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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einer Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit sowie ein Fahrzeug mit einem derartigen Antriebsstrang.
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Aus der
DE 10 2011 079 975 A1 geht eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug hervor, umfassend ein Umlaufgehäuse und ein Differentialgetriebe, das als Stirnraddifferential ausgebildet ist. Im Umlaufgehäuse ist ein darin aufgenommenes erstes Stirnrad und ein darin aufgenommenes zweites Stirnrad angeordnet. Des Weiteren ist eine Planetengetriebestufe vorgesehen, die mit dem Umlaufgehäuse kinematisch gekoppelt ist und ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad aufweist, wobei die Planetenräder der Planetengetriebestufe gestuft ausgebildet sind und jeweils einen ersten Planetenstirnradabschnitt und einen gleichachsig und axial zu diesem versetzt angeordneten zweiten Planetenstirnradabschnitt bilden. Der erste Planetenstirnradabschnitt steht mit dem Sonnenrad und der zweite Planentenstirnradabschnitt mit dem Hohlrad in Eingriff, wobei die Planetenräder gemeinsam mit dem Umlaufgehäuse umlaufen.
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Aus dem Stand der Technik ist zudem bekannt, Differentialgetriebe mit Drehmomentüberlagerungsfunktion für Personenkraftfahrzeuge vorzusehen, sogenannte Torque-Vectoring Getriebe (TV-Getriebe). Ein solches TV-Getriebe ermöglicht die radindividuelle Verteilung von Drehmomenten zwischen den beiden radseitigen Abtriebswellen des Differentialgetriebes. Ein solches System kann in jeder Fahrsituation das gewünschte Drehmoment erzeugen, selbst bei getretener Kupplung, da es das Bremsmoment auf der einen Seite als Antriebsmoment auf die andere Seite überträgt.
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Die US 2019 / 0 264 790 A1 offenbart eine Fahrzeugantriebsvorrichtung, umfassend zwei Antriebsquellen, die jeweils an einem Fahrzeug angebracht und unabhängig voneinander steuerbar sind, ein linkes Antriebsrad und ein rechtes Antriebsrad; und eine Getriebeeinheit, die zwischen den beiden Antriebsquellen und dem linken und dem rechten Antriebsrad angebracht ist. Die Getriebeeinheit enthält zwei koaxial zusammengebaute Planetengetriebemechanismen, die jeweils drei Elemente mit zwei Freiheitsgraden aufweisen. Jede der Antriebsquellen wird durch einen Elektromotor mit einem Außenrotor bereitgestellt. Jeder der Planetengetriebemechanismen umfasst ein mit dem Außenrotor des Elektromotors gekoppeltes äußeres Eingangszahnrad, einen koaxial mit dem Außenzahnrad vorgesehenen Ausgangsplanetenträger sowie ein koaxial mit dem Außenzahnrad vorgesehenes Sonnenrad und Planetenräder als Umlaufzahnräder. Der Planetenträger eines der beiden Planetenradsätze ist durch ein erstes Verbindungselement mit dem Sonnenrad des anderen verbunden. Das Sonnenrad des einen der beiden Planetenradsätze ist durch ein zweites Verbindungselement mit dem Planetenträger des anderen verbunden. Die beiden Verbindungselemente sind koaxial zueinander und der Planetenträger jedes der Planetenradmechanismen ist mit einer Abtriebswelle des Antriebsrades gekoppelt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Antriebsstrang sowie ein Fahrzeug mit einer Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit vorzuschlagen, die platzsparend ausgeführt sind. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein Fahrzeug weist ein Getriebe mit einer einzigen Eingangswelle, einer ersten Ausgangswelle, einer zweiten Ausgangswelle sowie einem zwischen der Eingangswelle und den beiden Ausgangswellen wirksam angeordneten integralen Differential auf, das Differential umfassend einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Radsatzelementen und einen Stirnradsatz, der ein erstes Stirnrad sowie ein damit in Zahneingriff stehendes zweites Stirnrad aufweist, wobei ein erstes Radsatzelement drehfest mit der Eingangswelle, ein zweites Radsatzelement drehfest mit der ersten Ausgangswelle und ein drittes Radsatzelement über eine Koppelwelle drehfest mit dem ersten Stirnrad des Stirnradsatzes verbunden ist, wobei das zweite Stirnrad des Stirnradsatzes mit der zweiten Ausgangswelle drehfest verbunden ist, und wobei mittels des ersten Planetenradsatzes ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Ausgangswelle übertragbar ist, wobei ein Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes in dem Stirnradsatz derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Ausgangswelle übertragbar ist, das Getriebe ferner umfassend eine Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit mit mindestens einem zweiten Planetenradsatz, aufweisend mehrere Radsatzelemente, und einem Aktuator, wobei ein erstes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mit der Koppelwelle drehfest verbunden ist, wobei ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes zumindest mittelbar mit dem Aktuator wirkverbunden ist, und wobei ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes verbunden ist.
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Die Summen beider Radmomente werden mit einem solchen Getriebe nicht zu einem gemeinsamen Achsmoment in einem Bauteil vereint bzw. zusammengefasst. Vielmehr wird die in die Eingangswelle eingeleitete Antriebsleistung im integralen Differential aufgeteilt und entsprechend der Ausbildung des ersten Planetenradsatzes und des Stirnradsatzes in die damit wirkverbundenen Ausgangswellen weitergeleitet. Damit können die Bauteile des integralen Differentials aufgrund des jeweiligen, vergleichsweise kleinen Drehmoments schlanker ausgebildet werden. Zudem wird eine Bauteilreduzierung sowie eine Gewichtseinsparung realisiert. Mithin wird ein Getriebe bereitgestellt, dass mittels des integralen Differentials die beiden Funktionen Drehmomentwandlung und Drehmomentverteilung, welche bisher durch zwei separate Baugruppen gelöst wurde, durch eine einzige integrale Baugruppe darstellen kann. Bei der Erfindung handelt es sich somit um ein kombiniertes Übersetzungs- und Differentialgetriebe, das einerseits eine Drehmomentwandlung und andererseits die Drehmomentverteilung auf die Ausgangswellen realisiert. Zudem wird eine Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit bereitgestellt.
