Vorwärtsgänge darstellen, wobei zur Bildung der Gänge eines der zwei Schaltelemente betätigt sein muss, während das jeweils andere geöffnet ist. Durch Betätigen der ersten Bremse 2 lässt sich ein erster Gang und durch Betätigen der zweiten Bremse 3 lässt sich ein zweiter Gang darstellen.
Zur drehfesten Verbindung der beiden Planetenträger 22, 32 miteinander ist zumindest ein Befestigungselement 40 vorgesehen. An diesem Befestigungselement 40 sind ein erstes Planetenrad 24 des ersten Planetenradsatzes 20 und ein zweites Planetenrad 34 des zweiten Planetenradsatzes 30 um eine gemeinsame Drehachse C gelagert. Auf das Befestigungselement 40 wird in 3 näher eingegangen.
Die Ausgangswelle 12 des Getriebes 10 weist ferner eine Verzahnung auf, über welche die Ausgangswelle 12 mit einer achsparallel zur Ausgangswelle 12 angeordneten Differentialeinrichtung 60 in Wirkverbindung steht, welche als ein Kegelrad-Differential ausgeführt ist. Die Wirkverbindung wird gemäß diesem Beispiel mittels einer Stirnradstufe bereitgestellt, wobei ein erstes Stirnrad 64 die Verzahnung der Ausgangswelle 12 bildet, während ein zweites Stirnrad 61 der Stirnradstufe entsprechend mit der Ausgangswelle 12 bzw. mit dem Zahnrad 64 in Zahneingriff steht. Das zweite Stirnrad 61 bildet zugleich das Eingangselement des Differentials 60.
Das Kegelrad-Differential 60 weist ferner in an sich bekannter Art und Weise zwei Ausgangselemente 62, 63 auf, die ihrerseits mit der Antriebswelle 102 bzw. 103 des Fahrzeugs 100 aus 1 verbunden sind.
Der in 2 dargestellte Elektroantrieb ist ein 2-Gang Antrieb in achsparalleler Bauweise. Dieser Antrieb baut sehr kompakt, insbesondere axial kompakt und ermöglicht u.a. eine geschlossene Hydraulik.
3 zeigt einen Ausschnitt D des Elektroantriebs 1 aus 2 in einem seitlichen Schnitt zur besseren Darstellung der drehfesten Verbindung des ersten und zweiten Planetenradsatzes 20, 30.
Je Planetenrad der ersten und zweiten Gruppe ist ein als Bolzen ausgebildetes Befestigungselement 40 vorgesehen, welches zumindest teilweise durch ein Planetenrad 24 der ersten Gruppe und ein Planetenrad 34 der zweiten Gruppe hindurchgeführt ist, derart, dass es den ersten Planetenträger 22 mit dem zweiten Planetenträger 32 drehfest verbindet. Das jeweilige Befestigungselement 40 bildet zugleich eine jeweilige Drehachse C, um welche ein Planetenrad 24 der ersten Gruppe und ein Planetenrad 34 der zweiten Gruppe drehen können.
Die Planetenräder 24, 34 sind an Lagerelementen 41, 42 aufgenommen, die axial durch die jeweiligen Planetenräder geführt sind und koaxial zum jeweiligen Befestigungselement 40 angeordnet sind. Die Lager 41 sind den Planetenrädern 24 der ersten Gruppe zugeordnet, während die Lager 42 den Planetenrädern 34 der zweiten Gruppe zugeordnet sind. Bei den Lagerelementen handelt es sich um Wälzlager in der Form von Nadellagern. Ferner gut zu erkennen ist die jeweilige Ölleitung 44 zur Schmierung der Planetenräder 24. 34 bzw. des Getriebes 10, die durch das jeweilige Befestigungselement 40 führt.
Diese Anordnung ermöglicht es, den ersten und zweiten Planetenträger 22, 32 über das jeweilige Befestigungselement 40 an einem einzigen Lager 45 im Getriebe 10 aufzunehmen. Das Lager 45, bei dem es sich insbesondere um ein Zylinderrollenlager handelt, ist an einer dem Planetenradsatz 30 abgewandt liegenden Stirnseite des ersten Planetenradsatzes 20 axial zwischen der Verzahnung 64 und dem ersten Planetenradsatz 20 angeordnet.
In 2 ist ferner gut zu erkennen, wie die zwei als Bremsen ausgeführten Schaltelemente 2, 3 radial zwischen dem Gehäuse 0 und den jeweiligen Hohlrädern 23, 33 angeordnet sind, um ein axial besonders kompakt bauendes Getriebe 10 oder Elektroantrieb 1 bereitzustellen.
