DE202019103781U1 - Twin-Getriebe mit einer Doppel-Eingangswelle - Google Patents
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Abstract
Twin-Getriebe (1)
für einen elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugstrang (3) mit Einzelradantrieb (530), das eine Eingangswelle hat, die als Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) ausgestaltet ist und
die für Anschlüsse von zwei Motoren (5, 7) wie Asynchronelektromaschinen und
die für zwei mittig im Twin-Getriebe (1),
unmittelbar zueinander benachbart angeordnete Zahnräder (75, 75I, 75II, 75III) gestaltet ist,
wobei die Zahnräder (75, 75I, 75II, 75III) unabhängig voneinander rotierbar gestaltet sind und mit zwei weiteren Zahnrädern (49, 49I) des Twin-Getriebes (1) Übersetzungen (53, 53I) bilden,
und die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) eine ineinander bereichsweise verschachtelte, zu den Anschlüssen der Motoren (5, 7) einzeln herausführende, endlings freitragende Antriebswelle (33, 35) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) innerhalb eines Gehäuses (31, 31I) des Getriebes (1) an jenem viermal abgestützt ist
und
die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) für beiderseits ihrer Extremitäten umschließende Koppelungen (532) gestaltet ist, die zur Ausbildung von kraftschlüssigen Verbindungen über Wellenmäntel (109, 111) der Doppel-Eingangswelle (32, 32', 33, 35) zu den Anschlüssen der Motoren (5, 7) gestaltet sind.
für einen elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugstrang (3) mit Einzelradantrieb (530), das eine Eingangswelle hat, die als Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) ausgestaltet ist und
die für Anschlüsse von zwei Motoren (5, 7) wie Asynchronelektromaschinen und
die für zwei mittig im Twin-Getriebe (1),
unmittelbar zueinander benachbart angeordnete Zahnräder (75, 75I, 75II, 75III) gestaltet ist,
wobei die Zahnräder (75, 75I, 75II, 75III) unabhängig voneinander rotierbar gestaltet sind und mit zwei weiteren Zahnrädern (49, 49I) des Twin-Getriebes (1) Übersetzungen (53, 53I) bilden,
und die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) eine ineinander bereichsweise verschachtelte, zu den Anschlüssen der Motoren (5, 7) einzeln herausführende, endlings freitragende Antriebswelle (33, 35) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) innerhalb eines Gehäuses (31, 31I) des Getriebes (1) an jenem viermal abgestützt ist
und
die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) für beiderseits ihrer Extremitäten umschließende Koppelungen (532) gestaltet ist, die zur Ausbildung von kraftschlüssigen Verbindungen über Wellenmäntel (109, 111) der Doppel-Eingangswelle (32, 32', 33, 35) zu den Anschlüssen der Motoren (5, 7) gestaltet sind.
Description
- Die vorliegende Erfindung behandelt ein Twin-Getriebe, vorzugsweise für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, das eine Doppel-Eingangswelle aufweist, wobei die Eingangswellen ineinander bereichsweise verschachtelt sind und einzeln herausführende, endlings freitragende Anschlüsse für zwei Motoren haben, wie z. B. für zwei Asynchronelektromaschinen.
- Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt ein Twin-Getriebe 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 JP 2017 019 319 A JP 2017 019 319 A JP 2016 205 444 A JP 2017 019 319 A - 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
CN 104 709 059 A (Anmelderin: KUNSHAN DELATELAN TRANSMISSION SCIENCE & TECH CO; Offenlegungstag: 17.06.2015) wird ein rein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug beschrieben. Eine erste und eine zweite Eingangswelle eines Zahnradgetriebes sind als Koaxialwellen angeordnet, wobei jede der beiden Eingangswellen von einem Elektromotor angetrieben wird. Daher sind die beiden Elektromotoren unmittelbar nebeneinander anzuordnen. Sie stellen eine einseitige Gewichtslast an dem Getriebe dar. - Aus der
US 7 690 455 B2 (Inhaberin: Toyota Jidosha Kabushiki Keisha et al.; Offenlegungstag: 06.01.3005) sowie derDE 11 2005 002 356 T5 (Anmelderin: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha; PCT-Veröffentlichungstag: 06.04.2006) gehen ein zwischen zwei Elektromotoren angeordnetes Planetengetriebe eines Antriebsstrangs sowie eine Lagerung von Wellen hervor. Planetengetriebe sind zwar verlockende Getriebe, erfordern aber aufgrund ihrer Struktur, z. B. eines zwangsläufig vorhandenen Planetenträgers, immer einen Mindestaufwand. - In der
EP 2 310 220 B1 (Anmelderinnen: AISIN AW CO. LTD, TOYOTA JIDOSHA KABUSHI KAISHA; Offenlegungstag: 20.04.2011) werden Wellen- bzw. Achspositionen eines dreistufigen Doppel-Getriebes in einem Getriebegehäuse gezeigt. In einem (einzigen) Getriebegehäuse sind zwei Elektromotoren angeordnet, durch die jeweils eine Eingangswelle eines Teilgetriebes antreibbar ist. Parallel zwischen den Eingangswellen und den Ausgangswellen sind zwei mittlere Achsen, eine sog. Idlerwelle und eine Gegenwelle, versetzt zueinander angeordnet. Damit sollen Drehgeschwindigkeiten, von denen jeweils eine auf eine der beiden Ausgangswellen zu übertragen ist, verlangsamt werden. DieEP 2 310 220 B1 möchte also eine gesamte Antriebseinheit mit einem einzigen Gesamtgehäuse um diese Einheit versehen. Auch die Elektromotoren sind Teil des Getriebes. Solche Designs dürften für Systemlieferanten funktionieren, die ihre gesamte Antriebseinheit als Austausch- und eventuell auch als Wegwerfprodukt gestalten wollen. - Die
WO 2016/147 865 A1 WO 2016/147 865 A1 - Ganz generell empfehlen die
DE 100 54 759 B4 (Patentinhaberin: ZF Friedrichshafen AG; Erteilungstag: 29.10.2009) und dieWO 2005/008 098 A1 - Anders als bei Doppelkupplungsgetrieben sind die Belastungsverteilung und das zeitliche Verhalten der Belastung bei Twin-Getriebe-Antriebssträngen während eines Antriebs des Kraftfahrzeugs permanent gegeben. Ingenieursgemäßes Wissen und langjährige Erprobungen aus dem Gebiet der Doppelkupplungsgetriebe dürften nur äußerst begrenzt auf Antriebsstränge mit Twin-Getrieben übertragbar sein.
- Die
DE 10 2009 006 523 A1 (Anmelderin: GETRAG Innovations GmbH; Anmeldetag: 28.01.2009) beschäftigt sich mit sogenannten Tandemmotoren, jenem Typ von Elektroantrieben, die mit zwei Elektromaschinen, einem Doppelgetriebe und zwei anzutreibenden Radwellen an einer Antriebsachse realisiert sind. Die koaxialen Wellen sollen als Wellen mit Lagerzapfen und Lagerbohrungen auszuführen sein. An der doppelten Eingangswelle soll es zwei Lager geben, die jeweils zwei koaxial ineinander verschachtelte Wellen gegenüber dem Gehäuse abstützen. Außerdem wird auch noch eine Alternative mit je zwei Lagern pro Welle bzw. Wellenteil erwähnt. Eine solche Anordnung soll aber zusätzlich eine mittlere Gehäuselagerplatte aufweisen. Gemäß2 sollten die jeweiligen Enden der verschachtelten Eingangswellenstummel mit Schrägen ausgestaltet sein. - Die
DE 10 2011 115 785 A1 (Anmelderin: GETRAG Getriebe- und Zahnradfabrik; Anmeldetag: 06.10.2011) beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung des in derDE 10 2009 006 523 A1 beschriebenen Getriebes unter dem Aspekt der Frequenzanregungsminimierung durch Eigenfrequenzverschiebungen zwischen dem ersten Getriebe und dem zweiten Getriebe. Hierzu werden verschiedene Lösungsansätze vorgeschlagen, u. a. durch Gesamtübersetzungsabweichungen zwischen den beiden Getrieben, durch Tausch der Einzelübersetzungsanordnungen in den beiden Getrieben oder durch unterschiedliche Getriebestufenanzahlen in den beiden Getrieben usw.. Außerdem wird als alternative Ausführungsform hierzu eine Doppelwellenlagerung jeder Teilwelle beschrieben. - Die
US 2018/0 141 423 A1 4 dargestellt, durch gegenläufige Schrägverzahnungen in den Zahnradpaaren zur und von der zweiten Welle erreicht. In den1 ,6 und7 sind Eingangswellen, die an beiden ihrer Enden gelagert sind und nicht mir ihrer Nachbarwelle verschachtelt sind, abgebildet. Des Weiteren weist das Getriebe gemäß derUS 2018/0 141 423 A1 - Die zuvor genannten Druckschriften gelten mit ihrer Benennung als vollumfänglich in vorliegende Erfindungsbeschreibung inkorporiert. Hierdurch soll vermieden werden, nicht mehr erneut und wiederholt allgemein bekannte Zusammenhänge zwischen elektrischem Antrieb, Übersetzungsgetriebe, seinen Wellen und den Übersetzungsstufen zu erörtern, sondern durch Verweis auf die Druckschriften als ebenfalls definiert für vorliegende Erfindung ansehen zu dürfen.
