WO2017137213A1 - Getriebe für ein kraftfahrzeug, sowie verbund aus einem solchen getriebe und einer antriebsstrang-seitenwelle - Google Patents

Getriebe für ein kraftfahrzeug, sowie verbund aus einem solchen getriebe und einer antriebsstrang-seitenwelle Download PDF

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Peter Ziemer
Peter Tiesler
Andreas Beisswenger
Robert Reiser
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
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    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/38—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4816—Electric machine connected or connectable to gearbox internal shaft
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    • F16H2003/442—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion comprising two or more sets of orbital gears arranged in a single plane
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    • F16H2200/2043—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes with five engaging means
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a transmission for a motor vehicle, and a composite of such a transmission with a drive train side wave.
  • a transmission referred to here in particular a multi-speed transmission in which a plurality of gears, so fixed ratios between two shafts of the transmission, are preferably automatically switched by switching elements.
  • the switching elements are, for example, clutches or brakes here.
  • Such transmissions are mainly used in motor vehicles to adjust the speed and torque output characteristics of the drive unit to the driving resistance of the vehicle in a suitable manner.
  • the transmission usually comprises a differential gear, via which the output power of the transmission is distributed to drive wheels of the motor vehicle via two side shafts connectable to the transmission.
  • the patent application DE 10 2014 204 009 A1 describes a multi-speed planetary gear system as a component of a motor vehicle drive train, which has a power input, a power output, two planetary gear stages, two clutch devices, two brake devices and an electric motor.
  • the planetary gear system allows the formation of four forward gears.
  • Fig. 7c of this patent application an embodiment is shown, in which the power input and the electric motor are arranged at axially opposite axial ends of the planetary gear system.
  • the power output is arranged axially between the two coupling devices and the two planetary gear stages, and serves as an interface to a differential.
  • the patent application US 2006/0169506 A1 describes a hybrid vehicle with a planetary gear between internal combustion engine and a generator.
  • the planetary gear is connected to a differential, which is connected via drive shafts with the front drive wheels of the hybrid vehicle.
  • hub motors are integrated to drive the hybrid vehicle.
  • the external dimensions of a high-performance electric machine are significantly larger in comparison to an electric machine of a mild hybrid vehicle. If the powertrain of a plug-in hybrid vehicle allows more than just four forward gears, the integration of the known in the prior art planetary gear system in combination with a high-performance electric motor in the front of a motor vehicle can already be tricky.
  • the transmission has a drive shaft, an output shaft, a differential gear, an interface to a transmission-external drive unit, an electric machine with a rotatable rotor and a non-rotatable stator, a plurality of planetary gear sets and a plurality of switching elements.
  • the transmission-external drive unit can be, for example, an internal combustion engine.
  • the planetary gear sets are different switching ratios between the drive shaft and the output shaft switchable by selectively closing, or keeping open the switching elements.
  • at least six forward gears can be formed.
  • the planetary gear sets and spur gear sets can be used to form a gear.
  • the output shaft is permanently operatively connected to at least one of the elements of the planetary gear sets, and has a toothing on an interface. This toothing meshes with a shaft arranged axially parallel to the output shaft. This axis-parallel shaft is in constant operative connection with an element of the differential gear.
  • This permanent operative connection can be formed for example by a direct connection, or comprise a further gear stage.
  • the rotor of the electric machine is connected to at least one element of the planetary gear sets or to the drive shaft in such a way that a power transmission between the electric machine and the output shaft is possible at least in selected, preferably in all gears.
  • the electric machine is arranged at that axial end of the transmission, which is opposite to the interface to the drive-external drive unit.
  • the interface to the transmission-external drive unit and the electric machine are thus arranged at opposite axial ends of the transmission.
  • the interface of the output shaft, on which the toothing is formed, is arranged in the axial direction between the interface to the transmission-external drive unit and the electric machine.
  • an area directly adjoining the differential gear which is set up to receive a joint of a side shaft of the drive train, is arranged completely or at least in sections in a space radially outside the electric machine.
  • the side shaft is configured to transmit torque between an element of the differential gear and a drive wheel of the motor vehicle.