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Unter einem integralen Differential ist im Rahmen dieser Erfindung ein Differential mit einem ersten Planetenradsatz und einem Stirnradsatz zu verstehen, wobei der erste Planetenradsatz mit der Eingangswelle, mit dem Stirnradsatz sowie mit der ersten Ausgangswelle antriebswirksam verbunden ist. Der Stirnradsatz ist mit der zweiten Ausgangswelle antriebswirksam verbunden. Mittels eines solchen integralen Differentials ist das Eingangsmoment an der Eingangswelle wandelbar und in einem definierten Verhältnis auf die beiden Ausgangswellen aufteilbar bzw. übertragbar. Vorzugsweise wird das Eingangsmoment zu je 50%, das heißt hälftig auf die Ausgangswellen übertragen. Somit weist das Differential kein Bauteil auf, an dem die Summe der beiden Abtriebsmoment anliegt. Anders gesagt wird die Entstehung eines Summendrehmoments verhindert. Darüber hinaus weist das Differential bei identischen Abtriebsdrehzahlen der Ausgangswellen keine im Block umlaufenden bzw. ohne Wälzbewegung umlaufenden Verzahnungen auf. Mithin erfolgt unabhängig der Abtriebsdrehzahlen der Ausgangswellen stets eine Relativbewegung der miteinander in Zahneingriff stehenden Bauteile des Differentials. Die Ausgangswellen des Getriebes sind insbesondere dazu eingerichtet, mit einem Rad des Kraftfahrzeugs wirkverbunden zu sein. Die jeweilige Ausgangswelle kann direkt bzw. unmittelbar oder indirekt bzw. mittelbar mit dem dazugehörigen Rad verbunden sein. Zwischen der ersten und/oder zweiten Ausgangswelle und dem jeweiligen Rad kann ein Gelenk, eine Gelenkwelle und/oder eine Radnabe wirksam angeordnet sein.
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Der erste Planetenradsatz ist Teil eines im Differential integrierten Planetengetriebes mit den Radsatzelementen erstes Sonnenrad, erstes Hohlrad und mit mehreren von einem ersten Planetenträger auf einer Kreisbahn um das erste Sonnenrad geführten Planetenrädern. Vorteilhafterweise weist der erste Planetenradsatz genau ein Standübersetzungsverhältnis auf.
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Die Eingangswelle ist bevorzugt dazu eingerichtet, mit einer Antriebswelle einer Antriebseinheit drehfest verbunden zu sein. Die Antriebseinheit erzeugt eine Antriebsleistung, die über die Antriebswelle auf die Eingangswelle übertragen wird. Die Antriebswelle kann drehfest mit der Eingangswelle verbunden sein. Alternativ sind die Antriebswelle der Antriebseinheit und die Eingangswelle ein zusammenhängendes Bauteil.
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Unter einer „Welle“ ist 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. Unter einer Welle ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
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Der erste Planetenradsatz und der Stirnradsatz sind vorzugsweise in axialer Richtung benachbart angeordnet. Mit anderen Worten sind die Radsatzelemente des Planetenradsatzes in einer ersten gemeinsamen Ebene und die Zahnräder des Stirnradsatzes in einer zweiten gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei die beiden Ebenen im Wesentlichen parallel verlaufen und axial benachbart zueinander angeordnet sind. Die jeweilige gemeinsame Ebene ist im Wesentlichen senkrecht zur jeweiligen Achse des Fahrzeugs ausgerichtet. Alternativ sind der erste Planetenradsatz und der Stirnradsatz in radialer Richtung übereinander angeordnet. Mit anderen Worten sind die Radsatzelemente des Planetenradsatzes sowie die Zahnräder des Stirnradsatzes axial in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Mithin sind der Planetenradsatz und der Stirnradsatz in einer gemeinsamen Radebene angeordnet, wodurch das Getriebe axial kurzbauend und dadurch besonders kompakt gestaltet werden kann. Der Stirnradsatz kann alternativ auch als Zugmitteltrieb, insbesondere als Umschlingungstrieb ausgebildet sein, wobei insofern ein Zugmittel dazu eingerichtet ist, eine Antriebsleistung von dem ersten Stirnrad auf das zweite Stirnrad, oder umgekehrt, zu übertragen.
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Die Eingangswelle ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet. Dadurch kann beispielsweise die erste Ausgangswelle durch die Eingangswelle axial hindurchgeführt sein. Bevorzugt ist eine der Ausgangswellen durch die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit und gegebenenfalls durch die Antriebseinheit des Antriebsstranges axial hindurchgeführt. Dadurch wird eine kompakte Bauweise des Getriebes erreicht. Die Eingangswelle kann alternativ als Vollwelle ausgebildet sein. Dadurch kann die Eingangswelle mit einem geringeren Außendurchmesser ausgebildet werden, sodass die Eingangswelle bzw. die Rotorwelle mit im Durchmesser kleineren Rotorlagern gelagert werden kann, wodurch ebenfalls Bauraum eingespart wird.
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Die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit umfasst mindestens einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Radsatzelementen sowie einen Aktuator. Ein erstes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes ist mit der Koppelwelle drehfest verbunden ist, wobei die Koppelwelle wiederum mit dem dritten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes sowie dem ersten Stirnrad des Stirnradsatzes drehfest verbunden ist. Ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes ist zumindest mittelbar mit dem Aktuator wirkverbunden. Mit anderen Worten kann das zweite Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes unmittelbar, also direkt, mit dem Aktuator verbunden sein. Alternativ können noch weitere Elemente, insbesondere Übersetzungsstufen zwischen dem zweiten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes und dem Aktuator angeordnet sein. Erfindungsgemäß ist der Aktuator als elektrische Maschine oder als Hydraulikmotor ausgebildet.
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Der Aktuator der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit weist folglich ein drehbares Ausgangselement auf, das in seinem weiteren Verlauf mit einem Element des zweiten Planetenradsatzes antriebswirksam, insbesondere drehfest, verbunden ist. Unter der „Verbindung“ des Ausgangselements des Aktuators mit dem zweiten Radsatzelement des Übersetzungsgetriebes der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit ist im Sinne der Erfindung eine derartige Verbindung zu verstehen, dass eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit vorherrscht. Der Aktuator kann bspw. in der Form einer Elektromaschine oder eines Hydraulikmotors vorliegen. Elektromotoren haben gegenüber Hydraulikmotoren den Vorteil, dass sie keine mitlaufende Hydraulikpumpe und daher geringere Stillstandsverluste aufweisen. Zudem sind Elektromotoren besser regelbar als hydraulische Motoren.
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Ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes ist mit dem zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes verbunden, das wiederum mit der ersten Ausgangswelle drehfest verbunden ist.
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Der Aktuator der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit kann je nach Drehmomentrichtung wahlweise das Drehmoment auf die erste oder zweite Ausgangswelle des Getriebes verteilen. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Drehzahl des Aktuators entscheidend dafür ist, welche der Ausgangswellen schneller dreht. Die Aktuatordrehzahl, bei welcher beide Ausgangswellen gleich schnell drehen, lässt sich durch Wahl der Standgetriebeübersetzung des zumindest zweiten Planetenradsatzes beeinflussen und beispielsweise auf null einstellen. Das Vorzeichen des Drehmoments ist ferner entscheidend dafür, welche Ausgangswelle mehr Drehmoment aufweist.
