DE202021004318U1

DE202021004318U1 - Getriebe, Antriebsstrang und Fahrzeug mit Getriebe

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Publication number: DE202021004318U1
Application number: DE202021004318.7U
Authority: DE
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2031-04-08

Abstract

Getriebe (G), umfassend eine Eingangswelle (10), eine erste Ausgangswelle (11), eine zweite Ausgangswelle (12), einen ersten Planetenradsatz (P1) sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz verbundenen zweiten Planetenradsatz (P2), wobei die Planetenradsätze (P1, P2) jeweils mehrere Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32) umfassen, wobei die Eingangswelle (10), die zwei Ausgangswellen (11, 12), die Planetenradsätze (P1, P2) sowie deren Elemente derart angeordnet und ausgebildet sind, dass
- ein über die Eingangswelle (10) eingeleitetes Drehmoment gewandelt und in einem definierten Verhältnis auf die zwei Ausgangswellen (11, 12) aufgeteilt wird, und
- die Entstehung eines Summendrehmoments verhindert wird,
- wobei zumindest ein drittes Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mittels einer Welle (3) drehfest verbunden ist und
- ein zweites Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist, wobei der erste Planetenradsatz (P1) als ein Minus-Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz (P2) als ein Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist, und wobei der erste und/oder der zweite Planetenradsatz (P1, P2) einen Stufenplaneten (SP1, SP2) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft zudem einen Antriebsstrang sowie ein Fahrzeug.
Aus dem Stand der Technik sind Getriebe bekannt, bspw. aus der DE 10 2011 079 975 A1 , die eine Drehmomentwandlung als Verhältnis eines Ausgangsdrehmomentes zu einem Eingangsdrehmoment sowie eine Übersetzung als Verhältnis einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl bereitstellen.
Aus der DE 10 2018 112 880 A1 ist ein Elektrofahrzeug mit einem integrierten Differential bekannt. Das Elektrofahrzeug-Antriebssystem enthält einen Elektromotor, erste und zweite Planetengetriebe einschließlich Sonnenrad, Planetenradträger und Hohlrad-Elementen, erste und zweite Ausgangswellen und ein Gehäuse. Die Elemente des ersten Planetengetriebes sind mit dem Elektromotor, der ersten Abtriebswelle und einem Element des zweiten Planetengetriebes verbunden. Die Elemente des zweiten Planetengetriebes sind mit dem ersten Planetengetriebe, dem Gehäuse und der zweiten Abtriebswelle verbunden. Das erste Planetengetriebe stellt eine Differential-Reduktionsvorrichtung und das zweite Planetengetriebe stellt eine Umkehr- und Reduktionsvorrichtung bereit. Optionale Kupplungen können die Funktion eines Schlupfbegrenzungsdifferentials bereitstellen und Drehmoment zu einer Abtriebswelle oder der anderen verteilen.
Ein solches Getriebe, das auch wälzendes Differential genannt wird, bildet kein Summendrehmoment (bspw. an einem Differentialkorb), wie es sonst im Stand der Technik üblich ist. Die Verhinderung der Entstehung eines Summendrehmoments bedeutet, dass an keinem rotierenden Bauelement, wie der Eingangswelle, Ausgangswelle, Elemente der Planetenradsätze die Summe der an den beiden Ausgangswellen anliegenden Einzeldrehmomente anliegt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein Getriebe bereitzustellen, insbesondere in der Form eines integrierten oder wälzenden Differentials, das eine verbesserte Übersetzung, insbesondere eine höhere Übersetzung ermöglicht. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe sowie ein Fahrzeug bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einem Getriebe umfassend eine Eingangswelle, eine erste Ausgangswelle, eine zweite Ausgangswelle, einen ersten Planetenradsatz sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz verbundenen zweiten Planetenradsatz wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente umfassen, wobei ein an der Eingangswelle eingeleitetes Drehmoment gewandelt und in einem definierten Verhältnis auf die zwei Ausgangswellen aufgeteilt wird, und die Entstehung eines Summendrehmoments verhindert wird, wobei zumindest ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes mit einem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes mittels einer Welle drehfest verbunden ist und ein zweites Element des zweiten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauelement festgesetzt ist.