- Aufgabenstellung
- Es stellt sich also die Frage, wie zwei Eingangswellen eines Twin-Getriebes gestaltet werden können, insbesondere unter Berücksichtigung der weiteren Achsen und Wellen des Twin-Getriebes und der durch das Getriebe zu führenden Momentenflüsse. Wird zusätzlich die Forderung erhoben, ein kompaktes Getriebe kennen lernen zu wollen, dürfte der Weg, zwei im Endeffekt mechanisch-räumlich getrennte, zu einem größeren Block zusammengeschlossene Getriebe in einer gemeinsamen Einzelgetriebetrennwand zu lagern, nicht zu befolgen sein.
- Es besteht Bedarf nach einem mechanisch günstigeren Design als den bisher bekannten, um dem Ziel, ein möglichst kompaktes Twin-Getriebe zu schaffen, näher zu kommen.
- Ein vorteilhaftes Design mit insbesondere seinen Lagerungen, schwerpunktmäßig an den Eingangswellen orientiert, zu schaffen, stellt eine Herausforderung für jeden Konstrukteur dar.
- Erfindungsbeschreibung
- Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Twin-Getriebe nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
- Das Getriebe setzt sich aus zwei Einzelgetrieben zusammen, die aufgrund ihrer hochgradigen Ähnlichkeit zueinander als Twin-Getriebe bezeichnet werden können. Ein erstes (Teil-)Getriebe und ein zweites (Teil-)Getriebe liegen nebeneinander. Sie haben (im Wesentlichen) in Bezug auf ihre Übersetzungsstufen, ihre Zahnräder, die Anordnung der Zahnräder, der daraus resultierenden Gesamtübersetzung und der Anordnung und Lagerung der einzelnen Zahnräder identische, zumindest aber nahezu identische Aufbauten. Somit kann das (Gesamt-)Getriebe als Paarung zweier (Teil-)Getriebe betrachtet werden, sodass das (Gesamt-)Getriebe als Twin-Getriebe bezeichnet werden kann.
- Das Twin-Getriebe ist dafür vorgesehen, zwei Eingangsantriebsmaschinen, insbesondere Elektromotoren, über das Getriebe an zwei ausgangsseitig des Getriebes angeordnete Halbachsen, wie z. B. zwei Gelenkwellen für einen Anschluss an jeweils ein Straßenrad, anzuschließen. Für den Anschluss von jedem der beiden Elektromotoren an jeweils eine Eingangswelle hat das Twin-Getriebe eine Doppel-Eingangswelle, an die beide Elektromotoren angeschlossen werden können.
- Die zwei (Teil-)Getriebe des Twin-Getriebes 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.
- Der Kraftfahrzeugantriebsstrang, zu dem das Twin-Getriebe gehört, ist ein Antriebsstrang, der, wie gesagt, von Elektromotoren anzutreiben ist. Wenigstens zwei Elektromotoren sind an dem Twin-Getriebe angeschlossen.
- Idealerweise treibt jeder Elektromotor ein ihm zugeordnetes Straßenrad. Der Elektromotor ist vorteilhafterweise für den Antrieb eines einzigen Straßenrads zuständig. Das Drehmoment des Elektromotors wird über ein (Teil-)Getriebe des Twin-Getriebes auf ein Einzelrad zum Antreiben des Einzelrads des Kraftfahrzeugs durchgeschaltet bzw. übertragen.
- Die Eingangswelle des Twin-Getriebes ist als Doppel-Eingangswelle ausgestaltet, damit auf jeder Seite des Getriebes eine eigene Elektromaschine angeschlossen werden kann. Folglich ist von einem (reinen) Elektroantrieb des Kraftfahrzeuges zu sprechen, wenn der vorliegend beschriebene Antriebsstrang zusammen mit dem Getriebe behandelt wird.
- Die Doppel-Eingangswelle ist für den Anschluss von zwei getrennt zu betreibenden Motoren gestaltet. Die Doppel-Eingangswelle bietet Anschlüsse für zwei Motoren. Vorteilhaft sind Asynchronelektromaschinen oder ähnlich wie Asynchronelektromaschinen arbeitende Elektromaschinen, die mit einem erhöhten Antriebsdrehmoment „losbrechen können“, je nach Außerphasenlage zwischen Rotor und Ansteuerung der Wicklungen des Stators.
- Das Twin-Getriebe ist durch seine Doppel-Eingangswelle so gestaltet, dass zwei (getrennt arbeitende) Übersetzungen von der Doppel-Eingangswelle abgeleitet werden können. Dafür weist die Doppel-Eingangswelle zwei erste Zahnräder auf, die insbesondere mittig in der Doppel-Eingangswelle, vorzugsweise als Teil der Doppel-Eingangswelle gestaltet, platziert sein können. Die Übersetzung bzw. die beiden Übersetzungen von den beiden ersten Zahnrädern bilden sich durch die Kombination mit zwei zweiten Zahnrädern des Twin-Getriebes.
- Die ersten Zahnräder befinden sich nebeneinander, jeweils ein Zahnrad an jeweils einer Eingangswelle. Jede Eingangswelle hat ihr eigenes erstes Zahnrad. Die beiden ersten Zahnräder sind im Zentrum bzw. in einem mittleren Bereich der Doppel-Eingangswelle angeordnet. Eingangszahnrad und Eingangswelle können einstückig ausgebildet sein.
- In einer günstigen Ausgestaltung befinden sich beide ersten Zahnräder im Bereich je eines Endes von je einer Einzel-Eingangswelle. Noch vorteilhafter für eine präzise geführte bzw. gelagerte Eingangswelle und insbesondere für eine Lastverteilung über mehrere Eingangswellenlager ist es, wenn der Endbereich zumindest einer der Einzel-Eingangswellen einen sich erstreckenden Zapfenbereich umfasst, wobei die Erstreckung weniger als eine zweieinhalbfache Breite des ersten Zahnrads über eine Zahnradwange des ersten Zahnrads hinausragt, und zwar vorzugsweise in Richtung der zweiten Einzel-Eingangswelle. Der Zapfenbereich kann insbesondere in eine Zapfenaufnahme der zweiten Eingangswelle hineinragen.
- Die sich aus zwei Einzel-Eingangswellen zusammensetzende Doppel-Eingangswelle hat ein erstes Ende und ein zweites Ende. Beide Enden der Doppel-Eingangswelle können als Extremitäten bezeichnet werden, weil diese Enden aus dem Getriebegehäuse hervorstehen. Die Extremitäten sind als Anschlusspunkte für kraftschlüssige Verbindungen gestaltet. Hierüber kann jeweils ein Antrieb an das Twin-Getriebe angebunden werden. Die Extremitäten sind für Antriebskoppelungen vorgesehen. Günstige Profile für Koppelungen von Antrieben an den Doppel-Eingangswellen sind z. B. Keilwellenprofile. Sind an den Extremitäten Keilwellenprofile eingearbeitet, so können hierüber kraftschlüssige Verbindungen auf Wellenmantel einer Eingangswelle realisiert werden. Neben Keilwellenprofilen bieten sich auch andere Profile an. Z. B. können Rillenstrukturen in die Extremitäten der Doppel-Eingangswelle eingearbeitet sein, sodass ein verzahntes Eingreifen jeweils eines eigenen Antriebs an jede Extremität stattfinden kann.
