DE202012006745U1

DE202012006745U1 - Antriebsvorrichtung mit einer Antriebsmaschine, einem Planetengetriebe einem Differenzial und einer ein- und ausrückbaren Kupplung

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Publication number: DE202012006745U1
Application number: DE202012006745U
Authority: DE
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2022-07-14

Abstract

Antriebsvorrichtung (1) mindestens eine Antriebsmaschine (3), ein Planetengetriebe (5), ein Differenzial (11) mit einer ersten Abtriebswelle (13) und einer zweiten Abtriebswelle (14) und eine ein- und ausrückbaren Kupplung (8) aufweisend, wobei in einem ersten Planententrieb (6) des Planetengetriebes (5) ein erstes Sonnenrad (17) mit einem erster Satz Planetenräder (18), welche an einem ersten Planetenträger (20) drehbar gelagert sind, im Zahneingriff steht, und wobei der erste Planetentrieb (6) mit der Antriebsmaschine (3) und dem Differenzial (11) wirkverbunden ist, und dabei wenigstens ein erstes Kupplungselement (29) der Kupplung (8), welches drehmomentfest mit einer ersten Anschlusswelle (53) des ersten Planetentriebs (6) wirkverbunden ist, und ein zweites Kupplungselement (30) der Kupplung (8), welches drehmomentfest mit einer koaxial einer Zentralachse (2) der Antriebsvorrichtung (1) zur ersten Anschlusswelle (53) des Planetengetriebes (5) ausgerichteten zweiten Anschlusswelle (54) verbunden ist, miteinander ein- und ausrückbar wirkverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlusswelle (53) das erste Sonnenrad (17)...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mindestens eine Antriebsmaschine, ein Planetengetriebe, ein Differenzial mit einer ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle und eine ein- und ausrückbaren Kupplung aufweisend, wobei in einem ersten Planententrieb des Planetengetriebes ein erstes Sonnenrad mit einem erster Satz Planetenräder, welche an einem ersten Planetenträger drehbar gelagert sind, im Zahneingriff steht, und wobei der erste Planetentrieb mit der Antriebsmaschine und dem Differenzial wirkverbunden ist, und dabei wenigstens ein erstes Kupplungselement der Kupplung, welches drehmomenffest mit einer ersten Anschlusswelle des ersten Planetentriebs wirkverbunden ist, und ein zweites Kupplungselement der Kupplung, welches drehmomentfest mit einer koaxial einer Zentralachse der Antriebsvorrichtung zur ersten Anschlusswelle des Planetengetriebes ausgerichteten zweiten Anschlusswelle verbunden ist, miteinander ein- und ausrückbar wirkverbunden sind.
Hintergrund der Erfindung
US 4,418,77 A zeigt eine derartige Getriebevorrichtung. Eine elektrisch angetriebene Antriebsmaschine ist koaxial der Zentralachse der Getriebevorrichtung mit einem Zweigang-Planetengetriebe angeordnet und Leistungen übertragend mit diesem gekoppelt. Das Planetengetriebe wiederum ist mit einem Differenzial wirkverbunden. Die Getriebevorrichtung weist außerdem eine ein- und ausrückbare Kupplung, eine selbstschaltende Kupplung und eine lösbare Bremse auf. Über die Kupplungen kann wahlweise einer von zwei Zweigen des Planetengetriebes geschaltet werden, wodurch über den jeweils geschalteten Zweig Leistung zwischen der Antriebsmaschine und dem Differenzial fließen kann. Durch Betätigen der Bremse wird einer der vorher genannten Zweige geschaltet, jedoch die Drehrichtung umgekehrt.
Die Zentralachse und die Rotorwelle eines Rotors der Antriebsmaschine liegen aufeinander. Eine der Abtriebswellen ist vom Differenzial aus konzentrisch durch das Planetengetriebe und schließlich durch die Rotorwelle der Antriebsmaschine geführt. Die andere Abtriebswelle geht in entgegengesetzte Richtung koaxial zur Zentralachse der Getriebevorrichtung von dem Differenzial ab. Die Getriebevorrichtung nach US 4,418,77 A ist in einem Gehäuse untergebracht, welches aus dem Gehäuse der Antriebsmaschine und dem Getriebegehäuse zusammengesetzt ist.
Das Planetengetriebe ist aus einem ersten Planetentrieb und einem zweiten Planetentrieb gebildet. Jeder der Planetentriebe weist drei Anschlusswellen auf, die alle um die Zentralachse rotierbar angeordnet sind oder von denen wenigstens eine gegenüber dem Gehäuse zeitweise festlegbar oder dauerhaft festgelegt ist. Diese Anschlusswellen, die auch Zentralwellen genannt werden, weisen die Zentralachse als Rotations- bzw. Mittelachse auf und sind Sonnenräder, Planetenträger und Hohlräder.
Bekannte ein- und ausrückbare Kupplungen derartiger Getriebevorrichtungen weisen in der Regel ein angetriebenes erstes Kupplungselement und ein durch das erste Kupplungselement antreibbares zweites Kupplungselement und eine Kupplungsbetätigung, mit der die Kupplung ausgerückt oder wahlweise auch ein- oder ausgerückt werden kann, auf. Erstes und zweites Kupplungselement sind durch Verlagerung, beispielsweise eines der Kupplungselemente gegen das andere, form- und/oder reibschlüssig miteinander verbindbar und voneinander trennbar. Verlagert wird in eine mit der Zentralachse gleichgerichtete Richtung. Das oder die Kupplungselemente sind dazu längs verschiebbar und drehmomentfest an einem Träger angeordnet. Ein Nehmer der Kupplungsbetätigung wirkt auf das verschiebbare Kupplungselement.