Ferner ist in 3 ein Parksperrenrad 8 dargestellt, das der Ausgangswelle 12 zugeordnet ist und axial zwischen der Verzahnung 64 und dem ersten Planetenradsatz 20 angeordnet ist.
Die 4 bis 9 zeigen weitere bevorzugte Ausführungsformen des Elektroantriebs 1 aus 2 bzw. 3. Das in 3 im Detail beschriebene Befestigungselement 40 findet auch in nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen Verwendung.
4 zeigt den Elektroantrieb aus 2, wobei im Unterschied zur Ausführungsform gem. 2 ein Parksperrenrad 8 vorgesehen ist, das axial zwischen der ersten Verzahnung 64 und dem ersten Planetenradsatz 20 platziert ist und mit der Ausgangswelle 12 verbunden ist. Im Übrigen wird auf die Ausführungen in 2 verwiesen.
5 zeigt den Elektroantrieb 1 aus 4, wobei im Unterschied zur Ausführungsform gem. 4 eine Differentialsperre 9 in der Form eine Kupplung vorgesehen ist. Die Kupplung 9 verbindet im betätigten Zustand das Eingangselement 61 mit dem zweiten Ausgangselement 63 des Differentials 60 drehfest miteinander.
6 zeit den Elektroantrieb aus 2 in einer 3-Gang-Variante. Im Unterschied zur Ausführungsform gem. 2 weist das Getriebe 10 einen dritten Planetenradsatz 50 und ein drittes Schaltelement 5 auf.
Der dritte Planetenradsatz 50 ist ebenfalls als ein Minus-Planetenradsatz ausgeführt und umfasst ein drittes Sonnenrad 51, das mit der Eingangswelle 11 drehfest verbunden ist. Ferner umfasst er einen dritten Planetenträger 52, der mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden ist. Das dritte Schaltelement 5 ist dazu ausgebildet, ein drittes Hohlrad 53 an dem drehfesten Bauteil 0 festzusetzen. Der dritte Planetenträger 52 weist drei dritte Planetenräder 54 auf, die jeweils dieselbe Drehachse C der ersten und zweiten Planetenräder 24, 34 aufweisen. Die dritten Planetenräder 54 sind ebenfalls jeweils koaxial zu einem jeweiligen Bolzen 40 angeordnet, der im Vergleich zu Ausführung gem. 3 länger ausgeführt ist.
Zur Darstellung des dritten Ganges ist das dritte Schaltelement 5, das als eine Reibschaltbremse vorliegt, betätigt, während das erste und zweite Schaltelement 2, 3 geöffnet sind.
Durch das Hinzufügen eines weiteren Planetenradsatzes und einer weiteren Bremse, welche wie vorstehend beschrieben angebunden sind, lässt sich ein Elektroantrieb bereitstellen der drei Vorwärtsgänge aufweist. Prinzipiell ließe sich dieses Aneinanderreihen von „einfachen“ Minusplanetenradsätzen für weitere Vorwärtsgänge fortsetzen.
7 zeigt das Getriebe aus 2, wobei im Unterschied zur Ausführungsform gem. 2 die Übersetzung der Drehzahl der Ausgangswelle 12 statt mit einer Stirnradstufe mit einem vierten Planetenradsatz 70 bewirkt wird.
Der vierte Planetenradsatz 70 umfasst ein viertes Sonnenrad 71, einen vierten Planetenträger 72 und ein viertes Hohlrad 73. Ein erstes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend das Sonnenrad 71, ist mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden. Ein zweites Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend der Planetenträger 72, ist mit einem Eingangselement 61 der Differentialeinrichtung 60 drehfest verbunden. Ein drittes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend das Hohlrad 73, ist an dem drehfesten Bauteil 0 permanent festgesetzt.
Das erste Ausgangselement 62 des Differentials 60 ist durch die als Hohlwelle ausgeführte Eingangswelle hindurchgeführt.
Der in 7 dargestellte Elektroantrieb ist ein 2-Gang Antrieb in koaxialer Bauweise. Dieser Antrieb baut sehr kompakt, insbesondere radial kompakt, und ermöglicht u.a. eine geschlossene Hydraulik. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Sonnenrad mit der Ausgangswelle 12 und der Planetenträger 72 mit dem Differential 60 verbunden, während das Hohlrad festgesetzt ist.
