-
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs sowie einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe.
-
Aus der
DE 10 2013 215 877 B4 geht ein Umlaufrädergetriebe zur Verzweigung der an einem Leistungseingang anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und auf einen zweiten Leistungsausgang in Verbindung mit einer Reduktion der Ausgangsdrehzahl auf ein unter der Antriebsdrehzahl am Leistungseingang liegendes Drehzahlniveau hervor. Das Umlaufrädergetriebe weist eine erste Getriebestufe auf, die ein erstes Sonnenrad, einen ersten Planetensatz, einen ersten Planetenträger und ein erstes Hohlrad umfasst. Ferner weist das Umlaufrädergetriebe eine zweite Getriebestufe auf, die ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetensatz, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad umfasst. Außerdem weist das Umlaufrädergetriebe eine dritte Planetenstufe auf, die ein drittes Sonnenrad, einen dritten Planetensatz und einen dritten Planetenträger umfasst. Das erste Sonnenrad fungiert als Leistungseingang, wobei der erste Planetenträger mit dem zweiten Sonnenrad drehfest gekoppelt ist. Der zweite Planetenträger ist stationär festgelegt, wobei das erste Hohlrad mit dem dritten Sonnenrad gekoppelt ist. Der erste Leistungsausgang ist über die dritte Getriebestufe bewerkstelligt, wobei der zweite Leistungsausgang über das zweite Hohlrad der zweiten Getriebestufe bewerkstelligt ist. Die dritte Getriebestufe umfasst ein drittes Hohlrad, das drehfest mit dem zweiten Planetenträger gekoppelt ist.
-
DE 10 2014 214 326 A1 offenbart eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Hauptmotor, der über eine Antriebswelle mit einer Getriebeanordnung verbunden ist. Die Getriebeanordnung umfasst ein Überlagerungsgetriebe und ein Wendegetriebe, sowie ggfs. eine Torque-Vectoring-Einheit. Eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator ist vorgesehen, wobei die elektrische Maschine mit mindestens einem Planetengetriebe verbunden ist. Die Getriebeanordnung und das mindestens eine Planetengetriebe sind zumindest mittelbar mit einer ersten und einer zweiten Abtriebswelle verbunden.
-
Aus der
DE 10 2014 201 245 A1 ist ferner ein elektromechanischer Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein platzsparendes, insbesondere axial kompaktbauendes, Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs vorzuschlagen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, durch ein Getriebe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 3 sowie durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
-
Ein erfindungsgemäßes Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs gemäß einem ersten Erfindungsaspekt 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, einen damit wirkverbundenen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Radsatzelementen sowie einen mit dem ersten und zweiten Planetenradsatz wirkverbundenen dritten Planetenradsatz mit mehreren Radsatzelementen aufweist, wobei der erste Planetenradsatz zumindest bereichsweise radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist, wobei ein erstes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Eingangswelle verbunden ist, wobei ein zweites Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit einem ersten Radsatzelement des Umlaufrädergetriebes verbunden ist, wobei ein drittes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes zumindest mittelbar drehfest mit einem ersten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, wobei ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Ausgangswelle verbunden ist, wobei ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes und ein zweites Radsatzelement des Umlaufrädergetriebes drehfest miteinander sowie drehfest mit einem ortsfesten Bauelement verbunden sind, wobei ein drittes Radsatzelement des Umlaufrädergetriebes drehfest mit der zweiten Ausgangswelle verbunden ist, wobei mittels des ersten Planetenradsatzes zumindest mittelbar ein erstes Abtriebsmoment auf die zweite 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 erste Ausgangswelle übertragbar ist.
-
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 radial betrachtet übereinander angeordnet.
-
Das Umlaufrädergetriebe gemäß dem ersten Erfindungsaspekt ist bevorzugt dazu eingerichtet, axial zwischen einer Antriebseinheit und dem ersten und zweiten Planetenradsatz angeordnet zu sein.
