WO2023208545A1 - Gearbox mechanism and drivetrain for a vehicle - Google Patents

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WO2023208545A1
WO2023208545A1 PCT/EP2023/058844 EP2023058844W WO2023208545A1 WO 2023208545 A1 WO2023208545 A1 WO 2023208545A1 EP 2023058844 W EP2023058844 W EP 2023058844W WO 2023208545 A1 WO2023208545 A1 WO 2023208545A1
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WO
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gear
transmission
differential
output shaft
designed
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PCT/EP2023/058844
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Thomas Martin
Michael Wechs
Fabian Kutter
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Zf Friedrichshafen Ag
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Definitions

  • the invention relates to a transmission for a drive train of an at least partially electrically driven vehicle.
  • the invention further relates to a drive train comprising such a transmission.
  • a drive train for a vehicle with at least one electric drive, which can be coupled via a drive shaft with at least a first gear ratio and a second gear ratio.
  • At least one switching device is provided for switching the gear ratio stages, wherein the switching device for carrying out power shifts comprises at least one positive switching element and at least one frictional switching element.
  • Each of the transmission stages can be switched with the positive switching element, with at least one of the transmission stages being switchable both with the positive switching element and with the frictional switching element.
  • the object of the present invention is to propose a 3-speed transmission and an alternative drive train with a 3-speed transmission, each of which achieves a high conversion and at the same time increased spread.
  • This object is achieved according to a first aspect of the invention with a transmission according to claim 1.
  • the object is further achieved according to a second aspect of the invention with a drive train according to claim 6.
  • Advantageous refinements result from the dependent claims.
  • a transmission for a drive train of an at least partially electrically driven vehicle comprises a stepped planetary gear set, a first gear shift element, a second gear shift element and a third gear shift element, the stepped planetary gear set having a first sun gear, a second sun gear, a first ring gear, a second Ring gear and a plurality of stepped planetary gears rotatably mounted on a first planet carrier, the first ring gear being connected in a rotationally fixed manner to a housing, the second ring gear being connected in a rotationally fixed manner with an output shaft of the transmission, wherein the first gear shift element is designed to rotate the first sun gear with a rotor of an electric machine in a closed state, wherein the second gear shift element is configured to rotate the second sun gear to the rotor of the electric machine in a closed state, wherein the third gearshift element is designed to rotate the first planet carrier with the rotor of the electric machine in a closed state, and one of the three gearshift elements is
  • the term “spread”, also known as the ratio spread, is understood to mean the adjustment range as the ratio of the maximum to the minimum ratio.
  • the transmission spread indicates the ratio between the largest and smallest gear ratio.
  • the term “high conversion” means an increased translation level of the entire system. In other words, the drive has a comparatively high gear ratio in all gears or gear stages.
  • An “active connection” or “drive-effective connection” is understood to be a connection between two torque-carrying parts that allows torque or power to be transmitted between these parts.
  • both parts are mounted so that they can rotate accordingly.
  • Connections that have a driving effect include those that do not have a gear ratio or intermediate components, as well as those that have a gear ratio or intermediate components.
  • further shafts and/or gears can be arranged to have a driving effect between two shafts or two gears.
  • Such a connection can also be a rotation-proof connection.
  • either the first sun gear or the second sun gear or the first planet carrier is placed over the respective one Gear shifting element connected to an electrical machine, in particular to the rotor or a rotor shaft of the electrical machine.
  • the electric machine is part of a drive train according to the invention, which will be discussed below.
  • the rotor shaft of the electrical machine serves as the output shaft of the electrical machine when the electrical machine is in rotor operation.
  • the first sun gear, the second sun gear or the first planet carrier are connected in a rotationally fixed manner to input shafts of the stepped planetary gear set or to respective input shafts during rotor operation of the electric machine.
  • the output shaft of the transmission functions as an input shaft in generator operation of the electric machine, whereas the first sun gear, the second sun gear or the first planet carrier via the respective activated or coupled gearshift element are to be understood as output shafts of the transmission, with a drive power of the vehicle via the transmission and the respective gear shifting element is guided into the electrical machine, so that electrical energy is generated with the electrical machine, which can be fed into the energy storage for storage.
  • the power is introduced into the electric machine, for example from one or more rotating wheels of the vehicle via the transmission and the respective gearshift element.
  • the respective shaft can connect the components to one another axially or radially or both axially and radially.
  • a shaft does not only mean, for example, a cylindrical, rotatably mounted machine element for transmitting torque, but rather it also includes general connecting elements that connect individual components or elements to one another, in particular connecting elements that rotate several elements together.
  • the first sun gear is in mesh with a first gear of the respective stepped planetary gear of the stepped planetary gear set.
  • the respective stepped planetary gear has a second gear arranged coaxially and rotated relative to the first gear, which meshes with the second sun gear.
  • the two gears of the respective stepped planetary gear have different diameters and numbers of teeth.
  • the first gear has a larger diameter than the second gear.
  • Gears that mesh with one another or mesh with one another transmit speed and torque via their interlocking teeth.
  • the stepped planetary gear set has comparatively good mechanical parameters, i.e. speeds and torque, with a high conversion rate, while at the same time being highly efficient.
  • the first sun gear, the second sun gear and the first planet carrier are arranged, for example, coaxially and relatively rotatable to one another, with preferably one of the sun gears being passed axially at least partially through the other sun gear, and with the two sun gears being passed axially through the first planet carrier.
  • the first planet carrier can be radial be guided within the two sun wheels. Therefore, at least one of the sun gears, preferably both sun gears depending on the design of the drive train, is connected to a respective hollow shaft.
  • the first planet carrier can be connected to a hollow shaft or a solid shaft.
  • the respective sun gear can have an associated input shaft designed as a hollow shaft, which is operatively connected to the first or second gear shifting element.
  • the first planet carrier can also have an associated input shaft, which is operatively connected to the third gear shifting element.
  • the second ring gear While the first ring gear supports the drive torque on the housing, the second ring gear, depending on the switching position or state of the gear shifting elements, transmits a drive power with a respective gear ratio at least indirectly to the output shaft, which in turn is connected to at least one output shaft, preferably two output shafts, of the drive train of the vehicle.
  • the output shaft or the output shafts is or are arranged coaxially to an output axis.
  • at least one wheel of the vehicle is at least indirectly driven in rotation by the drive power generated by the electric machine and at least converted by the transmission via the output shaft and the output shaft or the output shafts.
  • the respective wheel is operatively connected to the respective output shaft.
  • a gearshift element is to be understood as meaning a connecting part, by means of which at least one torque-transmitting part can be connected in a drive-effective manner to another torque-transmitting part or to a stationary or housing-fixed part.
  • the respective gearshift element can be switched between at least one open and a closed state, wherein the gearshift element in the open state cannot transmit a torque or a speed between two parts interacting with the gearshift element, and wherein the gearshift element in the closed state transmits a torque and a speed between the can be transmitted to two parts interacting with the gearshift element. If there is a driving connection between two gear elements, torques and forces, and depending on the design of the gear elements possibly a speed, are transmitted from one gear element to the other gear element.
  • first gear shift element When the first gear shift element is in the closed state or is switched to the closed state and the second and third gear shift elements are open, drive power is transmitted from the transmission input to the transmission output, or vice versa, in a first gear or a first gear stage, with a first gear ratio or a first gear ratio.
  • the first sun gear or the input shaft which is non-rotatably connected to the first sun gear, is thereby non-rotatably connected to the rotor of the electric machine, whereby the drive power is introduced into the transmission via the first sun gear.
  • the second and third gear shift elements are in the open state in order to transmit the drive power with the first gear ratio to the output shaft via the second ring gear of the transmission.
  • a first gear ratio realized in first gear is greater than 1, with the first gear ratio being different from the second and third gear ratios described below in order to realize a 3-speed drive.
  • the second gearshift element When the second gearshift element is in the closed state or is switched to the closed state and the first and third gearshift elements are open, drive power is transmitted from the transmission input to the transmission output, or vice versa, in a second gear or a second gear stage, with a second gear ratio or a second gear ratio.
  • the second sun gear or the input shaft which is non-rotatably connected to the second sun gear, is thereby non-rotatably connected to the rotor of the electric machine, whereby the drive power is introduced into the transmission via the second sun gear.
  • the first and third gear shift elements In the closed state of the second gear shift element, the first and third gear shift elements are in the open state in order to transmit the drive power with the second gear ratio to the output shaft via the second ring gear of the transmission.
  • a second gear ratio realized in second gear is also greater than 1, with the second gear ratio being different from the first and the third gear ratio described below in order to realize the 3-speed drive.
  • the third gearshift element is in the closed state or is switched to the closed state and the first and second gearshift elements are open, drive power is transmitted from the transmission input to the transmission output, or vice versa, in a third gear or a third gear stage, with a third gear ratio or a third gear ratio.
  • the first planet carrier or the input shaft connected in a rotationally fixed manner to the first planet carrier is thereby connected in a rotationally fixed manner to the rotor of the electric machine, whereby the drive power is introduced into the transmission via the first planet carrier.
  • the first and second gear shift elements are in the open state in order to transmit the drive power with the third gear ratio to the output shaft via the second ring gear of the transmission.
  • a third gear ratio realized in third gear is also greater than 1, with the third gear ratio being different from the first and second gear ratios in order to realize the 3-speed drive. Therefore, to effectively drive the vehicle, either the first gear shift element, the second gear shift element or the third gear shift element is closed.
  • the first gear shift element and/or the second gear shift element and/or the third gear shift element is preferably designed as a non-positive shift element.
  • the non-positive switching element can be designed as a friction switching element, in particular as a multi-disc clutch or cone clutch, in order to produce a non-positive connection between the rotor of the electric machine and the first sun gear or the second sun gear or the first planet carrier, depending on the switching position of the gear shifting elements.
  • a A non-positive switching element is one that introduces a normal force onto two parts or surfaces of transmission elements that are to be connected to one another, with mutual displacement of the parts or surfaces being prevented as long as a counterforce essentially caused by static friction is not exceeded. This creates a frictional connection for transmitting torque between the transmission elements to be connected.
  • a power shift between the gears is possible, i.e. switching between a first, second and third gear, without the drive power on the output or on the output shaft being interrupted, in particular during a switching process.
  • the transmission can be equipped with structurally simpler non-positive gear-shifting elements.
  • a traction load shift or a thrust load shift it is necessary that at least one of the gear shift elements is designed as a non-positive gear shift element or as a friction shift element.
  • it is necessary that all gear shift elements are each designed as a non-positive gear shift element.
  • At least one of the other gear shifting elements can not be designed as a non-positive shifting element, but rather as a positive gear shifting element or claw shifting element.
  • one gear shift element, preferably two gear shift elements, and preferably all gear shift elements can each be designed as a frictional shift element and carry out a power shift.
  • a gear shift element that implements a power shift is a shift element that allows two gear elements to be connected to one another while a drive power, in particular a torque, is applied to one gear element, so that after closing the drive power is transmitted to the other gear element. It is not necessary to synchronize the speeds of the transmission elements involved before closing a powershift element.
  • the first gear shift element and/or the second gear shift element and/or the third gear shift element is a form-fitting one Switching element formed.
  • a positive switching element can be designed, for example, as a claw switching element in order to produce a positive connection between the rotor of the electric machine and the first sun gear or the second sun gear, depending on the switching position of the gear shifting elements.
  • a positive switching element is one in which two parts of the transmission interlock and form a positive connection for transmitting torque between two transmission elements.
  • a positive switching element is more cost-effective and, above all, optimized in terms of efficiency compared to a non-positive switching element. In this sense, the respective gear shifting element is either a positive shifting element or a non-positive shifting element.
  • two of the three gear shifting elements are combined to form a double shifting element.
  • the first and second gearshift elements, the second and third gearshift elements or the first and third gearshift elements are arranged axially directly next to one another, with the respective two gearshift elements being combined to form a structural unit.
  • both switching elements of the combined switching elements are designed as claw switching elements to realize a positive connection between the rotor of the electric machine and the first sun gear or the second sun gear or the first planet carrier.
  • power shifting between the gears is not possible, but with such an arrangement and design of the gear shifting elements, axial installation space of the transmission can be saved.
  • the design of the gear shift elements as claw shift elements also simplifies the implementation of the parking lock function, i.e. when the two gear shift elements combined to form a double shift element are transferred or are in the closed state.
  • a double switching element is generally understood to mean an arrangement of two switching elements that can be actuated alternatively by means of a single actuating device. Furthermore, a double switching element can have a neutral position in which none of the two switching elements of the double switching element is closed. The double switching element consequently has a first position in which a first switching element is closed, a second position in which a second switching element is closed, and a third position in which neither the first switching element nor the second switching element is closed, i.e. a neutral position.
  • the double switching element has in particular a single switching fork and a single actuator for switching the two switching elements. This saves installation space, weight and transmission components.
  • all gear shift elements are combined to form a triple shift element.
  • all gear shifting elements are arranged axially directly next to one another and combined to form a structural unit.
  • all switching elements of the combined switching elements are designed as claw switching elements to realize a positive connection between the rotor of the electric machine and the first sun gear or the second sun gear or the first planet carrier.
  • power shifting between the gears is not possible, but with such an arrangement and design of the gear shifting elements, axial installation space of the transmission can be saved.
  • the design of the gear shift elements as claw shift elements also simplifies the implementation of the parking lock function, i.e. when the gear shift elements are or are in the closed state.
  • Another advantage is that all switching elements can be controlled by a common actuator.
  • such a design is advantageous when sequential switching between the individual gear stages is required, i.e. when switching from the first to the third gear stage, or vice versa, is not necessary.
  • a triple switching element is therefore to be understood as an arrangement of three switching elements that can be actuated alternatively or sequentially by means of a single actuating device. Furthermore, the triple switching element can have a neutral position in which none of the three switching elements is closed.
  • the double switching element consequently has a first position in which a first switching element is closed, a second position in which a second switching element is closed, a third position in which a third switching element is closed, and a fourth Position in which neither the first switching element nor the second switching element nor the third switching element is closed, i.e. a neutral position.
  • a drive train for an at least partially electrically driven vehicle comprises a transmission according to the first aspect of the invention, as well as an electric machine, the rotor of which is connected in a rotationally fixed manner to an input shaft of the transmission.
  • the input shaft is operatively connected to the three gearshift elements and, depending on the switching position of the gearshift elements, is connected in a rotationally fixed manner to the first sun gear, the second sun gear and/or the first planet carrier.
  • Such a drive train is designed to be compact with the transmission according to the invention and achieves a comparatively high conversion of greater than 1 and at the same time a comparatively high spread of greater than 3.
  • the output shaft of the transmission preferably forms the input of a transmission gear downstream of the stepped planetary gear set.
  • the transmission gear increases the transmission ratio of the drive. Due to the downstream arrangement of the transmission gear, the components of the stepped planetary gear set can be made comparatively small and compact.
  • the transmission gear can in principle be of any design.
  • the transmission gear is designed as a spur gear stage.
  • the spur gear stage can be designed in one, two or more stages.
  • one or more intermediate shafts can be provided, on which spur gears or stepped gears are also arranged.
  • an axis parallelism of the drive axle to an output axle can also be achieved, whereby the drive train can be flexibly adapted to the existing conditions of the vehicle.
  • the transmission gear is designed as a planetary gear with at least one first planetary gear set.
  • a “planetary gear set” is a unit with a sun gear, a ring gear and several of a planet carrier planet gears guided on a circular path around the sun gear, whereby the planet gears mesh with the ring gear and the sun gear.
  • the first planetary gear set is advantageously designed as a minus planetary gear set, with an overall gear ratio being increased by means of the respective planetary gear set of the planetary gear depending on the respective selected gear on the transmission.
  • a total gear ratio between 6 and 13.5 can preferably be achieved.
  • a negative planetary gear set is made up of the elements sun gear, planet carrier and ring gear, with the planet carrier having at least one, but preferably several, planet gears rotatably mounted, each of which meshes or meshes with both the sun gear and the surrounding ring gear. It is also conceivable that the planetary gear is designed as a plus planetary gear set.
  • a plus planetary set differs from the minus planetary set in that the plus planetary set has first and second or inner and outer planet gears, which are rotatably mounted on the planet carrier.
  • the toothing of the first or inner planet gears meshes with the toothing of the sun gear on the one hand and with the toothing of the second or outer planet gears on the other hand.
  • the teeth of the outer planet gears also mesh with the teeth of the ring gear. This means that when the planet carrier is stationary, the ring gear and the sun gear rotate in the same direction.
  • the planetary gear is connected to the output shaft of the gear in a driving manner, with one of the gear set elements of the first planetary gear set correspondingly forming the input of the planetary gear.
  • a second gear set element of the first planetary gear set forms the output of the planetary gear and a third Gear set elements of the first planetary gear set are supported fixed to the housing.
  • the wheelset elements can be connected in any way.
  • the first planetary gear set of the planetary gear has a third sun gear which is non-rotatably connected to the output shaft of the gear, a third ring gear fixed to the housing and a plurality of planetary gears which are rotatably mounted on a third planet carrier.
  • the third sun gear of the transmission gear is therefore connected in a rotationally fixed manner to the second ring gear of the gear.
  • the transmission gear is preferably arranged coaxially with the stepped planetary gear set of the transmission.
  • the drive train further comprises a differential, which effectively connects the output shaft of the transmission to two output shafts arranged coaxially to an output axle.
  • the differential can be arranged coaxially or parallel to the electric machine.
  • the differential is directly, i.e. without intermediate gear ratios or the like, operatively connected to the output shaft of the transmission.
  • said transmission gear is arranged in the power flow between the output shaft of the transmission or the stepped planetary gear set and the differential. In this sense, a transmission gear is arranged between the output shaft of the transmission and the differential.
  • the differential is designed as a bevel gear differential.
  • Other alternative designs of the differential are also conceivable, for example as a spur gear differential or planetary differential.
