DE202019103770U1

DE202019103770U1 - Doppelgetriebe mit vorteilhafter Auskragung

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Publication number: DE202019103770U1
Application number: DE202019103770.9U
Authority: DE
Original assignee: Hofer Powertrain Innovation GmbH
Current assignee: Hofer Powertrain Innovation GmbH
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2029-07-10

Abstract

Doppelgetriebe (1) für einen Antriebsstrang (3) eines Kraftfahrzeugs (500) mit zwei Elektromaschinen (5, 7),
von denen jede zum Antrieb eines Rades (506, 508) nach einer Drehgeschwindigkeitsreduktion durch ein eigenes Einzelgetriebe (15, 17) in dem Doppelgetriebe (1) ausgestaltet ist,
wobei ein Einzelgetriebe (15, 17) ein zweistufiges Stirnradgetriebe mit genau drei Positionen (19, 21, 23) für Zahnradzentren (25, 27, 29) in einem Getriebegehäuse (31) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das für die Aufnahme des Doppelgetriebes (1) bestimmte Kraftfahrzeug (500) eine Fahrgastzelle aufweist, und
Eingangswellen (33, 35) des Doppelgetriebes (1) und Ausgangswellen (37, 39) des Doppelgetriebes (1) bei Einnahme einer Einbaulage des Doppelgetriebes (1) in einem mittleren Bereich (M), bezogen auf eine Quererstreckung zu einer Fahrtrichtung,
auf einer gleichen Höhe liegend angeordnet sind,
wodurch sich eine Bezugsebene (B) innerhalb des Getriebegehäuses (31) ergibt und eine der Positionen (19, 21, 23) eine Position (21) für eine mittlere Achse (45) ist, wobei diese Position (21) ausgewinkelt zu der Bezugsebene (B) als eine von einem Gehäuseboden (51) des Getriebegehäuses (31) ferne Position (21) angeordnet ist,
die zu einer Erhöhung der Position (21) der mittleren Achse (45) gegenüber der Bezugsebene (B) und damit zu einer Ecke eines auf der Bezugsebene (B) durch seine längste Seite ruhenden Dreiecks (47) führt,
wobei auf die mittlere Achse (45) eine Gerade (g) von einem der übrigen Zahnradzentren (25, 29) unter Ausbildung eines Winkels (α) ziehbar ist, wobei der Winkel (α) einen Wert hat, der innerhalb eines Winkelbereichs zwischen 5° und 70° liegend von der Bezugsebene (B) abweicht, und
wobei die mittlere Position (21) durch eine ruhende Achse (45) gebildet ist,
die ein rotierbar gelagertes Stufenzahnrad (49, 49', 50, 50') trägt, wobei eine erste und eine zweite Zahnreihe des Stufenzahnrads (49, 49', 50, 50') eine gleichläufige Schrägstellung der Zähne (57, 57', 59, 59') aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung behandelt ein Doppel- bzw. Twin-Getriebe als Teil eines elektrischen Antriebsstrangs für ein Fahrzeug, das mit zwei Elektromaschinen ausgestattet ist, von denen jede zum Antrieb eines Rads nach einer Drehgeschwindigkeitsreduktion durch ein eigenes Einzelgetriebe in dem Doppelgetriebe ausgestattet ist. Hierbei ist ein Einzelgetriebe ein zweistufiges Stirnradgetriebe mit drei Positionen für Zahnradzentren in einem Getriebegehäuse.
Außerdem zeigt die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit der Kraft- und Drehmomentübertragung in einem Getriebe auf, das Teil eines Elektroantriebsstrangs ist. Das Getriebe hat wenigstens eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle, wobei die Ausgangswelle für einen Anschluss einer Radhalbachse wie eine Gelenkwelle gestaltet ist.
Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt ein Doppelgetriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Technisches Gebiet
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge können derart gestaltet sein, dass wenigstens zwei Räder, z. B. die beiden Räder einer Hinterachse, von einem eigenen Elektromotor angetrieben werden. Der Elektromotor dreht häufig im Vergleich zur gewünschten Raddrehzahl hochtourig (z. B. mit bis zu 15.000 U/min, bei höhertourigen Auslegungen mit bis zu 18.000 U/min oder sogar mit bis zu 20.000 U/min). Aus diesem Grund ist die Drehzahl des Elektromotors zu reduzieren (z. B. durch eine Übersetzung i zwischen 6 bis 9, gegebenenfalls auch durch eine Übersetzung i in einem Übersetzungsbereich von 4 bis 12). Der erste Elektromotor greift an einem Eingangszahnrad eines ersten Übersetzungsgetriebes in das Langsame an. Der zweite Elektromotor greift an ein anderes, zweites Eingangszahnrad eines zweiten, anderen Übersetzungsgetriebes in das Langsame an. Über zwei oder mehr Stufen erfolgt die Übersetzung auf Abtriebswellen, die zugleich die Radhalbachsen des Kraftfahrzeuges sein können. Werden die beiden Getriebe in einem Gesamtgetriebegehäuse verbaut, so können an das Getriebegehäuse jeweils seitlich, d. h. der erste Elektromotor an einer ersten Seite und an einer anderen Seite der zweite Elektromotor, angeflanscht werden.
So gestaltete Antriebsstränge werden sowohl in den Zeichnungen der JP 2016 205 444 A (Veröffentlichungstag: 08.12.2016; Anmelderin: NTN TOYO BEARING CO LTD) als auch in den Zeichnungen der JP 2017 019 319 A (Veröffentlichungstag: 26.01.2017; Anmelderin: NTN TOYO BEARING CO LTD) vorgestellt.
Solche Getriebe können als Doppelgetriebe oder auch als Twin-Getriebe bezeichnet werden, weil im Endeffekt zwei voneinander vollständig unabhängige Getriebe zu einer größeren Getriebeeinheit verbunden sind. Aufgrund der beiden vorhandenen Elektromaschinen, die üblicherweise typgleich sind, kann auch von einer Duo-Elektromaschine gesprochen werden.
Mit Hilfe von Motorsteuerungen können beliebige Ansteuerungen, insbesondere in Bezug auf Drehzahl und Drehmoment, der angeschlossenen Räder durchgeführt werden. Umgangssprachlich wird ein solcher Antriebsstrang als elektrisches „torque-vectoring“ bezeichnet. Damit lässt sich das jeweilige Raddrehmoment an den getriebenen Rädern des Kraftfahrzeugs stufenlos, insbesondere bei Kurvenfahrten, vorgeben, wodurch die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs verbessert und die Lenkarbeit verringert werden kann. Diese Kategorie Getriebe kann auch als aktives Differenzial bezeichnet werden. Diese Getriebe erhöhen zudem den Wirkungsgrad eines Antriebstrangs eines Kraftfahrzeugs. Bei Kraftfahrzeugen mit nur jeweils einem treibenden Fahrmotor sind hierzu Überlagerungsgetriebe-Bauarten erforderlich. In Anlehnung an die Wirkungsweise können die Getriebe daher auch als mehrfache Einzelradgetriebe bezeichnet werden.
Stand der Technik
In der Schutzrechtsliteratur gibt es vereinzelt Druckschriften, die sich mit dem eingangs beschriebenen Getriebetyp auseinandersetzen.
So zeigt die WO 2016/147 865 A1 (Anmelderin: NTN TOYO BEARING CO LTD.; Offenlegungstag: 22.09.2016) in zahlreichen Figuren einen möglichen Antriebstrang mit zwei Elektromaschinen und zwei Halbachsen, sodass hier eine jeweilige Elektromaschine dazu bestimmt ist, eine Halbachse anzutreiben. Aus einigen Figuren lassen sich relative Beziehungen bzw. Anordnungen von Achsen einzelner Zahnräder des Getriebes entnehmen. Demnach ist ein Antriebsstrang entworfen worden, dessen höchste Achse die Abtriebswellenachse sein soll, während eine zwischen Antriebszahnrad und Abtriebszahnrad zwischengeschaltete Achse die tiefste Position bekleidet.