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Die Standgetriebeübersetzung des zumindest zweiten Planetenradsatzes kann je nach Anforderung an die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit gewählt werden. Wird sie derart gewählt, dass bei Geradeausfahrt das Ausgangselement des Aktuators stillsteht, kann der Aktuator, insbesondere Elektromaschine oder Hydraulikmotor mit besonders geringem Leistungsbedarf oder geringem Verbrauch ausgelegt werden.
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Der zumindest zweite Planetenradsatz der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit kann axial benachbart zum ersten Planetenradsatz angeordnet sein. Alternativ kann der zumindest zweite Planetenradsatz auch radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes des Getriebes angeordnet sein.
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Der zweite Planetenradsatz ist bevorzugt als ein Minus-Planetenradsatz ausgebildet sein. Alternativ ist der zweite Planetenradsatz als ein Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Der erste Planetenradsatz ist vorzugsweise als ein Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Alternativ ist der erste Planetenradsatz als ein Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Ein Minus-Planetensatz entspricht einem Planetensatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, einem Sonnenrad und einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzter Richtung rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert. Ein Plus-Planetensatz weist erste und zweite bzw. innere und äußere Planetenräder auf, welche drehbar an einem Planetenträger gelagert sind. Die Verzahnung der ersten bzw. inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der zweiten bzw. äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrads. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Planetenträger das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Richtung rotieren.
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Ferner alternativ ist der zweite Planetenradsatz in Stufenplaneten-Bauweise ausgebildet, insbesondere als ein Plus-Planetenradsatz in Stufenplaneten-Bauweise. Damit kann eine Gesamtübersetzung des Getriebes erhöht werden. Jedes Stufenplanentenrad kann in diesem Zusammenhang ein erstes Zahnrad mit einem drehfest damit verbundenen zweiten Zahnrad umfassen, wobei das erste Zahnrad beispielsweise mit dem Sonnenrad und das zweite Zahnrad entsprechend mit dem Hohlrad in Zahneingriff steht, oder umgekehrt. Die Zahnräder des jeweiligen Stufenplanentenrades können beispielsweise über eine Zwischenwelle oder eine Hohlwelle drehfest miteinander verbunden sein. Im Fall einer Hohlwelle kann diese auf einem Bolzen des Planetenträgers drehbar gelagert sein. Vorzugsweise haben die beiden Zahnräder des jeweiligen Stufenplanetenrades unterschiedliche Durchmesser und Zähnezahlen, um ein Übersetzungsverhältnis einzustellen.
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Der erste und zweite Planetenradsatz sind bevorzugt koaxial zueinander und vorzugsweise koaxial zu einer der Ausgangswellen des Getriebes angeordnet. Insbesondere sind die zwei Planetenradsätze koaxial zur ersten Ausgangswelle angeordnet.
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Dass zwei Bauelemente des Getriebes oder der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, sodass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insbesondere ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente des Differentials und/oder der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 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.
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Zur Übersetzung einer Drehzahl des Ausgangs, insbesondere zur Erhöhung der Drehzahl des Aktuators, ist zumindest ein erstes Übersetzungsgetriebe zwischen dem zweiten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes und dem Aktuator angeordnet. Als Übersetzungsgetriebe eignet sich insbesondere ein oder mehrere Planetenradsätze und/oder eine oder mehrere Stirnradstufen.
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Nach einem Ausführungsbeispiel ist zur Übersetzung einer Drehzahl des Aktuators ferner ein zweites Übersetzungsgetriebe zwischen dem zweiten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes und dem Aktuator angeordnet. Das zweite Übersetzungsgetriebe kann im Leistungsfluss zwischen dem zweiten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes und dem ersten Übersetzungsgetriebe oder zwischen dem ersten Übersetzungsgetriebe und dem Aktuator angeordnet sein. Die beiden Übersetzungsstufen können jeweils als Planetenradsatz ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist der erste Planetenradsatz des integralen Differentials axial zwischen dem Stirnradsatz und dem zweiten Planetenradsatz der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit angeordnet. Alternativ kann der Stirnradsatz axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und der Torque-Vectoring-Einheit angeordnet sein. Der zweite Planetenradsatz der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit ist bevorzugt axial benachbart zum ersten Planetenradsatz des integralen Differentials angeordnet.
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Prinzipiell können der Planetenradsatz und der Stirnradsatz des Differentials beliebig zueinander angeordnet und miteinander wirkverbunden sein, um ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zu realisieren. Nach einem Ausführungsbeispiel sind das erste Radsatzelement ein Sonnenrad, das zweite Radsatzelement ein Planetenträger und das dritte Radsatzelement ein Hohlrad des Planetenradsatzes. Die Eingangswelle ist somit drehfest mit dem Sonnenrad verbunden, wobei die erste Ausgangswelle drehfest mit dem Planetenträger verbunden ist und das erste Stirnrad drehfest mit dem Hohlrad verbunden ist.
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Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel sind das erste Radsatzelement das Sonnenrad, das zweite Radsatzelement das Hohlrad und das dritte Radsatzelement der Planetenträger des Planetenradsatzes. Die Anbindung des Planetenradsatzes an die erste Ausgangswelle sowie an den Stirnradsatz bzw. die zweite Ausgangswelle ist in diesem Fall vertauscht. Die Eingangswelle ist in diesem Fall drehfest mit dem Sonnenrad verbunden, wobei die erste Ausgangswelle drehfest mit dem Hohlrad verbunden ist und das erste Stirnrad drehfest mit dem Planetenträger verbunden ist. Zwischen den genannten Bauteilen können weitere Bauteile, beispielsweise Zwischen- bzw. Koppelwellen angeordnet sein. Beispielsweise ist das dritte Radsatzelement über eine Zwischenwelle drehfest mit dem ersten Stirnrad verbunden. Mithin ist das dritte Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes über eine Koppelwelle mit dem ersten Stirnrad des Stirnradsatzes drehfest verbunden. Insbesondere ist das Hohlrad oder der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Stirnrad des Stirnradsatzes drehfest verbunden.
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Vorzugsweise ist die erste Ausgangswelle achsparallel zur zweiten Ausgangswelle angeordnet. Die Ausgangswellen sind jeweils auf einer Abtriebsachse angeordnet und erstrecken sich ausgehend vom Differential bevorzugt in entgegengesetzte Richtungen. Bezogen zueinander sowie zu einer Längsachse des Getriebes weisen die Abtriebsachsen einen ersten Parallelversatz auf. Die Räder der jeweiligen Achse des Fahrzeugs sind auf einer jeweiligen Radachse angeordnet, die zueinander einen zweiten Parallelversatz aufweisen. Beispielsweise ist die erste Ausgangswelle dazu eingerichtet, wenigstens über eine erste Gelenkwelle mit einem auf einer ersten Radachse angeordneten ersten Rad des Fahrzeugs antriebswirksam verbunden zu sein, wobei die zweite Ausgangswelle dazu eingerichtet ist, wenigstens über eine zweite Gelenkwelle mit einem auf einer zweiten Radachse angeordneten zweiten Rad des Fahrzeugs antriebswirksam verbunden zu sein. Vorzugsweise sind der erste und zweite Parallelversatz gleich groß. Damit kann der Antriebsstrang, insbesondere das Getriebe und die Antriebseinheit, bezogen auf eine Fahrzeuglängsachse oder -richtung beliebig angeordnet sein. Eine eventuelle Schrägstellung des Antriebsstranges, insbesondere des Getriebes, relativ zur Fahrzeuglängsachse oder zu den Radachsen wird durch die Gelenkwellen ausgeglichen und beeinträchtigt den Antrieb des Fahrzeugs dadurch nicht.