  • the joint of the side shaft together with another joint, is adapted to transfer torque between Allow differential gear and drive wheel despite their relative movement to each other.
  • the differential gear is usually offset from the center arranged in a front-transverse drive train, resulting in different lengths of the side shafts.
  • the shorter of the two side shafts is usually that side shaft, which points away from the internal combustion engine.
  • the side shaft is doing as long as possible.
  • the differential gear is to be arranged as close as possible to the interface between the transmission and the internal combustion engine. This is facilitated by the arrangement of the electric machine at that axial end of the transmission, which faces the interface to the internal combustion engine.
  • the side shaft together with its joint collars must not touch the gearbox during operation of the vehicle so that there is sufficient space between the side gear and the gearbox, taking into account the side-wave kinematics.
  • the invention is based on the recognition that the outer diameter of the differential gear is considerably larger than the outer diameter of the side shaft steering, and the side shaft with its inner joint usually connects centrically to the differential gear.
  • an arrangement of the differential gear axially offset from the electric machine is to be preferred in order to achieve a radially compact structure. This also simplifies the bridging of the center distance between the output shaft and differential gear.
  • the arrangement of the side shaft joint in a region radially outside of the electric machine, immediately following the differential gear allows the formation of a very small air gap between 39wel- lengesch and gear housing, since the outer diameter of the side shaft joint, apart from its rotation has no relative movement to the transmission housing.
  • the outer diameter of the electric machine can thus be optimized.
  • the area for receiving the side-shaft joint immediately adjoins the outer wall of a gear housing section to form an air gap.
  • the electric machine is arranged on the inside of this gear housing section.
  • This housing section may also have a cooling jacket for cooling the electrical machine.
  • the area for receiving the side shaft joint overlaps axially with the region of the transmission in which the electric machine is arranged.
  • the planetary gear sets are arranged axially between the interface of the output shaft, ie the output shaft toothing, and that axial end of the transmission, on which the electric machine is arranged. Such an arrangement favors a compact design of the transmission.
  • At least one of the switching elements is designed as a frictional brake, for example as a lamellae switching element, which serves for the rotationally fixed fixing of an element of at least one of the planetary gear sets, and thus contributes to the formation of aisles.
  • This brake is arranged axially between the interface of the output shaft, ie the output shaft toothing, and the electric machine.
  • this brake is arranged radially outside the planetary gear sets.
  • Such multi-disc brakes are preferably designed with a large diameter in order to increase their effective friction surface. Such an arrangement of the brake also favors a compact design of the transmission.
  • the invention also relates to a composite of a transmission described above and a connected to the differential gear of the transmission side shaft, which is adapted for torque transmission between an element of the differential gear and a drive wheel of the motor vehicle.
  • the inner side shaft joint of this side shaft is arranged completely or at least partially radially outside the electric machine of the transmission.
  • the side shaft joint forming an air gap, directly adjoins the outer wall of a transmission housing section, on the inside of which the electric machine of the transmission is arranged.
  • Fig. 1 and Fig. 2 are schematic sectional views of a transmission according to the invention.
  • Fig. 3 is a sectional view of a structural design of the transmission.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a transmission G according to an embodiment of the invention.
  • the representation selected in FIG. 1 is only to be regarded as a schematic representation, and serves as an overview of the basic structure of the transmission G.
  • the transmission G has a drive shaft GW1, an output shaft GW2, and a planetary gear sets PS, PV, which each two radially have nested Einzelplanetenrad accounts.
  • the transmission G comprises a first shifting element C, a second shifting element A, a third shifting element B, a fourth shifting element E and a fifth shifting element D.
  • the shifting elements A, B are selectively closed , C, D, E different ratios between the drive shaft GW1 and the output shaft GW2 representable.
  • the designated as C switching element acts as a brake, and is designed as a non-positive switching element.
  • closing the switching element C a rotationally fixed connection between a sun gear of the planetary gear set PS and a transmission housing GG is produced.
  • the switching element C is arranged radially outside of the planetary gearset PS.
  • the transmission G further comprises an electric machine EM, which comprises a rotationally fixed stator S and a rotatable rotor R.
  • the rotor R is permanently connected to a sun gear of the planetary gear set PV.
