DE102022204227A1 - Transmission and drive train for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Getriebe (3) für einen Antriebsstrang (2) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (1), umfassend einen Stufenplanetenradsatz (4), ein erstes Gangschaltelement (A), ein zweites Gangschaltelement (B) und ein drittes Gangschaltelement (C), wobei der Stufenplanetenradsatz (4) ein erstes Sonnenrad (7a), ein zweites Sonnenrad (7b), ein erstes Hohlrad (8a), ein zweites Hohlrad (8b) sowie mehrere an einem ersten Planetenträger (9) drehbar gelagerte Stufenplanentenräder (10) aufweist, wobei das erste Hohlrad (8a) mit einem Gehäuse (13) drehfest verbunden ist, wobei das zweite Hohlrad (8b) mit einer Ausgangswelle (12) des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, wobei das erste Gangschaltelement (A) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das erste Sonnenrad (7a) mit einem Rotor (19) einer elektrischen Maschine (11) drehfest zu verbinden, wobei das zweite Gangschaltelement (B) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das zweite Sonnenrad (7b) mit dem Rotor (19) der elektrischen Maschine (11) drehfest zu verbinden, wobei das dritte Gangschaltelement (C) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand den ersten Planetenträger (9) mit dem Rotor (19) der elektrischen Maschine (11) drehfest zu verbinden, und wobei zum Drehantrieb der Ausgangswelle (12) eines der drei Gangschaltelemente (A - C) im geschlossenen Zustand vorliegt. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang (2), umfassend ein solches Getriebe (3).Transmission (3) for a drive train (2) of an at least partially electrically driven vehicle (1), comprising a stepped planetary gear set (4), a first gearshift element (A), a second gearshift element (B) and a third gearshift element (C), wherein the Stepped planetary gear set (4) has a first sun gear (7a), a second sun gear (7b), a first ring gear (8a), a second ring gear (8b) and a plurality of stepped planetary gears (10) rotatably mounted on a first planet carrier (9), the The first ring gear (8a) is connected in a rotationally fixed manner to a housing (13), the second ring gear (8b) being connected in a rotationally fixed manner to an output shaft (12) of the transmission (3), the first gear shifting element (A) being designed to be in one to connect the first sun gear (7a) to a rotor (19) of an electric machine (11) in a rotationally fixed manner in the closed state, the second gear shifting element (B) being designed to connect the second sun gear (7b) to the rotor (19) in a closed state ) to connect the electric machine (11) in a rotationally fixed manner, wherein the third gear shifting element (C) is designed to connect the first planet carrier (9) to the rotor (19) of the electric machine (11) in a rotationally fixed manner in a closed state, and where for rotary drive of the output shaft (12) one of the three gear shifting elements (A - C) is in the closed state. The invention further relates to a drive train (2), comprising such a transmission (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrang, umfassend ein solches Getriebe.The invention relates to a transmission for a drive train of an at least partially electrically driven vehicle. The invention further relates to a drive train comprising such a transmission.
Aus der Druckschrift
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein 3-Gang-Getriebe sowie einen alternativen Antriebsstrang mit einem 3-Gang-Getriebe vorzuschlagen, das jeweils eine hohe Wandlung bei gleichzeitig erhöhter Spreizung realisiert. Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt mit einem Getriebe nach Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt mit einem Antriebsstrang nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den davon abhängigen Unteransprüchen.The object of the present invention is to propose a 3-speed transmission and an alternative drive train with a 3-speed transmission, each of which achieves a high conversion and at the same time increased spread. This object is achieved according to a first aspect of the invention with a transmission according to
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Getriebe für einen Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs einen Stufenplanetenradsatz, ein erstes Gangschaltelement, ein zweites Gangschaltelement und ein drittes Gangschaltelement, wobei der Stufenplanetenradsatz ein erstes Sonnenrad, ein zweites Sonnenrad, ein erstes Hohlrad, ein zweites Hohlrad sowie mehrere an einem ersten Planetenträger drehbar gelagerte Stufenplanentenräder aufweist, wobei das erste Hohlrad mit einem Gehäuse drehfest verbunden ist, wobei das zweite Hohlrad mit einer Ausgangswelle des Getriebes drehfest verbunden ist, wobei das erste Gangschaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das erste Sonnenrad mit einem Rotor einer elektrischen Maschine drehfest zu verbinden, wobei das zweite Gangschaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das zweite Sonnenrad mit dem Rotor der elektrischen Maschine drehfest zu verbinden, wobei das dritte Gangschaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand den ersten Planetenträger mit dem Rotor der elektrischen Maschine drehfest zu verbinden, und wobei zum Drehantrieb der Ausgangswelle eines der drei Gangschaltelemente im geschlossenen Zustand vorliegt. Mittels eines solchen Getriebes ist ein 3-Gang-Antrieb des Fahrzeugs auf einfache Weise möglich, wobei mittels des Getriebes vorteilhaft eine vergleichsweise hohe Wandlung von größer als 1 und gleichzeitig eine vergleichsweise hohe Spreizung von größer als 3 ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil bei einer derartigen Ausbildung des Getriebes sind die hohen realisierbaren Wirkungsgrade.According to a first aspect of the invention, a transmission for a drive train of an at least partially electrically driven vehicle comprises a stepped planetary gear set, a first gear shift element, a second gear shift element and a third gear shift element, the stepped planetary gear set having a first sun gear, a second sun gear, a first ring gear, a second Ring gear and a plurality of stepped planet gears rotatably mounted on a first planet carrier, the first ring gear being connected in a rotationally fixed manner to a housing, the second ring gear being connected in a rotationally fixed manner to an output shaft of the transmission, the first gear shifting element being designed to be the first in a closed state To connect the sun gear to a rotor of an electric machine in a rotationally fixed manner, wherein the second gear shift element is designed to connect the second sun gear to the rotor of the electric machine in a rotationally fixed manner in a closed state, wherein the third gear shift element is designed to connect the first gear shift element in a closed state Planet carrier to be connected to the rotor of the electric machine in a rotationally fixed manner, and one of the three gear shifting elements is in the closed state for the rotational drive of the output shaft. By means of such a transmission, a 3-speed drive of the vehicle is possible in a simple manner, with the transmission advantageously enabling a comparatively high conversion of greater than 1 and at the same time a comparatively high spread of greater than 3. Another advantage of such a design of the transmission is the high efficiencies that can be achieved.
Unter dem Begriff „Spreizung“, auch Übersetzungsspreizung genannt, ist der Verstellbereich als Verhältnis der maximalen zur minimalen Übersetzung zu verstehen. Die Spreizung des Getriebes gibt das Verhältnis zwischen größter und kleinster Übersetzung an. Unter dem Begriff „hohe Wandlung“ ist ein erhöhtes Übersetzungsniveau des gesamten System zu verstehen. Anders gesagt weist der Antrieb in allen Gängen bzw. Gangstufen ein vergleichsweise hohes Übersetzungsverhältnis auf.The term “spread”, also known as the ratio spread, is understood to mean the adjustment range as the ratio of the maximum to the minimum ratio. The transmission spread indicates the ratio between the largest and smallest gear ratio. The term “high conversion” means an increased translation level of the entire system. In other words, the drive has a comparatively high gear ratio in all gears or gear stages.
Als „Wirkverbindung“ oder „antriebswirksame Verbindung“ wird eine Verbindung zwischen zwei Drehmoment führenden Teilen verstanden, die es erlaubt, zwischen diesen Teilen ein Drehmoment bzw. eine Leistung zu übertragen. Insbesondere sind beide Teile entsprechend drehbar gelagert. Als antriebswirksame Verbindungen sind sowohl solche zu verstehen, die keine Übersetzung oder Zwischenbauteile aufweisen, als auch solche, die eine Übersetzung oder Zwischenbauteile aufweisen. Beispielsweise können zwischen zwei Wellen oder zwei Zahnrädern weitere Wellen und/oder Zahnräder antriebswirksam angeordnet sein. Eine solche Verbindung kann auch eine drehfeste Verbindung sein.An “active connection” or “drive-effective connection” is understood to be a connection between two torque-carrying parts that allows torque or power to be transmitted between these parts. In particular, both parts are mounted so that they can rotate accordingly. Connections that have a driving effect include those that do not have a gear ratio or intermediate components, as well as those that have a gear ratio or intermediate components. For example, further shafts and/or gears can be arranged to have a driving effect between two shafts or two gears. Such a connection can also be a rotation-proof connection.
