DE102022201144B4 - Differentialgetriebe mit Selbstsperrfunktion im Zug- und Schubbetrieb für ein Fahrzeug sowie Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe - Google Patents

Differentialgetriebe mit Selbstsperrfunktion im Zug- und Schubbetrieb für ein Fahrzeug sowie Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe Download PDF

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Abstract

Getriebe, umfassend eine Eingangswelle, zwei Ausgangswellen sowie ein Differential, wobei das Differential zwei Planetenradsätze mit jeweils mehreren Radsatzelementen umfasst, wobei ein erstes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Eingangswelle, ein zweites Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Ausgangswelle und ein drittes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit einem ersten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes verbunden sind, wobei ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit einem Gehäuse und ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Ausgangswelle verbunden sind, wobei mittels des ersten Planetenradsatzes zumindest mittelbar ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Ausgangswelle übertragbar ist, wobei ein Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes in dem zweiten Planetenradsatz derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Ausgangswelle übertragbar ist, wobei die Radsatzelemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes eine Schrägverzahnung aufweisen, die eine Axialkraft erzeugen, welche auf ein Verbindungsmittel einwirkt, wobei das Verbindungsmittel ausgebildet ist, die Ausgangswellen zumindest mittelbar derart zu verbinden, dass ein Drehmoment übertragbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs sowie einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe.
  • Aus der DE 10 2019 205 750 A1 geht ein Getriebe hervor, umfassend eine Eingangswelle, eine erste Ausgangswelle, eine zweite Ausgangswelle, einen ersten Planetenradsatz sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz verbundenen zweiten Planetenradsatz. Die Planetenradsätze umfassen jeweils mehrere Elemente, wobei die Eingangswelle, die zwei Ausgangswellen, die Planetenradsätze sowie deren Elemente derart angeordnet und ausgebildet sind. Ein über die Eingangswelle eingeleitetes Drehmoment wird gewandelt und in einem definierten Verhältnis auf die zwei Ausgangswellen aufgeteilt. Die Entstehung eines Summendrehmoments wird dabei verhindert. Zumindest ein Element des ersten Planetenradsatzes ist mit einem anderen Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden und ein weiteres Element des zweiten Planetenradsatzes ist an einem drehfesten Bauelement festgesetzt.
  • Bei einem Kegelraddifferenzial wird die Spreizwirkung der Kegelräder unter Drehmoment dazu genutzt, zwischen dem jeweiligen Kegelrad und dem Differentialkorb Reibung zu erzeugen und dadurch eine gewünschte Sperrwirkung zu erzielen. Diese Wirkung kann durch die Verwendung zusätzlicher Reiblamellen verstärkt werden. Sinngemäß werden Reibkräfte, welche abhängig von der Verzahnungskraft sind, auch in Stirnraddifferentialen genutzt, um eine drehmomentabhängige Sperrwirkung zu erzielen. Das Prinzip der drehmomentabhängigen Sperrwirkung ist u. a. aus der DE 10 2008 000 444 A1 bekannt.
  • Sowohl bei Kegelraddifferentialen als auch bei Stirnraddifferentialen ist bekannt, vorgespannte Lagerflächen oder Gleitflächen zur Erzeugung einer Sperrwirkung zu nutzen. Dies ist bspw. aus DE 10 2011 085 119 B3 bekannt. Die Sperrwirkung ist hierbei unabhängig von der Drehzahl und vom Drehmoment.
  • Häufig kommen auch Kombinationen der vorstehend genannten Prinzipien der Sperrwirkung zum Einsatz.
  • Ferner offenbart DE 10 2017 212 781 A1 ein Achsgetriebe, umfassend eine Antriebswelle, eine erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle, ein erstes Planetengetriebe und ein zweites Planetengetriebe. Ein Antriebsmoment der Antriebswelle ist mittels des ersten Planetengetriebes und des zweiten Planetengetriebes auf die erste und zweite Abtriebswelle übertragbar. Das zweite Planetengetriebe ist radial außen koaxial um das erste Planetengetriebe ausgebildet. Das Hohlrad des ersten Planetengetriebes bildet das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes.
  • Ferner offenbart DE 10 2019 216 510 A1 ein Getriebe, umfassend eine Eingangswelle, eine erste Ausgangswelle, eine zweite Ausgangswelle, einen ersten Planetenradsatz sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz verbundenen zweiten Planetenradsatz, wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente umfassen. Die Eingangswelle ist mit einem ersten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Die erste Ausgangswelle ist mit einem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Die zweite Ausgangswelle ist mit einem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes ist mit einem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes über eine Welle drehfest verbunden. Ein zweites Element des zweiten Planetenradsatzes ist an einem drehfesten Bauelement festgesetzt. Es ist ein Schaltelement vorgesehen, das angeordnet und ausgebildet ist, die beiden Ausgangswellen drehmomentübertragend miteinander zu verbinden, derart, dass ein Drehmoment zu einer der beiden Ausgangswellen radial außerhalb des Schaltelementes geführt wird.
  • Ferner offenbart DE 196 36 052 A1 ein Kraftfahrzeug-Differential. Reibungsmodifizierer werden an verschiedenen Endflächen von Seitenrädern, die mit Ausgangswellen gekoppelt sind, angeordnet, um die Vorbelastungsverhältnisse in entgegengesetzten Richtungen der Drehmomentübertragung zwischen den Ausgangswellen unabhängig von den Richtungen der Drehmomentübertragung zwischen einem Gehäuse und den Ausgangswellen zu verändern.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Differentialgetriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu schaffen, das eine Drehmomentwandlung, eine Drehmomentverteilung sowie eine Selbstsperrfunktion im Zug- und Schubbetrieb in eine einzige integrale Baugruppe darstellen kann. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
  • Ein erfindungsgemäßes Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs umfasst eine Eingangswelle, eine erste Ausgangswelle, eine zweite Ausgangswelle sowie ein zwischen der Eingangswelle und den beiden Ausgangswellen wirksam angeordnetes integrales Differential, wobei das Differential einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Radsatzelementen und einen damit wirkverbundenen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Radsatzelementen umfasst, wobei ein erstes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Eingangswelle, ein zweites Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Ausgangswelle und ein drittes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit einem ersten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes verbunden sind, wobei ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit einem ortsfesten Bauelement und ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Ausgangswelle verbunden sind, wobei mittels des ersten Planetenradsatzes zumindest mittelbar ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Ausgangswelle übertragbar ist, wobei ein Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes in dem zweiten Planetenradsatz derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Ausgangswelle übertragbar ist, wobei die Radsatzelemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes eine Schrägverzahnung aufweisen, die eine drehmomentabhängige Axialkraft erzeugen, welche auf ein Verbindungsmittel einwirkt, wobei das Verbindungsmittel dazu angeordnet und ausgebildet ist, unabhängig der Axialkraftrichtung aus der Schrägverzahnung der Radsatzelemente die erste Ausgangswelle und zweite Ausgangswelle zumindest mittelbar derart zu verbinden, dass ein Drehmoment zwischen den beiden Ausgangswellen übertragbar ist.
  • Bei einem derartigen Getriebe werden die Summen beider Radmomente nicht zu einem gemeinsamen Achsmoment in einem Bauteil vereint bzw. zusammengefasst. Stattdessen wird die in die Eingangswelle eingeleitete Antriebsleistung im integralen Differential aufgeteilt und entsprechend der Ausbildung und Anbindung der Planetenradsätze in die damit wirkverbundenen Ausgangswellen weitergeleitet. Damit können die Bauteile des integralen Differentials aufgrund des jeweiligen, vergleichsweise kleinen Drehmoments schlanker ausgebildet werden. Des Weiteren erfolgen eine Bauteilreduzierung sowie eine Gewichtseinsparung. Mithin wird ein Getriebe bereitgestellt, das mittels des integralen Differentials die Funktionen Drehmomentwandlung, Drehmomentverteilung sowie Sperrwirkung, welche bisher durch 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, wobei zudem eine Leistungsverzweigung realisiert wird.
  • Unter einem integralen Differential ist im Rahmen dieser Erfindung ein Differential mit einem ersten Planetenradsatz und einem mit dem ersten Planetenradsatz wirkverbundenen zweiten Planetenradsatz zu verstehen. Der erste Planetenradsatz ist mit der Eingangswelle, mit dem zweiten Planetenradsatz sowie zumindest mittelbar mit der ersten Ausgangswelle antriebswirksam verbunden. Der zweite Planetenradsatz ist zudem mit der zweiten Ausgangswelle antriebswirksam verbunden und stützt sich an einem ortsfesten Bauelement ab. 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 die Eingangsleistung zu je 50%, das heißt hälftig auf die Ausgangswellen übertragen.
  • Die Eingangswelle, die zwei Ausgangswellen, die Planetenradsätze sowie deren Radsatzelemente sind derart angeordnet und ausgebildet, dass ein über die Eingangswelle eingeleitetes Drehmoment im Differential gewandelt und in einem definierten Verhältnis auf die zwei Ausgangswellen aufgeteilt wird. Somit weist das Differential kein Bauteil auf, an dem die Summe der beiden Abtriebsmomente 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 Fahrzeugs wirkverbunden zu sein. Die jeweilige Ausgangswelle kann direkt bzw. unmittelbar oder indirekt bzw. mittelbar, das heißt über z. B. ein Gelenk und/oder eine Radnabe, mit dem dazugehörigen Rad verbunden sein.
  • Das integrale Differential ist folglich als Planetengetriebe mit zwei Planetenradsätzen und den Radsatzelementen Sonnenrad, Hohlrad und mehreren von einem Planetenträger auf einer Kreisbahn um das Sonnenrad geführten Planetenrädern ausgebildet. Unter einem „Planetenradsatz“ ist eine Einheit mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und mit einem oder mehreren von einem Planetenträger auf einer Kreisbahn um das Sonnenrad geführten Planetenrädern zu verstehen, wobei die Planetenräder mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad in Zahneingriff stehen.