- Die Doppel-Eingangswelle ist also mit anderen Worten eine Welle, die sich aus zwei Wellen zusammensetzt, die ineinander verschoben sind. Die Doppel-Eingangswelle kann auch als ineinander bereichsweise verschachtelte Welle bezeichnet werden. Die beiden Einzel-Eingangswellen sind (gedanklich) aufeinander zugeschoben. Aus diesem Grund ist eine Eingangswelle die zum Teil äußere Welle, die einen mittleren Hohlraumbereich anbietet, in den die andere Eingangswelle hineinragt. Eine solche Doppel-Eingangswelle ist als bereichsweise verschachtelte, ineinander eingreifende Welle so gestaltet, dass jeweils ein Motor an jeder Einzelwelle angeschlossen werden kann. Hierfür ist jede Einzel-Eingangswelle an ihrem Ende freitragend ausgestaltet. Ein weiterer Begriff für eine solche Welle ist pilotierte Welle.
- Besonders kompakt ist die Ausgestaltung der Eingangswelle, wenn die auf der Eingangswelle angeordneten, aus dieser herausragenden ersten Zahnräder so nah beieinander angeordnet sind, dass über den Raum zwischen den beiden ersten Zahnrädern (im Endeffekt) nur von einem trennenden Luftspalt zwischen den Zahnradwannen geredet werden kann. In diesem kann in einer Ausgestaltung eine Stützstruktur angeordnet sein.
- Die Doppel-Eingangswelle ist innerhalb eines Gehäuses des Getriebes mehrfach abgestützt. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestallt, wenn die Doppel-Eingangswelle insgesamt vier Mal abgestützt wird. Jede Einzel-Eingangswelle kann in diesem Fall zweifach gegenüber dem Gehäuse abgestützt werden und hierdurch wird die Doppel-Eingangswelle vier Mal gegenüber dem Getriebe-Gehäuse abgestützt.
- Auf diesem Weg ist es sogar möglich, ohne mittleren Stabilisator oder mittlere Tragstruktur das Gehäuse in zwei Teile aufzuteilen. Obwohl kein Stabilisator oder sonstige mittlere Tragstruktur vorhanden ist, kann von getrennten Getrieberäumen gesprochen werden. Das Gehäuse des Getriebes lässt zwei Teilbereiche in seinem Gehäuse erkennen.
- Durch die Doppel-Eingangswelle mit ineinander hineingeschobenen Wellenabschnitten bzw. Teilwellen, d. h., durch das Verschachteln der Einzel-Eingangswellen und durch die Bildung einer Doppel-Eingangswelle wird ein Twin-Getriebe ermöglicht, dass äußerst schmal in seinem Eingangsbereich ist. Werden darüber hinaus die Zahnräder, die Teil der Eingangswellen sein können, möglichst im Zentrum der Doppel-Eingangswelle platziert, so ist die dickste Wellenausgestaltung der Doppel-Eingangswelle in jenem Bereich zu finden, der erst durch die Platzierung der Zahnräder geschaffen worden ist.
- Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.
- Das Gehäuse des Getriebes weist vorteilhafterweise mehrere Befestigungspunkte auf. Einige der Befestigungspunkte können für den Anschluss von Antriebsmaschinen genutzt werden. Zwei über Stirnflansche kraftschlüssig an das Getriebe zu befestigende Elektromaschinen können durch ein Anschrauben (oder sonst wie geeignetes Befestigungsverfahren) eine blockartige Einheit mit dem Twin-Getriebe bilden.
- Besonders kompakt wird das Twin-Getriebe, wenn die Doppel-Eingangswelle als besonders kurze Welle ausgestaltet ist. Eine Form einer kurzen Eingangswelle wird durch die Verwendung von Stummelwellen erzielt. Die Doppel-Eingangswelle kann durch entlang einer Achse ausgerichtete zwei Stummelwellen hergestellt sein. Hierbei sind die Stummeln der Stummelwelle in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet. Die Stummeln der Stummelwellen beschließen in entgegengesetzte Richtungen die Doppel-Eingangswelle.
- Vorteilhafterweise geht die jeweilige Stummelwelle an ihrem dem Stummel abgewendeten Ende nach außen auseinander. Diese fundamentartige Gestaltung der Stummelwelle kann dazu verwendet werden, einen umlaufenden Zahnkranz integral in den Boden der Stummelwelle einzuarbeiten. Ein solcher Zahnkranz kann zugleich das Antriebszahnrad darstellen. Der breiteste Durchmesser der Stummelwelle wäre jener, der in das Antriebszahnrad übergeht bzw. dieses darstellt.
- Die Verbindung, die zwischen einer der Antriebsmaschinen und der Doppel-Eingangswelle zur Übertragung des Antriebs herzustellen ist, kann durch einen Antriebsumschluss bewerkstelligt werden. Wie eingangs angesprochen, hat die Doppel-Eingangswelle Stützstellen. Vorteilhafterweise sind jeweils zwei umrundende Lager an einem Teil des Gehäuses und an je einer Einzel-Eingangswelle vorhanden. Jeder für einen Antrieb bestimmte Teil der Doppel-Eingangswelle weist jenseits ihres Antriebsumschlusses je zwei Lager auf. Diese beiden Lager stützen sich an Teilen des Gehäuses des Twin-Getriebes ab.
- Vorteilhafterweise ist die Doppel-Eingangswelle eine ölgeschmierte Welle. Die Doppel-Eingangswelle kann als Stufenwelle ausgestaltet sein. Die Ölschmierung erfolgt so, dass überschießendes Öl (ein Zuviel des Öls) in einer Gehäusewanne gesammelt werden kann. Das Öl aus der Gehäusewanne wird zunächst direkt den Wälzlagern zugeführt, die großen Belastungen ausgesetzt sein können. In einer vorteilhaften konstruktiven Ausführungsform hat das Getriebe zwei Gehäusewannen. Die Doppel-Eingangswelle schmiert gegenüber zwei Gehäusewannen bzw. mit dem Öl aus zwei Gehäusewannen. Hierbei ist vorteilhafterweise ein breitester Durchmesser im Bereich eines Zentrums der sich aus zwei Einzel-Eingangswellen zusammensetzenden Doppel-Eingangswelle. Den beiden Zahnrädern der Doppeleingangswelle wird Öl von tieferliegenden Zahnrädern, quasi übertragen von Zahn zu Zahn aus dem Sumpf zugeführt. Außerdem erfolgt eine Ölverteilung drehzahlabhängig durch Ölspritzer oder durch Ölnebel.
- Wird von einem Zentrum der Doppel-Eingangswelle aus in die unterschiedlichen Richtungen geblickt, so sind nach außen angeordnete Lager zu erkennen. Die am weitesten nach außen angeordneten Lager sind Kugellager. Ein seitliches Auswandern der einen oder der anderen Welle der Doppel-Eingangswelle kann durch je einen Anschlag der Kugellager an der Doppel-Eingangswelle und an einem Gehäuseteil des Twin-Getriebes blockiert werden.
- Die Lager der Doppel-Eingangswelle können zu je zwei Lagern gepaart sein. Vorzugsweise wird ein Rillenkugellager und ein Zylinderrollenlager nebeneinanderliegend kombiniert. Hierdurch ist es möglich, dass jeweils ein Rillenkugellager und ein Zylinderrollenlager eine Zentrierung einer Halbwelle bzw. einer Einzel-Eingangswelle gegenüber dem Gehäuse des Twin-Getriebes durchführen. Jeweils zwei Lager, wobei vorzugsweise ein Rillenkugellager und ein Zylinderrollenlager vorhanden sind, können durch ihre nebeneinander angeordneten Kombinationen einen der beiden wellenartigen Teile der Doppel-Eingangswelle in Bezug auf das Twin-Getriebe zentrieren. Vorzugsweise liegt das Zylinderrollenlager neben dem Zahnkranz bzw. dem Abtriebszahnrad der Stummwelle. Vorzugsweise begrenzt das Rillenkugellager seitlich das Zylinderrollenlager. Die ineinander gesteckten beiden Teile der Doppel-Eingangswelle, d. h. die Einzel-Eingangswellen sind durch ihre jeweils außen angeordneten Rillenkugellager gegen ein seitliches Auswandern begrenzt. Der Abtrieb über das jeweilige Abtriebszahnrad führt zu überwiegend radialen Belastungen in dem größten Teil bzw. dem Teil mit dem größten Durchmesser.