-
Ein erfindungsgemäßes Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt 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, das Getriebe ferner umfassend ein mit dem ersten und zweiten Planetenradsatz wirkverbundenes Umlaufrädergetriebe mit mehreren Radsatzelementen, wobei ein erstes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Eingangswelle verbunden ist, wobei ein zweites Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit einem ersten Radsatzelement des Umlaufrädergetriebes verbunden ist, wobei ein drittes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes zumindest mittelbar drehfest mit einem ersten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, wobei ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Ausgangswelle verbunden ist, wobei ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes und ein zweites Radsatzelement des Umlaufrädergetriebes drehfest miteinander sowie drehfest mit einem ortsfesten Bauelement verbunden sind, wobei ein drittes Radsatzelement des Umlaufrädergetriebes drehfest mit der zweiten Ausgangswelle verbunden ist, und wobei mittels des ersten Planetenradsatzes zumindest mittelbar ein erstes Abtriebsmoment auf die zweite 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 erste Ausgangswelle übertragbar ist, und wobei das Umlaufrädergetriebe dazu eingerichtet ist, axial zwischen einer Antriebseinheit und dem ersten und zweiten Planetenradsatz angeordnet zu sein. Mit anderen Worten ist das Umlaufrädergetriebe unmittelbar benachbart zur Antriebseinheit angeordnet. Zwischen dem Umlaufrädergetriebe und der Antriebseinheit ist kein weiterer Planetenradsatz oder andere Getriebebauteile angeordnet.
-
Bei dem Getriebe gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt können der erste und zweite Planetenradsatz axial benachbart zueinander angeordnet sein, wobei das Umlaufrädergetriebe zwischen einem der ersten beiden Planetenradsätzen einerseits und der Antriebseinheit andererseits angeordnet ist.
-
Gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt ist der erste Planetenradsatz bevorzugt zumindest bereichsweise radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet. Damit wird das Getriebe kompakt, insbesondere axial kurzbauend, ausgebildet. Denkbar ist auch, dass der erste und zweite Planetenradsatz nicht in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, sondern dass der erste Planetenradsatz in axialer Richtung versetzt zum zweiten Planetenradsatz angeordnet ist.
-
Bei einem derartigen Getriebe, wie jeweils gemäß dem ersten oder zweiten Erfindungsaspekt vorgeschlagen, werden die Summen beider Radmomente nicht zu einem gemeinsamen Achsmoment in einem Bauteil vereint bzw. zusammengefasst. Vielmehr wird die in die Eingangswelle eingeleitete Antriebsleistung im integralen Differential aufgeteilt und entsprechend der Ausbildung 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, dass mittels des integralen Differentials die beiden Funktionen Drehmomentwandlung und Drehmomentverteilung, welche bisher durch zwei separate Baugruppen gelöst wurde, durch eine einzige integrale Baugruppe darstellen kann. Bei der Erfindung handelt es sich somit um ein kombiniertes Übersetzungs- und Differentialgetriebe, das einerseits eine Drehmomentwandlung und andererseits die Drehmomentverteilung auf die Ausgangswellen realisiert, wobei zudem eine Leistungsverzweigung realisiert wird. Mit einem derartigen Getriebe lassen sich hohe Übersetzungen realisieren, insbesondere von i > 10 bis zu i = 20.
-
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, wobei der erste Planetenradsatz mit der Eingangswelle, mit dem zweiten Planetenradsatz sowie zumindest mittelbar mit der zweiten Ausgangswelle antriebswirksam verbunden ist. Der zweite Planetenradsatz ist mit der ersten Ausgangswelle antriebswirksam verbunden. Mittels eines solchen integralen Differentials ist das Eingangsmoment an der Eingangswelle wandelbar und in einem definierten Verhältnis auf die beiden Ausgangswellen aufteilbar bzw. übertragbar. Vorzugsweise wird das Eingangsmoment zu je 50%, das heißt hälftig auf die Ausgangswellen übertragen. Somit weist das Differential kein Bauteil auf, an dem die Summe der beiden 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 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.
-
Das Umlaufrädergetriebe ist bevorzugt als Planetengetriebe ausgebildet und in das integrale Differential integriert. Das Umlaufrädergetriebe ist dem ersten und zweiten Planetenradsatz parallelgeschaltet. Das Umlaufrädergetriebe stützt sich mit einem Radsatzelement an einem ortsfesten Bauelement ab. Als ortsfestes Bauelement ist ein dreh- und axialfestes Bauteil des Getriebes zu verstehen, beispielsweise das Getriebegehäuse. Mithin kann das ortsfeste Bauelement gehäusefest angeordnet sein. Unter dem Begriff „gehäusefest“ ist zu verstehen, dass zwischen dem jeweiligen gehäusefesten Radsatzelement und dem ortsfesten Bauelement des Getriebes keine Relativbewegung stattfindet bzw. stattfinden kann.