  • Die genutzte Axialkraft stammt vorzugsweise von dem zweiten Planetenradsatz. Die Höhe und Richtung der Axialkraft aus der Schrägverzahnung der Radsatzelemente ist drehmomentabhängig. Je größer das wirkende Drehmoment desto größer ist die daraus resultierende Axialkraft. In Abhängigkeit der Axialkraft wird das Verbindungsmittel in den aktivierten bzw. in den betätigten Zustand versetzt, bei dem in Abhängigkeit der Axialkraft die beiden Ausgangswellen gekoppelt werden. Die Richtung der Axialkraft bzw. die Drehmomentrichtung hängt davon ab, ob der Antrieb im Zugbetrieb oder im Schubbetrieb läuft. Die Axialkraft aus der Schrägverzahnung stützt sich unabhängig ihrer Wirkungsrichtung an wenigstens einem Verbindungselement des Verbindungsmittels ab, derart, dass die am Verbindungsmittel anliegende Axialkraft in ein Drehmoment gewandelt wird. Die Drehmomentrichtung, die das Verbindungsmittel überträgt, ist davon abhängig, welches Rad der jeweiligen Achse schneller dreht bzw. welche Ausgangswelle schneller dreht. Dabei überträgt das Verbindungsmittel ein Drehmoment, unabhängig von der Drehmomentrichtung an der Schrägverzahnung. Anders gesagt hängt die Drehmomentrichtung der Schrägverzahnung davon ab, ob das Getriebe im Zugbetrieb oder im Schubbetrieb läuft. Ferner wird die Drehmomentrichtung im Verbindungsmittel davon beeinflusst, ob mit dem Fahrzeug beispielsweise eine Links- oder Rechtskurve gefahren wird. Mittels des hier vorgeschlagenen Getriebes kann ein jeweiliges Drehmoment im Zug- und Schubbetrieb zwischen den beiden Ausgangswellen übertragen werden.
  • Es wird ein Getriebe bereitgestellt, dass die Funktionen Drehmomentwandlung, Drehmomentverteilung sowie Sperrwirkung zwischen den Ausgangswellen durch eine einzige integrale Baugruppe darstellen kann. Es wird also unter anderem ein Getriebe mit einem integralen Differential bereitgestellt, dass eine Selbstsperrfunktion analog zu bekannten Selbstsperrdifferentialen hat, wobei Betätigungskräfte im Zug- sowie im Schubbetrieb aus den axialen Verzahnungskräften der Schrägverzahnung der Radsatzelemente resultieren.
  • Die Eingangswelle ist bevorzugt dazu eingerichtet, zur Einleitung eines Drehmoments in das Getriebe mit einer Antriebseinheit, insbesondere einer elektrischen Maschine oder einem Verbrennungsmotor, verbunden zu sein. Die Eingangswelle ist damit zumindest mittelbar drehfest mit einer Antriebswelle der Antriebseinheit verbunden. Die Antriebseinheit erzeugt eine Antriebsleistung, die über die Antriebswelle auf die Eingangswelle übertragen wird. Die Antriebswelle der Antriebseinheit kann drehfest mit der Eingangswelle verbunden sein. Alternativ sind die Antriebswelle und die Eingangswelle ein zusammenhängendes bzw. einstückiges Bauteil. Je nach Ausbildung des Antriebsstranges können auch zwei oder mehrere Eingangswellen vorgesehen sein, insbesondere wenn der Antriebsstrang ein hybridisierter Antriebsstrang ist und daher zwei oder mehrere Antriebseinheiten vorgesehen sind.
  • Die Eingangswelle ist bevorzugt als Hohlwelle ausgebildet. Vorzugsweise ist die Eingangswelle dazu eingerichtet, die erste Koppelwelle radial aufzunehmen. Anders gesagt ist die erste Koppelwelle durch die Eingangswelle hindurchgeführt. Damit ist die erste Koppelwelle sozusagen „inline“ durch das Getriebe hindurchgeführt, um eine Antriebsleistung auf das damit wirkverbundene Rad zu übertragen. Dadurch können die Ausgangswellen vorteilhafterweise koaxial zueinander angeordnet werden. Durch die koaxiale Anordnung der Ausgangswellen kann eine radial schmale Bauweise des Getriebes realisiert werden.
  • Unter einer „Welle“ ist ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind. 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.
  • Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse gemeint, entlang welcher die Planetenradsätze koaxial zueinander liegend angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer Welle zu verstehen, die auf dieser Längsmittelachse liegt.
  • Prinzipiell können die Planetenradsätze des Getriebes, insbesondere des integralen Differentials, beliebig zueinander angeordnet und miteinander wirkverbunden sein, um ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zu realisieren. Nach einem Ausführungsbeispiel sind das erste Radsatzelement ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes, das zweite Radsatzelement ein Planetenträger des jeweiligen Planetenradsatzes und das dritte Radsatzelement ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes. Die Eingangswelle ist somit drehfest mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbunden, wobei der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Ausgangswelle verbunden ist und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes zumindest mittelbar drehfest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Insbesondere ist das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes über ein Koppelelement, insbesondere eine Koppelwelle, drehfest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Zudem ist der Planetenträger nach diesem Ausführungsbeispiel drehfest mit Nach einem Ausführungsbeispiel gemäß dem ersten Erfindungsaspekt ist der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit einem ortsfesten Bauelement, insbesondere einem Getriebegehäuse, verbunden, wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Ausgangswelle verbunden ist.
  • Zwischen den genannten Bauteilen, also den Radsatzelementen der Planetenradsätze, können analog zu den genannten Koppelwellen außerdem weitere Bauteile, wie beispielsweise Zwischen- bzw. Koppelwellen, angeordnet sein.
  • Eine oder mehrere der Planetenradsätze sind jeweils bevorzugt als Minus-Planetenradsatz oder als Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Ein Minus-Planetenradsatz entspricht einem Planetenradsatz mit einem Planetenträger, an dem erste 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 unterscheidet sich von dem Minus-Planetensatz dahingehend, dass der Plus-Planetensatz erste und zweite bzw. innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem 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. Die Radsatzelemente des hier vorgeschlagenen Getriebes weisen Schrägverzahnungen auf, um die drehmomentabhängige Axialkraft zur Drehmomentübertragung zwischen den beiden Ausgangswellen zu bewirken.
  • Bei der Ausbildung eines oder mehrerer der Planetenradsätze als Plus-Planetenradsatz ist die Anbindung von Planetenträger und Hohlrad getauscht und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht. Sinngemäß ist dies auch umgekehrt möglich, wenn an Stelle eines Plus-Planetenradsatzes ein Minus-Planetenradsatz vorgesehen werden soll. Dabei wären dann im Vergleich zu dem Plus-Planetensatz ebenfalls die Hohlrad- und die Planetenträgeranbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu reduzieren und das Vorzeichen zu wechseln. Im Rahmen der Erfindung sind die zwei Planetenradsätze jedoch bevorzugt jeweils als Minus-Planetensatz ausgeführt. Minus-Planetensätze haben einen guten Wirkungsgrad und lassen sich axial nebeneinander anordnen oder radial schachteln.
  • Alternativ ist auch denkbar, einen oder mehrere Planetenradsätze als Stufenplanetenradsätze auszubilden. Jedes Stufenplanentenrad des jeweiligen Stufenplanetenradsatzes umfasst bevorzugt ein erstes Zahnrad mit einem drehfest damit verbundenen zweiten Zahnrad, wobei das erste Zahnrad beispielsweise mit dem Sonnenrad und das zweite Zahnrad entsprechend mit dem Hohlrad in Zahneingriff steht, oder umgekehrt. Diese beiden Zahnräder 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. Außerdem sind auch zusammengesetzte Planetenradsätze denkbar.
  • Die erste und zweite Ausgangswelle sind über das Verbindungsmittel passiv miteinander verbindbar. Das Verbindungsmittel ist anders gesagt durch Axialkräfte der Schrägverzahnung der Radsatzelemente in passiver Weise ansteuerbar. Passiv bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die drehmomentübertragende Verbindung zwischen den Ausgangswellen ohne Steuergerät und ohne Aktuator erfolgen kann. Das Verbindungsmittel ist demnach dazu eingerichtet, ohne Aktuator eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Ausgangswelle bereitzustellen. Das heißt, auch ohne Steuergerät und Aktuatorik kann ein Sperrmoment bewirkt werden.
  • Vorzugsweise sind das zweite Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes axialfest gelagert und das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes axial verlagerbar gelagert. Das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes ist schwimmend gelagert, wobei das zweite Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes axialfest gelagert ist. Das dritte Radsatzelement, beispielsweise das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes, kann sich geringfügig axial bewegen, sodass das Verbindungsmittel in Abhängigkeit der anliegenden Axialkräfte, die aus der Schrägverzahnung der Radsatzelemente auf das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes übertragen werden, aktiviert werden kann. Eine axial verschiebbare Lagerung hat im Sinn dieser Erfindung in axialer Richtung einige wenige Zehntelmillimeter Spiel, d.h. die entsprechende Welle bzw. das entsprechende Radsatzelement ist in axialer Richtung nicht eindeutig festgesetzt oder fixiert. Dies ermöglicht eine einfache Führung der Verzahnungskräfte in Richtung des jeweiligen Verbindungselements des Verbindungsmittels. Zudem sind schwimmende bzw. axial verschiebliche Lagerungen kostengünstig, weisen einen geringen Konstruktionsaufwand auf und erlauben im Bereich des Spiels eine Ausdehnung der Welle oder des Radsatzelements, beispielsweise bedingt durch Temperaturänderungen.
