DE102022116044A1

DE102022116044A1 - Differential gear, transmission device for an electric drive axle and electric drive axle

Info

Publication number: DE102022116044A1
Application number: DE102022116044.0A
Authority: DE
Inventors: Alexander Wenisch; Johann Averichev
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-06-28
Filing date: 2022-06-28
Publication date: 2023-12-28

Abstract

Die Erfindung zeigt eine Getriebevorrichtung für eine elektrische Antriebsachse eines Fahrzeugs mit Eingangsstufe und Differentialstufe, wobei die Differentialstufe als Planetengetriebe ausgebildet ist, wobei das Planetengetriebe der Differentialstufe einen ersten Planetensatz mit ersten Planeten aufweist, wobei das Planetengetriebe der Differentialstufe einen zweiten Planetensatz mit zweiten Planeten aufweist, und wobei die ersten und zweiten Planeten der ersten und zweiten Planetensätze der Differentialstufe paarweise miteinander kämmen, wobei die Differentialstufe einen Planetenträger aufweist, welcher in einem Außenbereich einen Eingriffsbereich aufweist, und wobei die Differentialstufe ein Hohlrad aufweist, welches bewegbar zwischen zwei Schaltpositionen ausgebildet ist, und wobei in einer ersten Ausgestaltung das Hohlrad in einer ersten Schaltposition ausschließlich im Eingriff mit Planeten zumindest eines der beiden Planetensätze und in einer zweiten Schaltposition zusätzlich zum Eingriff mit den Planeten des einen Planetensatzes in Eingriff mit dem Eingriffsbereich des Planetenträgers ist, so dass das Differentialgetriebe in der zweiten Schaltposition gesperrt ist, oder in einer zweiten Ausgestaltung das Hohlrad in einer ersten Schaltposition ausschließlich in Eingriff mit dem Eingriffsbereich des Planetenträgers und in einer zweiten Schaltposition zusätzlich zu diesem Eingriff mit dem Planetenträger im Eingriff mit Planeten zumindest eines der beiden Planetensätze ist, so dass das Differentialgetriebe in der zweiten Schaltposition gesperrt ist.The invention shows a transmission device for an electric drive axle of a vehicle with an input stage and a differential stage, the differential stage being designed as a planetary gear, the planetary gear of the differential stage having a first planetary gear set with first planets, the planetary gear of the differential stage having a second planetary gear set with second planets, and wherein the first and second planets of the first and second planetary sets of the differential stage mesh with one another in pairs, wherein the differential stage has a planet carrier which has an engagement area in an outer area, and wherein the differential stage has a ring gear which is designed to be movable between two switching positions, and wherein in a first embodiment the ring gear is in a first switching position exclusively in engagement with planets of at least one of the two planetary sets and in a second switching position in addition to engaging with the planets of one planetary set in engagement with the engagement area of the planet carrier, so that the differential gear in the second switching position is locked, or in a second embodiment the ring gear is in a first switching position exclusively in engagement with the engagement area of the planet carrier and in a second switching position in addition to this engagement with the planet carrier in engagement with planets of at least one of the two planetary sets, so that Differential gear is locked in the second switching position.

Description

Zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs werden Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen.Electric motors are used to power a motor vehicle to create alternatives to internal combustion engines that require fossil fuels.

Bereits aus der US 1,032,068 ist eine elektrische Antriebsachse mit zu einem Antriebsmotor koaxial angeordneten Übersetzungsgetriebe und Differentialgetriebe bekannt. Das Übersetzungsgetriebe ist als einzelne Zahnradstufe mit zwei Zahnrädern mit voneinander unterschiedlichen Zähnezahlen ausgebildet. Das Differentialgetriebe ist als ein Stirnraddifferential ausgebildet und umfasst zwei jeweils mit verschiedenen Abtriebswellen verbundene Hauptzahnräder und drei Gruppen an Stirnrädern, jeweils bestehend aus zwei auf separaten Achsen, benachbart zueinander und im Eingriff miteinander befindlichen Stirnrädern.Already from the US 1,032,068 an electric drive axle with transmission gears and differential gears arranged coaxially with a drive motor is known. The transmission gear is designed as a single gear stage with two gears with different numbers of teeth. The differential gear is designed as a spur gear differential and includes two main gears, each connected to different output shafts, and three groups of spur gears, each consisting of two spur gears located on separate axles, adjacent to one another and in mesh with one another.

Aus der US 5,533,943 ist eine elektrische Antriebsachse mit einem als Planetengetriebe ausgebildetem Übersetzungsgetriebe und einem Kegelraddifferential bekannt, wobei Übersetzungsgetriebe und Kegelraddifferential koaxial zum Antriebsmotor angeordnet sind. Das als Planetengetriebe ausgebildete Übersetzungsgetriebe weist einen gestuften Planetenradsatz mit gebauten Planeten auf, welche jeweils aus einem Zahnrad mit größerem Durchmesser und einem Zahnrad mit kleinerem Durchmesser bestehen. Das als Planentengetriebe ausgebildete Übersetzungsgetriebe umfasst weiterhin ein Sonnenrad und ein Hohlrad, wobei das Zahnrad mit größerem Durchmesser in Eingriff mit dem Sonnenrad des Planentengetriebes und das Zahnrad mit kleinerem Durchmesser in Eingriff mit dem Hohlrad des Planentengetriebes sind. Das Hohlrad ist gegen ein Gehäuse der Antriebsachse abgestützt. Der Antriebsmotor umfasst eine als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle, welche mit dem Sonnenrad des Übersetzungsgetriebes verbunden ist, so dass ein Antriebsmoment über das Sonnenrad an die Planeten übertragen wird und wobei eine Reaktionskraft hierzu am Hohlrad des Übersetzungsgetriebes abgestützt ist.From the US 5,533,943 an electric drive axle with a transmission gear designed as a planetary gear and a bevel gear differential is known, with the transmission gear and bevel gear differential being arranged coaxially to the drive motor. The transmission gear designed as a planetary gear has a stepped planetary gear set with built-in planets, each of which consists of a gear with a larger diameter and a gear with a smaller diameter. The transmission gear designed as a planetary gear further comprises a sun gear and a ring gear, the larger diameter gear being in engagement with the sun gear of the planetary gear and the smaller diameter gear being in engagement with the ring gear of the planetary gear. The ring gear is supported against a housing of the drive axle. The drive motor comprises a drive shaft designed as a hollow shaft, which is connected to the sun gear of the transmission gear, so that a drive torque is transmitted to the planets via the sun gear and a reaction force for this is supported on the ring gear of the transmission gear.

Aus der US 5,554,082 ist eine elektrische Antriebsachse mit koaxial zu einem Antriebsmotor angeordneten Übersetzungsgetriebe und Stirnraddifferential bekannt. Das Übersetzungsgetriebe ist als Planetengetriebe und entsprechend dem Aufbau gemäß US 5,533,943 ausgebildet. Das Stirnraddifferential hier ist ebenfalls als Planetengetriebe mit Sonnenrad, Planetenträger, Planeten und Hohlrad ausgebildet, wobei der Planetenträger des Übersetzungsgetriebes und das Hohlrad des Stirnraddifferentials miteinander verbunden sind, das Antriebsmoment also über den Planetenträger des Übersetzungsgetriebes an das Hohlrad des Stirnraddifferentials weitervermittelt wird. Ein Abtrieb des Stirnraddifferentials erfolgt über dessen Planetenträger und Sonnenrad.From the US 5,554,082 an electric drive axle with a transmission gear and spur gear differential arranged coaxially to a drive motor is known. The transmission gear is a planetary gear and corresponds to the structure US 5,533,943 educated. The spur gear differential here is also designed as a planetary gear with a sun gear, planet carrier, planet and ring gear, whereby the planet carrier of the transmission gear and the ring gear of the spur gear differential are connected to each other, so the drive torque is transmitted to the ring gear of the spur gear differential via the planet carrier of the transmission gear. The spur gear differential is driven via its planet carrier and sun gear.