  • the drive power coming from the transmission with a first, second or third gear ratio is transmitted from the output shaft of the transmission at least indirectly via the differential to the two output shafts, the differential distributing the drive power, i.e. a speed and a torque, to the output shafts. So that the output shafts are coaxial on the output axle, the differential is also arranged on the output axle and therefore coaxial to the stepped planetary gear set.
  • a differential designed as a bevel gear differential has two wheel-side output elements, in particular a first output gear and a second output gear.
  • the two driven wheels each mesh with a compensating element.
  • the compensation elements are in mounted in a differential carrier so that it can rotate around its own axis.
  • the respective output gear is connected to the respective output shaft in a rotationally fixed manner.
  • the differential is driven via the differential carrier.
  • a differential carrier of the differential is connected in a rotationally fixed manner to the third planet carrier of the first planetary gear set of the transmission gear.
  • the output shaft of the transmission is designed to be hollow for the axial passage of one of the two output shafts of the differential.
  • the respective output shaft can be arranged radially within the first and/or second sun gear of the transmission, wherein one of the two output shafts of the differential can be arranged radially within the output shaft of the transmission.
  • the differential is designed as an integral differential, having a second planetary gear set and a third planetary gear set operatively connected thereto, each planetary gear set being connected in a driving manner to a respective output shaft, with a first output torque being at least indirectly transferable to the first output shaft by means of the second planetary gear set, and wherein a support torque of the second planetary gear set in the third planetary gear set is convertible in such a way that a second output torque corresponding to the first output torque can be transferred to the second output shaft.
  • An integral differential is to be understood as meaning a differential with two planetary gear sets, with the second planetary gear set being connected in a driving manner to the output shaft of the transmission or the stepped planetary gear set.
  • the output shaft of the transmission therefore forms the input shaft of the differential or is connected to it in a rotationally fixed manner.
  • the second planetary gear set is connected to the first output shaft for driving purposes.
  • the third planetary gear set is connected to the second output shaft in a driving manner.
  • the third planetary gear set is at least indirectly supported on a stationary housing of the transmission or on the chassis of the motor vehicle, i.e. connected to it in a rotationally fixed manner.
  • the input torque of the input shaft of the differential can be changed and can be divided or transferred to the two output shafts in a defined ratio.
  • 50% of the input torque, i.e. half, is transferred to the output shafts.
  • the differential therefore has no component to which the sum of the two output torques is applied.
  • the differential has no teeth rotating in the block or without any rolling movement.
  • the function of generating the overall translation as well as the differential function are represented.
  • the integral differential realizes an increase in torque and a division of drive power. Furthermore, there is a weight saving.
  • the integral differential and the output shafts are arranged to be arranged coaxially with the drive axle of the vehicle.
  • the output axle, on which the integral differential and the output shafts lie, thus runs coaxially to the drive axle, in particular coaxially to the axis of rotation of the rotor of the electric machine, coaxially to the input shaft of the transmission and/or coaxially to the output shaft of the transmission.
  • a first gear set element of the second planetary gear set is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft of the transmission, a second gear set element of the second planetary gear set being connected in a rotationally fixed manner with the first output shaft, and a third gear set element of the second planetary gear set being at least indirectly connected in a rotationally fixed manner to a first gear set element of the third Planetary gear set is connected.
  • a second gear set element of the third planetary gear set is connected in a rotationally fixed manner to a stationary component, in particular the stationary housing of the transmission or the chassis of the motor vehicle, with a third gear set element of the third planetary gear set being connected in a rotationally fixed manner to the second output shaft.
  • the respective first gear set element of the second or third planetary gear set is to be understood as a sun gear
  • the respective second gear set element of the second or third planetary gear set is to be understood as a planet carrier
  • the respective third gear set element of the second or third planetary gear set is to be understood as a ring gear is.
  • At least the transmission and/or the differential is at least partially or completely arranged spatially within the rotor of the electric machine.
  • the gearbox and/or the differential radially within the rotor, axial installation space of the drive train can be saved.
  • the drive train is therefore designed to be axially short.
  • the transmission is arranged completely spatially within the rotor of the electric machine.
  • the differential is arranged completely spatially within the rotor of the electrical machine.
  • at least one of the gearshift elements preferably a plurality of gearshift elements, is arranged within the rotor.
  • the drive train according to the invention and the transmission according to the invention can be used in purely electrically driven vehicles as well as in hybrid-driven vehicles, which can be driven partly electrically and, if necessary, partly by means of a separate internal combustion engine.
  • the vehicle can also include two or more such drive trains or transmissions, whereby one axle, several axles or all axles of the vehicle can be equipped with the respective drive train according to the invention and can therefore be designed to be drivable.
  • Such a vehicle therefore means motor vehicles, in particular cars, commercial vehicles or trucks.
  • FIG. 1 shows a vehicle comprising a drive train according to the invention with a transmission according to the invention according to a first embodiment
  • Fig. 2 is a schematic representation of the transmission according to the invention according to Fig. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a switching matrix relating to switching states for driving with a transmission according to the invention according to FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the transmission according to the invention according to a second embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the transmission according to the invention according to a third embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the transmission according to the invention according to a fourth embodiment
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the transmission according to the invention according to a fifth embodiment
  • FIGS. 1 and 2 shows a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 9 shows a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to a sixth embodiment; 10 shows a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to a seventh embodiment;
  • FIG. 11 shows a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to an eighth embodiment
  • Fig. 13 is a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to a tenth embodiment.
  • the 1 shows an electrically driven vehicle 1 with a drive train 2 according to the invention according to a first embodiment.
  • the drive train 2 includes an electric machine 11 that generates drive power and introduces it into a transmission 3.
  • the transmission 3 is shown in FIGS. 2 and 8, with an associated switching matrix being shown in FIG. 3.
  • the transmission 3 transmits the drive power to a coaxially arranged differential 16, which in turn distributes the drive power to a first output shaft 18a and a second output shaft 18b, each of which is connected to a wheel 28 of the vehicle 1 for driving purposes.
  • the differential 16 and the output shafts 18a, 18b lie on an output axle 17, with the output axle 17 here again being arranged coaxially with the drive axle 33, on which the transmission 3 and the electric machine 11 are arranged.
  • the vehicle 1 can further comprise an energy storage device - not shown here - which supplies the electrical machine 11 with electrical energy and which is supplied with electrical energy by the electrical machine 11 with reverse power flow, i.e. in a generator mode.
  • the energy storage can for example, a battery or the like.
  • the electrical machine 11 is connected to power electronics - also not shown here.
  • Fig. 2 the basic variant of the invention, the transmission 3 from Fig. 1 is shown very schematically.
  • the transmission 3 according to FIG. 2 is rotated in the drive train 2 according to FIG connectable.
  • drive power is introduced into the transmission 3 via one of the gearshift elements A, B, C.
  • 2 shows an example of an output shaft 41 of the electric machine 11, which is rotatably connected to the rotor 19 and is operatively connected to the gearshift elements A, B, C.
  • the connection of the rotor 19 to the transmission 3 is symbolized by the vertical arrow on the output shaft 41.
  • the transmission 3 comprises a stepped planetary gear set 4 with a first ring gear 8a fixed to the housing, a second ring gear 8b, a first sun gear 7a which is connected in a rotationally fixed manner to a first input shaft 29a, a second sun gear 7b which is arranged coaxially and axially adjacent thereto and is connected in a rotationally fixed manner to a second input shaft 29b, which is passed axially through the first sun gear 7a.
  • a first planet carrier 9 is also connected in a rotationally fixed manner to a third input shaft 29c.
  • a plurality of rotatably mounted stepped planetary gears 10 are arranged on the first planet carrier 9.
  • the first gearshift element A is designed to connect the first sun gear 7a or the first input shaft 29a to the rotor 19 of the electric machine 11 in a rotationally fixed manner in a closed state
  • the second gearshift element B being configured to connect the second sun gear in a closed state 7b or the second input shaft 29b to be connected in a rotationally fixed manner to the rotor 19 of the electric machine 11
  • the third gear shifting element C is designed to connect the first planet carrier 9 or the third input shaft 29c to the rotor 19 of the electric machine in a closed state 11 to be connected in a rotationally fixed manner.
  • one of the gearshift elements A, B, C is in the closed state, while the other two gearshift elements A, B, C are open.
  • the drive therefore takes place via one of the two sun gears 7a, 7b or via the first planet carrier 9.
  • the first sun gear 7a is in mesh with a first gear 31a of the respective stepped planetary gear 10 and the second sun gear 7b is in mesh with a second gear 31b of the respective stepped planetary gear 10 in mesh.
  • the two gears 31a, 31b of the respective stepped planetary gear 10 are connected to one another in a rotationally fixed manner.
  • the output takes place via the second ring gear 8b, which meshes with the second gear 31b of the respective stepped planetary gear 10.
  • the first gear 31a also meshes with the first ring gear 8a fixed to a housing 13.
  • the two gears 31a, 31b have different diameters and numbers of teeth, so that, depending on which gear 31a, 31b the drive power is transmitted or which gearshift element A, B, C is closed or open, three different translations are applied to the output of the transmission 3 are transferable.
  • the first gear 31a of the respective stepped planetary gear 10 has a smaller diameter than the second gear 31b of the respective stepped planetary gear 10.
  • the first gearshift element A When the first gearshift element A is in a closed state or is switched to the closed state and the second and third gearshift elements B, C are in an open state, the first sun gear 7a and the first input shaft 29a are connected to the rotor 19 or respectively the output shaft 41 of the electric machine 11 is connected in a rotationally fixed manner, so that drive power is directed via the first sun gear 7a to the stepped planetary gears 10 and from there via the second ring gear 8b to the output shaft 12 of the transmission 3.
  • FIG. 3 shows a switching matrix for a first gear stage E1, a second gear stage E2 and a third gear stage E3 of the transmission 3.
  • the respective gearshift element A, B, C is closed if “x” is entered and is open if there is no entry. Electric forward travel of the vehicle 1 with three different gear ratios is achieved via the respective gear levels E1, E2, E3.
  • the first gear shift element A is closed and the second and third gear shift elements B, C are open
  • the first gear stage E1 is engaged, and thus a first gear ratio is achieved.
  • the second gear shift element B is closed and the first and third gear shift elements A, C are open
  • the second gear stage E2 is engaged, and thus a second gear ratio is achieved.
  • the third gear shift element C is closed and the first and second gear shift elements A, B are open, the third gear stage E3 is engaged, and thus a third gear ratio is achieved.
  • This switching matrix applies to all illustrated embodiments of the invention.
  • gearshift elements A, B, C a pull and/or push power shift can be implemented.
  • the respective gear shifting element A, B, C is designed as a power shifting element, in the present case as a frictionally acting shifting element.
  • gear shifting elements A, B, C are each as positive shifting elements, here as claw shifting elements. formed and, in the closed state, connect the output shaft 41 via the respective input shaft 29a, 29b, 29c with the first sun gear 7a, the second sun gear 7b or the first planet carrier 9.
  • the parts to be connected to one another are ideally synchronized before the positive connection is made.
  • the gear shifting elements A and C are here combined to form a double shifting element 42.
  • the output shaft 41 of the electric machine 11 is therefore arranged axially between the second gear shift element B and the double shift element 42.
  • first and second gear shift elements A, B or the second and third gear shift elements B, C can be combined to form a double shift element 42.
  • the gear shifting elements A, B, C can be shifted arbitrarily.
  • two separate actuators - not shown here - can be provided, with a first actuator actuating the gear shift element B, which is separate here, and a second actuator actuating the double shift element 42.
  • the gear shift elements A, B, C can be actuated by a shift drum with two, or alternatively three, shift forks. The shift can be done sequentially or individually, so that a shift from the first to the third gear E1, E3, or vice versa, can also take place.
  • the gearshift elements A and B are combined to form a double gearshift element 42, while the third gearshift element C is a separate gearshift element.
  • the output shaft 41 of the electric machine 11 is therefore arranged axially between the third gear shift element C and the double shift element 42.
  • gear shift elements A, B, C are combined to form a triple shift element 43, the gear shift elements A, B, C here starting from the output shaft 41 of the electric machine 11 in the axial order: second Gear shift element B, first gear shift element A and third gear shift element C are arranged.
  • the gear shifting elements A, B, C are arranged axially between the output shaft 41 and the stepped planetary gear set 4.
  • the gearshift elements A, B, C are switched sequentially and can be controlled with a common actuator.
  • the three gear shift elements A, B, C are also combined to form a triple shift element 43, the difference from the previous embodiment being that the axial order starts from the output shaft 41 of the electric machine 11 here third gearshift element C, second gearshift element B and first gearshift element A.
  • the third input shaft 29c which is non-rotatably connected to the first planet carrier 9, is designed here as a central shaft within the two sun gears 7a, 7b.
  • the triple switching element 43 can thereby be made axially shorter and more compact. For the rest, please refer to the previous statements.
  • the three gear shifting elements A, B, C are designed as non-positive shifting elements or power shifting elements.
  • the gear shifting elements A, B, C are multi-plate clutches. This means that synchronization of the rotational speeds of the parts is not necessary.
  • the gearshift elements A, B, C each implement a pull-load shift between the individual gear stages E1 - E3.
  • the load during shifts between the gear stages E1 - E3 can be supported by one of the gear shift elements A, B, C, while the second of the gear shift elements A, B, C is closed and the third of the gear shift elements A, B, C is opened, or vice versa. This avoids a load drop on the output during switching operations. All gears can be shifted under load.
  • only individual gear shifting elements can be designed as non-positive shifting elements in order to only carry out specific gear sequences in a load-shifting manner, taking into account the desired pulling or pushing behavior.
  • FIG 8 shows a part of the drive train 2 according to the invention, comprising the transmission 3 according to the invention according to FIG , so that the first Output shaft 18a can be passed axially through the transmission 3 starting from the differential 16, with the second output shaft 18b extending in the opposite direction starting from the differential 16.
  • the exemplary embodiment shown here is a coaxial arrangement of the drive train 2, with the drive axle 33 being arranged coaxially to the output axle 17.
  • Fig. 9 shows a sixth exemplary embodiment.
  • the transmission 3 is connected in a driving manner via the output shaft 12 to a transmission gear 24, which increases an overall transmission ratio and transmits the drive power to a differential 16 downstream in the power flow, here arranged parallel to the drive axle 33.
  • the differential 16 and the output shafts 18a, 18b are arranged on the output axle 17, which is therefore arranged axially parallel to the drive axle 33.
  • the arrangement of the gear shifting elements A, B, C is analogous to Fig. 8 and Fig. 2.
  • the transmission gear 24 is a single-stage spur gear stage 6, consisting of a first gear 39a which is non-rotatably connected to the output shaft 12 and a second gear 39b which is operatively connected to the differential 16.
  • the transmission stage 24 realizes the generation of the overall transmission of the drive train 2 by appropriately designing the gear diameter and number of teeth.
  • axial installation space of the drive train 2 is saved, in particular by the fact that the electric machine 11 together with the transmission 3 and the differential 16 are at least partially arranged next to each other. This also allows the Electric machine 11 can be made slimmer, which in turn has a positive effect on the center distance between the drive and output axles 33, 17.
  • the 8 to 12 is designed as a bevel gear differential 5 and connects the gear 3 via the planetary gear 14 to the two output shafts 18a, 18b arranged coaxially to an output axis 17, with the first output shaft 18a moving to the left starting from the differential 16 and the second output shaft 18b are aligned coaxially and oppositely to the right.
  • the bevel gear differential 5 known from the prior art has two wheel-side output elements, which are designed as a first output gear 16b and a second output gear 16c.
  • the driven wheels 16b, 16c each mesh with a compensating element 16d, 16e.
  • the compensating elements 16d, 16e are mounted in a differential carrier 16a so that they can rotate about their own axis.
  • the first output gear 16b is connected to the first output shaft 18a and the second output gear 16c is connected in a rotationally fixed manner to the second output shaft 18b.
  • the differential carrier 16a of the differential 16 is directly connected to the output shaft 12 of the transmission 3 in a rotationally fixed manner.
  • the drive power from the transmission 3 is therefore transmitted directly to the differential 16, in contrast to the other exemplary embodiments.
  • the differential carrier 16a of the differential 16 is connected to the second gear 39b of the transmission gear 24 in a rotationally fixed manner.
  • the differential carrier 16a of the differential 16 is connected in a rotationally fixed manner via a first intermediate shaft 32 to a gear set element of the transmission gear 24 designed as a planetary gear 14. Reference will be made to this in more detail in the following comments on FIGS. 11 and 12.
  • the differential 16, the output shafts 18a, 18b and, if applicable, the transmission gear 24 are arranged on the drive axle 33.
  • the output axle 17 is thus arranged in relation to the drive axle 33. Only in the examples according to FIGS. 9 and 10 are the output axle 17 and the drive axle 33 aligned axially parallel.
  • the third gear 39c meshes with the first gear 39a arranged coaxially to the drive axle 33 and the fourth gear 39d meshes with the second gear 39b arranged coaxially to the output axle 17.
  • the two-stage spur gear stage 6 enables a higher range of output ratios to be achieved.
  • the eighth exemplary embodiment according to FIG. 11 is based on the exemplary embodiment according to FIG. 8, which is why reference is made to the corresponding comments on FIG. 8.
  • the drive train 2 is supplemented by a transmission gear 24 designed as a planetary gear 14, which, together with the differential 16, is arranged coaxially to the gear 3 and to the electric machine 1 1.
  • the output axle 17 is therefore arranged coaxially with the drive axle 33.
  • the planetary gear 14 includes a first planetary gear set 15, and two or more planetary gear sets can also be provided.
  • the first planetary gear set 15 is designed as a minus planetary gear set and comprises a third sun gear 20 which is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft 12 of the transmission 3, a stationary third ring gear 21 which is connected in a rotationally fixed manner to the housing 13, and a plurality of planetary gears which are rotatably mounted on a second planet carrier 22 23.