  • Unter einer axial verlagerbaren Lagerung des dritten Radsatzelements des zweiten Planetenradsatzes bzw. des zweiten Radsatzelements des ersten Planetenradsatzes ist im Rahmen dieser Erfindung außerdem eine Ausgestaltung des jeweiligen Radsatzelements mit einer definierten Flexibilität zu verstehen. In diesem Sinn ist das axial verlagerbar gelagerte Radsatzelement mit einem Festlager gelagert, ermöglicht jedoch aufgrund seiner genau definierten, elastischen Ausgestaltung eine axiale Bewegung von Verbindungselementen des Verbindungsmittels zueinander oder voneinander weg. Alternativ oder ergänzend ist denkbar, dass die erste Ausgangswelle axialfest gelagert und die zweite Ausgangswelle axial verlagerbar gelagert ist, oder umgekehrt. Dabei kann die zweite Ausgangswelle über ein Loslager axial beweglich angeordnet sein. Alternativ kann zwischen dem dritten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes und der drehfest damit verbundenen zweiten Ausgangswelle beispielsweise eine Schiebeverzahnung angeordnet sein, die zwar eine relative Rotation sperrt, jedoch eine axiale Relativbewegung zwischen dem dritten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes und der zweiten Ausgangswelle ermöglicht.
  • Es ist bevorzugt, wenn eine Steigung der Schrägverzahnung am dritten Element des ersten Planetensatzes und am ersten Element des zweiten Planetensatzes eine zumindest ähnliche Größe, vorzugsweise dieselbe Größe, und vorzugsweise dasselbe Vorzeichen aufweisen. Dieselbe Größe und dasselbe Vorzeichen, also eine identische Steigung ermöglichen eine Axialkraftfreiheit des Verbindungsbauteils oder der Koppelwelle, sodass sich auf eine aufwändige Axiallagerung verzichten lässt. Außerdem wird hierdurch ermöglicht, dass sich die Kräfte aus der Schrägverzahnung auf dem erfindungsgemäßen Verbindungsmittel abstützen, ohne hierbei diese Verzahnungskräfte verlustbehaftet über eine Gehäuselagerung zu leiten. Diese Abstützung auf dem Verbindungsmittel bewirkt wiederum eine Bereitstellung von Aktivierungsenergie und Drehmomentinformation hinsichtlich Größe und Richtung am Verbindungsmittel. In diesem Fall wirken Axialkräfte insbesondere auf das erste Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes sowie auf das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes ein, wobei sich die Axialkräfte an allen anderen Radsatzelementen des integralen Differentials ausgleichen.
  • Unter Steigung oder Ganghöhe einer Schrägverzahnung wird der entlang einer zugehörigen Drehachse gemessene Axialweg verstanden, der bei einer gedanklichen Fortführung eines Zahnes über die eigentliche Breite des Zahnrades hinaus benötigt wird um eine 360°-Umschlingung des Zahnes um die Achse zu bewirken. Bei Gewinden ist in analoger Weise der Begriff Gewindesteigung gebräuchlich. Ein schrägverzahntes Zahnrad mit mehreren Zähnen ist somit mit einem mehrgängigen Gewinde vergleichbar.
  • Das Vorzeichen des Schrägungswinkels ist bevorzugt derart gewählt, dass im Zugbetrieb vorwärts (und dadurch auch im Schubbetrieb rückwärts) das erste Radsatzelement des ersten Planetensatzes und das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes gegeneinander wirken. Demnach wirken also die Eingangswelle und die zweite Ausgangswelle gegeneinander. Dadurch ergibt sich an einer Lagerstelle, bspw. Am Verbindungsmittel zwischen den beiden Ausgangswellen eine drehmomentproportionale Anpresskraft.
  • Erfindungsgemäß ist das Verbindungsmittel eine kraftschlüssige Kupplung. Mithin kann die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Ausgangswellen reibend und damit insbesondere abhängig von einer Anpresskraft erzeugt werden. Die Verbindung ist abhängig von einer drehmomentabhängigen Anpresskraft, die aus den Verzahnungskräften an den Radsatzelementen resultiert. Für die Anpresskraft werden also die Axialkräfte der Schrägverzahnung der Radsatzelemente genutzt. Das Verbindungsmittel weist vorzugsweise Reibflächen auf, sodass eine Verbindung mittels Reibkraft hergestellt werden kann. Das Verbindungsmittel weist bevorzugt wenigstens zwei Verbindungselemente auf, die zum Beispiel miteinander in Kraftschluss gebracht werden können, um die Sperrwirkung zu erzeugen. Alternativ kann das jeweilige Verbindungselement direkt mit dem zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes oder mit dem dritten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes in Kraftschluss gebracht werden.
  • Das Differential erhält eine drehmomentabhängige Sperrwirkung, welche sowohl im Zugbetrieb als auch im Schubbetrieb wirkt, wobei der Sperrwert für Zug- und Schubbetrieb je nach Ausbildung des Verbindungsmittels identisch ist oder separat eingestellt werden kann. Da die Drehmomentübertragung bzw. Sperrung direkt an den Ausgangswellen erfolgt, ist die Differenzkraft nur hälftig der einer Kupplung, welche beispielsweise in einem Differentialkorb sperrt. Damit sind weniger oder kleiner gestaltete Reibflächen nötig. Ferner können größere Reibradien realisiert werden, da die Differentialbauteile nicht in einem vergleichsweise kleinen Differentialkorb angeordnet werden müssen. Außerdem kann ein Kühl- und Schmiereffekt im Vergleich zu herkömmlichen Selbstsperrdifferentialen verbessert werden, da die Bauteile, insbesondere die Radsatzelemente leichter zugänglich sind. In diesem Zusammenhang kann eine bereits vorhandene Kühlung und Schmierung der Planetenradsätze genutzt werden, um die gleichen Effekte auch auf das Verbindungsmittel auszuweiten. Das Verteilen eines Kühl- und Schmiermittels kann mittels Fliehkräften erfolgen. Zudem können in den Radsatzelementen und/oder Gehäuseteilen des Getriebes Bohrungen oder Durchbrüche vorgesehen sein, um das Verbindungsmittel, insbesondere im Fall einer Sperrung bzw. Drehmomentübertragung, hinreichend zu kühlen. Beispielsweise kann Drucköl aus dem Gehäuse zur Ölversorgung des zweiten Planetenträgers des zweiten Planetenradsatzes geführt werden. Ferner kann Öl durch Fliehkraftwirkung zum ersten Planetenträger des ersten Planetenradsatzes geschleudert werden. Ein derartiges Getriebe braucht keine neuen, zusätzlichen Bauteile. Die bereits verfügbaren Bauteile des Getriebes können weiterhin genutzt werden, wobei lediglich das Verbindungsmittel in das Getriebe, insbesondere in das Gehäuse integriert ist. Trotz des Verbindungsmittels kann ein axial kurzbauendes Getriebe mit einer vergleichsweise geringen Komplexität bereitgestellt werden.
  • Die Sperrwirkung des Getriebes wird durch ein Sperrmoment erzeugt, das im Wesentlichen drehmomentabhängig ist. Das Sperrmoment kann alternativ oder ergänzend differenzdrehzahlabhängig sein. Unter einem Sperrwert ist der Quotient aus dem Betrag der Differenz der beiden Abtriebsdrehmomente und der Summe der beiden Abtriebsdrehmomente zu verstehen. D. h. bei einem Sperrwert von 0% haben beide Räder exakt dasselbe Drehmoment. Bei einem Sperrwert von 100% überträgt ein Abtrieb 100% des Drehmomentes, der andere Null.
  • Ist ein Element festgesetzt, insbesondere am ortsfesten Bauelement, so ist es an einer Drehbewegung gehindert. Bei dem drehfesten Bauelement des Getriebes, kann es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handeln, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement.
  • Vorzugsweise sind Reibflächen des Verbindungsmittels eben oder konusförmig ausgebildet. Über die Reibflächen kann eine Verbindung mittels Reibkraft hergestellt werden. Das heißt, zwischen den beiden Ausgangswellen sind zumindest zwei korrespondierende Reibflächen angeordnet. Jeweils zwei Reibflächen bilden dabei ein drehmomentübertragendes Reibflächenpaar. Bei dem Verbindungsmittel kann es sich beispielsweise um eine (Reib-)Lamellenkupplung handeln. Die Anpresskraft der Reibflächen ist mittels einer differenzdrehzahlabhängigen Anpresskraft bewirkt. Die konusförmige Ausführung stellt bei gleicher Reibflächenzahl ein höheres Reibmoment bereit. Eine konusförmige Reibfläche ist beispielsweise an einem Reibkonus ausgebildet. Eine Reiblamelle kann beispielsweise eine ebene Reibfläche bereitstellen.
  • Das Verbindungsmittel ist bevorzugt zwischen dem zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes wirksam angeordnet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsmittel wirksam zwischen dem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes, der drehfest mit der ersten Ausgangswelle verbunden ist, und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes, der drehfest mit der zweiten Ausgangswelle verbunden ist, angeordnet. Anders gesagt sind der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes und das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes durch das Verbindungsmittel drehmomentabhängig drehfest miteinander verbindbar bzw. koppelbar.
  • Es ist bevorzugt, wenn eine der Reibflächen direkter Bestandteil des jeweiligen Radsatzelements ist. Dies reduziert die Teilevielzahl und dadurch Kosten. Diese Elemente sind bevorzugt relativ groß, schwer und thermisch gut angebunden, sodass in diesem Fall zusätzlich die im Reibelement entstehende Wärme gut gespeichert und/oder abgeführt werden kann. Ferner bevorzugt ist zumindest eine der Reibflächen an einem Bauteil angeordnet, welches das Abtriebsdrehmoment zu einer der beiden Ausgangswellen führt. Auch hierdurch wird die Anzahl der Bauteile des Getriebes reduziert, wodurch ebenfalls Kosten gesenkt werden können. Zudem können dieselben thermischen Vorteile erzielt werden. Alternativ ist jedoch denkbar, die Teile mit den Reibflächen als separate Bauteile auszubilden, die beispielsweise über eine Mitnahmeverzahnung oder dergleichen zumindest mittelbar drehfest mit der jeweiligen Ausgangswelle verbunden sind.