Zur Ausbildung einer der drei Gangstufen wird entweder das erste Sonnenrad oder das zweite Sonnenrad oder der erste Planetenträger über das jeweilige Gangschaltelement mit einer elektrischen Maschine, insbesondere mit dem Rotor beziehungsweise einer Rotorwelle der elektrischen Maschine, verbunden. Die elektrische Maschine ist Teil eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges, auf den unten eingegangen wird. Die Rotorwelle der elektrischen Maschine dient in einem Rotorbetrieb der elektrischen Maschine als Ausgangswelle der elektrischen Maschine. Das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad bzw. der erste Planetenträger sind im Rotorbetrieb der elektrischen Maschine Eingangswellen des Stufenplanetenradsatzes oder mit jeweiligen Eingangswellen drehfest verbunden. Im Rotorbetrieb der elektrischen Maschine wird beispielsweise von einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie oder dergleichen, elektrische Energie in die elektrische Maschine gespeist, die resultierend eine Rotation des Rotors relativ zu einem Stator der elektrischen Maschine zur Erzeugung einer Antriebsleistung bewirkt, wobei die Antriebsleistung je nach Schaltstellung des jeweiligen Gangschaltelements zum Drehantrieb des ersten bzw. zweiten Sonnenrades bzw. des ersten Planetenträgers vorgesehen ist. In einem Generatorbetrieb wird mit der elektrischen Maschine demgegenüber elektrische Energie erzeugt. Die Ausgangswelle des Getriebes fungiert im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine als Eingangswelle, wohingegen das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad oder der erste Planetenträger über das jeweilige aktivierte bzw. gekoppelte Gangschaltelement dementsprechend als Ausgangswellen des Getriebes zu verstehen sind, wobei eine Antriebsleistung des Fahrzeugs über das Getriebe und das jeweilige Gangschaltelement in die elektrische Maschine geleitet wird, sodass mit der elektrischen Maschine elektrische Energie erzeugt wird, die in den Energiespeicher zur Speicherung eingespeist werden kann. Im Generatorbetrieb wird die Leistung beispielsweise aus einem oder mehreren sich drehenden Rädern des Fahrzeugs über das Getriebe und das jeweilige Gangschaltelement in die elektrische Maschine eingeleitet.To form one of the three gear stages, either the first sun gear or the second sun gear or the first planet carrier is connected via the respective gear shifting element to an electrical machine, in particular to the rotor or a rotor shaft of the electrical machine. The electric machine is part of a drive train according to the invention, which will be discussed below. The rotor shaft of the electrical machine serves as the output shaft of the electrical machine when the electrical machine is in rotor operation. The first sun gear, the second sun gear or the first planet carrier are connected in a rotationally fixed manner to input shafts of the stepped planetary gear set or to respective input shafts during rotor operation of the electric machine. During rotor operation of the electrical machine, electrical energy is fed into the electrical machine, for example, from an energy storage device, in particular a battery or the like resulting in a rotation of the rotor relative to a stator of the electric machine to generate a drive power, the drive power being provided for the rotary drive of the first or second sun gear or the first planet carrier depending on the switching position of the respective gear shift element. In generator operation, however, electrical energy is generated with the electric machine. The output shaft of the transmission functions as an input shaft in generator operation of the electric machine, whereas the first sun gear, the second sun gear or the first planet carrier via the respective activated or coupled gearshift element are to be understood as output shafts of the transmission, with a drive power of the vehicle via the transmission and the respective gear shifting element is guided into the electrical machine, so that electrical energy is generated with the electrical machine, which can be fed into the energy storage for storage. In generator operation, the power is introduced into the electric machine, for example from one or more rotating wheels of the vehicle via the transmission and the respective gearshift element.
Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander 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.The term “at least indirectly” means that two components are connected to one another via at least one further component that is arranged between the two components or are directly and therefore directly connected to one another. Therefore, further components can be arranged between shafts or gears, which are operatively connected to the shaft or gear.
Unter einer „Welle“, sei es eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, eine Abtriebswelle, eine Zwischenwelle oder dergleichen, 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.A “shaft”, be it an input shaft, an output shaft, an output shaft, an intermediate shaft or the like, is to be understood as a rotatable component of the transmission, via which the associated components of the transmission are connected to one another in a rotationally fixed manner. The respective shaft can connect the components to one another axially or radially or both axially and radially. A shaft does not only mean, for example, a cylindrical, rotatably mounted machine element for transmitting torque, but rather it also includes general connecting elements that connect individual components or elements to one another, in particular connecting elements that connect several elements to one another in a rotationally fixed manner.
Das erste Sonnenrad steht in Zahneingriff mit einem ersten Zahnrad des jeweiligen Stufenplanetenrades des Stufenplanetenradsatzes. Das jeweilige Stufenplanetenrad weist ein koaxial sowie drehfest zum ersten Zahnrad angeordnetes zweites Zahnrad auf, welches mit dem zweiten Sonnenrad in Zahneingriff steht. Die beiden Zahnräder des jeweiligen Stufenplanetenrades weisen unterschiedliche Durchmesser und Zähnezahlen auf. Insbesondere weist das erste Zahnrad einen größeren Durchmesser als das zweite Zahnrad auf. Zahnräder, die miteinander in Eingriff stehen oder miteinander kämmen, übertragen über ihre ineinandergreifenden Verzahnungen eine Drehzahl und ein Drehmoment. Das Vorsehen eines Stufenplanetenradsatzes hat den Vorteil, dass es für den ersten Planetenträger keiner Anbindung an weitere Bauteile des Getriebes benötigt, wodurch ein kostenoptimiertes Getriebe bereitgestellt wird. Zudem weist der Stufenplanetenradsatz unabhängig davon, ob das erste, zweite oder dritte Gangschaltelement geschlossen ist und gleichzeitig die jeweils anderen Gangschaltelemente geöffnet sind, bei einer hohen Wandlung vergleichsweise gute mechanische Kenngrößen, also Drehzahlen und Drehmoment, bei gleichzeitig hohen Wirkungsgraden auf.The first sun gear is in mesh with a first gear of the respective stepped planetary gear of the stepped planetary gear set. The respective stepped planetary gear has a second gear arranged coaxially and in a rotationally fixed manner to the first gear, which meshes with the second sun gear. The two gears of the respective stepped planetary gear have different diameters and numbers of teeth. In particular, the first gear has a larger diameter than the second gear. Gears that mesh with one another or mesh with one another transmit speed and torque via their interlocking teeth. Providing a stepped planetary gear set has the advantage that the first planet carrier does not need to be connected to other components of the transmission, thereby providing a cost-optimized transmission. In addition, regardless of whether the first, second or third gear shifting element is closed and the other gear shifting elements are open at the same time, the stepped planetary gear set has comparatively good mechanical parameters, i.e. speeds and torque, with a high conversion rate, while at the same time being highly efficient.
Das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad und der erste Planetenträger sind beispielsweise koaxial sowie relativ drehbar zueinander angeordnet, wobei vorzugsweise eines der Sonnenräder wenigstens teilweise durch das andere Sonnenrad axial hindurchgeführt ist, und wobei die beiden Sonnenräder durch den ersten Planetenträger axial hindurchgeführt sind. Alternativ kann der erste Planetenträger radial innerhalb der beiden Sonnräder geführt sein. Mithin ist zumindest eines der Sonnenräder, je nach Ausbildung des Antriebsstrangs vorzugsweise beide Sonnenräder, mit einer jeweiligen Hohlwelle verbunden. Der erste Planetenträger kann mit einer Hohlwelle oder einer Vollwelle verbunden sein. Das jeweilige Sonnenrad kann eine dazugehörige als Hohlwelle ausgebildete Eingangswelle aufweisen, welche mit dem ersten bzw. zweiten Gangschaltelement wirkverbunden ist. Der erste Planetenträger kann ebenfalls eine dazugehörige Eingangswelle aufweisen, die mit dem dritten Gangschaltelement wirkverbunden ist.The first sun gear, the second sun gear and the first planet carrier are arranged, for example, coaxially and relatively rotatable to one another, with preferably one of the sun gears being passed axially at least partially through the other sun gear, and with the two sun gears being passed axially through the first planet carrier. Alternatively, the first planet carrier can be guided radially within the two sun gears. Therefore, at least one of the sun gears, preferably both sun gears depending on the design of the drive train, is connected to a respective hollow shaft. The first planet carrier can be connected to a hollow shaft or a solid shaft. The respective sun gear can have an associated input shaft designed as a hollow shaft, which is operatively connected to the first or second gear shifting element. The first planet carrier can also have an associated input shaft, which is operatively connected to the third gear shifting element.
Während das erste Hohlrad das Antriebsmoment am Gehäuse abstützt, überträgt das zweite Hohlrad je nach Schaltstellung bzw. Zustand der Gangschaltelemente eine Antriebsleistung mit einer jeweiligen Übersetzung zumindest mittelbar auf die Ausgangswelle, die wiederum mit zumindest einer Abtriebswelle, vorzugsweise zwei Abtriebswellen, des Antriebsstranges des Fahrzeugs. Die Abtriebswelle bzw. die Abtriebswellen ist bzw. sind koaxial zu einer Abtriebsachse angeordnet. Somit wird wenigstens ein Rad des Fahrzeugs durch die mit der elektrischen Maschine erzeugte und zumindest mit dem Getriebe gewandelte Antriebsleistung über die Ausgangswelle und die Abtriebswelle bzw. die Abtriebswellen zumindest mittelbar drehangetrieben. Das jeweilige Rad ist mit der jeweiligen Abtriebswelle wirkverbunden.While the first ring gear supports the drive torque on the housing, the second ring gear, depending on the switching position or state of the gear shifting elements, transmits a drive power with a respective gear ratio at least indirectly to the output shaft, which in turn is connected to at least one output shaft, preferably two output shafts, of the drive train of the vehicle. The output shaft or the output shafts is or are arranged coaxially to an output axis. Thus, at least one wheel of the vehicle is at least indirectly driven in rotation by the drive power generated by the electric machine and at least converted by the transmission via the output shaft and the output shaft or the output shafts. The respective wheel is operatively connected to the respective output shaft.
Unter einem Gangschaltelement ist ein Verbindungsteil zu verstehen, mittels dessen wenigstens ein Drehmoment übertragendes Teil mit einem weiteren Drehmoment übertragenden Teil oder mit einem orts- oder gehäusefesten Teil antriebswirksam verbindbar ist. Das jeweilige Gangschaltelement ist zwischen zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand schaltbar, wobei das Gangschaltelement im geöffneten Zustand weder ein Drehmoment noch eine Drehzahl zwischen zwei mit dem Gangschaltelement zusammenwirkenden Teilen übertragen kann, und wobei das Gangschaltelement im geschlossenen Zustand ein Drehmoment und eine Drehzahl zwischen den zwei mit dem Gangschaltelement zusammenwirkenden Teilen übertragen kann. Sofern eine antriebswirksame Verbindung zwischen zwei Getriebeelementen besteht, werden Drehmomente und Kräfte, und je nach Ausbildung der Getriebeelemente gegebenenfalls eine Drehzahl, von einem Getriebeelement auf das andere Getriebeelement übertragen.A gearshift element is to be understood as meaning a connecting part, by means of which at least one torque-transmitting part can be connected in a drive-effective manner to another torque-transmitting part or to a stationary or housing-fixed part. The respective gearshift element can be switched between at least one open and a closed state, wherein the gearshift element in the open state cannot transmit a torque or a speed between two parts interacting with the gearshift element, and wherein the gearshift element in the closed state transmits a torque and a speed between the can be transmitted to two parts interacting with the gearshift element. If there is a driving connection between two gear elements, torques and forces, and depending on the design of the gear elements possibly a speed, are transmitted from one gear element to the other gear element.