In US 4,418,777 A ist eine Lamellenkupplung beschrieben, in der die Kupplungselemente die inneren und äußeren Kupplungslamellen sind und der Nehmer der Kupplungsbetätigung ein hydraulisch betätigter Kolben ist. Träger sind der innere Kupplungslamellenträger und der äußere Kupplungslamellenträger mit längsgerichteten Nuten, in die die Kupplungslamellen formschlüssig eingreifen und in denen die Kupplungslamellen längs verschiebbar aber umfangsgerichtet drehmomentfest an dem Kupplungslamellenträger sitzen.
Der erste Planetentrieb ist durch ein erstes Sonnenrad, einen ersten Satz Planetenräder, einen ersten Planetenträger und durch ein erstes Hohlrad gebildet. Das Sonnenrad ist um die Zentralachse rotierbar mit der Rotorwelle verbunden und steht im Zahneingriff mit den Planetenrädern. Jedes der Planetenräder sitzt mit radialem Abstand zur Zentralachse drehbar auf einem Planetenbolzen und steht im Zahneingriff mit dem Hohlrad. Die Planetenbolzen sind von dem Planenträger getragen. Der erste Planetenträger ist drehmomentfest mit dem ersten Sonnenrad verbunden und mit diesem um die Zentralachse rotierbar. Der erste Planetenträger ist zweiseitig, an der einen Seite auf der Rotorwelle und an der anderen Seite auf einem Gehäusesitz um die Zentralachse rotierbar abgestützt. Das erste Hohlrad ist mit einem Freilauf verbunden, der die selbstschaltende Kupplung ist, der im Gehäuse sitzt und über den das erste Hohlrad gegenüber dem Gehäuse abgestützt werden kann.
Am ersten Hohlrad sind ein innerer Bremslamellenträger der in US 4,418,77 A auch als Kupplung bezeichneten Bremse und ein innerer Bremslamellenträger einer lösbaren Bremse ausgebildet. Auf dem inneren Bremslamellenträger sitzen drehmomentfest innere Bremslamellen in nebeneinander, zwischen denen die am Gehäuse drehmomentfest abgestützten äußeren Bremslamellen angeordnet sind. Die äußeren Bremslamellen sitzen in einem äußeren Bremslamellenträger, der am Gehäuse fest ist. Mittels des Nehmers der Kupplungsbetätigung, also mittels eines hydraulisch betätigten Kolbens, können die mit der Zentralachse gleichgerichtet an dem Bremslamellenträgern verschiebbaren Bremslamellen miteinander in Reibschluss gebracht und damit das Hohlrad am Gehäuse abgebremst und schließlich drehfest gehalten werden.
Über die Kupplung sind mindestens zwei Anschlusswellen des Planetengetriebes miteinander durch Ein- und Ausrücken wiederholt trennbar und verbindbar. Eine Anschlusswelle ist ein zweiter Planetenträger des zweiten Planetentriebs, an dem die äußeren Kupplungslamellen sitzen. Die andere Anschlusswelle ist, wie schon erwähnt, das erste Hohlrad. Auf dem inneren Kupplungslamellenträger der Kupplung sitzen innere Kupplungslamellen. Die inneren Kupplungslamellen wechseln sich in Reihe mit den äußeren Kupplungslamellen ab. Nehmer der Kupplungsbetätigung dieser Kupplung ist ein hydraulisch betätigter Kolben. Der Kolben sitzt in dem als innenzylindrischer Abschnitt des zweiten Planetenträges ausgebildeten Träger. Beim Einrücken der Kupplung werden die Kupplungslamellen in eine mit der Zentralachse gleichgerichtete Richtung in Reibschluss aufeinander geschoben.
An dem zweiten Planetenträger ist auf Planetenbolzen ein Satz zweiter Planetenräder des zweiten Planetentriebs drehbar gelagert. Die Planetenräder stehen im Zahneingriff mit einem zweiten Sonnenrad und einem zweiten Hohlrad des zweiten Planetentriebs. Das zweite Hohlrad ist am Gehäuse festgelegt. Der zweite Planetenträger ist mit einer Seite um die Zentralachse rotierbar auf einem zylindrischen Abschnitt des ersten Planetenträgers abgestützt. Die andere Seite des zweiten Planetenträgers ist drehmomentfest an dem Gehäuse des Differenzials gehalten und mit diesem rotierbar. Das zweite Sonnenrad ist über eine Längsverzahnung drehmomentfest mit dem ersten Planetenträger des ersten Planetentriebs gekoppelt.
Beschreibung der Erfindung
Es sei darauf hingewiesen, dass alle attributiv gebrauchten Adjektive wie „erster”, „zweite”, „drittes”, „vierten” usw. den Elementen und Baugruppen im gesamten Text nur beigefügt sind, damit sie allgemein voneinander unterschieden werden können. Sie begründen keine Rangfolge oder sind nicht als Bewertung zu sehen und können, müssen aber nicht, die Anzahl dieser Elemente in der beschriebenen Baugruppe bestimmen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der zuvor beschriebenen Gattung zu schaffen, welche einfach und kompakt aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung weist mindestens eine Antriebsmaschine, wenigstens ein Planetengetriebe, ein Differenzial mit einer ersten Abtriebswelle und mit einer zweiten Abtriebswelle, eine ein- und ausrückbaren Kupplung und eine Kupplungsbetätigung für die Kupplung auf.
Ein erster Planetentrieb des Planetengetriebes besteht wenigstens aus einem ersten Sonnenrad, mindestens einem ersten Satz Planetenräder und aus mindestens einem ersten Planetenträger. Von dem ersten Satz Planetenräder, stehen wenigstens zwei, drei oder mehr mit Abstand zur Rotationsachse des ersten Sonnenrades am Planetenträger gelagerte Planetenräder im Zahneingriff mit der Sonne. Der erste Planetentrieb ist mit der Antriebsmaschine und dem Differenzial wirkverbunden. Vorzugsweise weist der erste Planetentrieb auch ein erstes Hohlrad auf, welches am Gehäuse drehfest gehalten ist und an welchem sich die Planetenräder des ersten Satzes abstützen.