  • Beispielsweise ist ein erstes Verbindungselement des Verbindungsmittels fest am zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes angeordnet und der ersten Ausgangswelle zugeordnet, wobei ein zweites Verbindungselement des Verbindungsmittels fest am dritten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes angeordnet und der zweiten Ausgangswelle zugeordnet ist, wobei am zweiten Verbindungselement zwei Axialkrafteinleitungselemente angeordnet sind, zwischen denen das erste Verbindungselement zumindest mittelbar axial angeordnet ist. Das eine der beiden Axialkrafteinleitungselemente ist dazu ausgebildet, mit dem ersten Verbindungselement ein erstes Reibelementenpaar zu bilden. Das jeweils andere der beiden Axialkrafteinleitungselemente ist auf einer axial gegenüberliegenden Seite des ersten Verbindungselements angeordnet und dazu ausgebildet, mit dem ersten Verbindungselement ein zweites Reibelementenpaar zu bilden. Die Axialkrafteinleitungselemente sowie das erste Verbindungselement fungieren dabei als eine Art Lamelle, die bei einer Axialdruckbeaufschlagung in abhängig der Axialkraftrichtung miteinander in Kraftschluss kommen. Unabhängig der Axialkraftrichtung kommt es im aktivierten Zustand des Verbindungsmittels jedenfalls zum Reibschluss zwischen dem zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes, an dem die beiden Axialkrafteinleitungselemente axial beabstandet sowie das am zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes aufgenommene erste Verbindungselement zwischen sich aufnehmend fest angeordnet sind. Denkbar ist auch, die kraftschlüssige Kupplung bzw. das Verbindungsmittel als Konuskupplung oder dergleichen auszubilden. Die Konuskupplung kann durch die geringere Anzahl an Reibflächen und Bauteilen insbesondere kostengünstiger als beispielsweise eine Ausführungsform mit Reiblamelle(n) sein, wenngleich eine Lamellenkupplung thermisch stärker belastbar ist.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Verbindungsmittel ein erstes Axialkrafteinleitungselement, ein zweites Axialkrafteinleitungselement, ein drittes Axialkrafteinleitungselement und ein viertes Axialkrafteinleitungselement, wobei das erste und zweite Axialkrafteinleitungselement sowie wenigstens ein erstes Verbindungselement der ersten Ausgangswelle zugeordnet sind, und wobei das dritte und vierte Axialkrafteinleitungselement sowie wenigstens ein zweites Verbindungselement der zweiten Ausgangswelle zugeordnet sind. Das erste und zweite Axialkrafteinleitungselement des Verbindungsmittels sind in dieser Ausführungsform axial beabstandet zueinander sowie zumindest mittelbar fest an der ersten Ausgangswelle angeordnet. Denkbar ist auch, dass zwischen der ersten Ausganswelle und dem ersten und zweiten Axialkrafteinleitungselement weitere Bauteile angeordnet sind. Jedenfalls sind das erste und zweite Axialkrafteinleitungselement drehfest zur ersten Ausgangswelle angeordnet. Zwischen dem ersten und zweiten Axialkrafteinleitungselement ist mindestens ein erstes Verbindungselement zumindest mittelbar drehfest an der ersten Ausgangswelle angeordnet. Das dritte und vierte Axialkrafteinleitungselement des Verbindungsmittels sind axial beabstandet zueinander sowie zumindest mittelbar fest an der zweiten Ausgangswelle angeordnet. Denkbar ist auch, dass zwischen der zweiten Ausganswelle und dem dritten und vierten Axialkrafteinleitungselement weitere Bauteile angeordnet sind. Jedenfalls sind das dritte und vierte Axialkrafteinleitungselement drehfest zur zweiten Ausgangswelle angeordnet. Zwischen dem dritten und vierten Axialkrafteinleitungselement ist mindestens ein zweites Verbindungselement zumindest mittelbar drehfest an der zweiten Ausgangswelle angeordnet, wobei bei einer wirkenden, drehmomentabhängigen Axialkraft aus der Schrägverzahnung das wenigstens erste Verbindungselement in Kraftschluss mit dem wenigstens zweiten Verbindungselement tritt. Infolge der Axialkraft ist so ein Drehmoment zwischen der ersten und zweiten Ausgangswelle übertragbar. Die Verbindungselemente des Verbindungsmittels sind folglich axial zwischen dem ersten und zweiten Axialkrafteinleitungselement sowie zwischen dem dritten und vierten Axialkrafteinleitungselement angeordnet. Die Axialkrafteinleitungselemente sind derart angeordnet, dass unabhängig der Axialkraftrichtung ein Kraftschluss zwischen den Verbindungselementen erzeugt wird, wobei die Axialkrafteinleitungselemente die Axialkraft auf die Verbindungselemente übertragen, die infolgedessen aufeinander zubewegen bis sie reibschlüssig aneinander zur Anlage kommen. Die dadurch erzeugte Reibkraft ist proportional zur auf das Verbindungsmittel wirkenden Axialkraft. Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich insbesondere für als Lamellenkupplung ausgebildete kraftschlüssige Kupplung, wobei die Verbindungselemente als Lamellen ausgebildet sind, die miteinander in Reibschluss treten können. Eine Lamellenkupplung hat beispielsweise im Vergleich zu einem Gleitlager oder dergleichen den Vorteil, dass sie ein größeres Sperrmoment zwischen den beiden Ausgangswellen erzeugen kann.
  • Denkbar ist ferner, die Axialkraft des dritten Radsatzelements des zweiten Planetenradsatzes, insbesondere des zweiten Hohlrades, über das Verbindungsmittel, das zweite Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes, insbesondere den ersten Planetenträger, und die erste Ausgangswelle in das Gehäuse einzuleiten. Es wäre ebenso denkbar das zweite Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes, insbesondere den ersten Planetenträger, direkt am Gehäuse zu lagern anstelle einer axialen Festlagerung der ersten Ausgangswelle am Gehäuse. Ebenso ist denkbar die zweite Ausgangswelle axial zu positionieren.
  • Ferner bevorzugt ist am Verbindungsmittel wenigstens ein Druckelement angeordnet, dass eine axiale Vorspannkraft auf das Verbindungsmittel überträgt. Mittels des Druckelements kann ein Grundsperrmoment erzeugt werden. Unter einem Grundsperrmoment wird ein Sperrmoment verstanden, welches im Wesentlichen unabhängig von einem übertragenen Drehmoment und unabhängig von der Höhe der vorliegenden Differenzdrehzahl vorliegt. Das Druckelement bewirkt insbesondere eine konstante Anpresskraft der Reibflächen. Es eignen sich vorgespannte Federn als Druckelement, insbesondere ein als Tellerfeder, Wellfeder oder dergleichen ausgebildetes Druckelement. Durch Vorspannung der Ausgangswellen kann eine Anfahrhilfe realisiert werden.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsmittel derart ausgebildet, dass in einem Zugbetrieb und in einem Schubbetrieb ein ungleiches Sperrverhalten des Verbindungsmittels realisierbar ist. Beispielsweise können die Reibpartner, die in der jeweiligen Axialkraftrichtung zusammenwirken, unterschiedlich ausgebildet sein, insbesondere unterschiedlich geometrisch ausgebildet sein oder unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten oder Rauheitseigenschaften aufweisen. Beispielsweise können die Reibpartner, die bei einer Beaufschlagung des Verbindungsmittels in die erste Axialkraftrichtung miteinander zusammenwirken einen größeren Reibradius oder -durchmesser, einen größere Reibfläche und/oder eine rauere Oberfläche aufweisen als Reibpartner, die bei einer Beaufschlagung des Verbindungsmittels in die entgegengesetzte zweite Axialkraftrichtung miteinander zusammenwirken, oder umgekehrt. Bei einer Lamellenkupplung als Verbindungsmittel kann alternativ oder ergänzend zu den vorherigen Ausführungen über die Anzahl der Lamellen auf der jeweiligen Seite ein unterschiedliches Sperrverhalten realisiert werden. Beispielsweise können an einem ersten Lamellenträger, der mit der ersten Ausgangswelle wirkverbunden ist, eine höhere Anzahl Lamellen wirksam angeordnet sein als an einem zweiten Lamellenträger, der mit der zweiten Ausgangswelle wirkverbunden ist. Mit anderen Worten können im Zug- und im Schubbetrieb jeweils unterschiedliche Reibflächenpaaranzahlen wirksam ausgebildet sein, beispielsweise durch geeignete Anordnung der Axialkrafteinleitungselemente. Ferner können im Zug- und im Schubbetrieb unterschiedliche Reibdurchmesser wirken. Weiterhin können unterschiedliche Reibwinkel verbaut sein, insbesondere eine ebene, sich im Wesentlichen radial erstreckende Lamelle im Gegensatz zu einem konusförmigen Reibelement. Des Weiteren können im Zug- und im Schubbetrieb unterschiedliche Reibbeiwerte vorgesehen sein. Die genannten Aspekte können einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander vorgesehen sein.
  • Der erste und zweite Planetenradsatz sind vorzugsweise in axialer Richtung benachbart angeordnet. Mit anderen Worten sind die Radsatzelemente des ersten Planetenradsatzes in einer ersten gemeinsamen Ebene und die Radsatzelemente des zweiten Planetenradsatzes 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 und zweite Planetenradsatz radial geschachtelt angeordnet. Indem der erste Planetenradsatz gemäß dem ersten Erfindungsaspekt zumindest bereichsweise radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist, wird eine radial geschachtelte Bauweise des integralen Differentials realisiert. Mit anderen Worten sind die Radsatzelemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes axial in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Mithin sind der erste und zweite Planetenradsatz im Wesentlichen in einer gemeinsamen Radebene angeordnet, wodurch das Getriebe axial kurzbauend und dadurch besonders kompakt gestaltbar ist. Der erste und zweite Planetenradsatz sind demzufolge radial betrachtet übereinander angeordnet.