Das Getriebe zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Planetenradsatz als ein Minus-Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz als ein Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist, und wobei der erste und/oder der zweite Planetenradsatz einen Stufenplaneten umfasst.
Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements hergestellt wird. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird.
Die Elemente liegen insbesondere in der Form Sonnenrad, Planetenradträger sowie Hohlrad vor.
Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse gemeint, entlang welcher die Planetenradsätze koaxial zueinander liegend angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer Welle zu verstehen, die auf dieser Längsmittelachse liegt.
Ist ein Element festgesetzt, so ist es an einer Drehbewegung gehindert. Bei dem drehfesten Bauelement des Getriebes, kann es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handeln, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement.
Durch die Ausbildung des ersten Planetenradsatzes als Minus-Planetenradsatz und des zweiten Planetenradsatzes als Plus-Planetenradsatz, wobei zumindest einer von beiden einen Stufenplaneten umfasst, ist - im Vergleich zur Verwendung zweier konventioneller Minus-Planetenradsätze mit großen Planetenrädern einerseits und kleinen Planetenrädern andererseits - eine höhere Übersetzung des Getriebes möglich.
Das Getriebe kann bspw. derart ausgeführt sein, dass

die Eingangswelle mit einem ersten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist;
die erste Ausgangswelle mit einem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist;
wobei ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit einem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist;
wobei ein zweites Element des zweiten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauelement des Getriebes festgesetzt ist;
die zweite Ausgangswelle mit einem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist.

Die Angabe der Drehmomentwandlung ist wie folgt zu verstehen:

Das Getriebe hat zwei Ausgangswellen deren Drehmomentsumme bezogen auf das Eingangsdrehmoment die Wandlung des Getriebes beschreibt. Die Übersetzung der jeweiligen Ausgangswelle ist zunächst nicht definiert. Erst die Kopplung der beiden Ausgangswellen, bspw. über Räder des Fahrzeugs auf einer Fahrbahn, erzeugt definierte Drehzahlen. Drehen beide Ausgangswellen mit gleicher Drehzahl, wie bspw. bei einer Geradeausfahrt, so kann, wie beim Stand der Technik, die Übersetzung als Drehzahlverhältnis zwischen Eingangsdrehzahl und einer der beiden identischen Ausgangsdrehzahlen gebildet werden. In allen anderen Fällen ist es nicht möglich mit der gängigen Definition der Übersetzung eine Übersetzung des Getriebes zu benennen.

Die zwei Planetenradsätze können axial benachbart zueinander angeordnet sein. Der erste Planetenradsatz kann aber auch radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet sein. Man spricht bei letzterer Ausführung auch von einer geschachtelten Anordnung der Planetenradsätze.
Der erste Planetenradsatz ist stets als ein Minus- Planetenradsatz ausgeführt. Der zweite Planetenradsatz ist stets als ein Plus- Planetenradsatz ausgeführt.
Ein Minus-Planetensatz setzt sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus den Elementen Sonnenrad, Planetenradträger und Hohlrad zusammen, wobei der Planetenradträger mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen.
Bei einem Plus-Planetensatz sind ebenfalls die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenradträger vorhanden, wobei Letzterer mindestens ein Planetenradpaar führt, bei welchem das eine Planetenrad mit dem innenliegenden Sonnenrad und das andere Planetenrad mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen.
Stehen zwei Elemente in Zahneingriff so kämmen diese Elemente miteinander und umgekehrt.
Ein Stufenplanet ist ein Planetenrad mit zwei Verzahnungen, deren Teilkreisdurchmesser sich unterscheidet.
Der Unterschied zwischen einem „Minus-Stufenplanet“ und einem „Plus-Stufenplanet“ liegt in der Anbindung des Stufenplaneten. Beide Stufenplaneten weisen eine Planetenradträger-Anbindung auf, d.h. der Planetenradträger ist mit einem weiteren Element, wie bspw. einer Welle oder einem drehfesten Bauteil verbunden. Der Minus-Stufenplanet weist stets eine Hohlradanbindung sowie eine Sonnenradanbindung auf. D.h., eine der zwei Übersetzung der Planetenstufe steht mit einem Hohlrad in Zahneingriff während die andere der beiden Übersetzungen mit einem Sonnenrad in Zahneingriff steht.