Aus der DE 10 2011 081 882 ist eine elektrische Antriebsachse mit zwei Abtriebswellen bekannt, umfassend einen Motorbereich und einen Getriebebereich. Im Motorbereich ist ein Elektromotor angeordnet, dessen Rotor über eine Hohlwelle mit dem Getriebebereich gekoppelt ist, so dass ein vom Elektromotor erzeugtes Antriebsdrehmoment über die Hohlwelle in den Getriebebereich übertragen wird. Innerhalb der Hohlwelle ist die Abtriebswelle koaxial und konzentrisch zum Elektromotor angeordnet. Im Getriebebereich sind ein Übersetzungsgetriebe und ein Differentialgetriebe angeordnet, um das Antriebsdrehmoment des Elektromotors zu übersetzen bzw. zu untersetzen und auf zwei Abtriebswellen zu verteilen. Übersetzungsgetriebe und Differentialgetriebe sind jeweils als Planetengetriebe ausgebildet. Das Übertragungsgetriebe weist einen ersten Planetensatz mit ersten Planeten auf, welche in einem Teilkreis um die Hauptdrehachse in Umlaufrichtung verteilt angeordnet sind. Das Differentialgetriebe weist einen zweiten Planetensatz mit zweiten Planeten auf, welche ebenfalls in dem Teilkreis um die Hauptdrehachse in Umlaufrichtung verteilt angeordnet sind. Ein Teil des Übertragungsgetriebes und des Differentialgetriebes sind zu einer gemeinsamen Baugruppe verschmolzen, indem jeweils ein Planet des ersten Planetensatzes und ein Planet des zweiten Planetenplanetensatzes auf einem gemeinsamen Doppelplanetenbolzen sitzen und die ersten und zweiten Planetensätze in einem Käfig angeordnet sind, welcher zusammen mit dem Doppelplanetenbolzen einen gemeinsamen Planetenträger von Übersetzungsgetriebe und Differentialgetriebe bildet. Das Differentialgetriebe umfasst weiterhin einen dritten Planetensatz mit dritten Planeten, welche jeweils benachbart zu einem Planeten des zweiten Planetensatzes angeordnet sind und miteinander kämmen. Die zweiten Planeten des zweiten Planetensatzes kämmen mit einem ersten Sonnenrad und die dritten Planeten des dritten Planetensatzes kämmen mit einem zweiten Sonnenrad, wobei die Sonnenräder mit einer der Abtriebswellen verbunden sind.From the DE 10 2011 081 882 an electric drive axle with two output shafts is known, comprising a motor area and a transmission area. An electric motor is arranged in the engine area, the rotor of which is coupled to the transmission area via a hollow shaft, so that a drive torque generated by the electric motor is transmitted to the transmission area via the hollow shaft. The output shaft is arranged coaxially and concentrically to the electric motor within the hollow shaft. In the transmission area, a transmission gear and a differential gear are arranged in order to translate or reduce the drive torque of the electric motor and distribute it to two output shafts. Transmission gears and differential gears are each designed as planetary gears. The transmission gear has a first planetary gear set with first planets, which are arranged distributed in a partial circle around the main axis of rotation in the direction of rotation. The differential gear has a second planetary gear set with second planets, which are also arranged distributed in the pitch circle around the main axis of rotation in the direction of rotation. Part of the transmission gear and the differential gear are merged into a common assembly in that a planet of the first planetary gear set and a planet of the second planetary gear set sit on a common double planetary pin and the first and second planetary gears are arranged in a cage, which together with the double planetary pin has a cage common planet carrier of the transmission gear and differential gear. The differential gear further comprises a third planetary gear set with third planets, each of which is arranged adjacent to a planet of the second planetary gear set and meshes with one another. The second planets of the second planetary set mesh with a first sun gear and the third planets of the third planetary set mesh with a second sun gear, the sun gears being connected to one of the output shafts.

Aus der DE 10 2015 214 031 ist eine Getriebeanordnung für eine elektrische Antriebsachse eines Kraftfahrzeug mit Eingangsstufe und Differential bekannt, wobei Eingangsstufe und Differential als Planetengetriebe ausgebildet sind, wobei die beiden Planetengetriebe von Eingangsstufe und Differential über einen gemeinsamen Planetenträger miteinander gekoppelt sind, wobei das Differential einen ersten und einen zweiten Planetensatz aufweist, wobei der erste Planetensatz mit einer ersten Sonne und der zweite Planetensatz mit einer zweiten Sonne kämmt, und wobei die beiden Planetensätze des Differentials paarweise miteinander kämmen. Die Eingangsstufe umfasst eine Antriebssonne, erste und zweite Planetensätze, einen Planetenträger und ein Hohlrad, wobei die Antriebssonne mit einem ersten Planetensatz des Planetengetriebes der Eingangsstufe kämmt, wobei der erste Planetensatz des Planetengetriebes der Eingangsstufe mit einem zweiten Planetensatz des Planetengetriebes der Eingangsstufe drehfest verbunden ist, und wobei die beiden Planetensätze des Planetengetriebes der Eingangsstufe zusammen mit dem ersten Planetensatz des Planetengetriebes des Differentials auf einem am gemeinsamen Planetenträger angeordneten ersten Bolzen drehbar gelagert sind.From the DE 10 2015 214 031 a transmission arrangement for an electric drive axle of a motor vehicle with an input stage and differential is known, the input stage and differential being designed as a planetary gear, the two planetary gears of the input stage and differential being coupled to one another via a common planetary carrier, the differential having a first and a second planetary gear set , where the first set of planets combs with a first sun and the second set of planets with a second sun, and where the two sets of planets of the dif Comb ferentials together in pairs. The input stage comprises a drive sun, first and second planetary gear sets, a planet carrier and a ring gear, the drive sun meshing with a first planetary gear set of the planetary gear of the input stage, the first planetary gear set of the planetary gear of the input stage being connected in a rotationally fixed manner to a second planetary gear set of the planetary gear of the input stage, and wherein the two planetary gear sets of the planetary gear of the input stage are rotatably mounted together with the first planetary gear of the planetary gear of the differential on a first bolt arranged on the common planet carrier.