  • Dass zwei Bauelemente des Getriebes drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, sodass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Darunter ist also eine dauerhafte Drehverbindung zu verstehen. Insbesondere ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente des Differentials 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es können zwischen der Eingangswelle und der Antriebseinheit weitere zwischengeschaltete Komponenten angeordnet sein, beispielsweise ausgebildet als Planetengetriebe, Stirnradgetriebe, Kettentrieb, Riementrieb, Winkeltrieb, Gelenkwelle, Torsionsdämpfer, Mehrganggetriebe oder dergleichen. Ebenso können zwischen der jeweiligen Ausgangswelle und dem damit wirkverbundenen Rad weitere zwischengeschaltete Komponenten angeordnet sein, wie beispielsweise Gelenkwellen, Übersetzungsgetriebe, Feder- und Dämpfelemente oder dergleichen.
  • Insbesondere kann dem Getriebe zusätzlich ein Übersetzungsgetriebe oder ein mehrgängiges Getriebe, vorzugsweise ein 2-Gang-Getriebe vorgeschaltet sein. Dieses Übersetzungsgetriebe oder mehrgängige Getriebe kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung einer zusätzlichen Übersetzung indem bspw. die Drehzahl der Antriebsmaschine übersetzt wird und die Eingangswelle mit dieser übersetzten Drehzahl angetrieben wird. Das mehrgängige Getriebe oder Übersetzungsgetriebe kann insbesondere in der Form eines Planetengetriebes vorliegen.
  • 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 des Getriebes ein Rotor der elektrischen Maschine ist oder mit dem Rotor oder einer Rotorwelle 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 der Kurbelwelle drehfest verbunden bzw. gekoppelt ist.
  • Vorzugsweise ist die Antriebseinheit koaxial zum integralen Differential angeordnet. Damit ist eine zusätzliche Übersetzung von der Eingangswelle auf die Rotorwelle bzw. den Rotor bzw. die Kurbelwelle der Antriebseinheit nicht erforderlich.
  • Bevorzugt ist die Antriebseinheit als elektrische Maschine ausgebildet und koaxial zur Eingangswelle angeordnet, wobei die erste Ausgangswelle durch einen Rotor der elektrischen Maschine hindurchgeführt ist. Dadurch ist das Getriebe besonders kompakt.
  • Der Antriebsstrang gemäß der vorher beschriebenen Art ist in einem Fahrzeug einsetzbar. 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 Antriebsstrangs antreibbare Antriebsachse bildet. An dieser Antriebsachse ist der erfindungsgemäße Antriebsstrang wirksam angeordnet, wobei der Antriebsstrang eine Antriebsleistung der Antriebseinheit über das erfindungsgemäße Getriebe 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.
  • Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß dem ersten Erfindungsaspekt gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Getriebe gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt sowie für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang, und umgekehrt.
  • Im Folgenden werden acht Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
    • 1 eine stark schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang und einem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer ersten Ausführungsform,
    • 2 eine stark schematische Darstellung eines Getriebes,
    • 3 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach 1,
    • 4 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer weiteren Ausführungsform,
    • 5 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß 3 in einer ersten Sperrstellung,
    • 6 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß 3 und 5 in einer zweiten Sperrstellung,
    • 7a eine stark schematische Darstellung einer Lamellenkupplung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer weiteren Ausführungsform in einer ersten Sperrstellung,
    • 7b eine stark schematische Darstellung der Lamellenkupplung gemäß 7a in einer zweiten Sperrstellung,
    • 7c eine stark schematische Darstellung einer Lamellenkupplung des erfindungsgemäßen Getriebes nach 5 in der ersten Sperrstellung,
    • 7d eine stark schematische Darstellung der Lamellenkupplung nach 6 in der zweiten Sperrstellung,
    • 8 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer weiteren Ausführungsform,
    • 9 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer weiteren Ausführungsform und
    • 10 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer weiteren Ausführungsform.
  • Gemäß 1 ist ein Fahrzeug 1 mit zwei Achsen 11a, 11b dargestellt, wobei an der ersten Achse 11 a ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang 2 antriebswirksam angeordnet ist. Die erste Achse 11a kann sowohl Frontachse als auch Heckachse des Fahrzeugs 1 sein und bildet eine angetriebene Achse des Fahrzeugs 1. Der Antriebsstrang 2 umfasst eine als elektrische Maschine ausgeführte Antriebseinheit 22 sowie ein damit wirkverbundenes Getriebe 3, wobei der Aufbau und die Anordnung des Antriebsstranges 2 am Fahrzeug 1, insbesondere des Getriebes 3 in den nachfolgenden Figuren näher erläutert wird. Die elektrische Maschine ist exemplarisch in 2 gezeigt. In den darauffolgenden Figuren wird zur Vereinfachung darauf verzichtet. Es ist lediglich eine Eingangswelle 4 gezeigt, die zur Übertragung eines Drehmoments in das Getriebe 3 mit der Antriebseinheit 22 antriebswirksam verbunden ist. Die elektrische Maschine wird durch einen - hier nicht gezeigten - Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt, welcher wirksam mit einem in 2 gezeigten gehäusefesten Stator 19 verbunden ist. Ferner ist die elektrische Maschine mit einer - hier nicht gezeigten - Leistungselektronik zur Steuerung und Regelung verbunden. Durch Bestromung des Stators 19 der elektrischen Maschine wird ein drehbar dazu angeordneter Rotor 20, welcher als Antriebswelle wiederum drehfest mit der Eingangswelle 4 des Getriebes 3 verbunden ist, in eine Drehbewegung relativ zum Stator 19 versetzt. Die Eingangswelle 4 kann alternativ auch mit einer separaten Rotorwelle des Rotors 20 drehfest verbunden bzw. damit gekoppelt sein. Somit wird die Antriebsleistung der Antriebseinheit 22 über die Eingangswelle 4 in das Getriebe 3 geleitet und dort von einem integralen Differential 7 gewandelt und zumindest mittelbar auf eine erste Ausgangswelle 5 und eine zweite Ausgangswelle 6 aufgeteilt. Die Antriebseinheit 22, umfassend den Stator 19 und den Rotor 20, ist koaxial zum integralen Differential 7 angeordnet.
  • Die koaxial zueinander angeordneten Ausgangswellen 5, 6 sind jeweils mittelbar an einem in 1 gezeigten Rad 18 angeschlossen, um das Fahrzeug 1 anzutreiben. Zwischen dem jeweiligen Rad 18 und den Ausgangswellen 5, 6 sind Gelenke 21 und Radnaben 23 angeordnet, um eventuelle Schiefstellungen der Ausgangswellen 5, 6 auszugleichen. Das Fahrzeug 1 ist folglich ein Elektrofahrzeug, wobei der Antrieb rein elektrisch erfolgt.
  • In 2 bis 10 sind unterschiedliche Ausgestaltungformen des Getriebes 3 gezeigt. 2 fällt nicht mehr unter Anspruch 1 und ist somit nicht erfindungsgemäß, sondern nur beispielhaft aufgeführt. Das jeweilige Getriebe 3 ist ein Differentialgetriebe und umfasst vorliegend eine Eingangswelle 4, eine erste Ausgangswelle 5 und eine zweite Ausgangswelle 6. Die Ausgangswellen 5, 6 sind koaxial zueinander angeordnet und erstrecken sich ausgehend vom Getriebe 3 in entgegengesetzte Richtungen zu den Rädern 18 hin. Vorliegend erstreckt sich die erste Ausgangswelle 5 nach links und die zweite Ausgangswelle 6 nach rechts.
  • Das Getriebe 3 umfasst ein integrales Differential 7, das einen ersten Planetenradsatz P1 mit mehreren Radsatzelementen und einen damit wirkverbundenen zweiten Planetenradsatz P2 mit mehreren Radsatzelementen aufweist. Vorliegend sind am ersten Planetenradsatz P1 das erste Radsatzelement ein erstes Sonnenrad 25a, das zweite Radsatzelement ein erster Planetenträger 26a und das dritte Radsatzelement ein erstes Hohlrad 27a, wobei am ersten Planetenträger 26a mehrere erste Planetenräder 28a drehbar angeordnet sind, die mit dem ersten Sonnenrad 25a und dem ersten Hohlrad 27a in Zahneingriff stehen. Ferner sind am zweiten Planetenradsatz P2 das erste Radsatzelement ein zweites Sonnenrad 25b, das zweite Radsatzelement ein zweiter Planetenträger 26b und das dritte Radsatzelement ein zweites Hohlrad 27b, wobei am zweiten Planetenträger 26b mehrere zweite Planetenräder 28b drehbar angeordnet sind, die mit dem zweiten Sonnenrad 25b und dem zweiten Hohlrad 27b in Zahneingriff stehen.
  • Der erste und zweite Planetenradsatz P1, P2 sind hier jeweils als Minus-Planetenradsatz ausgebildet, wobei der erste Planetenradsatz P1 radial innerhalb der zweiten Planetenradsatzes P2 angeordnet ist. Mithin ist das integrale Differential 7 in radial geschachtelter Bauweise ausgeführt.
  • In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jeweils das erste Sonnenrad 25a des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit der Eingangswelle 4 verbunden. Der erste Planetenträger 26a des ersten Planetenradsatzes P1 ist drehfest mit der ersten Ausgangswelle 5 verbunden, wobei die erste Ausgangswelle 5 axial durch die Eingangswelle 4, das erste Sonnenrad 25a und den Rotor 20 der Antriebseinheit 22 gemäß 1 und 2 hindurch erstreckt. Mithin ist das erste Sonnenrad 25a als Hohlrad und die damit drehfest verbundene Eingangswelle 4 als Hohlwelle ausgebildet. Das erste Hohlrad 27a des ersten Planetenradsatzes P1 ist über eine Koppelwelle 12 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 25b des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden. Der zweite Planetenträger 26b des zweiten Planetenradsatzes P2 ist gehäusefest angeordnet bzw. an einem ortsfesten Bauelement 13 festgesetzt. Das zweite Hohlrad 27b des zweiten Planetenradsatzes P2 ist drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 6 verbunden.