  • the electric machine EM is designed as a so-called external rotor, after which the rotor R is arranged radially outside the stator S.
  • the electric machine EM is arranged at that axial end of the transmission G, which faces an interface IF to a transmission-external drive unit.
  • the transmission G further comprises a connecting shaft AN, a torsional vibration damper TS and a separating clutch KO.
  • the connection shaft AN serves for a torque-transmitting connection to the transmission-external drive unit in the region of the interface IF.
  • connection shaft AN By closing the separating clutch KO, the connecting shaft AN can be connected to the drive shaft GW1.
  • the connection shaft AN has two sections, wherein a first section of the interface IF and a second section of the separating coupling KO is assigned. The two sections are interconnected by the torsional vibration damper TS.
  • the transmission G is designed in particular for use in a motor vehicle whose drive train is oriented transversely to the direction of travel of the motor vehicle.
  • the output shaft GW2 has a toothing on an interface GW2-A. This toothing meshes with a toothing of a shaft GW22 aligned axially parallel to the output shaft GW2.
  • On the axis-parallel shaft GW22 a further toothing is formed, which meshes with a toothing, which is formed on a differential gear AG.
  • a differential gear AG which applied to the output shaft GW2 power can be distributed via side shafts DS on not shown wheels of the motor vehicle.
  • Each side shaft DS has two joints GL, wherein in Fig.
  • the differential gear AG associated joints GL are shown schematically.
  • One of the joints GL is arranged in a region X, which adjoins the differential gear AG, and is disposed radially outside of the electric machine EM.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of the transmission G, wherein the selected cutting plane is normal to the drive shaft axis. It can be seen that the side shaft joint GL is arranged centrally to the differential gear AG, wherein between the outer diameter of the side ball joint GL and a portion GG1 of the gear housing GG, only a small air gap is formed. On the inside of this gear housing section GG1, the electric machine EM is arranged.
  • 3 shows a sectional view of a structural design of the transmission G. For clarity, parts of the transmission G are hidden therein, for example the power path between the output shaft GW2 and the differential gear AG, and the upper half section of the planetary gear sets PS, PV and the switching elements A, B. , C.
  • the cutting plane has been chosen so that the arrangement of the side-shaft joint GL can be seen close to the gear housing section GG1.
  • the region X for receiving the side-wave joint GL directly adjoins the differential gear AG, and is arranged radially outside the electrical machine EM.

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Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), ein Differentialgetriebe (AG), eine Schnittstelle (IF) zu einer getriebe-externen Antriebseinheit, eine elektrische Maschine (EM) mit einem drehfesten Stator (S) und einem drehbaren Rotor (R), eine Mehrzahl von Planetenradsätzen (PS, PV) sowie eine Mehrzahl von Schaltelementen (A, B, C, D, E) aufweist, wobei die elektrische Maschine (EM) an jenem axialen Ende des Getriebes (G) angeordnet ist, welches der Schnittstelle (IF) zur getriebe-externen Antriebseinheit gegenüberliegt, wobei ein an das Differentialgetriebe (AG) unmittelbar anschließender Bereich (X), der zur Aufnahme eines Gelenks (GL) einer Kraftfahrzeug- Seitenwelle (DS) eingerichtet ist, vollständig oder zumindest abschnittsweise in einem Bauraum radial außerhalb der elektrischen Maschine (EM) angeordnet ist, sowie Verbund aus einem solchen Getriebe (G) und einer Antriebsstrang-Seitenwelle (DS).

Description

Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie Verbund aus einem solchen Getriebe und einer
Antriebsstranq-Seitenwelle
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, und einen Verbund aus einem solchen Getriebe mit einer Antriebsstrang-Seitenwelle. Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also feste Übersetzungsverhältnisse zwischen zwei Wellen des Getriebes, durch Schaltelemente vorzugsweise automatisch schaltbar sind. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter weise anzupassen. Bei Kraftfahrzeugen mit Front-Quer-Antrieb um- fasst das Getriebe üblicherweise ein Differentialgetriebe, über welches die Ausgangsleistung des Getriebes über zwei an das Getriebe anschließbare Seitenwellen an Antriebsräder des Kraftfahrzeugs verteilt wird.