Ein in der DE 10 2013 208 564 A1 (Anmelderin: Voith Patent GmbH; Anmeldetag: 08.05.2013) beschriebenes Integralgetriebe soll Teil einer Getriebeverdichteranlage sein. Ein solches Getriebe soll ein drehfest mit einer Antriebswelle verbundenes Antriebszahnrad aufweisen, wobei eine Drehachse des Antriebszahnrads in einer Anordnungsebene mit einer Drehachse des Abtriebszahnrads angeordnet ist. Zwischen diesen beiden Zahnrädern befindet sich ein mit beiden Zahnrädern in Eingriff stehendes Großrad, dessen Drehachse gegenüber der Anordnungsebene vertikal versetzt ist. Jedes Abtriebszahnrad ist mit zwei Verdichtern verbunden. Ziel sei es, eine optimale Lastverteilung zu realisieren. Außerdem schlägt die DE 10 2013 208 564 A1 vor, die Zahnräder schrägverzahnt auszuführen. Die in der DE 10 2013 208 564 A1 vorgestellten Ausführungsbeispiele beschäftigen sich damit, neben einem ersten Zahnrad auch noch ein zweites Abtriebszahnrad vorzusehen, dessen Drehachse ebenfalls in der Anordnungsebene liegt. Als Antrieb wird eine Dampfturbine vorgesehen. Als Alternative werden in einem Ausführungsbeispiel zwei Abtriebszahnräder von einer elektrischen Maschine angetrieben. Auch eine Kombination dieser unterschiedlichen Antriebseinheiten an dem Getriebe wird vorgeschlagen.
Die Patentanmeldung US 2011/ 0 139 522 A1 (Anmelderinnen: AISIN AW CO., Ltd und TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA; Veröffentlichungsdatum: 16.06.2011) beschreibt eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, bestehend aus zwei Einzelradantrieben durch voneinander unabhängige elektrische Antriebssysteme, von denen jedes eines der zwei Antriebsräder antreiben soll, wobei deren rotierende Komponenten in Achsrichtung miteinander überlappen sollen. Im Anschluss an den Erörterungspunkt der Verlängerung der Antriebsstrecke wird vorgeschlagen, die Rotationsachse der elektrischen Maschine niedriger zu positionieren als diejenige der Ausgangswelle. In allen vier Figuren der US 2011/ 0 139 522 A1 werden Getriebe gezeigt, die jeweils vier Wellen und zwei Zwischenwellen haben sollen. Eine Welle trägt das als „idler gear“ bezeichnete Zahnrad, das mit dem Rotorwellenzahnrad und mit einem sog. ersten Zahnrad in Eingriff steht. Diese drei Wellenachsen sollen in Übereinstimmung mit der in 3 gezeigten Anordnung in einer gemeinsamen Ebene, die sich senkrecht zu den Achsen erstreckt, angeordnet sein. Das zweite Zahnrad soll mit dem Ausgangszahnrad im Eingriff stehen. Das zweite Zahnrad und das erste Zahnrad dürften demnach ein Doppelzahnrad bilden. Die Wellen sollen für die beiden Teilgetriebe durchgängig sein und im peripheren Bereich am Gehäuse abgestützt sein, sodass die darauf angeordneten Zahnräder unabhängig voneinander rotieren können.
Ein Fahrzeug, das ein invertierendes Pendel darstellen soll, wird in der US 2014/ 0 353 052 A1 (Anmelderin: HONDA MOTOR CO., LTD.; Anmeldetag: 03.04.2014) gemäß deren Titel beschrieben. Wie in einer Zusammenschau der Figuren 3 (Darstellung in einer Seitenansicht) und 4 (Darstellung von hinten) ersichtlich ist, sind eine linke und eine rechte Antriebseinheit seitlich zur Mittenachse angebracht. Diese Antriebseinheiten treiben jeweils über Riemenantriebe Haupträder an. Die Antriebseinheit befindet sich über dem Hauptrad. Eine am Fahrzeugrahmen angebrachte Batterie dient der Energieversorgung der Antriebseinheiten. Die Antriebseinheiten sind unter einem Sitz angeordnet, der zur Aufnahme einer einzelnen Person bestimmt ist. Der Sitz befindet sich auf einem Rahmen , der durch ein hinteres Stützrad abgestützt wird. Die sehr detailreich ausgearbeitete Patentanmeldung zeigt in 3 außerdem eine Rotorwelle, eine Zwischenwelle und eine Ausgangswelle der Antriebseinheit. Diese drei Wellen sind, wie aus 6 und 7 hervorgeht, für jedes Teilgetriebe separat in der Gehäusewand und in einer Zwischenwand drehbar gelagert. Die Zwischenwelle ist hierbei höher positioniert eingezeichnet als die beiden anderen Wellen.
In der DE 10 2011 115 785 A1 (Anmelderin: GETRAG Getriebe- und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer GmbH & Cie KG; Anmeldetag: 06.10.2011) wird eine elektrische Achsanordnung beschrieben, wobei die beiden Antriebsräder jeweils über eine Getriebeeinheit antreibbar sind. Diese Getriebeeinheiten sollen zwei Getriebestufen umfassen. Die Autoren widmen sich dem Thema „Minimierung von Geräuschanregungen“ und schlagen hierfür u. a. vor, dass sich die Getriebestufen der beiden Getriebeeinheiten durch unterschiedliche Einzelübersetzungen unterscheiden. Bei einer resultierenden, unterschiedlichen Gesamtübersetzung wären die Getriebeeinheiten mit unterschiedlichen Drehzahlen zu betreiben, wodurch eine Anregungsüberhöhung zumindest reduzierbar sein soll. Es wird aber auch eine Ausführung mit zwei Getriebeeinheiten erwähnt, die die gleichen Einzelübersetzungen haben sollen. Eingangswellen, Zwischenwellen und Ausgangswellen sind jeweils drehbar gelagerte Wellen. Wie aus 2 hervorgeht, sollen die jeweiligen Wellen der beiden Getriebeeinheiten miteinander verschachtelt sein. D. h., die Zwischenwelle der ersten Getriebeeinheit stützt sich an der Zwischenwelle der zweiten Getriebeeinheit ab. Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Eingangswellen jeweils ein Parksperrenrad tragen.
Aus der Patentanmeldung US 2017/ 0 274 763 A1 (Anmelderin: ARCIMOTO, INC.; Anmeldetag: 13.03.2017) geht ein Doppelgetriebe für einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug hervor, das in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist, wobei die beiden Getriebe jeweils in eigenen Gehäusebereichen um einen zentralen Rahmen angeordnet sind. Die beiden Getriebe sollen mechanisch entkoppelt sein. Die beiden elektrischen Motoren befinden sich jeweils auf der gleichen Seite des Getriebes, auf der auch das jeweils anzutreibende Rad angeordnet ist. Von den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen zeigt nur 8 eine symmetrische Getriebeanordnung. Eine Zwischenwelle ist an einer Gehäuseabdeckung drehbar gelagert. Anhand von 10 wird in der Beschreibung der US 2017/0 274 763 A1 die geometrische Anordnung der Wellen erläutert. Es werden Referenzlinien zwischen einer Motor-Anschlusswelle und einer Zwischenwelle sowie zwischen der Zwischenwelle und einer Antriebs-Anschlusswelle definiert, die einen Winkel von weniger als 180° einschließen sollen. Eine Einbaulage eines solchen Getriebes wird nicht beschrieben.
Aufgabenstellung
Weil die Speicherung und das Zurverfügungstellen elektrischer Energie in mobilen Anwendungen wie elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen immer noch ein Problem, insbesondere aufgrund der elektrochemischen Energiespeicher, darstellt, ist die Aufgabe, Ansätze zur Wirkungsgradoptimierung zu finden, eine ständig einem Konstrukteur von Antriebssträngen sich stellende Fragestellung. Außerdem soll ein durchgehender Kraftfluss ebenfalls sichergestellt werden. Auch bei Doppelgetrieben für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs ist ein entsprechendes Doppelgetriebe anzugeben, dessen Kraftfluss und Wirkungsgrad gegenüber Getrieben in vergleichbaren Antriebssträngen verbessert ist.
Erfindungsbeschreibung
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Doppelgetriebe nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
Die Getriebe, die insbesondere als sog. Untersetzungsgetriebe, d. h. als Getriebe mit einer Übersetzung in das Langsame, Teile von elektrischen Antriebssträngen sind, sollen möglichst so ausgelegt sein, dass, insbesondere im Hinblick auf die beschränkte elektrische Speichermöglichkeit im Kraftfahrzeugbau, möglichst die gesamte elektrische Energie für den Antrieb zur Verfügung steht, d. h., möglichst wenig elektrische Energie soll für Nebenaggregate, sonstige Aufgaben oder durch Verlustleistungen „verbraucht werden“.
Die zwei (Teil-)Getriebe bzw. Einzelgetriebe des Doppelgetriebes sind rotatorisch weitgehend voneinander unabhängige Drehmomentübertragungseinheiten, insbesondere in dem Fall, dass eine Wirkungskopplung über ein jeweils durch das (Teil-)Getriebe antreibbares Rad über einen Fahrweg nicht berücksichtigt wird. Die Einzelgetriebe sind als bauliche Einheit zu einem Doppelgetriebe zusammengefasst.