Der Plus-Stufenplanet hingegen weist entweder stets zwei Hohlradanbindungen oder stets zwei Sonnenradanbindungen auf. Bei zwei Hohlradanbindungen steht eine der zwei Übersetzung der Planetenstufe mit einem ersten Hohlrad in Zahneingriff während die andere der beiden Übersetzungen mit einem zweiten Hohlrad in Zahneingriff steht. Bei zwei Sonnenradanbindungen steht eine der zwei Übersetzung der Planetenstufe mit einem ersten Sonnenrad in Zahneingriff während die andere der beiden Übersetzungen mit einem zweiten Sonnenrad in Zahneingriff steht.
Es ist bevorzugt, wenn Verzahnungen der zwei miteinander verbundenen Elemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes, also drittes Element des ersten Planetensatzes und erstes Element des zweiten Planetensatzes, an demselben Bauteil ausgebildet sind.
Bevorzugt ist es, wenn die Steigung der Verzahnung des dritten Elementes des ersten Planetenradsatzes und die Steigung der Verzahnung des ersten Elementes des zweiten Planetenradsatzes eine zumindest ähnliche Größe, vorzugsweise dieselbe Größe, und dasselbe Vorzeichen aufweisen. Dadurch wird erreicht, dass die Verbindungswelle der Planetenradsätze axial ausgeglichen ist. Außerdem wird dadurch erreicht, dass die Axialkraft aus der Verzahnung des ersten Elementes des ersten Planetenradsatzes und die Axialkraft aus der Verzahnung des dritten Elementes des zweiten Planetensatzes betragsmäßig gleich sind.
Unter Steigung oder Ganghöhe einer Schrägverzahnung wird der entlang einer zugehörigen Drehachse gemessene Axialweg verstanden, der bei einer gedanklichen Fortführung eines Zahnes über die eigentliche Breite des Zahnrades hinaus benötigt wird um eine 360°-Umschlingung des Zahnes um die Achse zu bewirken. Bei Gewinden ist in analoger Weise der Begriff Gewindesteigung gebräuchlich. Ein schrägverzahntes Zahnrad mit mehreren Zähnen ist somit mit einem mehrgängigen Gewinde vergleichbar. Bei Spindeln ist für die entsprechende Größe auch das Wort Ganghöhe gebräuchlich.
Es ist bevorzugt, wenn die Eingangswelle zur Einleitung eines Drehmoments in das Getriebe mit einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Elektromaschine oder einer Verbrennungskraftmaschine, verbunden ist. Im Falle der Elektromaschine ist es bevorzugt, wenn der Rotor der Elektromaschine drehfest mit der Eingangswelle verbunden ist. Es ist bevorzugt, wenn der Rotor über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der Eingangswelle in Verbindung steht.
Die Elektromaschine kann entweder koaxial zu den Planetenradsätzen oder achsparallel zu diesen liegend angeordnet sein. Im erstgenannten Fall kann der Rotor der Elektromaschine dabei entweder unmittelbar drehfest mit der Eingangswelle verbunden oder aber über eine oder auch mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen mit dieser gekoppelt sein, wobei Letzteres eine günstigere Auslegung der Elektromaschine mit höheren Drehzahlen und geringeren Drehmoment ermöglicht. Die mindestens eine Übersetzungsstufe kann dabei als Stirnradstufe und/oder als Planetenstufe ausgeführt sein.
Ist die Elektromaschine hingegen achsversetzt zu den Planetenradsätzen vorgesehen, so erfolgt eine Koppelung über eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen und/oder einen Zugmitteltrieb. Die eine oder die mehreren Übersetzungsstufen können hierbei auch im Einzelnen entweder als Stirnradstufe oder als Planetenstufe realisiert sein. Bei einem Zugmitteltrieb kann es sich entweder um einen Riemen- oder einen Kettentrieb handeln.