Besonders bei Kraftfahrzeugen mit quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtetem Antriebsstrang führt der Einsatz einer elektrischen Maschine zur Hybridisierung des Antriebsstranges zu beengten Bauraumverhältnissen. Denn üblicherweise müssen die Verbrennungskraftmaschine mitsamt ihren Nebenaggregaten, das Getriebe sowie die elektrische Maschine zwischen Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs angeordnet werden. Häufig ist zumindest einer der Längsträger des Kraftfahrzeug- Aufbaus nach oben hin gekröpft, um mehr Bauraum für das Getriebe zu schaffen. Zudem ist die Kinematik der Antriebswellen sowie des Fahrwerks zu beachten.
Die Patentanmeldung DE 10 2014 204 009 A1 beschreibt ein mehrgängiges Planetengetriebesystem als Komponente eines Kraftfahrzeug-Antriebsstranges, welches einen Leistungseingang, einen Leistungsausgang, zwei Planetengetriebestufen, zwei Kupplungseinrichtungen, zwei Bremseinrichtungen sowie einen Elektromotor aufweist. Das Planetengetriebesystem erlaubt dabei die Bildung von vier Vorwärtsgängen. In Fig. 7c dieser Patentanmeldung ist eine Ausführungsform dargestellt, in welchem der Leistungseingang und der Elektromotor an axial gegenüberliegenden axialen Enden des Planetengetriebesystems angeordnet sind. Der Leistungsausgang ist axial zwischen den beiden Kupplungseinrichtungen und den beiden Planetengetriebestufen angeordnet, und dient als Schnittstelle zu einem Differential.
Die Patentanmeldung US 2006/0169506 A1 beschreibt ein Hybridfahrzeug mit einem Planetengetriebe zwischen Verbrennungsmotor und einem Generator. Das Planetengetriebe ist mit einem Differential verbunden, welches über Antriebswellen mit den vorderen Antriebsrädern des Hybridfahrzeugs verbunden ist. In die Antriebsräder sind Radnabenmotoren zum Antrieb des Hybridfahrzeugs integriert.
Die Außenabmessungen einer leistungsstarken elektrischen Maschine, wie sie beispielsweise bei Plug-In-Hybridfahrzeugen Anwendung findet, sind im Vergleich zu einer elektrischen Maschine eines Mild-Hybridfahrzeugs deutlich größer. Soll der Antriebsstrang eines Plug-In-Hybridfahrzeugs mehr als nur vier Vorwärtsgänge ermöglichen, so kann die Integration des im Stand der Technik bekannten Planetengetriebesystems in Kombination mit einem leistungsstarken Elektromotor in den Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs bereits heikel werden.
Es ist daher eine erste Aufgabe der Erfindung ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches sich für den Einsatz im Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs eignet und sich durch einen bauraumsparenden Aufbau auszeichnet. Eine weitere Aufgabe ist es, den Antriebsstrang hinsichtlich der das Getriebe umgebenden Bauelemente zu optimieren.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Die weitere Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
Das Getriebe weist eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, ein Differentialgetriebe, eine Schnittstelle zu einer getriebe-externen Antriebseinheit, eine elektrische Maschine mit einem drehbaren Rotor und einem drehfesten Stator, eine Mehrzahl von Planetenradsätzen sowie eine Mehrzahl von Schaltelementen auf. Die getriebeexterne Antriebseinheit kann beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine sein. Mittels der Planetenradsätze sind durch selektives Schließen, bzw. Offenhalten der Schaltelemente verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle schaltbar. Vorzugsweise sind zumindest sechs Vorwärtsgänge ausbildbar. Zusätzlich zu den Planetenradsätzen können auch Stirnradsätze zur Gangbildung verwendet werden.
Die Abtriebswelle ist mit zumindest einem der Elemente der Planetenradsätze ständig wirkverbunden, und weist an einer Schnittstelle eine Verzahnung auf. Diese Verzahnung kämmt mit einer zur Abtriebswelle achsparallel angeordneten Welle. Diese achsparallele Welle steht in ständiger Wirkverbindung mit einem Element des Differentialgetriebes. Diese ständige Wirkverbindung kann beispielsweise durch eine direkte Verbindung gebildet sein, oder eine weitere Zahnradstufe umfassen.