Im vorderen Teil der Fahrgastzelle ist, wie üblich, das Lenkrad, das über ein Lenkgestänge aus einer Lenkwelle, einem Lenkgetriebe, Spurstangen und Radlenkhebeln bestehend, auf zwei Räder als Straßenräder Lenkbewegungen eines Fahrers übertragen kann. An einer zweiten Achse, z. B. der Fahrzeughinterachse, sind zwei weitere Straßenräder angebracht. Ein Rad bzw. Straßenrad kann auch als Fahrzeugrad bezeichnet werden, weil es der Fortbewegung des Kraftfahrzeugs dient. Die Straßenräder werden über Halbachsen, den Antriebsgelenkwellen angetrieben. Die Halbachsen sind an dem Doppelgetriebe abtriebsseitig befestigt.
Die Eingangswellen des erfindungsgemäßen Doppelgetriebes und die Ausgangswellen des Doppelgetriebes sind in einem mittleren Bereich, bezogen auf eine Erstreckung quer zu einer Fahrtrichtung, d. h. insbesondere eine kürzere Strecke von einer Gehäusewand bis zu einer ihr gegenüberliegenden Gehäusewand des Getriebegehäuses, insbesondere auf einer gleichen Höhe liegend, angeordnet. Die Eingangswellen und die Ausgangswellen definieren eine Bezugsebene innerhalb des Getriebegehäuses. Die Position einer mittleren Achse eines der Zahnradzentren ist, ausgewinkelt zu der Bezugsebene, als eine getriebegehäusebodenferne Position vorhanden. Diese Erhöhung der Position der mittleren Achse gegenüber der Bezugsebene bewirkt insgesamt eine Achsanordnung aller Zahnradzentren in der Art eines Dreiecks. In diesem (gedachten) Dreieck ist eine erste Seite, vorzugsweise eine Langseite, wie eine Hypotenuse, vorzugsweise mit der Bezugsebene zur Deckung gebracht. In diesem (gedachten) Dreieck bilden eine zweite Seite und eine dritte Seite vorzugsweise zwei Kurzseiten, die jeweils die erste Seite, insbesondere an jeweils einem Ende der ersten Seite, schneiden, je eine Gerade, wie zwei Schenkel oder wie eine Gegenkathete und eine Ankathete. Geraden, die den Kurzseiten gegenüber der ersten Seite folgen, schneiden mit einer Schräge in einem Wert, der aus dem Winkelbereich zwischen etwa 5° und 70° entnehmbar ist, die Bezugsebene bzw. die erste Seite. Anders gesagt, können die zweite Seite und die dritte Seite jeweils mit der ersten Seite eine (gedachte) Ecke mit einem Winkel ausbilden. Vorteilhaft ist es, wenn ein Winkel aus einem Winkelbereich zwischen 10° und 50° ausgewählt wird. Div. mathematische Simulationen und Berechnungen führten dazu, dass Winkel als ganz besonders vorteilhaft erscheinen, die in einem Winkelbereich zwischen 15° und 48° liegen.
Es könnte auch gesagt werden, die mittlere Achse ist durch eine Gerade schneidbar, die von einem der übrigen Zahnradzentren, also den zu dem mittleren Zahnradzentrum seitlich liegenden Zahnradzentren auf die mittlere Achse geführt ist. Ein Winkel, der zwischen der Bezugsebene und der Gerade abtragbar ist, ist ein Winkel aus dem Winkelbereich zwischen 5° und 70°, insbesondere zwischen 10° und 50° und ganz bevorzugt zwischen 15° und 48°.
Aus einer weiteren Perspektive kann der Sachverhalt der Achsen zueinander wie folgt dargestellt werden:

Die mittlere Achse ist mittels einer Gerade schneidbar, die zu einem der Zahnradzentren (gedanklich bzw. fiktiv) gebildet werden kann. Diese Gerade weicht von der Bezugsebene ab.

Die Abweichung kann durch einen Winkel ausgedrückt werden, der aus einem Winkelbereich zwischen 5° und 70°, insbesondere zwischen 10° und 50° und ganz bevorzugt zwischen 15° und 48° entnommen ist.
Es sind genau drei Positionen für Zahnradzentren vorhanden. Ein vorteilhafter Winkelbereich kann auch zwischen 23° und 70° liegen. Außerhalb vorteilhafter Winkelbereiche z. B. mehr als 70° oder weniger als 5°, fallen manche Vorteile einer Dreieckanordnung der Achsen kaum mehr ins Gewicht.
In einer weiteren Betrachtungsweise bildet die Anordnung der Achsen der Zahnradzentren vorteilhaft ein auf dem Kopf stehendes „V“, von denen die jeweilige Eingangswelle und die Ausgangswelle mit ihren Wellen-Längsachsen, sofern das Getriebegehäuse in einer bevorzugten Einbaulage in dem Kraftfahrzeug eingebaut wird, (in etwa) eine horizontal verlaufende Ebene beschreiben.
Es hat sich hierbei überraschend gezeigt, dass durch eine derartige, erfindungsgemäße Lage der einzelnen Achsen der Zahnradzentren in dem Doppelgetriebe der Kraftfluss zwischen der jeweiligen Eingangswelle und der jeweiligen Ausgangswelle so führbar ist, dass dieser geringe Kippmomente und Biegemomente auf Wellen und die Achse erzeugt. Dies wirkt sich besonders günstig in Bezug auf eine geringe Verlustleistung und auch auf eine geringe Geräuschentwickung des Doppelgetriebes, insbesondere beim Betrieb mit wechselnden Lasten, aus. Die Aktio-Kräfte lassen sich so kompensieren. Insbesondere sind tangentiale Kraftkomponenten an den Wälzpunkten der im Eingriff befindlichen Verzahnungen der miteinander kämmenden Zahnräder dadurch besonders gut kompensierbar.
Als günstige Ausgestaltung hat es sich gezeigt, dass die Kraft und das Drehmoment von der jeweiligen Eingangswelle auf die Ausgangswelle über Stirnzahnradpaarungen zu übertragen sind. Bei einer solchen Konstellation ist ein Stirnzahnradzwischenlager vorhanden, auf dem wenigstens eines der Stirnzahnräder angeordnet ist.
Generell kann gesagt werden, eine (erste) Antriebsleistung wird von einer ersten Elektromaschine auf eine erste Seite des Getriebes gebracht. Eine zweite Antriebsleistung wird von einer zweiten Elektromaschine auf eine zweite Seite des Getriebes gebracht. Jedes der beiden Teilgetriebe kann unabhängig von dem anderen Teilgetriebe betrieben werden. Beide Teilgetriebe sind vorzugsweise spiegelbildlich zueinander arrangiert. So ist es möglich, auf dem Stirnzahnradzwischenlager zwei Stirnzahnräder spiegelbildlich anzuordnen und abzustützen.
Einzelne Zentren der Zahnräder sind wie auf einem Dreieck, genauer auf Ecken des Dreiecks angeordnet. Die Anordnung der Zahnräder bzw. der Wellen bzw. der Achsen kann mit einer Ausgestaltung einer Großschreibweise eines Buchstabens „V“ verglichen werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die mittlere Position durch eine (ruhende) Achse, insbesondere gehäusefeste Achse, und nicht durch eine Welle gebildet ist. Eine solche, drehfest in dem Getriebegehäuse angeordnete Achse mit darauf drehbar angeordneten Losrädern bietet den Vorteil, dass dadurch das Getriebegehäuse aussteifbar ist, ohne zusätzliche Bauelemente hierfür vorsehen zu müssen. Die mit der Achse verbundenen deckelartigen Getriebegehäuseteile neigen zudem weniger zur großflächigen Abstrahlung von Körperschall, da insbesondere Resonanzen vermieden werden können.
Wird das Getriebegehäuse aus mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzt, so können sich die Achsen, insbesondere aller Zahnräder, (im Wesentlichen) orthogonal zu einer Anschlussebene erstrecken, die zwischen zwei Gehäuseteilen liegt. Eine Anschlussebene liegt dort, wo durch Randbereiche der Gehäuseteile ein Übergang vorhanden ist und die in einem montierten Zustand des Getriebes aneinander anliegen. Anders gesagt, überkreuzen mindestens eine, vorzugsweise alle, Achsen die Anschlussebene in einer Achsenlängsrichtung. Unter einem weiteren Blickwinkel kann auch gesagt werden, die Anschlussebene, die an einer Gehäusewand kranzartig vorhanden ist, liegt außerhalb des Montagebereichs einer Welle bzw. einer Achse. Die Achsen bzw. Wellen lassen sich besonders zuverlässig an dem Gehäuse abstützen bzw. positionieren, wenn diese Wellen mit jeweils einem Endbereich jeweils genau einem Gehäuseteil zugeordnet sind.