Bei koaxialer Anordnung der Elektromaschine ist es bevorzugt, wenn die erste Ausgangswelle hindurch den Rotor der Elektromaschine geführt ist. Dadurch ist das Getriebe mit Elektromaschine besonders kompakt.
Es ist bevorzugt, wenn sich die Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetensatzes zumindest annähernd aus 2 minus dem Kehrwert der Standgetriebeübersetzung des ersten Planetensatzes berechnet, also: $i_{02} = 2 - \frac{1}{i_{01}} .$
Da im Betrieb unter realen Bedingungen die unsymmetrischen Getriebeverluste hin zu den beiden Ausgangswellen dazu führen können, dass ein geringfügiges Abweichen von der Rechenvorschrift vorteilhaft ist um gleiche Abtriebsdrehmomente an beiden Wellen zu erhalten erfolgt die Wortwahl „zumindest annähernd“. Diese Formulierung erfolgt auch deswegen, da eine exakte Einhaltung der Rechenvorschrift unter Einhaltung von ganzzahligen Zähnezahlen und günstigen Zähnezahlkombinationen, z.B. hinsichtlich akustischer Anforderungen, manchmal nicht möglich ist.
Es ist bevorzugt, wenn die Antriebsmaschine quer zu einer Fahrtrichtung eingebaut ist. Es ist bevorzugt, wenn die zwei Ausgangswellen drehfest mit Rädern eines Fahrzeuges verbunden sind.
Es ist bevorzugt, wenn die zwei Ausgangswellen das eingeleitete Drehmoment auf unterschiedliche Achsen eines Fahrzeuges aufteilen. So lässt sich eine Anordnung als Längsverteilergetriebe (auch Längsverteiler genannt) realisieren, also ein Getriebe, das das eingeleitete Drehmoment bspw. auf mehrere Achsen, insbesondere auf eine Vorderachse und auf eine Hinterachse eines Fahrzeugs aufteilt.
Die Drehmomentaufteilung des Getriebes muss nicht gleichmäßig auf die Ausgangswellen erfolgen. Insbesondere bei der Ausführungsform als Längsverteilergetriebe kann eine nicht gleichmäßige Aufteilung zwischen der einen und der anderen Achse erfolgen. Bspw. kann die Aufteilung des von der Eingangswelle bereitgestellten Drehmoments derart erfolgen, dass 60% auf die Hinterachse und 40% auf die Vorderachse geleitet werden.
Im Rahmen der Erfindung kann dem Getriebe zusätzlich ein Übersetzungsgetriebe oder ein mehrgängiges Getriebe, vorzugsweise ein 2-Gang-Getriebe vorgeschaltet sein. Dieses Übersetzungsgetriebe oder mehrgängige Getriebe kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung einer zusätzlichen Übersetzung indem bspw., die Drehzahl der Antriebsmaschine übersetzt wird und die Eingangswelle mit dieser übersetzten Drehzahl angetrieben wird. Das mehrgängige Getriebe oder Übersetzungsgetriebe kann insbesondere in der Form eines Planetengetriebes vorliegen.
Das Getriebe ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug und ist dann zwischen einer als Verbrennungskraftmaschine oder als Elektromaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die Eingangswelle des Getriebes bevorzugt mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine oder der Rotorwelle der Elektromaschine gekoppelt. Das Getriebe kann auch Teil eines Antriebsstrangs für ein konventionelles Kraftfahrzeug sein, also ein Fahrzeug, das lediglich durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird.
Dass zwei Bauelemente des Getriebes drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind fest miteinander gekoppelt. Auch eine drehelastische Verbindung zwischen zwei Bauteilen wird als drehfest verstanden. Insbesondere kann eine drehfeste Verbindung auch Gelenke beinhalten, z.B. um eine Lenkbewegung oder eine Einfederung eines Rades zu ermöglichen.
Nach einem anderen Aspekt wird ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein Getriebe mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist. Die Vorteile des Getriebes wirken sich auch auf einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe aus.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das einen Antriebsstrang mit einem Getriebe mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist. Die Vorteile des Getriebes wirken sich auch auf ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe aus.