Der Rotor der elektrischen Maschine ist an zumindest ein Element der Planetenradsätze oder an die Antriebswelle derart angebunden, dass eine Leistungsübertragung zwischen der elektrischen Maschine und der Abtriebswelle zumindest in ausgewählten, vorzugsweise in allen Gängen möglich ist. Die elektrische Maschine ist dabei an jenem axialen Ende des Getriebes angeordnet, welches der Schnittstelle zur getrie- be-externen Antriebseinheit gegenüberliegt. Die Schnittstelle zur getriebe-externen Antriebseinheit und die elektrische Maschine sind somit an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes angeordnet. Die Schnittstelle der Abtriebswelle, an welcher die Verzahnung ausgebildet ist, ist in axialer Richtung zwischen der Schnittstelle zur getriebe-externen Antriebseinheit und der elektrischen Maschine angeordnet.
Erfindungsgemäß ist ein an das Differentialgetriebe unmittelbar anschließender Bereich, der zur Aufnahme eines Gelenks einer Seitenwelle des Antriebsstrangs eingerichtet ist, vollständig oder zumindest abschnittsweise in einem Bauraum radial außerhalb der elektrischen Maschine angeordnet. Die Seitenwelle ist dazu eingerichtet, Drehmoment zwischen einem Element des Differentialgetriebes und einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs zu übertragen. Das Gelenk der Seitenwelle ist zusammen mit einem weiteren Gelenk dazu eingerichtet, die Drehmomentübertragung zwischen Differentialgetriebe und Antriebsrad trotz deren Relativbewegung zueinander zu ermöglichen.
Das Differentialgetriebe ist bei einem Front-Quer-Antriebsstrang üblicherweise versetzt zur Mitte angeordnet, wodurch sich unterschiedliche Längen der Seitenwellen ergeben. Die kürzere der beiden Seitenwellen ist dabei üblicherweise jene Seitenwelle, welche von der Verbrennungskraftmaschine weg weist. Für eine vorteilhafte Fahrwerks-Kinematik und zur Reduzierung der Gelenksbelastung ist die Seitenwelle dabei so lang wie möglich auszuführen. Dazu ist das Differentialgetriebe möglichst nahe zur Schnittstelle zwischen Getriebe und Verbrennungskraftmaschine anzuordnen. Dies wird durch die Anordnung der elektrischen Maschine an jenem axialen Ende des Getriebes, welches der Schnittstelle zur Verbrennungskraftmaschine gegenüberliegt, begünstigt. Die Seitenwelle mitsamt ihren Gelenkmanschetten darf das Getriebe im Betrieb des Fahrzeugs nicht berühren, sodass genügend Abstand zwischen Seitenwelle und Getriebe unter Berücksichtigung der Seitenwellenkinematik vorzuhalten ist.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass der Außendurchmesser des Differentialgetriebes erheblich größer ist als der Außendurchmesser des Seitenwellenge- lenks, und die Seitenwelle mit ihrem inneren Gelenk üblicherweise zentrisch an das Differentialgetriebe anschließt. Bei der Gestaltung eines Front-Quer-Antriebsstrangs ist daher eine Anordnung des Differentialgetriebes axial versetzt zur elektrischen Maschine zu bevorzugen, um einen radial kompakten Aufbau zu erzielen. Dies vereinfacht auch die Überbrückung des Achsabstands zwischen Abtriebswelle und Differentialgetriebe. Die Anordnung des Seitenwellengelenks in einem Bereich radial außerhalb der elektrischen Maschine, unmittelbar anschließend an das Differentialgetriebe erlaubt dabei die Ausbildung eines sehr kleinen Luftspalts zwischen Seitenwel- lengelenk und Getriebegehäuse, da der Außendurchmesser des Seitenwellengelenks abgesehen von dessen Rotation keine Relativbewegung zum Getriebegehäuse aufweist. Der Außendurchmesser der elektrischen Maschine kann somit optimiert werden. Vorzugsweise schließt der Bereich zur Aufnahme des Seitenwellengelenks unmittelbar, unter Ausbildung eines Luftspalts, an der Außenwand eines Getriebegehäuseabschnitts an. An der Innenseite dieses Getriebegehäuseabschnitts ist die elektrische Maschine angeordnet. Dieser Gehäuseabschnitt kann auch einen Kühlmantel zur Kühlung der elektrischen Maschine aufweisen. In anderen Worten überdeckt sich der Bereich zur Aufnahme des Seitenwellengelenks axial mit dem Bereich des Getriebes, in welchem die elektrische Maschine angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Planetenradsätze axial zwischen der Schnittstelle der Abtriebswelle, also der Abtriebswellenverzahnung, und jenem axialen Ende des Getriebes angeordnet, an welchem die elektrische Maschine angeordnet ist. Eine solche Anordnung begünstigt eine kompakte Ausführung des Getriebes.