Die vorstehend genannten Beispiele der elektrischen Antriebsachse weisen eine koaxiale Anordnung von E-Motorwelle und Ausgangswellen auf, wobei eine der Ausgangswellen durch die E-Motorwelle hindurchgeführt und die E-Motorwelle fluchtend zu den Ausgangswellen des Differentials angeordnet sind. Alternativ zu dieser koaxialen Anordnung des E-Motors zum Differential kommt eine achsparallele Anordnung in Betracht, bei welcher die Motorwelle des E-Motors achsparallel und beabstandet zu den Ausgangswellen des Differentials angeordnet ist. Eine anschauliche Darstellung eines solchen Elektroantriebs stellt der Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: „Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge“ vor. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben (elektromechanischer Achsantriebsstrang), welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferential angeordnet ist, wobei in dem Leistungspfad zwischen Elektromotor und Kegelraddifferential ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Der elektromechanische Achsantriebsstrang kann im Beispiel des oben genannten Artikels mit einem schaltbaren Planetengetriebe zweigängig ausgeführt sein oder in einfacherer Weise lediglich einen Gang aufweisen (Eingängigkeit). Ein dem Elektromotor (E-Motor) im Leistungspfad nachgelagertes Getriebe (Untersetzungsgetriebe / Reduziergetriebe) reduziert die übliche hohe Ausgangsdrehzahl des Elektromotors und erhöht das in das Differential eingeleitete Drehmoment.The above-mentioned examples of the electric drive axle have a coaxial arrangement of the electric motor shaft and output shafts, with one of the output shafts passing through the electric motor shaft and the electric motor shaft being arranged in alignment with the output shafts of the differential. As an alternative to this coaxial arrangement of the electric motor to the differential, an axially parallel arrangement can be considered, in which the motor shaft of the electric motor is arranged axially parallel and at a distance from the output shafts of the differential. A clear representation of such an electric drive is provided in the article in the magazine ATZ 113th year, 05/2011, pages 360-365 by Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski and Jens Liebold with the title: “Highly integrative and flexible electric drive unit for electric vehicles " before. This article describes a drive unit for an axle of a vehicle (electromechanical axle drive train), which includes an electric motor that is arranged concentrically and coaxially to a bevel gear differential, with a switchable 2-speed planetary gear set being arranged in the power path between the electric motor and the bevel gear differential which is also positioned coaxially to the electric motor or the bevel gear differential. The drive unit is very compact and, thanks to the switchable 2-speed planetary gear set, allows a good compromise between climbing ability, acceleration and energy consumption. In the example of the article mentioned above, the electromechanical axle drive train can be designed with two gears with a switchable planetary gear or, in a simpler manner, only have one gear (single-speed). A gearbox (reduction gearbox/reducer gearbox) downstream of the electric motor (e-motor) in the power path reduces the usual high output speed of the electric motor and increases the torque introduced into the differential.

Wenn ein Fahrzeug in Kurven fährt, dreht sich das kurvenäußere Rad schneller als das kurveninnere Rad, da das kurvenäußere Rad eine längere Strecke zurücklegen muss als das kurveninnere Rad. Sind beide Räder starr miteinander verbunden, drehen diese sich aber zwingend gleich schnell. Ein Differentialgetriebe, auch „Ausgleichsgetriebe“ genannt, sorgt nun dafür, dass sich beide Räder unterschiedlich schnell drehen können und eben nicht direkt miteinander verbunden sind.When a vehicle corners, the wheel on the outside of the curve rotates faster than the wheel on the inside of the curve because the wheel on the outside of the curve has to cover a longer distance than the wheel on the inside of the curve. If both wheels are rigidly connected to each other, they necessarily rotate at the same speed. A differential gear, also called a “balancing gear,” ensures that both wheels can rotate at different speeds and are not directly connected to each other.

Auf unebenem Boden und bei nicht-festen Straßen (Gelände, Matsch, Wiesen, Schnee, Eis, etc.) führt diese dynamische Anordnung (=entkoppelte Anordnung) von Zahnrädern aber zu Nachteilen, da die Räder aufgrund des Differentialgetriebes einfach durchdrehen und stehen bleiben würden. Um derartige Situationen zu vermeiden, können die Ausgleichsgetriebe mit einer Sperrmöglichkeit versehen werden (allgemein auch als „Sperrdifferential“ oder „Differentialsperre“ bezeichnet). Über diese Sperrwirkung wird die vorstehend beschriebene ausgleichende Funktion des Differentials aus- bzw. eingeschaltet, was bedeutet, dass die Räder starr koppelbar sind, so dass diese im gekoppelten Zustand immer mit gleicher Drehzahl drehen.However, on uneven ground and on non-firm roads (terrain, mud, meadows, snow, ice, etc.), this dynamic arrangement (=decoupled arrangement) of gears leads to disadvantages, as the wheels would simply spin and stop due to the differential gear . To avoid such situations, the differential gears can be provided with a locking option (commonly referred to as a “locking differential” or “differential lock”). The above-described balancing function of the differential is switched off or on via this locking effect, which means that the wheels can be rigidly coupled so that they always rotate at the same speed in the coupled state.

Größtenteils werden Differentialsperren bei Off-Road-Anwendungen verwendet, um eine permanente und gleichmäßige Kraftübertragung auf allen Rädern zu gewährleisten und damit eine gute Traktion im Gelände zu gewähren. Bekannte Sperrdifferentiale sind Kegelraddifferentiale, welche meistens mittels Klauenkupplungen oder Lamellenpaketen gesperrt sind. Mechanisch sind diese Klauenkupplungen oder Lamellenpaketen meist so ausgelegt, dass diese nur im Stand oder bei geringen Rollbewegungen aktiviert werden können.For the most part, differential locks are used in off-road applications to ensure permanent and even power transmission to all wheels and thus provide good off-road traction. Well-known limited slip differentials are bevel gear differentials, which are usually locked using dog clutches or disk packs. Mechanically, these claw clutches or disk packs are usually designed in such a way that they can only be activated when stationary or with slight rolling movements.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Sperrdifferentials anzugeben.It is an object of the present invention to provide an advantageous embodiment of a limited-slip differential.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Stirnraddifferential bestehend aus einem Planetengetriebe mit Sonnenrad, Planetensatz, Planetenträger und Hohlrad mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.This object is achieved according to the invention by a spur gear differential consisting of a planetary gear with sun gear, planetary gear set, planet carrier and ring gear with the features of patent claim 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stirnradifferentials sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 und 3.Preferred embodiments of the spur gear differential according to the invention are the subject of dependent claims 2 and 3.

Der vorstehend beschriebene Stand der Technik zeigt als Getriebe für elektrische Achsen bevorzugt Stirnraddifferentiale, welche gut mit Koaxialgetrieben mit einem koaxialen Abtrieb integrierbar sind, bei welchen jedoch eine Sperrmöglichkeit nicht bekannt ist. Da bei Elektrofahrzeugen die Effizienz oft stark im Vordergrund steht, ist eine Sperrmöglichkeit bei den bekannten Lösungen auch nicht vorgesehen. Gerade bei SUV-Anwendungen wäre allerdings die Verwendung eines Sperrdifferentials aus den vorgenannten Gründen geboten.The prior art described above preferably shows spur gear differentials as transmissions for electric axles, which can be easily integrated with coaxial gears with a coaxial output, but in which a locking option is not known. Since the focus is often on efficiency in electric vehicles, a locking option is not provided for in the known solutions. However, the use of a limited-slip differential would be particularly advisable for SUV applications for the reasons mentioned above.

Es ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Sperrdifferential auf vorteilhafte Weise in eine Getriebeanordnung für eine elektrische Achse eines Kraftfahrzeuges zu integrieren.It is therefore a further object of the present invention to advantageously integrate a limited-slip differential into a transmission arrangement for an electric axle of a motor vehicle.