  • Mittels des ersten Planetenradsatzes P1 ist ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Ausgangswelle 5 übertragbar, wobei ein Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes P1 in dem zweiten Planetenradsatz P2 derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Ausgangswelle 6 übertragbar ist.
  • Die oben genannten Radsatzelemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes P1, P2 weisen jeweils eine Schrägverzahnung auf, die in Abhängigkeit eines anliegenden Drehmoments unabhängig des Leistungsflusses eine axial wirkende Verzahnungskraft erzeugen, wobei diese Axialkraft auf ein Verbindungsmittel 40 des Getriebes 3 einwirkt. In einem Zugbetrieb des Antriebsstrangs 2 verläuft der Leistungsfluss von der Eingangswelle 4, an der die Antriebsleistung der Antriebseinheit 22 in das Getriebe 3 eingeleitet wird, über die Planetenradsätze P1, P2 des integralen Differentials 7 zu den beiden Ausgangswellen 5, 6. In einem Schubbetrieb des Antriebsstranges 2 verläuft der Leistungsfluss in umgekehrter Richtung von der jeweiligen Ausgangswelle 5, 6 über die Planetenradsätze P1, P2 des integralen Differentials 7 zur Eingangswelle 4, wo die Antriebsleistung in die Antriebseinheit 22 eingeleitet wird. Im Schubbetrieb kann die Antriebseinheit 22 im Generatorbetrieb zur Erzeugung elektrischer Energie betrieben werden.
  • Das Verbindungsmittel 40 ist dazu angeordnet und ausgebildet, für beide Axialkraftrichtungen aus der Schrägverzahnung der Radsatzelemente, also unabhängig der Axialkraftrichtung aus der Schrägverzahnung der Radsatzelemente, die erste Ausgangswelle 5 und zweite Ausgangswelle 6 zumindest mittelbar derart zu verbinden, dass ein Drehmoment zwischen den Ausgangswellen 5, 6 übertragbar ist. Die Richtung der Axialkraft hängt von der Richtung des Antriebsmomentes ab. Die Richtung des Drehmoments am Verbindungsmittel 40 hängt von dem Vorzeichen der Differenzdrehzahl der Ausgangswellen 5, 6 ab. Das Verbindungsmittel 40 ist vorliegend zwischen dem zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes P1, also dem ersten Planetenträger 26a, und dem dritten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes P2, also dem zweiten Hohlrad 27b, wirksam angeordnet.
  • Das zweite Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes P1, also hier der erste Planetenträger 26a, ist axialfest gelagert, wohingegen das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes P2, also das zweite Hohlrad 27b, axial verlagerbar ist. Die axiale Beweglichkeit des zweiten Hohlrades 27b ist sehr gering, da nur ein kleiner Stellweg zurückgelegt werden muss, um das Verbindungsmittel 40 zu aktivieren bzw. zu aktivieren, um eine Drehmomentübertragung zwischen den Ausgangswellen 5, 6 zu realisieren.
  • Die axiale Beweglichkeit des zweiten Hohlrades 27b kann beispielsweise erreicht werden, indem ein ein Drehmoment vom zweiten Hohlrad 27b auf die zweite Ausgangswelle 6 übertragendes Bauteil, beispielsweise ein Armsegment 9 analog zu 2, eine definierte elastische Verformbarkeit ermöglicht und führt, sodass sich das zweite Hohlrad 27b relativ zu den übrigen Radsatzelementen des Differentials 7 axial bewegen kann, derart, dass eine Aktivierung des Verbindungsmittels 40 möglich ist. In diesem Fall kann die zweite Ausgangswelle 6 mittels eines Festlagers axialfest gelagert sein. Im aktivierten bzw. betätigten Zustand des Verbindungsmittels 40 wird zwischen den Ausgangswellen 5, 6 ein Drehmoment übertragen, das von den Verzahnungskräften der Schrägverzahnungen abhängig ist. Im aktivierten bzw. betätigten Zustand des Verbindungsmittels 40 wird eine Sperrwirkung der Ausgangswellen 5, 6 erzielt. 2 zeigt jedoch eine dazu alternative Ausgestaltung. Vorliegend ist die zweite Ausgangswelle 6 mittels zweier Zylinderrollenlager 24 axial lose, also schwimmend, gegenüber dem Gehäuse 29 gelagert. Dadurch ist eine definierte Elastizität des Armsegments 9 nicht erforderlich, denn die axiale Beweglichkeit des zweiten Hohlrades 27b wird über die schwimmende Lagerung der zweiten Ausgangswelle 6 ermöglicht. Die erste Ausgangswelle 5 ist über ein - hier nicht dargestelltes - Festlager gegenüber dem Gehäuse 29 axialfest gelagert.
  • Das Verbindungsmittel 40 ist in den nachfolgend näher beschriebenen Beispielen jeweils eine kraftschlüssige Kupplung, wobei Reibflächen der miteinander reibschlüssig verbindbaren Reibpartner des Verbindungsmittels 40 vorliegend im Wesentlichen eben ausgebildet sind. Denkbar sind jedoch prinzipiell jede beliebige Form der miteinander wirkverbindbaren Reibflächen, wie beispielsweise konusförmige Reibflächen oder dergleichen.
  • In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel nach 2 ist ein erstes Verbindungselement 41 des Verbindungsmittels 40 fest am zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes P1 angeordnet und der ersten Ausgangswelle 5 zugeordnet ist. Ein zweites Verbindungselement 42 des Verbindungsmittels 40 ist fest am dritten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes P2 angeordnet und der zweiten Ausgangswelle 6 zugeordnet. Am zweiten Verbindungselement 42 sind zwei Axialkrafteinleitungselemente 45, 46 angeordnet, zwischen denen das erste Verbindungselement 41 zumindest mittelbar axial angeordnet ist. Fest bedeutet in dem vorliegenden Fall, dass das erste Verbindungselemente 41 am inneren ersten Planetenträger 26a gegen eine Axialbewegung sowie gegen eine relative Rotation gesichert ist sowie dass das zweite Verbindungselement 42 am äußeren zweiten Hohlrad 27b gegen eine Axialbewegung sowie gegen eine relative Rotation gesichert ist. Die Axialkraft aus der Schrägverzahnung des äußeren Hohlrades 27b wird im Zug- und im Schubbetrieb über eines der beiden Axialkraftelemente 45, 46 am ersten Planetenträger 26a abgestützt, der je nach Wirkungsrichtung der Axialkraft entweder mit dem dritten Axialkrafteinleitungselement 45 oder mit dem vierten Axialkrafteinleitungselement 46 in Reibkontakt tritt. Das Hohlrad 27b wird also durch die Verzahnungskräfte derart axial bewegt, dass entweder das dritte Axialkrafteinleitungselement 45 oder das vierte Axialkrafteinleitungselement 46 bei Betätigung des Verbindungsmittels 40 geringfügig axial zum jeweiligen Reibabschnitt des ersten Verbindungselements 41, das am ersten Planetenträgers 26a angeordnet ist, hinbewegt. Mithin ist das erste Verbindungselement 41 axial zwischen den beiden am zweiten Verbindungselement 42 zumindest axialfest angeordneten Axialkrafteinleitungselemente 45, 46 wirksam angeordnet, wobei die die jeweiligen Reibpartner bzw. Reibflächenpaare bildenden Reibflächen axial fluchtend angeordnet sind. Das erste Verbindungselement 41 sowie die Axialkrafteinleitungselemente 45, 46 fungieren in Form von Lamellen, die je nach Axialkraftrichtung zur Drehmomentübertragung miteinander in Reibkontakt kommen können. Das erste Reibflächenpaar wird durch das erste Verbindungselement 41 und das links davon angeordnete dritte Axialkrafteinleitungselement 45 gebildet. Das zweite Reibflächenpaar wird durch das erste Verbindungselement 41 und das rechts davon angeordnete vierte Axialkrafteinleitungselement 46 gebildet. Das vierte Axialkrafteinleitungselement 46 ist hier gleichzeitig das Armsegment 9, welches die Axialkraft vom zweiten Hohlrad 27b auf die zweite Ausgangswelle 6, und umgekehrt, überträgt. Das zweite Hohlrad 27b bzw. das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes P2 ist zumindest so weit axial beweglich, bis das jeweilige Axialkrafteinleitungselement 45, 46 am drehfest mit dem ersten Planetenträger 26a verbundenen ersten Verbindungselement 41 zur Anlage kommt und die Axialkraft zur Erzielung der Sperrwirkung erzeugt. Vorliegend ist das erste Verbindungselement 41 und der erste Planetenträger 26a einteilig ausgebildet, wobei das erste Verbindungselement 41 ein sich im Wesentlichen radial erstreckender Arm ist, der den Reibpartner mit den Axialkrafteinleitungselementen 45, 46 bildet. Die Axialkrafteinleitungselemente 45, 46 sind vorliegend durch einen Sicherungsring 10 in ihrer axialen Position gehalten. Die Drehmomentübertragung zwischen den Axialkrafteinleitungselementen 45, 46 und dem zweiten Hohlrad 27b erfolgt durch eine hier nicht näher dargestellte Mitnahmeverzahnung.
  • Die die Axialkraft bewirkenden Verzahnungskräfte der Schrägverzahnung sind proportional zum an der Eingangswelle 4 anliegenden Antriebsmoment. Das Reibmoment bzw. Sperrmoment an den Reibflächenpaaren bzw. den Reibpartnern der Kupplung ist proportional zur Axialkraft. Das Sperrmoment ist über die Reibflächenanzahl, den Reibdurchmesser, einen eventuellen Konuswinkel im Falle von konusförmigen Reibelementen bzw. -flächen und/oder der Auswahl und Ausgestaltung der Reibpaare, insbesondere über den Reibwert einstellbar. In dem in 2 gezeigten Beispiel sind die beiden Reibflächenpaare identisch ausgebildet, sodass im Zug- und Schubbetrieb bei gleicher Axialkraft die gleiche drehmomentabhängige Sperrwirkung bzw. das gleiche Sperrmoment erzeugbar ist. Vorliegend ist jeder Axialkraftrichtung also ein separates Reibflächenpaar zugeordnet.