- Neben den äußeren Lagern der Doppel-Eingangswelle gibt es noch innere Lager. Die inneren Lager können zur Unterscheidung von den äußeren Lagern auch als Doppel-Eingangswellenlager bezeichnet werden, unter anderem deshalb, weil die innere Eingangswelle in einer Radialrichtung über das innere Lager und über ein erstes äußeres Lager sowie vorzugsweise ein zweites äußeres Lager der äußeren Eingangswelle gegen das Getriebegehäuse abgestützt ist. Nach einem weiteren Aspekt kann das innere Lager auch als ein Doppellager ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass beide äußeren Lager, wie bereits erläutert wurde, jeweils als Doppellager ausgebildet sind. Damit, dass von einer inneren und einer äußeren Eingangswelle gesprochen wird, ist nicht gesagt, dass es sich um eine bekannte konzentrische Hohlwellenkonfiguration handelt, denn ein Überlappbereich der beiden Wellen ist vorzugsweise geringer als die Hälfte, insbesondere geringer als ein Drittel der Länge der Doppeleingangswelle.
- Die im Inneren der Doppel-Eingangswelle angeordneten Lager, d. h. die Lager zwischen den beiden Einzel-Eingangswellen können als Gleitlager ausgestaltet sein. Vorteilhafterweise hat jedes Gleitlager einen anderen Durchmesser als das andere Gleitlager. Mit Hilfe der Gleitlager können die ineinander eingreifenden Wellen gegeneinander abgestützt werden.
- Vorteilhafterweise sind die Gleitlager in einem Relativbezug zu den außenliegenden Lagern angeordnet. Tatsächlich ist es möglich, zumindest eines der Gleitlager unterhalb einer Paaranordnung von zwei äußeren Lagern zu positionieren. Das wenigstens eine Gleitlager liegt fluchtend im Bereich der jeweils zwei äußeren Lager. Das Gleitlager ist somit innerhalb der äußeren Lager angeordnet. So ist es insbesondere möglich, je ein Gleitlager unter zwei äußeren Lagern zu positionieren.
- Sollten Drehzahlunterschiede zwischen den beiden Eingangswellen wiederholt auftreten, sind Nadellager an Stelle der Gleitlager zu bevorzugen. Nadellager laufen im Allgemeinen reibungsärmer als Gleitlager. Nadellager können in gleicher Weise angeordnet sein, wie es für die Gleitlager zuvor beschrieben wurde. Günstig für eine Lastverteilung und insbesondere für eine Lagerbeölung ist eine Anordnung von zwei Nadellagern nebeneinander. Ein erstes Nadellager kann sich nahe der Zahnradwange zwischen dem Zapfen und der Zapfenaufnahme befinden. Ein zweites Nadellager ist vorzugsweise einem Endbereich des Zapfens zugeordnet. Der Endbereich des Zapfens befindet sich an einem Luftspalt zwischen einer Zapfenendfläche und einem Zapfenaufnahmeboden. In den Zapfen können umfänglich nutartige Ausnehmungen für die Nadellager eingearbeitet sein, die insbesondere radial angeordnete, innere Laufflächen des Nadellagers bilden. Eine - radial gesehen - äußere Lauffläche bietet vorzugsweise eine zylindrische Innenwand der Zapfenaufnahme.
- Die Nadellager oder Gleitlager können durch mindestens eine Ölführungsbohrung in der Doppel-Eingangswelle hindurch mit Öl geschmiert werden. Eine Ölführungsbohrung kann sich z. B. in mindestens einer der Einzel-Eingangswellen erstrecken und in einen Luftspalt in der Zapfenaufnahme, der auch als Beölungsspalt bezeichnet werden kann, münden. Vorzugsweise geht mindestens eine Ölführungsbohrung von einem Beölungsraum in einem Nahbereich eines ebenfalls mit Öl versorgten Rillenkugellagers der Einzel-Eingangswellen aus. Ein solches Nadellager läuft sehr zuverlässig und ist mit relativ geringem Arbeitsaufwand montierbar.
- Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.
- So ist es natürlich auch möglich, mit mehr als vier Lagern, insbesondere mit mehr als zwei Lagerkombinationen, eine Befestigung der Eingangswelle an dem Gehäuse, genauer den Gehäusewannen, vorzunehmen.
- 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 schematisch ein Kraftfahrzeug mit Hinterachsantrieb mit Twin-Getriebe, -
2 schematisch einen Querschnitt durch ein Twin-Getriebe, -
3 einen im rechten Winkel zu der Darstellung nach2 gezeigten Schnitt durch ein Twin-Getriebe und -
4 eine Weiterbildung der Doppel-Eingangswelle zeigt. - Figurenbeschreibung
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1 stellt schematisch ein Kraftfahrzeug500 dar, das neben dem Raum für den Fahrer, zu erkennen an dem Lenkrad514 , einen Fond526 und einen Kofferraumbereich528 hat, zu erkennen an der eingezeichneten Fahrtrichtung502 . Im vorderen Teil der Fahrgastzelle ist, wie üblich, das Lenkrad514 , das über ein Lenkgestänge516 aus einer Lenkwelle, einem Lenkgetriebe, Spurstangen und Radlenkhebeln bestehend, auf zwei Räder als Straßenräder510 ,512 Lenkbewegungen eines Fahrers übertragen kann. An einer zweiten Achse, der Fahrzeughinterachse518 sind zwei weitere Straßenräder506 ,508 angebracht. Die Straßenräder506 ,508 werden über Halbachsen520 ,522 , den Antriebsgelenkwellen angetrieben. Die Halbachsen520 ,522 sind an einem Doppelgetriebe1 abtriebsseitig befestigt. Antriebsseitig an dem Doppelgetriebe1 , das auch als Twin-Getriebe bezeichnet werden kann, sind eine erste Elektromaschine5 und eine zweite Elektromaschine7 befestigt. Die Elektromaschinen5 ,7 und die Halbachsen520 ,522 sind jeweils paarweise an sich gegenüberliegenden Seiten des Getriebes1 befestigt. Über jeweils eine Seite wird Drehmoment aus der Elektromaschine5 auf eine Eingangswelle33 (vgl.2 ) des Doppelgetriebes1 aufgebracht und auf der gleichen Seite des Doppelgetriebes1 ist die erste Halbachse520 befestigt, somit der Abtrieb auf das erste Straßenrad506 . In gleicher Weise wird von der Elektromaschine7 auf eine Eingangswelle35 (vgl.2 ) des Doppelgetriebes1 Drehmoment aufgebracht und auf der gleichen Seite des Doppelgetriebes1 ist die zweite Halbachse522 angeordnet, somit der Abtrieb auf das zweite Straßenrad508 . - Ein besonders vorteilhafter Kraftfahrzeugaufbau liegt vor, wenn die gemäß
1 in Fahrtrichtung502 vor den Halbachsen520 ,522 montierten Elektromaschinen5 ,7 hinter den Halbachsen520 ,522 montiert sind, z. B. indem das symmetrisch aufgebaute Doppelgetriebe1 in der gezeigten Ebene des Fahrzeugbodens504 von1 um 180° gedreht ist und insbesondere Montagestellen für das Doppelgetriebe1 bzw. die Elektromaschinen5 ,7 unter dem Kofferraum528 vorhanden sind. - Im Bereich des Fahrzeugbodens