Wenn das erste Gangschaltelement im geschlossenen Zustand vorliegt oder in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und das zweite und dritte Gangschaltelement geöffnet sind, wird eine Antriebsleistung vom Getriebeeingang zum Getriebeausgang, oder umgekehrt, in einem ersten Gang bzw. einer ersten Gangstufe übertragen, und zwar mit einer ersten Übersetzung bzw. einem ersten Übersetzungsverhältnis. Das erste Sonnenrad bzw. die drehfest mit dem ersten Sonnenrad verbundene Eingangswelle ist dadurch drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden, wodurch die Antriebsleistung über das erste Sonnenrad in das Getriebe eingeleitet wird. Im geschlossenen Zustand des ersten Gangschaltelements liegen das zweite und dritte Gangschaltelement im geöffneten Zustand vor, um die Antriebsleistung mit dem ersten Übersetzungsverhältnis über das zweite Hohlrad des Getriebes auf die Ausgangswelle zu übertragen. Beispielsweise ist eine im ersten Gang realisierte erste Übersetzung größer als 1, wobei die erste Übersetzung von der nachfolgend beschriebenen zweiten und dritten Übersetzung verschieden ist, um einen 3-Gang-Antrieb zu realisieren.When the first gear shift element is in the closed state or is switched to the closed state and the second and third gear shift elements are open, drive power is transmitted from the transmission input to the transmission output, or vice versa, in a first gear or a first gear stage, with a first gear ratio or a first gear ratio. The first sun gear or the input shaft, which is non-rotatably connected to the first sun gear, is thereby non-rotatably connected to the rotor of the electric machine, whereby the drive power is introduced into the transmission via the first sun gear. In the closed state of the first gear shift element, the second and third gear shift elements are in the open state in order to transmit the drive power with the first gear ratio to the output shaft via the second ring gear of the transmission. For example, a first gear ratio realized in first gear is greater than 1, with the first gear ratio being different from the second and third gear ratios described below in order to realize a 3-speed drive.
Wenn das zweite Gangschaltelement im geschlossenen Zustand vorliegt oder in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und das erste und dritte Gangschaltelement geöffnet sind, wird eine Antriebsleistung vom Getriebeeingang zum Getriebeausgang, oder umgekehrt, in einem zweiten Gang bzw. einer zweiten Gangstufe übertragen, und zwar mit einer zweiten Übersetzung bzw. einem zweiten Übersetzungsverhältnis. Das zweite Sonnenrad bzw. die drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbundene Eingangswelle ist dadurch drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden, wodurch die Antriebsleistung über das zweite Sonnenrad in das Getriebe eingeleitet wird. Im geschlossenen Zustand des zweiten Gangschaltelements liegen das erste und dritte Gangschaltelement im geöffneten Zustand vor, um die Antriebsleistung mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis über das zweite Hohlrad des Getriebes auf die Ausgangswelle zu übertragen. Beispielsweise ist eine im zweiten Gang realisierte zweite Übersetzung ebenfalls größer als 1, wobei die zweite Übersetzung von der ersten und der nachfolgend beschriebenen dritten Übersetzung verschieden ist, um den 3-Gang-Antrieb zu realisieren.When the second gearshift element is in the closed state or is switched to the closed state and the first and third gearshift elements are open, drive power is transmitted from the transmission input to the transmission output, or vice versa, in a second gear or a second gear stage, with a second gear ratio or a second gear ratio. The second sun gear or the input shaft, which is non-rotatably connected to the second sun gear, is thereby non-rotatably connected to the rotor of the electric machine, whereby the drive power is introduced into the transmission via the second sun gear. In the closed state of the second gear shift element, the first and third gear shift elements are in the open state in order to transmit the drive power with the second gear ratio to the output shaft via the second ring gear of the transmission. For example, a second gear ratio realized in second gear is also greater than 1, with the second gear ratio being different from the first and the third gear ratio described below in order to realize the 3-speed drive.
Wenn das dritte Gangschaltelement im geschlossenen Zustand vorliegt oder in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und das erste und zweite Gangschaltelement geöffnet sind, wird eine Antriebsleistung vom Getriebeeingang zum Getriebeausgang, oder umgekehrt, in einem dritten Gang bzw. einer dritten Gangstufe übertragen, und zwar mit einer dritten Übersetzung bzw. einem dritten Übersetzungsverhältnis. Der erste Planetenträger bzw. die drehfest mit dem ersten Planetenträger verbundene Eingangswelle ist dadurch drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden, wodurch die Antriebsleistung über den ersten Planetenträger in das Getriebe eingeleitet wird. Im geschlossenen Zustand des dritten Gangschaltelements liegen das erste und zweite Gangschaltelement im geöffneten Zustand vor, um die Antriebsleistung mit dem dritten Übersetzungsverhältnis über das zweite Hohlrad des Getriebes auf die Ausgangswelle zu übertragen. Beispielsweise ist eine im dritten Gang realisierte dritte Übersetzung ebenfalls größer als 1, wobei die dritte Übersetzung von der ersten und der zweiten Übersetzung verschieden ist, um den 3-Gang-Antrieb zu realisieren. Mithin ist zum wirksamen Antrieb des Fahrzeugs entweder das erste Gangschaltelement, das zweite Gangschaltelement oder das dritte Gangschaltelement geschlossen.When the third gearshift element is in the closed state or is switched to the closed state and the first and second gearshift elements are open, drive power is transmitted from the transmission input to the transmission output, or vice versa, in a third gear or a third gear stage, with a third gear ratio or a third gear ratio. The first planet carrier or the input shaft connected in a rotationally fixed manner to the first planet carrier is thereby connected in a rotationally fixed manner to the rotor of the electric machine, whereby the drive power is introduced into the transmission via the first planet carrier. In the closed state of the third gear shift element, the first and second gear shift elements are in the open state in order to transmit the drive power with the third gear ratio to the output shaft via the second ring gear of the transmission. For example, a third gear ratio realized in third gear is also greater than 1, with the third gear ratio being different from the first and second gear ratios in order to realize the 3-speed drive. Therefore, to effectively drive the vehicle, either the first gear shift element, the second gear shift element or the third gear shift element is closed.
Sind alle drei Gangschaltelemente geöffnet, wird keine Antriebsleistung in das Getriebe eingeleitet und somit auch keine Antriebsleistung auf die Ausgangswelle des Getriebes übertragen. Das Getriebe befindet sich somit im Leerlauf. Sind demgegenüber wenigstens zwei oder alle drei Gangschaltelemente geschlossen, wird eine Rotation der Ausgangswelle blockiert. Insofern können zur Realisierung einer Parksperrenfunktion wenigstens zwei der Gangschaltelemente gleichzeitig in einem geschlossenen Zustand vorliegen.If all three gear shifting elements are open, no drive power is introduced into the transmission and therefore no drive power is transmitted to the output shaft of the transmission. The transmission is therefore in neutral. In contrast, if at least two or all three gear shifting elements are closed, rotation of the output shaft is blocked. In this respect, in order to implement a parking lock function, at least two of the gearshift elements can be in a closed state at the same time.
Das erste Gangschaltelement und/oder das zweite Gangschaltelement und/oder das dritte Gangschaltelement ist vorzugsweise als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Insbesondere kann das kraftschlüssige Schaltelement als Reibschaltelement, insbesondere als Lamellenschaltkupplung oder Konuskupplung, ausgebildet sein, um je nach Schaltstellung der Gangschaltelemente eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad bzw. dem zweiten Sonnenrad bzw. dem ersten Planetenträger zu erzeugen. Ein kraftschlüssiges Schaltelement ist ein solches, das eine Normalkraft auf zwei miteinander zu verbindende Teile oder Flächen von Getriebeelementen einleitet, wobei eine gegenseitige Verschiebung der Teile oder Flächen verhindert wird, solange eine im Wesentlichen durch Haftreibung bewirkte Gegenkraft nicht überschritten wird. Dadurch wird ein Reibschluss zum Übertragen eines Drehmoments zwischen den zu verbindenden Getriebeelementen gebildet.The first gear shift element and/or the second gear shift element and/or the third gear shift element is preferably designed as a non-positive shift element. In particular, the non-positive switching element can be used as a friction switching element, in particular as a multi-plate clutch or cone clutch, can be designed to produce a non-positive connection between the rotor of the electric machine and the first sun gear or the second sun gear or the first planet carrier, depending on the switching position of the gear shifting elements. A non-positive switching element is one that introduces a normal force onto two parts or surfaces of transmission elements that are to be connected to one another, with mutual displacement of the parts or surfaces being prevented as long as a counterforce essentially caused by static friction is not exceeded. This creates a frictional connection for transmitting torque between the transmission elements to be connected.