Die sogenannte Abtriebskonstante kann jedoch auch in einer anderen Art und Weise an das Getriebe 10 angebunden werden, wie in 8 dargestellt ist. Links ist der vierte Planetenradsatz 70 in der vorstehend beschriebenen ersten Anbindungsvariante gezeigt.
In der Mitte ist eine zweite Anbindungsvariante des vierten Planetenradsatzes 70 gezeigt, wobei im Unterschied zur ersten Variante die Anbindung von Sonnenrad und Hohlrad vertauscht sind. Demnach ist ein erstes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend das Hohlrad 73, mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden. Ein zweites Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend der Planetenträger 72, ist mit einem Eingangselement 61 der Differentialeinrichtung 60 drehfest verbunden. Ein drittes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend das Sonnenrad 71, ist an dem drehfesten Bauteil 0 permanent festgesetzt.
Rechts ist eine dritte Anbindungsvariante des vierten Planetenradsatzes 70 gezeigt, wobei im Unterschied zur ersten Variante die Anbindung von Planetenträger und Hohlrad vertauscht sind. Demnach ist ein erstes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend das Sonnenrad 71, mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden. Ein zweites Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend das Hohlrad 73, ist mit einem Eingangselement 61 der Differentialeinrichtung 60 drehfest verbunden. Ein drittes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend der Planetenträger 72, ist an dem drehfesten Bauteil 0 permanent festgesetzt.
9 zeigt den Elektroantrieb 1 aus 7, wobei im Unterschied zur Ausführungsform gem. 7 die Parksperre 8 und die Differentialsperre 9 vorgesehen sind. Das Parksperrenrad 8 ist der Ausgangswelle 12 zugeordnet und axial zwischen dem zweiten und vierten Planetenradsatz 20, 70 platziert. Die als Kupplung ausgeführte Differentialsperre 9 verbindet im betätigten Zustand das Eingangselement 61 (und damit den Planetenträger 72) und das zweite Ausgangselement 63 drehfest miteinander.
Bezugszeichenliste

1: Elektroantrieb
2: Schaltelement
3: Schaltelement
5: Schaltelement
7: Elektromaschine
7.1: Rotor
7.2: Stator
8: Parksperre
9: Schaltelement, Kupplung
10: Getriebe
11: Eingangswelle
12: Ausgangswelle
20: erster Planetenradsatz
21: erstes Sonnenrad
22: erster Planetenträger
23: erstes Hohlrad
24: erstes Planetenrad
30: zweiter Planetenradsatz
31: zweites Sonnenrad
32: zweiter Planetenträger
33: zweites Hohlrad
34: zweites Planetenrad
40: Befestigungselement
41: Lagerelement, Nadellager
42: Lagerelement, Nadellager
45: Lagerelement, Zylinderrollenlager
50: dritter Planetenradsatz
51: drittes Sonnenrad
52: dritter Planetenträger
53: drittes Hohlrad
60: Differentialeinrichtung, Kegelraddifferential
61: Eingangselement, Verzahnung, zweites Zahnrad der Stirnradstufe
62: Ausgangselement
63: Ausgangselement
64: Verzahnung, erstes Zahnrad der Stirnradstufe
70: vierter Planetenradsatz
71: viertes Sonnenrad
72: vierter Planetenträger
73: viertes Hohlrad
100: Fahrzeug
102: Abtriebsachse
103: Abtriebsachse
A: Elektroantriebsasche
B: Fahrzeugantriebsachse
C: Drehachse
D: Ausschnitt

Claims

Getriebe (10) für ein Fahrzeug, umfassend mindestens zwei koaxial zueinander und axial beabstandete Planetenradsätze (20, 30), wobei ein erster Planetenradsatz (20) eine erste Gruppe von Planetenrädern (24) und ein zweiter Planetenradsatz (30) eine zweite Gruppe von Planetenrädern (34) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass je Planetenrad (24, 34) der ersten und zweiten Gruppe ein Befestigungselement (40) vorgesehen ist, welches zumindest teilweise durch ein Planetenrad (24) aus der ersten Gruppe und ein Planetenrad (34) aus der zweiten Gruppe hindurchgeführt ist, derart, dass es einen ersten Planetenträger (22) des ersten Planetenradsatzes (20) mit einem zweiten Planetenträger (32) des zweiten Planetenradsatzes (30) drehfest verbindet.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei ein jeweiliges Planetenrad (24, 34) an zumindest einem Lagerelement (41, 42) aufgenommen ist, das radial zwischen dem jeweiligen Planetenrad (24, 34) und dem Befestigungselement (40) angeordnet ist.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste und zweite Planetenträger über das jeweilige Befestigungselement (40) an einem einzigen Lager im Getriebe aufgenommen sind.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Getriebe ferner umfassend eine koaxial zum ersten und zweiten Planetenradsatz (20, 30) angeordnete Eingangswelle (11), eine Ausgangswelle (12), ein erstes Schaltelement (2) und ein zweites Schaltelement (3), wobei - der erste und zweite Planetenradsatz (20, 30) mit der Ausgangswelle (12) drehfest verbunden sind, - ein erstes Sonnenrad (21) des ersten Planetenradsatzes (20) und ein zweites Sonnenrad (31) des zweiten Planetenradsatzes (30) miteinander drehfest verbunden sind und beide Sonnenräder ferner mit der Eingangswelle (11) drehfest verbunden sind, - das erste Schaltelement (2) dazu ausgebildet ist, ein erstes Hohlrad (23) des ersten Planetenradsatzes (20) an einem drehfesten Bauteil (0) festzusetzen, und - das zweite Schaltelement (3) dazu ausgebildet ist, ein zweites Hohlrad (33) des zweiten Planetenradsatzes an dem drehfesten Bauteil (0) festzusetzen.