504 befindet sich gemäß1 ein elektrischer Akkumulator9 , der über elektrische Leitungen11 ,13 elektrische Energie den Elektromaschinen5 ,7 und ihren (nicht gezeigten) Motorsteuerungen zur Verfügung stellen kann. Der Antriebsstrang3 erstreckt sich somit von dem Akkumulator9 kommend über die elektrischen Leitungen11 ,13 , über die Elektromaschinen5 ,7 , und deren Motorsteuerungen, über das Doppelgetriebe1 und über die Halbachsen520 ,522 zu den Straßenrädern506 ,508 . Somit treibt eine Elektromaschine5 ,7 ein Straßenrad506 ,508 an. Es handelt sich um einen Einzelradantrieb530 . - Das Getriebe
1 ist auf der Fahrzeuglängsachse524 angeordnet. Eine Elektromaschine5 und eine Halbachse520 befinden sich auf einer Seite zu der Fahrzeuglängsachse524 , die andere Elektromaschine7 und die andere Halbachse522 sind seitengleich auf der anderen Seite zur Längsachse524 angeordnet. Die quer zur Fahrzeuglängsachse524 rotierende, zentrumsnah angeordnete Elektromaschine5 bzw.7 dreht das Getriebe1 , damit abtriebsseitig ebenfalls quer zur Fahrzeuglängsachse524 eine Ausgangswelle37 ,39 (vgl.2 ) ein Drehmoment auf ein Rad506 bzw.508 aufbringen kann. Wie in1 dargestellt, ist für eine solche Antriebsverbindung die Elektromaschine5 ,7 an die Eingangswelle33 ,35 (in2 dargestellt) durch eine Koppelung532 angebracht. Das Getriebe1 und die Elektromaschinen5 ,7 sind gekoppelt. - Das in
1 gezeigte Fahrzeug500 wird über seine Fahrzeughinterachse518 angetrieben. Es handelt sich um einen elektrischen Hinterachsantrieb mit Hilfe des Doppelgetriebes1 . Das Doppelgetriebe1 ist im Bereich des Fonds526 bzw. im Bereich des Kofferraums528 und dort im Bereich des Fahrzeugbodens504 angeordnet. - Besonders günstig ist es, wenn die
2 und3 gemeinsam betrachtet werden. - Nachfolgend wird vorrangig anhand der
2 ein günstiges Ausführungsbeispiel erläutert. Die3 ist ergänzend zu den nachfolgenden Ausführungen hinzuzunehmen. - Das Getriebe
1 ist in2 in einer Schnittansicht dargestellt, bei der der Schnitt durch die einzelnen Zahnradzentren25 ,27 ,29 geführt ist. - Wie die
2 zeigt, weist das Doppelgetriebe1 zwei Einzelgetriebe15 ,17 auf, wobei jedes Einzelgetriebe15 ,17 als zweistufiges Stirnradgetriebe gebildet ist. Jedes Stirnradgetriebe weist drei Positionen19 ,21 ,23 für Zahnradzentren25 ,27 ,29 in einem einzigen, gemeinsamen Getriebegehäuse31 auf. Ein Antriebsdrehmoment5I ,7I wird von den Elektromaschinen5 ,7 (vgl.1 ) auf die Eingangswelle33 ,35 aufgebracht. Dafür hat jede Welle33 ,35 , die als Eingangswelle zur Verfügung steht, einen Anschluss85 ,87 . Die mit den jeweiligen Elektromaschinen5 und7 (vgl.1 ) verbundenen bzw. verbindbaren Eingangswellen33 ,35 und die mit den jeweiligen Halbachsen520 und522 verbundenen bzw. verbindbaren Ausgangswellen37 und39 sind in einem mittleren BereichM , bezogen auf eine Quererstreckung, d. h. insbesondere eine kürzere Strecke von einer Gehäusewand41 bis zu einer ihr gegenüberliegenden Gehäusewand43 des Getriebegehäuses31 auf einer gleichen Höhe liegend angeordnet. Die Lage der Eingangswellen33 ,35 und der Ausgangswellen37 ,39 , die die Zahnradzentren25 bzw.29 definieren, beschreibt eine BezugsebeneB innerhalb des Getriebegehäuses31 . Eine mittlere Achse45 , welche das mittlere Zahnradzentrum27 umfasst oder einer mittleren Position21 zugeordnet ist, ist abgewinkelt bzw. erhöht zu der BezugsebeneB und bildet eine getriebegehäusebodenferne Position des Zahnradzentrums27 . - Die beiden Eingangswellen
33 ,35 sind zu einer Doppel-Eingangswelle32 zusammengefügt. Sie sind mechanisch zu der Doppel-Eingangswelle32 verbunden. Die beiden Eingangswellen33 ,35 erstrecken sich entlang der Achse44 und bilden auf diese Art und Weise die Doppel-Eingangswelle32 . Die beiden koaxial angeordneten Eingangswellen33 ,35 sind relativ zueinander verdrehbar miteinander verbunden. - Wie noch besser anhand von
3 zu sehen ist, liegt die mittlere Achse45 in einer Ecke eines durch die Zahnradzentren25 ,27 und29 aufgespannten Dreiecks47 . - Die mittlere Achse
45 ist hierbei über eine, das Zahnradzentrum25 oder29 und die mittlere Achse45 verbindenden Geradeg schneidbar, und zwar in einem Winkelbereich von etwa 5° bis 70°. - Es kann, wie sich besonders gut aus
3 ergibt, vorteilhaft sein, die Zahnradzentren25 ,27 ,29 auf zwei Ebenen anzusiedeln, sodass eine Geradeg , die von einer Ebene zur nächsten reicht, einen Winkelα gegenüber einer der beiden Ebenen, nämlich der EbeneB , 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 an den Zahnrädern75 ,75I der Eingangswellen33 ,35 , den Zahnrädern77 ,77I der Ausgangswellen37 ,39 und den Zahnrädern49 ,49I ,50 ,50I auf der mittleren Achse45 gewählten Verzahnungsgeometrien und von den zu übertragenden Leistungen, wie die Zahnradzentren25 ,27 ,29 anzusiedeln sind. Aufgrund des Antriebs durch die Antriebsdrehmomente5I ,7I stellen die Zahnräder75 ,75I die ersten Zahnräder im Momentenfluss durch das Getriebe1 dar. - Das jeweilige eingangswellenseitige Zahnrad
75 ,75I eines jeden Einzelgetriebes15 ,17 treibt ein jeweiliges Zahnrad49 ,49I auf der mittleren Achse45 an, wobei in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Drehrichtungen der Elektromaschinen im Zugbetrieb des Fahrzeugs so gewählt sind, dass das Zahnrad49 ,49I einen von dem Gehäuseboden51 des Getriebegehäuses31 wegdrehenden Rotationssinn nach einer Zahnradberührung in antreibender Weise hat. - Die Drehrichtungspfeile in
3 verdeutlichen eine solche Festlegung der Richtungen und des Rotationssinns. Das Doppel-Getriebe ist auch in umgekehrter Richtung der Drehrichtungspfeile betreibbar. - 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 Zahnrad49 ,49I ein zu dem Gehäuseboden51 des Getriebegehäuses hin drehender Rotationssinn nach einer Zahnradberührung einstellen. - Wie insbesondere die