Vorzugweise ist zumindest eines der Schaltelemente als kraftschlüssige Bremse ausgebildet, beispielsweise als Lamellenschaltelement, welches zur drehfesten Festsetzung eines Elements von zumindest einem der Planetenradsätze dient, und damit zur Gangbildung beiträgt. Diese Bremse ist dabei axial zwischen der Schnittstelle der Abtriebswelle, also der Abtriebswellenverzahnung, und der elektrischen Maschine angeordnet. Zudem ist diese Bremse radial außerhalb der Planetenradätze angeordnet. Derartige Lamellenbremsen sind bevorzugt mit großem Durchmesser auszuführen, um deren wirksame Reibfläche zu vergrößern. Eine solche Anordnung der Bremse begünstigt ebenso eine kompakte Ausführung des Getriebes.
Die Erfindung betrifft ebenso einen Verbund aus einem eingangs beschriebenen Getriebe und einer an das Differentialgetriebe des Getriebes angeschlossenen Seitenwelle, welche zur Drehmomentübertragung zwischen einem Element des Differentialgetriebes und einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist. Erfindungsgemäß ist das innere Seitenwellengelenk dieser Seitenwelle vollständig oder zumindest abschnittsweise radial außerhalb der elektrischen Maschine des Getriebes angeordnet. Vorzugsweise schließt das Seitenwellengelenk unter Ausbildung eines Luftspalts unmittelbar an der Außenwand eines Getriebegehäuseabschnitts an, an dessen Innenseite die elektrische Maschine des Getriebes angeordnet ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 und Fig. 2 schematische Schnittdarstellungen eines erfindungsgemäßen Getriebes; und
Fig. 3 eine Schnittansicht einer konstruktiven Ausgestaltung des Getriebes.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebe G gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die in Fig. 1 gewählte Darstellung ist nur als schematische Darstellung anzusehen, und dient als Überblick zu dem grundsätzlichen Aufbau des Getriebes G. Das Getriebe G weist eine Antriebswelle GW1 , eine Abtriebswelle GW2, sowie ein Planetenradsätze PS, PV auf, welche je zwei radial ineinander geschachtelte Einzelplanetenradsätze aufweisen. Weiters umfasst das Getriebe G ein erstes Schaltelement C, ein zweites Schaltelement A, ein drittes Schaltelement B, ein viertes Schaltelement E und ein fünftes Schaltelement D. Mittels des Planeten- radsatzsystems PS und dem weiteren Planetenradsatz PV sind durch selektives Schließen der Schaltelemente A, B, C, D, E verschiedenen Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 darstellbar. Das als C bezeichnete Schaltelement wirkt als Bremse, und ist als ein kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Durch Schließen des Schaltelements C wird eine drehfeste Verbindung zwischen einem Sonnenrad des Planetenradsatzes PS und einem Getriebegehäuse GG hergestellt. Das Schaltelement C ist dabei radial außerhalb des Planetenradsatzes PS angeordnet.