Die Eingangswellen und die Ausgangswellen sind hingegen, wie der gewählte Begriff „Welle“ schon erkennen lässt, rotierbare Bauelemente, die durch Loslager und/oder Festlager in dem Getriebegehäuse gelagert sind. Hierdurch lässt sich in einfacher Weise der Kraftfluss in bzw. aus dem Doppelgetriebe bewirken. Ein Eingangszahnrad und die Eingangswelle können einstückig ausgebildet sein. Ein Ausgangszahnrad bzw. Abtriebszahnrad und die Ausgangswelle können einstückig ausgebildet sein. Zwei Wellen, insbesondere jeweils die Ausgangswellen und jeweils die Eingangswellen, sind vorteilhafterweise in einer Linie, es kann auch gesagt werden fluchtend, hintereinander angeordnet. Dies ermöglicht u. a. die besondere kompakte Gestaltung des gesamten Getriebes.
Bevorzugt sind die auf der mittleren Achse rotierbar gelagerten Zahnräder als Stufenzahnräder ausgebildet, die vorzugsweise einen größeren, ersten Durchmesser auf der Eingangswellen-Seite oder motorischen Antriebsseite aufweisen. Vorzugsweise sind die Stufenzahnräder zu der Ausgangswellen-Seite abgestuft, sie weisen - in diesem Fall - einen kleineren, zweiten Durchmesser auf. Hierdurch lässt sich eine gewünschte Untersetzung mit geringem Bauraumbedarf umsetzen. Auch lässt sich auf diese Weise der Kraftfluss im Getriebe zumindest teilweise kompensieren. Der Kraftfluss wird mit geringen Verlusten realisiert.
Die Untersetzung oder Übersetzung ins Langsame ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch bewirkt, dass das Doppelgetriebe in einer ersten Stufe (Zwischenstufe) eine aufgrund der Anordnung der drei Zahnradzentren, bzw. der Anordnung der Längsachsen der Eingangswelle, der Ausgangswelle und der ortsfesten Achse für die mittlere Position, in der Art eines auf dem Kopf stehenden „V“, eine von dem Gehäuseboden des Getriebegehäuses weggewandte Übersetzung durchführt und durch seine zweite Stufe (Zwischenstufe) eine auf den Gehäuseboden zugewandte Übersetzung bewirkt. Eine zu- bzw. weggewandte Übersetzung besagt, dass die Übersetzung mit einer Drehrichtung um die Zahnradzentren verbunden ist, die, insbesondere von einem Zahnradeingriffsbereich aus, zu dem Gehäuseboden hin bzw. von dem Gehäuseboden weg gerichtet ist. Diese Bauweise hat sich überraschend im Testbetrieb als diejenige Bauart herausgestellt, die einen besonders ruckarmen Betrieb des Doppelgetriebes bei Lastwechseln ermöglicht.
Für eine querkraftfreie Lagerung der Zahnräder der mittleren Position und eine in Bezug auf Lagerverluste verlustarmen Kraftfluss, der sich auch besonders geräuscharm in dem Getriebe darstellen lässt, sind die Verzahnungen der Zahnräder auf der mittleren Achse so gestaltet, dass die Zahneingriffe der in dem Getriebe verbauten Zahnräder querkraftfrei sind. Wenn von einer Querkraftfreiheit gesprochen wird, so schließt dies aber nicht aus, dass mitunter in Betriebssituationen Querkräfte auftreten können. Anders gesagt, es fällt eine dauerhafte Belastung durch Querkräfte in den Zahnrädern mit den Schrägverzahnungen möglichst gering aus. Die Schrägungswinkel der Zähne auf dem Zahnrad der mittleren Position, damit diese Zahnräder eine Schrägverzahnung aufweisen, können mit zueinander ausgerichteten Schrägungswinkeln ausgestaltet sein. Schrägungswinkel beider Zahnungsbereiche eines Doppel- bzw. Stufenzahnrads (für die mittlere Position im Getriebeaufbau) haben vorzugsweise ein gleiches Vorzeichen. Bei einer seitlichen Draufsicht auf die gemeinsame Drehachse der beiden Zahnräder, die in Bezug auf die Drehachse schräg stehende Zähne aufweisen, bringt ein gemeinsames, identisches „Vorzeichen“ zum Ausdruck, dass mit Bezug auf eine einheitliche Drehachsenrichtung bzw. Zahnradseite eine Schrägstellung der Zähne, insbesondere entlang eines Zahnradumfangs, in eine gleiche Tangentialrichtung weg von der Drehachse weist. Die Schrägstellungen der Zähne auf einem ersten Zahnrad und einem zweiten Zahnrad, wobei diese drehfest zueinander angeordnete Zahnräder sind, sind idealerweise gleichläufig, d. h. nicht gegenläufig (wie bei einer Pfeilspitze). Entsprechend kann von einer nebeneinander und aufeinander ausgerichteten ersten und zweiten Zahnreihe des Doppel- bzw. Stufenzahnrads gesprochen werden. Die Schrägungswinkel der ersten und zweiten Zahnreihe können zueinander unterschiedlich sein. Die Schrägungswinkel sind vorzugsweise derart ins Verhältnis gesetzt, dass trotz unterschiedlicher Teilkreisdurchmesser der Zahnräder eine betragsmäßig etwa gleich große, aber entgegengesetzte Querkraft aus jeder der beiden Teilgetriebestufen, die mit dem Doppel- bzw. Stufenzahnrad gebildet sind, resultiert.
Konkret lässt sich der Wert der einzelnen Schrägungswinkel z. B. durch ein Rechenverfahren vorteilhaft festlegen. Ein günstiges Verhältnis von zwei Schrägungswinkeln zueinander liegt vor, wenn sich die durch zwei Zahnradstufen gebildeten Querkräfte, d. h. insbesondere Kräfte bezogen auf die Schrägungswinkel in Ankathedenrichtung, gegenseitig weitgehend aufheben. Die Schrägungswinkel β₁ der ersten Stufe und der Schrägungswinkel β₂ der zweiten Stufe können z. B. bei vorgegebenen Zahnraddurchmessern d₂ , d₃ mithilfe der folgenden Formel festgelegt werden: $t a n β_{2} ≅ t a n β_{1} * \frac{d_{3}}{d_{2}}$
Mit der Bezeichnung „tan“ wird der Tangens des jeweiligen Winkels beschrieben. Die Winkel β₁ , β₂ sind bezogen auf eine Gerade als Konstruktionshilfe, die parallel zur Drehachse an einem Zahn des Zahnrads anliegt, festlegbar. Die Durchmesser d₂ und d₃ sind die Durchmesser der Zahnräder des Stufenzahnrads, wobei der Durchmesser d₂ der ersten Stufe bzw. ersten Untersetzungsstufe eines Einzelgetriebes und der Durchmesser d₃ der zweiten Stufe bzw. zweiten Untersetzungsstufe des Einzelgetriebes zugeordnet ist. Die Stufen umfassen vorzugsweise weitere Zahnräder, z. B. ein Eingangszahnrad mit Durchmesser d₁ in der ersten Stufe und ein Abtriebszahnrad mit Durchmesser d₄ in der zweiten Stufe. Der Durchmesser d₂ kann auch als Wälzkreisdurchmesser des größeren Zahnrads des Stufenzahnrads und der Durchmesser d₃ als Wälzkreisdurchmesser des kleineren Zahnrads des Stufenzahnrads bzw. des abgestuften Ritzels des Stufenzahnrads bezeichnet werden. Vorzugsweise ist die erste Stufe bzw. Stufe 1 - in Momentenflussrichtung gesehen - näherliegend zu dem Antriebsmotor. Sie kann als Eingangsstufe bezeichnet werden. Die zweite Stufe bzw. Stufe 2 liegt - in Momentenflussrichtung gesehen - dem Abtrieb bzw. dem Straßenrad näher als die erste Stufe. Die Bezeichnung Untersetzungsstufe basiert auf der Annahme einer Momentenflussrichtung von dem Antriebsmotor aus betrachtet.