Diese weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Getriebevorrichtung für eine elektrische Antriebsachse eines Fahrzeugs mit Eingangsstufe und Differentialstufe mit den Merkmalen des Patentanspruches 4.This further object is achieved according to the invention by a transmission device for an electric drive axle of a vehicle with an input stage and differential stage with the features of patent claim 4.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Getriebevorrichtung für eine elektrische Antriebsachse eines Fahrzeugs mit Eingangsstufe und Differentialstufe sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche 5 bis 9.Preferred embodiments of the transmission device for an electric drive axle of a vehicle with an input stage and a differential stage are the subject of dependent claims 5 to 9.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für eine elektrische Antriebsachse, welche in einem geländegängigen Fahrzeug eingesetzt werden soll, die Möglichkeit zu schaffen, ein gesperrtes Differential zu verwenden und damit die Off-Road-Eigenschaften zu verbessern.A further object of the present invention is to create the possibility of using a locked differential for an electric drive axle which is to be used in an off-road vehicle and thus improve the off-road properties.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung für eine elektrische Antriebsachse eines Fahrzeugs mit Eingangsstufe und Differentialstufe gemäß dem Patentanspruch 10.This object is achieved by the preferred use of the transmission device according to the invention for an electric drive axle of a vehicle with an input stage and differential stage according to claim 10.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, durch nur minimale Abänderung der bisher gängig verwendeten Getriebe die Off-road-Eigenschaften zu verbessern und damit eine mögliche Nachrüstbarkeit bzw. Ausstattungslinie der Fahrzeuge für Off-Road Anwendungen zur Verfügung zu stellen. Es werden nur minimal notwendige Komponenten hinzugefügt und damit das Getriebe bzw. Fahrzeug um eine weitere wichtige Funktion ergänzt.With the solution according to the invention, it is possible to improve the off-road properties by only minimally modifying the previously used transmissions and thus to provide a possible retrofitting or equipment line of the vehicles for off-road applications. Only minimally necessary components are added, thereby adding another important function to the transmission or vehicle.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:

1: einen Halbschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Getriebevorrichtung für eine elektrische Antriebsachse eines Fahrzeuges mit Eingangsstufe und Differentialstufe, mit einer Vorrichtung zur Sperrung des Stirnraddifferentials der Differentialstufe in einer 1. Stellung („offen-Stellung“);
2: einem Halbschnitt durch das Ausführungsbeispiel einer Getriebevorrichtung nach 1 mit der Vorrichtung zur Sperrung des Stirnraddifferentials in einer 2. Stellung („geschlossen-Stellung“);
3A: eine perspektivische Darstellung eines Hohlrads (nachfolgend auch als „Schiebehohlrad“ bezeichnet) als einem Teil der Vorrichtung zur Sperrung des Differentials (in Blickrichtung auf eine erste der beiden Stirnseiten);
3B: eine weitere perspektivische Darstellung des Schiebehohlrads nach 3A (in Blickrichtung auf die andere der beiden Stirnseiten);
4A: eine perspektivische Darstellung einer Abdeckplatte als einem Teil eines Planetenträgers des Planetengetriebes der Stirnraddifferentials (in Blickrichtung auf eine der beiden Seitenflächen);
4B: eine weitere perspektivische Darstellung der Abdeckplatte nach 4A (in Blickrichtung auf die andere der beiden Seitenflächen);
5A: eine perspektivische Darstellung eines Teils der Getriebevorrichtung nach den 1 und 2 mit Fokus auf den Teilbereich mit der Vorrichtung zur Sperrung des Differentials in der „geschlossenen-Stellung“ (in Blickrichtung vom Inneren der Getriebevorrichtung);
5B: eine weitere perspektivische Darstellung des Teilbereichs der Getriebevorrichtung gemäß 5A (in Blickrichtung von außerhalb der Getriebevorrichtung);
6A: eine perspektivische Darstellung eines gemeinsamen Planetenträgers von Eingangsstufe und Differentialstufe der Getriebevorrichtung nach den 1 und 2 (in Blickrichtung von der Differentialstufe kommend);
6B: eine perspektivische Darstellung eines Teilbereichs des gemeinsamen Planetenträgers nach 6A mit Fokus auf jeweils einen Planeten der beiden Planetensätze des Stirnraddifferentials der Differentialstufe, aus welcher die Verzahnung zu einem der beiden Sonnenräder erkennbar sind;
6C: eine perspektivische Darstellung des Teilbereichs des gemeinsamen Planetenträgers nach 6A mit Fokus auf jeweils einen Planeten der beiden Planetensätze des Stirnraddifferentials der Differentialstufe, aus welcher die Verzahnung zu dem im Vergleich zu 6B weiteren Sonnenrad erkennbar ist;
7A: eine perspektivische Darstellung eines Teilbereichs der Vorrichtung zur Sperrung der Differentialstufe in der offen-Stellung, wobei das Schiebehohlrad auf einer der beiden Seiten der Planeten, kämmend mit den Planeten eines der beiden Planetensätze der Differentialstufe und neben der gemeinsamen Kontaktebene der Planeten angebracht ist;
7B: eine perspektivische Darstellung eines Teilbereichs der Vorrichtung zur Sperrung der Differentialstufe in der offen-Stellung, wobei das Schiebehohlrad auf der im Vergleich zu 7A anderen der beiden Seiten der Planeten, kämmend mit den Planeten eines der beiden Planetensätze des Stirnraddifferentials der Differentialstufe und neben der gemeinsamen Kontaktebene der Planeten angebracht ist;
8A: eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Abdeckplatte mit einer spezifischen Ausführung einer Verzahnung entlang des Außenumfangs;
8B: eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Abdeckplatte mit einer weiteren Ausführung der Verzahnung entlang des Außenumfangs;
9A: eine perspektivische Darstellung eines Teiles der (Innen-)Verzahnung des Schiebehohlrades als Teils der Vorrichtung zur Sperrung der Differentialstufe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Verzahnung; und
9B: eine perspektivische Darstellung eines Teils der (Außen-)Verzahnung des Schiebehohlrades als Teil der Vorrichtung zur Sperrung der Differentialstufe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Verzahnung;

The present invention is explained in more detail below using preferred exemplary embodiments in conjunction with the associated figures. Show in these:

1 : a half section through an exemplary embodiment of a transmission device for an electric drive axle of a vehicle with an input stage and a differential stage, with a device for locking the spur gear differential of the differential stage in a 1st position (“open position”);
2 : a half section through the exemplary embodiment of a gear device 1 with the device for locking the spur gear differential in a 2nd position (“closed position”);
3A : a perspective view of a ring gear (hereinafter also referred to as a “sliding ring gear”) as part of the device for locking the differential (looking towards a first of the two end faces);
3B : another perspective view of the sliding ring gear 3A (looking towards the other of the two end faces);
4A : a perspective view of a cover plate as part of a planet carrier of the planetary gear of the spur gear differential (looking towards one of the two side surfaces);
4B : another perspective view of the cover plate 4A (looking towards the other of the two side surfaces);
5A : a perspective view of a part of the transmission device according to the 1 and 2 with focus on the section with the device for locking the differential in the “closed position” (viewing from inside the transmission device);
5B : a further perspective view of the portion of the transmission device according to 5A (viewed from outside the transmission device);
6A : a perspective view of a common planet carrier of the input stage and differential stage of the transmission device according to 1 and 2 (coming from the differential stage);
6B : a perspective view of a portion of the common planet carrier 6A with a focus on one planet of each of the two planetary sets of the spur gear differential of the differential stage, from which the gearing to one of the two sun gears can be seen;
6C : a perspective view of the partial area of the common planet carrier 6A with a focus on one planet of each of the two planetary sets of the spur gear differential of the differential stage, from which the gearing is compared to 6B another sun wheel can be seen;
7A : a perspective view of a portion of the device for locking the differential stage in the open position, the sliding ring gear being mounted on one of the two sides of the planets, meshing with the planets of one of the two planetary sets of the differential stage and next to the common contact plane of the planets;
7B : a perspective view of a portion of the device for locking the differential stage in the open position, where the sliding ring gear on the compared to 7A other of the two sides of the planets, meshing with the planets of one of the two sets of planets of the spur gear differential of the differential stage and attached next to the common contact plane of the planets;
8A : a perspective view of an exemplary embodiment of the cover plate with a specific design of toothing along the outer circumference;
8B : a perspective view of a further exemplary embodiment of the cover plate with a further embodiment of the toothing along the outer circumference;
9A : a perspective view of part of the (internal) toothing of the sliding ring gear as part of the device for locking the differential stage according to a further exemplary embodiment of the toothing; and
9B : a perspective view of part of the (external) toothing of the sliding ring gear as part of the device for locking the differential stage according to a further exemplary embodiment of the toothing;

In 1 ist eine Getriebeanordnung für eine elektrische Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs mit Eingangsstufe und Differentialstufe gezeigt.In 1 a transmission arrangement for an electric drive axle of a motor vehicle is shown with an input stage and a differential stage.