Die Kupplung weist wenigstens ein erstes und ein zweites Kupplungselement auf. Die Kupplungselemente sind im ausgerückten Zustand relativ zueinander rotierbar um die Kupplungsachse angeordnet und gehen im eingerückten Zustand eine reib-, kraft- und oder formschlüssige Verbindung ein. Über die Kupplung wird mit oder ohne Schlupf Leistung, d. h., es werden Drehzahlen und Drehmomente beispielsweise von der ersten Antriebsmaschine oder von den Abtriebswellen des Differenzials aus übertragen. Das erste Kupplungselement der Kupplung ist drehmomentfest mit einer ersten Anschlusswelle des ersten Planetentriebs wirkverbunden und ein zweites Kupplungselement ist drehmomentfest mit einer zweiten Anschlusswelle wirkverbunden. Die erste Anschlusswelle und die zweite Anschlusswelle sind koaxial zueinander auf einer Zentralachse der Antriebsvorrichtung ausgerichtet. Die Kupplungsachse und die Rotationsachse liegen auf der Zentralachse.
Die Erfindung sieht weiter vor, dass die erste Anschlusswelle das erste Sonnenrad ist. Anders ausgedrückt: Das erste Kupplungselement ist drehmomentfest mit dem ersten Sonnenrad verbunden. Damit wird durch Ausrücken der Kupplung eine Leistungen übertragende Wirkverbindung zwischen dem ersten Sonnenrad des ersten Planetentriebs und der zweiten Anschlusswelle aufgehoben. Wenn die Kupplung eingerückt ist, ist zwischen dem ersten Sonnenrad und der zweiten Anschlusswelle eine Leistungen übertragende Wirkverbindung hergestellt.
Die Antriebsmaschinen sind alle antreibenden Maschinen, wie Verbrennungsmotoren, Hydraulikmotoren oder, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, Elektromotoren. Die Rotationsachse des Rotors einer elektrisch angetriebenen Maschine liegt dabei vorzugsweise auf der Zentralachse. Das Planetengetriebe weist wenigstens einen Planetentrieb auf, kann aber auch aus mehreren Planetentrieben zusammengesetzt sein. Planetentriebe bestehen zumindest aus einem Sonnenrad, einem Planetenträger und aus Planeten oder zumindest aus einem Hohlrad, einem Planetenträger und Planeten, sind vorzugsweise alternativ auch aus Sonnenrad, Planetenrädern, Planetenträger und Hohlrad zusammengesetzt.
Differenziale sind die bekannten Drehmomentverteiler, die einen Differenzialkorb, in dem Differenzialkorb gelagerte Ausgleichsräder und mit den Ausgleichsrädern im Zahneingriff stehende und auch im Differenzialkorb gelagerte Abtriebsräder aufweisen. Die Abtriebsräder sind mit Abtriebswellen gekoppelt, von denen jede in einem Fahrzeug entweder mit einer angetriebenen Achse oder mit einem angetriebenen Fahrzeugrad wirkverbunden ist. Der Differenzialkorb ist in einem Stirnraddifferenzial beispielsweise ein Planetenträger. Die Ausgleichsräder sind entweder Kegelräder oder in einem Stirnraddifferenzial Planetenräder. Die Abtriebsräder sind entweder Kegelräder oder in einem Stirnraddifferenzial Sonnenräder.
Ein- und ausrückbare Kupplungen sind vorzugsweise reib-kraftschlüssige Kupplungen, wie Lamellenkupplungen und oder formschlüssige Kupplungen, wie Zahn- oder Klauenkupplungen.
Die Kupplungsbetätigung der Kupplung ist aus einem Antrieb, einem durch den Antrieb betätigten Geber und aus einem Nehmer gebildet. Antriebe der Kupplung sind beispielsweise elektromotorische oder hydraulische Antriebe bzw. Hand- oder Fußbetätigungen. Geber sind beispielsweise Hydraulikkolben, Linearantriebe, Hebel oder Mischformen der vorgenannten Antriebe, die entsprechend ihres hydraulischen oder mechanischen Prinzips den Nehmer anregen, das heißt, Schwenken und oder verschieben. Nehmer sind z. B. hydraulische Kolben, oder, wie eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, Schiebemuffen. Schiebemuffen sind Kupplungsbauteile, die durch Längsverschiebung, also in diesem Falle richtungsgleich der Zentralachse bewegbar sind. Die Schiebemuffen weisen entweder wenigstens eines der Kupplungselemente auf oder sind separate Bauteile, mit denen die Kupplungselemente aufeinander oder eines der Kupplungselemente auf das andere verschoben wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Nehmer eine längsverschiebbare und mit der ersten Anschlusswelle drehmomentfest wirkverbundene Schiebemuffe ist, wobei das erste Kupplungselement über die Schiebemuffe in das zweite Kupplungselement einrückbar ist. Die Schiebemuffe ist vorzugsweise außen an ihrem Umfang linearbeweglich geführt, kann aber auch außen auf einem Muffenträger längsverschiebbar angeordnet sein. Die Schiebemuffe weist dazu beispielsweise innen oder außen eine längs gerichtete Verzahnung auf, die in einer korrespondierenden Gegenverzahnung des Muffenträgers richtungsgleich mit der Zentralachse längs verschiebbar ist.
Mögliche Kupplungselemente sind Reibscheiben wie Lamellen, Reibkonen oder Verzahnungen. Die Kupplungselemente sitzen entweder auf Trägern, wie Lamellenträgern, Schiebemuffenträger oder Platten, wobei die Träger drehmomentfest mit der jeweiligen Anschlusswelle verbunden sind. Drehmomentfest sind alle Verbindungen, welche die Übertragung von Drehmomenten zwischen den beiden miteinander verbundenen Bauteilen um deren Rotationsachse zulassen. Diese Verbindungen können formschlüssig- und/oder kraftschlüssig, reibschlüssig, als Keilwellenverbindungen, Welle-Nabe-Verbindungen mit Passfeder- oder Presssitzen gebildet sein. Drehmomentfeste Verbindungen können damit auch in Längsrichtung feste Verbindungen aber auch längs richtungsgleich mit der Zentralachse verschiebbar sein.