-
Das Umlaufrädergetriebe weist einen dritten Planetenradsatz mit mehreren Radsatzelementen auf. Der dritte Planetenradsatz umfasst ebenfalls die Radsatzelemente Sonnenrad, Hohlrad und mehrere von einem Planetenträger auf einer Kreisbahn um das Sonnenrad geführte Planetenräder. Denkbar ist, dass das Umlaufrädergetriebe auch einen vierten oder weitere Planetenradsätze umfasst.
-
Die Eingangswelle ist bevorzugt dazu eingerichtet, zumindest mittelbar drehfest mit einer Antriebswelle einer Antriebseinheit verbunden zu sein. 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. Dadurch kann eine der Ausgangswellen, vorzugsweise die erste Ausgangswelle, durch die Eingangswelle axial hindurchgeführt sein. Bevorzugt ist eine der Ausgangswellen, insbesondere die erste Ausgangswelle, durch das Getriebe und gegebenenfalls durch die Antriebseinheit des Antriebsstranges hindurchgeführt. Damit ist die jeweilige Ausgangswelle sozusagen „inline“ durch das Getriebe hindurchgeführt, um eine Antriebsleistung auf das damit wirkverbundene Rad zu übertragen. Die Ausgangswellen sind in diesem Fall vorteilhafterweise koaxial zueinander angeordnet. 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.
-
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.
-
Prinzipiell können die Planetenradsätze des Getriebes, insbesondere des integralen Differentials und des Umlaufrädergetriebes, 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 dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes des Umlaufrädergetriebes 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 eine Koppelwelle drehfest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes ist drehfest mit der zweiten Ausgangswelle verbunden.
-
Ferner ist in diesem Sinn der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Ausgangswelle verbunden, wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit dem zweiten Planetenträger des Umlaufrädergetriebes verbunden ist, das wiederum ortsfest festgesetzt ist. Das Hohlrad des Umlaufrädergetriebes ist außerdem drehfest mit der zweiten Ausgangswelle verbunden. Die Anbindung der Radsatzelemente zwischen den Planetenradsätzen kann je nach Anforderung an die Übersetzungen beliebig getauscht werden.
-
Zwischen den genannten Bauteilen, also den Radsatzelementen der Planetenradsätze, können außerdem weitere Bauteile, beispielsweise Zwischen- bzw. Koppelwellen angeordnet sein. Beispielsweise ist der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes über eine Zwischenwelle drehfest mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes des Umlaufrädergetriebes verbunden.
-
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.
-
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.
-
Alternativ ist auch denkbar, einen oder mehrere Planetenradsätze als Stufenplanetenradsätze auszubilden. Jedes Stufenplanetenrad 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.
-
Vorzugsweise ist der erste Planetenradsatz dazu eingerichtet, ein Antriebsmoment, welches über die Eingangswelle in das Differential eingeleitet wird, in unterschiedliche Drehmomente aufzuteilen, wobei ein erstes Drehmoment am zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes anliegt und ein davon unterschiedliches zweites Drehmoment am dritten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes anliegt. Der erste Planetenradsatz teilt das Antriebsmoment, welches am ersten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes in das Getriebe eingeleitet wird, somit in zwei unterschiedliche Drehmomente am jeweils zweiten und dritten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes auf.
-
Bevorzugt weisen die beiden Drehmomente am zweiten und dritten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes entgegengesetzte Vorzeichen auf. So wird z. B. ein auf „1“ normiertes Eingangsdrehmoment am ersten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes beispielsweise in ein erstes Drehmoment „-4“ am zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes und in ein zweites Drehmoment „3“ am dritten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes gewandelt. Die Summe aller Drehmomente ergibt stets „0“. Das erste und zweite Drehmoment sind somit ungleich.
-
Ferner bevorzugt ist eine Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes betragsmäßig größer als eine Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes sowie größer als eine Standübersetzung des dritten Planetenradsatzes. Außerdem bevorzugt ist eine Standübersetzung des dritten Planetenradsatzes größer als eine Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass die Planetenradsätze als Minus-Planetenradsätze ausgebildet sind. Die Standübersetzung ist definiert als die Übersetzung zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad bei stillstehendem Planetenträger des jeweiligen Planetenradsatzes. Die Standübersetzung kann positiv oder negativ sein. Indem die Standübersetzungen der Planetenradsätze unterschiedlich gestaltet werden, können wenigstens ein Teil der Radsatzelemente mit kleineren Durchmessern ausgebildet werden, sodass das Getriebe noch kompakter ausgebildet werden kann.