  • Gemäß den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen nach 3 bis 10 ist das Verbindungsmittel 40 eine als Lamellenkupplung ausgebildete kraftschlüssige Kupplung. Bei der Lamellenkupplung wird die von der Schrägverzahnung der Radsatzelemente bewirkte Axialkraft als Stellkraft für die Lamellen genutzt. Dies wird nachfolgend näher beschrieben.
  • Das Verbindungsmittel 40 umfasst nach 3 bis 10 ein erstes Axialkrafteinleitungselement 43, ein zweites Axialkrafteinleitungselement 44, ein drittes Axialkrafteinleitungselement 45 und ein viertes Axialkrafteinleitungselement 46, ein erstes Verbindungselement 41 sowie ein zweites Verbindungselement 42. Das erste Verbindungselement 41 ist hier als erster Lamellenträger zu verstehen, der fest mit dem ersten Planetenträger 26a und der ersten Ausgangswelle 5 verbunden ist. An dem ersten Verbindungselement 41 bzw. dem ersten Lamellenträger sind mehrere erste Lamellen 14 drehfest und axial verschieblich angeordnet. Das zweite Verbindungselement 42 ist hier als zweiter Lamellenträger zu verstehen, der fest mit dem zweiten Hohlrad 27b und der zweiten Ausgangswelle 6 verbunden ist. An dem zweiten Verbindungselement 42 bzw. dem zweiten Lamellenträger sind mehrere zweite Lamellen 15 drehfest und axial verschieblich angeordnet. Die ersten und zweiten
  • Lamellen 14, 15 sind in axialer Richtung abwechselnd angeordnet und können im betätigten Zustand des Verbindungsmittels 40, das heißt, wenn eine Axialkraft auf das Verbindungsmittel einwirkt, in Reibschluss miteinander gebracht werden, um die genannte Sperrwirkung zu realisieren. Je eine erste Lamelle 14 und eine axial direkt benachbarte zweite Lamelle 15 bilden ein jeweiliges Reibpaar. In 3 ist das Getriebe 3 im unbelasteten Zustand gezeigt, das heißt, wenn der Antriebsstrang 2 abgeschaltet ist.
  • Das erste und zweite Axialkrafteinleitungselement 43, 44 sowie das erste Verbindungselement 41 mit den daran angeordneten ersten Lamellen 14 sind der ersten Ausgangswelle 5 zugeordnet, wobei das dritte und vierte Axialkrafteinleitungselement 45, 46 sowie das zweite Verbindungselement 42 mit den daran angeordneten zweiten Lamellen 15 der zweiten Ausgangswelle 6 zugeordnet sind. Die Lamellen 14, 15 bilden ein Lamellenpaket, deren axiale Beweglichkeit an einem axialen Ende entweder durch das erste Axialkrafteinleitungselement 43 oder das dritte Axialkraftelement 45 und an dem gegenüberliegenden Ende durch das zweite Axialkrafteinleitungselement 44 oder das vierte Axialkraftelement 46 begrenzt ist. Die Lamellen 14, 15 sind somit durch je zwei Axialkrafteinleitungselemente 43, 44, 45, 46 umklammert. Je nach Wirkungsrichtung der Axialkraft wird das zweite Hohlrad 27b mit dem zweiten Verbindungselement 42 und dem daran befestigten dritten und vierten Axialkraftelement 45, 46 relativ zum ersten Verbindungselement 41 mit dem daran befestigten ersten und zweiten Axialkraftelement 43, 44 bewegt, derart, dass die Lamellen 14, 15 zusammengepresst werden. Die Stellbewegung der Lamellen 14, 15 wird entweder über das erste Axialkrafteinleitungselement 43 und das diagonal gegenüberliegende vierte Axialkrafteinleitungselement 46 (siehe 5) oder über das zweite Axialkrafteinleitungselement 44 und das diagonal dazu gegenüberliegende dritte Axialkrafteinleitungselement 45 (siehe 6) übertragen.
  • Die Axialkrafteinleitungselemente 43, 44, 45, 46 sind am jeweiligen Verbindungselement 41, 42 bzw. Lamellenträger axialfest angeordnet. Sie können beispielsweise als Ringelemente ausgebildet sein. Im Beispiel gemäß 5 wird das zweite Hohlrad 27b in Folge der Axialkraft aus der Schrägverzahnung der Radsatzelemente nach links verlagert, um eine Betätigung des Verbindungsmittels 40 zur Einstellung eines Sperrmoments zu erzielen. Im Fall nach 6 wird das zweite Hohlrad 27b in Folge der in die entgegengesetzte Richtung wirkenden Axialkraft aus der Schrägverzahnung der Radsatzelemente nach rechts verlagert, um ebenfalls eine Betätigung des Verbindungsmittels 40 zur Einstellung eines Sperrmoments zu erzielen. Im Gegensatz zu 5, wo alle Lamellenpaare miteinander in Reibschluss kommen, bilden sich aufgrund der Anzahl und Anordnung der Lamellen 14, 15 und der Axialkraftrichtung lediglich zwei statt drei Lamellenpaare. Zwar wird in diesem Fall auch ein Sperrmoment erzeugt, jedoch ist das maximal übertragbare Sperrmoment kleiner als bei der entgegengesetzt wirkenden Axialkraft gemäß 5. In diesem Sinn ist ein Sperrmoment für Zug- und für Schubbetrieb separat einstellbar, wobei das Verbindungsmittel 40 in Abhängigkeit der Axialkraft und der damit einhergehenden Axialbewegung der Lamellen 14, 15 drehmomentfühlend agiert. Das Verbindungsmittel 40 ist derart ausgebildet, dass in einem Zugbetrieb und in einem Schubbetrieb ein ungleiches Sperrverhalten des Verbindungsmittels 40 realisiert wird. Die Wirkungsweise und Wirkungsrichtung der miteinander zusammenwirkenden Bauteile kann auch umgekehrt sein, wobei dies von der Schrägungsrichtung der Schrägverzahnungen der Radsatzelemente abhängt. 7c zeigt eine detaillierte Ansicht des Verbindungsmittels 40 in der ersten Sperrstellung analog zu 5. 7d zeigt eine detaillierte Ansicht des Verbindungsmittels 40 in der zweiten Sperrstellung analog zu 6. Hinsichtlich 7c und 7d sei also auf das oben zu 5 bzw. 6 Gesagte verwiesen.
  • In dem Ausführungsbeispiel nach 3 sowie 5, 6, 7c und 7d ist das erste Verbindungselement 41 bzw. der erste Lamellenträger ein Außenlamellenträger, wobei die drei ersten Lamellen 14 als Außenlamellen zu verstehen sind. Demgegenüber ist das zweite Verbindungselement 42 bzw. der zweite Lamellenträger ein Innenlamellenträger, wobei die drei zweiten Lamellen 15 als Innenlamellen zu verstehen sind.
  • In dem Ausführungsbeispiel nach 4 ist das erste Verbindungselement 41 bzw. der erste Lamellenträger ein Innenlamellenträger, wobei die drei ersten Lamellen 14 als Innenlamellen zu verstehen sind. Demgegenüber ist das zweite Verbindungselement 42 bzw. der zweite Lamellenträger ein Außenlamellenträger, wobei die drei zweiten Lamellen 15 als Außenlamellen zu verstehen sind.
  • In beiden Ausführungsbeispielen nach 3 bis 6 werden die Axialkrafteinleitungselemente 45, 46 des zweiten Verbindungselementes 42 infolge einer Axialkraft bedingten axialen Bewegung des zweiten Hohlrads 27b derart zu den Axialkrafteinleitungselemente 43, 44 des ersten Verbindungselements 41 bewegt, dass die Lamellen 14, 15 kraftschlüssig miteinander verbunden werden und so ein Drehmoment zwischen dem ersten Planetenträger 26a und dem zweiten Hohlrad 27b bzw. den beiden Ausgangswellen 5, 6 übertragen.
  • 7a und 7b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verbindungsmittels 40 in den beiden Sperrstellungen, wobei vorliegend vier erste Lamellen 14 drehfest und axial verschieblich am ersten Verbindungselement 41 angeordnet sind und drei zweite Lamellen 15 drehfest und axial verschieblich am zweiten Verbindungselement 42 angeordnet sind. Je eine zweite Lamelle 15 ist axial zwischen zwei ersten Lamellen 14 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die jeweilige Sperrwirkung in beide Axialkraftrichtungen aus der Schrägverzahnung der Radsatzelemente identisch, da in beide Axialkraftrichtungen mit entsprechendem Zusammenpressen der Lamellen 14, 15 jeweils drei Lamellenpaare, bestehend aus einer ersten und zweiten Lamelle 14, 15, miteinander in Reibschluss kommen. Je nach Kraftrichtung überträgt die in Axialrichtung jeweils vorderste oder hinterste erste Lamelle 14 kein Drehmoment, sie ist somit lastfrei bzw. kommt nicht oder nicht drehmomentübertragend mit der jeweiligen dazu axial benachbarten zweiten Lamelle 15 in Reibkontakt.