Insgesamt lässt sich durch die Erfindung ein Getriebe und ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe bereitstellen, das eine integrale Bauweise, also Drehmomentwandlung und Drehmomentverteilung sowie eine kompakte und axial kurz bauende (insbesondere bei geschachtelter Anordnung) Bauweise aufweist. Zudem zeichnet sich das Getriebe durch einen guten Wirkungsgrad und geringe Kosten durch geringe Komplexität auf. Es treten deutlich geringere Verzahnungskräfte auf. Zudem lässt sich das Problem der Fressproblematik verringern. Weiterhin ist ein extrem niedriger Sperrwert darstellbar.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1a-e eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges;
2 Standgetriebeübersetzung der einzelnen Ausführungsformen; und
3 bis 7 mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in einer schematischen Ansicht.

1a bis 1e zeigen jeweils eine schematische Ansicht eines Getriebes G eines Kraftfahrzeugantriebsstranges 100 eines Fahrzeugs 1000, in Form eines PKW.
Der Antriebsstrang 100 gemäß 1a zeigt einen elektrischen Antrieb der die hintere Achse A des Fahrzeugs 1000 antreibt. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Elektromaschine EM auf zwei Ausgangswellen 11 und 12 aufteilt. Das Getriebe G sowie die Elektromaschine sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 1a zu erkennen ist, sind das Getriebe G und die Elektromaschine EM quer zu der Fahrtrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet.
Der Antriebsstrang 100 gemäß 1b zeigt einen verbrennungsmotorischen Antrieb der die hintere Achse A des Fahrzeugs 1000 antreibt. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine VM auf zwei Ausgangswellen 11 und 12 aufteilt, wobei zwischen Getriebe G und Verbrennungskraftmaschine VM ein weiteres Getriebe, bspw. ein Automatikgetriebe des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 1b zu erkennen ist, sind das Getriebe G und die Verbrennungskraftmaschine VM längs zu der Fahrtrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet.
Der Antriebsstrang 100 gemäß 1c zeigt einen verbrennungsmotorischen Antrieb der die hintere Achse A und die vorderer Achse B des Fahrzeugs 1000 antreibt. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine VM auf die Achsen A und B aufteilt, wobei zwischen Getriebe G und Verbrennungskraftmaschine VM ein weiteres Getriebe, bspw. ein Automatikgetriebe, des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Getriebe G kann dann über eine Ausgangswelle 11 mit einem Achsdifferential der Hinterradachse A und über eine Ausgangswelle 12 mit einem Achsdifferential der Vorderachse B verbunden sein. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 1c zu erkennen ist, sind das Getriebe G und die Verbrennungskraftmaschine VM längs zu der Fahrtrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet.
Der Antriebsstrang 100 gemäß 1d zeigt einen elektrischen Antrieb der die vordere Achse B des Fahrzeugs 1000 antreibt, also einen elektrischen Fron-Quer-Antrieb. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Elektromaschine EM auf zwei Ausgangswellen 11 und 12 aufteilt. Das Getriebe G sowie die Elektromaschine sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 1d zu erkennen ist, sind das Getriebe G und die Elektromaschine EM quer zu der Fahrtrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet.
Der Antriebsstrang 100 gemäß 1e zeigt einen elektrischen Allrad-Antrieb der die hintere Achse A sowie die vordere Achse B des Fahrzeugs 1000 antreibt. Hierbei handelt es sich um ein als Längsverteiler ausgeführtes Getriebe. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Elektromaschine EM auf zwei Ausgangswellen 11 und 12 aufteilt. Die Ausgangswelle 11 überträgt das Drehmoment auf die vordere Achse B, während die Ausgangswelle 12 das Drehmoment auf die hintere Achse A überträgt. Die jeweiligen Drehmomente werden dann wiederum in jeweilige Achsdifferentiale eingeleitet. Das Getriebe G sowie die Elektromaschine sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 1e zu erkennen ist, sind das Getriebe G und die Elektromaschine EM quer zu der Fahrtrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet.
2 gibt die Rechenvorschrift der Standgetriebeübersetzung an. Diese bewirkt jeweils unter Vernachlässigung von Getriebeverlusten ein Abtriebsdrehmoment in gleicher Höhe und mit gleichem Vorzeichen an beiden Ausgangswellen (11, 12). i₀₁ bezeichnet die Standgetriebeübersetzung des ersten Planetenradsatzes P1. i₀₂ bezeichnet die Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes P2.