  • the third sun gear 20 is connected to the second ring gear 8b of the transmission 3 via the output shaft 12 of the transmission 3 in a drive-effective or rotationally fixed manner, so that the planetary gear 14 is consequently operatively connected to the output shaft 12 on the drive side.
  • the output of the planetary gear 14 takes place via the second planet carrier 22, which is connected to a differential 16 for driving purposes.
  • the second planet carrier 22 is connected to the differential carrier 16a in a rotationally fixed manner via the intermediate shaft 32.
  • gear 3 and planetary gear 14 for example, total gear ratios between 6 and 13.5 can be achieved.
  • the first output shaft 18a is guided axially through the transmission gear 24, the gear 3 and the electric machine 11.
  • the planetary gear 14 is arranged axially between the electric machine 11 and the gear 3 on the one hand and the differential 16 on the other. It is conceivable to use the differential 16 together with the transmission 3 to be arranged spatially within the rotor 19 of the electrical machine 11 in order to save additional axial space.
  • Fig. 12 differs from Fig. 11 only in the connection of the gear 3 and the differential 16 to the planetary gear 14.
  • the third ring gear 21 is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft 12 of the gear 3, whereas the third sun gear 20 is arranged fixed to the housing.
  • the output of the planetary gear 14 also takes place here via the second planet carrier 22, which is connected to the differential carrier 16 of the differential 16 via an intermediate shaft 32 guided radially within the third sun gear 20.
  • a differential 16 designed as an integral differential 25 is provided, which lies on the output axle 17, which is coaxial with the Drive axle 33 is arranged.
  • the integral differential 25 comprises a second and third planetary gear set 26, 27, the two planetary gear sets 26, 27 being arranged either axially next to one another or radially one above the other, depending on the requirements of the integral differential 25, in particular the translation of the integral differential 25 to be realized.
  • the planetary gear sets 26, 27 are arranged radially one above the other or radially nested, whereby axial installation space of the drive train 2 is saved.
  • the planetary gear sets 26, 27 lie in a common plane perpendicular to the output shafts 18a, 18b or to the output axle 17.
  • a first output torque can be transferred to the first output shaft 18a, which is guided axially through the transmission 3 and the electric machine 11.
  • a supporting torque of the second planetary gear set 26 acting opposite to the first output torque is transferred to the third planetary gear set 27 and is convertible in the third planetary gear set 27 in such a way that a second output torque corresponding to the first output torque can be transferred to the second output shaft 18b.
  • the integral differential 25 is therefore designed as a planetary gear.
  • the integral differential 25 is effectively connected to the transmission 3 via its input shaft, which is also the output shaft 12 of the transmission 3.
  • the output on the integral differential 25 takes place via the two output shafts 18a, 18b.
  • drive power is divided between two output shafts 18a, 18b by means of the integral differential 25.
  • the second output shaft 18b extends in the opposite direction with respect to the first output shaft 18a.
  • the output shaft 12 of the transmission 3 is connected in a rotationally fixed manner to a fourth sun gear 34a of the second planetary gear set 26.
  • the second ring gear 8b of the transmission 3 is thus connected in a rotationally fixed manner to the fourth sun gear 34a.
  • the power transmission from the second planetary gear set 26 to the third planetary gear set 27 takes place via a coupling shaft 35, which is connected, on the one hand, in a rotationally fixed manner to a fourth ring gear 36a of the second planetary gear set 26 and, on the other hand, in a rotationally fixed manner with a fifth sun gear 34b of the third planetary gear set 27.
  • the coupling shaft 35, the fourth ring gear 36a and the fifth sun gear 34b are therefore connected to one another in one piece.
  • the coupling shaft 35 with the fourth ring gear 36a and the fifth sun gear 34b can also be designed as a ring gear, which has external teeth in addition to internal teeth.
  • a plurality of second planet gears 37a are arranged spatially between the fourth sun gear 34a and the fourth ring gear 36a, which in the present case are rotatably arranged on a rotatably mounted third planet carrier 38a.
  • a plurality of third planetary gears 37b are arranged spatially between the fifth sun gear 34b and a fifth ring gear 36b of the third planetary gear set 27, which in the present case are rotatable on a fourth planetary carrier 38b fixed to the housing are arranged.
  • the first output on the first output shaft 18a takes place via the third planet carrier 38a of the second planetary gear set 26, which is connected to it in a rotationally fixed manner
  • the second output on the second output shaft 18b takes place via the fifth ring gear 36b of the third planetary gear set 27, which is non-rotatably connected to it.

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Abstract

The invention relates to a gearbox mechanism (3) for a drivetrain (2) of an at least partly electrically driven vehicle (1), the gearbox mechanism comprising a stepped planetary gearset (4), a first gearshift element (A), a second gearshift element (B) and a third gearshift element (C), wherein the stepped planetary gearset (4) has a first sun gear (7a), a second sun gear (7b), a first ring gear (8a), a second ring gear (8b) and a plurality of stepped planetary gears (10) which are rotatably mounted on a first planetary carrier (9), wherein the first ring gear (8a) is connected to a housing (13) for conjoint rotation, wherein the second ring gear (8b) is connected to an output shaft (12) of the gearbox mechanism (3) for conjoint rotation, wherein the first gearshift element (A) is designed, in a closed state, to connect the first sun gear (7a) to a rotor (19) of an electric machine (11) for conjoint rotation, wherein the second gearshift element (B) is designed, in a closed state, to connect the second sun gear (7b) to the rotor (19) of the electric machine (11) for conjoint rotation, wherein the third gearshift element (C) is designed, in a closed state, to connect the planetary carrier (9) to the rotor (19) of the electric machine (11) for conjoint rotation, and wherein one of the three gearshift elements (A-C) is in the closed state in order to rotationally drive the output shaft (12). The invention also relates to a drivetrain (2) comprising such a gearbox mechanism (3).

Description

Getriebe und Antriebsstrang für ein Fahrzeug Transmission and drive train for a vehicle
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrang, umfassend ein solches Getriebe. The invention relates to a transmission for a drive train of an at least partially electrically driven vehicle. The invention further relates to a drive train comprising such a transmission.
Aus der Druckschrift WO 2014/139744 A1 ist ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug bekannt, mit zumindest einem elektrischen Antrieb, der über eine Antriebswelle mit zumindest einer ersten Übersetzungsstufe und einer zweiten Übersetzungsstufe koppelbar ist. Zumindest eine Schalteinrichtung ist zum Schalten der Übersetzungsstufen vorgesehen, wobei die Schalteinrichtung zum Ausführen von Lastschaltungen zumindest ein formschlüssiges Schaltelement und zumindest ein reibschlüssiges Schaltelement umfasst. Jede der Übersetzungsstufen ist mit dem formschlüssigen Schaltelement schaltbar, wobei zumindest eine der Übersetzungsstufen sowohl mit dem formschlüssigen Schaltelement als auch mit dem reibschlüssigen Schaltelement schaltbar ist. From the publication WO 2014/139744 A1 a drive train for a vehicle is known, with at least one electric drive, which can be coupled via a drive shaft with at least a first gear ratio and a second gear ratio. At least one switching device is provided for switching the gear ratio stages, wherein the switching device for carrying out power shifts comprises at least one positive switching element and at least one frictional switching element. Each of the transmission stages can be switched with the positive switching element, with at least one of the transmission stages being switchable both with the positive switching element and with the frictional switching element.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein 3-Gang-Getriebe sowie einen alternativen Antriebsstrang mit einem 3-Gang-Getriebe vorzuschlagen, das jeweils eine hohe Wandlung bei gleichzeitig erhöhter Spreizung realisiert. Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt mit einem Getriebe nach Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt mit einem Antriebsstrang nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den davon abhängigen Unteransprüchen. The object of the present invention is to propose a 3-speed transmission and an alternative drive train with a 3-speed transmission, each of which achieves a high conversion and at the same time increased spread. This object is achieved according to a first aspect of the invention with a transmission according to claim 1. The object is further achieved according to a second aspect of the invention with a drive train according to claim 6. Advantageous refinements result from the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Getriebe für einen Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs einen Stufenplanetenradsatz, ein erstes Gangschaltelement, ein zweites Gangschaltelement und ein drittes Gangschaltelement, wobei der Stufenplanetenradsatz ein erstes Sonnenrad, ein zweites Sonnenrad, ein erstes Hohlrad, ein zweites Hohlrad sowie mehrere an einem ersten Planetenträger drehbar gelagerte Stufenplanentenräder aufweist, wobei das erste Hohlrad mit einem Gehäuse drehfest verbunden ist, wobei das zweite Hohlrad mit einer Ausgangswelle des Getriebes drehfest verbunden ist, wobei das erste Gangschaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das erste Sonnenrad mit einem Rotor einer elektrischen Maschine drehtest zu verbinden, wobei das zweite Gangschaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das zweite Sonnenrad mit dem Rotor der elektrischen Maschine drehtest zu verbinden, wobei das dritte Gangschaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand den ersten Planetenträger mit dem Rotor der elektrischen Maschine drehtest zu verbinden, und wobei zum Drehantrieb der Ausgangswelle eines der drei Gangschaltelemente im geschlossenen Zustand vorliegt. Mittels eines solchen Getriebes ist ein 3-Gang-Antrieb des Fahrzeugs auf einfache Weise möglich, wobei mittels des Getriebes vorteilhaft eine vergleichsweise hohe Wandlung von größer als 1 und gleichzeitig eine vergleichsweise hohe Spreizung von größer als 3 ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil bei einer derartigen Ausbildung des Getriebes sind die hohen realisierbaren Wrkungsgrade. According to a first aspect of the invention, a transmission for a drive train of an at least partially electrically driven vehicle comprises a stepped planetary gear set, a first gear shift element, a second gear shift element and a third gear shift element, the stepped planetary gear set having a first sun gear, a second sun gear, a first ring gear, a second Ring gear and a plurality of stepped planetary gears rotatably mounted on a first planet carrier, the first ring gear being connected in a rotationally fixed manner to a housing, the second ring gear being connected in a rotationally fixed manner with an output shaft of the transmission, wherein the first gear shift element is designed to rotate the first sun gear with a rotor of an electric machine in a closed state, wherein the second gear shift element is configured to rotate the second sun gear to the rotor of the electric machine in a closed state, wherein the third gearshift element is designed to rotate the first planet carrier with the rotor of the electric machine in a closed state, and one of the three gearshift elements is in the closed state for rotationally driving the output shaft. By means of such a transmission, a 3-speed drive of the vehicle is possible in a simple manner, with the transmission advantageously enabling a comparatively high conversion of greater than 1 and at the same time a comparatively high spread of greater than 3. Another advantage of such a design of the transmission is the high degree of efficiency that can be achieved.
Unter dem Begriff „Spreizung“, auch Übersetzungsspreizung genannt, ist der Verstellbereich als Verhältnis der maximalen zur minimalen Übersetzung zu verstehen. Die Spreizung des Getriebes gibt das Verhältnis zwischen größter und kleinster Übersetzung an. Unter dem Begriff „hohe Wandlung“ ist ein erhöhtes Übersetzungsniveau des gesamten System zu verstehen. Anders gesagt weist der Antrieb in allen Gängen bzw. Gangstufen ein vergleichsweise hohes Übersetzungsverhältnis auf. The term “spread”, also known as the ratio spread, is understood to mean the adjustment range as the ratio of the maximum to the minimum ratio. The transmission spread indicates the ratio between the largest and smallest gear ratio. The term “high conversion” means an increased translation level of the entire system. In other words, the drive has a comparatively high gear ratio in all gears or gear stages.
Als „Wirkverbindung“ oder „antriebswirksame Verbindung“ wird eine Verbindung zwischen zwei Drehmoment führenden Teilen verstanden, die es erlaubt, zwischen diesen Teilen ein Drehmoment bzw. eine Leistung zu übertragen. Insbesondere sind beide Teile entsprechend drehbar gelagert. Als antriebswirksame Verbindungen sind sowohl solche zu verstehen, die keine Übersetzung oder Zwischenbauteile aufweisen, als auch solche, die eine Übersetzung oder Zwischenbauteile aufweisen. Beispielsweise können zwischen zwei Wellen oder zwei Zahnrädern weitere Wellen und/oder Zahnräder antriebswirksam angeordnet sein. Eine solche Verbindung kann auch eine drehfeste Verbindung sein. An “active connection” or “drive-effective connection” is understood to be a connection between two torque-carrying parts that allows torque or power to be transmitted between these parts. In particular, both parts are mounted so that they can rotate accordingly. Connections that have a driving effect include those that do not have a gear ratio or intermediate components, as well as those that have a gear ratio or intermediate components. For example, further shafts and/or gears can be arranged to have a driving effect between two shafts or two gears. Such a connection can also be a rotation-proof connection.
Zur Ausbildung einer der drei Gangstufen wird entweder das erste Sonnenrad oder das zweite Sonnenrad oder der erste Planetenträger über das jeweilige Gangschaltelement mit einer elektrischen Maschine, insbesondere mit dem Rotor beziehungsweise einer Rotorwelle der elektrischen Maschine, verbunden. Die elektrische Maschine ist Teil eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges, auf den unten eingegangen wird. Die Rotorwelle der elektrischen Maschine dient in einem Rotorbetrieb der elektrischen Maschine als Ausgangswelle der elektrischen Maschine. Das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad bzw. der erste Planetenträger sind im Rotorbetrieb der elektrischen Maschine Eingangswellen des Stufenplanetenradsatzes oder mit jeweiligen Eingangswellen drehfest verbunden. Im Rotorbetrieb der elektrischen Maschine wird beispielsweise von einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie oder dergleichen, elektrische Energie in die elektrische Maschine gespeist, die resultierend eine Rotation des Rotors relativ zu einem Stator der elektrischen Maschine zur Erzeugung einer Antriebsleistung bewirkt, wobei die Antriebsleistung je nach Schaltstellung des jeweiligen Gangschaltelements zum Drehantrieb des ersten bzw. zweiten Sonnenrades bzw. des ersten Planetenträgers vorgesehen ist. In einem Generatorbetrieb wird mit der elektrischen Maschine demgegenüber elektrische Energie erzeugt. Die Ausgangswelle des Getriebes fungiert im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine als Eingangswelle, wohingegen das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad oder der erste Planetenträger über das jeweilige aktivierte bzw. gekoppelte Gangschaltelement dementsprechend als Ausgangswellen des Getriebes zu verstehen sind, wobei eine Antriebsleistung des Fahrzeugs über das Getriebe und das jeweilige Gangschaltelement in die elektrische Maschine geleitet wird, sodass mit der elektrischen Maschine elektrische Energie erzeugt wird, die in den Energiespeicher zur Speicherung eingespeist werden kann. Im Generatorbetrieb wird die Leistung beispielsweise aus einem oder mehreren sich drehenden Rädern des Fahrzeugs über das Getriebe und das jeweilige Gangschaltelement in die elektrische Maschine eingeleitet. To form one of the three gears, either the first sun gear or the second sun gear or the first planet carrier is placed over the respective one Gear shifting element connected to an electrical machine, in particular to the rotor or a rotor shaft of the electrical machine. The electric machine is part of a drive train according to the invention, which will be discussed below. The rotor shaft of the electrical machine serves as the output shaft of the electrical machine when the electrical machine is in rotor operation. The first sun gear, the second sun gear or the first planet carrier are connected in a rotationally fixed manner to input shafts of the stepped planetary gear set or to respective input shafts during rotor operation of the electric machine. During rotor operation of the electric machine, for example, electrical energy is fed into the electric machine from an energy storage device, in particular a battery or the like, which results in a rotation of the rotor relative to a stator of the electric machine to generate drive power, the drive power depending on the switching position of the respective gear shifting element is provided for the rotational drive of the first or second sun gear or the first planet carrier. In generator operation, however, electrical energy is generated with the electrical machine. The output shaft of the transmission functions as an input shaft in generator operation of the electric machine, whereas the first sun gear, the second sun gear or the first planet carrier via the respective activated or coupled gearshift element are to be understood as output shafts of the transmission, with a drive power of the vehicle via the transmission and the respective gear shifting element is guided into the electrical machine, so that electrical energy is generated with the electrical machine, which can be fed into the energy storage for storage. In generator operation, the power is introduced into the electric machine, for example from one or more rotating wheels of the vehicle via the transmission and the respective gearshift element.
Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen Wellen oder Zahnrädern noch weitere Bauteile angeordnet sein, die mit der Welle bzw. dem Zahnrad wirkverbunden sind. Unter einer „Welle“, sei es eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, eine Abtriebswelle, eine Zwischenwelle oder dergleichen, ist ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehtest miteinander verbunden sind. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. Unter einer Welle ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehtest miteinander verbinden. The term “at least indirectly” means that two components are connected to one another via at least one further component that is arranged between the two components or are directly and therefore directly connected to one another. Therefore, further components can be arranged between shafts or gears, which are operatively connected to the shaft or gear. A “shaft”, be it an input shaft, an output shaft, an output shaft, an intermediate shaft or the like, is to be understood as a rotatable component of the transmission, via which the associated components of the transmission are rotatably connected to one another. The respective shaft can connect the components to one another axially or radially or both axially and radially. A shaft does not only mean, for example, a cylindrical, rotatably mounted machine element for transmitting torque, but rather it also includes general connecting elements that connect individual components or elements to one another, in particular connecting elements that rotate several elements together.