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Alternativ ist die erste Ausgangswelle koaxial zur zweiten Ausgangswelle angeordnet. Durch die koaxiale Anordnung der Ausgangswellen kann eine radial schmale Bauweise des Getriebes realisiert werden. Beispielsweise kann eine Übersetzungsstufe, insbesondere ein Umschlingungstrieb, vorgesehen sein, um die Koaxialität der Ausgangswellen zu realisieren. Bei koaxialen Ausgangswellen ist der Antriebsstrang bevorzugt quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet. Jedoch ist auch analog zu den vorherigen Ausführungen eine Schrägstellung des Antriebsstranges relativ zur Fahrzeuglängsrichtung möglich. Der Umschlingungstrieb ist beispielsweise ein Ketten- oder Riementrieb, bei dem das Zugmittel entsprechend als Kette oder Riemen, insbesondere als Zahnriemen, ausgebildet ist. Denkbar ist auch, dass die Koaxialität über eine Räderkette realisiert wird, die im Leistungsfluss zwischen dem jeweiligen Radsatzelement des Planetenradsatzes und der ersten Ausgangswelle wirksam angeordnet ist. Insbesondere erfolgt keine Drehrichtungsumkehr zwischen dem jeweiligen Radsatzelement und der ersten Ausgangswelle.
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Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen zu verstehen, welche zu einer permanenten Übertragung einer Antriebsleistung, insbesondere einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments, vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei sowohl direkt oder über eine Festübersetzung erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle, eine Verzahnung, insbesondere eine Stirnradverzahnung, und/oder ein Umschlingungsmittel erfolgen.
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Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen Wellen oder Zahnrädern noch weitere Bauteile angeordnet sein, die mit der Welle bzw. dem Zahnrad wirkverbunden sind.
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Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein Fahrzeug gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Getriebe gemäß den vorherigen Ausführungen sowie eine mit dem Getriebe wirkverbundene Antriebseinheit. Die Antriebseinheit ist bevorzugt eine elektrische Maschine, wobei die Eingangswelle ein Rotor der elektrischen Maschine ist oder mit dem Rotor drehfest verbunden bzw. gekoppelt ist. Der Rotor ist gegenüber einem gehäusefesten Stator der elektrischen Maschine drehbar gelagert. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise mit einem Akkumulator verbunden, der die elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt. Ferner ist die elektrische Maschine bevorzugt von einer Leistungselektronik steuer- bzw. regelbar. Die Antriebseinheit kann alternativ auch ein Verbrennungsmotor sein, wobei die Eingangswelle in diesem Fall beispielsweise eine Kurbelwelle ist oder mit einer Kurbelwelle drehfest verbunden ist.
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Vorzugsweise ist die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit zumindest teilweise radial innerhalb eines Rotors der elektrischen Maschine angeordnet. Mithin ist zumindest ein Teil des Getriebes radial innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet. Dadurch wird zusätzlich zumindest axialer Bauraum eingespart. Alternativ kann die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit und der Rotor der Antriebseinheit axial zueinander beabstandet bzw. benachbart zueinander angeordnet sein.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst einen Antriebsstrang gemäß der vorher beschriebenen Art. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Automobil (z.B. ein Personenkraftfahrwagen mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t), Bus oder Lastkraftwagen (Bus und Lastkraftwagen z. B. mit einem Gewicht von über 3,5 t). Insbesondere ist das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Das Fahrzeug umfasst wenigstens zwei Achsen, wobei eine der Achsen eine mittels des Antriebsstranges antreibbare Antriebsachse bildet. An dieser Antriebsachse ist der erfindungsgemäße Antriebsstrang wirksam angeordnet, wobei der Antriebsstrang eine Antriebsleistung auf die Räder dieser Achse überträgt. Es ist auch denkbar für jede Achse einen solchen Antriebsstrang vorzusehen. Der Antriebsstrang ist bevorzugt in Front-Quer-Bauweise verbaut, sodass die Eingangswelle sowie die Ausgangswellen im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind. Alternativ kann der Antriebsstrang schräg zur Längs- und Querachse des Fahrzeugs angeordnet sein, wobei die Ausgangswellen über entsprechende Gelenke mit den Rädern der jeweiligen Achse, die quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnet sind, verbunden sind.
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Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des gelten für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang sowie für das erfindungsgemäße Fahrzeug.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine stark schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß 1,
- 3 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 4 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer dritten Ausführungsform,
- 5 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer vierten Ausführungsform,
- 6 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer fünften Ausführungsform,
- 7 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer sechsten Ausführungsform, und
- 8 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer sechsten Ausführungsform.