-
Nach einem Ausführungsbeispiel ist die erste Ausgangswelle abschnittsweise radial innerhalb der zweiten Ausgangswelle angeordnet. Damit ist die erste Ausgangswelle zumindest mittelbar gegenüber der zweiten Ausgangswelle drehbar gelagert. Die zweite Ausgangswelle ist wenigstens abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet, wobei die zweite Ausgangswelle in dem als Hohlwelle ausgebildeten Bereich die erste Ausgangswelle radial und axial aufnimmt.
-
Vorzugsweise ist die erste Ausgangswelle abschnittsweise radial innerhalb des ersten Radsatzelements des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Insbesondere ist die erste Ausgangswelle gegenüber dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehbar gelagert.
-
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.
-
Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein Fahrzeug gemäß einem dritten 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.
-
Bevorzugt 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.
-
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 wird ein Ausführungsbeispiel 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 bevorzugten Ausführungsform, und
- 2 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß 1.
-
Gemäß 1 ist ein Fahrzeug 1 mit zwei Achsen 11 a, 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 in der nachfolgenden Figur näher erläutert wird. 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 wird ein drehbar dazu angeordneter Rotor 20, welcher als Antriebswelle wiederum drehfest mit einer 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. Die Antriebsleistung der Antriebseinheit 22 wird nach 2 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. Außerdem weist das Getriebe 3 ein Umlaufrädergetriebe 12 auf. Die Antriebseinheit 22, umfassend den Stator 19 sowie den Rotor 20, sind koaxial zum integralen Differential 7 angeordnet.
-
An den Enden der vorliegend koaxial zueinander angeordneten Ausgangswellen 5, 6 ist jeweils ein Rad 18 zumindest mittelbar 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.
-
Das in 2 näher gezeigte 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 in entgegengesetzte Richtungen zu den Rädern 18 hin, wobei die erste Ausgangswelle 5 axial durch das Getriebe 3, insbesondere durch ein integrales Differential 7 und ein Umlaufrädergetriebe 12, sowie die Antriebseinheit 22 hindurchgeführt ist. Die erste Ausgangswelle 5 ist abschnittsweise radial innerhalb der zweiten Ausgangswelle 6 angeordnet. Mithin ist auch das integrale Differential 7 abschnittsweise radial innerhalb der zweiten Ausgangswelle 6 angeordnet.
-
Das integrale Differential 7 und das Umlaufrädergetriebe 12 sind zwischen der Eingangswelle 4 und den beiden Ausgangswellen 5, 6 wirksam angeordnet, wobei das Umlaufrädergetriebe 12 axial zwischen dem integralen Differential 7 und der Antriebseinheit 22 angeordnet ist. Das Umlaufrädergetriebe 12 ist in das integrale Differential 7 integriert. Das integrale Differential 7 umfasst einen ersten Planetenradsatz 8 mit mehreren Radsatzelementen sowie einen damit wirkverbundenen zweiten Planetenradsatz 9 mit ebenfalls mehreren Radsatzelementen. Vorliegend sind am ersten Planetenradsatz 8 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. Die erste Ausgangswelle 5 ist abschnittsweise radial innerhalb des ersten Sonnenrades 25a des ersten Planetenradsatzes 8 angeordnet. Mithin ist das erste Sonnenrad 25a als Hohlrad und die damit verbundene Eingangswelle 4 als Hohlwelle ausgebildet.
-
Vorliegend sind am zweiten Planetenradsatz 9 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 8, 9 sind hier jeweils als Minus-Planetenradsatz ausgebildet und radial geschachtelt und somit in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die senkrecht zur Achse 11a verläuft. Dadurch wird axialer Bauraum eingespart. Der erste Planetenradsatz 8 ist vorliegend radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes 9 angeordnet.
-
Das Umlaufrädergetriebe 12 ist ebenfalls als Planetengetriebe ausgebildet und umfasst einen dritten Planetenradsatz 10 mit mehreren Radsatzelementen. Vorliegend sind am dritten Planetenradsatz 10 das erste Radsatzelement ein drittes Sonnenrad 25c, das zweite Radsatzelement ein dritter Planetenträger 26c und das dritte Radsatzelement ein drittes Hohlrad 27c, wobei am dritten Planetenträger 26c mehrere dritte Planetenräder 28c drehbar angeordnet sind, die mit dem dritten Sonnenrad 25c und dem dritten Hohlrad 27c in Zahneingriff stehen. Der dritte Planetenradsatz 10 ist als Minus-Planetenradsatz ausgebildet und axial unmittelbar benachbart zu den Planetenradsätzen 8, 9 sowie zur Antriebseinheit 22 angeordnet.