Das erste Sonnenrad steht in Zahneingriff mit einem ersten Zahnrad des jeweiligen Stufenplanetenrades des Stufenplanetenradsatzes. Das jeweilige Stufenplanetenrad weist ein koaxial sowie drehtest zum ersten Zahnrad angeordnetes zweites Zahnrad auf, welches mit dem zweiten Sonnenrad in Zahneingriff steht. Die beiden Zahnräder des jeweiligen Stufenplanetenrades weisen unterschiedliche Durchmesser und Zähnezahlen auf. Insbesondere weist das erste Zahnrad einen größeren Durchmesser als das zweite Zahnrad auf. Zahnräder, die miteinander in Eingriff stehen oder miteinander kämmen, übertragen über ihre ineinandergreifenden Verzahnungen eine Drehzahl und ein Drehmoment. Das Vorsehen eines Stufenplanetenradsatzes hat den Vorteil, dass es für den ersten Planetenträger keiner Anbindung an weitere Bauteile des Getriebes benötigt, wodurch ein kostenoptimiertes Getriebe bereitgestellt wird. Zudem weist der Stufenplanetenradsatz unabhängig davon, ob das erste, zweite oder dritte Gangschaltelement geschlossen ist und gleichzeitig die jeweils anderen Gangschaltelemente geöffnet sind, bei einer hohen Wandlung vergleichsweise gute mechanische Kenngrößen, also Drehzahlen und Drehmoment, bei gleichzeitig hohen Wirkungsgraden auf. The first sun gear is in mesh with a first gear of the respective stepped planetary gear of the stepped planetary gear set. The respective stepped planetary gear has a second gear arranged coaxially and rotated relative to the first gear, which meshes with the second sun gear. The two gears of the respective stepped planetary gear have different diameters and numbers of teeth. In particular, the first gear has a larger diameter than the second gear. Gears that mesh with one another or mesh with one another transmit speed and torque via their interlocking teeth. Providing a stepped planetary gear set has the advantage that the first planet carrier does not need to be connected to other components of the transmission, thereby providing a cost-optimized transmission. In addition, regardless of whether the first, second or third gear shifting element is closed and the other gear shifting elements are open at the same time, the stepped planetary gear set has comparatively good mechanical parameters, i.e. speeds and torque, with a high conversion rate, while at the same time being highly efficient.
Das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad und der erste Planetenträger sind beispielsweise koaxial sowie relativ drehbar zueinander angeordnet, wobei vorzugsweise eines der Sonnenräder wenigstens teilweise durch das andere Sonnenrad axial hindurchgeführt ist, und wobei die beiden Sonnenräder durch den ersten Planetenträger axial hindurchgeführt sind. Alternativ kann der erste Planetenträger radial innerhalb der beiden Sonnräder geführt sein. Mithin ist zumindest eines der Sonnenräder, je nach Ausbildung des Antriebsstrangs vorzugsweise beide Sonnenräder, mit einer jeweiligen Hohlwelle verbunden. Der erste Planetenträger kann mit einer Hohlwelle oder einer Vollwelle verbunden sein. Das jeweilige Sonnenrad kann eine dazugehörige als Hohlwelle ausgebildete Eingangswelle aufweisen, welche mit dem ersten bzw. zweiten Gangschaltelement wirkverbunden ist. Der erste Planetenträger kann ebenfalls eine dazugehörige Eingangswelle aufweisen, die mit dem dritten Gangschaltelement wirkverbunden ist. The first sun gear, the second sun gear and the first planet carrier are arranged, for example, coaxially and relatively rotatable to one another, with preferably one of the sun gears being passed axially at least partially through the other sun gear, and with the two sun gears being passed axially through the first planet carrier. Alternatively, the first planet carrier can be radial be guided within the two sun wheels. Therefore, at least one of the sun gears, preferably both sun gears depending on the design of the drive train, is connected to a respective hollow shaft. The first planet carrier can be connected to a hollow shaft or a solid shaft. The respective sun gear can have an associated input shaft designed as a hollow shaft, which is operatively connected to the first or second gear shifting element. The first planet carrier can also have an associated input shaft, which is operatively connected to the third gear shifting element.
Während das erste Hohlrad das Antriebsmoment am Gehäuse abstützt, überträgt das zweite Hohlrad je nach Schaltstellung bzw. Zustand der Gangschaltelemente eine Antriebsleistung mit einer jeweiligen Übersetzung zumindest mittelbar auf die Ausgangswelle, die wiederum mit zumindest einer Abtriebswelle, vorzugsweise zwei Abtriebswellen, des Antriebsstranges des Fahrzeugs. Die Abtriebswelle bzw. die Abtriebswellen ist bzw. sind koaxial zu einer Abtriebsachse angeordnet. Somit wird wenigstens ein Rad des Fahrzeugs durch die mit der elektrischen Maschine erzeugte und zumindest mit dem Getriebe gewandelte Antriebsleistung über die Ausgangswelle und die Abtriebswelle bzw. die Abtriebswellen zumindest mittelbar drehangetrieben. Das jeweilige Rad ist mit der jeweiligen Abtriebswelle wirkverbunden. While the first ring gear supports the drive torque on the housing, the second ring gear, depending on the switching position or state of the gear shifting elements, transmits a drive power with a respective gear ratio at least indirectly to the output shaft, which in turn is connected to at least one output shaft, preferably two output shafts, of the drive train of the vehicle. The output shaft or the output shafts is or are arranged coaxially to an output axis. Thus, at least one wheel of the vehicle is at least indirectly driven in rotation by the drive power generated by the electric machine and at least converted by the transmission via the output shaft and the output shaft or the output shafts. The respective wheel is operatively connected to the respective output shaft.
Unter einem Gangschaltelement ist ein Verbindungsteil zu verstehen, mittels dessen wenigstens ein Drehmoment übertragendes Teil mit einem weiteren Drehmoment übertragenden Teil oder mit einem orts- oder gehäusefesten Teil antriebswirksam verbindbar ist. Das jeweilige Gangschaltelement ist zwischen zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand schaltbar, wobei das Gangschaltelement im geöffneten Zustand weder ein Drehmoment noch eine Drehzahl zwischen zwei mit dem Gangschaltelement zusammenwirkenden Teilen übertragen kann, und wobei das Gangschaltelement im geschlossenen Zustand ein Drehmoment und eine Drehzahl zwischen den zwei mit dem Gangschaltelement zusammenwirkenden Teilen übertragen kann. Sofern eine antriebswirksame Verbindung zwischen zwei Getriebeelementen besteht, werden Drehmomente und Kräfte, und je nach Ausbildung der Getriebeelemente gegebenenfalls eine Drehzahl, von einem Getriebeelement auf das andere Getriebeelement übertragen. Wenn das erste Gangschaltelement im geschlossenen Zustand vorliegt oder in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und das zweite und dritte Gangschaltelement geöffnet sind, wird eine Antriebsleistung vom Getriebeeingang zum Getriebeausgang, oder umgekehrt, in einem ersten Gang bzw. einer ersten Gangstufe übertragen, und zwar mit einer ersten Übersetzung bzw. einem ersten Übersetzungsverhältnis. Das erste Sonnenrad bzw. die drehfest mit dem ersten Sonnenrad verbundene Eingangswelle ist dadurch drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden, wodurch die Antriebsleistung über das erste Sonnenrad in das Getriebe eingeleitet wird. Im geschlossenen Zustand des ersten Gangschaltelements liegen das zweite und dritte Gangschaltelement im geöffneten Zustand vor, um die Antriebsleistung mit dem ersten Übersetzungsverhältnis über das zweite Hohlrad des Getriebes auf die Ausgangswelle zu übertragen. Beispielsweise ist eine im ersten Gang realisierte erste Übersetzung größer als 1 , wobei die erste Übersetzung von der nachfolgend beschriebenen zweiten und dritten Übersetzung verschieden ist, um einen 3- Gang-Antrieb zu realisieren. A gearshift element is to be understood as meaning a connecting part, by means of which at least one torque-transmitting part can be connected in a drive-effective manner to another torque-transmitting part or to a stationary or housing-fixed part. The respective gearshift element can be switched between at least one open and a closed state, wherein the gearshift element in the open state cannot transmit a torque or a speed between two parts interacting with the gearshift element, and wherein the gearshift element in the closed state transmits a torque and a speed between the can be transmitted to two parts interacting with the gearshift element. If there is a driving connection between two gear elements, torques and forces, and depending on the design of the gear elements possibly a speed, are transmitted from one gear element to the other gear element. When the first gear shift element is in the closed state or is switched to the closed state and the second and third gear shift elements are open, drive power is transmitted from the transmission input to the transmission output, or vice versa, in a first gear or a first gear stage, with a first gear ratio or a first gear ratio. The first sun gear or the input shaft, which is non-rotatably connected to the first sun gear, is thereby non-rotatably connected to the rotor of the electric machine, whereby the drive power is introduced into the transmission via the first sun gear. In the closed state of the first gear shift element, the second and third gear shift elements are in the open state in order to transmit the drive power with the first gear ratio to the output shaft via the second ring gear of the transmission. For example, a first gear ratio realized in first gear is greater than 1, with the first gear ratio being different from the second and third gear ratios described below in order to realize a 3-speed drive.
Wenn das zweite Gangschaltelement im geschlossenen Zustand vorliegt oder in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und das erste und dritte Gangschaltelement geöffnet sind, wird eine Antriebsleistung vom Getriebeeingang zum Getriebeausgang, oder umgekehrt, in einem zweiten Gang bzw. einer zweiten Gangstufe übertragen, und zwar mit einer zweiten Übersetzung bzw. einem zweiten Übersetzungsverhältnis. Das zweite Sonnenrad bzw. die drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbundene Eingangswelle ist dadurch drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden, wodurch die Antriebsleistung über das zweite Sonnenrad in das Getriebe eingeleitet wird. Im geschlossenen Zustand des zweiten Gangschaltelements liegen das erste und dritte Gangschaltelement im geöffneten Zustand vor, um die Antriebsleistung mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis über das zweite Hohlrad des Getriebes auf die Ausgangswelle zu übertragen. Beispielsweise ist eine im zweiten Gang realisierte zweite Übersetzung ebenfalls größer als 1 , wobei die zweite Übersetzung von der ersten und der nachfolgend beschriebenen dritten Übersetzung verschieden ist, um den 3-Gang-Antrieb zu realisieren. Wenn das dritte Gangschaltelement im geschlossenen Zustand vorliegt oder in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und das erste und zweite Gangschaltelement geöffnet sind, wird eine Antriebsleistung vom Getriebeeingang zum Getriebeausgang, oder umgekehrt, in einem dritten Gang bzw. einer dritten Gangstufe übertragen, und zwar mit einer dritten Übersetzung bzw. einem dritten Übersetzungsverhältnis. Der erste Planetenträger bzw. die drehfest mit dem ersten Planetenträger verbundene Eingangswelle ist dadurch drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden, wodurch die Antriebsleistung über den ersten Planetenträger in das Getriebe eingeleitet wird. Im geschlossenen Zustand des dritten Gangschaltelements liegen das erste und zweite Gangschaltelement im geöffneten Zustand vor, um die Antriebsleistung mit dem dritten Übersetzungsverhältnis über das zweite Hohlrad des Getriebes auf die Ausgangswelle zu übertragen. Beispielsweise ist eine im dritten Gang realisierte dritte Übersetzung ebenfalls größer als 1 , wobei die dritte Übersetzung von der ersten und der zweiten Übersetzung verschieden ist, um den 3- Gang-Antrieb zu realisieren. Mithin ist zum wirksamen Antrieb des Fahrzeugs entweder das erste Gangschaltelement, das zweite Gangschaltelement oder das dritte Gangschaltelement geschlossen. When the second gearshift element is in the closed state or is switched to the closed state and the first and third gearshift elements are open, drive power is transmitted from the transmission input to the transmission output, or vice versa, in a second gear or a second gear stage, with a second gear ratio or a second gear ratio. The second sun gear or the input shaft, which is non-rotatably connected to the second sun gear, is thereby non-rotatably connected to the rotor of the electric machine, whereby the drive power is introduced into the transmission via the second sun gear. In the closed state of the second gear shift element, the first and third gear shift elements are in the open state in order to transmit the drive power with the second gear ratio to the output shaft via the second ring gear of the transmission. For example, a second gear ratio realized in second gear is also greater than 1, with the second gear ratio being different from the first and the third gear ratio described below in order to realize the 3-speed drive. When the third gearshift element is in the closed state or is switched to the closed state and the first and second gearshift elements are open, drive power is transmitted from the transmission input to the transmission output, or vice versa, in a third gear or a third gear stage, with a third gear ratio or a third gear ratio. The first planet carrier or the input shaft connected in a rotationally fixed manner to the first planet carrier is thereby connected in a rotationally fixed manner to the rotor of the electric machine, whereby the drive power is introduced into the transmission via the first planet carrier. In the closed state of the third gear shift element, the first and second gear shift elements are in the open state in order to transmit the drive power with the third gear ratio to the output shaft via the second ring gear of the transmission. For example, a third gear ratio realized in third gear is also greater than 1, with the third gear ratio being different from the first and second gear ratios in order to realize the 3-speed drive. Therefore, to effectively drive the vehicle, either the first gear shift element, the second gear shift element or the third gear shift element is closed.
Sind alle drei Gangschaltelemente geöffnet, wird keine Antriebsleistung in das Getriebe eingeleitet und somit auch keine Antriebsleistung auf die Ausgangswelle des Getriebes übertragen. Das Getriebe befindet sich somit im Leerlauf. Sind demgegenüber wenigstens zwei oder alle drei Gangschaltelemente geschlossen, wird eine Rotation der Ausgangswelle blockiert. Insofern können zur Realisierung einer Parksperrenfunktion wenigstens zwei der Gangschaltelemente gleichzeitig in einem geschlossenen Zustand vorliegen. If all three gear shifting elements are open, no drive power is introduced into the transmission and therefore no drive power is transmitted to the output shaft of the transmission. The transmission is therefore in neutral. In contrast, if at least two or all three gear shifting elements are closed, rotation of the output shaft is blocked. In this respect, in order to implement a parking lock function, at least two of the gearshift elements can be in a closed state at the same time.
Das erste Gangschaltelement und/oder das zweite Gangschaltelement und/oder das dritte Gangschaltelement ist vorzugsweise als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Insbesondere kann das kraftschlüssige Schaltelement als Reibschaltelement, insbesondere als Lamellenschaltkupplung oder Konuskupplung, ausgebildet sein, um je nach Schaltstellung der Gangschaltelemente eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad bzw. dem zweiten Sonnenrad bzw. dem ersten Planetenträger zu erzeugen. Ein kraftschlüssiges Schaltelement ist ein solches, das eine Normalkraft auf zwei miteinander zu verbindende Teile oder Flächen von Getriebeelementen einleitet, wobei eine gegenseitige Verschiebung der Teile oder Flächen verhindert wird, solange eine im Wesentlichen durch Haftreibung bewirkte Gegenkraft nicht überschritten wird. Dadurch wird ein Reibschluss zum Übertragen eines Drehmoments zwischen den zu verbindenden Getriebeelementen gebildet. The first gear shift element and/or the second gear shift element and/or the third gear shift element is preferably designed as a non-positive shift element. In particular, the non-positive switching element can be designed as a friction switching element, in particular as a multi-disc clutch or cone clutch, in order to produce a non-positive connection between the rotor of the electric machine and the first sun gear or the second sun gear or the first planet carrier, depending on the switching position of the gear shifting elements. A A non-positive switching element is one that introduces a normal force onto two parts or surfaces of transmission elements that are to be connected to one another, with mutual displacement of the parts or surfaces being prevented as long as a counterforce essentially caused by static friction is not exceeded. This creates a frictional connection for transmitting torque between the transmission elements to be connected.
Vorteilhaft ist mit dem erfindungsgemäßen Getriebe gemäß dem ersten Erfindungsaspekt eine Lastschaltung zwischen den Gängen möglich, also ein Schalten zwischen einem ersten, zweiten und dritten Gang, ohne dass die Antriebsleistung am Abtrieb bzw. an der Ausgangswelle, insbesondere während eines Schaltvorgangs, unterbrochen wird. Dazu müssen vorteilhaft keine separaten Lastschaltelemente vorgesehen werden, sondern das Getriebe kann mit baulich einfacheren kraftschlüssigen Gangschaltelementen ausgestattet sein. Für eine Zuglastschaltung oder eine Schublastschaltung ist es erforderlich, dass wenigstens eines der Gangschaltelemente als kraftschlüssiges Gangschaltelement bzw. als Reibschaltelement ausgeführt ist. Für eine Zug- und Schublastschaltung mittels der Gangschaltelemente ist es demgegenüber erforderlich, dass alle Gangschaltelemente jeweils als kraftschlüssiges Gangschaltelement ausgeführt sind. Wenigstens eines der anderen Gangschaltelemente kann demgegenüber nicht als kraftschlüssiges Schaltelement, sondern jeweils als formschlüssiges Gangschaltelement bzw. Klauenschaltelement, ausgebildet sein. Somit kann ein Gangschaltelement, vorzugsweise zwei Gangschaltelemente, ferner bevorzugt alle Gangschaltelemente jeweils als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein und eine Lastschaltung ausführen. Ein Gangschaltelement, welches eine Lastschaltung realisiert, ist ein Schaltelement, das es erlaubt, zwei Getriebeelemente miteinander zu verbinden, während an dem einen Getriebeelement eine Antriebsleistung, insbesondere ein Drehmoment, anliegt, sodass nach dem Schließen die Antriebsleistung auf das andere Getriebeelement übertragen wird. Eine Synchronisation der Drehzahlen der beteiligten Getriebeelementen vor dem Schließen eines Lastschaltelements ist nicht notwendig. Advantageously, with the transmission according to the invention according to the first aspect of the invention, a power shift between the gears is possible, i.e. switching between a first, second and third gear, without the drive power on the output or on the output shaft being interrupted, in particular during a switching process. For this purpose, it is advantageous not necessary to provide separate power-shifting elements, but rather the transmission can be equipped with structurally simpler non-positive gear-shifting elements. For a traction load shift or a thrust load shift, it is necessary that at least one of the gear shift elements is designed as a non-positive gear shift element or as a friction shift element. In contrast, for a traction and thrust load shift using the gear shift elements, it is necessary that all gear shift elements are each designed as a non-positive gear shift element. In contrast, at least one of the other gear shifting elements can not be designed as a non-positive shifting element, but rather as a positive gear shifting element or claw shifting element. Thus, one gear shift element, preferably two gear shift elements, and preferably all gear shift elements can each be designed as a frictional shift element and carry out a power shift. A gear shift element that implements a power shift is a shift element that allows two gear elements to be connected to one another while a drive power, in particular a torque, is applied to one gear element, so that after closing the drive power is transmitted to the other gear element. It is not necessary to synchronize the speeds of the transmission elements involved before closing a powershift element.