Das Getriebe G weist ferner eine elektrische Maschine EM auf, welche einen drehfesten Stator S und einen drehbaren Rotor R umfasst. Der Rotor R ist mit einem Sonnenrad des Planetenradsatzes PV ständig verbunden. Die elektrische Maschine EM ist als ein sogenannter Außenläufer ausgebildet, wonach der Rotor R radial außerhalb des Stators S angeordnet ist. Die elektrische Maschine EM ist an jenem axialen Ende des Getriebes G angeordnet, welches einer Schnittstelle IF zu einer getriebeexternen Antriebseinheit gegenüberliegt. Das Getriebe G umfasst ferner eine Anschlusswelle AN, einen Torsionsschwin- gungsdämpfer TS und eine Trennkupplung KO. Die Anschlusswelle AN dient zu einer drehmomentübertragenden Verbindung zur getriebeexternen Antriebseinheit im Bereich der Schnittstelle IF. Durch Schließen der Trennkupplung KO ist die Anschlusswelle AN mit der Antriebswelle GW1 verbindbar. Die Anschlusswelle AN weist dabei zwei Abschnitte auf, wobei ein erster Abschnitt der Schnittstelle IF und ein zweiter Abschnitt der Trennkupplung KO zugeordnet ist. Die beiden Abschnitte sind durch den Torsionsschwingungsdämpfer TS miteinander verbunden.
Das Getriebe G ist insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgebildet, dessen Antriebsstrang quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist. Dazu weist die Abtriebswelle GW2 an einer Schnittstelle GW2-A eine Verzahnung auf. Diese Verzahnung kämmt mit einer Verzahnung einer zur Abtriebswelle GW2 achsparallel ausgerichteten Welle GW22. An der achsparallelen Welle GW22 ist eine weitere Verzahnung ausgebildet, welche mit einer Verzahnung kämmt, die an einem Differentialgetriebe AG ausgebildet ist. Über das Differentialgetriebe AG kann die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung über Seitenwellen DS auf nicht dargestellte Räder des Kraftfahrzeugs verteilt werden. Jede Seitenwelle DS weist zwei Gelenke GL auf, wobei in Fig. 1 die dem Differentialgetriebe AG zugeordneten Gelenke GL schematisch abgebildet sind. Eines der Gelenke GL ist in einem Bereich X angerordnet, welcher an das Differentialgetriebe AG anschließt, und radial außerhalb der elektrischen Maschine EM angeordnet ist. Das Getriebe G und die Seitenwelle DS, deren Gelenk GL im Bereich X angeordnet ist, bilden einen erfindungsgemäßen Verbund.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Getriebes G, wobei die gewählte Schnittebene normal zur Antriebswellenachse ist. Darin ist zu erkennen, dass das Seitenwellengelenk GL zentrisch zum Differentialgetriebe AG angeordnet ist, wobei zwischen dem Außendurchmesser der Seitenwellengelenks GL und einem Abschnitt GG1 des Getriebegehäuses GG nur ein geringer Luftspalt ausgebildet ist. Auf der Innenseite dieses Getriebegehäuseabschnitts GG1 ist die elektrische Maschine EM angeordnet. Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht einer konstruktiven Ausgestaltung des Getriebes G. Zur besseren Übersichtlichkeit sind darin Teile des Getriebes G ausgeblendet, beispielsweise der Leistungspfad zwischen Abtriebswelle GW2 und dem Differentialgetriebe AG, sowie die obere Schnitthälfte der Planetenradsätze PS, PV sowie der Schaltelemente A, B, C. Die Schnittebene wurde so gewählt, dass die Anordnung des Seitenwellengelenks GL nahe zum Getriebegehäuseabschnitt GG1 erkennbar ist. In Fig. 2 ist gut erkennbar, dass der Bereich X zur Aufnahme des Seitenwellenge- lenk GL unmittelbar an das Differentialgetriebe AG anschließt, und radial außerhalb der elektrischen Maschine EM angeordnet ist. Das Getriebe G und die Seitenwelle DS, deren Gelenk GL im Bereich X angeordnet ist, bilden einen erfindungsgemäßen Verbund.