Vorteilhaft ist mit dem erfindungsgemäßen Getriebe gemäß dem ersten Erfindungsaspekt eine Lastschaltung zwischen den Gängen möglich, also ein Schalten zwischen einem ersten, zweiten und dritten Gang, ohne dass die Antriebsleistung am Abtrieb bzw. an der Ausgangswelle, insbesondere während eines Schaltvorgangs, unterbrochen wird. Dazu müssen vorteilhaft keine separaten Lastschaltelemente vorgesehen werden, sondern das Getriebe kann mit baulich einfacheren kraftschlüssigen Gangschaltelementen ausgestattet sein. Für eine Zuglastschaltung oder eine Schublastschaltung ist es erforderlich, dass wenigstens eines der Gangschaltelemente als kraftschlüssiges Gangschaltelement bzw. als Reibschaltelement ausgeführt ist. Für eine Zug- und Schublastschaltung mittels der Gangschaltelemente ist es demgegenüber erforderlich, dass alle Gangschaltelemente jeweils als kraftschlüssiges Gangschaltelement ausgeführt sind. Wenigstens eines der anderen Gangschaltelemente kann demgegenüber nicht als kraftschlüssiges Schaltelement, sondern jeweils als formschlüssiges Gangschaltelement bzw. Klauenschaltelement, ausgebildet sein. Somit kann ein Gangschaltelement, vorzugsweise zwei Gangschaltelemente, ferner bevorzugt alle Gangschaltelemente jeweils als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein und eine Lastschaltung ausführen. Ein Gangschaltelement, welches eine Lastschaltung realisiert, ist ein Schaltelement, das es erlaubt, zwei Getriebeelemente miteinander zu verbinden, während an dem einen Getriebeelement eine Antriebsleistung, insbesondere ein Drehmoment, anliegt, sodass nach dem Schließen die Antriebsleistung auf das andere Getriebeelement übertragen wird. Eine Synchronisation der Drehzahlen der beteiligten Getriebeelementen vor dem Schließen eines Lastschaltelements ist nicht notwendig.Advantageously, with the transmission according to the invention according to the first aspect of the invention, a power shift between the gears is possible, i.e. switching between a first, second and third gear, without the drive power on the output or on the output shaft being interrupted, in particular during a switching process. For this purpose, it is advantageous not necessary to provide separate power-shifting elements, but rather the transmission can be equipped with structurally simpler non-positive gear-shifting elements. For a traction load shift or a thrust load shift, it is necessary that at least one of the gear shift elements is designed as a non-positive gear shift element or as a friction shift element. In contrast, for a traction and thrust load shift using the gear shift elements, it is necessary that all gear shift elements are each designed as a non-positive gear shift element. In contrast, at least one of the other gear shifting elements can not be designed as a non-positive shifting element, but rather as a positive gear shifting element or claw shifting element. Thus, one gear shift element, preferably two gear shift elements, and preferably all gear shift elements can each be designed as a frictional shift element and carry out a power shift. A gear shift element that implements a power shift is a shift element that allows two gear elements to be connected to one another while a drive power, in particular a torque, is applied to one gear element, so that after closing the drive power is transmitted to the other gear element. It is not necessary to synchronize the speeds of the transmission elements involved before closing a powershift element.
Alternativ bzw. ergänzend ist das erste Gangschaltelement und/oder das zweite Gangschaltelement und/oder das dritte Gangschaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Ein formschlüssiges Schaltelement kann beispielsweise als Klauenschaltelement ausgebildet sein, um je nach Schaltstellung der Gangschaltelemente eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad bzw. dem zweiten Sonnenrad zu erzeugen. Ein formschlüssiges Schaltelement ist ein solches, bei dem zwei Teile des Getriebes ineinandergreifen und einen Formschluss zum Übertragen eines Drehmoments zwischen zwei Getriebeelementen bilden. Ein formschlüssiges Schaltelement ist im Vergleich zum kraftschlüssigen Schaltelement kostengünstiger und vor allem wirkungsgradoptimiert. In diesem Sinn ist das jeweilige Gangschaltelement also entweder ein formschlüssiges Schaltelement oder ein kraftschlüssiges Schaltelement.Alternatively or additionally, the first gear shift element and/or the second gear shift element and/or the third gear shift element is designed as a positive shift element. A positive switching element can be designed, for example, as a claw switching element in order to produce a positive connection between the rotor of the electric machine and the first sun gear or the second sun gear, depending on the switching position of the gear shifting elements. A positive switching element is one in which two parts of the transmission interlock and form a positive connection for transmitting torque between two transmission elements. A positive switching element is more cost-effective and, above all, optimized in terms of efficiency compared to a non-positive switching element. In this sense, the respective gear shifting element is either a positive shifting element or a non-positive shifting element.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei der drei Gangschaltelemente zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Das bedeutet, dass je nach Ausführungsform das erste und zweite Gangschaltelement, das zweite und dritte Gangschaltelement oder das erste und dritte Gangschaltelement axial direkt nebeneinanderliegend angeordnet sind, wobei die jeweiligen beiden Gangschaltelemente zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn beide Schaltelemente der zusammengefassten Schaltelemente als Klauenschaltelemente zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad bzw. dem zweiten Sonnenrad bzw. dem ersten Planetenträger ausgeführt sind. In diesem Fall ist zwar keine Lastschaltung zwischen den Gängen möglich, jedoch kann mit einer derartigen Anordnung und Ausbildung der Gangschaltelemente axialer Bauraum des Getriebes eingespart werden. Die Ausführung der Gangschaltelemente als Klauenschaltelemente vereinfacht zudem die Realisierung der Parksperrenfunktion, also wenn die beiden zum Doppelschaltelement zusammengefassten Gangschaltelemente in den geschlossenen Zustand überführt werden bzw. vorliegen.According to one embodiment of the invention, two of the three gear shifting elements are combined to form a double shifting element. This means that, depending on the embodiment, the first and second gearshift elements, the second and third gearshift elements or the first and third gearshift elements are arranged axially directly next to one another, with the respective two gearshift elements being combined to form a structural unit. This is particularly advantageous if both switching elements of the combined switching elements are designed as claw switching elements to realize a positive connection between the rotor of the electric machine and the first sun gear or the second sun gear or the first planet carrier. In this case, power shifting between the gears is not possible, but with such an arrangement and design of the gear shifting elements, axial installation space of the transmission can be saved. The design of the gear shift elements as claw shift elements also simplifies the implementation of the parking lock function, i.e. when the two gear shift elements combined to form a double shift element are transferred or are in the closed state.
Unter einem Doppelschaltelement ist generell eine Anordnung aus zwei Schaltelementen zu verstehen, die mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung alternativ betätigbar sind. Ferner kann ein Doppelschaltelement eine Neutralstellung aufweisen, bei der keine der zwei Schaltelemente des Doppelschaltelements geschlossen ist. Das Doppelschaltelement weist folglich eine erste Stellung auf, in der ein erstes Schaltelement geschlossen ist, eine zweite Stellung, in der ein zweites Schaltelement geschlossen ist, und eine dritte Stellung, in der weder das erste Schaltelement noch das zweite Schaltelement geschlossen ist, also eine Neutralstellung. Das Doppelschaltelement weist insbesondere eine einzige Schaltgabel und einen einzigen Aktor zum Schalten der beiden Schaltelemente auf. Dadurch werden Bauraum, Gewicht und Getriebebauteile eingespart.A double switching element is generally understood to mean an arrangement of two switching elements that can be actuated alternatively by means of a single actuating device. Furthermore, a double switching element can have a neutral position in which none of the two switching elements of the double switching element is closed. The double switching element consequently has a first position in which a first switching element is closed, a second position in which a second switching element is closed, and a third position in which neither the first switching element nor the second switching element is closed, i.e. a neutral position . The double switching element has in particular a single switching fork and a single actuator for switching the two switching elements. This saves installation space, weight and transmission components.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind alle Gangschaltelemente zu einem Dreifachschaltelement zusammengefasst. Das bedeutet, dass alle Gangschaltelemente axial direkt nebeneinanderliegend angeordnet und zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn alle Schaltelemente der zusammengefassten Schaltelemente als Klauenschaltelemente zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad bzw. dem zweiten Sonnenrad bzw. dem ersten Planetenträger ausgeführt sind. In diesem Fall ist zwar keine Lastschaltung zwischen den Gängen möglich, jedoch kann mit einer derartigen Anordnung und Ausbildung der Gangschaltelemente axialer Bauraum des Getriebes eingespart werden. Die Ausführung der Gangschaltelemente als Klauenschaltelemente vereinfacht zudem die Realisierung der Parksperrenfunktion, also wenn die Gangschaltelemente in den geschlossenen Zustand überführt werden bzw. vorliegen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass alle Schaltelemente durch einen gemeinsamen Aktuator angesteuert werden können. Außerdem ist eine derartige Ausbildung von Vorteil, wenn ein sequenzielles Schalten zwischen den einzelnen Gangstufen erforderlich ist, also wenn ein Schalten von der ersten in die dritte Gangstufe, oder umgekehrt, nicht erforderlich ist.According to a further embodiment, all gear shift elements are combined to form a triple shift element. This means that all gear shifting elements are arranged axially directly next to one another and combined to form a structural unit. This is particularly advantageous if all switching elements of the combined switching elements are designed as claw switching elements to realize a positive connection between the rotor of the electric machine and the first sun gear or the second sun gear or the first planet carrier. In this case, power shifting between the gears is not possible, but with such an arrangement and design of the gear shifting elements, axial installation space of the transmission can be saved. The design of the gear shift elements as claw shift elements also simplifies the implementation of the parking lock function, i.e. when the gear shift elements are or are in the closed state. Another advantage is that all switching elements can be controlled by a common actuator. In addition, such a design is advantageous when sequential switching between the individual gear stages is required, i.e. when switching from the first to the third gear stage, or vice versa, is not necessary.
Unter einem Dreifachschaltelement ist also eine Anordnung aus drei Schaltelementen zu verstehen, die mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung alternativ oder sequenziell betätigbar sind. Ferner kann das Dreifachschaltelement eine Neutralstellung aufweisen, bei der keine der drei Schaltelemente geschlossen ist. Das Doppelschaltelement weist folglich eine erste Stellung auf, in der ein erstes Schaltelement geschlossen ist, eine zweite Stellung, in der ein zweites Schaltelement geschlossen ist, eine dritte Stellung, in der ein drittes Schaltelement geschlossen ist, und eine vierte Stellung, in der weder das erste Schaltelement noch das zweite Schaltelement noch das dritte Schaltelement geschlossen ist, also eine Neutralstellung.A triple switching element is therefore to be understood as an arrangement of three switching elements that can be actuated alternatively or sequentially by means of a single actuating device. Furthermore, the triple switching element can have a neutral position in which none of the three switching elements is closed. The double switching element therefore has a first position in which a first switching element is closed, a second position in which a second switching element is closed, a third position in which a third switching element is closed, and a fourth position in which neither first switching element nor the second switching element nor the third switching element is closed, i.e. a neutral position.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Antriebsstrang für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug ein Getriebe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, sowie eine elektrische Maschine, deren Rotor mit einer Eingangswelle des Getriebes drehfest verbunden ist. Die Eingangswelle ist mit den drei Gangschaltelementen wirkverbunden und je nach Schaltstellung der Gangschaltelemente mit dem ersten Sonnenrad, dem zweiten Sonnenrad und/oder dem ersten Planetenträger drehfest verbunden. Ein solcher Antriebsstrang ist mit dem erfindungsgemä-ßen Getriebe kompakt ausgebildet und realisiert eine vergleichsweise hohe Wandlung von größer als 1 und gleichzeitig eine vergleichsweise hohe Spreizung von größer als 3.According to a second aspect of the invention, a drive train for an at least partially electrically driven vehicle comprises a transmission according to the first aspect of the invention, as well as an electric machine, the rotor of which is connected in a rotationally fixed manner to an input shaft of the transmission. The input shaft is operatively connected to the three gearshift elements and, depending on the switching position of the gearshift elements, is connected in a rotationally fixed manner to the first sun gear, the second sun gear and/or the first planet carrier. Such a drive train is designed to be compact with the transmission according to the invention and achieves a comparatively high conversion of greater than 1 and at the same time a comparatively high spread of greater than 3.