Als Anschlusswellen werden die Bauteile von Planetengetrieben bezeichnet, die gemeinsam mit mindestens einem Satz Planeten einen Planetentrieb bilden und die eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen. Über Anschlusswellen kann Leistung in den Planetentrieb ein- oder ausgebracht bzw. weitergeleitet werden. Dementsprechend sind Anschlusswellen die Sonnenräder, Planetenträger und Hohlräder inklusive möglicherweise an diesen ausgebildete längs mit der Zentralachse gleichgerichtete Verlängerungen wie Bunde, hohlzylindrische Abschnitte und Wellenstümpfe bzw. Wellen.
Die einzelnen Elemente sind mit den Anschlusswellen direkt oder unter Zwischenschaltung weiterer Wellen, Verbindungsstücke oder Kupplungen gekoppelt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Nehmer an der um die Zentralachse rotierbaren ersten Anschlusswelle, also an dem ersten Sonnenrad direkt, richtungsgleich mit der Zentralachse längs verschiebbar, geführt ist. Der Nehmer sitzt dabei auf oder in einem hohlzylindrischen Abschnitt, auf einem Wellenende usw., welcher/welches direkt mit dem Sonnenrad verbunden oder an diesem ausgebildet ist. Alternativ wirkt der Geber in Längsrichtung – also richtungsgleich mit der Zentralachse gegen einen derartigen Abschnitt oder gegen ein derartiges Wellenende. Zuletzt Genanntes kann beispielsweise durch einen koaxial zur Zentralachse ausgerichteten und die Anschlusswelle umfangsseitig umgebenden Ringkolben in einem Ringzylinder verwirklicht werden, welcher durch hydraulischen Druck längs bewegbar ist. Da der Zylinder fest und der Kolben nur linearbeweglich ist, muss in diesem Fall eine Drehentkopplung zwischen dem Kolben und dem Sonnenrad ausgebildet sein.
Andere Betätigungen setzen eine Drehentkoppelung zwischen dem Geber und dem Nehmer voraus, da der Geber und das Übertragungssystem gehäusefest nur linear oder kippbeweglich sind und der Nehmer dagegen jedoch mit dem Kupplungselement um die die Zentralachse rotierbar ist.
Eine Drehentkopplung ist in diesem Sinne eine Anordnung, die längs in die mit der Zentralachse gleich gerichteten Richtungen Kraftübertragungen zulässt, die aber Drehmomentübertragungen zwischen Geber und Nehmer oder Nehmer und Kupplungselement durch Rotation verhindert. Eine Drehentkopplung ist beispielsweise ein Axial- oder Radiallager. Das Axiallager weist zwei längs nebeneinander angeordnete Lagerringe auf, zwischen denen sich Wälzkörper abwälzen. Radiallager weisen zwei konzentrisch zueinander angeordnete Lagerringe auf, zwischen denen sich Wälzkörper abwälzen. Wälzkörper sind Rollen oder Kugeln. Ein Lagerring ist mit dem linearbeweglichen Bauteil, der andere mit dem rotationsbeweglichen verbunden.
Die Kupplung weist in der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung eine relativ geringe Baugröße bei hoher Leistung auf. Eine derartige Antriebsvorrichtung kann sehr kompakt ausgebildet. Die Fertigungs- und Montagekosten sind vergleichsweise gering. Durch die wahlweise Schaltung einer Neutralstellung, d. h. beim Ausrücken der Kupplung kann nicht nur der Antrieb unterbrochen, sondern können auch in bestimmten Betriebszuständen Schleppverluste vermieden werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein zweites Sonnenrad mit einem drehbar an einem zweiten Planetenträger gelagerten zweiten Satz Planetenräder eines zweiten Planetentriebs des Planetengetriebes im Zahneingriff steht, wobei Anschlusswellen des zweiten Planetentriebs koaxial zwischen der Antriebsmaschine und dem ersten Planetentrieb angeordnet sind. Der zweite Planetentrieb weist darüber hinaus ein zweites Hohlrad auf, welches an einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung drehfest gelegt ist und an welchem sich die Planetenräder des zweiten Planetensatzes abstützen. Der zweite Planetentrieb ist beispielsweise über das zweite Sonnenrad mit der Antriebsmaschine, vorzugsweise mit der Rotorwelle des auch als elektrisch angetriebene Maschine bezeichneten Elektromotors gekoppelt. Zwischen dem zweiten Planetentrieb und dem ersten Planetentrieb ist die Kupplung angeordnet.
Der zweite Planetentrieb weist eine dritte Anschlusswelle auf, welche mit einem dritten Kupplungselement versehen ist. Beim Schalten kann mittels des Nehmers wahlweise zwischen dem ersten Kupplungselement und dem zweiten Kupplungselement oder dem ersten Kupplungselement und dem dritten Kupplungselement eine ausrückbare Leistungen übertragende Wirkverbindung hergestellt werden. So ist vorgesehen, dass die erste Anschlusswelle das erste Sonnenrad des ersten Planetenträgers, die zweie Anschlusswelle die Rotorwelle eine elektrisch betriebenen Antriebsmaschine und die dritte Anschlusswelle der zweite Planetenträger ist. Durch Verschieben des Nehmers kann wahlweise eine Leistungen übertragende Wirkverbindung zwischen der Rotorwelle und dem ersten Planententrieb oder eine Leistungen übertragende Wirkverbindung zwischen dem zweiten und dem ersten Planetentrieb alternativ in einer Neutralstellung eine Unterbrechung des Leistungsflusses zum ersten Planetentrieb geschaltet werden.
Mit einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Planetentrieb und das Differenzial zumindest über eine vierte Anschlusswelle des Planetengetriebes und über wenigstens ein an einer fünften Anschlusswelle des Planetengetriebes gelagertes und mit der vierten Anschlusswelle im Zahneingriff stehendes Zahnrad miteinander wirkverbunden sind.