Bezuqszeichen
G Getriebe
GG Getriebegehäuse
GG1 Getriebegehäuseabschnitt
GW1 Antriebswelle
GW2 Abtriebswelle
GW2-A Schnittstelle der Abtriebswelle
GW22 Achsparallele Welle
AG Differentialgetriebe
IF Schnittstelle
EM Elektrische Maschine
S Stator
R Rotor
A Schaltelement
B Schaltelement
C Schaltelement
D Schaltelement
E Schaltelement
PS Planetenradsatz
PV Planetenradsatz
X Bereich
DS Seitenwelle
GL Gelenk
AN Anschlusswelle

Claims

Patentansprüche
1. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), ein Differentialgetriebe (AG), eine Schnittstelle (IF) zu einer getriebe-externen Antriebseinheit, eine elektrische Maschine (EM) mit einem drehfesten Stator (S) und einem drehbaren Rotor (R), eine Mehrzahl von Planetenradsätzen (PS, PV) sowie eine Mehrzahl von Schaltelementen (A, B, C, D, E) aufweist,
- wobei mittels der Planetenradsätze (PS, PV) durch selektives Schließen der
Schaltelemente (A, B, C, D, E) verschiedene Gänge zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) darstellbar sind,
- wobei die Abtriebswelle (GW2) mit zumindest einem Element eines der Planetenradsätze (PS, PV) ständig wirkverbunden ist und an einer Schnittstelle (GW2-A) eine Verzahnung aufweist, welche mit einer Verzahnung einer zur Abtriebswelle (GW2) achsparallelen Welle (GW22) kämmt,
- wobei die achsparallele Welle (GW22) in ständiger Wirkverbindung mit einem
Element des Differentialgetriebes (AG) steht,
- wobei der Rotor (R) an ein Element der Planeten radsätze (PS, PV) oder an die Antriebswelle (GW1) derart angebunden ist, dass die elektrische Maschine (EM) zumindest in ausgewählten Gängen dazu eingerichtet ist Leistung an die Abtriebswelle (GW2) abzugeben,
- wobei die elektrische Maschine (EM) an jenem axialen Ende des Getriebes (G) angeordnet ist, welches der Schnittstelle (IF) zur getriebe-externen Antriebseinheit gegenüberliegt,
- wobei die Schnittstelle (GW2-A) der Abtriebswelle (GW2) axial zwischen der
Schnittstelle (IF) zur getriebeexternen Antriebseinheit und der elektrischen Maschine (EM) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein an das Differentialgetriebe (AG) unmittelbar anschließender Bereich (X), der zur Aufnahme eines Gelenks (GL) einer Antriebsstrang-Seitenwelle (DS) eingerichtet ist, vollständig oder zumindest abschnittsweise in einem Bauraum radial außerhalb der elektrischen Maschine (EM) angeordnet ist.
2. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (X) zur Aufnahme des Gelenks (GL) unter Ausbildung eines Luftspalts unmittelbar an der Außenwand eines Getriebegehäuseabschnitts (GG1) anschließt, an dessen Innenseite die elektrische Maschine (EM) angeordnet ist.
3. Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Planeten radsätze (PS, PV) axial zwischen der Schnittstelle (GW2-A) der Abtriebswelle (GW) und jenem axialen Ende des Getriebes (G) angeordnet sind, an welchem die elektrische Maschine (EM) angeordnet ist.
4. Getriebe (G) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Schaltelemente (A, B, C, D, E) als kraftschlüssige Bremse ausgebildet ist, welche axial zwischen der Schnittstelle (GW2-A) der Abtriebswelle (GW) und der elektrischen Maschine (EM), radial außerhalb der Planetenradsätze (PS, PV) angeordnet ist.
5. Verbund aus einem Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einer an das Differentialgetriebe (AG) des Getriebes (G) angeschlossene Seitenwelle (DS), welche zur Drehmomentübertragung zwischen einem Element des Differentialgetriebes (AG) und einem Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gelenk (GL) der Seitenwelle (DS) vollständig oder zumindest abschnittsweise radial außerhalb der elektrischen Maschine (EM) des Getriebes (G) angeordnet ist.
6. Verbund nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (GL) der Seitenwelle (DS) unter Ausbildung eines Luftspalts unmittelbar an der Außenwand eines Getriebegehäuseabschnitts (GG1 ) anschließt, an dessen Innenseite die elektrische Maschine (EM) des Getriebes (G) angeordnet ist.
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