  • 8 und 9 zeigen ein zu 3 im Wesentlichen identisches Getriebe 3. Der Unterschied besteht vorliegend darin, dass am Verbindungsmittel 40 ein Druckelement 8 angeordnet ist, dass eine axiale Vorspannkraft auf das Verbindungsmittel 40 überträgt. In 8 ist das Druckelement 8 am ersten Verbindungselement 41, das hier als Außenlamellenträger ausgebildet ist, angeordnet und erzeugt eine Vorspannkraft nach rechts. In 9 ist das Druckelement 8 am zweiten Verbindungselement 42, das hier als Innenlamellenträger ausgebildet ist, angeordnet und erzeugt eine Vorspannkraft nach links. Das Druckelement 8 ist hier jeweils als Druckfeder ausgebildet, wobei das Druckelement 8 als Vorspannelement fungiert und ein Grundsperrmoment zwischen der ersten und zweiten Ausgangswelle 5, 6 erzeugt. Damit wird eine Anfahrhilfe bereitgestellt, insbesondere wenn an einem der mit der jeweiligen Ausgangswelle 5, 6 wirkverbundenen Räder 18 Schlupf entsteht.
  • Für alle Ausführungsbeispiele, welche die Axialkrafteinleitungselemente 43, 44, 45, 46 in dem als Lamellenkupplung ausgebildeten Verbindungsmittel 40 aufweisen, sei darauf hingewiesen, dass das Verbindungsmittel 40 derart ausgebildet sein kann, dass die Axialkrafteinleitungselemente 43, 44, 45, 46 bei Betätigung bzw. Aktivierung des Verbindungsmittels 40 nicht direkt mit einer der Lamellen 14, 15 in Kontakt treten, damit die Lamellen 14, 15 dazu nicht entsprechend auszulegen sind. Des Weiteren ist das Verbindungsmittel 40 derart ausgebildet, dass an den Anschlägen bzw. den Axialkrafteinleitungselemente 43, 44, 45, 46, die in den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen jeweils beispielsweise als eine Art Sicherungsring ausgebildet sein können, keine Differenzdrehzahl anliegt, damit diese nicht als zusätzliche Reibelemente auszulegen sind. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass die jeweils axial äußersten Lamellen 14 bzw. 15 des durch die abwechselnd angeordneten Lamellen 14, 15 gebildeten Lamellenpakets einteilig mit dem jeweiligen daran axial angrenzenden Axialkrafteinleitungselement 43, 44, 45, 46 verbunden sind. In diesem Fall kann an der jeweiligen drehfesten und hier auch axialfesten Lamelle 14, 15 eine Differenzdrehzahl anliegen.
  • 10 zeigen ein zu 4 im Wesentlichen identisches Getriebe 3. Der Unterschied besteht vorliegend in der Anordnung und Ausbildung der Axialkrafteinleitungselemente 43, 44, 45, 46. Das zweite und dritte Axialkrafteinleitungselement 44, 45 sind identisch zum Ausführungsbeispiel nach 4 ausgebildet. Das drehfest am ersten Verbindungselement 41 angeordnete erste Axialkrafteinleitungselement 43 ist einteilig mit diesem verbunden und derart ausgebildet, dass es als Lamelle fungiert, die bei einer Axialkraftbeaufschlagung des Verbindungsmittels 40 mit der auf der linken Seite angeordneten zweiten Lamelle 15 ein Reibelementenpaar bildet. Das drehfest am zweiten Verbindungselement 42 angeordnete vierte Axialkrafteinleitungselement 46 ist einteilig mit diesem verbunden und derart ausgebildet, dass es als Lamelle fungiert, die bei einer Axialkraftbeaufschlagung des Verbindungsmittels 40 mit der auf der rechten Seite angeordneten ersten Lamelle 14 ein Reibelementenpaar bildet. Im Übrigen sei auf die Ausführungen zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 verwiesen.
  • Es sei explizit darauf hingewiesen, dass die Zuordnung der Radsatzelemente zu den Elementen des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2 beliebig getauscht werden kann. Die jeweilige Anbindung der Radsatzelemente Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad erfolgt je nach Anforderung an die Übersetzungen inklusive Vorzeichen. Anstelle eines Minus-Planetenradsatzes kann der jeweiligen Planetenradsatz P1, P2 immer auch als Plus-Planetenradsatz ausgebildet sein, indem die Anbindung von Planetenträger und Hohlrad getauscht wird und der Betrag der Standübersetzung um eins erhöht wird. Sinngemäß ist dies auch umgekehrt möglich.
  • Es ist ferner denkbar, zwischen der Antriebseinheit 22 und dem Getriebe 3 ein - hier nicht gezeigtes - zusätzliches Übersetzungsgetriebe anzuordnen, beispielsweise ausgebildet als Planetengetriebe mit einem oder mehreren Planetenradsätzen, um eine Gesamtübersetzung des Antriebs zu erhöhen.
  • Bezugszeichen
    • 1
    Fahrzeug
    2
    Antriebsstrang
    3
    Getriebe
    4
    Eingangswelle
    5
    Erste Ausgangswelle
    6
    Zweite Ausgangswelle
    7
    Differential
    8
    Druckelement
    9
    Armsegment
    10
    Sicherungsring
    11a
    Erste Achse
    11b
    Zweite Achse
    12
    Koppelwelle
    13
    Ortsfestes Bauelement
    14
    Erste Lamelle
    15
    Zweite Lamelle
    18
    Rad
    19
    Stator
    20
    Rotor
    21
    Gelenk
    22
    Antriebseinheit
    23
    Radnabe
    24
    Zylinderrollenlager
    25a
    Erstes Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
    25b
    Zweites Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
    26a
    Erster Planetenträger des ersten Planetenradsatzes
    26b
    Zweiter Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes
    27a
    Erstes Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
    27b
    Zweites Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
    28a
    Erstes Planetenrad des ersten Planetenradsatzes
    28b
    Zweites Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
    29
    Gehäuse
    40
    Verbindungsmittel
    41
    Erstes Verbindungselement
    42
    Zweites Verbindungselement
    43
    Erstes Axialkrafteinleitungselement
    44
    Zweites Axialkrafteinleitungselement
    45
    Drittes Axialkrafteinleitungselement
    46
    Viertes Axialkrafteinleitungselement
    P1
    Erster Planetenradsatz
    P2
    Zweiter Planetenradsatz

Claims (11)

  1. Getriebe (3) für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend eine Eingangswelle (4), eine erste Ausgangswelle (5), eine zweite Ausgangswelle (6) sowie ein zwischen der Eingangswelle (4) und den beiden Ausgangswellen (5, 6) wirksam angeordnetes integrales Differential (7), wobei das Differential (7) einen ersten Planetenradsatz (P1) mit mehreren Radsatzelementen und einen damit wirkverbundenen zweiten Planetenradsatz (P2) mit mehreren Radsatzelementen umfasst, wobei ein erstes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit der Eingangswelle, ein zweites Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit der ersten Ausgangswelle (5) und ein drittes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit einem ersten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden sind, wobei ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest mit einem ortsfesten Bauelement (13) und ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest mit der zweiten Ausgangswelle (6) verbunden sind, wobei mittels des ersten Planetenradsatzes (P1) zumindest mittelbar ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Ausgangswelle (5) übertragbar ist, wobei ein Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes (P1) in dem zweiten Planetenradsatz (P2) derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Ausgangswelle (6) übertragbar ist, wobei die Radsatzelemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes (P1, P2) eine Schrägverzahnung aufweisen, die eine drehmomentabhängige Axialkraft erzeugen, welche auf ein Verbindungsmittel (40) einwirkt, wobei das Verbindungsmittel (40) dazu angeordnet und ausgebildet ist, unabhängig der Axialkraftrichtung aus der Schrägverzahnung der Radsatzelemente die erste Ausgangswelle (5) und zweite Ausgangswelle (6) zumindest mittelbar derart zu verbinden, dass ein Drehmoment zwischen den beiden Ausgangswellen (5, 6) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (40) als kraftschlüssige Kupplung ausgebildet ist sowie ein erstes Axialkrafteinleitungselement (43), ein zweites Axialkrafteinleitungselement (44), ein drittes Axialkrafteinleitungselement (45) und ein viertes Axialkrafteinleitungselement (46), die als Anschläge ausgebildet sind, umfasst, wobei das erste und zweite Axialkrafteinleitungselement (43, 44) sowie wenigstens ein erstes als Reibelemententräger ausgebildetes Verbindungselement (41) der ersten Ausgangswelle (5) zugeordnet sind, wobei das dritte und vierte Axialkrafteinleitungselement (45, 46) sowie wenigstens ein zweites als Reibelemententräger ausgebildetes Verbindungselement (42) der zweiten Ausgangswelle (6) zugeordnet sind.
  2. Getriebe (3) nach Anspruch 1, wobei das zweite Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes (P1) axialfest gelagert und das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes (P2) axial verlagerbar gelagert sind.
  3. Getriebe (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Reibflächen des Verbindungsmittels (40) eben oder konusförmig ausgebildet sind.
  4. Getriebe (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsmittel (40) zwischen dem zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem dritten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes (P2) wirksam angeordnet ist.
  5. Getriebe (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsmittel (40) eine Lamellenkupplung ist.
  6. Getriebe (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Verbindungsmittel (40) wenigstens ein Druckelement (8) angeordnet ist, das eine axiale Vorspannkraft auf Reibflächen des Verbindungsmittels (40) überträgt.
  7. Getriebe (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsmittel (40) derart ausgebildet ist, dass in einem Zugbetrieb und in einem Schubbetrieb ein ungleiches Sperrverhalten des Verbindungsmittels (40) realisierbar ist.
  8. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Planetenradsatz (P1, P2) axial benachbart zueinander angeordnet sind oder der erste Planetenradsatz (P1) radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes (P2) angeordnet ist.
  9. Antriebsstrang (2) für ein Fahrzeug (1), umfassend ein Getriebe (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie eine mit dem Getriebe (3) wirkverbundene Antriebseinheit (22).
  10. Antriebsstrang (2) nach Anspruch 9, wobei die Antriebseinheit (22) koaxial zum integralen Differential (7) angeordnet ist.
  11. Antriebsstrang (2) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Antriebseinheit (22) als elektrische Maschine ausgebildet und koaxial zur Eingangswelle (4) angeordnet ist, wobei die erste Ausgangswelle (5) durch einen Rotor (20) der elektrischen Maschine hindurchgeführt ist.
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