Der Begriff „Planetengetriebe” schließt demnach getriebliche Verbindungen wie Zahnradpaarungen auf Wellen sitzender Zahnräder, Kettentriebe usw. nicht aus, sondern lässt im Planetengetriebe auch beispielsweise Stirnradstufen zu. So sind zum Beispiel der erste Planetentrieb, der als eine Untersetzungsstufe des Planetengetriebes ausgebildet ist, und das Differenzial über eine Stirnradstufe oder einen Winkeltrieb miteinander verbunden und deshalb mit Achsversatz zueinander angeordnet.
Alternativ und vorzugsweise liegt jedoch die Rotationsachse des Differenzials auf der Zentralachse und das Differenzial folgt koaxial auf den ersten Planetentrieb. Der erste Planetentrieb ist über den ersten Planetenträger, dessen Fortsetzung in einem dritten Hohlrad endet, und über einen mit dem dritten Hohlrad im Zahneingriff stehenden dritten Satz Planetenräder mit dem Differenzial getrieblich wirkverbunden. Die vierte Anschlusswelle ist in diesem Fall der zweite Planetenträger bzw. das dritte Hohlrad. Diese sind als eine Einheit drehmomentfest miteinander verbunden und gemeinsam um die Zentralachse rotierbar. Die Planeten des dritten Satzes sind drehbar an der fünften Anschlusswelle gelagert, die ein dritter Planetenträger des Differenzials ist und greift in einen vierten Satz Planetenräder. Die Planetenräder des vierten Satzes sind auch drehbar an dem dritten Planetenträger gelagert und stehen im Zahneingriff mit einem dritten Sonnenrad des Differenzials.
Aus der Anordnung ergibt sich kurz gesagt, dass das dritte Sonnenrad die erste Abtriebswelle (links) des Differenzials ist und die zweite Abtriebswelle (rechts) des Differenzials gleichzeitig die fünfte Anschlusswelle und damit der dritte Planetenträger ist.
In klassischen Differenzialen, die als Achsgetriebe ausgebildet sind, weisen linker und rechter Ausgleichssatz gleiche Übersetzungen auf. Ein Beispiel bildet das klassische Kegelraddifferenzial, welches in der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung angeordnet sein kann. Ein anderes Beispiel ist ein Stirnraddifferenzial, in dem die Ausgleichsräder Planetenräder und die Abtriebsräder Sonnenräder sind. Stirnraddifferenziale dieses Typs sind auch in der erfindungsgemäßen Anordnung einsetzbar. In beiden Fällen weisen die die Ausgleichsräder und die Abtriebsräder der jeweiligen Abtriebsseite gleiche Zähnezahlen und Module auf. In beiden Fällen sind die Differenzialkörbe (Planetenträger) die Summenwellen der Differenziale sowie Anschlusswellen für die Verbindung zwischen dem ersten Planetensatz und dem Differenzial und die Abtriebsräder sind gleiche Zahnräder.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Anschlusswelle des Differenzials über einen dritten Planetentrieb des Planetengetriebes mit einer zweiten Antriebsmaschine wirkverbunden ist. Durch eine derartige Anordnung kann ein zweiter Antrieb oder können Torque-Vectoring-Funktionen verwirklicht werden.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Schema einer Antriebsvorrichtung 1, das die Antriebsvorrichtung 1 längs entlang der Zentralachse 2 der Antriebsvorrichtung 1 abbildet. Die Antriebsvorrichtung 1 weist zwei Antriebsmaschinen 3 und 4 auf, die beide elektrisch angetrieben, also Elektromotoren sind. Koaxial zwischen den Antriebsmaschinen 3 und 4 ist ein Planetengetriebe 5 angeordnet. Im Planetengetriebe 5 sind ein erster Planetentrieb 6 und ein zweiter Planetentrieb 7 mittels einer Kupplung 8 einer Kupplungseinrichtung 10 miteinander wirkverbunden. Die Kupplungseinrichtung 10 weist außer der Kupplung 8 noch eine Kupplungsbetätigung 9 auf. In der Antriebsvorrichtung 1 ist weiterhin ein Differenzial 11 mit dem ersten Planetentrieb 6 und mit einer Torque-Vectoring-Einheit 12 wirkverbunden.
In dem ersten Planententrieb 6 steht ein erstes Sonnenrad 17 mit einem Satz Planetenräder 18 im Zahneingriff. Die Planetenräder 18 sind auf ersten Planetenbolzen 19 an einem ersten Planetenträger 20 drehbar gelagert und stehen im Zahneingriff mit einem ersten Hohlrad 21. Das erste Hohlrad 21 ist drehfest an einem Gehäuse 22 der Antriebsvorrichtung 1 gehalten.
Der zweite Planetentrieb 7 weist ein zweites Sonnenrad 23 auf, welches mit einem zweiten Satz Planetenräder 24 im Zahneingriff steht. Die Planetenräder 24 sind auf zweiten Planetenbolzen 25 drehbar an einem zweiten Planetenträger 26 gelagert und stehen im Zahneingriff mit einem zweiten Hohlrad 27. Das zweite Hohlrad 27 ist an einem Lagerschild 28 der ersten Antriebsmaschine 3 drehfest gehalten.
Die Kupplung 8 weist ein erstes Kupplungselement 29, ein zweites Kupplungselement 30 und ein drittes Kupplungselement 31 auf, die als Reibkonen ausgebildet sind, wobei das erste Kupplungselement 29 zwei längs in entgegengesetzte Richtungen agierende Reibflächen aufweist. Eine der Reibflächen liegt dabei der Reibfläche an dem zweiten Kupplungselement 30 und eine der Reibfläche an dem dritten Kupplungselement 31 gegenüber.