Getriebe nach Anspruch 4, wobei die Ausgangswelle (12) koaxial oder achsparallel zum ersten und zweiten Planetenradsatz (20, 30) angeordnet ist.
Getriebe nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein dritter Planetenradsatz (50) und ein drittes Schaltelement (5) vorgesehen sind, wobei - ein drittes Sonnenrad (51) des dritten Planetenradsatzes (50) mit der Eingangswelle (11) drehfest verbunden ist, - ein dritter Planetenträger (52) mit der Ausgangswelle (12) drehfest verbunden ist, - das dritte Schaltelement (5) dazu ausgebildet ist, ein drittes Hohlrad (53) an dem drehfesten Bauteil (0) festzusetzen, und - wobei der dritte Planetenträger (52) eine dritte Gruppe von Planetenrädern (54) aufweist, und - das jeweilige Befestigungselement (40) zumindest teilweise durch die Planetenräder (54) der dritten Gruppe hindurchgeführt ist, derart, dass es den ersten und zweiten Planetenträger (22, 32) mit dem dritten Planetenträger (52) drehfest verbindet.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Schaltelemente (2, 3, 5) formschlüssig ausgebildet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Schaltelemente (2, 3, 5) reibschlüssig ausgebildet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Schaltelemente (2, 3, 5) als eine Bremse ausgebildet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Schaltelemente (2, 3, 5) als eine Kupplung ausgebildet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Differentialeinrichtung (60) vorgesehen ist, die über ein Übersetzungsgetriebe mit der Ausgangswelle (12) verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 11, wobei das Übersetzungsgetriebe als eine Stirnradstufe ausgebildet ist, wobei ein erstes Stirnrad (64) der Stirnradstufe mit der Ausgangswelle (12) drehfest verbunden ist und ein zweites Stirnrad (61) der Stirnradstufe das Eingangselement der Differentialeinrichtung (60) bildet.
Getriebe nach Anspruch 11, wobei das Übersetzungsgetriebe als ein zumindest vierter Planetenradsatz (70) mit einem vierten Sonnenrad (71), einem vierten Planetenträger (72) und einem vierten Hohlrad (73) ausgebildet ist, wobei - ein erstes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad (71), vierter Planetenträger (72) und viertes Hohlrad (73) mit der Ausgangswelle (12) drehfest verbunden ist, - ein zweites Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad (71), vierter Planetenträger (72) und viertes Hohlrad (73) mit einem Eingangselement (61) der Differentialeinrichtung (60) drehfest verbunden ist, - ein drittes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad (71), vierter Planetenträger (72) und viertes Hohlrad (73) an dem drehfesten Bauteil (0) permanent festgesetzt ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei ein viertes Schaltelement (9) vorgesehen ist, das dazu ausgebildet ist, ein Eingangselement (61) der Differentialeinrichtung (60) mit einem Ausgangselement (62, 63) der Differentialeinrichtung drehfest zu verbinden.
Elektroantrieb mit einem Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangswelle (11) mit einem Rotor (7.1) einer Elektromaschine (7) in Verbindung steht.
Fahrzeug mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder einem Elektroantrieb nach Anspruch 15.