-
Das erste Sonnenrad 25a des ersten Planetenradsatzes 8 ist drehfest mit der Eingangswelle 4 verbunden. Der erste Planetenträger 26a des ersten Planetenradsatzes 8 ist drehfest mit dem dritten Sonnenrad 25c des dritten Planetenradsatzes 10 verbunden. Das erste Hohlrad 27a des ersten Planetenradsatzes 8 ist über eine Koppelwelle 14 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 25b des zweiten Planetenradsatzes 9 verbunden. Der zweite Planetenträger 26b des zweiten Planetenradsatzes 9 ist drehfest mit der ersten Ausgangswelle 5 verbunden. Das zweite Hohlrad 27b des zweiten Planetenradsatzes 9 ist zudem drehfest mit dem dritten Planetenträger 26c des dritten Planetenradsatzes 10 verbunden. Das dritte Hohlrad 27c des dritten Planetenradsatzes 10 ist außerdem drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 6 verbunden.
-
Mittels des ersten Planetenradsatzes 8 ist ein erstes Abtriebsmoment auf die zweite Ausgangswelle 6 übertragbar, wobei ein Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes 8 in dem zweiten Planetenradsatz 9 derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die erste Ausgangswelle 5 übertragbar ist. Das Abstützmoment des zweiten Planetenradsatzes 9 wird über das Umlaufrädergetriebe 12 am ortsfesten Bauelement 13, welches vorliegend das Getriebegehäuse ist, gehäusefest abgestützt.
-
Es sei explizit darauf hingewiesen, dass die Zuordnung der Radsatzelemente zu den Elementen des jeweiligen Planetenradsatzes 8, 9, 10 beliebig getauscht werden kann. Die jeweilige Anbindung der Radsatzelemente Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad erfolgt je nach Anforderung an die Übersetzungen inklusive Vorzeichen. Anstelle eines Minusplanetenradsatzes kann der jeweiligen Planetenradsatz 8, 9, 10 immer auch als Plusplanetenradsatz 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. Das Umlaufrädergetriebe 12 kann auch zwei oder mehrere Planetenradsätze oder zusammengefasste Planetenradsätze enthalten.
-
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.
-
Der erste Planetenradsatz 8 ist dazu eingerichtet, ein Antriebsmoment, welches über die Eingangswelle 4 in das Differential 7 eingeleitet wird, in unterschiedliche Drehmomente aufteilt, wobei ein erstes Drehmoment am zweiten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes 8, also am ersten Planetenträger 26a, anliegt und ein davon unterschiedliches zweites Drehmoment am dritten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes 8, also am ersten Hohlrad 27a, anliegt. Das Antriebsmoment liegt am ersten Sonnenrad 25a an. Die beiden Drehmomente weisen am zweiten und dritten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes 8, also am ersten Planetenträger 26a bzw. am ersten Hohlrad 27a entgegengesetzte Vorzeichen auf.
-
Eine Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes 8 ist betragsmäßig sowohl größer als eine Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes 9 als auch größer als eine Standübersetzung des Umlaufrädergetriebes 12. Ferner ist eine Standübersetzung des Umlaufrädergetriebes 12 betragsmäßig größer als eine Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes 9.
-
Bezugszeichen
-
- 1
- Fahrzeug
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- Getriebe
- 4
- Eingangswelle
- 5
- Erste Ausgangswelle
- 6
- Zweite Ausgangswelle
- 7
- Differential
- 8
- Erster Planetenradsatz
- 9
- Zweiter Planetenradsatz
- 10
- Dritter Planetenradsatz
- 11 a
- Erste Achse
- 11 b
- Zweite Achse
- 12
- Umlaufrädergetriebe
- 13
- Ortsfestes Bauelement
- 14
- Koppelwelle
- 18
- Rad
- 19
- Stator
- 20
- Rotor
- 21
- Gelenk
- 22
- Antriebseinheit
- 23
- Radnabe
- 25a
- Erstes Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- 25b
- Zweites Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- 25c
- Drittes Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
- 26a
- Erster Planetenträger des ersten Planetenradsatzes
- 26b
- Zweiter Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes
- 26c
- Dritter Planetenträger des dritten Planetenradsatzes
- 27a
- Erstes Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- 27b
- Zweites Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- 27c
- Drittes Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
- 28a
- Erstes Planetenrad des ersten Planetenradsatzes
- 28b
- Zweites Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
- 28c
- Drittes Planetenrad des dritten Planetenradsatzes