Die Kupplungsbetätigung ist aus einem Antrieb 32, welcher ein Elektromotor ist, aus einem Winkeltrieb 33, einem Geber 34, welcher aus einem Lineartrieb gebildet ist, aus einem Übertragungsmittel 35 in Form eines Schwenkhebels und aus einem Nehmer 36, der eine Schiebemuffe 37 ist, gebildet. Zwischen dem Übertragungsmittel 35 und der Schiebemuffe 37 ist eine Drehentkopplung 38 angeordnet, die durch Gleitschuhe 39 endseitig des gabelartig ausgebildeten Schwenkhebels und durch eine Umfangsnut 40, in welche die Gleitschuhe 39 eingreifen, der Schiebemuffe 37 gebildet ist.
Das erste Kupplungselement 29 ist drehmomentfest mit der Schiebemuffe 37 verbunden und mit dieser um die Zentralachse 2 rotierbar angeordnet. Die Schiebemuffe 37 sitzt längs verschiebbar an einer Verlängerung 42 des ersten Sonnenrades 17, welches eine erste Anschlusswelle 53 Planetengetriebes 5 und Anschlusswelle des ersten Planetentriebs 6 ist. Das zweite Kupplungselement 30 ist drehmomentfest mit der Rotorwelle 43 der ersten Antriebsmaschine 3 verbunden und mit dieser um die Zentralachse 2 rotierbar gelagert. Die Rotorwelle 43 ist gleichzeitig Sitz für das zweite Sonnenrad 23 und zweite Anschlusswelle 54 des Planetengetriebes 5 und Anschlusswelle des zweiten Planetentriebs 7. Das dritte Kupplungselement 31 ist drehmomentfest mit dem zweiten Planetenträger 26 verbunden, welcher eine weitere Anschlusswelle des zweiten Planetentriebs 7 und dritte Anschlusswelle 55 des Planetengetriebes 5 ist.
Der Rotor 44 der Antriebsmaschine 3 ist drehbar in einem Gehäuse 45 der Antriebsmaschine 3 mit zwei ersten Wälzlagern 46 gelagert, die Radiallager sind. Dazu sitzt erfindungsgemäß jedes erste Wälzlager 46 mit einem ersten Innenring 48 auf einem Zapfen 47 und der Rotor 44 auf den ersten Außenringen 49. Der Zapfen 47 kann an dem jeweiligen Lagerschild 28 bzw. 29 aber auch an dem Gehäuse 45 ausgebildet sein. Das Besondere an der Anordnung ist, dass der Rotor 44 separat zur Rotorwelle 43 gelagert ist. Rotor 44 und Rotorwelle 43 sind drehmomentfest zusammengesteckt. Ein Kopfende 52 der Rotorwelle 43 ist fliegend an einer Lagerstelle 50 des ersten der Lagerschilde 28 entweder mit einem zweireihigen, oder wie dargestellt, mit zwei einreihigen zweiten Wälzlagern 51 drehbar gelagert. Dabei ist unter Rotorwelle 43 zumindest der Teil einer Welle zu verstehen, der längs aus dem Inneren des Elektromotors heraussteht. Der Begriff ”fliegend gelagert” wurde gewählt, weil das Kopfende 52 der Rotorwelle 43 einseitig in der ersten Antriebsmaschine 3 abgestützt ist, so dass ein Kopfende 52 der Rotorwelle 43 als Hebel von der Lagerstelle 50 mit den zweiten Wälzlagern 51 absteht und nicht unterstützt ist. Das Kopfende 52 der Rotorwelle 43, welches mit dem Rotor 44 in einem Formschluss steht, greift längs zwischen den ersten Wälzlagern 46 an dem Rotor 44 an.
Darüber hinaus sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die zweite Anschlusswelle 54 längs beidseitig des zweiten Kupplungselements 30 jeweils mit einem Schrägkugellager 56 und 57 abgestützt ist. Die Schrägkugellager 56 und 57 sind axial gegeneinander so angestellt, dass diese eine Festlageranordnung gegen das Gehäuse 22 gewährleisten und dass das zweite Kupplungselement 30 längs fest an dem Gehäuse 22 aber mit der Rotorwelle 43 um die Zentralachse 2 rotierbar ist. Das dritte Kupplungselement 31 ist längs mittels eines Axiallagers 58 in eine Richtung an dem ersten Lagerschild 28 um die Zentralachse 2 rotierbar abgestützt. Das erste Lagerschild 28 weist demnach mindestens drei Lagerstellen auf, wobei an mindestens einer Lagerstelle der Rotor 44, separat dazu an einer anderen Lagerstelle die Rotorwelle 43 und an wenigstens einer der Lagerstellen eine Anschlusswelle 54 bzw. 55, vorzugsweise jedoch an verschiedenen Lagerstellen, jeweils eine von mindestens zwei Anschlusswellen 54 und 55 des Planetengetriebes 5 gelagert ist. 1 zeigt mehrere nicht näher beschriebene Lagerstellen. Von den darin angeordneten Wälzlagern sind die Radiallager mit Quadraten, in denen ein Kreis zentriert ist, und die Axiallager durch ein Rechteck mit eingezeichneten Diagonalen symbolisiert.
Über die zuvor beschriebenen Lagerrungen ist einerseits ein geräuscharmer Lauf der Wellen – es wird die starre Verbindung zwischen Rotor und Rotorwellen und damit zwischen Rotor und Anschlusswellen des Planetentriebs – sichergestellt und andererseits eine sichere Unterstützung langer Wellen und kurze Wege ohne Verformungsrisiko der Bauteile zur Aufnahme der Kupplungskräfte abgesichert.