3 bis 7 zeigen Ausführungsformen des Getriebes G, wobei der erste Planetenradsatz als ein Minus-Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz als ein Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist, und wobei der erste und/oder der zweite Planetenradsatz ein Stufenplanetenrad umfasst.
3 zeigt einen Antriebsstrang 100 eines Fahrzeugs mit einem Getriebe G in einer ersten bevorzugten Ausführungsform. Das Getriebe G umfasst eine Eingangswelle 10, eine erste Ausgangswelle 11, eine zweite Ausgangswelle 12, einen ersten Planetenradsatz P1 sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz P1 verbundenen zweiten Planetenradsatz P2.
Die erste Planetenradsatz P1 ist als ein Minus-Planetenradsatz während der zweite Planetenradsatz P2 als ein Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist. Die Planetenradsätze P1, P2 umfassen jeweils mehrere Elemente E11, E21, E31, E12, E22, E32, wobei es sich bei dem ersten Element E11 um ein Sonnenrad SO1, bei dem zweiten Element E21 um einen Planetenradträger PT1 und bei dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 um ein Hohlrad HO1 handelt.
Bei dem zweiten Planetenradsatz P2 handelt es sich bei dem ersten Element E12 um ein Sonnenrad S02, bei dem dritten Element E32 um einen Planetenradträger PT2 sowie bei dem zweiten Element E22 um ein Hohlrad HO2.
Der erste Planetenradsatz P1 umfasst zudem ein Stufenplanetenrad SP1 mit zwei unterschiedlich großen Zahnrädern Z1 und Z2 und damit mit zwei unterschiedlich großen Übersetzungen. Das erste Zahnrad Z1 ist kleiner als das zweite Zahnrad Z2. Das erste Zahnrad Z1 kämmt mit dem Hohlrad HO1. Das zweite Zahnrad Z2 kämmt mit dem Sonnenrad SO1.
Der Planetenradträger PT2 lagert mehrere innere und äußere Planetenräder PR2-i bzw. PR2-a. Die inneren Planetenräder PR2-i kämmen mit dem radial innen liegenden Sonnenrad SO2. Die äußeren Planetenräder PR2-a kämmen mit dem umliegenden Hohlrad HO2. Die inneren und äußeren Planetenräder kämmen zudem miteinander.
Die Eingangswelle 10 ist vorliegend mit dem Sonnenrad SO1 drehfest verbunden. Die erste Ausgangswelle 11 ist drehfest mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest verbunden. Die zweite Ausgangswelle 12 ist drehfest mit dem Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest verbunden. Das Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist drehfest mit dem Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, während der Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2 an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist. Bei dem drehfesten Bauelement GG handelt es sich um ein Getriebegehäuse des Getriebes G.
Das Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes P1 und das Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes P2 bilden ein gemeinsames Bauteil, das vorliegend als eine Welle 3 vorliegt.
Wie in 3 zu erkennen ist, sind die Eingangswelle 10, die erste Ausgangswelle 11 sowie die zweite Ausgangswelle 12 koaxial zueinander angeordnet. Ebenso sind die zwei Planetenradsätze P1, P2 koaxial zueinander angeordnet. Die zwei Planetenradsätze P1, P2 sind gemäß dieser Ausführungsform axial beabstandet zueinander angeordnet.
Zudem ist gut zu erkennen, wie die erste Ausgangswelle 11 durch die als Hohlwelle ausgeführte Eingangswelle 10 geführt ist. Die beiden Ausgangswellen 11, 12 sind jeweils mit einem Antriebsrad 20 des Fahrzeugs verbunden. Gleichlaufgelenke 15 sind vorgesehen, um Radbewegungen wie Lenkbewegung und/oder Einfederung zu ermöglichen.
Die Eingangswelle 10 ist mit einer Antriebsmaschine in Form einer Elektromaschine EM verbunden, um so ein Eingangsdrehmoment in das Getriebe G einzuleiten. Das heißt, Eingangswelle 10 und Ausgangswellen 11, 12 drehen in die gleiche Richtung.