Alternativ bzw. ergänzend ist das erste Gangschaltelement und/oder das zweite Gangschaltelement und/oder das dritte Gangschaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Ein formschlüssiges Schaltelement kann beispielsweise als Klauenschaltelement ausgebildet sein, um je nach Schaltstellung der Gangschaltelemente eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad bzw. dem zweiten Sonnenrad zu erzeugen. Ein formschlüssiges Schaltelement ist ein solches, bei dem zwei Teile des Getriebes ineinandergreifen und einen Formschluss zum Übertragen eines Drehmoments zwischen zwei Getriebeelementen bilden. Ein formschlüssiges Schaltelement ist im Vergleich zum kraftschlüssigen Schaltelement kostengünstiger und vor allem wirkungsgradoptimiert. In diesem Sinn ist das jeweilige Gangschaltelement also entweder ein formschlüssiges Schaltelement oder ein kraftschlüssiges Schaltelement. Alternatively or additionally, the first gear shift element and/or the second gear shift element and/or the third gear shift element is a form-fitting one Switching element formed. A positive switching element can be designed, for example, as a claw switching element in order to produce a positive connection between the rotor of the electric machine and the first sun gear or the second sun gear, depending on the switching position of the gear shifting elements. A positive switching element is one in which two parts of the transmission interlock and form a positive connection for transmitting torque between two transmission elements. A positive switching element is more cost-effective and, above all, optimized in terms of efficiency compared to a non-positive switching element. In this sense, the respective gear shifting element is either a positive shifting element or a non-positive shifting element.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei der drei Gangschaltelemente zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Das bedeutet, dass je nach Ausführungsform das erste und zweite Gangschaltelement, das zweite und dritte Gangschaltelement oder das erste und dritte Gangschaltelement axial direkt nebeneinanderliegend angeordnet sind, wobei die jeweiligen beiden Gangschaltelemente zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn beide Schaltelemente der zusammengefassten Schaltelemente als Klauenschaltelemente zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad bzw. dem zweiten Sonnenrad bzw. dem ersten Planetenträger ausgeführt sind. In diesem Fall ist zwar keine Lastschaltung zwischen den Gängen möglich, jedoch kann mit einer derartigen Anordnung und Ausbildung der Gangschaltelemente axialer Bauraum des Getriebes eingespart werden. Die Ausführung der Gangschaltelemente als Klauenschaltelemente vereinfacht zudem die Realisierung der Parksperrenfunktion, also wenn die beiden zum Doppelschaltelement zusammengefassten Gangschaltelemente in den geschlossenen Zustand überführt werden bzw. vorliegen. According to one embodiment of the invention, two of the three gear shifting elements are combined to form a double shifting element. This means that, depending on the embodiment, the first and second gearshift elements, the second and third gearshift elements or the first and third gearshift elements are arranged axially directly next to one another, with the respective two gearshift elements being combined to form a structural unit. This is particularly advantageous if both switching elements of the combined switching elements are designed as claw switching elements to realize a positive connection between the rotor of the electric machine and the first sun gear or the second sun gear or the first planet carrier. In this case, power shifting between the gears is not possible, but with such an arrangement and design of the gear shifting elements, axial installation space of the transmission can be saved. The design of the gear shift elements as claw shift elements also simplifies the implementation of the parking lock function, i.e. when the two gear shift elements combined to form a double shift element are transferred or are in the closed state.
Unter einem Doppelschaltelement ist generell eine Anordnung aus zwei Schaltelementen zu verstehen, die mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung alternativ betätigbar sind. Ferner kann ein Doppelschaltelement eine Neutralstellung aufweisen, bei der keine der zwei Schaltelemente des Doppelschaltelements geschlossen ist. Das Doppelschaltelement weist folglich eine erste Stellung auf, in der ein erstes Schaltelement geschlossen ist, eine zweite Stellung, in der ein zweites Schaltelement geschlossen ist, und eine dritte Stellung, in der weder das erste Schaltelement noch das zweite Schaltelement geschlossen ist, also eine Neutralstellung. Das Doppelschaltelement weist insbesondere eine einzige Schaltgabel und einen einzigen Aktor zum Schalten der beiden Schaltelemente auf. Dadurch werden Bauraum, Gewicht und Getriebebauteile eingespart. A double switching element is generally understood to mean an arrangement of two switching elements that can be actuated alternatively by means of a single actuating device. Furthermore, a double switching element can have a neutral position in which none of the two switching elements of the double switching element is closed. The double switching element consequently has a first position in which a first switching element is closed, a second position in which a second switching element is closed, and a third position in which neither the first switching element nor the second switching element is closed, i.e. a neutral position. The double switching element has in particular a single switching fork and a single actuator for switching the two switching elements. This saves installation space, weight and transmission components.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind alle Gangschaltelemente zu einem Dreifachschaltelement zusammengefasst. Das bedeutet, dass alle Gangschaltelemente axial direkt nebeneinanderliegend angeordnet und zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn alle Schaltelemente der zusammengefassten Schaltelemente als Klauenschaltelemente zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und dem ersten Sonnenrad bzw. dem zweiten Sonnenrad bzw. dem ersten Planetenträger ausgeführt sind. In diesem Fall ist zwar keine Lastschaltung zwischen den Gängen möglich, jedoch kann mit einer derartigen Anordnung und Ausbildung der Gangschaltelemente axialer Bauraum des Getriebes eingespart werden. Die Ausführung der Gangschaltelemente als Klauenschaltelemente vereinfacht zudem die Realisierung der Parksperrenfunktion, also wenn die Gangschaltelemente in den geschlossenen Zustand überführt werden bzw. vorliegen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass alle Schaltelemente durch einen gemeinsamen Aktuator angesteuert werden können. Außerdem ist eine derartige Ausbildung von Vorteil, wenn ein sequenzielles Schalten zwischen den einzelnen Gangstufen erforderlich ist, also wenn ein Schalten von der ersten in die dritte Gangstufe, oder umgekehrt, nicht erforderlich ist. According to a further embodiment, all gear shift elements are combined to form a triple shift element. This means that all gear shifting elements are arranged axially directly next to one another and combined to form a structural unit. This is particularly advantageous if all switching elements of the combined switching elements are designed as claw switching elements to realize a positive connection between the rotor of the electric machine and the first sun gear or the second sun gear or the first planet carrier. In this case, power shifting between the gears is not possible, but with such an arrangement and design of the gear shifting elements, axial installation space of the transmission can be saved. The design of the gear shift elements as claw shift elements also simplifies the implementation of the parking lock function, i.e. when the gear shift elements are or are in the closed state. Another advantage is that all switching elements can be controlled by a common actuator. In addition, such a design is advantageous when sequential switching between the individual gear stages is required, i.e. when switching from the first to the third gear stage, or vice versa, is not necessary.
Unter einem Dreifachschaltelement ist also eine Anordnung aus drei Schaltelementen zu verstehen, die mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung alternativ oder sequenziell betätigbar sind. Ferner kann das Dreifachschaltelement eine Neutralstellung aufweisen, bei der keine der drei Schaltelemente geschlossen ist. Das Doppelschaltelement weist folglich eine erste Stellung auf, in der ein erstes Schaltelement geschlossen ist, eine zweite Stellung, in der ein zweites Schaltelement geschlossen ist, eine dritte Stellung, in der ein drittes Schaltelement geschlossen ist, und eine vierte Stellung, in der weder das erste Schaltelement noch das zweite Schaltelement noch das dritte Schaltelement geschlossen ist, also eine Neutralstellung. A triple switching element is therefore to be understood as an arrangement of three switching elements that can be actuated alternatively or sequentially by means of a single actuating device. Furthermore, the triple switching element can have a neutral position in which none of the three switching elements is closed. The double switching element consequently has a first position in which a first switching element is closed, a second position in which a second switching element is closed, a third position in which a third switching element is closed, and a fourth Position in which neither the first switching element nor the second switching element nor the third switching element is closed, i.e. a neutral position.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Antriebsstrang für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug ein Getriebe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, sowie eine elektrische Maschine, deren Rotor mit einer Eingangswelle des Getriebes drehfest verbunden ist. Die Eingangswelle ist mit den drei Gangschaltelementen wirkverbunden und je nach Schaltstellung der Gangschaltelemente mit dem ersten Sonnenrad, dem zweiten Sonnenrad und/oder dem ersten Planetenträger drehfest verbunden. Ein solcher Antriebsstrang ist mit dem erfindungsgemäßen Getriebe kompakt ausgebildet und realisiert eine vergleichsweise hohe Wandlung von größer als 1 und gleichzeitig eine vergleichsweise hohe Spreizung von größer als 3. According to a second aspect of the invention, a drive train for an at least partially electrically driven vehicle comprises a transmission according to the first aspect of the invention, as well as an electric machine, the rotor of which is connected in a rotationally fixed manner to an input shaft of the transmission. The input shaft is operatively connected to the three gearshift elements and, depending on the switching position of the gearshift elements, is connected in a rotationally fixed manner to the first sun gear, the second sun gear and/or the first planet carrier. Such a drive train is designed to be compact with the transmission according to the invention and achieves a comparatively high conversion of greater than 1 and at the same time a comparatively high spread of greater than 3.
Die Ausgangswelle des Getriebes bildet vorzugsweise den Eingang eines dem Stufenplanetenradsatz nachgelagerten Übersetzungsgetriebes. Das Übersetzungsgetriebes erhöht die Übersetzung des Antriebs. Aufgrund der nachgelagerten Anordnung des Übersetzungsgetriebes können die Bauteile des Stufenplanetenradsatzes vergleichsweise klein und kompakt ausgebildet werden. The output shaft of the transmission preferably forms the input of a transmission gear downstream of the stepped planetary gear set. The transmission gear increases the transmission ratio of the drive. Due to the downstream arrangement of the transmission gear, the components of the stepped planetary gear set can be made comparatively small and compact.
Das Übersetzungsgetriebe kann prinzipiell beliebig ausgebildet sein. Nach einem Ausführungsbeispiel ist das Übersetzungsgetriebe als Stirnradstufe ausgebildet. Die Stirnradstufe kann ein-, zwei- oder mehrstufig ausgebildet sein. Bei einer zwei- oder mehrstufigen Variante kann eine oder mehrere Zwischenwellen vorgesehen sein, auf denen ebenfalls Stirnräder bzw. Stufenräder angeordnet sind. Mittels einer Stirnradstufe kann neben einer Übersetzungsänderung ferner eine Achsparallelität der Antriebsachse zur einer Abtriebsachse realisiert werden, wodurch der Antriebsstrang an die vorhandenen Gegebenheiten des Fahrzeugs flexibel angepasst werden kann. The transmission gear can in principle be of any design. According to one exemplary embodiment, the transmission gear is designed as a spur gear stage. The spur gear stage can be designed in one, two or more stages. In a two-stage or multi-stage variant, one or more intermediate shafts can be provided, on which spur gears or stepped gears are also arranged. By means of a spur gear stage, in addition to a gear ratio change, an axis parallelism of the drive axle to an output axle can also be achieved, whereby the drive train can be flexibly adapted to the existing conditions of the vehicle.
Alternativ ist das Übersetzungsgetriebe als Planetengetriebe mit wenigstens einem ersten Planetenradsatz ausgebildet. Unter einem „Planetenradsatz“ ist eine Einheit mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und mit mehreren von einem Planetenträger auf einer Kreisbahn um das Sonnenrad geführten Planetenrädern zu verstehen, wobei die Planetenräder mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad in Zahneingriff stehen. Alternatively, the transmission gear is designed as a planetary gear with at least one first planetary gear set. A “planetary gear set” is a unit with a sun gear, a ring gear and several of a planet carrier planet gears guided on a circular path around the sun gear, whereby the planet gears mesh with the ring gear and the sun gear.
Der erste Planetenradsatz ist vorteilhafterweise als Minus-Planetenradsatz ausgebildet, wobei mittels des jeweiligen Planetenradsatzes des Planetengetriebes eine Gesamtübersetzung in Abhängigkeit des jeweiligen gewählten Ganges am Getriebe erhöht wird. Mittels des im Leistungsfluss nach dem Getriebe angeordneten Planetengetriebes ist bevorzugt eine Gesamtübersetzung zwischen 6 und 13,5 realisierbar.The first planetary gear set is advantageously designed as a minus planetary gear set, with an overall gear ratio being increased by means of the respective planetary gear set of the planetary gear depending on the respective selected gear on the transmission. By means of the planetary gear arranged in the power flow after the gear, a total gear ratio between 6 and 13.5 can preferably be achieved.
Ein Minus-Planetenradsatz setzt sich aus den Elementen Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad zusammen, wobei der Planetenträger mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die jeweils sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem umliegenden Hohlrad kämmen bzw. in Zahneingriff stehen. Denkbar ist auch, dass das Planetengetriebe als Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist. A negative planetary gear set is made up of the elements sun gear, planet carrier and ring gear, with the planet carrier having at least one, but preferably several, planet gears rotatably mounted, each of which meshes or meshes with both the sun gear and the surrounding ring gear. It is also conceivable that the planetary gear is designed as a plus planetary gear set.
Ein Plus-Planetensatz unterscheidet sich von dem Minus-Planetensatz dahingehend, dass der Plus-Planetensatz erste und zweite bzw. innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Planetenträger gelagert sind. Die Verzahnung der ersten bzw. inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der zweiten bzw. äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrads. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Planetenträger das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Richtung rotieren. A plus planetary set differs from the minus planetary set in that the plus planetary set has first and second or inner and outer planet gears, which are rotatably mounted on the planet carrier. The toothing of the first or inner planet gears meshes with the toothing of the sun gear on the one hand and with the toothing of the second or outer planet gears on the other hand. The teeth of the outer planet gears also mesh with the teeth of the ring gear. This means that when the planet carrier is stationary, the ring gear and the sun gear rotate in the same direction.
Bei der Ausbildung eines oder mehrerer der P I an etenrad Sätze als Plus-Planetenrad- satz ist die Anbindung von Planetenträger und Hohlrad getauscht und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht. Sinngemäß ist dies auch umgekehrt möglich, wenn an Stelle eines Plus-Planetenradsatzes ein Minus-Planetenradsatz vorgesehen werden soll. When one or more of the P I an etenrad sets are designed as a plus planetary gear set, the connection of the planet carrier and ring gear is swapped and the amount of the stationary gear ratio is increased by 1. This is also possible in reverse if a minus planetary gear set is to be provided instead of a plus planetary gear set.
Das Planetengetriebe ist mit der Ausgangswelle des Getriebes antriebswirksam verbunden, wobei entsprechend eines der Radsatzelemente des ersten Planetenradsatzes den Eingang des Planetengetriebes bildet. Ein zweites Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes bildet den Ausgang des Planetengetriebes und ein dritter Radsatzelemente des ersten Planetenradsatzes ist gehäusefest abgestützt. Die Anbindung der Radsatzelemente kann dabei jedoch beliebig erfolgen. Nach einem Ausführungsbeispiel weist der erste Plane ten radsatz des Planetengetriebes ein mit der Ausgangswelle des Getriebes drehfest verbundenes drittes Sonnenrad, ein gehäusefestes drittes Hohlrad sowie mehrere an einem dritten Planetenträger drehbar gelagerte Planentenräder auf. Mithin ist das dritte Sonnenrad des Übersetzungsgetriebes mit dem zweiten Hohlrad des Getriebes drehfest verbunden. In diesem Fall ist das Übersetzungsgetriebe bevorzugt koaxial zum Stufenplanetenradsatz des Getriebes angeordnet. The planetary gear is connected to the output shaft of the gear in a driving manner, with one of the gear set elements of the first planetary gear set correspondingly forming the input of the planetary gear. A second gear set element of the first planetary gear set forms the output of the planetary gear and a third Gear set elements of the first planetary gear set are supported fixed to the housing. However, the wheelset elements can be connected in any way. According to one exemplary embodiment, the first planetary gear set of the planetary gear has a third sun gear which is non-rotatably connected to the output shaft of the gear, a third ring gear fixed to the housing and a plurality of planetary gears which are rotatably mounted on a third planet carrier. The third sun gear of the transmission gear is therefore connected in a rotationally fixed manner to the second ring gear of the gear. In this case, the transmission gear is preferably arranged coaxially with the stepped planetary gear set of the transmission.
Vorzugsweise umfasst der Antriebsstrang ferner ein Differential, welches die Ausgangswelle des Getriebes antriebswirksam mit zwei koaxial zu einer Abtriebsachse angeordneten Abtriebswellen verbindet. Das Differential kann koaxial oder achsparallel zur elektrischen Maschine angeordnet sein. Das Differential ist nach einer Ausführungsform direkt, also ohne zwischengeschaltete Übersetzungsstufen oder dergleichen, mit der Ausgangswelle des Getriebes wirkverbunden. In einer alternativen Ausführung ist das genannte Übersetzungsgetriebe im Leistungsfluss zwischen der Ausgangswelle des Getriebes bzw. dem Stufenplanetenradsatz und dem Differential angeordnet. In diesem Sinn ist ein Übersetzungsgetriebe antriebstechnisch zwischen der Ausgangswelle des Getriebes und dem Differential angeordnet. Preferably, the drive train further comprises a differential, which effectively connects the output shaft of the transmission to two output shafts arranged coaxially to an output axle. The differential can be arranged coaxially or parallel to the electric machine. According to one embodiment, the differential is directly, i.e. without intermediate gear ratios or the like, operatively connected to the output shaft of the transmission. In an alternative embodiment, said transmission gear is arranged in the power flow between the output shaft of the transmission or the stepped planetary gear set and the differential. In this sense, a transmission gear is arranged between the output shaft of the transmission and the differential.