Da erste Kupplungselement 29 ist permanent drehmomentfest mit der Schiebemuffe 37 verbunden, welche auf der ersten Anschlusswelle 53 längs wahlweise gegen das zweite Kupplungselement 30 oder gegen das dritte Kupplungselement 31 verschiebbar ist, so dass wahlweise eine Leistungen übertragende Verbindung zwischen der Rotorwelle 43 der ersten Antriebsmaschine und dem ersten Planetentrieb 6 ohne zwischengeschaltete getriebliche Verbindung oder eine Leistungen übertragende Verbindung zwischen der Rotorwelle 43 und dem ersten Planetentrieb 6 über die getriebliche Verbindung des zweiten Planetentriebs 7 schaltbar ist. Darüber hinaus kann das erste Kupplungselement 29 in eine Neutralstellung gebracht werden, in der kein Reibschluss zwischen den Anschlusswellen 29 und 30 bzw. 29 und 31 ausgebildet ist.
Die ein- und ausrückbare Leistungen übertragende Verbindung wird mittels des Nehmers 36 der Kupplungsbetätigung 9, welcher durch den Geber 34 und das Übertragungsmittel 35 angeregt ist, hergestellt. Der Linearantrieb schwenkt den Schwenkhebel, der Schwenkhebel bewegt die Schiebemuffe 37.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Kupplung mit wenigen Bauteilen kostengünstig herstellbar und sehr kompakt ausgebildet werden kann. Durch eine derartige Anordnung kann der ohnehin vorhandene Bauraum effizient genutzt werden.
Der erste Planetentrieb 6 und das Differenzial 11 sind über eine vierte Anschlusswelle 59 des Planetengetriebes 5 und über Zahnräder 60 miteinander wirkverbunden. Die Zahnräder 60 sind an einer fünften Anschlusswelle 61 des Planetengetriebes 5 gelagert, die ein Planetenträger 62 des als Stirnraddifferenzial ausgebildeten Differenzials 11 ist. Die Zahnräder 60 stehen als Planetenräder mit einer Innenverzahnung eines Hohlrades 63 im Zahneingriff, mit dem die vierte Anschlusswelle 59 des Planetengetriebes 5 verbunden ist. Die vierte Anschlusswelle 59 ist der erste Planetenträger 20 des ersten Planetentriebs 6, an dem das Hohlrad 63 ausgebildet ist.
An das Differenzial 11 sind eine erste Abtriebswelle 13 und eine zweite Abtriebswelle 14 angeschlossen, von denen jede beispielsweise mit einem Fahrzeugrad 15 bzw. 16 in Verbindung steht. Die fünfte Anschlusswelle 61 ist zugleich mit der ersten Abtriebswelle 13 des Differenzials 11 verbunden und eine Anschlusswelle des Differenzials 11 für die Torque-Vectoring-Einheit 12 an das Differenzial 11. Die zweite Abtriebswelle 14 ist mit einem Sonnenrad 64 verbunden und zugleich eine weitere Anschlusswelle für die Torque-Vectoring-Einheit 12 an das Differenzial 11. Das Sonnenrad 64 steht im Zahneingriff mit einem Satz Planetenräder 65 des Differenzials 11. Jedes der Planetenräder 65 ist drehbar an dem Planetenträger 62 des Differenzials 11 gelagert und steht mit einem der Zahnräder 60 im Zahneingriff.

Die Torque-Vectoring-Einheit 12 weist die zweite Antriebsmaschine 4, eine Stirnradstufe 66 und einen Stelltrieb 67 auf. Die zweite Antriebsmaschine 4 ist ein Elektromotor, auf dessen Rotorwelle 68 ein erstes Stirnrad 69 der Stirnradstufe 66 sitzt. Das erste Stirnrad 69 steht im Zahneingriff mit einem zweiten Stirnrad 70 der Stirnradstufe 66. Der Stelltrieb 67 weist einen Planetenträger 71 auf, auf dem zwei Sätze Planetenräder 72 und 73 drehbar gelagert sind. Die Rotationsachse des Planetenträgers 71 ist die Zentralachse 2. Die Planetenräder 72 stehen im Zahneingriff mit einem Sonnenrad 74 und mit einem Hohlrad 75 des Stelltriebs 67. Das Hohlrad 75 ist eine Anschlusswelle des Stelltriebs 67, über die der Stelltrieb 67 mit der zweiten Abtriebswelle 14 verbunden ist. Das eine Sonnenrad 74 des Stelltriebs 67 ist drehfest am Gehäuse 22 gehalten. Das andere Sonnenrad 76 des Stelltriebs ist drehmomentfest mit dem zweiten Stirnrad 70 verbunden und mit diesem um die Zentralachse 2 schwenkbar oder rotierbar. Die Planetenräder 73 des Stelltriebs 67 stehen mit dem Sonnenrad 76 und mit einem Hohlrad 77 im Zahneingriff. Die fünfte Anschlusswelle 61 ist zugleich mit der ersten Abtriebswelle 13 des Differenzials 11 und dem Hohlrad 77 des Stelltriebs 67 verbunden und mit diesen um die Zentralachse 2 rotierbar. Bezugszeichen

1	Antriebsvorrichtung	41	nicht belegt
2	Zentralachse der Antriebsvorrichtung	42	Verlängerung
3	erste Antriebsmaschine	43	Rotorwelle
4	zweite Antriebsmaschine	44	Rotor
5	Planetengetriebe	45	Gehäuse
6	erster Planetentrieb	46	Wälzlager
7	zweiter Planetentrieb	47	Zapfen
8	Kupplung	48	Innenring
9	Kupplungsbetätigung	49	Außenring
10	Kupplungseinrichtung	50	Lagerstelle
11	Differenzial	51	Wälzlager
12	Torque-Vectoring- Einheit	52	Kopfende
13	Abtriebswelle	53	erste Anschlusswelle
14	Abtriebswelle	54	zweite Anschlusswelle
15	Fahrzeugrad	55	dritte Anschlusswelle
16	Fahrzeugrad	56	Schrägkugellager
17	erstes Sonnenrad	57	Schrägkugellager
18	Planetenräder eines ersten Satzes	58	Axiallager
19	erster Planetenbolzen	59	vierte Anschlusswelle
20	erster Planetenträger	60	Zahnrad
21	erstes Hohlrad	61	fünfte Anschlusswelle
22	Gehäuse der Antriebsvorrichtung	62	Planetenträger des Differenzials
23	zweites Sonnenrad	63	Hohlrad
24	Planetenräder eines zweiten Satzes	64	Sonnenrad des Differenzials
25	zweiter Planetenbolzen	65	Planetenräder des Differenzials
26	zweiter Planetenträger	66	Stirnradstufe
27	zweites Hohlrad	67	Stelltrieb