Gemäß der oben angegebene Formel ist - mit anderen Worten - das Verhältnis des Tangens des Schrägungswinkels der zweiten Stufe zu dem Tangens des Schrägungswinkels der ersten Stufe (nahezu) identisch zu dem Verhältnis des Durchmessers des in der erste Stufe involvierten Zahnrads des Stufenzahnrads zu dem Durchmesser des in der zweite Stufe involvierten Zahnrad des Stufenzahnrads. Hierbei wird ein Einzelgetriebe betrachtet. Auf diese Weise heben sich mögliche Querkräfte an dem Stufenrad eines arbeitenden Einzelgetriebes bzw. beider gleichartig ausgebildeter Einzelgetriebe weitgehend gegenseitig auf. Wenn bei der Verhältnisbildung von einer gleichen Größe bzw. von einem identischen Verhältnis gesprochen wird, so bleiben dabei Abweichungen durch übliche fertigungstechnische Toleranzen außer Betracht. Unter einer gleichen Größe oder einem identischen Verhältnis können noch Abweichungen verstanden werden, die weniger als 20 % eines Verhältnisses aus der obigen Formel betragen. Vorzugsweise erfolgt eine Aufhebung der Querkräfte zumindest für Anteile, die mehr als 20 % der möglichen Querkraft in einer Einzelstufe betragen.
In dem Rechenverfahren können auch Reibungseffekte, genauer jene Reibungseffekte in Zahneingriffsbereichen, berücksichtigt werden, wodurch eine noch bessere Kompensation von Querkräften möglich ist.
Mögliche Kippkräfte, in deren Momentenstärke die Breite des Doppel- bzw. Stufenzahnrads eingeht, lassen sich durch das Verhältnis der Schrägungswinkel - ebenfalls stark - reduzieren.
Im Betrieb treten an solchen Verzahnungen in Bezug auf die Lager der Zahnräder keine oder nur geringe Axialkräfte auf, wodurch diese konstruktive Maßnahme sich günstig auf die Verlustleistung des Doppelgetriebes auswirkt. Zudem garantieren Schrägverzahnungen einen besonders geräuscharmen Betrieb eines Getriebes. Auch ermöglichen solche Verzahnungen die Übertragung höherer Leistungen bei geringerem Bauraumbedarf, da stets mehrere Zähne in Eingriff sind.
Die beiden Wellen eines Teilgetriebes, die Eingangswelle und die Ausgangswelle, sind mit ihren Wellenmittelpunkten auf einer einheitlichen Ebene bzw. auf einem einheitlichen Niveau, das auch als Plateau bezeichnet werden kann, angesiedelt bzw. angeordnet. In diesem Fall stellt das Zahnrad bzw. stellen die Zahnräder auf dem Stirnzahnradzwischenlager eine Umlenkstufe bzw. mehrere Umlenkstufen für ein Drehmoment dar.
Auf der Achse ist wenigstens ein Freilaufkörper angeordnet, sodass das Stirnzahnrad als Losrad betrachtet werden kann. Vorzugsweise sind mehrere Freilaufkörper, wie z. B. vier Freilaufkörper, vorhanden. Die Winkelanordnung trägt dann dazu bei, dass sich eingeleitete und ausgeleitete Kräfte zumindest teilweise kompensieren. Hierdurch können Querkräfte, insbesondere in einem Zugfahrbetrieb, kompensiert werden.
Auf diese Weise ist es möglich, die Wirkung der Querkraftbelastungen auf dem Stirnzahnradzwischenlager zu verringern.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.
In Abhängigkeit von der jeweiligen (gewählten) Verzahnungsart mit ihrer jeweiligen Verzahnungsgeometrie an den um die jeweiligen Zahnradzentren drehenden Zahnrädern, kann es vorteilhaft sein, die mittlere Achse zu den Zahnradzentren des eingangswellenseitigen und des ausgangswellenseitigen Zahnrades so anzuordnen, dass eine Gerade zwischen einem Zahnradzentrum und der mittleren Achse unter einem Winkel auszubilden ist. Wobei der Winkel einen Wert hat, der aus einem Winkelbereich von 5° bis 65° zu der Bezugsebene entnommen ist. Weiter vorteilhaft kann die mittlere Achse in dem Getriebegehäuse so positioniert sein, dass eine Gerade zwischen einem Zahnradzentrum und der mittleren Achse einen Winkel einnimmt, der aus einem Winkelbereich von 15° bis 48° zu der Bezugsebene entnommen ist. Hierdurch ist nicht nur der Kraftfluss in den jeweiligen Scheiben der Zahnräder verlustarm gestaltet, sondern das Doppelgetriebe baut dadurch insgesamt kompakt. Ein solches Getriebe ist leicht in Fahrzeug-Chassis integrierbar. Auch aufgrund seiner Kompaktheit weist es minimierte Flächen auf, die als Quellen von im Getriebe erzeugtem Schall eigentlich unerwünscht sind.
Weitere vorteilhafte Aspekte werden nun im Anschluss vorgestellt.
Das Doppelgetriebe mit seiner Anordnung der Achsen der Zahnradzentren und der jeweiligen, an dem betreffenden Zahnradzentrum rotierbar angeordneten Zahnrad ist vorteilhaft so aufgebaut, dass ein angetriebenes Zahnrad, das für eine Rotation um die mittlere Achse ausgelegt ist, einen vom Gehäuseboden des Getriebegehäuses wegdrehenden Rotationssinn nach einer Zahnradberührung mit einem antriebsmäßig vorgeschalteten Zahnrad, d. h. also in antreibender Weise hat. Dies hat nicht nur einen Vorteil in Bezug auf die Kraftkompensation, sondern kann vorteilhaft in einem panschenden Getriebe eine Schmierfilmausbildung eines aus dem Sumpf gezogenen Ölfilms herstellen. Unter einem weiteren Blickwinkel kann auch gesagt werden, dass das Getriebe für eine Vorzugsfahrtrichtung gestaltet ist. Bei der Betriebsweise des Zugbetriebs des Getriebes wird nach einer Berührung zwischen antreibendem Zahnrad und einem Zahnrad auf einer mittleren Achse das mittlere Zahnrad von dem Gehäuseboden weggedreht. Eine Bewegung des mittleren Zahnrads erfolgt zunächst in Vorzugsfahrtrichtung.
Nachfolgend werden noch weitergehende interessante Aspekte erläutert, die für sich gesehen und auch in Kombination weitere erfinderische Aspekte offenbaren.
Die auf der Achse angeordneten Zahnräder sind mit geeigneten Lagern, insbesondere in Form von Nadellagern oder Wälzlagern mit oder ohne axiale Abstützungsfunktion, an der Achse gelagert. Besonders die Anwendung von Nadellagern gewährleistet eine kippfreie Lagerung der Zahnräder und damit eine minimierte Reibung ihrer Verzahnungen miteinander.
Es kann vorteilhaft sein, zur axialen Abstützung der Zahnräder in dem Getriebegehäuse Anlaufscheiben zu verwenden.
Es kann ferner auch vorteilhaft sein, zur Lagerung der auf der Achse angeordneten Zahnräder eine Hülse zu verwenden, die eine aus dem Getriebegehäuse herausgeführte Luftführungsstruktur aufweist und zur Entlüftung des Getriebegehäuses herangezogen werden kann.
Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.
So ist es möglich, die Eingangswelle(n) und/oder die Ausgangswelle(n) als ebenfalls auf z. B. hülsenartige Hohlkörper gelagerte Wellen auszugestalten.
Außerdem ist es möglich, noch eine oder mehrere weitere Stufen in dem Getriebe vorzusehen, sodass einzelne Zahnräder bzw. die Stufen auf der Kathete bzw. der Ankathete platziert sind.
Durch eine Auskragung von Zahnräderpositionen bzw. Zahnräderlagen eines Zahnrads oder sogar von mehreren Zahnrädern, die einer oder mehreren Stufe(n) des Getriebes zugerechnet werden, ist, insbesondere in einem Zugbetrieb, wobei die elektrischen Antriebsmotoren hinter der Fahrzeugsachse positioniert sein können, die Möglichkeit geschaffen, Axial- und Querkräfte in dem Getriebe, insbesondere an mittleren Zahnrrädern (der Zahnradketten) bzw. in seinen mittleren Zahnrädern, zumindest sehr gering zu halten.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, die beispielhaft besonders vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten darlegen, ohne die vorliegende Erfindung auf diese einzuschränken, wobei

1 ein Fahrzeugsystem in Prinzipdarstellung zeigt,
2 ein in Prinzipdarstellung gezeigtes Getriebe in einem Längsschnitt zeigt und
3 ein in Prinzipdarstellung gezeigtes Getriebe in seitlicher, geöffneter Ansicht darstellt.