Nach einer Ausführungsform ist das Differential als Kegelraddifferential ausgebildet. Denkbar sind auch andere alternative Ausbildungsformen des Differentials, beispielsweise als Stirnraddifferential bzw. Planetendifferential. Die mit einer ersten, zweiten oder dritten Übersetzung aus dem Getriebe kommende Antriebsleistung wird von der Ausgangswelle des Getriebes zumindest mittelbar über das Differential auf die beiden Abtriebswellen übertragen, wobei das Differential die Antriebsleistung, das heißt eine Drehzahl und ein Drehmoment auf die Abtriebswellen verteilt. Damit die Abtriebswellen koaxial auf der Abtriebsachse liegen, ist auch das Differential auf der Abtriebsachse und somit koaxial zum Stufenplanetenradsatz angeordnet. Ein als Kegelraddifferential ausgebildetes Differential weist zwei radseitige Abtriebselemente auf, insbesondere ein erstes Abtriebsrad und zweites Abtriebsrad. Die beiden Abtriebsräder kämmen jeweils mit einem Ausgleichselement. Die Ausgleichselemente sind in einem Differentialkorb um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Das jeweilige Abtriebsrad ist mit der jeweiligen Abtriebswelle drehfest verbunden. Der Antrieb des Differentials erfolgt über den Differentialkorb. According to one embodiment, the differential is designed as a bevel gear differential. Other alternative designs of the differential are also conceivable, for example as a spur gear differential or planetary differential. The drive power coming from the transmission with a first, second or third gear ratio is transmitted from the output shaft of the transmission at least indirectly via the differential to the two output shafts, the differential distributing the drive power, i.e. a speed and a torque, to the output shafts. So that the output shafts are coaxial on the output axle, the differential is also arranged on the output axle and therefore coaxial to the stepped planetary gear set. A differential designed as a bevel gear differential has two wheel-side output elements, in particular a first output gear and a second output gear. The two driven wheels each mesh with a compensating element. The compensation elements are in mounted in a differential carrier so that it can rotate around its own axis. The respective output gear is connected to the respective output shaft in a rotationally fixed manner. The differential is driven via the differential carrier.
Vorzugsweise ist ein Differentialkorb des Differentials drehfest mit dem dritten Planetenträger des ersten Planetenradsatzes des Übersetzungsgetriebes verbunden. Zudem ist denkbar, dass die Ausgangswelle des Getriebes hohl zur axialen Durchführung einer der beiden Abtriebswellen des Differentials ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann die jeweilige Abtriebswelle radial innerhalb des ersten und/oder zweiten Sonnenrades des Getriebes angeordnet sein, wobei eine der beiden Abtriebswellen des Differentials radial innerhalb der Ausgangswelle des Getriebes angeordnet sein kann. Preferably, a differential carrier of the differential is connected in a rotationally fixed manner to the third planet carrier of the first planetary gear set of the transmission gear. It is also conceivable that the output shaft of the transmission is designed to be hollow for the axial passage of one of the two output shafts of the differential. In other words, the respective output shaft can be arranged radially within the first and/or second sun gear of the transmission, wherein one of the two output shafts of the differential can be arranged radially within the output shaft of the transmission.
Alternativ ist das Differential als integrales Differential ausgebildet, aufweisend einen zweiten Planetenradsatz und einen damit wirkverbundenen dritten Planetenradsatz, wobei jeder Planetenradsatz mit einer jeweiligen Abtriebswelle antriebswirksam verbunden ist, wobei mittels des zweiten Planetenradsatzes zumindest mittelbar ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Abtriebswelle übertragbar ist, und wobei ein Abstützmoment des zweiten Planetenradsatzes in dem dritten Planetenradsatz derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Abtriebswelle übertragbar ist. Alternatively, the differential is designed as an integral differential, having a second planetary gear set and a third planetary gear set operatively connected thereto, each planetary gear set being connected in a driving manner to a respective output shaft, with a first output torque being at least indirectly transferable to the first output shaft by means of the second planetary gear set, and wherein a support torque of the second planetary gear set in the third planetary gear set is convertible in such a way that a second output torque corresponding to the first output torque can be transferred to the second output shaft.
Unter einem integralen Differential ist ein Differential mit zwei Planetenradsätzen zu verstehen, wobei der zweite Planetenradsatz mit der Ausgangswelle des Getriebes bzw. dem Stufenplanetenradsatz antriebswirksam verbunden ist. Mithin bildet die Ausgangswelle des Getriebes die Eingangswelle des Differentials oder ist drehfest damit verbunden. Der zweite Planeten radsatz ist mit der ersten Abtriebswelle antriebswirksam verbunden. Der dritte Planetenradsatz ist mit der zweiten Abtriebswelle antriebswirksam verbunden. Ferner ist der dritte Planetenradsatz zumindest mittelbar an einem ortsfesten Gehäuse des Getriebes oder am Fahrwerk des Kraftfahrzeugs abgestützt, also drehfest damit verbunden. Mittels des integralen Differentials ist das Eingangsmoment der Eingangswelle des Differentials wandelbar und in einem definierten Verhältnis auf die beiden Abtriebswellen aufteilbar bzw. übertragbar. Vorzugsweise wird das Eingangsmoment zu je 50%, das heißt hälftig auf die Abtriebswellen übertragen. Somit weist das Differential kein Bauteil auf, an dem die Summe der beiden Abtriebsmomente anliegt. Darüber hinaus weist das Differential bei identischen Abtriebsdrehzahlen der Abtriebswellen keine im Block umlaufenden bzw. ohne Wälzbewegung um laufenden Verzahnungen auf. Anders gesagt erfolgt unabhängig der Abtriebsdrehzahlen der Abtriebswellen stets eine Relativbewegung der miteinander in Zahneingriff stehenden Bauteile des jeweiligen Planetenradsatzes. Mittels des Differentials wird zugleich die Funktion der Erzeugung der Gesamtübersetzung sowie die Differentialfunktion dargestellt. Anders gesagt realisiert das integrale Differential eine Drehmomenterhöhung sowie eine Aufteilung einer Antriebsleistung realisiert. Des Weiteren erfolgt eine Gewichtseinsparung. An integral differential is to be understood as meaning a differential with two planetary gear sets, with the second planetary gear set being connected in a driving manner to the output shaft of the transmission or the stepped planetary gear set. The output shaft of the transmission therefore forms the input shaft of the differential or is connected to it in a rotationally fixed manner. The second planetary gear set is connected to the first output shaft for driving purposes. The third planetary gear set is connected to the second output shaft in a driving manner. Furthermore, the third planetary gear set is at least indirectly supported on a stationary housing of the transmission or on the chassis of the motor vehicle, i.e. connected to it in a rotationally fixed manner. By means of the integral differential, the input torque of the input shaft of the differential can be changed and can be divided or transferred to the two output shafts in a defined ratio. Preferably, 50% of the input torque, i.e. half, is transferred to the output shafts. The differential therefore has no component to which the sum of the two output torques is applied. In addition, with identical output speeds of the output shafts, the differential has no teeth rotating in the block or without any rolling movement. In other words, regardless of the output speeds of the output shafts, there is always a relative movement of the components of the respective planetary gear set that mesh with one another. Using the differential, the function of generating the overall translation as well as the differential function are represented. In other words, the integral differential realizes an increase in torque and a division of drive power. Furthermore, there is a weight saving.
Vorzugsweise sind das integrale Differential und die Abtriebswellen dazu eingerichtet, koaxial zur Antriebsachse des Fahrzeugs angeordnet zu sein. Damit verläuft die Abtriebsachse, auf der das integrale Differential und die Abtriebswellen liegen, koaxial zur Antriebsachse, und zwar insbesondere koaxial zur Rotationsachse des Rotors der elektrischen Maschine, koaxial zur Eingangswelle des Getriebes und/oder koaxial zur Ausgangswelle des Getriebes. Preferably, the integral differential and the output shafts are arranged to be arranged coaxially with the drive axle of the vehicle. The output axle, on which the integral differential and the output shafts lie, thus runs coaxially to the drive axle, in particular coaxially to the axis of rotation of the rotor of the electric machine, coaxially to the input shaft of the transmission and/or coaxially to the output shaft of the transmission.
Ein erstes Radsatzelement des zweiten Planeten radsatzes ist drehfest mit der Ausgangswelle des Getriebes verbunden, wobei ein zweites Radsatzelement des zweiten Planeten radsatzes drehfest mit der ersten Abtriebswelle verbunden ist, und wobei ein drittes Radsatzelement des zweiten Planeten radsatzes zumindest mittelbar drehfest mit einem ersten Radsatzelement des dritten Planeten radsatzes verbunden ist. Ein zweites Radsatzelement des dritten Planetenradsatzes ist drehfest mit einem ortsfesten Bauelement, insbesondere dem ortsfesten Gehäuse des Getriebes oder dem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs, verbunden, wobei ein drittes Radsatzelement des dritten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbunden ist. Vorzugsweise ist das jeweilige erste Radsatzelement des zweiten bzw. dritten Planetenradsatzes als Sonnenrad zu verstehen, wobei das jeweilige zweite Radsatzelement des zweiten bzw. dritten Planetenradsatzes als Planetenträger zu verstehen ist, und wobei das jeweilige dritte Radsatzelement des zweiten bzw. dritten Planetenradsatzes als Hohlrad zu verstehen ist. A first gear set element of the second planetary gear set is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft of the transmission, a second gear set element of the second planetary gear set being connected in a rotationally fixed manner with the first output shaft, and a third gear set element of the second planetary gear set being at least indirectly connected in a rotationally fixed manner to a first gear set element of the third Planetary gear set is connected. A second gear set element of the third planetary gear set is connected in a rotationally fixed manner to a stationary component, in particular the stationary housing of the transmission or the chassis of the motor vehicle, with a third gear set element of the third planetary gear set being connected in a rotationally fixed manner to the second output shaft. Preferably, the respective first gear set element of the second or third planetary gear set is to be understood as a sun gear, wherein the respective second gear set element of the second or third planetary gear set is to be understood as a planet carrier, and wherein the respective third gear set element of the second or third planetary gear set is to be understood as a ring gear is.
Bevorzugt ist zumindest das Getriebe und/oder das Differential zumindest teilweise oder vollständig räumlich innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet. Durch Anordnung des Getriebes und/oder des Differentials radial innerhalb des Rotors kann axialer Bauraum des Antriebsstranges eingespart werden. Mithin ist der Antriebsstrang dadurch axial kurzbauend ausgebildet. Beispielsweise ist das Getriebe vollständig räumlich innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet. Beispielsweise ist das Differential vollständig räumlich innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet. Beispielsweise ist wenigstens eines der Gangschaltelemente, vorzugsweise mehrere Gangschaltelemente, innerhalb des Rotors angeordnet. Preferably, at least the transmission and/or the differential is at least partially or completely arranged spatially within the rotor of the electric machine. By arranging the gearbox and/or the differential radially within the rotor, axial installation space of the drive train can be saved. The drive train is therefore designed to be axially short. For example, the transmission is arranged completely spatially within the rotor of the electric machine. For example, the differential is arranged completely spatially within the rotor of the electrical machine. For example, at least one of the gearshift elements, preferably a plurality of gearshift elements, is arranged within the rotor.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang sowie das erfindungsgemäße Getriebe sind in rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen sowie gleichermaßen in hybridisch angetriebenen Fahrzeugen einsetzbar, die teilweise elektrisch und gegebenenfalls teilweise mittels eines separaten Verbrennungsmotors antreibbar sind. Das Fahrzeug kann je nach Ausbildung und Anzahl der angetriebenen Achsen auch zwei oder mehrere derartige Antriebsstränge bzw. Getriebe umfassen, wobei eine Achse, mehrere Achsen oder alle Achsen des Fahrzeugs mit dem jeweiligen erfindungsgemäßen Antriebsstrang ausgestattet und dadurch antreibbar ausgeführt sein können. Unter einem solchen Fahrzeug sind somit Kraftfahrzeuge zu verstehen, insbesondere PKW, NKW oder LKW. The drive train according to the invention and the transmission according to the invention can be used in purely electrically driven vehicles as well as in hybrid-driven vehicles, which can be driven partly electrically and, if necessary, partly by means of a separate internal combustion engine. Depending on the design and number of driven axles, the vehicle can also include two or more such drive trains or transmissions, whereby one axle, several axles or all axles of the vehicle can be equipped with the respective drive train according to the invention and can therefore be designed to be drivable. Such a vehicle therefore means motor vehicles, in particular cars, commercial vehicles or trucks.
Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen ggf. auch kombiniert werden können, um die vorliegend genannten Vorteile und Effekte kumuliert umsetzen zu können. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Einzelnen zeigt: It is understood that features of the solutions described above or in the claims and/or figures can also be combined if necessary in order to be able to implement the advantages and effects mentioned here cumulatively. The invention is described below with reference to figures which show various embodiments of the invention, with the same or similar elements being provided with the same reference numerals. In detail shows:
Fig. 1 ein Fahrzeug, umfassend einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer ersten Ausführungsform; 1 shows a vehicle comprising a drive train according to the invention with a transmission according to the invention according to a first embodiment;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach Fig. 1 ; Fig. 2 is a schematic representation of the transmission according to the invention according to Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Schaltmatrix betreffend Schaltzuständen zum Antrieb mit einem erfindungsgemäßen Getriebe gemäß Fig. 2; 3 shows a schematic representation of a switching matrix relating to switching states for driving with a transmission according to the invention according to FIG. 2;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer zweiten Ausführungsform; 4 shows a schematic representation of the transmission according to the invention according to a second embodiment;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer dritten Ausführungsform; 5 shows a schematic representation of the transmission according to the invention according to a third embodiment;
Fig. 6 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer vierten Ausführungsform; 6 shows a schematic representation of the transmission according to the invention according to a fourth embodiment;
Fig. 7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes nach einer fünften Ausführungsform; 7 shows a schematic representation of the transmission according to the invention according to a fifth embodiment;
Fig. 8 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit dem erfindungsgemäßen Getriebe nach Fig. 1 und Fig. 2; 8 shows a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to FIGS. 1 and 2;
Fig. 9 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit dem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer sechsten Ausführungsform; Fig. 10 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit dem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer siebten Ausführungsform; 9 shows a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to a sixth embodiment; 10 shows a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to a seventh embodiment;
Fig. 11 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit dem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer achten Ausführungsform; 11 shows a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to an eighth embodiment;
Fig. 12 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit dem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer neunten Ausführungsform; und 12 shows a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to a ninth embodiment; and
Fig. 13 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit dem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer zehnten Ausführungsform. Fig. 13 is a schematic representation of the drive train according to the invention with the transmission according to the invention according to a tenth embodiment.
Fig. 1 zeigt ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 1 mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang 2 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Antriebsstrang 2 umfasst eine elektrische Maschine 11 , die eine Antriebsleistung erzeugt und diese in ein Getriebe 3 einleitet. Das Getriebe 3 ist in Fig. 2 und Fig. 8 dargestellt, wobei eine dazugehörige Schaltmatrix in Fig. 3 dargestellt ist. Das Getriebe 3 überträgt die Antriebsleistung vorliegend auf ein koaxial dazu angeordnetes Differential 16, das die Antriebsleistung wiederum auf eine erste Abtriebswelle 18a und eine zweite Abtriebswelle 18b aufteilt, die je mit einem Rad 28 des Fahrzeugs 1 antriebswirksam verbunden sind. Das Differential 16 und die Abtriebswellen 18a, 18b liegen auf einer Abtriebsachse 17, wobei die Abtriebsachse 17 hier wiederum koaxial zur Antriebsachse 33 angeordnet ist, auf der das Getriebe 3 und die elektrische Maschine 11 angeordnet sind. 1 shows an electrically driven vehicle 1 with a drive train 2 according to the invention according to a first embodiment. The drive train 2 includes an electric machine 11 that generates drive power and introduces it into a transmission 3. The transmission 3 is shown in FIGS. 2 and 8, with an associated switching matrix being shown in FIG. 3. In this case, the transmission 3 transmits the drive power to a coaxially arranged differential 16, which in turn distributes the drive power to a first output shaft 18a and a second output shaft 18b, each of which is connected to a wheel 28 of the vehicle 1 for driving purposes. The differential 16 and the output shafts 18a, 18b lie on an output axle 17, with the output axle 17 here again being arranged coaxially with the drive axle 33, on which the transmission 3 and the electric machine 11 are arranged.
Das Fahrzeug 1 kann weiterhin einen - hier nicht gezeigten - Energiespeicher umfassen, der die elektrische Maschine 11 mit elektrischer Energie speist und der von der elektrischen Maschine 11 bei umgekehrtem Leistungsfluss, also in einem Generatorbetrieb, mit elektrischer Energie gespeist wird. Der Energiespeicher kann beispielsweise eine Batterie oder dergleichen sein. Zudem ist die elektrische Maschine 11 mit einer - hier ebenfalls nicht gezeigten - Leistungselektronik verbunden. The vehicle 1 can further comprise an energy storage device - not shown here - which supplies the electrical machine 11 with electrical energy and which is supplied with electrical energy by the electrical machine 11 with reverse power flow, i.e. in a generator mode. The energy storage can for example, a battery or the like. In addition, the electrical machine 11 is connected to power electronics - also not shown here.