2 verdeutlicht, ist die die mittlere Position oder das mittlere Zahnradzentrum27 definierende Achse45 als gehäusefeste, ruhende Achse ausgebildet. Dies ermöglicht eine Aussteifung des Getriebegehäuses31 , ohne dass zusätzliche Bauelemente erforderlich wären. Das jeweilige angetriebene Zahnrad49 ,49I auf der Achse45 und das jeweils treibende Zahnrad50 ,50I sind über jeweils zwei Nadellager61 ,63 bzw.61I ,63I auf der Achse45 gelagert, um ein Kippen der Zahnräder49 ,49I ,50 ,50I , die im Übrigen vorzugsweise als einstückiges Stufenrad gebildet sind, zu vermeiden. - Die Eingangswellen
33 ,35 und die Ausgangswellen37 ,39 sind hingegen mit Wälzlagern65 ,67 ,69 und71 in Außenwänden des Getriebegehäuse31 gelagert. Ferner sind die Eingangswellen33 ,35 im Nahbereich einer Gehäusezwischenwand73 mittels Kugellagern, wie das Kugellager79 , gelagert. Die Gehäusezwischenwand73 weist Durchbrüche zur gemeinsamen Schmierung der Einzelgetriebe15 und17 auf. Die Ausgangswellen37 und39 sind in einer zweiten Gehäusezwischenwand73I , genauer einer Lagerbrille, mittels Nadellagern (ohne Bezugszeichen) gelagert. - Wie durch Blick in
3 besonders gut zu erkennen ist, sind die Eingangswellen33 ,35 und die Ausgangswellen37 ,39 in Bezug auf den Gehäuseboden51 des Getriebegehäuses31 niedriger angeordnet als die Achse45 . - Die Stufenzahnräder auf der Achse
45 weisen jeweils einen ersten, größeren Durchmesserd1 auf der Antriebsseite und einen kleineren, zweiten Durchmesserd2 auf der Abtriebsseite auf (s.2 ). Es kann auch gesagt werden, dass die zwei Zahnräder49 ,50 bzw.49I ,50I zu einem Stufenzahnrad zusammengefügt bzw. zusammengeschweißt sind. - Werden
2 und3 gleichzeitig betrachtet, so ergibt sich, dass der größere Durchmesserd1 zum Inneren hin liegt, der kleinere Durchmesser liegt (hierzu im Vergleich) näher zum Gehäuse31 hin. So ist es möglich, die in das Getriebe1 eingeleiteten Momente in Richtung zur Ausgangswelle37 ,39 nach außen zu leiten. Ein Verlauf der Drehmomente folgt aufgrund der Ebenen des Getriebes1 , in denen sich die Zahnradzentren25 ,27 ,29 befinden, und aufgrund der Anordnung der Stufen53 ,55 bzw.53I ,55I einem doppelten V-Verlauf (einmal in Bezug auf Höhen zu einem Boden, insbesondere dem Gehäuseboden51 , des Getriebes1 , einmal in Bezug auf ein Auseinanderlaufen von einer Fahrzeuglängsachse524 (vgl.1 ) weg). - Es ergibt sich in dem erfindungsgemäßen Doppelgetriebe
1 eine erste Getriebestufe53 bzw. erste Übersetzung53 , die eine von dem Gehäuseboden51 des Getriebegehäuses31 sich wegwendende Übersetzung bildet und eine zweite Getriebestufe55 bzw. die zweite Übersetzung55 , die eine auf den Gehäuseboden51 sich zuwendende Übersetzung bildet. Andererseits schafft die Zahnradpaarung aus den ersten beiden Zahnrädern75I ,49I im Momentenfluss des Getriebes1 die Übersetzung53I . Die Zahnradpaarung aus den dann folgenden beiden Zahnrädern50I ,77I schafft die Übersetzung55I . - Wie insbesondere die
2 in einem schematischen Längsschnitt durch das Doppelgetriebe1 zeigt, sind die mittleren, einstückig miteinander gebildeten Zahnräder49 ,50 für eine querkraftfreie Übertragung eines Drehmoments gestaltet, indem die Zähne57 und59 zweier benachbarter Zahnräder49 ,50 mit für jede Zahnreihe verschieden ausgebildeten Schrägungswinkeln, wie die Schrägungswinkelβ1 undβ2 , versehen sind. Die Schrägungswinkelβ1 ,β2 sind in der gezeigten Schnittebene von2 lediglich schematisch angedeutet. Die Zähne57 ,59 sowie benachbarte Zähne der jeweiligen Zahnreihen (ohne Bezugszeichen) erstrecken sich mit jeweiligen Zahnrichtungen parallel durch die Schnittebene von2 hindurch. Die Zähne57 ,59 bzw. deren Laufflächen erstrecken sich bezüglich einer vorgegebenen bzw. gewählten Richtung der mittleren Achse45 mit einer Zahnrichtung gleichartig seitlich hin zu dem anderen Teilgetriebe15 bzw. weg von dem anderen Teilgetriebe15 , wobei eine vektorielle Abweichung der Zahnrichtungen der Zähne57 ,59 von der Richtung der mittleren Achse45 ein gleiches Vorzeichen aufweist. - Das Teilgetriebe
15 , das gleichartig wie das Teilgetriebe17 aufgebaut ist, weist benachbarte Zahnräder49I ,50I auf, die entsprechenden mit einer Schrägstellung der Zähne 57I,59I ausgebildet sind. D. h. für die Zahnräder49I ,50I bzw. die Zähne 57I,59I des anderen Einzelgetriebes15 gilt aufgrund eines gleichartigen Aufbaus von Getriebeteilen das zuvor beschriebene in entsprechender Weise. - Die Zahnräder
49 ,50 bzw.49I ,50I sind zumindest im Zugbetrieb des Fahrzeugs frei von Axialkräften. - Es kann vorteilhaft sein, zur Abstützung der Zahnräder
49 ,50 bzw.49I ,50I an dem Getriebegehäuse31 Anlaufscheiben vorzusehen. - Ferner kann es zur Belüftung des Getriebegehäuses
31 vorteilhaft sein, anstatt der mittleren Achse45 oder zusätzlich auf der mittleren Achse45 eine Hülse vorzusehen, die einen Druckausgleich des Getriebegehäuses31 ermöglicht. - Die Zahnräder
49 ,49I ,50 ,50I ,75 ,75I und77 ,77I sind wegen der hohen, zu übertragenden Drehmomente als Scheibenräder gebildet. Wie2 zeigt, sind die ausgangswellenseitigen Zahnräder77 ,77I mit einer Scheibe gebildet, die eine geringere Stärke aufweist, als die Breite ihres Zahnkranzes. Zudem ist die jeweilige Scheibe der Zahnräder77 ,77I zu der jeweiligen Ausgangswelle37 ,39 , insbesondere rotationssymmetrisch, angewinkelt, d. h. sie kann mit einem von dem senkrechten Winkel verschiedenen Winkel zu der jeweiligen Ausgangswelle37 ,39 ausgebildet sein. Die Scheibe weist eine Basis mit einer Stirnfläche auf, die sich radial von der Ausgangswelle37 ,39 erstreckt bzw. in die Ausgangswelle37 ,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 Einzelgetriebe15 ,17 weist eine Übersetzung ins Langsame von beispielsweise 8,5:1 oder sogar 12:1 auf. - Wie sich aus der
3 ergibt, sind die Positionen19 ,21 ,23 der Zahnradzentren25 ,27 ,29 in einem mittleren BereichM innerhalb der Gehäusewände41 ,43 angesiedelt. Das Zahnrad49 mit seinen Zähnen, wie dem Zahn57 , und das Zahnrad50 mit seinen Zähnen, wie dem Zahn59 , ist als Stufenzahnrad das vom Gehäuseboden51 am weitesten nach oben angeordnete Zahnrad. Jeweils ein solches Stufenzahnrad, wie es sich aus den Zahnrädern49 ,50 bildet, wird von einer Eingangswelle35 , die Teil der Doppel-Eingangswelle32 (vgl.2 ) ist, im Zugbetrieb angetrieben. - In