Durch die Verbindung der zwei Planetenradsätze P1, P2 miteinander sowie der Abstützung des Planetenradträgers PT2 am Gehäuse GG kann das eingeleitete Eingangsdrehmoment auf die zwei Ausgangswellen 11, 12 aufgeteilt werden. Hierbei übernimmt das Getriebe G nicht nur die Funktion eines Übersetzungsgetriebes, sondern zusätzlich auch eines Differentialgetriebes. Das heißt, das eingeleitete Drehmoment wird nicht nur übersetzt, sondern auch auf verschiedene Ausgangswellen aufgeteilt. Bei dieser Ausführungsform erfolgt keine Drehrichtungsumkehr.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Im Unterschied zur Ausführungsform nach 3 weist der zweite Planetenradsatz P2 ebenfalls ein Stufenplanetenrad, nämlich ein zweites Stufenplanetenrad SP2 auf. Dieses umfasst zwei Sonnenradanbindungen. Das Stufenplanetenrad SP2 weist ein drittes Zahnrad Z3 sowie ein viertes Zahnrad Z4 auf, wobei das dritte Zahnrad Z3 kleiner ist als das vierte Zahnrad Z4. Das dritte Zahnrad Z3 steht dabei mit einem ersten Sonnenrad SO2-1 in Zahneingriff. Das Sonnenrad SO2-1 wiederum ist am Getriebegehäuse GG festgesetzt und damit permanent an einer Drehung gehindert. Das Sonnenrad SO2-1 repräsentiert demnach das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2. Das vierte Zahnrad Z4 steht mit einem zweiten Sonnenrad SO2-2 in Zahneingriff. Das Sonnenrad SO2-2 ist über die Welle 3 drehfest mit dem Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden. Das Sonnenrad SO2-2 repräsentiert das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2. Der Planetenradträger PT2, der die Zahnräder Z3 und Z4 lagert, ist drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 12 verbunden. Der Planetenradträger PT2 repräsentiert das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2. Wie in 4 gut zu erkennen ist, sind die zwei Planetenradsätze P1 und P2 axial nebeneinander angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz P1 radial innerhalb der Elektromaschine EM angeordnet ist. Im Übrigen wird auf die Ausführung zu 3 verwiesen.
5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Im Unterschied zu 4 sind die Planetenradsätze P1, P2 der Ausführungsform gemäß 5 nicht axial nebeneinander, sondern radial übereinander angeordnet. Gemäß 5 ist der zweite Planetenradsatz P2 radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes P1 angeordnet. Im Übrigen wird auf die Ausführung zu 4 verwiesen.
6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Im Unterschied zu 4 ist das zweite Stufenplanetenrad SP2 nunmehr mit zwei Hohlradanbindungen ausgeführt. Das dritte Zahnrad Z3 steht dabei mit einem ersten Hohlrad HO2-1 in Zahneingriff, wobei das Hohlrad HO2-1 am Gehäuse GG festgesetzt ist. Das Hohlrad HO2-2 repräsentiert demnach das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2. Das vierte Zahnrad Z4 steht in Zahneingriff mit einem zweiten Hohlrad HO2-2. Das Hohlrad HO2-2 wiederum ist über die Welle 3 drehfest mit dem Hohlrad HO1 verbunden. Das Hohlrad HO2-1 repräsentiert demnach das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2. Wie gut in 6 zu erkennen ist, sind die zwei Planetenradsätze P1, P2 axial nebeneinander angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz P1 radial innerhalb des Rotors R der Elektromaschine EM angeordnet ist. Im Übrigen wird auf die Ausführung zu 4 verwiesen.
7 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Im Unterschied zu 5. Ist der erste Planetenradträger P1 als ein konventioneller Minus-Planetenradsatz ausgeführt und weist demnach kein Stufenplanetenrad auf. Hierbei sind das Sonnenrad SO1 drehfest mit der Eingangswelle 10, der Planetenradträger PT1 drehfest mit der ersten Ausgangswelle 11 sowie das Hohlrad HO1 drehfest mit dem Sonnenrad SO2-2 drehfest verbunden. Die beiden Planetenradsätze P1, P2 sind radial übereinander angeordnet, wobei wie auch in 5 der zweite Planetenradsatz P2 radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes P1 angeordnet ist.