Figurenbeschreibung
1 stellt schematisch ein Kraftfahrzeug 500 dar, das neben dem Raum für den Fahrer, zu erkennen an dem Lenkrad 514, einen Fond 526 und einen Kofferraumbereich 528 hat, zu erkennen an der eingezeichneten Fahrtrichtung 502. Im vorderen Teil der Fahrgastzelle ist, wie üblich, das Lenkrad 514, das über ein Lenkgestänge 516 aus einer Lenkwelle, einem Lenkgetriebe, Spurstangen und Radlenkhebeln bestehend, auf zwei Räder als Straßenräder 510, 512 Lenkbewegungen eines Fahrers übertragen kann. An einer zweiten Achse, der Fahrzeughinterachse 518 sind zwei weitere Straßenräder 506, 508 angebracht. Ein Rad bzw. Straßenrad kann auch als Fahrzeugrad bezeichnet werden, weil es der Fortbewegung des Kraftfahrzeugs 500 dient. Die Straßenräder 506, 508 werden über Halbachsen 520, 522, den Antriebsgelenkwellen angetrieben. Die Halbachsen 520, 522 sind an einem Doppelgetriebe 1 abtriebsseitig befestigt. Antriebsseitig an dem Doppelgetriebe 1 sind eine erste Elektromaschine 5 und eine zweite Elektromaschine 7 befestigt. Die Elektromaschinen 5, 7 und die Halbachsen 520, 522 sind jeweils paarweise an sich gegenüberliegenden Seiten des Getriebes 1 befestigt. Über jeweils eine Seite wird Drehmoment aus der Elektromaschine 5 auf eine Eingangswelle 33 (vgl. 2) des Doppelgetriebes 1 aufgebracht und auf der gleichen Seite des Doppelgetriebes 1 ist die erste Halbachse 520 befestigt, somit der Abtrieb auf das erste Straßenrad 506. In gleicher Weise wird von der Elektromaschine 7 auf eine Eingangswelle 35 (vgl. 2) des Doppelgetriebes 1 Drehmoment aufgebracht und auf der gleichen Seite des Doppelgetriebes 1 ist die zweite Halbachse 522 angeordnet, somit der Abtrieb auf das zweite Straßenrad 508.
Ein besonders vorteilhafter Kraftfahrzeugaufbau liegt vor, wenn die gemäß 1 in Fahrtrichtung 502 vor den Halbachsen 520, 522 montierten Elektromaschinen 5, 7 hinter den Halbachsen 520, 522 montiert sind, z. B. indem das symmetrisch aufgebaute Doppelgetriebe 1 in der gezeigten Ebene des Fahrzeugbodens 504 von 1 um 180° gedreht ist und insbesondere Montagestellen für das Doppelgetriebe 1 bzw. die Elektromaschinen 5, 7 unter dem Kofferraum 528 vorhanden sind.
Im Bereich des Fahrzeugbodens 504 befindet sich gemäß 1 ein elektrischer Akkumulator 9, der über elektrische Leitungen 11, 13 elektrische Energie den Elektromaschinen 5, 7 und ihren (nicht gezeigten) Motorsteuerungen zur Verfügung stellen kann. Der Antriebsstrang 3 erstreckt sich somit von dem Akkumulator 9 kommend über die elektrischen Leitungen 11, 13, über die Elektromaschinen 5, 7, und deren Motorsteuerungen, über das Doppelgetriebe 1 und über die Halbachsen 520, 522 zu den Straßenrädern 506, 508.
Das Getriebe 1 ist auf der Fahrzeuglängsachse 524 angeordnet. Eine Elektromaschine 5 und eine Halbachse 520 befinden sich auf einer Seite zu der Fahrzeuglängsachse 524, die andere Elektromaschine 7 und die andere Halbachse 522 sind seitengleich auf der anderen Seite zur Längsachse 524 angeordnet. Die quer zur Fahrzeuglängsachse 524 rotierende, zentrumsnah angeordnete Elektromaschine 5 bzw. 7 dreht das Getriebe 1, damit abtriebsseitig ebenfalls quer zur Fahrzeuglängsachse 524 eine Ausgangswelle 37, 39 (vgl. 2) ein Drehmoment auf ein Rad 506 bzw. 508 aufbringen kann.
Das in 1 gezeigte Fahrzeug 500 wird über seine Fahrzeughinterachse 518 angetrieben. Es handelt sich um einen elektrischen Hinterachsantrieb mit Hilfe des Doppelgetriebes 1. Das Doppelgetriebe 1 ist im Bereich des Fonds 526 bzw. im Bereich des Kofferraums 528 und dort im Bereich des Fahrzeugbodens 504 angeordnet.
Besonders günstig ist es, wenn die 2 und 3 gemeinsam betrachtet werden.
Nachfolgend wird vorrangig anhand der 2 günstige Ausgestaltungen für ein Getriebe 1 erläutert. Die 3 ist ergänzend zu den nachfolgenden Ausführungen hinzuzunehmen.
Das Getriebe 1 ist in 2 in einer Schnittansicht dargestellt, bei der der Schnitt durch die einzelnen Zahnradzentren 25, 27, 29 geführt ist.
Wie die 2 zeigt, weist das Doppelgetriebe 1 zwei Einzelgetriebe 15, 17 auf, wobei jedes Einzelgetriebe 15, 17 als zweistufiges Stirnradgetriebe gebildet ist. Jedes Stirnradgetriebe weist drei Positionen 19, 21, 23 für Zahnradzentren 25, 27, 29 in einem einzigen, gemeinsamen Getriebegehäuse 31 auf. Das Antriebsdrehmoment 5', 7' wird von den Elektromaschinen 5, 7 (vgl. 1) auf die jeweilige Eingangswelle 33, 35 aufgebracht. Die mit den jeweiligen Elektromaschinen 5 und 7 (vgl. 1) verbundenen Eingangswellen 33, 35 und die mit den jeweiligen Halbachsen 520 und 522 verbundenen Ausgangswellen 37 und 39 sind in einem mittleren Bereich M, bezogen auf eine Quererstreckung, d. h. insbesondere eine kürzere Strecke von einer Gehäusewand 41 bis zu einer ihr gegenüberliegenden Gehäusewand 43 des Getriebegehäuses 31 auf einer gleichen Höhe liegend angeordnet. Die Lage der Eingangswellen 33, 35 und der Ausgangswellen 37, 39, die die Zahnradzentren 25 und 29 definieren, beschreibt eine Bezugsebene B innerhalb des Getriebegehäuses 31. Eine mittlere Achse 45, welche ein mittleres Zahnradzentrum 27 oder mittlere Position eines axial gelagerten Zahnrades 49, 49', 50, 50' beschreibt, ist abgewinkelt bzw. erhöht zu der Bezugsebene B und bildet eine getriebegehäusebodenferne Position des Zahnradzentrums 27.
Wie sich gut aus 3 ergibt, liegt die mittlere Achse 45 in einer Ecke eines durch die Zahnradzentren 25, 27 und 29 aufgespannten Dreiecks 47.
Die mittlere Achse 45 ist hierbei über eine, das Zahnradzentrum 25 oder 29 und die mittlere Achse 45 verbindenden Gerade g schneidbar, und zwar in einem Winkelbereich von etwa 5° bis 70°.
Es kann, wie sich besonders gut aus 3 ergibt, vorteilhaft sein, die Zahnradzentren 25, 27, 29 auf zwei Ebenen anzusiedeln, sodass eine Gerade g, die von einer Ebene zur nächsten reicht, einen Winkel α gegenüber einer der Ebenen aufweist, der aus einem Winkelbereich von 10° bis 50° oder auch nur einem Winkelbereich von 15° bis 48° entnommen ist.
Wie ebenfalls aus 2 entnommen werden kann, ergibt sich in Abhängigkeit von den von den Zahnrädern 75, 75' der Eingangswellen 33, 35, von den Zahnrädern 77, 77' der Ausgangswellen 37, 39 und von den Zahnrädern 49, 49', 50, 50' der auf der mittleren Achse 45 gewählten Verzahnungsgeometrien und von den zu übertragenden Leistungen, wie die Zahnradzentren 25, 27, 29 anzusiedeln sind. Die eingangsseitigen Zahnräder 75, 75' haben einen Durchmesser d₁ , der kleiner ist als ein Durchmesser d₄ der ausgangsseitigen Zahnräder 77, 77' des Doppelgetriebes 1.