Die Ausgangswelle des Getriebes bildet vorzugsweise den Eingang eines dem Stufenplanetenradsatz nachgelagerten Übersetzungsgetriebes. Das Übersetzungsgetriebes erhöht die Übersetzung des Antriebs. Aufgrund der nachgelagerten Anordnung des Übersetzungsgetriebes können die Bauteile des Stufenplanetenradsatzes vergleichsweise klein und kompakt ausgebildet werden.The output shaft of the transmission preferably forms the input of a transmission gear downstream of the stepped planetary gear set. The transmission gear increases the transmission ratio of the drive. Due to the downstream arrangement of the transmission gear, the components of the stepped planetary gear set can be made comparatively small and compact.
Das Übersetzungsgetriebe kann prinzipiell beliebig ausgebildet sein. Nach einem Ausführungsbeispiel ist das Übersetzungsgetriebe als Stirnradstufe ausgebildet. Die Stirnradstufe kann ein-, zwei- oder mehrstufig ausgebildet sein. Bei einer zwei- oder mehrstufigen Variante kann eine oder mehrere Zwischenwellen vorgesehen sein, auf denen ebenfalls Stirnräder bzw. Stufenräder angeordnet sind. Mittels einer Stirnradstufe kann neben einer Übersetzungsänderung ferner eine Achsparallelität der Antriebsachse zur einer Abtriebsachse realisiert werden, wodurch der Antriebsstrang an die vorhandenen Gegebenheiten des Fahrzeugs flexibel angepasst werden kann.The transmission gear can in principle be of any design. According to one exemplary embodiment, the transmission gear is designed as a spur gear stage. The spur gear stage can be designed in one, two or more stages. In a two-stage or multi-stage variant, one or more intermediate shafts can be provided, on which spur gears or stepped gears are also arranged. By means of a spur gear stage, in addition to a gear ratio change, an axis parallelism of the drive axle to an output axle can also be achieved, whereby the drive train can be flexibly adapted to the existing conditions of the vehicle.
Alternativ ist das Übersetzungsgetriebe als Planetengetriebe mit wenigstens einem ersten Planetenradsatz 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.Alternatively, the transmission gear is designed as a planetary gear with at least one first planetary gear set. A “planetary gear set” is a unit with a sun gear, a ring gear and several planet gears guided by a planet carrier on a circular path around the sun gear, whereby the planet gears mesh with the ring gear and the sun gear.
Der erste Planetenradsatz ist vorteilhafterweise als Minus-Planetenradsatz ausgebildet, wobei mittels des jeweiligen Planetenradsatzes des Planetengetriebes eine Gesamtübersetzung in Abhängigkeit des jeweiligen gewählten Ganges am Getriebe erhöht wird. Mittels des im Leistungsfluss nach dem Getriebe angeordneten Planetengetriebes ist bevorzugt eine Gesamtübersetzung zwischen 6 und 13,5 realisierbar. Ein Minus-Planetenradsatz setzt sich aus den Elementen Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad zusammen, wobei der Planetenträger mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die jeweils sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem umliegenden Hohlrad kämmen bzw. in Zahneingriff stehen. Denkbar ist auch, dass das Planetengetriebe als Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist.The first planetary gear set is advantageously designed as a minus planetary gear set, with an overall gear ratio being increased by means of the respective planetary gear set of the planetary gear depending on the respective selected gear on the transmission. By means of the planetary gear arranged in the power flow after the gear, a total gear ratio between 6 and 13.5 can preferably be achieved. A negative planetary gear set is made up of the elements sun gear, planet carrier and ring gear, with the planet carrier having at least one, but preferably several, planet gears rotatably mounted, each of which meshes or meshes with both the sun gear and the surrounding ring gear. It is also conceivable that the planetary gear is designed as a plus planetary gear set.
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.A plus planetary gear differs from the minus planetary gear in that the plus planetary gear has first and second or inner and has outer planet gears, which are rotatably mounted on the planet carrier. The toothing of the first or inner planet gears meshes with the toothing of the sun gear on the one hand and with the toothing of the second or outer planet gears on the other hand. The teeth of the outer planet gears also mesh with the teeth of the ring gear. This means that when the planet carrier is stationary, the ring gear and the sun gear rotate in the same direction.
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.When one or more of the planetary gear sets are designed as a plus planetary gear set, the connection between the planet carrier and the ring gear is swapped and the amount of the stationary gear ratio is increased by 1. This is also possible in reverse if a minus planetary gear set is to be provided instead of a plus planetary gear set.
Das Planetengetriebe ist mit der Ausgangswelle des Getriebes antriebswirksam verbunden, wobei entsprechend eines der Radsatzelemente des ersten Planetenradsatzes den Eingang des Planetengetriebes bildet. Ein zweites Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes bildet den Ausgang des Planetengetriebes und ein dritter Radsatzelemente des ersten Planetenradsatzes ist gehäusefest abgestützt. Die Anbindung der Radsatzelemente kann dabei jedoch beliebig erfolgen. Nach einem Ausführungsbeispiel weist der erste Planetenradsatz des Planetengetriebes ein mit der Ausgangswelle des Getriebes drehfest verbundenes drittes Sonnenrad, ein gehäusefestes drittes Hohlrad sowie mehrere an einem dritten Planetenträger drehbar gelagerte Planentenräder auf. Mithin ist das dritte Sonnenrad des Übersetzungsgetriebes mit dem zweiten Hohlrad des Getriebes drehfest verbunden. In diesem Fall ist das Übersetzungsgetriebe bevorzugt koaxial zum Stufenplanetenradsatz des Getriebes angeordnet.The planetary gear is connected to the output shaft of the gear in a driving manner, with one of the gear set elements of the first planetary gear set correspondingly forming the input of the planetary gear. A second gear set element of the first planetary gear set forms the output of the planetary gear and a third gear set element of the first planetary gear set is supported fixed to the housing. However, the wheelset elements can be connected in any way. According to one exemplary embodiment, the first planetary gear set of the planetary gear has a third sun gear connected in a rotationally fixed manner to the output shaft of the gear, a third ring gear fixed to the housing and a plurality of planetary gears rotatably mounted on a third planet carrier. The third sun gear of the transmission gear is therefore connected in a rotationally fixed manner to the second ring gear of the gear. In this case, the transmission gear is preferably arranged coaxially with the stepped planetary gear set of the transmission.
Vorzugsweise umfasst der Antriebsstrang ferner ein Differential, welches die Ausgangswelle des Getriebes antriebswirksam mit zwei koaxial zu einer Abtriebsachse angeordneten Abtriebswellen verbindet. Das Differential kann koaxial oder achsparallel zur elektrischen Maschine angeordnet sein. Das Differential ist nach einer Ausführungsform direkt, also ohne zwischengeschaltete Übersetzungsstufen oder dergleichen, mit der Ausgangswelle des Getriebes wirkverbunden. In einer alternativen Ausführung ist das genannte Übersetzungsgetriebe im Leistungsfluss zwischen der Ausgangswelle des Getriebes bzw. dem Stufenplanetenradsatz und dem Differential angeordnet. In diesem Sinn ist ein Übersetzungsgetriebe antriebstechnisch zwischen der Ausgangswelle des Getriebes und dem Differential angeordnet.Preferably, the drive train further comprises a differential, which effectively connects the output shaft of the transmission to two output shafts arranged coaxially to an output axle. The differential can be arranged coaxially or parallel to the electric machine. According to one embodiment, the differential is directly, i.e. without intermediate gear ratios or the like, operatively connected to the output shaft of the transmission. In an alternative embodiment, said transmission gear is arranged in the power flow between the output shaft of the transmission or the stepped planetary gear set and the differential. In this sense, a transmission gear is arranged between the output shaft of the transmission and the differential.
Nach einer Ausführungsform ist das Differential als Kegelraddifferential ausgebildet. Denkbar sind auch andere alternative Ausbildungsformen des Differentials, beispielsweise als Stirnraddifferential bzw. Planetendifferential. Die mit einer ersten, zweiten oder dritten Übersetzung aus dem Getriebe kommende Antriebsleistung wird von der Ausgangswelle des Getriebes zumindest mittelbar über das Differential auf die beiden Abtriebswellen übertragen, wobei das Differential die Antriebsleistung, das heißt eine Drehzahl und ein Drehmoment auf die Abtriebswellen verteilt. Damit die Abtriebswellen koaxial auf der Abtriebsachse liegen, ist auch das Differential auf der Abtriebsachse und somit koaxial zum Stufenplanetenradsatz angeordnet. Ein als Kegelraddifferential ausgebildetes Differential weist zwei radseitige Abtriebselemente auf, insbesondere ein erstes Abtriebsrad und zweites Abtriebsrad. Die beiden Abtriebsräder kämmen jeweils mit einem Ausgleichselement. Die Ausgleichselemente sind in einem Differentialkorb um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Das jeweilige Abtriebsrad ist mit der jeweiligen Abtriebswelle drehfest verbunden. Der Antrieb des Differentials erfolgt über den Differentialkorb.According to one embodiment, the differential is designed as a bevel gear differential. Other alternative designs of the differential are also conceivable, for example as a spur gear differential or planetary differential. The drive power coming from the transmission with a first, second or third gear ratio is transmitted from the output shaft of the transmission at least indirectly via the differential to the two output shafts, the differential distributing the drive power, i.e. a speed and a torque, to the output shafts. So that the output shafts are coaxial on the output axle, the differential is also arranged on the output axle and therefore coaxial to the stepped planetary gear set. A differential designed as a bevel gear differential has two wheel-side output elements, in particular a first output gear and a second output gear. The two driven wheels each mesh with a compensating element. The compensating elements are mounted in a differential cage so that they can rotate about their own axis. The respective output gear is connected to the respective output shaft in a rotationally fixed manner. The differential is driven via the differential carrier.