In Fig. 2, der Basisvariante der Erfindung, ist das Getriebe 3 aus Fig. 1 stark schematisch dargestellt. Das Getriebe 3 gemäß Fig. 2 ist im Antriebsstrang 2 gemäß Fig. 8 über ein erstes Gangschaltelement A oder über ein zweites Gangschaltelement B o- der über ein drittes Gangschaltelement C mit einem relativ zu einem Stator 30 drehbar gelagerten Rotor 19 der elektrischen Maschine 11 drehtest verbindbar. Mittels der elektrischen Maschine 11 wird über eines der Gangschaltelemente A, B, C eine Antriebsleistung in das Getriebe 3 eingeleitet. In Fig. 2 ist exemplarisch eine Ausgangswelle 41 der elektrischen Maschine 11 gezeigt, die drehtest mit dem Rotor 19 verbunden und mit den Gangschaltelementen A, B, C wirkverbunden ist. Die Anbindung des Rotors 19 an das Getriebe 3 ist durch den senkrechten Pfeil an der Ausgangswelle 41 symbolisiert. In Fig. 2, the basic variant of the invention, the transmission 3 from Fig. 1 is shown very schematically. The transmission 3 according to FIG. 2 is rotated in the drive train 2 according to FIG connectable. By means of the electric machine 11, drive power is introduced into the transmission 3 via one of the gearshift elements A, B, C. 2 shows an example of an output shaft 41 of the electric machine 11, which is rotatably connected to the rotor 19 and is operatively connected to the gearshift elements A, B, C. The connection of the rotor 19 to the transmission 3 is symbolized by the vertical arrow on the output shaft 41.
Das Getriebe 3 umfasst einen Stufenplanetenradsatz 4 mit einem gehäusefesten ersten Hohlrad 8a, einem zweiten Hohlrad 8b, einem drehfest mit einer ersten Eingangswelle 29a verbundenen ersten Sonnenrad 7a, einem koaxial und axial benachbart dazu angeordneten und drehfest mit einer zweiten Eingangswelle 29b verbundenen zweiten Sonnenrad 7b, das durch das erste Sonnenrad 7a axial hindurchgeführt ist. Ein erster Planetenträger 9 ist zudem drehfest mit einer dritten Eingangswelle 29c verbunden. Am ersten Planetenträger 9 sind mehrere drehbar gelagerte Stufenplanentenräder 10 angeordnet. Das erste Gangschaltelement A ist dazu eingerichtet, in einem geschlossenen Zustand das erste Sonnenrad 7a bzw. die erste Eingangswelle 29a mit dem Rotor 19 der elektrischen Maschine 11 drehfest zu verbinden, wobei das zweite Gangschaltelement B dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das zweite Sonnenrad 7b bzw. die zweite Eingangswelle 29b mit dem Rotor 19 der elektrischen Maschine 11 drehfest zu verbinden, und wobei das dritte Gangschaltelement C dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand den ersten Planetenträger 9 bzw. die dritte Eingangswelle 29c mit dem Rotor 19 der elektrischen Maschine 11 drehfest zu verbinden. Zum Drehantrieb der Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 liegt eines der Gangschaltelemente A, B, C im geschlossenen Zustand vor, während die jeweils anderen beiden Gangschaltelemente A, B, C geöffnet sind. Mithin erfolgt der Antrieb über eines der beiden Sonnenräder 7a, 7b oder über den ersten Planetenträger 9. Das erste Sonnenrad 7a steht mit einem ersten Zahnrad 31a des jeweiligen Stufenplanetenrades 10 in Zahneingriff und das zweite Sonnenrad 7b steht mit einem zweiten Zahnrad 31 b des jeweiligen Stufenplanetenrades 10 in Zahneingriff. Die beiden Zahnräder 31 a, 31 b des jeweiligen Stufenplanetenrades 10 sind drehfest miteinander verbunden. Der Abtrieb erfolgt über das zweite Hohlrad 8b, das mit dem zweiten Zahnrad 31 b des jeweiligen Stufenplanetenrades 10 in Zahneingriff steht. Das erste Zahnrad 31a steht zudem mit dem an einem Gehäuse 13 festgesetzten ersten Hohlrad 8a in Zahneingriff. Die beiden Zahnräder 31a, 31 b weisen unterschiedliche Durchmesser und Zähnezahlen auf, sodass, je nachdem über welches Zahnrad 31a, 31 b die Antriebsleistung übertragen wird bzw. welches Gangschaltelement A, B, C geschlossen bzw. offen ist, drei unterschiedliche Übersetzungen auf den Ausgangs des Getriebes 3 übertragbar sind. Vorliegend weist das erste Zahnrad 31a des jeweiligen Stufenplanetenrades 10 einen kleineren Durchmesser auf als das zweite Zahnrad 31 b des jeweiligen Stufenplanetenrades 10. The transmission 3 comprises a stepped planetary gear set 4 with a first ring gear 8a fixed to the housing, a second ring gear 8b, a first sun gear 7a which is connected in a rotationally fixed manner to a first input shaft 29a, a second sun gear 7b which is arranged coaxially and axially adjacent thereto and is connected in a rotationally fixed manner to a second input shaft 29b, which is passed axially through the first sun gear 7a. A first planet carrier 9 is also connected in a rotationally fixed manner to a third input shaft 29c. A plurality of rotatably mounted stepped planetary gears 10 are arranged on the first planet carrier 9. The first gearshift element A is designed to connect the first sun gear 7a or the first input shaft 29a to the rotor 19 of the electric machine 11 in a rotationally fixed manner in a closed state, the second gearshift element B being configured to connect the second sun gear in a closed state 7b or the second input shaft 29b to be connected in a rotationally fixed manner to the rotor 19 of the electric machine 11, and the third gear shifting element C is designed to connect the first planet carrier 9 or the third input shaft 29c to the rotor 19 of the electric machine in a closed state 11 to be connected in a rotationally fixed manner. To drive the output shaft 12 of the transmission 3 in rotation, one of the gearshift elements A, B, C is in the closed state, while the other two gearshift elements A, B, C are open. The drive therefore takes place via one of the two sun gears 7a, 7b or via the first planet carrier 9. The first sun gear 7a is in mesh with a first gear 31a of the respective stepped planetary gear 10 and the second sun gear 7b is in mesh with a second gear 31b of the respective stepped planetary gear 10 in mesh. The two gears 31a, 31b of the respective stepped planetary gear 10 are connected to one another in a rotationally fixed manner. The output takes place via the second ring gear 8b, which meshes with the second gear 31b of the respective stepped planetary gear 10. The first gear 31a also meshes with the first ring gear 8a fixed to a housing 13. The two gears 31a, 31b have different diameters and numbers of teeth, so that, depending on which gear 31a, 31b the drive power is transmitted or which gearshift element A, B, C is closed or open, three different translations are applied to the output of the transmission 3 are transferable. In the present case, the first gear 31a of the respective stepped planetary gear 10 has a smaller diameter than the second gear 31b of the respective stepped planetary gear 10.
Wenn das erste Gangschaltelement A in einem geschlossenen Zustand vorliegt oder in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und das zweite und dritte Gangschaltelement B, C in einem geöffneten Zustand vorliegen, ist das erste Sonnenrad 7a bzw. die erste Eingangswelle 29a mit dem Rotor 19 bzw. mit der Ausgangswelle 41 der elektrischen Maschine 11 drehfest verbunden, sodass eine Antriebsleistung über das erste Sonnenrad 7a auf die Stufenplanetenräder 10 und von dort über das zweite Hohlrad 8b auf die Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 geleitet wird. Wenn das zweite Gangschaltelement B in einem geschlossenen Zustand vorliegt oder in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und das erste und dritte Gangschaltelement A, C in einem geöffneten Zustand vorliegen, ist das zweite Sonnenrad 7b bzw. die zweite Eingangswelle 29b mit dem Rotor 19 bzw. mit der Ausgangswelle 41 der elektrischen Maschine 11 drehfest verbunden, sodass eine Antriebsleistung über das zweite Sonnenrad 7b auf die Stufenplanetenräder 10 und von dort über das zweite Hohlrad 8b auf die Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 geleitet wird. Wenn das dritte Gangschaltelement C in einem geschlossenen Zustand vorliegt oder in den geschlossenen Zustand geschaltet wird und das erste und zweite Gangschaltelement A, B in einem geöffneten Zustand vorliegen, ist der erste Planetenträger 9 bzw. die dritte Eingangswelle 29c mit dem Rotor 19 bzw. mit der Ausgangswelle 41 der elektrischen Maschine 11 drehfest verbunden, sodass eine Antriebsleistung über den ersten Planetenträger 9 auf die Stufenplanetenräder 10 und von dort über das zweite Hohlrad 8b auf die Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 geleitet wird. In einem geöffneten Zustand des jeweiligen Gangschaltelements A, B, C wird kein Drehmoment über das jeweilige Gangschaltelement A, B, C übertragen, wohingegen in einem geschlossenen Zustand des jeweiligen Gangschaltelements A, B, C ein Drehmoment über das jeweilige Gangschaltelement A, B, C übertragen wird. Wenn mindestens zwei der Gangschaltelement A, B, C geschlossen sind, ist eine Parksperrenfunktion realisierbar. When the first gearshift element A is in a closed state or is switched to the closed state and the second and third gearshift elements B, C are in an open state, the first sun gear 7a and the first input shaft 29a are connected to the rotor 19 or respectively the output shaft 41 of the electric machine 11 is connected in a rotationally fixed manner, so that drive power is directed via the first sun gear 7a to the stepped planetary gears 10 and from there via the second ring gear 8b to the output shaft 12 of the transmission 3. When the second gearshift element B is in a closed state or is switched to the closed state and the first and third gearshift elements A, C are in an open state, the second sun gear 7b and the second input shaft 29b are connected to the rotor 19 and respectively the output shaft 41 of the electric machine 11 is connected in a rotationally fixed manner, so that drive power is conducted via the second sun gear 7b to the stepped planetary gears 10 and from there via the second ring gear 8b to the output shaft 12 of the transmission 3. When the third gear shift element C is in a closed state or is switched to the closed state and the first and second If the gear shifting element A, B is in an open state, the first planet carrier 9 or the third input shaft 29c is connected in a rotationally fixed manner to the rotor 19 or to the output shaft 41 of the electric machine 11, so that drive power is transmitted via the first planet carrier 9 to the stepped planetary gears 10 and from there is directed via the second ring gear 8b to the output shaft 12 of the transmission 3. In an open state of the respective gear shift element A, B, C, no torque is transmitted via the respective gear shift element A, B, C, whereas in a closed state of the respective gear shift element A, B, C, a torque is transmitted via the respective gear shift element A, B, C is transmitted. If at least two of the gearshift elements A, B, C are closed, a parking lock function can be implemented.
In Fig. 3 ist eine Schaltmatrix für eine erste Gangstufe E1 , eine zweite Gangstufe E2 und eine dritte Gangstufe E3 des Getriebes 3 gezeigt. Das jeweilige Gangschaltelement A, B, C ist bei eingetragenem „x“ geschlossen und bei keiner Eintragung geöffnet. Über die jeweilige Gangstufe E1 , E2, E3 wird eine elektrische Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs 1 mit drei unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen realisiert. Bei geschlossenem ersten Gangschaltelement A und geöffnetem zweiten und dritten Gangschaltelement B, C ist die erste Gangstufe E1 eingelegt, und somit eine erste Übersetzung realisiert. Bei geschlossenem zweiten Gangschaltelement B und geöffnetem ersten und dritten Gangschaltelement A, C ist die zweite Gangstufe E2 eingelegt, und somit eine zweite Übersetzung realisiert. Bei geschlossenem dritten Gangschaltelement C und geöffnetem ersten und zweiten Gangschaltelement A, B ist die dritte Gangstufe E3 eingelegt, und somit eine dritte Übersetzung realisiert. Diese Schaltmatrix gilt für alle dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung. 3 shows a switching matrix for a first gear stage E1, a second gear stage E2 and a third gear stage E3 of the transmission 3. The respective gearshift element A, B, C is closed if “x” is entered and is open if there is no entry. Electric forward travel of the vehicle 1 with three different gear ratios is achieved via the respective gear levels E1, E2, E3. When the first gear shift element A is closed and the second and third gear shift elements B, C are open, the first gear stage E1 is engaged, and thus a first gear ratio is achieved. When the second gear shift element B is closed and the first and third gear shift elements A, C are open, the second gear stage E2 is engaged, and thus a second gear ratio is achieved. When the third gear shift element C is closed and the first and second gear shift elements A, B are open, the third gear stage E3 is engaged, and thus a third gear ratio is achieved. This switching matrix applies to all illustrated embodiments of the invention.
Je nach Ausbildung der Gangschaltelemente A, B, C kann eine Zug- und/oder Schub-Lastschaltung realisiert werden. In einem solchen Fall ist das jeweilige Gangschaltelement A, B, C als Lastschaltelement, vorliegend als reibschlüssig wirkendes Schaltelement ausgebildet. Depending on the design of the gearshift elements A, B, C, a pull and/or push power shift can be implemented. In such a case, the respective gear shifting element A, B, C is designed as a power shifting element, in the present case as a frictionally acting shifting element.
Nach Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 8 sowie in Fig. 6 sind alle Gangschaltelemente A, B, C jeweils als formschlüssige Schaltelemente, hier als Klauenschaltelemente, ausgebildet und verbinden im geschlossenen Zustand die Ausgangswelle 41 über die jeweilige Eingangswelle 29a, 29b, 29c mit dem ersten Sonnenrad 7a, dem zweiten Sonnenrad 7b bzw. dem ersten Planetenträger 9. Die miteinander zu verbindenden Teile werden vor Eingehen der formschlüssigen Verbindung idealerweise synchronisiert. Die Gangschaltelemente A und C sind vorliegend zu einem Doppelschaltelement 42 zusammengefasst. Mithin ist die Ausgangswelle 41 der elektrischen Maschine 11 axial zwischen dem zweiten Gangschaltelement B und dem Doppelschaltelement 42 angeordnet. Denkbar ist auch das erste und zweite Gangschaltelement A, B oder das zweite und dritte Gangschaltelement B, C zu einem Doppelschaltelement 42 zusammenzufassen. Das Schalten der Gangschaltelemente A, B, C kann beliebig erfolgen. Beispielsweise können zwei getrennte - hier nicht gezeigte - Aktuatoren vorgesehen sein, wobei ein erster Aktuator das hier separate Gangschaltelement B und ein zweiter Aktuator das Doppelschaltelement 42 betätigt. Alternativ können die Gangschaltelemente A, B, C durch eine Schaltwalze mit zwei, oder alternativ drei, Schaltgabeln betätigt werden. Die Schaltung kann sequenziell o- der individuell erfolgen, sodass auch eine Schaltung von der ersten in die dritte Gangstufe E1 , E3, oder umgekehrt, erfolgen kann. According to Fig. 2 in conjunction with Fig. 8 and in Fig. 6, all gear shifting elements A, B, C are each as positive shifting elements, here as claw shifting elements. formed and, in the closed state, connect the output shaft 41 via the respective input shaft 29a, 29b, 29c with the first sun gear 7a, the second sun gear 7b or the first planet carrier 9. The parts to be connected to one another are ideally synchronized before the positive connection is made. The gear shifting elements A and C are here combined to form a double shifting element 42. The output shaft 41 of the electric machine 11 is therefore arranged axially between the second gear shift element B and the double shift element 42. It is also conceivable to combine the first and second gear shift elements A, B or the second and third gear shift elements B, C to form a double shift element 42. The gear shifting elements A, B, C can be shifted arbitrarily. For example, two separate actuators - not shown here - can be provided, with a first actuator actuating the gear shift element B, which is separate here, and a second actuator actuating the double shift element 42. Alternatively, the gear shift elements A, B, C can be actuated by a shift drum with two, or alternatively three, shift forks. The shift can be done sequentially or individually, so that a shift from the first to the third gear E1, E3, or vice versa, can also take place.
In einer zweiten Ausgestaltungsvariante des Getriebes 3 nach Fig. 4 sind die Gangschaltelemente A und B zu einem Doppelschaltelement 42 zusammengefasst, während das dritte Gangschaltelement C ein separates Gangschaltelement ist. Mithin ist die Ausgangswelle 41 der elektrischen Maschine 11 axial zwischen dem dritten Gangschaltelement C und dem Doppelschaltelement 42 angeordnet. Im Übrigen sei auf die vorherigen Ausführungen verwiesen. In a second embodiment variant of the transmission 3 according to FIG. 4, the gearshift elements A and B are combined to form a double gearshift element 42, while the third gearshift element C is a separate gearshift element. The output shaft 41 of the electric machine 11 is therefore arranged axially between the third gear shift element C and the double shift element 42. For the rest, please refer to the previous statements.
In einer dritten Ausgestaltungsvariante des Getriebes 3 nach Fig. 5 sind alle drei Gangschaltelemente A, B, C zu einem Dreifachschaltelement 43 zusammengefasst, wobei die Gangschaltelemente A, B, C hier ausgehend von der Ausgangswelle 41 der elektrischen Maschine 11 in der axialen Reihenfolge: zweites Gangschaltelement B, erstes Gangschaltelement A und drittes Gangschaltelement C angeordnet sind. Die Gangschaltelemente A, B, C sind axial zwischen der Ausgangswelle 41 und dem Stufenplanetenradsatz 4 angeordnet. Die Gangschaltelemente A, B, C werden sequenziell geschaltet und können mit einem gemeinsamen Aktuator angesteuert werden. In a third embodiment variant of the transmission 3 according to FIG. 5, all three gear shift elements A, B, C are combined to form a triple shift element 43, the gear shift elements A, B, C here starting from the output shaft 41 of the electric machine 11 in the axial order: second Gear shift element B, first gear shift element A and third gear shift element C are arranged. The gear shifting elements A, B, C are arranged axially between the output shaft 41 and the stepped planetary gear set 4. The gearshift elements A, B, C are switched sequentially and can be controlled with a common actuator.