2 ist besonders gut zu sehen, dass zwischen den Eingangswellen33 ,35 im Bereich ihrer Zahnräder75 ,75I ein Luftspalt83 die (Teil-)Eingangswellen 33, 35 und somit die Zahnräder75 ,75I trennt. Jedes Zahnrad75 ,75I ist als mit der Doppel-Eingangswelle32 einstückiger Zahnkranz58 ausgebildet. Der Zahnkranz58 ist ein Teil der Eingangswelle35 . Die Eingangswellen33 ,35 sind im Bereich ihrer Zahnräder75 ,75I durch einen Luftspalt83 voneinander getrennt. Benachbart zu den Zahnräder75 ,75I sind Kugellager79 ,81 angeordnet, über die die Doppel-Eingangswelle32 gegenüber dem Gehäuse31 , insbesondere über die lagertragende Gehäusezwischenwand73 , abgestützt wird. - Jedes Teilgetriebe
15 ,17 läuft in einem eigenen Getrieberaum89 ,91 , der jeweils zumindest in Teilen durch die Getriebewanne bzw. Gehäusewanne93 ,95 geformt ist. -
4 zeigt eine Weiterbildung einer Doppel-Eingangswelle32I . - Die Doppel-Eingangswelle
32I hat zwei Zahnräder75II ,75III , von denen jedes als Zahnkranz58I bzw.58II zwischen zwei Kugellagern79I ,81I ausgeformt ist. Beide Zahnräder75II ,75III liegen zwischen den Kugellagern79I ,81I . - Die Doppel-Eingangswelle
32I besitzt zwei Antriebsumschlüsse117 ,119 . Jeder Antriebsumschluss117 ,119 ist an einem Stummel125 ,127 der durch Stummelwellen121 ,123 gebildeten Doppel-Eingangswelle32I vorhanden. Ein Antriebsumschluss117 ,119 dient dazu, von einem Anschluss (nicht dargestellt) drehkraftschlüssig umgeben zu werden. Der Antriebsumschluss117 ,119 umfasst ein Keilwellenprofil105 ,107 in einem Wellenmantel109 ,111 . Der Wellenmantel109 ,111 beginnt am Ende einer Wellenstirn113 ,115 . Durch das Keilwellenprofil105 ,107 in dem Wellenmantel109 ,111 bietet die Stummelwelle121 ,123 eine gute form- und kraftschlüssige Verbindung zu der Elektromaschine5 ,7 (siehe1 ). - Die beiden Stummelwellen
121 ,123 , die zusammen wesentliche Teile der Doppel-Eingangswelle32I sind, sind als Stufenwellen129 ,131 ausgeführt. Die größte Stufe in der Stufenwelle129 ,131 ist die Stufe des integrierten Zahnkranzes58I bzw.58II . Der Zahnkranz58I ,58II ist als Zahnrad75II ,75III mit einer Zahnradwange101 ,103 ausgestaltet. Jede Zahnradwange101 ,103 gehört zu einem eigenen Zahnrad75II ,75III . Zwischen den Zahnradwangen101 ,103 gibt es einen Luftspalt83I , der durch den Abstand zwischen den Zahnrädern75II ,75III bestimmt ist. Der Luftspalt83I erlaubt einen nahezu reibungslose Rotation der Zahnradwangen101 ,103 nebeneinander, insbesondere bei unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit. - Zur Abstützung gegenüber dem nur angedeuteten Gehäuse
31I bieten die Stufenwellen129 ,131 jeweils ein eigenes Lagerpaar133 ,135 . Jedes Lagerpaar133 ,135 setzt sich aus einem Rillenkugellager137 ,139 und einem Zylinderrollenlager141 ,143 zusammen. - Die beiden Stufenwellen
129 ,131 sind über zwei Wellenlager145 ,147 drehbeweglich auf der Achse44 miteinander im Eingriff. Vorteilhafte Beispiele für Wellenlager145 ,147 , die nur sehr abstrahiert dargestellt sind, sind Gleitlager oder Nadellager. Die Wellenlager145 ,147 haben unterschiedlich Durchmesser. Die Wellenlager145 ,147 sind an der ersten, innenliegenden Stufenwelle129 , insbesondere deren Zapfenbereich122 , eingenutet und stützen sich an der koaxial die erste Stufenwelle129 in deren Zapfenbereich122 umgebenden, zweiten Stufenwelle131 , insbesondere in deren Zapfenaufnahmebereich124 ab. Zwischen dem Zapfenbereich122 und dem Zapfenaufnahmebereich124 ist neben den Wellenllagern145 ,147 und zwischen den Wellenlagern145 ,147 ein Luftspalt83II vorhanden. - Dementsprechend kann die Stufenwelle
129 als in zwei Richtungen unterschiedlich gestufte Welle mit dem größten Durchmesser und dem Zahnrad75II betrachtet werden. Die zweite Stufenwelle131 ist von dem größten Durchmesser unter bzw. neben dem Zahnrad75III startend eine stufenweise verjüngende Welle, die in das Keilwellenprofil107 als kleinster Durchmesser der Stufenwelle131 ausläuft. - Die zweite Stufenwelle
131 ist eine abschnittsweise hohle Welle. Die erste Stufenwelle129 ist eine durchwegs massive Welle. Dort, wo das Antriebsdrehmoment in die zweite Stufenwelle131 eingeleitet wird, nämlich am zweiten Wellenmantel111 , ist die Stufenwelle131 ebenfalls eine massive Stufenwelle. Nur im Bereich der Wellenlager145 ,147 bzw. im Zahnkranz58I mit dem Zahnrad75III ist die Stufenwelle131 stufenweise hohl. Die andere Stufenwelle129 ist mit ihrem Zapfenbereich122 in der Höhlung aufgenommen, wobei der Zapfenbereich sich von dem Zahnrad75II weg und unter das Zahnrad75III der teilweise hohlen Stufenwelle131 erstreckt. - Das schmalere, es kann auch gesagt werden, das mit einem geringeren Durchmesser ausgestattete Wellenlager
147 liegt im Inneren des Lagerpaares135 . Das kleinere Wellenlager147 liegt fluchtend zwischen den Lagern139 ,143 des zweiten Lagerpaares135 . Unterhalb des Zahnrades75III befindet sich das andere Wellenlager145 . Anders gesagt, liegt das zweite Wellenlager147 dem Lagerpaar135 in einer Ebene senkrecht zur Achse der Eingangswellen44 gegenüber. Das erste Wellenlager145 ist den Zahnradwangen101 ,103 zugeordnet. - Die beiden Stufenwellen
129 ,131 sind über Wellenlager145 ,147 miteinander verbunden. Jede Stufenwelle129 ,131 stützt sich gegen ein Gehäuseteil durch eine Kombination aus Rillenkugellager137 ,139 und Zylinderrollenlager141 ,143 ab. - Als geeignete Wellenlager
145 ,147 kommen Gleitlager und Nadellager besonders bevorzugt in Betracht. Je nach Anwendungsfall wird entweder an der einen oder anderen Stelle ein Gleitlager oder ein Nadellager eingebaut. - Durch die massive Ausgestaltung der Stummelwellen
121 ,123 und der äußerst kurzen Gestaltung dank der pilotierten Doppel-Eingangswelle32I können schnell drehende, mit hohen Drehmomenten antreibende Elektromaschinen5 ,7 eingangsseitig an dem Getriebe1 angeschlossen werden. - Es reicht, wenn die Stufenwellen
129 ,131 als Stummelwellen121 ,123 ausgestaltet sind. So ist es möglich, Stufenwellen129 ,131 zu verwenden, deren Länge weniger als das Zehnfache der Breite am Zahnkranz58I betragen. - Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten lassen sich auch untereinander in beliebiger Form verbinden.