Die Eingangsstufe umfasst ein nur teilweise abgebildetes eingangsseitiges Planetengetriebe mit Sonnenrad, Planetensatz mit Planeten, Planetenträger und Hohlrad, wobei ein von einem Elektromotor erzeugtes Drehmoment bevorzugt über eine Hohlwelle (nicht gezeigt) an das Sonnenrad (nicht gezeigt) des Planetengetriebes vermittelt wird. Vom Sonnenrad wird das Drehmoment an einen 1. Satz Planeten (nicht gezeigt) des Planetengetriebes der Eingangsstufe weitervermittelt, wobei jeweils ein Planet dieses 1. Satzes Planeten mit einem Planeten eines 2. Satzes Planeten fest verbunden ist. In 1 ist ein Planet 1 des 2. Satzes Planeten des Planetengetriebes gezeigt. Jeweils ein Planet des 1. Satzes und ein Planet des 2. Satzes an Planeten sind vorzugsweise als ein gebauter Planet auf einem gemeinsamen (Lager-)Zapfen an einem Planetenträger 2 gemeinsam drehbar gelagert. Es sind vorzugsweise vier solcher gebauter Planeten vorgesehen, wenn auch eine Verwendung von drei oder fünf gebauter Planeten möglich wäre.The input stage includes an input-side planetary gear, only partially shown, with a sun gear, a planetary gear set with planets, a planetary carrier and a ring gear, with a torque generated by an electric motor preferably being transmitted via a hollow shaft (not shown) to the sun gear (not shown) of the planetary gear. The sun gear transmits the torque to a 1st set of planets (not shown) of the planetary gear of the input stage, with one planet of this 1st set of planets being firmly connected to a planet of a 2nd set of planets. In 1 A planet 1 of the 2nd set of planets of the planetary gear is shown. One planet of the 1st set and one planet of the 2nd set of planets are preferably rotatably mounted together as a built planet on a common (bearing) pin on a planet carrier 2. Preferably four such built planets are provided, although it would also be possible to use three or five built planets.

Die Eingangsstufe umfasst also die Antriebssonne, die ersten und zweiten Planetensätze, den Planetenträger 2 und das (in 1 nicht gezeigtes) Hohlrad, wobei die Antriebssonne mit Planeten des ersten Planetensatzes des Planetengetriebes der Eingangsstufe kämmt, und wobei die einzelnen Planeten des ersten Planetensatzes des Planetengetriebes der Eingangsstufe mit jeweils einem der Planeten des zweiten Planetensatzes 1 des Planetengetriebes der Eingangsstufe drehfest verbunden sind.The input stage therefore includes the drive sun, the first and second planet sets, the planet carrier 2 and the (in 1 (not shown) ring gear, wherein the drive sun meshes with planets of the first planetary gear set of the planetary gear of the input stage, and the individual planets of the first planetary gear of the planetary gear of the input stage are each connected in a rotationally fixed manner to one of the planets of the second planetary gear 1 of the planetary gear of the input stage.

Die Differentialstufe umfasst ein nur teilweise abgebildetes Stirnraddifferential mit einem Planetengetriebe mit zwei Sonnenrädern, zwei Planetensätzen mit jeweils zumindest 3 Planeten 4, 5, einem Planetenträger und einem Hohlrad 10, wobei (Lager-)Zapfen 3, auf welchen die Planeten 4, 5 des Planetengetriebes des Differentials drehbar gelagert sind, Drehmoment-eingangsseitig am Planetenträger 2 des Planetengetriebes der Eingangsstufe abgestützt und fest angebunden sind. Zur Klarstellung der erfindungsgemäßen nachfolgend noch im Einzelnen erläuterten Funktion des Hohlrades des Stirnraddifferentials wird dieses nachfolgend als „Schiebehohlrad“ 10 bezeichnet.The differential stage includes a spur gear differential, only partially shown, with a planetary gear with two sun gears, two planetary sets each with at least 3 planets 4, 5, a planet carrier and a ring gear 10, with (bearing) journals 3 on which the planets 4, 5 of the planetary gear of the differential are rotatably mounted, supported on the torque input side on the planet carrier 2 of the planetary gear of the input stage and firmly connected. To clarify the function of the ring gear of the spur gear differential according to the invention, which will be explained in detail below, this will be referred to below as the “sliding ring gear” 10.

Allgemein sei zur Begriffsklärung noch darauf hingewiesen, dass sich ein Stirnraddifferential über die Verwendung von stirnverzahnten Zahnrädern als Sonnen, Planeten, etc. definiert im Gegensatz zum Kegelraddifferential. Das Stirnrad (oder Zylinderrad) ist eine zylindrische Scheibe, welche auf ihrem Umfang verzahnt ist. Mit „Stirn“ ist eine Außenform gemeint. Wenn das Gegenrad ebenfalls ein Stirnrad oder eine stirnverzahnte Welle ist, sind die Achsen der beiden Räder parallel, und es entsteht ein Stirnradgetriebe.In general, to clarify the term, it should be noted that a spur gear differential is defined by the use of spur gears as suns, planets, etc., in contrast to the bevel gear differential. The spur gear (or cylindrical gear) is a cylindrical disk that has teeth on its circumference. “Forehead” means an external shape. If the mating gear is also a spur gear or a spur-toothed shaft, the axes of the two gears are parallel, creating a spur gear.

Das Stirnraddifferential der Differentialstufe umfasst einen ersten und einen zweiten Planetensatz, wobei Planeten 4 des ersten Planetensatzes mit einem ersten Sonnenrad 7 und Planeten 5 des zweiten Planetensatzes mit einem zweiten Sonnenrad 6 kämmen, und wobei die beiden Planetensätze 4, 5 des Stirnraddifferentials paarweise nebeneinander angeordnet sind und miteinander kämmen.The spur gear differential of the differential stage comprises a first and a second planetary gear set, with planets 4 of the first planetary gear set meshing with a first sun gear 7 and planets 5 of the second planetary gear set with a second sun gear 6, and wherein the two planetary gear sets 4, 5 of the spur gear differential are arranged in pairs next to one another and comb together.

Die beiden Planetengetriebe von Eingangsstufe und Differentialstufe sind über einen gemeinsamen gebauten Planetenträger (der eine käfigartige bzw. topfförmige Struktur aufweist) miteinander gekoppelt.The two planetary gears of the input stage and differential stage are coupled to one another via a common planet carrier (which has a cage-like or cup-shaped structure).