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Gemäß 1 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 1, das vorliegend als Elektrofahrzeug ausgebildet ist, mit zwei Achsen 19, 20 dargestellt, wobei an der ersten Achse 19 ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang 2 antriebswirksam angeordnet ist. Die erste Achse 19 kann sowohl Fronachse als auch Heckachse des Fahrzeugs 1 sein. Der Antriebsstrang 2 umfasst eine als elektrische Maschine 12 ausgeführte Antriebseinheit sowie ein damit wirkverbundenes Getriebe 3, wobei der Aufbau und die Anordnung des Antriebsstranges 2 am Fahrzeug 1 in den folgenden Figuren näher erläutert wird. Die elektrische Maschine wird durch einen - hier nicht gezeigten - Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt, welcher wirksam mit einem in 2 bis 8 gezeigten gehäusefesten Stator 21 verbunden ist. Ferner ist die elektrische Maschine mit einer - hier nicht gezeigten - Leistungselektronik zur Steuerung und Regelung verbunden. Durch Bestromung des Stators 21 wird ein drehbar dazu angeordneter Rotor 13, welcher wiederum drehfest mit einer Eingangswelle 4 des Getriebes 3 verbunden ist, in eine Drehbewegung relativ zum Stator 21 versetzt. Die Eingangswelle 4 kann alternativ auch mit einer separaten Rotorwelle des Rotors 13 drehfest verbunden bzw. damit gekoppelt sein. Die Antriebsleistung der Antriebseinheit 12 wird über die Eingangswelle 4 in das Getriebe 3 geleitet und dort von einem integralen Differential 7 gewandelt und auf eine erste Ausgangswelle 5 und eine zweite Ausgangswelle 6 aufgeteilt. An den Enden der Ausgangswellen 5, 6 ist jeweils ein Rad 23, 24 mittelbar angeschlossen, um das Fahrzeug 1 anzutreiben. Jede Ausgangswelle 5, 6 ist über ein Gelenk 30 mit einer Radnabe 33 verbunden, an der das jeweilige Rad 23, 24 wirksam angeordnet ist. Mittels des jeweiligen Gelenks 30 kann unter anderem eine Schiefstellung der Ausgangswelle 5, 6 zur Radnabe 33 kompensiert werden. Die erste Ausgangswelle 5 ist vorliegend achsparallel zur zweiten Ausgangswelle 6 angeordnet, sodass die Räder 23, 24 in Fahrrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Ferner können - hier nicht gezeigte- Gelenkwellen vorgesehen sein, die die jeweilige Ausgangswelle 5, 6 mit der Radnabe 33 verbindet. Dadurch kann bei einer achsparallelen Anordnung der Ausgangswellen 5, 6 eine Anbindung des Antriebsstranges 2 an die Räder 23, 24 unabhängig von der Ausrichtung des Antriebsstranges 2 relativ zur Fahrzeuglängsrichtung erfolgen. Anders gesagt kann der Antriebsstrang 2 derart am Fahrzeug angeordnet sein, dass die Ausgangswellen 5, 6 bezogen auf die Radnaben 33 schräg angeordnet sind, wobei die Schrägstellung über Gelenke 30 oder über Gelenkwellen ausgeglichen werden kann. Aus Vereinfachungsgründen werden die Bezugszeichen der Bauteile zur Anbindung der Ausgangswellen 5, 6 an die Räder 23, 24 lediglich in 1 und 2 dargestellt.
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Das jeweilige Getriebe 3 gemäß 2 bis 8 sieht eine Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 35, aufweisend mindestens einen zweiten Planetenradsatz 26 mit mehreren Radsatzelementen sowie einen Aktuator 27. Ein erstes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist mit der Koppelwelle 22 drehfest verbunden, wobei ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 zumindest mittelbar mit dem Aktuator 27 wirkverbunden ist, und wobei ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 mit dem zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes 8 verbunden ist. Mittels des Aktuators 27 ist in Abhängigkeit der Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes 26 und der Drehmomentrichtung wahlweise das Drehmoment auf die erste oder zweite Ausgangswelle des Getriebes verteilbar. Die Drehzahl des Aktuators 27 ist maßgeblich dafür, welche der Ausgangswellen 5, 6 schneller dreht. Die Aktuatordrehzahl, bei welcher beide Ausgangswellen 5, 6 gleich schnell drehen, lässt sich durch Wahl der Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes 26 beeinflussen. Das Vorzeichen des Drehmoments ist entscheidend dafür, welche der beiden Ausgangswellen 5, 6 mehr Drehmoment aufweist. Der Aufbau des integralen Differentials 7 sowie die Anbindung der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 35 innerhalb des Getriebes 3 wird nachfolgend näher erläutert.
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Das integrale Differential 7 umfasst in allen Ausführungsbeispielen nach 2 bis 8, die ausdrücklich nur als exemplarische Beispiele zu verstehen sind, einen ersten Planetenradsatz 8 und einen Stirnradsatz 9. Der Stirnradsatz 9 besteht aus zwei miteinander in Zahneingriff stehenden und achsparallel zueinander angeordneten Stirnrädern 10, 11. Der erste Planetenradsatz 8 weist drei Radsatzelemente auf, bestehend aus Sonnenrad 14, Hohlrad 16 und Planetenträger 15, wobei am Planetenträger 15 mehrere Planetenräder 25 drehbar gelagert sind, die sowohl mit dem Hohlrad 16 als auch mit dem Sonnenrad 14 kämmen. Der erste Planetenradsatz 8 ist hier als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Das integrale Differential 7 weist somit ein Planetengetriebe sowie einen damit wirkverbundenen Stirnradtrieb auf. Ein erstes Radsatzelement des Planetenradsatzes 8 ist drehfest mit der Eingangswelle 4 verbunden. Ein zweites Radsatzelement ist drehfest mit der ersten Ausgangswelle 5 verbunden und überträgt die daran anliegende Antriebsleistung, insbesondere eine Antriebsdrehzahl sowie ein Antriebsmoment, zumindest mittelbar auf das erste Rad 23 der ersten Achse 19. Ein drittes Radsatzelement ist über eine Koppelwelle 22 drehfest mit dem ersten Stirnrad 10 des Stirnradsatzes 9 verbunden. Vorliegend sind das erste Radsatzelement ein Sonnenrad 14, das zweite Radsatzelement ein Planetenträger 15 und das dritte Radsatzelement ein Hohlrad 16 des Planetenradsatzes 8. Demnach ist die Eingangswelle 4 drehfest mit dem Sonnenrad 14 verbunden, sodass das Sonnenrad 14 das Antriebselement des Planetenradsatzes 8 bildet, wobei der Planetenträger 15 drehfest mit der ersten Ausgangswelle 5 und das Hohlrad 16 drehfest mit dem ersten Stirnrad 10 verbunden ist. Der Planetenträger 15 bildet das erste Abtriebselement des Getriebes 3, wobei das zweite Abtriebselement des Getriebes 3 durch das zweite Stirnrad 11 des Stirnradsatzes 9 gebildet wird.
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Die am ersten Stirnrad 10 anliegende Antriebsleistung wird auf das zweite Stirnrad 11 übertragen und von dort über die damit drehfest verbundene zweite Ausgangswelle 6 zumindest mittelbar zum zweiten Rad 24 der ersten Achse 19 geleitet. Je nach Durchmesser und Zähnezahl der Stirnräder 10, 11 kann an dem Stirnradsatz 9 eine Übersetzung eingestellt werden. Mittels des ersten Planetenradsatzes 8 ist ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Ausgangswelle 5 übertragbar. Ein dem ersten Abtriebsmoment entgegengesetzt wirkendes Abstützmoment wird auf den Stirnradsatz 9 übertragen und ist im Stirnradsatz 9 derart wandelbar, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Ausgangswelle 6 übertragbar ist.
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Der erste Planetenradsatz 8 und der Stirnradsatz 9 sind in axialer Richtung benachbart angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz 8 axial zwischen dem Stirnradsatz 9 und der Antriebseinheit 12 angeordnet ist. Außerdem ist der erste Planetenradsatz 8 axial zwischen dem Stirnradsatz 9 und einem zweiten Planetenradsatz 26 der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 35 angeordnet. Die erste Ausgangswelle 5 ist koaxial zur Koppelwelle 22 und zur Eingangswelle 4 angeordnet, wobei die zweite Ausgangswelle 6 achsparallel zur ersten Ausgangswelle 5 angeordnet ist. Die Eingangswelle 4 ist als Hohlwelle ausgebildet, wobei die erste Ausgangswelle 5 durch die Eingangswelle 4 und somit durch die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 35 und die Antriebseinheit 12 axial hindurchgeführt ist. Vorliegend erstreckt sich die erste Ausgangswelle 5 nach rechts und die dazu achsparallele zweite Ausgangswelle 6 in die entgegengesetzte Richtung nach links. Der Planetenradsatz 8 und der Stirnradsatz 9 können alternativ in radialer Richtung übereinander, also radial geschachtelt, angeordnet sein. Alle Zahnräder des integralen Differentials 7 sind demnach in einer gemeinsamen Radebene angeordnet, sodass ein axial kurzbauendes Getriebe 3 realisiert wird.