28	Lagerschild	68	Rotorwelle
28a	Lagerschild	69	erstes Stirnrad der Stirnradstufe
29	erstes Kupplungselement	70	zweites Stirnrad der Stirnradstufe
30	zweites Kupplungselement	71	Planetenträger des Stelltriebs
31	drittes Kupplungselement	72	Planetenrad des Stelltriebs
32	Antrieb	73	Planetenrad des Stelltriebs
33	Winkeltrieb	74	Sonnenrad des Stelltriebs
34	Geber	75	Hohlrad des Stelltriebs
35	Übertragungsmittel	76	Sonnenrad des Stelltriebs
36	Nehmer
37	Schiebemuffe
38	Drehentkopplung
39	Gleitschuh
40	Umfangsnut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 441877 A [0002, 0003, 0008]
US 4418777 A [0006]

Claims

Antriebsvorrichtung (1) mindestens eine Antriebsmaschine (3), ein Planetengetriebe (5), ein Differenzial (11) mit einer ersten Abtriebswelle (13) und einer zweiten Abtriebswelle (14) und eine ein- und ausrückbaren Kupplung (8) aufweisend, wobei in einem ersten Planententrieb (6) des Planetengetriebes (5) ein erstes Sonnenrad (17) mit einem erster Satz Planetenräder (18), welche an einem ersten Planetenträger (20) drehbar gelagert sind, im Zahneingriff steht, und wobei der erste Planetentrieb (6) mit der Antriebsmaschine (3) und dem Differenzial (11) wirkverbunden ist, und dabei wenigstens ein erstes Kupplungselement (29) der Kupplung (8), welches drehmomentfest mit einer ersten Anschlusswelle (53) des ersten Planetentriebs (6) wirkverbunden ist, und ein zweites Kupplungselement (30) der Kupplung (8), welches drehmomentfest mit einer koaxial einer Zentralachse (2) der Antriebsvorrichtung (1) zur ersten Anschlusswelle (53) des Planetengetriebes (5) ausgerichteten zweiten Anschlusswelle (54) verbunden ist, miteinander ein- und ausrückbar wirkverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlusswelle (53) das erste Sonnenrad (17) ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (29) und das zweite Kupplungselement (30) mittels eines Nehmers (36) der Kupplungsbetätigung (9), welcher durch einen Geber (34) der Kupplungsbetätigung (9) angeregt und in mit der Zentralachse (2) gleich gerichtete Richtungen längs verschiebbar ist, sowie der Nehmer (36) mit einem der Kupplungselemente (29, 30, 31) drehmomentfest gekoppelt ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nehmer (36) an der um die Zentralachse (2) rotierbaren ersten Anschlusswelle (53) richtungsgleich mit der Zentralachse (2) längs verschiebbar geführt ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nehmer (36) eine längsverschiebbar mit der ersten Anschlusswelle (53) wirkverbundene Schiebemuffe (37) ist, wobei das erste Kupplungselement (29) über die Schiebemuffe (37) in das zweite Kupplungselement (30) einrückbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Geber (34) und dem Nehmer (36) oder Nehmer (36) und wenigstens einem Kupplungselement (29, 30, 31) eine Drehentkopplung (38) ausgebildet ist, mittels der der Nehmer (36) relativ zu dem Geber (34) um die Zentralachse (2) rotierbar an dem nur längsbeweglichen Geber (34) abgestützt ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anschlusswelle (54) die Rotorwelle (43) der elektrisch betriebenen Antriebsmaschine (3) ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein angetriebener Rotor (44) der Antriebsmaschine (3) separat zur Rotorwelle (43) der Antriebsmaschine (3) gelagert ist, wobei Rotor (44) und Rotorwelle (43) über ein fliegend gelagertes Kopfende (52) der Rotorwelle (43) drehmomentfest verbunden sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Sonnenrad (23) mit einem drehbar an einem zweiten Planetenträger (26) gelagerten zweiten Satz Planetenräder (24) eines zweiten Planetentriebs (7) des Planetengetriebes (5) im Zahneingriff steht, wobei Anschlusswellen des zweiten Planetentriebs (7) koaxial zwischen der Antriebsmaschine (3) und dem ersten Planetentrieb (6) angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) eine dritte Anschlusswelle (55) aufweist, welche mit einem dritten Kupplungselement (31) versehen ist, wobei mittels des Nehmers (36) wahlweise das erste Kupplungselement (29) und das zweiten Kupplungselement (30) oder das erste Kupplungselement (29) und das dritte Kupplungselement (31) ein- und ausrückbar sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kupplungselement (30) und das dritte Kupplungselement (31) jeweils wenigstens einen Reibkonus aufweist, welcher mit wenigstens einem Reibkonus des ersten Kupplungselements (29) reibschlüssig korrespondiert.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetentrieb (6) und das Differenzial (11) zumindest über eine vierte Anschlusswelle (59) des Planetengetriebes (5), über wenigstens ein an einer fünften Anschlusswelle (61) des Planetengetriebes (5) gelagertes und mit der vierten Anschlusswelle (59) im Zahneingriff stehendes Zahnrad (60) miteinander wirkverbunden sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Anschlusswelle (61) die erste Abtriebswelle (13) des Differenzials (11) ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, 10, oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abtriebswelle (14) des Differenzials (11) ein Sonnenrad (64) des Differenzials (11) ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Anschlusswelle des Differenzials (11) getrieblich mit einer weiteren Antriebsmaschine (4) wirkverbunden ist.