Der gemeinsame Planetenträger umfasst auch eine Abdeckplatte 8, an welcher die Zapfen 3 ausgangsseitig ebenfalls drehfest angebunden sind. Die Bauteile 2, 3 und 8 bilden dementsprechend die wesentlichen strukturtragenden Elemente des gemeinsamen Planetenträgers, in welchen die Planeten 1 des 2. Planetensatzes des Planetengetriebes der Eingangsstufe, die Planeten 3 des 1. Planetensatzes des Planetengetriebes des Differentials und die Planeten 4 des 2. Planetensatzes des Planetengetriebes des Differentials gemeinsam drehbar gelagert sind. Die Abdeckplatte 8 weist entlang ihres äußeren Umfanges eine Verzahnung 9 auf, welche vollständig oder teilweise entlang der äußeren Mantelfläche der Abdeckplatte 8 ausgebildet ist.The common planet carrier also includes a cover plate 8, to which the pins 3 are also connected in a rotationally fixed manner on the output side. The components 2, 3 and 8 accordingly form the essential structural elements of the common planet carrier, in which the planets 1 of the 2nd planetary gear set of the input stage planetary gear, the planets 3 of the 1st planetary gear set of the differential planetary gear and the planets 4 of the 2nd planetary gear set of the planetary gear of the differential are rotatably mounted together. The cover plate 8 has teeth 9 along its outer circumference, which is formed completely or partially along the outer surface of the cover plate 8.

Radial außerhalb der Planeten 4, 5 der beiden Planetensätze des Planetengetriebes des Stirnraddifferentials der Differentialstufe ist das Schiebehohlrad 10 angeordnet, welches an einer inneren Mantelfläche eine Verzahnung ausgebildet hat, welche in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in Eingriff steht mit den Verzahnungen der Planeten ausschließlich eines der beiden Planetensätze 4, 5 des Planetengetriebes der Differentialstufe.Arranged radially outside the planets 4, 5 of the two planetary sets of the planetary gear of the spur gear differential of the differential stage is the sliding ring gear 10, which has teeth formed on an inner lateral surface, which in the in 1 In the exemplary embodiment shown, only one of the two planetary sets 4, 5 of the planetary gear of the differential stage engages with the gearing of the planets.

In 1 ist das Schiebehohlrad 10 in einer 1. Stellung gezeigt, in welcher kein gleichzeitiger Eingriff der Verzahnung des Hohlrades mit der Verzahnung der Planeten 4 und der Verzahnung 9 der Abdeckplatte 8 vorliegt. Entsprechend ist die Vorrichtung zur Sperrung der Differentialstufe in deren „offen-Stellung“.In 1 the sliding ring gear 10 is shown in a first position, in which there is no simultaneous engagement of the teeth of the ring gear with the teeth of the planets 4 and the teeth 9 of the cover plate 8. Accordingly, the device for locking the differential stage is in its “open position”.

Das Schiebehohlrad 10 ist axial verlagerbar angeordnet, sodass das Schiebehohlrad 10 entlang den Zähnen der Verzahnungen der mit dem Schiebehohlrad in Eingriff stehenden Planeten 4 des Planetengetriebes des Stirnraddifferential verlagerbar ist. Vermittelt dieser Verlagerung kann die Innenverzahnung des Schiebehohlrades 10 in Eingriff gebracht werden mit der Außenverzahnung 9 der Abdeckplatte 8 des gemeinsamen Planetenträgers. Diese Stellung ist in 2 gezeigt und stellt die gesperrte Stellung der Differentialstufe dar („geschlossen-Stellung“). In dieser Stellung sind die Bewegungen von Planeten 4 und 5 und Planetenträger 8 miteinander starr gekoppelt, denn die Planeten beider Planetensätze 4, 5 des Planetengetriebes der Differentialstufe sind untereinander kämmend angeordnet und die Planeten des einen Planetensatzes, welche mit dem Schiebehohlrad in der geschlossen-Stellung kämmen, sind zugleich mit der Abdeckplatte gekoppelt.The sliding ring gear 10 is arranged to be axially displaceable, so that the sliding ring gear 10 can be displaced along the teeth of the toothings of the planets 4 of the planetary gear of the spur gear differential that are in engagement with the sliding ring gear. By means of this displacement, the internal toothing of the sliding ring gear 10 can be brought into engagement with the external toothing 9 of the cover plate 8 of the common planet carrier. This position is in 2 shown and represents the locked position of the differential stage (“closed position”). In this position, the movements of planets 4 and 5 and planet carrier 8 are rigidly coupled to one another, because the planets of both planetary sets 4, 5 of the planetary gear of the differential stage are arranged to mesh with each other and the planets of one planetary set, which are in the closed position with the sliding ring gear comb, are also coupled to the cover plate.

Gemäß einem nicht im Einzelnen gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Sperrung dadurch, dass das Schiebehohlrad 10 im direkten Verzahnungseingriff steht sowohl mit den Verzahnungen der Planeten 4 des einen Planetensatzes als auch den Verzahnungen der Planeten 5 des anderen der beiden Planetensätze und mit der Verzahnung des Planetenträgers 8. Bei dieser Art der Ausbildung der Differentialsperre über den Eingriff mit 3 Verzahnungen gibt es dann konstruktive Unterschiede in der Ausgestaltung zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Differentialgetrieben. Die beiden Sonnenräder des unsymmetrischen Stirnraddifferentials weisen verschiedene Außendurchmesser ohne Profilverschiebung auf. Wird das Schiebehohlrad 10 des unsymmetrischen Stirnraddifferentials bei diesen Ausführungsbeispiel in die geschlossen Stellung bewegt, muss sichergestellt sein, dass das Hohlrad auch die Verzahnung der Planeten beider Planetensätze erreichen kann, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass die Planeten eines der Planetensätze auf einem niedrigeren Teilkreis angeordnet sind als die Planeten des anderen der Planetensätze. Die beiden Sonnenräder des symmetrischen Stirnraddifferentials weisen gleiche Außendurchmesser mit Profilverschiebung auf. Hier sind die Planeten der beiden Planetensätze mit voneinander unterschiedlichen Verzahnungsgeometrien ausgebildet, um mit der Verzahnungsgeometrie des Schiebehohlrades 10 zu fluchten.According to an exemplary embodiment not shown in detail, the locking takes place in that the sliding ring gear 10 is in direct toothing engagement with both the toothing of the planets 4 of one planetary set and the toothing of the planets 5 of the other of the two planetary sets and with the toothing of the planet carrier 8. With this type of design of the differential lock via engagement with 3 teeth, there are structural differences in the design between symmetrical and asymmetrical differential gears. The two sun gears of the asymmetrical spur gear differential have different outside diameters without profile shift. If the sliding ring gear 10 of the asymmetrical spur gear differential is moved into the closed position in this exemplary embodiment, it must be ensured that the ring gear can also reach the toothing of the planets of both planetary sets, which can be achieved, for example, by having the planets of one of the planetary sets on a lower pitch circle are arranged as the planets of the other of the planetary sets. The two sun gears of the symmetrical spur gear differential have the same outside diameter with a profile shift. Here, the planets of the two planetary sets are designed with different toothing geometries in order to align with the toothing geometry of the sliding ring gear 10.

Die Vorrichtung zur Sperrung der Differentialstufe umfasst weiterhin ein Betätigungselement 11, welches zur Axialverlagerung des Schiebehohlrades 10 vorgesehen ist. Welche Art der Aktuierung hier vorgesehen wird, z.B. elektrisch oder hydraulisch oder mechanisch, ist frei wählbar.The device for locking the differential stage further comprises an actuating element 11, which is provided for axial displacement of the sliding ring gear 10. The type of actuation provided here, e.g. electrical or hydraulic or mechanical, is freely selectable.