- So ist es möglich, die Zwischenwände
73 ,73I länger oder kürzer auszugestalten und trotzdem einen gesamten, zusammenhängenden Ölraum in dem Getriebegehäuse31 zu belassen. - Außerdem versteht ein Fachmann, dass die in
1 beispielhaft dargestellte Hinterachsantriebsvariante eines Kraftfahrzeugs500 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 Lenkgestänge516 auf die Straßenräder510 ,512 und ihre Winkelposition, sondern auch der Antriebsstrang3 mündete in den Straßenrädern510 ,512 . - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Doppelgetriebe bzw. Twin-Getriebe
- 3
- Antriebsstrang, insbesondere Duo-Elektromaschinenantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs
- 5
- erste Elektromaschine, insbesondere in der Form einer Asynchronelektromaschine
- 5I
- erstes Antriebsdrehmoment
- 7
- zweite Elektromaschine, insbesondere in der Form einer Asynchronelektromaschine
- 7I
- 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, 31I
- Getriebegehäuse
- 32, 32I
- Doppel-Eingangswelle
- 33
- Eingangswelle
- 35
- Eingangswelle
- 37
- Ausgangswelle
- 39
- Ausgangswelle
- 41
- Gehäusewand
- 43
- Gehäusewand
- 44
- Achse, insbesondere der Eingangswellen
- 45
- Achse, mittlere
- 47
- Dreieck
- 49, 49I
- Zahnrad
- 50, 50I
- Zahnrad
- 51
- Gehäuseboden
- 53, 53I
- erste Stufe bzw. erste Übersetzung
- 55, 55I
- zweite Stufe bzw. zweite Übersetzung
- 57,57'
- Zahn
- 58, 58I, 58II
- Zahnkranz
- 59, 59I
- Zahn
- 61, 61I
- Nadellager
- 63, 63I
- Nadellager
- 65
- Wälzlager
- 67
- Wälzlager
- 69
- Wälzlager
- 71
- Wälzlager
- 73, 73I
- Gehäusewand, insbesondere Gehäusezwischenwand wie eine Lagerbrille
- 75, 75I, 75II, 75III
- Zahnrad, insbesondere der Eingangswelle, auch erstes Zahnrad oder Abtriebszahnrad genannt
- 77, 77I
- Zahnrad, insbesondere der Ausgangswelle
- 79, 79I
- Kugellager
- 81, 81I
- Kugellager
- 83, 83I, 83II
- Luftspalt
- 85
- erster Anschluss
- 87
- zweiter Anschluss
- 89
- erster Getrieberaum
- 91
- zweiter Getrieberaum
- 93
- erste Gehäusewanne
- 95
- zweite Gehäusewanne
- 101
- erste Zahnradwange
- 103
- zweite Zahnradwange
- 105
- erstes Keilwellenprofil
- 107
- zweites Keilwellenprofil
- 109
- erster Wellenmantel
- 111
- zweiter Wellenmantel
- 113
- erste Wellenstirn
- 115
- zweite Wellenstirn
- 117
- erster Antriebsumschluss
- 119
- zweiter Antriebsumschluss
- 121
- erste Stummelwelle
- 122
- Zapfenbereich, insbesondere Zapfen des ersten Stummelwelle
- 123
- zweite Stummelwelle
- 124
- Zapfenaufnahme, insbesondere der zweiten Stummelwelle
- 125
- erster Stummel
- 127
- zweiter Stummel
- 129
- erste Stufenwelle
- 131
- zweite Stufenwelle
- 133
- erstes Lager, insbesondere Lagerpaar
- 135
- zweites Lager, insbesondere Lagerpaar
- 137
- erstes Rillenkugellager
- 139
- zweites Rillenkugellager
- 141
- erstes Zylinderrollenlager
- 143
- zweites Zylinderrollenlager
- 145
- erstes Wellenlager
- 147
- zweites Wellenlager
- 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
- 530
- Einzelradantrieb
- 532
- Koppelung
- M
- Bereich, insbesondere mittlerer Bereich
- B
- Bezugsebene
- g
- Gerade
- d1
- Durchmesser, v. 49
- d2
- Durchmesser, v. 50
- β1
- Schrägungswinkel
- β2
- Schrägungswinkel
- α
- Winkel, insbesondere Abweichung von der Bezugsebene B
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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- Inhaberin: Toyota Jidosha Kabushiki Keisha et al.; Offenlegungstag: 06.01.3005 [0008]
- Anmelderin: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha; PCT-Veröffentlichungstag: 06.04.2006 [0008]
- Patentinhaberin: ZF Friedrichshafen AG; Erteilungstag: 29.10.2009 [0011]
- Anmelderin: DaimlerChrysler AG; Veröffentlichungsdatum: 27.01.2005 [0011]
- Anmelderin: GETRAG Getriebe- und Zahnradfabrik; Anmeldetag: 06.10.2011 [0014]
- Anmelderin: NTN Corporation; Anmeldetag: 18.04.2016 [0015]
Claims (13)
- Twin-Getriebe (1) für einen elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugstrang (3) mit Einzelradantrieb (530), das eine Eingangswelle hat, die als Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) ausgestaltet ist und die für Anschlüsse von zwei Motoren (5, 7) wie Asynchronelektromaschinen und die für zwei mittig im Twin-Getriebe (1), unmittelbar zueinander benachbart angeordnete Zahnräder (75, 75I, 75II, 75III) gestaltet ist, wobei die Zahnräder (75, 75I, 75II, 75III) unabhängig voneinander rotierbar gestaltet sind und mit zwei weiteren Zahnrädern (49, 49I) des Twin-Getriebes (1) Übersetzungen (53, 53I) bilden, und die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) eine ineinander bereichsweise verschachtelte, zu den Anschlüssen der Motoren (5, 7) einzeln herausführende, endlings freitragende Antriebswelle (33, 35) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) innerhalb eines Gehäuses (31, 31I) des Getriebes (1) an jenem viermal abgestützt ist und die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) für beiderseits ihrer Extremitäten umschließende Koppelungen (532) gestaltet ist, die zur Ausbildung von kraftschlüssigen Verbindungen über Wellenmäntel (109, 111) der Doppel-Eingangswelle (32, 32', 33, 35) zu den Anschlüssen der Motoren (5, 7) gestaltet sind.
- Twin-Getriebe (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an den Extremitäten für die Koppelung (532) Keilwellenprofile (105, 107) eingearbeitet sind. - Twin-Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) ohne einen mittleren Stabilisator und ohne eine mittlere Tragstruktur, der oder die das Gehäuse (31, 31I) in zwei Teile mit eigenen, voneinander getrennten Getrieberäumen (89, 91) trennt, gegenüber dem GetriebeGehäuse abgestützt ist.
- Twin-Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (31, 31I) des Getriebes (1) mehrere Befestigungspunkte aufweist, wodurch zwei über ihre Stirnflansche kraftschlüssig befestigte Elektromaschinen (5, 7) zu halten sind.
- Twin-Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) eine entlang einer Achse (44) ausgebildete zweifache Stummelwelle (121, 123) ist, deren Stummeln (125, 127) in entgegengesetzte Richtungen die Doppel-Eingangswelle (32, 32', 33, 35) abschließen und jeweils im Bereich eines anderen Endes in einen umlaufenden Zahnkranz (58, 58I, 58II) eines integral in die Stummelwelle (121, 123) eingearbeiteten Abtriebszahnrads (75, 75I, 75II, 75III), das einen breitesten Durchmesser der Stummelwelle (121, 123) bestimmt, münden.
- Twin-Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder für eine antreibende Verbindung gestaltete Teil der Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) jenseits ihres Antriebsumschlusses (117, 119) durch jeweils zwei die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) umrundende Lager (137, 139, 141, 143) an Teilen des Gehäuses (31, 31I) des Getriebes (1) abgestützt ist.
- Twin-Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) eine gegenüber zwei Gehäusewannen (93, 95) ölgeschmierte Stufenwelle (129, 131) ist, deren breiteste Durchmesser im Bereich eines Zentrums der Welle (32, 32I, 33, 35) vorhanden sind.
- Twin-Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei am weitesten nach außen angeordnete Lager Kugellager (137, 139) sind, die vorzugsweise ein seitliches Auswandern einzelner Wellen (33, 35) der Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) durch Anschlag an der Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) und an Gehäuseteilen des Twin-Getriebes (1) blockieren.
- Twin-Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Lager, vorzugsweise ein Rillenkugellager (137, 139) und ein Zylinderrollenlager (141, 143), in nebeneinander liegender Kombination einen der Teile der Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) in Bezug auf das Twin-Getriebe (1) zentrieren.
- Twin-Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einzelnen Wellen (33, 35) der Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) im Inneren der Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) zwei Wellenlager (145, 147) als Doppel-Eingangswellenlager, vorzugsweise mit unterschiedlichen Durchmessern, die einzelnen Wellen (33, 35) gegeneinander abstützen und insbesondere eines oder beide der Wellenlager (145, 147) Gleitlager oder Nadellager sind.
- Twin-Getriebe (1) nach
Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Wellenlager (145, 147), vorzugsweise beide Wellenlager (145, 147), fluchtend im Bereich der jeweils zwei Lager (133, 135) innerhalb derselben angeordnet ist, d. h. insbesondere ein Wellenlager (145, 147) zwei Lagern (133, 135) zugeordnet ist. - Twin-Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungen (53, 53I) zwei erste Zahnräder (75, 75I,75II, 75III) auf der Doppel-Eingangswelle (32, 32I, 33, 35) umfassen.
- Twin-Getriebe (1) nach
Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass die zwei ersten Zahnräder (75, 75I,75II, 75III) nur über einen Luftspalt (83, 83I) getrennte Zahnradwangen (101, 103) aufweisen.
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