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Durch geeignete Ausbildung des Getriebes 3, beispielsweise durch zusätzliches Vorsehen eines Umschlingungstriebs, insbesondere eines Ketten- oder Riementriebs, kann auch eine koaxiale Anordnung der Ausgangswellen 5, 6 zueinander realisiert werden. Dabei kann der Planetenträger 15 des integralen Differentials 7 beispielsweise über den genannten Umschlingungstrieb mit der ersten Ausgangswelle 5 wirkverbunden sein. Der Umschlingungstrieb kann in diesem Zusammenhang ein Kettentrieb mit einer Kette als Zugmittel oder als Riementrieb mit einem Zahnriemen oder dergleichen sein, wobei der Planetenträger 15 des ersten Planetenradsatzes 8 über das entsprechende Zugmittel mit der ersten Ausgangswelle 5 antriebswirksam verbunden ist. Am Planetenträger 15 und der ersten Ausgangswelle 5 können entsprechende Verzahnungsabschnitte vorgesehen sein, um den Umschlingungstrieb zu bilden. Mittels des Umschlingungstriebs kann ferner eine Übersetzung des Getriebes 3 beeinflusst werden. Es kann auch ein 1:1-Übersetzungsverhältnis zwischen dem Planetenträger 15 und der zweiten Ausgangswelle 6 eingestellt werden.
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Der erste Planetenradsatz 8 kann alternativ derart ausgestaltet sein bzw. mit einfachen Mitteln umgestaltet werden, dass das erste Radsatzelement ein Sonnenrad 14, das zweite Radsatzelement ein Hohlrad 16 und das dritte Radsatzelement ein Planetenträger 15 des ersten Planetenradsatzes 8 sind. Die Anbindung an die weiteren Elemente des Antriebsstranges 2 erfolgt entsprechend. Zudem ist denkbar, die Eingangswelle 4 als Vollwelle auszubilden. Dadurch können die Lager zur drehbaren Lagerung der Eingangswelle 4 mit kleinere Durchmessern ausgeführt werden, um insbesondere Bauraum einzusparen. Außerdem ist denkbar, den Stirnradsatz 9 axial zwischen dem ersten Planetenradsatz 8 und der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 35 sowie gegebenenfalls der Antriebseinheit 12 anzuordnen. Die Ausbildung und Anordnung der Einheiten zueinander ist im Wesentlichen abhängig vom vorhanden Bauraum im Fahrzeug 1.
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Die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 35, also der zweite Planetenradsatz 26 und der Aktuator 27, ist vorliegend radial innerhalb des Rotors 13 der Antriebseinheit 12 angeordnet. Zudem ist denkbar den ersten Planetenradsatz 8 des integralen Differentials 7 ebenfalls radial innerhalb des Rotors 13 anzuordnen. Dadurch wird Bauraum des Getriebes 3 eingespart. Ferner alternativ können die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 35, das integrale Differential 7 und der Rotor 13 der Antriebseinheit 13 axial zueinander beabstandet bzw. benachbart zueinander angeordnet sein. Eine weitere Alternative kann darin bestehen, die Antriebseinheit 12, inklusive der eventuell darin aufgenommenen Bauteile oder Vorrichtungen, axial zwischen der Stirnradstufe 9 und einer Anbindung des ersten Planetenträgers 15 an die erste Ausgangswelle 5, insbesondere eines Umschlingungstriebs, anzuordnen. Dazu können weitere Koppelwellen vorgesehen sein. Bei einer derartigen Ausbildung des Antriebsstranges, erstreckt sich die erste Ausgangswelle 5 ausgehend von der Antriebseinheit 12 nach rechts und die zweite Ausgangswelle 6 entgegengesetzt dazu ausgehend von der Antriebseinheit 12 nach links. Der Aktuator 27 ist vorliegend als elektrische Maschine ausgebildet und weist einen gehäusefesten Stator 37 auf, gegenüber dem ein Rotor 38 drehbar gelagert ist. Am Rotor 38 ist ein Ausgangselement des Aktuators 27 drehfest angeordnet, welches als Eingangswelle oder Antriebselement des zweiten Planetenradsatzes 26 zu verstehen ist, wobei das Ausgangselement drehfest mit dem zweiten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden ist.
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Zur Übersetzung einer Drehzahl des Aktuators 27 sind zwischen dem zweiten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 und dem Aktuator 27 ein erstes Übersetzungsgetriebe 34 sowie ein zweites Übersetzungsgetriebe 36 angeordnet. Die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 35 umfasst hier ferner die beiden Übersetzungsgetriebe 34, 36. Vorliegend ist das erste Übersetzungsgetriebe 34 sowohl räumlich als auch im Leistungsfluss zwischen dem zweiten Planetenradsatz 26 und dem zweiten Übersetzungsgetriebe 36 angeordnet. Die Übersetzungsgetriebe 34, 36 sind hier ebenfalls radial innerhalb des Rotors 13 der Antriebseinheit 12 angeordnet.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 2 weist der zweite Planetenradsatz 26 drei Radsatzelemente auf, bestehend aus Sonnenrad 43, Planetenträger 44 und Hohlrad 45, wobei am Planetenträger 44 mehrere Planetenräder 59 drehbar gelagert sind, die sowohl mit dem Hohlrad 45 als auch mit dem Sonnenrad 43 kämmen. Der zweite Planetenradsatz 26 ist nach 2 als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Die Übersetzungsgetriebe 34, 36 sind ebenfalls in Form von Planetenradsätzen als Minus-Planetenradsätze ausgebildet und umfassen demnach ebenfalls jeweils drei Radsatzelemente, beim ersten Übersetzungsgetriebe 34 bestehend aus Sonnenrad 46, Planetenträger 47 und Hohlrad 48, wobei am Planetenträger 47 mehrere Planetenräder 64 drehbar gelagert sind, und beim zweiten Übersetzungsgetriebe 36 bestehend aus Sonnenrad 65, Planetenträger 66 und Hohlrad 67, wobei am Planetenträger 66 mehrere Planetenräder 68 drehbar gelagert sind. Die Übersetzungsgetriebe 34, 36 sind optional, um eine Übersetzung zu erhöhen.