Vorzugsweise ist ein Differentialkorb des Differentials drehfest mit dem dritten Planetenträger des ersten Planetenradsatzes des Übersetzungsgetriebes verbunden. Zudem ist denkbar, dass die Ausgangswelle des Getriebes hohl zur axialen Durchführung einer der beiden Abtriebswellen des Differentials ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann die jeweilige Abtriebswelle radial innerhalb des ersten und/oder zweiten Sonnenrades des Getriebes angeordnet sein, wobei eine der beiden Abtriebswellen des Differentials radial innerhalb der Ausgangswelle des Getriebes angeordnet sein kann.Preferably, a differential carrier of the differential is connected in a rotationally fixed manner to the third planet carrier of the first planetary gear set of the transmission gear. It is also conceivable that the output shaft of the transmission is designed to be hollow for the axial passage of one of the two output shafts of the differential. In other words, the respective output shaft can be arranged radially within the first and/or second sun gear of the transmission, wherein one of the two output shafts of the differential can be arranged radially within the output shaft of the transmission.
Alternativ ist das Differential als integrales Differential ausgebildet, aufweisend einen zweiten Planetenradsatz und einen damit wirkverbundenen dritten Planetenradsatz, wobei jeder Planetenradsatz mit einer jeweiligen Abtriebswelle antriebswirksam verbunden ist, wobei mittels des zweiten Planetenradsatzes zumindest mittelbar ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Abtriebswelle übertragbar ist, und wobei ein Abstützmoment des zweiten Planetenradsatzes in dem dritten Planetenradsatz derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Abtriebswelle übertragbar ist.Alternatively, the differential is designed as an integral differential, having a second planetary gear set and a third planetary gear set operatively connected thereto, each planetary gear set being connected in a driving manner to a respective output shaft, with a first output torque being at least indirectly transferable to the first output shaft by means of the second planetary gear set, and wherein a support torque of the second planetary gear set in the third planetary gear set is convertible in such a way that a second output torque corresponding to the first output torque can be transferred to the second output shaft.
Unter einem integralen Differential ist ein Differential mit zwei Planetenradsätzen zu verstehen, wobei der zweite Planetenradsatz mit der Ausgangswelle des Getriebes bzw. dem Stufenplanetenradsatz antriebswirksam verbunden ist. Mithin bildet die Ausgangswelle des Getriebes die Eingangswelle des Differentials oder ist drehfest damit verbunden. Der zweite Planetenradsatz ist mit der ersten Abtriebswelle antriebswirksam verbunden. Der dritte Planetenradsatz ist mit der zweiten Abtriebswelle antriebswirksam verbunden. Ferner ist der dritte Planetenradsatz zumindest mittelbar an einem ortsfesten Gehäuse des Getriebes oder am Fahrwerk des Kraftfahrzeugs abgestützt, also drehfest damit verbunden.An integral differential is to be understood as meaning a differential with two planetary gear sets, with the second planetary gear set being connected in a driving manner to the output shaft of the transmission or the stepped planetary gear set. The output shaft of the transmission therefore forms the input shaft of the differential or is connected to it in a rotationally fixed manner. The second planetary gear set is with the first Output shaft connected to drive. The third planetary gear set is connected to the second output shaft in a driving manner. Furthermore, the third planetary gear set is at least indirectly supported on a stationary housing of the transmission or on the chassis of the motor vehicle, i.e. connected to it in a rotationally fixed manner.
Mittels des integralen Differentials ist das Eingangsmoment der Eingangswelle des Differentials wandelbar und in einem definierten Verhältnis auf die beiden Abtriebswellen aufteilbar bzw. übertragbar. Vorzugsweise wird das Eingangsmoment zu je 50%, das heißt hälftig auf die Abtriebswellen übertragen. Somit weist das Differential kein Bauteil auf, an dem die Summe der beiden Abtriebsmomente anliegt. Darüber hinaus weist das Differential bei identischen Abtriebsdrehzahlen der Abtriebswellen keine im Block umlaufenden bzw. ohne Wälzbewegung umlaufenden Verzahnungen auf. Anders gesagt erfolgt unabhängig der Abtriebsdrehzahlen der Abtriebswellen stets eine Relativbewegung der miteinander in Zahneingriff stehenden Bauteile des jeweiligen Planetenradsatzes. Mittels des Differentials wird zugleich die Funktion der Erzeugung der Gesamtübersetzung sowie die Differentialfunktion dargestellt. Anders gesagt realisiert das integrale Differential eine Drehmomenterhöhung sowie eine Aufteilung einer Antriebsleistung realisiert. Des Weiteren erfolgt eine Gewichtseinsparung.By means of the integral differential, the input torque of the input shaft of the differential can be changed and can be divided or transferred to the two output shafts in a defined ratio. Preferably, 50% of the input torque, i.e. half, is transferred to the output shafts. The differential therefore has no component to which the sum of the two output torques is applied. In addition, with identical output speeds of the output shafts, the differential has no teeth rotating in the block or rotating without rolling movement. In other words, regardless of the output speeds of the output shafts, there is always a relative movement of the components of the respective planetary gear set that mesh with one another. Using the differential, the function of generating the overall translation as well as the differential function are represented. In other words, the integral differential realizes an increase in torque and a division of drive power. Furthermore, there is a weight saving.
Vorzugsweise sind das integrale Differential und die Abtriebswellen dazu eingerichtet, koaxial zur Antriebsachse des Fahrzeugs angeordnet zu sein. Damit verläuft die Abtriebsachse, auf der das integrale Differential und die Abtriebswellen liegen, koaxial zur Antriebsachse, und zwar insbesondere koaxial zur Rotationsachse des Rotors der elektrischen Maschine, koaxial zur Eingangswelle des Getriebes und/oder koaxial zur Ausgangswelle des Getriebes.Preferably, the integral differential and the output shafts are arranged to be arranged coaxially with the drive axle of the vehicle. The output axle, on which the integral differential and the output shafts lie, thus runs coaxially to the drive axle, in particular coaxially to the axis of rotation of the rotor of the electric machine, coaxially to the input shaft of the transmission and/or coaxially to the output shaft of the transmission.
Ein erstes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes ist drehfest mit der Ausgangswelle des Getriebes verbunden, wobei ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Abtriebswelle verbunden ist, und wobei ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes zumindest mittelbar drehfest mit einem ersten Radsatzelement des dritten Planetenradsatzes verbunden ist. Ein zweites Radsatzelement des dritten Planetenradsatzes ist drehfest mit einem ortsfesten Bauelement, insbesondere dem ortsfesten Gehäuse des Getriebes oder dem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs, verbunden, wobei ein drittes Radsatzelement des dritten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbunden ist. A first gear set element of the second planetary gear set is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft of the transmission, wherein a second gear set element of the second planetary gear set is connected in a rotationally fixed manner with the first output shaft, and wherein a third gear set element of the second planetary gear set is at least indirectly connected in a rotationally fixed manner to a first gear set element of the third planetary gear set . A second gear set element of the third planetary gear set is connected in a rotationally fixed manner to a stationary component, in particular the stationary housing of the transmission or the chassis of the motor vehicle, with a third gear set element of the third planetary gear set being connected in a rotationally fixed manner to the second output shaft.
Vorzugsweise ist das jeweilige erste Radsatzelement des zweiten bzw. dritten Planetenradsatzes als Sonnenrad zu verstehen, wobei das jeweilige zweite Radsatzelement des zweiten bzw. dritten Planetenradsatzes als Planetenträger zu verstehen ist, und wobei das jeweilige dritte Radsatzelement des zweiten bzw. dritten Planetenradsatzes als Hohlrad zu verstehen ist.Preferably, the respective first gear set element of the second or third planetary gear set is to be understood as a sun gear, wherein the respective second gear set element of the second or third planetary gear set is to be understood as a planet carrier, and wherein the respective third gear set element of the second or third planetary gear set is to be understood as a ring gear is.