Das jeweilige eingangswellenseitige Zahnrad 75, 75' eines jeden Einzelgetriebes 15, 17 treibt ein jeweiliges Zahnrad 49, 49' auf der mittleren Achse 45 an, wobei in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Drehrichtungen der Elektromaschinen im Zugbetrieb des Fahrzeugs so gewählt sind, dass das Zahnrad 49, 49' einen von dem Gehäuseboden 51 des Getriebegehäuses 31 wegdrehenden Rotationssinn nach einer Zahnradberührung in antreibender Weise hat.
Der Drehrichtungspfeil in 3 verdeutlicht diese Festlegung der Richtungen und des Rotationssinns.
Wird abweichend zu dem in 1 gezeigten und in diesem Zusammenhang beschriebenen vorteilhaften Kraftfahrzeugaufbau ein Kraftfahrzeugaufbau mit einer Getriebeanordnung realisiert, bei dem die Getriebeanordnung um 180° hierzu gewendet ist, so würde sich bei dem Zahnrad 49, 49' ein zu dem Gehäuseboden 51 des Getriebegehäuses hin drehender Rotationssinn nach einer Zahnradberührung einstellen.
Wie insbesondere die 2 verdeutlicht, ist die die mittlere Position oder das mittlere Zahnradzentrum 27 definierende Achse 45 als gehäusefeste, ruhende Achse ausgebildet. Dies ermöglicht eine Aussteifung des Getriebegehäuses 31, ohne dass zusätzliche Bauelemente erforderlich wären. Das jeweilige angetriebene Zahnrad 49, 49' auf der Achse 45 und das treibende Zahnrad 50, 50' sind über jeweils zwei Nadellager 61, 63, 61', 63' auf der Achse 45 gelagert, um ein Kippen der Zahnräder 49, 50 sowie 49', 50' die im Übrigen vorzugsweise paarweise als einstückiges Stufenrad gebildet sind, zu vermeiden.
Die Eingangswellen 33, 35 und die Ausgangswellen 37, 39 sind hingegen mit Wälzlagern 65, 67, 69 und 71 in Außenwänden des Getriebegehäuse 31 gelagert. Ferner sind die Eingangswellen 33, 35 in einer Gehäusezwischenwand 73, die Durchbrüche zur gemeinsamen Schmierung der Einzelgetriebe 15 und 17 aufweist, mittels Kugellagern, bzw. jeweils einem gesonderten Kugellager je Einzelgetriebe 15, 17, gelagert. Die Ausgangswellen 37 und 39 sind in einer zweiten Gehäusezwischenwand 73', genauer einer Lagerbrille, mittels Nadellagern bzw. jeweils einem Nadellager je Einzelgetriebe 15, 17, gelagert.
Die Eingangswellen 33, 35 und die Ausgangswellen 37, 39 sind in Bezug auf den Gehäuseboden 51 des Getriebegehäuses 31 niedriger angeordnet als die Achse 45.
Die Stufenzahnräder auf der Achse 45 weisen einen ersten, größeren Durchmesser d₂ auf der Antriebsseite und einen kleineren, zweiten Durchmesser d₃ auf der Abtriebsseite auf. Es liegt eine Untersetzung zur Abtriebsseite hin vor.
Der größere Durchmesser d₂ liegt zum Inneren hin, der kleinere Durchmesser d₃ liegt (hierzu im Vergleich) näher zum Gehäuse 31 hin. So ist es möglich, die in das Getriebe 1 eingeleiteten Momente in Richtung zur Ausgangswelle 37, 39 nach außen zu leiten. Ein Verlauf der Drehmomente folgt aufgrund der Ebenen des Getriebes 1, in denen sich die Zahnradzentren 25, 27, 29 befinden, und aufgrund der Anordnung der Stufen 53, 55 einem doppelten V-Verlauf (einmal in Bezug auf Höhen zu einem Boden des Getriebes 1, einmal in Bezug auf ein Auseinanderlaufen von einer Fahrzeuglängsachse 524 weg).
Es ergibt sich in dem erfindungsgemäßen Doppelgetriebe 1 eine erste Getriebestufe 53, die eine von dem Gehäuseboden 51 des Getriebegehäuses 31 sich wegwendende Übersetzung bildet und eine zweite Getriebestufe 55, die eine auf den Gehäuseboden 51 sich zuwendende Übersetzung bildet.
Wie insbesondere die 2 in einem schematischen Längsschnitt durch das Doppelgetriebe 1 zeigt, sind die mittleren, einstückig miteinander gebildeten Zahnräder 49, 50 bzw. 49', 50' für eine querkraftfreie Übertragung eines Drehmoments gestaltet, indem die Zähne 57 und 59 bzw. 57' und 59' zweier benachbarter Zahnräder 49, 50 bzw. 49', 50' für jede Zahnreihe verschieden ausgebildete Schrägungswinkel, wie die Schrägungswinkel β₁ und β₂ , haben. Die Schrägungswinkel β₁ , β₂ sind - zur Förderung des Verständnisses - in der gezeigten Schnittebene von 2 lediglich schematisch angedeutet. Die Zähne 57, 59 sowie benachbarte Zähne der jeweiligen Zahnreihen (ohne Bezugszeichen) erstrecken sich mit jeweiligen Zahnrichtungen parallel durch die Schnittebene von 2 hindurch. Die Zähne 57, 59 bzw. deren Laufflächen erstrecken sich bezüglich einer vorgegebenen bzw. gewählten Richtung der mittleren Achse 45 mit einer Zahnrichtung gleichartig seitlich hin zu dem anderen Teilgetriebe 15 bzw. weg von dem anderen Teilgetriebe 15, wobei eine durch Vektoren ausdrückbare Abweichung der Zahnrichtungen der Zähne 57, 59 von der Richtung der mittleren Achse 45 bei ihren Vektorwerten je das gleiche Vorzeichen aufweist (identisches Vorzeichen in den Schrägungswinkeln).
Die Zahnräder 49, 50 sind zumindest im Zugbetrieb des Fahrzeugs frei von Axialkräften.
Für die Zahnräder 49', 50' bzw. die Zähne 57', 59' des anderen Einzelgetriebes 15 gilt aufgrund eines gleichartigen Aufbaus von Getriebeteilen entsprechendes.
Es kann vorteilhaft sein, zur Abstützung der Zahnräder 49, 50 bzw. 49', 50' an dem Getriebegehäuse 31 Anlaufscheiben vorzusehen.
Ferner kann es zur Belüftung des Getriebegehäuses 31 vorteilhaft sein, anstatt der mittleren Achse 45 oder zusätzlich auf der mittleren Achse 45 eine Hülse vorzusehen, die einen Druckausgleich des Getriebegehäuses 31 ermöglicht.
Die Zahnräder 49, 49', 50, 50', 75, 75', 77 und 77' sind wegen der hohen, zu übertragenden Drehmomente als Scheibenräder gebildet. Wie 2 zeigt, sind die Ausgangswellenseitigen Zahnräder 77 mit einer Scheibe gebildet, die eine geringere Stärke aufweist, als die Breite ihres Zahnkranzes. Zudem ist die jeweilige Scheibe der Zahnräder 77, 77' zu der jeweiligen Ausgangswelle 37, 39 angewinkelt. D. h., sie kann mit einem von dem senkrechten Winkel verschiedenen Winkel zu der jeweiligen Ausgangswelle 37, 39 ausgebildet sein. Die Scheibe weist eine Basis mit einer Stirnfläche auf, die sich radial von der Ausgangswelle 37, 39 erstreckt bzw. in die Ausgangswelle 37, 39 übergeht und insbesondere eine Lauffläche eines Nadellagers in einer Axialrichtung begrenzt.
Alle in dem Getriebegehäuse 31 verbauten Zahnräder, Achsen und Wellen sind über einen gemeinsamen Sumpf geschmiert. Jedes Einzelgetriebe 15, 17 weist eine Übersetzung ins Langsame von beispielsweise 8,5:1 oder sogar 12:1 auf.
Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten lassen sich auch untereinander in beliebiger Form verbinden.
So ist es möglich, die Zwischenwände 73, 73' länger oder kürzer auszugestalten und trotzdem einen gesamten, zusammenhängenden Ölraum in dem Getriebegehäuse 31 zu belassen.