In den 3A und 3B ist ein Ausführungsbeispiel des Schiebehohlrades 10 gezeigt, aus welchem die an einer inneren Umfangsfläche des Schiebehohlrades 10 ausgebildete Verzahnung 12 ersichtlich ist. Zudem ist aus 3B ein Eingriffsbereich 13 ersichtlich, mit welchem das Betätigungselement 11 gekoppelt ist, sodass das Schiebehohlrad 10 und das Betätigungselement 11 eine axial bewegliche Einheit bilden. Diese axial bewegliche Einheit wird über einen Aktor betätigt, welcher nicht im Einzelnen gezeigt ist. Als Aktoren sind elektrische, hydraulische, mechanische oder Mischformen aus diesen Elementen einsetzbar. Schiebehohlrad 10, Betätigungselement 11 und Aktor bilden die Vorrichtung zur Sperrung der Differentialstufe.In the 3A and 3B An exemplary embodiment of the sliding ring gear 10 is shown, from which the toothing 12 formed on an inner peripheral surface of the sliding ring gear 10 can be seen. In addition, it is over 3B an engagement area 13 can be seen, with which the actuating element 11 is coupled, so that the sliding ring gear 10 and the actuating element 11 form an axially movable unit. This axially movable unit is actuated via an actuator, which is not shown in detail. Electrical, hydraulic, mechanical or a mixture of these elements can be used as actuators. Sliding ring gear 10, actuating element 11 and actuator form the device for locking the differential stage.

Aus der perspektivischen Darstellung der 4A und 4B ist ein Ausführungsbeispiel der Ausgestaltung der Abdeckplatte 8 gezeigt, welche ein Teil des gemeinsamen Planetenträgers 2 ist. Man erkennt die entlang des Außenumfangs ausgebildete Verzahnung 9, einen entlang eines Innenumfangs ausgebildeten Lagerhals 14 und Zapfenlöcher 15, 16 für die Planetenzapfen der Planeten 4, 5 der Planetensätze des Planetengetriebes der Differentialstufe sowie die Zapfenlöcher 17 für die Planetenzapfen der gebauten Planeten des Planetensatzes des Planetengetriebes der Eingangsstufe.From the perspective view of the 4A and 4B An exemplary embodiment of the design of the cover plate 8 is shown, which is part of the common planet carrier 2. You can see the toothing 9 formed along the outer circumference, a bearing neck 14 formed along an inner circumference and pin holes 15, 16 for the planetary pins of the planets 4, 5 of the planetary gear sets of the planetary gear of the differential stage and the pin holes 17 for the planetary pins of the built planets of the planetary gear set of the planetary gear the entrance level.

Die 5A und 5B enthalten eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts des Verzahnungsbereiches der Vorrichtung zur Sperrung der Differentialstufe mit dem Schiebehohlrad 10 mit dem Verzahnungsbereich 12, dem Betätigungselement 11 und der Abdeckplatte 8 mit dem Verzahnungsbereich 9. Es ist insbesondere ersichtlich, dass die Verzahnung 12 des Schiebehohlrades 10 mit der Verzahnung 9 der Abdeckplatte 8 in Eingriff ist, und dass die Verzahnung 12 des Schiebehohlrades 10 zugleich mit der Verzahnung der Planeten 4 des einen der Planetensätze des Planetengetriebes der Differentialstufe in Eingriff ist. Folglich ist die Vorrichtung in der „geschlossen-Stellung“.The 5A and 5B contain a perspective view of a section of the toothing area of the device for locking the differential stage with the sliding ring gear 10 with the toothing area 12, the actuating element 11 and the cover plate 8 with the toothing area 9. It can be seen in particular that the toothing 12 of the sliding ring gear 10 with the toothing 9 of the cover plate 8 is engaged, and that the toothing 12 of the sliding ring gear 10 simultaneously with the toothing of the planet 4 one of the planetary sets of the planetary gear of the differential stage is engaged. Consequently, the device is in the “closed position”.

Anzumerken ist, dass die Verzahnung 12 des Hohlrades 10 mit einer Verzahnung der Planeten 5 des anderen der Planetensätze des Planetengetriebes des Differentials nicht in Eingriff steht, wie insbesondere aus 5B ersichtlich ist.It should be noted that the toothing 12 of the ring gear 10 is not in engagement with a toothing of the planet 5 of the other of the planetary sets of the planetary gear of the differential, as shown in particular 5B is visible.

In den 6A, 6B und 6C ist die Einheit bestehend aus gemeinsamen Planetenträger 2, Planeten 1 des zweiten Planetensatzes des Planetengetriebes der Eingangsstufe, Planeten 4 des 1. Planetensatzes des Planetengetriebes der Differentialstufe und Planeten 5 des 2. Planetensatzes des Planetengetriebes der Differentialstufe dargestellt. 6B zeigt dabei einen Ausschnitt, aus welchem der Eingriff zwischen dem Planeten 4 des 1. Planetensatzes des Planetengetriebes der Differentialstufe mit dem Sonnenrad 7 des Abtriebes ersichtlich ist. 6C zeigt demgegenüber einen Ausschnitt, aus welchem der Eingriff zwischen den Planeten 5 des 2. Planetensatzes des Planetengetriebes der Differentialstufe und dem Sonnenrad 6 des Abtriebes erkennbar wird.In the 6A , 6B and 6C the unit is shown consisting of common planet carrier 2, planet 1 of the second planetary set of the planetary gear of the input stage, planet 4 of the 1st planetary set of the planetary gear of the differential stage and planet 5 of the 2nd planetary set of the planetary gear of the differential stage. 6B shows a section from which the engagement between the planet 4 of the 1st planetary gear set of the planetary gear of the differential stage and the sun gear 7 of the output can be seen. 6C In contrast, shows a section from which the engagement between the planet 5 of the 2nd planetary gear set of the planetary gear of the differential stage and the sun gear 6 of the output can be seen.

Die 7A und 7B zeigen Ausführungsbeispiel mit alternativer Anordnung des Schiebehohlrades 10 auf jeweils gegenüberliegenden Seiten der Planeten 4, 5 der Planetensätze des Planetengetriebes der Differentialstufe. In den hier gezeigten beiden Ausführungsformen als symmetrisches Differential kann das Hohlrad 10 auf einer der beiden Seiten der Planeten 4, 5, kämmend und neben der gemeinsamen Kontaktebene der Planeten 4, 5 angebracht werden.The 7A and 7B show an embodiment with an alternative arrangement of the sliding ring gear 10 on opposite sides of the planets 4, 5 of the planetary sets of the planetary gear of the differential stage. In the two embodiments shown here as a symmetrical differential, the ring gear 10 can be mounted on one of the two sides of the planets 4, 5, meshing and next to the common contact plane of the planets 4, 5.

Die 8A und 8B zeigen Ausführungsbeispiel mit alternativer Ausgestaltung der Verzahnung 9 entlang des Außenumfangs der Abdeckplatte 8, welche gemäß 8A entlang der gesamten Umfangsfläche und gemäß 8B nur in Teilbereichen ausgebildet ist. Je nach Bedarf und Last kann bei der Verzahnung 9 variiert werden. So kann beispielsweise eine Profilhöhe der Verzahnung variiert werden. Alternativ kann auch eine Zähneanzahl und/oder ein Abstand zwischen den Zähnen variiert werden. Auch ein segmentweißes Weglassen von Zähnen kann vorgesehen sein.The 8A and 8B show an embodiment with an alternative design of the toothing 9 along the outer circumference of the cover plate 8, which according to 8A along the entire peripheral surface and according to 8B is only trained in some areas. Depending on requirements and load, the gearing 9 can be varied. For example, a profile height of the teeth can be varied. Alternatively, a number of teeth and/or a distance between the teeth can also be varied. A segment-white removal of teeth can also be provided.