Bevorzugt ist zumindest das Getriebe und/oder das Differential zumindest teilweise oder vollständig räumlich innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet. Durch Anordnung des Getriebes und/oder des Differentials radial innerhalb des Rotors kann axialer Bauraum des Antriebsstranges eingespart werden. Mithin ist der Antriebsstrang dadurch axial kurzbauend ausgebildet. Beispielsweise ist das Getriebe vollständig räumlich innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet. Beispielsweise ist das Differential vollständig räumlich innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet. Beispielsweise ist wenigstens eines der Gangschaltelemente, vorzugsweise mehrere Gangschaltelemente, innerhalb des Rotors angeordnet.Preferably, at least the transmission and/or the differential is at least partially or completely arranged spatially within the rotor of the electric machine. By arranging the gearbox and/or the differential radially within the rotor, axial installation space of the drive train can be saved. The drive train is therefore designed to be axially short. For example, the transmission is arranged completely spatially within the rotor of the electric machine. For example, the differential is arranged completely spatially within the rotor of the electrical machine. For example, at least one of the gearshift elements, preferably a plurality of gearshift elements, is arranged within the rotor.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang sowie das erfindungsgemäße Getriebe sind in rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen sowie gleichermaßen in hybridisch angetriebenen Fahrzeugen einsetzbar, die teilweise elektrisch und gegebenenfalls teilweise mittels eines separaten Verbrennungsmotors antreibbar sind. Das Fahrzeug kann je nach Ausbildung und Anzahl der angetriebenen Achsen auch zwei oder mehrere derartige Antriebsstränge bzw. Getriebe umfassen, wobei eine Achse, mehrere Achsen oder alle Achsen des Fahrzeugs mit dem jeweiligen erfindungsgemäßen Antriebsstrang ausgestattet und dadurch antreibbar ausgeführt sein können. Unter einem solchen Fahrzeug sind somit Kraftfahrzeuge zu verstehen, insbesondere PKW, NKW oder LKW.The drive train according to the invention and the transmission according to the invention can be used in purely electrically driven vehicles as well as in hybrid-driven vehicles, which can be driven partly electrically and, if necessary, partly by means of a separate internal combustion engine. Depending on the design and number of driven axles, the vehicle can also include two or more such drive trains or transmissions, whereby one axle, several axles or all axles of the vehicle can be equipped with the respective drive train according to the invention and can therefore be designed to be drivable. Such a vehicle therefore means motor vehicles, in particular cars, commercial vehicles or trucks.
Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen ggf. auch kombiniert werden können, um die vorliegend genannten Vorteile und Effekte kumuliert umsetzen zu können. It is understood that features of the solutions described above or in the claims and/or figures can also be combined if necessary in order to be able to implement the advantages and effects mentioned here cumulatively.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Einzelnen zeigt:
-
1 ein Fahrzeug, umfassend einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer ersten Ausführungsform; -
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach1 ; -
3 eine schematische Darstellung einer Schaltmatrix betreffend Schaltzuständen zum Antrieb mit einem erfindungsgemäßen Getriebe gemäß2 ; -
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer zweiten Ausführungsform; -
5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer dritten Ausführungsform; -
6 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer vierten Ausführungsform; -
7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer fünften Ausführungsform; -
8 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit demerfindungsgemäßen Getriebe nach 1 und2 ; -
9 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit dem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer sechsten Ausführungsform; -
10 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit dem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer siebten Ausführungsform; -
11 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit dem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer achten Ausführungsform; -
12 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit dem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer neunten Ausführungsform; und -
13 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit dem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer zehnten Ausführungsform.
-
1 a vehicle comprising a drive train according to the invention with a transmission according to the invention according to a first embodiment; -
2 a schematic representation of the transmission according to theinvention 1 ; -
3 a schematic representation of a switching matrix regarding switching states Drive with a transmission according to theinvention 2 ; -
4 a schematic representation of the transmission according to the invention according to a second embodiment; -
5 a schematic representation of the transmission according to the invention according to a third embodiment; -
6 a schematic representation of the transmission according to the invention according to a fourth embodiment; -
7 a schematic representation of the transmission according to the invention according to a fifth embodiment; -
8th a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to theinvention 1 and2 ; -
9 a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to a sixth embodiment; -
10 a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to a seventh embodiment; -
11 a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to an eighth embodiment; -
12 a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to a ninth embodiment; and -
13 a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to a tenth embodiment.
Das Fahrzeug 1 kann weiterhin einen - hier nicht gezeigten - Energiespeicher umfassen, der die elektrische Maschine 11 mit elektrischer Energie speist und der von der elektrischen Maschine 11 bei umgekehrtem Leistungsfluss, also in einem Generatorbetrieb, mit elektrischer Energie gespeist wird. Der Energiespeicher kann beispielsweise eine Batterie oder dergleichen sein. Zudem ist die elektrische Maschine 11 mit einer - hier ebenfalls nicht gezeigten - Leistungselektronik verbunden.The
In
Das Getriebe 3 umfasst einen Stufenplanetenradsatz 4 mit einem gehäusefesten ersten Hohlrad 8a, einem zweiten Hohlrad 8b, einem drehfest mit einer ersten Eingangswelle 29a verbundenen ersten Sonnenrad 7a, einem koaxial und axial benachbart dazu angeordneten und drehfest mit einer zweiten Eingangswelle 29b verbundenen zweiten Sonnenrad 7b, das durch das erste Sonnenrad 7a axial hindurchgeführt ist. Ein erster Planetenträger 9 ist zudem drehfest mit einer dritten Eingangswelle 29c verbunden. Am ersten Planetenträger 9 sind mehrere drehbar gelagerte Stufenplanentenräder 10 angeordnet. Das erste Gangschaltelement A ist dazu eingerichtet, in einem geschlossenen Zustand das erste Sonnenrad 7a bzw. die erste Eingangswelle 29a mit dem Rotor 19 der elektrischen Maschine 11 drehfest zu verbinden, wobei das zweite Gangschaltelement B dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das zweite Sonnenrad 7b bzw. die zweite Eingangswelle 29b mit dem Rotor 19 der elektrischen Maschine 11 drehfest zu verbinden, und wobei das dritte Gangschaltelement C dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand den ersten Planetenträger 9 bzw. die dritte Eingangswelle 29c mit dem Rotor 19 der elektrischen Maschine 11 drehfest zu verbinden. Zum Drehantrieb der Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 liegt eines der Gangschaltelemente A, B, C im geschlossenen Zustand vor, während die jeweils anderen beiden Gangschaltelemente A, B, C geöffnet sind.The
Mithin erfolgt der Antrieb über eines der beiden Sonnenräder 7a, 7b oder über den ersten Planetenträger 9. Das erste Sonnenrad 7a steht mit einem ersten Zahnrad 31 a des jeweiligen Stufenplanetenrades 10 in Zahneingriff und das zweite Sonnenrad 7b steht mit einem zweiten Zahnrad 31 b des jeweiligen Stufenplanetenrades 10 in Zahneingriff. Die beiden Zahnräder 31a, 31b des jeweiligen Stufenplanetenrades 10 sind drehfest miteinander verbunden. Der Abtrieb erfolgt über das zweite Hohlrad 8b, das mit dem zweiten Zahnrad 31 b des jeweiligen Stufenplanetenrades 10 in Zahneingriff steht. Das erste Zahnrad 31a steht zudem mit dem an einem Gehäuse 13 festgesetzten ersten Hohlrad 8a in Zahneingriff. Die beiden Zahnräder 31a, 31 b weisen unterschiedliche Durchmesser und Zähnezahlen auf, sodass, je nachdem über welches Zahnrad 31 a, 31 b die Antriebsleistung übertragen wird bzw. welches Gangschaltelement A, B, C geschlossen bzw. offen ist, drei unterschiedliche Übersetzungen auf den Ausgangs des Getriebes 3 übertragbar sind. Vorliegend weist das erste Zahnrad 31 a des jeweiligen Stufenplanetenrades 10 einen kleineren Durchmesser auf als das zweite Zahnrad 31b des jeweiligen Stufenplanetenrades 10.The drive therefore takes place via one of the two
Wenn das erste Gangschaltelement A in einem geschlossenen Zustand vorliegt oder in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und das zweite und dritte Gangschaltelement B, C in einem geöffneten Zustand vorliegen, ist das erste Sonnenrad 7a bzw. die erste Eingangswelle 29a mit dem Rotor 19 bzw. mit der Ausgangswelle 41 der elektrischen Maschine 11 drehfest verbunden, sodass eine Antriebsleistung über das erste Sonnenrad 7a auf die Stufenplanetenräder 10 und von dort über das zweite Hohlrad 8b auf die Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 geleitet wird. Wenn das zweite Gangschaltelement B in einem geschlossenen Zustand vorliegt oder in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und das erste und dritte Gangschaltelement A, C in einem geöffneten Zustand vorliegen, ist das zweite Sonnenrad 7b bzw. die zweite Eingangswelle 29b mit dem Rotor 19 bzw. mit der Ausgangswelle 41 der elektrischen Maschine 11 drehfest verbunden, sodass eine Antriebsleistung über das zweite Sonnenrad 7b auf die Stufenplanetenräder 10 und von dort über das zweite Hohlrad 8b auf die Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 geleitet wird. Wenn das dritte Gangschaltelement C in einem geschlossenen Zustand vorliegt oder in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und das erste und zweite Gangschaltelement A, B in einem geöffneten Zustand vorliegen, ist der erste Planetenträger 9 bzw. die dritte Eingangswelle 29c mit dem Rotor 19 bzw. mit der Ausgangswelle 41 der elektrischen Maschine 11 drehfest verbunden, sodass eine Antriebsleistung über den ersten Planetenträger 9 auf die Stufenplanetenräder 10 und von dort über das zweite Hohlrad 8b auf die Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 geleitet wird. In einem geöffneten Zustand des jeweiligen Gangschaltelements A, B, C wird kein Drehmoment über das jeweilige Gangschaltelement A, B, C übertragen, wohingegen in einem geschlossenen Zustand des jeweiligen Gangschaltelements A, B, C ein Drehmoment über das jeweilige Gangschaltelement A, B, C übertragen wird. Wenn mindestens zwei der Gangschaltelement A, B, C geschlossen sind, ist eine Parksperrenfunktion realisierbar.When the first gearshift element A is in a closed state or is switched to the closed state and the second and third gearshift elements B, C are in an open state, the
In
Je nach Ausbildung der Gangschaltelemente A, B, C kann eine Zug- und/oder Schub-Lastschaltung realisiert werden. In einem solchen Fall ist das jeweilige Gangschaltelement A, B, C als Lastschaltelement, vorliegend als reibschlüssig wirkendes Schaltelement ausgebildet.Depending on the design of the gearshift elements A, B, C, a pull and/or push power shift can be implemented. In such a case, the respective gear shifting element A, B, C is designed as a power shifting element, in the present case as a frictionally acting shifting element.