Außerdem versteht ein Fachmann, dass die in 1 beispielhaft dargestellte Hinterachsantriebsvariante eines Kraftfahrzeugs 500 entsprechend auch auf eine Vorderachsantriebsvariante eines Fahrzeugs mit Vorderachsantrieb umgestaltet werden kann. In dem Fall greift nicht nur die Lenkbewegung aus dem Lenkrad 514 über das Lenkgestänge 516 auf die Straßenräder 510, 512 und ihre Winkelposition, sondern auch der Antriebsstrang 3 mündete in den Straßenrädern 510, 512.
Bezugszeichenliste

1: Doppelgetriebe bzw. Twin-Getriebe
3: Antriebsstrang, insbesondere Duo-Elektromaschinenantriebsstrang
5: erste Elektromaschine
5': erstes Antriebsdrehmoment
7: zweite Elektromaschine
7': zweites Antriebsdrehmoment
9: Energiespeicher, insbesondere elektrischer Akkumulator
11: erste elektrische Leitung
13: zweite elektrische Leitung
15: Einzelgetriebe, insbesondere erstes Einzelgetriebe
17: Einzelgetriebe, insbesondere zweites Einzelgetriebe
19: Position, erste
21: Position, zweite, mittlere
23: Position, dritte
25: Zahnradzentrum, insbesondere erstes Zahnradzentrum
27: Zahnradzentrum, insbesondere zweites Zahnradzentrum
29: Zahnradzentrum, insbesondere drittes Zahnradzentrum
31: Getriebegehäuse
33: Eingangswelle
35: Eingangswelle
37: Ausgangswelle
39: Ausgangswelle
41: Gehäusewand
43: Gehäusewand
45: Achse, mittlere
47: Dreieck
49, 49': Zahnrad
50, 50': Zahnrad
51: Gehäuseboden
53: Stufe, erste
55: Stufe, zweite
57, 57': Zahn
59, 59': Zahn
61, 61': Nadellager
63, 63': Nadellager
65: Wälzlager
67: Wälzlager
69: Wälzlager
71: Wälzlager
73, 73': Gehäusewand, insbesondere Gehäusezwischenwand wie eine Lagerbrille
75, 75': Zahnrad, insbesondere der Eingangswelle
77, 77': Zahnrad, insbesondere der Ausgangswelle
500: Kraftfahrzeug
502: Fahrrichtung
504: Fahrzeugboden
506: erstes Straßenrad
508: zweites Straßenrad
510: drittes Straßenrad
512: viertes Straßenrad
514: Lenkrad
516: Lenkgestänge
518: Fahrzeughinterachse
520: erste Halbachse
522: zweite Halbachse
524: Fahrzeuglängsachse
526: Fond
528: Kofferraumbereich
M: Bereich, insbesondere mittlerer Bereich
B: Bezugsebene
g: Gerade
d₁: Durchmesser eines Zahnrads 75, 75' der Eingangswelle
d₂: Durchmesser eines Zahnrads des Stufenzahnrads 49, 49'
d₃: Durchmesser eines Zahnrads des Stufenzahnrads 50, 50'
d₄: Durchmesser eines Zahnrads 77, 77' der Ausgangswelle
β₁: Schrägungswinkel
β₂: Schrägungswinkel
α: Winkel, insbesondere Abweichung von der Bezugsebene B

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016205444 A [0005]
JP 2017019319 A [0005]
WO 2016/147865 A1 [0009]
DE 102013208564 A1 [0010]
DE 102011115785 A1 [0013]
US 2017/0274763 A1 [0014]

Claims

Doppelgetriebe (1) für einen Antriebsstrang (3) eines Kraftfahrzeugs (500) mit zwei Elektromaschinen (5, 7), von denen jede zum Antrieb eines Rades (506, 508) nach einer Drehgeschwindigkeitsreduktion durch ein eigenes Einzelgetriebe (15, 17) in dem Doppelgetriebe (1) ausgestaltet ist, wobei ein Einzelgetriebe (15, 17) ein zweistufiges Stirnradgetriebe mit genau drei Positionen (19, 21, 23) für Zahnradzentren (25, 27, 29) in einem Getriebegehäuse (31) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Aufnahme des Doppelgetriebes (1) bestimmte Kraftfahrzeug (500) eine Fahrgastzelle aufweist, und Eingangswellen (33, 35) des Doppelgetriebes (1) und Ausgangswellen (37, 39) des Doppelgetriebes (1) bei Einnahme einer Einbaulage des Doppelgetriebes (1) in einem mittleren Bereich (M), bezogen auf eine Quererstreckung zu einer Fahrtrichtung, auf einer gleichen Höhe liegend angeordnet sind, wodurch sich eine Bezugsebene (B) innerhalb des Getriebegehäuses (31) ergibt und eine der Positionen (19, 21, 23) eine Position (21) für eine mittlere Achse (45) ist, wobei diese Position (21) ausgewinkelt zu der Bezugsebene (B) als eine von einem Gehäuseboden (51) des Getriebegehäuses (31) ferne Position (21) angeordnet ist, die zu einer Erhöhung der Position (21) der mittleren Achse (45) gegenüber der Bezugsebene (B) und damit zu einer Ecke eines auf der Bezugsebene (B) durch seine längste Seite ruhenden Dreiecks (47) führt, wobei auf die mittlere Achse (45) eine Gerade (g) von einem der übrigen Zahnradzentren (25, 29) unter Ausbildung eines Winkels (α) ziehbar ist, wobei der Winkel (α) einen Wert hat, der innerhalb eines Winkelbereichs zwischen 5° und 70° liegend von der Bezugsebene (B) abweicht, und wobei die mittlere Position (21) durch eine ruhende Achse (45) gebildet ist, die ein rotierbar gelagertes Stufenzahnrad (49, 49', 50, 50') trägt, wobei eine erste und eine zweite Zahnreihe des Stufenzahnrads (49, 49', 50, 50') eine gleichläufige Schrägstellung der Zähne (57, 57', 59, 59') aufweist.
Doppelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung der Eingangswellen (33, 35) des Doppelgetriebes (1) und der Ausgangswellen (37, 39) des Doppelgetriebes (1) eine kürzere Strecke von einer Gehäusewand (41) bis zu einer ihr gegenüberliegenden Gehäusewand (43) des Getriebegehäuses (31) aufweist.
Doppelgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) einen Wert hat, der innerhalb eines Winkelbereichs zwischen 10° und 50° liegt.
Doppelgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) einen Wert hat, der innerhalb eines Winkelbereichs zwischen 15° und 48° liegt.
Doppelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Achse (45) gehäusefest ist.
Doppelgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein angetriebenes Zahnrad (49, 49'), das für eine Rotation um die mittlere Achse (45) ausgelegt ist, einen von dem Gehäuseboden (51) des Getriebegehäuses (31) wegdrehenden Rotationssinn nach einer Zahnradberührung in antreibender Weise hat.
Doppelgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswellen (33, 35) und die Ausgangswellen (37, 39) jeweils paarweise in einer Flucht rotierbar angeordnete Wellen sind, die in Bezug auf den Gehäuseboden (51) des Getriebegehäuses (31) niedriger angeordnet sind als die mittlere Achse (45).
Doppelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der mittleren Achse (45) rotierbar gelagerte Zahnräder (49, 49', 50, 50') Stufenzahnräder sind, die vorzugsweise einen größeren, ersten Durchmesser (d₂) auf einer motorischen Antriebsseite und einen kleineren, zweiten Durchmesser (d₃) auf der Abtriebsseite der mittleren Position (21) bieten.
Doppelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelgetriebe (1) dazu gestaltet ist, durch seine erste Stufe (53) ein von dem Gehäuseboden (51) des Getriebegehäuses (31) weggewandte Übersetzung durchzuführen und durch seine zweite Stufe (55) eine auf den Gehäuseboden (51) zugewandte Übersetzung durchzuführen.
Doppelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der mittleren Achse (45) gelagerten Zahnräder (49, 49', 50, 50') für eine querkraftfreie Übertragung eines Drehmoments gestaltet sind.
Doppelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zähne (57, 59; 57', 59') zweier benachbarter Verzahnungen der Zahnräder (49, 50; 49', 50') auf der mittleren Achse (45) mit unterschiedlichen Schrägungswinkeln (β₁, β₂) zur Bildung von Schrägzahnradsätzen ausgebildet sind, wobei vorzugsweise ein erstes Zahnrad (49, 49'), das im Durchmesser größer ist als ein zweites, im Vergleich also kleineres Zahnrad (50, 50'), einen ersten Schrägungswinkel (β₁) hat, der im Vergleich zu einem zweiten Schrägungswinkel (β₂) an dem zweiten Zahnrad (50, 50') größer ist.