In 9A ist eine Innenverzahnung 12 des Schiebehohlrades 10 mit einer Anfasung 20 gezeigt. In 9B ist eine Außenverzahnung 9 der Abdeckplatte 8 mit einer Anfasung 21 gezeigt. Entsprechend können auf dem Schiebehohlrad 10 und auch auf der Abdeckplatte 8 mit der Gegenverzahnung an deren Stirnkante der Verzahnungen Fasen angebracht werden. Mit dem Winkel und der Größe der Fase kann bei einem Einrastvorgang zwischen Einrastgeschwindigkeit bei der dies möglich wird und einem Komfort während dieses Prozesses variiert werden.In 9A an internal toothing 12 of the sliding ring gear 10 is shown with a chamfer 20. In 9B an external toothing 9 of the cover plate 8 with a chamfer 21 is shown. Accordingly, chamfers can be attached to the sliding ring gear 10 and also to the cover plate 8 with the counter toothing on the front edge of the toothing. The angle and size of the chamfer can be used to vary the locking speed at which this becomes possible and the level of comfort during this process.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes mit integriertem Stirnraddifferential ersichtlich, welches um ein weiteres Bauteil (nämlich das Schiebehohlrad 10) und um eine modifizierte Abdeckplatte 8 erweitert ist. Die modifizierte Abdeckplatte 8 kann am Außendurchmesser eine im Stanzschnitt hergestellte Passverzahnung bekommen, die entweder ganz oder einem Teil einer (Innen-)Verzahnung des Schiebehohlrades 10 entspricht. Das Schiebehohlrad kann anhand einer geeigneten Aktuierung, beispielsweise ein Kunststoffkolben mit Hydraulikzylinder, verschoben werden. Über diese Aktuierung rastet dann das Schiebehohlrad 10 mit seinen Zähnen 12 in die auf dem Außendurchmesser der Platte 8 befindlichen Zähne 9 ein und sperrt damit die Planetenräder 4, 5 gegenüber dem Trägerkorb 2. Damit ist keine Differenzdrehzahl der Ausgleichsräder 6, 7 mehr möglich. Das Differential ist gesperrt. Dadurch dass das Schiebehohlrad 10 im entkoppelten Zustand mit dem Korb 2 und den Planetenrädern 4, 5 gemeinsam mitrotiert, hat es gegenüber dem Korb 2 und somit der Platte 8 nur eine geringe bis keine Differenzdrehzahl, diese ist auch um den Faktor der Übersetzung der Zähnezahl des Planeten 4, 5 zum Schiebehohlrad 10 kleiner. Somit kann das Differential problemlos während der Fahrt gesperrt werden.From the above description, an exemplary embodiment of a planetary gear with an integrated spur gear differential can be seen, which is expanded to include a further component (namely the sliding ring gear 10) and a modified cover plate 8. The modified cover plate 8 can have a fitting toothing produced in a punch cut on the outer diameter, which corresponds either completely or in part to an (internal) toothing of the sliding ring gear 10. The sliding ring gear can be moved using a suitable actuation, for example a plastic piston with a hydraulic cylinder. Via this actuation, the sliding ring gear 10 then engages with its teeth 12 in the teeth 9 located on the outer diameter of the plate 8 and thus locks the planet gears 4, 5 relative to the carrier basket 2. This means that a differential speed of the compensating gears 6, 7 is no longer possible. The differential is locked. Because the sliding ring gear 10 rotates together with the basket 2 and the planet gears 4, 5 in the decoupled state, it has only a small or no difference in speed compared to the basket 2 and thus the plate 8, this is also by the factor of the translation of the number of teeth of the Planets 4, 5 to the sliding ring gear 10 smaller. This means that the differential can be easily locked while driving.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims

Spur gear differential consisting of a planetary gear with a sun gear (6, 7), a planetary gear set with several planets (4, 5), a planet carrier (2, 3, 8) and a ring gear (10), characterized in that the ring gear (10) is designed to be movable between at least two switching positions, the ring gear (10) being in engagement exclusively with the planet carrier (2, 3, 8) in a first switching position and in addition to engaging with the planet carrier (2, 3, 8) in a second switching position Engagement with the planets (4, 5) of the planetary gear set, so that the spur gear differential is locked in the second switching position, or wherein the ring gear (10) in a first switching position is exclusively in engagement with the planets (4, 5) of the planetary gear set and in a second switching position, in addition to engaging with the planets (4, 5) of the planetary gear set, is in engagement with the planet carrier (2, 3, 8), so that the spur gear differential is locked in the second switching position.

spur gear differential Claim 1 , characterized by an actuator (11) which is connected to the ring gear (10) in order to move the ring gear (10) between the at least two switching positions.

spur gear differential Claim 1 or 2 , characterized in that chamfers are formed on a toothing (12) of the ring gear (10) and / or on the engagement area (9) of the planet carrier (2, 3, 8) in order to facilitate the locking process between the ring gear (10) and the planet carrier (2, 3, 8) to improve.

Transmission device for an electric drive axle of a vehicle with an input stage and a differential stage, the differential stage being designed as a spur gear differential which has a first planetary gear set with first planets (4) and a second planetary gear set with second planets (5), characterized in that the Spur gear differential has a planet carrier (2, 3, 8), which has an engagement area (9) in an outer area, and that the spur gear differential has a ring gear (10), which is designed to be movable between two switching positions, the ring gear (10) being in one first switching position exclusively in engagement with planets (4, 5) of at least one of the two planetary sets and in a second switching position in addition to engaging with the planets (4, 5) of the at least one planetary set in engagement with the engagement area (9) of the planet carrier (2, 3, 8), so that the spur gear differential is locked in the second switching position, or wherein the ring gear (10) is exclusively in engagement with the engagement region (9) of the planet carrier (2, 3, 8) in a first switching position and in a second Switching position in addition to this engagement with the planet carrier (2, 3, 8) is in engagement with planets (4, 5) at least one of the two planetary sets, so that the spur gear differential is locked in the second switching position.

Transmission device for an electric drive axle of a vehicle with input stage and differential stage Claim 4 , characterized in that in the second switching position the ring gear (10) is in engagement with the planets (4, 5) of both planetary sets and with the engagement area (9) of the planet carrier (2, 3, 8).

Transmission device for an electric drive axle of a vehicle with input stage and differential stage Claim 4 or 5 , characterized in that the first and second planets (4, 5) of the first and second planetary sets of the spur gear differential mesh with each other in pairs.

Transmission device for an electric drive axle of a vehicle with an input stage and a differential stage according to one of the Claims 4 until 6 , characterized in that the planet carrier (2, 3, 8) of the spur gear differential has a toothing as an engagement area (9) in its outer area at least in a partial area of the circumference, which is either entirely or part of the toothing (12) of the ring gear (10 ) corresponds.

Transmission device for an electric drive axle of a vehicle with an input stage and a differential stage according to one of the Claims 4 until 7 , characterized in that the input stage is designed as a planetary gear, the planetary gear of the input stage and the spur gear differential of the differential stage being coupled to one another via a common planet carrier (2, 3, 8), this common planet carrier (2, 3, 8) carrying the planets (1, 4, 5) the planetary gear sets of the input stage and differential stage are stored.

Transmission device for an electric drive axle of a vehicle with input stage and differential stage Claim 8 , characterized in that the input stage comprises a drive sun, first and second planetary gear sets, the common planet carrier and a ring gear, the drive sun meshing with a first planetary gear set of the planetary gear of the input stage, and wherein the first planetary gear set of the planetary gear of the input stage with a second planetary gear of the Planetary gear of the input stage is connected in a rotationally fixed manner.

Electric drive axle of a vehicle with a transmission device according to one of Claims 4 until 9 .