Nach
In einer zweiten Ausgestaltungsvariante des Getriebes 3 nach
In einer dritten Ausgestaltungsvariante des Getriebes 3 nach
In einer vierten Ausgestaltungsvariante des Getriebes 3 nach
In einer fünften Ausgestaltungsvariante des Getriebes 3 nach
Das Übersetzungsgetriebe 24 ist vorliegend eine einstufige Stirnradstufe 6, bestehend aus einem mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbundenen ersten Zahnrad 39a und einem mit dem Differential 16 wirkverbundenen zweiten Zahnrad 39b. Die Übersetzungsstufe 24 realisiert durch entsprechende Ausbildung der Zahnraddurchmesser und Zähnezahlen die Erzeugung der Gesamtübersetzung des Antriebsstranges 2. Durch achsparallele Anordnung der Antriebsstrangkomponenten wird axialer Bauraum des Antriebsstranges 2 eingespart, und zwar insbesondere dadurch, dass die elektrische Maschine 11 zusammen mit dem Getriebe 3 sowie das Differential 16 zumindest teilweise nebeneinander angeordnet sind. Dadurch kann auch die elektrische Maschine 11 schlanker gestaltet werden, was sich wiederum positiv auf den Achsabstand zwischen der Antriebs- und Abtriebsachse 33, 17 auswirkt.In the present case, the transmission gear 24 is a single-stage spur gear stage 6, consisting of a
Das Differential gemäß
Nach
In den Beispielen nach
Der Unterschied zwischen dem siebten Ausführungsbeispiel nach
Das achte Ausführungsbeispiel nach
Das Ausführungsbeispiel nach
Mittels des zweiten Planetenradsatzes 26 ist ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Abtriebswelle 18a übertragbar, die durch das Getriebe 3 und die elektrische Maschine 11 axial hindurchgeführt ist. Ein dem ersten Abtriebsmoment entgegengesetzt wirkendes Abstützmoment des zweiten Planetenradsatzes 26 wird auf den dritten Planetenradsatz 27 übertragen und ist im dritten Planetenradsatz 27 derart wandelbar, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Abtriebswelle 18b übertragbar ist. Mithin ist das integrale Differential 25 als Planetengetriebe ausgebildet.By means of the second planetary gear set 26, a first output torque can be transferred to the
Das integrale Differential 25 ist über dessen Eingangswelle, die gleichzeitig die Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 ist, mit dem Getriebe 3 wirksam verbunden. Der Abtrieb am integralen Differential 25 erfolgt über die zwei Abtriebswellen 18a, 18b. Mit anderen Worten wird mittels des integralen Differentials 25 eine Antriebsleistung auf zwei Abtriebswellen 18a, 18b aufgeteilt. Die zweite Abtriebswelle 18b erstreckt sich bezogen auf die erste Abtriebswelle 18a in entgegengesetzte Richtung. Indem das integrale Differential 25, welches ein aus dem Getriebe 3 kommendes Drehmoment erhöht, erst am Ende des Antriebsstranges 2 angeordnet ist, können die im Leistungsfluss davor angeordneten Bauteile vergleichsweise klein und schlank ausgebildet werden, wodurch die Herstellung des Antriebsstranges 2 kostengünstiger gestaltet und das Gesamtgewicht desselben reduziert werden kann.The integral differential 25 is effectively connected to the
Die Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 ist drehfest mit einem vierten Sonnenrad 34a des zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden. Damit ist das zweite Hohlrad 8b des Getriebes 3 drehfest mit dem vierten Sonnenrad 34a verbunden. Die Leistungsübertragung vom zweiten Planetenradsatz 26 auf den dritten Planetenradsatz 27 erfolgt über eine Koppelwelle 35, die einerseits drehfest mit einem vierten Hohlrad 36a des zweiten Planetenradsatzes 26 und andererseits drehfest mit einem fünften Sonnenrad 34b des dritten Planetenradsatzes 27 verbunden ist. Mithin sind die Koppelwelle 35, das vierte Hohlrad 36a und das fünfte Sonnenrad 34b einteilig miteinander verbunden. Die Koppelwelle 35 mit dem vierten Hohlrad 36a und dem fünften Sonnenrad 34b kann auch als Hohlrad, das neben einer Innenverzahnung auch eine Au-ßenverzahnung aufweist, ausgebildet sein. Räumlich zwischen dem vierten Sonnenrad 34a und dem vierten Hohlrad 36a sind eine Mehrzahl von zweiten Planetenrädern 37a angeordnet, die vorliegend drehbar auf einem drehbar gelagerten dritten Planetenträger 38a angeordnet sind. Ferner sind auf der gleichen sich radial erstreckenden Ebene und radial außerhalb des zweiten Planetenradsatzes 26 räumlich zwischen dem fünften Sonnenrad 34b und einem fünften Hohlrad 36b des dritten Planetenradsatzes 27 eine Mehrzahl von dritten Planetenrädern 37b angeordnet, die vorliegend drehbar auf einem gehäusefesten vierten Planetenträger 38b angeordnet sind. Der erste Abtrieb auf die erste Abtriebswelle 18a erfolgt über den drehfest damit verbundenen dritten Planetenträger 38a des zweiten Planetenradsatzes 26. Der zweite Abtrieb auf die zweite Abtriebswelle 18b erfolgt über das drehfest damit verbundene fünfte Hohlrad 36b des dritten Planetenradsatzes 27.The
BezugszeichenReference symbols
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- AntriebsstrangDrivetrain
- 33
- Getriebetransmission
- 44
- StufenplanetenradsatzStepped planetary gear set
- 55
- KegelraddifferentialBevel gear differential
- 66
- StirnradstufeSpur gear stage
- 7a7a
- Erstes SonnenradFirst sun wheel
- 7b7b
- Zweites SonnenradSecond sun gear
- 8a8a
- Erstes HohlradFirst ring gear
- 8b8b
- Zweites HohlradSecond ring gear
- 99
- Erster PlanetenträgerFirst planetary carrier
- 1010
- StufenplanetenräderStepped planetary gears
- 1111
- Elektrische MaschineElectric machine
- 1212
- Ausgangswelle des GetriebesTransmission output shaft
- 1313
- GehäuseHousing
- 1414
- PlanetengetriebePlanetary gear
- 1515
- Erster PlanetenradsatzFirst planetary gear set
- 1616
- Differentialdifferential
- 16a16a
- DifferentialkorbDifferential basket
- 16b16b
- Erstes Abtriebsrad des DifferentialsFirst driven gear of the differential
- 16c16c
- Zweites Abtriebsrad des DifferentialsSecond driven gear of the differential
- 16d16d
- Ausgleichselement des DifferentialsCompensating element of the differential
- 16e16e
- Ausgleichselement des DifferentialsCompensating element of the differential
- 1717
- AbtriebsachseOutput axle
- 18a18a
- Erste AbtriebswelleFirst output shaft
- 18b18b
- Zweite AbtriebswelleSecond output shaft
- 1919
- Rotor der elektrischen MaschineElectric machine rotor
- 2020
- Drittes SonnenradThird sun gear
- 2121
- Drittes HohlradThird ring gear
- 2222
- Zweiter PlanetenträgerSecond planet carrier
- 2323
- Erstes PlanetenradFirst planetary gear
- 2424
- Übersetzungsgetriebetransmission gear
- 2525
- Integrales DifferentialIntegral differential
- 2626
- Zweiter PlanetenradsatzSecond planetary gear set
- 2727
- Dritter PlanetenradsatzThird planetary gear set
- 2828
- Rad des FahrzeugsWheel of the vehicle
- 29a29a
- Erste EingangswelleFirst input wave
- 29b29b
- Zweite EingangswelleSecond input wave
- 29c29c
- Dritte EingangswelleThird input wave
- 3030
- Stator der elektrischen MaschineElectric machine stator
- 31a31a
- Erstes Zahnrad des StufenplanetenradesFirst gear of the stepped planetary gear
- 31b31b
- Zweites Zahnrad des StufenplanetenradesSecond gear of the stepped planetary gear
- 3232
- Erste ZwischenwelleFirst intermediate wave
- 3333
- AntriebsachseDrive axle
- 34a34a
- Viertes Sonnenrad des integralen DifferentialsFourth sun gear of the integral differential
- 34b34b
- Fünftes Sonnenrad des integralen DifferentialsFifth sun gear of the integral differential
- 3535
- Koppelwelle des integralen DifferentialsCoupling shaft of the integral differential
- 36a36a
- Viertes Hohlrad des integralen DifferentialsFourth ring gear of the integral differential
- 36b36b
- Fünftes Hohlrad des integralen DifferentialsFifth ring gear of the integral differential
- 37a37a
- Zweites Planetenrad des integralen DifferentialsSecond planetary gear of the integral differential
- 37b37b
- Drittes Planetenrad des integralen DifferentialsThird planet gear of the integral differential
- 38a38a
- Dritter Planetenträger des integralen DifferentialsThird planet carrier of the integral differential
- 38b38b
- Vierter Planetenträger des integralen DifferentialsFourth planetary carrier of the integral differential
- 39a39a
- Erstes Zahnrad des ÜbersetzungsgetriebesFirst gear of the transmission gear
- 39b39b
- Zweites Zahnrad des ÜbersetzungsgetriebesSecond gear of the transmission gear
- 39c39c
- Drittes Zahnrad des ÜbersetzungsgetriebesThird gear of the transmission gear
- 39d39d
- Viertes Zahnrad des ÜbersetzungsgetriebesFourth gear of the transmission gear
- 4040
- Zweite ZwischenwelleSecond intermediate wave
- 4141
- Ausgangswelle der elektrischen MaschineElectric machine output shaft
- 4242
- DoppelschaltelementDouble switching element
- 4343
- DreifachschaltelementTriple switching element
- AA
- Erstes GangschaltelementFirst gear shift element
- Bb
- Zweites GangschaltelementSecond gear shift element
- CC
- Drittes GangschaltelementThird gear shift element
- E1E1
- Erster Gang bzw. erste GangstufeFirst gear or first gear step
- E2E2
- Zweiter Gang bzw. zweite GangstufeSecond gear or second gear stage
- E3E3
- Dritter Gang bzw. dritte GangstufeThird gear or third gear stage
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2014139744 A1 [0002]WO 2014139744 A1 [0002]
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