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann.
Bezugszeichenliste

G: Getriebe
GG: drehfestes Bauelement, Gehäuse
E11: erstes Element erster Planetenradsatz
E21: zweites Element erster Planetenradsatz
E31: drittes Element erster Planetenradsatz
E12: erstes Element zweiter Planetenradsatz
E22: zweites Element zweiter Planetenradsatz
E32: drittes Element zweiter Planetenradsatz
P1: erster Planetenradsatz
P2: zweiter Planetenradsatz
PR1: Planetenrad des ersten Planetenradsatz
PR2: Planetenrad des zweiten Planetenradsatz
PR2-i: inneres Planetenrad
PR2-a: äußeres Planetenrad
SO: Sonnenrad
PT: Planetenradträger
HO: Hohlrad
SP: Stufenplanetenrad
Z1: Zahnrad
Z2: Zahnrad
Z3: Zahnrad
Z4: Zahnrad
EM: Elektromaschine
S: Stator
R: Rotor
VM: Verbrennungskraftmaschine
A: Achse des Fahrzeugs, hinten
B: Achse des Fahrzeugs, vorne
3: Welle
10: Eingangswelle
11: erste Ausgangswelle
12: zweite Ausgangswelle
15: Gelenk
20: Räder
99: Fahrtrichtung, vorwärts
100: Antriebsstrang
1000: Fahrzeug
i01: Standgetriebeübersetzung des ersten Planetenradsatzes
i02: Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes

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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011079975 A1 [0002]
DE 102018112880 A1 [0003]

Claims

Getriebe (G), umfassend eine Eingangswelle (10), eine erste Ausgangswelle (11), eine zweite Ausgangswelle (12), einen ersten Planetenradsatz (P1) sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz verbundenen zweiten Planetenradsatz (P2), wobei die Planetenradsätze (P1, P2) jeweils mehrere Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32) umfassen, wobei die Eingangswelle (10), die zwei Ausgangswellen (11, 12), die Planetenradsätze (P1, P2) sowie deren Elemente derart angeordnet und ausgebildet sind, dass - ein über die Eingangswelle (10) eingeleitetes Drehmoment gewandelt und in einem definierten Verhältnis auf die zwei Ausgangswellen (11, 12) aufgeteilt wird, und - die Entstehung eines Summendrehmoments verhindert wird, - wobei zumindest ein drittes Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mittels einer Welle (3) drehfest verbunden ist und - ein zweites Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist, wobei der erste Planetenradsatz (P1) als ein Minus-Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz (P2) als ein Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist, und wobei der erste und/oder der zweite Planetenradsatz (P1, P2) einen Stufenplaneten (SP1, SP2) umfasst.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, wobei die Eingangswelle (10) mit einem ersten Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest verbunden ist; die erste Ausgangswelle (11) mit einem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest verbunden ist; wobei ein drittes Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit einem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist; wobei ein zweites Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) an einem drehfesten Bauelement (GG) des Getriebes (G) festgesetzt ist; die zweite Ausgangswelle (12) mit einem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest verbunden ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Planetenradsatz (P1) ein erstes Stufenplanetenrad (SP1) umfasst.
Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Planetenradsatz (P2) ein zweites Stufenplanetenrad (SP2) umfasst.
Getriebe (G) nach Anspruch 4, wobei das zweite Stufenplanetenrad (SP2) zwei Sonnenradanbindungen (SO2-1, SO2-2) aufweist.
Getriebe (G) nach Anspruch 4, wobei das zweite Stufenplanetenrad (SP2) zwei Hohlradanbindungen (HO2-1, HO2-2) aufweist.
Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Planetenradsatz (P1, P2) jeweils ein Stufenplanetenrad (SP1, SP2) aufweisen.
Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Planetenradsatz (P1) radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes (P2) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Planetenradsatz (P1) axial neben dem zweiten Planetenradsatz (P2) angeordnet ist.
Antriebsstrang mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Fahrzeug mit einem Antriebsstrang nach Anspruch 10 oder einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9.