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Ein erstes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist mit der Koppelwelle 22 drehfest verbunden. Ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist mit dem Rotor 38 des Aktuators 27 wirkverbunden. Ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist mit einem Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes 8, vorliegend mit dem Planetenträger 15, drehfest verbunden, der wiederum mit der ersten Ausgangswelle 5 drehfest verbunden ist. Das erste Radsatzelement ist nach 2 als ein Sonnenrad 43, das zweite Radsatzelement als ein Planetenträger 44 und das dritte Radsatzelement ist als ein Hohlrad 45 ausgebildet. Anders ausgedrückt ist der zweite Planetenradsatz 26 als ein 3-Wellen-Getriebe ausgebildet, wobei dessen Planetenträger 44 mit dem Rotor 38 in Verbindung steht, das Hohlrad 45 über den Planetenträger 15 mit der erstes Ausgangswelle 5 drehfest verbunden ist, sowie das Sonnenrad 43 mit der Koppelwelle 22 drehfest verbunden ist. Die Koppelwelle 22 wird gebildet durch das Hohlrad 16 des ersten Planetenradsatzes 8 und das Sonnenrad 43 des zweiten Planetenradsatzes 26.
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Mittels der Übersetzungsgetriebe 34, 36 kann dem zweiten Planetengetriebe 26 eine höhere Übersetzung der Rotordrehzahl zur Verfügung gestellt werden. Die jeweils als Planetenradsatz ausgebildeten Übersetzungsgetriebe 34, 36 weisen mehrere Radsatzelemente auf. Ein erstes Radsatzelement des ersten Übersetzungsgetriebes 34 ist mit einem zweiten Übersetzungsgetriebe 34 des zweiten Übersetzungsgetriebes 36 drehfest verbunden. Ein zweites Radsatzelement des ersten Übersetzungsgetriebes 34 ist mit dem Planetenträger 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 drehfest verbunden. Ein drittes Radsatzelement des ersten Übersetzungsgetriebes 34 ist ebenso wie ein drittes Radsatzelement des zweiten Übersetzungsgetriebes 36 festgesetzt. Das erste Radsatzelement des zweiten Übersetzungsgetriebes 36 ist mit dem Rotor 38 drehfest verbunden. Die jeweiligen ersten Radsatzelemente der Übersetzungsgetriebe 34, 36 sind als Sonnenräder 46, 65, die jeweiligen zweiten Radsatzelemente als Planetenträger 47, 66 und die jeweiligen dritten Radsatzelemente als Hohlräder 48, 67 ausgebildet. Am jeweiligen Planetenträger 47, 66 sind Planetenräder 64, 68 drehbar gelagert und kämmen mit dem dazugehörigen Sonnenrad 46, 65 und Hohlrad 48, 67. Vorliegend sind die Hohlräder 48, 67 der Übersetzungsgetriebe 34, 36 am Stator 21 als drehfestem Bauelement festgesetzt.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebsstranges 2. Im Unterschied zu 2, ist der zweite Planetenradsatz 26 als ein Plus-Planetenradsatz ausgeführt, wobei zusätzlich die Planetenträger- und Hohlradanbindung vertauscht wurden. Das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist der Planetenträger 44, wohingegen das Hohlrad 45 des zweiten Planetenradsatzes 26 das zweite Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist. An dem Planetenträger 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 sind innere bzw. äußere Planetenräder 28, 29 drehbar angeordnet. Jedes innere Planetenrad 28 kämmt mit dem dazugehörigen Sonnenrad 43 und einem dazugehörigen äußeren Planetenrad 29, wohingegen jedes äußere Planetenrad 29 zusätzlich mit dem dazugehörigen Hohlrad 45 kämmt. Das Hohlrad 45 des zweiten Planetenradsatzes 26 ist drehfest mit dem Planetenträger 62 des ersten Übersetzungsgetriebes 34 verbunden. Der Planetenträger 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 ist mit dem Planetenträger 15 des ersten Planetenradsatzes 8 und demnach mit der ersten Ausgangswelle 5 verbunden. Das Sonnenrad 43 des zweiten Planetenradsatzes 26 ist weiterhin mit der Koppelwelle 22 verbunden. Auch hier sind analog zu 2 die beiden Übersetzungsgetriebe 34 vorgesehen. Im Übrigen entspricht die Ausführung gemäß 3 der Ausführung gemäß 2, sodass auf das hierzu Beschriebene sowie auf die Ausführungen zu 1 Bezug genommen wird.
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4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebsstranges 2. Im Unterschied zu 2, ist der zweite Planetenradsatz 26 als Plus-Planetenradsatz ausgeführt. Es sei diesbezüglich auf die Ausführungen zu 3 verwiesen, wo der zweite Planetenradsatz 26 hinsichtlich seines Aufbaus identisch ist. Lediglich die Anbindungen der Radsatzelemente des zweiten Planetenradsatzes 26 sind unterschiedlich.
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So ist das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 das Sonnenrad 43, das über den Planetenträger 15 mit der ersten Ausgangswelle 5 verbunden ist. Das erste Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist der Planetenträger 44, der drehfest mit der Koppelwelle 22 verbunden ist. Das zweite Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist das Hohlrad 45, das über die beiden optionalen Übersetzungsgetriebe 34, 36 mit dem Rotor 38 des Aktuators 27 in Verbindung steht. Im Übrigen entspricht die Ausführung gemäß 4 der Ausführung gemäß 3 bzw. 2, sodass auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen sei.
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5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebsstranges 2. Im Unterschied zu 4, ist der zweite Planetenradsatz 26 als Plus-Planetenradsatz in Stufenplaneten-Bauweise ausgeführt. Zwei unterschiedlich große und am Planetenträger 44 drehbar gelagerte Festräder 50, 51 stehen dabei mit je einem Sonnenrad 31, 32 des zweiten Planetenradsatzes 26 in Zahneingriff. Es handelt sich also um eine Planetenstufe mit zwei Sonnenradanbindungen. Das größere erste Festrad 50 kämmt mit dem ersten Sonnenrad 31. Das kleinere zweite Festrad 51 kämmt mit dem zweiten Sonnenrad 32. Die Festräder 50, 51 sind drehfest miteinander verbunden.
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Das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist das erste Sonnenrad 31, wobei das erste Sonnenrad 31 über den Planetenträger 15 des ersten Planetenradsatzes 8 mit der ersten Ausgangswelle 5 drehfest verbunden ist. Das erste Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist der Planetenträger 44, welcher drehfest mit der Koppelwelle 22 verbunden ist. Das zweite Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist das zweite Sonnenrad 32, das über die beiden optionalen Übersetzungsgetriebe 34, 36 mit dem Rotor 38 des Aktuators 27 wirkverbunden ist. Im Übrigen entspricht die Ausführung gemäß 5 der Ausführung gemäß 3 bzw. 2, sodass auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen sei.
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6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebsstranges 2. Im Unterschied zu 5 werden die Anbindungen des zweiten Planetenradsatzes 26 nicht über zwei Sonnenräder, sondern über zwei Hohlräder 39, 40 realisiert. Das kleinere zweite Festrad 51 steht mit dem ersten Hohlrad 39 in Zahneingriff, wohingegen das größere erste Festrad 50 mit dem zweiten Hohlrad 40 in Zahneingriff steht. Es handelt sich also um eine Planetenstufe mit zwei Hohlradanbindungen. Das erste Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist weiterhin der Planetenträger 44, welcher drehfest mit der Koppelwelle 22 verbunden ist. Das zweite Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist das erste Hohlrad 39, das über die beiden optionalen Übersetzungsgetriebe 34, 36 mit dem Rotor 38 wirkverbunden ist. Das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist demnach das zweite Hohlrad 40, das über den Planetenträger 15 des ersten Planetenradsatzes 8 mit der ersten Ausgangswelle 5 drehfest verbunden ist. Im Übrigen entspricht die Ausführung gemäß 6 der Ausführung gemäß 5, sodass hierauf entsprechend Bezug genommen wird.
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7 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebsstranges 2. Im Unterschied zu 3, ist der zweite Planetenradsatz 26 als ein Plus-Planetenradsatz in Stufenplaneten-Bauweise ausgeführt. Zwei unterschiedlich große und am Planetenträger 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 gelagerte Festräder 50, 51 stehen dabei mit je einem Sonnenrad 31, 32 in Zahneingriff. Es handelt sich also um eine Planetenstufe mit zwei Sonnenradanbindungen. Das kleinere zweite Festrad 51 kämmt mit dem ersten Sonnenrad 31. Das größere zweite Festrad 51 kämmt mit dem zweiten Sonnenrad 32. Die Festräder 50, 51 sind drehfest miteinander verbunden.
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Das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist der Planetenträger 44, der über den Planetenträger 15 des ersten Planetenradsatzes 8 mit der ersten Ausgangswelle 5 drehfest verbunden ist. Das erste Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist das zweite Sonnenrad 32, das drehfest mit der Koppelwelle 22 verbunden ist. Das zweite Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist das erste Sonnenrad 31, das über die beiden optionalen Übersetzungsgetriebe 34, 36 mit dem Rotor 38 wirkverbunden ist. Im Übrigen entspricht die Ausführung gemäß 7 der Ausführung gemäß 2 bzw. 3, sodass hierauf entsprechend Bezug genommen wird.
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8 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebsstranges 2. Im Unterschied zu 7, wird die Anbindung des zweiten Planetenradsatzes 26 nicht über Sonnenräder, sondern über zwei Hohlräder 39, 40 realisiert. Zwei unterschiedlich große und am Planetenträger 44 gelagerte Festräder 50, 51 stehen dabei mit je einem Hohlrad in Zahneingriff. Es handelt sich also um eine Planetenstufe mit zwei Hohlradanbindungen. Das größere erste Festrad 50 kämmt mit dem ersten Hohlrad 39. Das kleinere zweite Festrad 51 kämmt mit dem zweiten Hohlrad 40.
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Das erste Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist das erste Hohlrad 39 und ist drehfest mit der Koppelwelle 22 verbunden. Das zweite Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist das zweite Hohlrad 40, das über die beiden optionalen Übersetzungsgetriebe 34, 36 mit dem Rotor 38 wirkverbunden ist.
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Das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist weiterhin der Planetenträger 44, der über den Planetenträger 15 des ersten Planetenradsatzes 8 mit der ersten Ausgangswelle 5 drehfest verbunden ist. Im Übrigen entspricht die Ausführung gemäß 8 der Ausführung gemäß 7, sodass hierauf entsprechend Bezug genommen wird.
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Die Vorteile der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 35 bzw. dem Getriebe 3 mit der Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 35 gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen liegt in einer kompakten Bauweise und in einem guten Wirkungsgrad. Die Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit 35 ist in konstruktiver Hinsicht technisch wenig komplex und dadurch preiswert. Zudem kann durch die Verbindung des zweiten Planetengetriebes 26 mit der Koppelwelle 22 das Potential voll ausgeschöpft werden, da im Wesentlichen darin besteht, dass der zweite Planetenradsatz 26 durch die unterschiedlichen Drehrichtungen einfacher ausgeführt werden kann.
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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 Beschreibung und der Patentansprüche.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- Getriebe
- 4
- Eingangswelle
- 5
- Erste Ausgangswelle
- 6
- Zweite Ausgangswelle
- 7
- Integrales Differential
- 8
- Erster Planetenradsatz
- 9
- Stirnradsatz
- 10
- Erstes Stirnrad
- 11
- Zweites Stirnrad
- 12
- Antriebseinheit bzw. Elektrische Maschine
- 13
- Rotor der Antriebseinheit
- 14
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- 15
- Planetenträger des ersten Planetenradsatzes
- 16
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- 18
- Gehäuse
- 19
- Erste Achse
- 20
- Zweite Achse
- 21
- Stator der Antriebseinheit
- 22
- Koppelwelle
- 23
- Erstes Rad
- 24
- Zweites Rad
- 25
- Planetenrad des ersten Planetenradsatzes
- 26
- Zweiter Planetenradsatz
- 27
- Aktuator
- 28
- Inneres Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
- 29
- Äußeres Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
- 30
- Gelenk
- 31
- Erstes Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes in Stufenplaneten-Bauweise
- 32
- Zweites Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes in Stufenplaneten-Bauweise
- 33
- Radnabe
- 34
- Erstes Übersetzungsgetriebe
- 35
- Torque-Vectoring-Überlagerungseinheit
- 36
- Zweites Übersetzungsgetriebe
- 37
- Stator des Aktuators
- 38
- Rotor des Aktuators
- 39
- Erstes Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes in Stufenplaneten-Bauweise
- 40
- Zweites Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes in Stufenplaneten-Bauweise
- 43
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- 44
- Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes
- 45
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- 46
- Sonnenrad des ersten Übersetzungsgetriebes
- 47
- Planetenträger des ersten Übersetzungsgetriebes
- 48
- Hohlrad des ersten Übersetzungsgetriebes
- 50
- Erstes Festrad
- 51
- Zweites Festrad
- 59
- Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
- 61
- Sonnenrad des ersten Übersetzungsgetriebes
- 62
- Planetenträger des ersten Übersetzungsgetriebes
- 63
- Hohlrad des ersten Übersetzungsgetriebes
- 64
- Planetenrad des ersten Übersetzungsgetriebes
- 65
- Sonnenrad des zweiten Übersetzungsgetriebes
- 66
- Planetenträger des zweiten Übersetzungsgetriebes
- 67
- Hohlrad des zweiten Übersetzungsgetriebes
- 68
- Planetenrad des zweiten Übersetzungsgetriebes Ersatzseite 26