In einer vierten Ausgestaltungsvariante des Getriebes 3 nach Fig. 6 sind die drei Gangschaltelemente A, B, C ebenfalls zu einem Dreifachschaltelement 43 zusammengefasst, wobei der Unterschied zur vorherigen Ausführungsform darin besteht, dass die axiale Reihenfolge ausgehend von der Ausgangswelle 41 der elektrischen Maschine 11 hier drittes Gangschaltelement C, zweites Gangschaltelement B und erstes Gangschaltelement A ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die mit dem ersten Planetenträger 9 drehfest verbundene dritte Eingangswelle 29c hier als Zentralwelle innerhalb der beiden Sonnenräder 7a, 7b ausgebildet ist. Das Dreifachschaltelement 43 kann dadurch axial kürzer und kompakter gestaltet werden. Im Übrigen sei auf die vorherigen Ausführungen verwiesen. In a fourth embodiment variant of the transmission 3 according to FIG. 6, the three gear shift elements A, B, C are also combined to form a triple shift element 43, the difference from the previous embodiment being that the axial order starts from the output shaft 41 of the electric machine 11 here third gearshift element C, second gearshift element B and first gearshift element A. Another difference is that the third input shaft 29c, which is non-rotatably connected to the first planet carrier 9, is designed here as a central shaft within the two sun gears 7a, 7b. The triple switching element 43 can thereby be made axially shorter and more compact. For the rest, please refer to the previous statements.
In einer fünften Ausgestaltungsvariante des Getriebes 3 nach Fig. 7 sind die drei Gangschaltelemente A, B, C als kraftschlüssige Schaltelemente bzw. Lastschaltelemente ausgebildet. Vorliegend sind die Gangschaltelemente A, B, C Lamellenkupplungen. Dadurch ist eine Synchronisation der Drehgeschwindigkeiten der Teile nicht erforderlich. Anders gesagt realisieren die Gangschaltelement A, B, C jeweils eine Zug-Lastschaltung zwischen den einzelnen Gangstufen E1 - E3. Die Last bei Schaltvorgängen zwischen den Gangstufen E1 - E3 ist durch eines der Gangschaltelemente A, B, C stützbar, während das zweite der Gangschaltelemente A, B, C geschlossen und das dritte der Gangschaltelemente A, B, C geöffnet wird, oder umgekehrt. Ein Lastabfall am Abtrieb wird damit bei Schaltvorgängen vermieden. Alle Gänge können unter Last geschaltet werden. Aus Platz- oder Kostengründen können auch nur einzelne Gangschaltelemente als kraftschlüssige Schaltelemente ausgeführt werden, um unter Berücksichtigung des gewünschten Zug- bzw. Schubverhaltens nur gezielte Gangfolgen lastschalbar auszuführen. In a fifth embodiment variant of the transmission 3 according to FIG. 7, the three gear shifting elements A, B, C are designed as non-positive shifting elements or power shifting elements. In the present case, the gear shifting elements A, B, C are multi-plate clutches. This means that synchronization of the rotational speeds of the parts is not necessary. In other words, the gearshift elements A, B, C each implement a pull-load shift between the individual gear stages E1 - E3. The load during shifts between the gear stages E1 - E3 can be supported by one of the gear shift elements A, B, C, while the second of the gear shift elements A, B, C is closed and the third of the gear shift elements A, B, C is opened, or vice versa. This avoids a load drop on the output during switching operations. All gears can be shifted under load. For reasons of space or cost, only individual gear shifting elements can be designed as non-positive shifting elements in order to only carry out specific gear sequences in a load-shifting manner, taking into account the desired pulling or pushing behavior.
Fig. 8 zeigt einen Teil des erfindungsgemäßen Antriebsstranges 2, umfassend das erfindungsgemäße Getriebe 3 nach Fig. 2 sowie zusätzlich ein Differential 16. Es soll verdeutlicht werden, dass beide Sonnenräder 7a, 7b als Hohlräder und die dazugehörigen Eingangswellen 29a, 29b als Hohlwellen ausgebildet sind, damit die erste Abtriebswelle 18a ausgehend vom Differential 16 axial durch das Getriebe 3 hindurchgeführt werden kann, wobei sich die zweite Abtriebswelle 18b ausgehend vom Differential 16 in die entgegengesetzte Richtung erstreckt. Es handelt sich bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel um eine koaxiale Anordnung des Antriebsstranges 2, wobei die Antriebsachse 33 koaxial zur Abtriebsachse 17 angeordnet ist. 8 shows a part of the drive train 2 according to the invention, comprising the transmission 3 according to the invention according to FIG , so that the first Output shaft 18a can be passed axially through the transmission 3 starting from the differential 16, with the second output shaft 18b extending in the opposite direction starting from the differential 16. The exemplary embodiment shown here is a coaxial arrangement of the drive train 2, with the drive axle 33 being arranged coaxially to the output axle 17.
Fig. 9 bis Fig. 14 zeigen verschiedene Ausführungsvarianten des Antriebsstranges 2, der durch die elektrische Maschine 11 ergänzt wurde, welche über die dazugehörige Ausgangswelle 41 mit dem Getriebe 3 wirkverbindbar ist und auf die in Fig. 1 bereits Bezug genommen wurde. Es wird verdeutlicht, dass die elektrische Maschine 11 koaxial zum Getriebe 3 bzw. zur Antriebsachse 33 angeordnet ist, wobei die Gangschaltelemente A, B, C als Teil des Getriebes 3 radial innerhalb des Rotors 19 aufgenommen sind, um axialen Bauraum des Antriebsstranges 2 einzusparen. 9 to 14 show different embodiment variants of the drive train 2, which was supplemented by the electric machine 11, which can be operatively connected to the transmission 3 via the associated output shaft 41 and to which reference has already been made in FIG. It is made clear that the electric machine 11 is arranged coaxially to the transmission 3 or to the drive axle 33, with the gear shifting elements A, B, C as part of the transmission 3 being accommodated radially within the rotor 19 in order to save axial installation space of the drive train 2.
Fig. 9 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel. Das Getriebe 3 ist vorliegend über die Ausgangswelle 12 mit einem Übersetzungsgetriebe 24 antriebswirksam verbunden, welches eine Gesamtübersetzung erhöht und die Antriebsleistung auf ein im Leistungsfluss nachgelagertes, hier parallel zur Antriebsachse 33 angeordnetes Differential 16 überträgt. In diesem Ausführungsbeispiel sind das Differential 16 und die Abtriebswellen 18a, 18b auf der Abtriebsachse 17 angeordnet, die somit achsparallel zur Antriebsachse 33 angeordnet ist. Die Anordnung der Gangschaltelemente A, B, C ist analog zu Fig. 8 bzw. Fig. 2. Fig. 9 shows a sixth exemplary embodiment. In the present case, the transmission 3 is connected in a driving manner via the output shaft 12 to a transmission gear 24, which increases an overall transmission ratio and transmits the drive power to a differential 16 downstream in the power flow, here arranged parallel to the drive axle 33. In this exemplary embodiment, the differential 16 and the output shafts 18a, 18b are arranged on the output axle 17, which is therefore arranged axially parallel to the drive axle 33. The arrangement of the gear shifting elements A, B, C is analogous to Fig. 8 and Fig. 2.
Das Übersetzungsgetriebe 24 ist vorliegend eine einstufige Stirnradstufe 6, bestehend aus einem mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbundenen ersten Zahnrad 39a und einem mit dem Differential 16 wirkverbundenen zweiten Zahnrad 39b. Die Übersetzungsstufe 24 realisiert durch entsprechende Ausbildung der Zahnraddurchmesser und Zähnezahlen die Erzeugung der Gesamtübersetzung des Antriebsstranges 2. Durch achsparallele Anordnung der Antriebsstrangkomponenten wird axialer Bauraum des Antriebsstranges 2 eingespart, und zwar insbesondere dadurch, dass die elektrische Maschine 11 zusammen mit dem Getriebe 3 sowie das Differential 16 zumindest teilweise nebeneinander angeordnet sind. Dadurch kann auch die elektrische Maschine 11 schlanker gestaltet werden, was sich wiederum positiv auf den Achsabstand zwischen der Antriebs- und Abtriebsachse 33, 17 auswirkt. In the present case, the transmission gear 24 is a single-stage spur gear stage 6, consisting of a first gear 39a which is non-rotatably connected to the output shaft 12 and a second gear 39b which is operatively connected to the differential 16. The transmission stage 24 realizes the generation of the overall transmission of the drive train 2 by appropriately designing the gear diameter and number of teeth. By arranging the drive train components axially parallel, axial installation space of the drive train 2 is saved, in particular by the fact that the electric machine 11 together with the transmission 3 and the differential 16 are at least partially arranged next to each other. This also allows the Electric machine 11 can be made slimmer, which in turn has a positive effect on the center distance between the drive and output axles 33, 17.
Das Differential gemäß Fig. 8 bis Fig. 12 ist als Kegelraddifferential 5 ausgebildet und verbindet das Getriebe 3 über das Planetengetriebe 14 antriebswirksam mit den beiden koaxial zu einer Abtriebsachse 17 angeordneten Abtriebswellen 18a, 18b, wobei ausgehend vom Differential 16 die erste Abtriebswelle 18a nach links und die zweite Abtriebswelle 18b koaxial und entgegengesetzt dazu nach rechts ausgerichtet sind. Das aus dem Stand der Technik bekannte Kegelraddifferential 5 weist zwei radseitige Abtriebselemente auf, die als ein erstes Abtriebsrad 16b und zweites Abtriebsrad 16c ausgebildet sind. Die Abtriebsräder 16b, 16c kämmen jeweils mit einem Ausgleichselement 16d, 16e. Die Ausgleichselemente 16d, 16e sind in einem Differentialkorb 16a um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Das erste Abtriebsrad 16b ist mit der ersten Abtriebswelle 18a und das zweite Abtriebsrad 16c ist mit der zweiten Abtriebswelle 18b drehfest verbunden. 8 to 12 is designed as a bevel gear differential 5 and connects the gear 3 via the planetary gear 14 to the two output shafts 18a, 18b arranged coaxially to an output axis 17, with the first output shaft 18a moving to the left starting from the differential 16 and the second output shaft 18b are aligned coaxially and oppositely to the right. The bevel gear differential 5 known from the prior art has two wheel-side output elements, which are designed as a first output gear 16b and a second output gear 16c. The driven wheels 16b, 16c each mesh with a compensating element 16d, 16e. The compensating elements 16d, 16e are mounted in a differential carrier 16a so that they can rotate about their own axis. The first output gear 16b is connected to the first output shaft 18a and the second output gear 16c is connected in a rotationally fixed manner to the second output shaft 18b.
Nach Fig. 8 ist der Differentialkorb 16a des Differentials 16 direkt drehfest mit der Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 verbunden. Mithin wird die Antriebsleistung vom Getriebe 3 im Gegensatz zu den weiteren Ausführungsbeispielen direkt auf das Differential 16 übertragen. Nach Fig. 9 und Fig. 10 ist der Differentialkorb 16a des Differentials 16 drehfest mit dem zweiten Zahnrad 39b des Übersetzungsgetriebes 24 verbunden. Nach Fig. 11 und Fig. 12 ist der Differentialkorb 16a des Differentials 16 über eine erste Zwischenwelle 32 mit einem Radsatzelement des als Planetengetriebe 14 ausgebildeten Übersetzungsgetriebes 24 drehfest verbunden. In den nachfolgenden Ausführungen zu Fig. 11 und Fig. 12 wird darauf näher Bezug genommen. 8, the differential carrier 16a of the differential 16 is directly connected to the output shaft 12 of the transmission 3 in a rotationally fixed manner. The drive power from the transmission 3 is therefore transmitted directly to the differential 16, in contrast to the other exemplary embodiments. 9 and 10, the differential carrier 16a of the differential 16 is connected to the second gear 39b of the transmission gear 24 in a rotationally fixed manner. 11 and 12, the differential carrier 16a of the differential 16 is connected in a rotationally fixed manner via a first intermediate shaft 32 to a gear set element of the transmission gear 24 designed as a planetary gear 14. Reference will be made to this in more detail in the following comments on FIGS. 11 and 12.
In den Beispielen nach Fig. 8 und Fig. 11 bis Fig. 13 sind das Differential 16, die Abtriebswellen 18a, 18b und gegebenenfalls das Übersetzungsgetriebe 24 auf der Antriebsachse 33 angeordnet. Die Abtriebsachse 17 ist somit zur Antriebsachse 33 angeordnet. Lediglich in den Beispielen nach Fig. 9 und Fig. 10 sind die Abtriebsachse 17 und die Antriebsachse 33 achsparallel ausgerichtet. Der Unterschied zwischen dem siebten Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 und dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 besteht darin, dass das Übersetzungsgetriebe 24 eine zweistufige Stirnradstufe 6 ist, wobei auf einer zweiten Zwischenwelle 40 zwei weitere als Stirnräder ausgebildete Zahnräder 39c, 39d drehfest angeordnet sind. Das dritte Zahnrad 39c kämmt mit dem koaxial zur Antriebsachse 33 angeordneten ersten Zahnrad 39a und das vierte Zahnrad 39d kämmt mit dem koaxial zur Abtriebsachse 17 angeordneten zweiten Zahnrad 39b. Durch die zweistufige Stirnradstufe 6 ist eine höhere Bandbreite an Abtriebsübersetzungen darstellbar. In the examples according to FIGS. 8 and 11 to 13, the differential 16, the output shafts 18a, 18b and, if applicable, the transmission gear 24 are arranged on the drive axle 33. The output axle 17 is thus arranged in relation to the drive axle 33. Only in the examples according to FIGS. 9 and 10 are the output axle 17 and the drive axle 33 aligned axially parallel. The difference between the seventh exemplary embodiment according to FIG . The third gear 39c meshes with the first gear 39a arranged coaxially to the drive axle 33 and the fourth gear 39d meshes with the second gear 39b arranged coaxially to the output axle 17. The two-stage spur gear stage 6 enables a higher range of output ratios to be achieved.
Das achte Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 basiert auf dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen zu Fig. 8 verwiesen wird. Der Antriebsstrang 2 ist durch ein als Planetengetriebe 14 ausgebildetes Übersetzungsgetriebe 24 ergänzt, das zusammen mit dem Differential 16 koaxial zum Getriebe 3 und zur elektrischen Maschine 1 1 angeordnet ist. Die Abtriebsachse 17 ist demnach koaxial zur Antriebsachse 33 angeordnet. Das Planetengetriebe 14 umfasst vorliegend ersten Planetenradsatz 15, wobei auch zwei oder mehr Planetenradsätze vorgesehen sein können. Der erste Planetenradsatz 15 ist als Minus-Plane- tenradsatz ausgebildet und umfasst ein drehfest mit der Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 verbundenes drittes Sonnenrad 20, ein drehfest mit dem Gehäuse 13 verbundenes, ortsfestes drittes Hohlrad 21 sowie mehrere an einem zweiten Planetenträger 22 drehbar gelagerte Planentenräder 23. Das dritte Sonnenrad 20 ist über die Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 mit dem zweiten Hohlrad 8b des Getriebes 3 antriebswirksam bzw. drehfest verbunden, sodass das Planetengetriebe 14 folglich antriebsseitig mit der Ausgangswelle 12 wirkverbunden ist. Der Abtrieb des Planetengetriebes 14 erfolgt über den zweiten Planetenträger 22, welcher antriebswirksam mit einem Differential 16 verbunden ist. Der zweite Planetenträger 22 ist über die Zwischenwelle 32 drehfest mit dem Differentialkorb 16a verbunden. Mittels einer derartigen Kombination aus Getriebe 3 und Planetengetriebe 14 lassen sich beispielsweise Gesamtübersetzungen zwischen 6 und 13,5 realisieren. Vorliegend ist die erste Abtriebswelle 18a axial durch das Übersetzungsgetriebe 24, das Getriebe 3 und die elektrische Maschine 11 hindurchgeführt. Das Planetengetriebe 14 ist axial zwischen der elektrischen Maschine 11 und dem Getriebe 3 einerseits sowie dem Differential 16 andererseits angeordnet. Es ist denkbar, das Differential 16 zusammen mit dem Getriebe 3 räumlich innerhalb des Rotors 19 der elektrischen Maschine 11 anzuordnen, um zusätzlichen axialen Bauraum einzusparen. The eighth exemplary embodiment according to FIG. 11 is based on the exemplary embodiment according to FIG. 8, which is why reference is made to the corresponding comments on FIG. 8. The drive train 2 is supplemented by a transmission gear 24 designed as a planetary gear 14, which, together with the differential 16, is arranged coaxially to the gear 3 and to the electric machine 1 1. The output axle 17 is therefore arranged coaxially with the drive axle 33. In the present case, the planetary gear 14 includes a first planetary gear set 15, and two or more planetary gear sets can also be provided. The first planetary gear set 15 is designed as a minus planetary gear set and comprises a third sun gear 20 which is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft 12 of the transmission 3, a stationary third ring gear 21 which is connected in a rotationally fixed manner to the housing 13, and a plurality of planetary gears which are rotatably mounted on a second planet carrier 22 23. The third sun gear 20 is connected to the second ring gear 8b of the transmission 3 via the output shaft 12 of the transmission 3 in a drive-effective or rotationally fixed manner, so that the planetary gear 14 is consequently operatively connected to the output shaft 12 on the drive side. The output of the planetary gear 14 takes place via the second planet carrier 22, which is connected to a differential 16 for driving purposes. The second planet carrier 22 is connected to the differential carrier 16a in a rotationally fixed manner via the intermediate shaft 32. Using such a combination of gear 3 and planetary gear 14, for example, total gear ratios between 6 and 13.5 can be achieved. In the present case, the first output shaft 18a is guided axially through the transmission gear 24, the gear 3 and the electric machine 11. The planetary gear 14 is arranged axially between the electric machine 11 and the gear 3 on the one hand and the differential 16 on the other. It is conceivable to use the differential 16 together with the transmission 3 to be arranged spatially within the rotor 19 of the electrical machine 11 in order to save additional axial space.
Fig. 12 unterscheidet sich von Fig. 11 lediglich durch die Anbindung des Getriebes 3 und des Differentials 16 an das Planetengetriebe 14. Vorliegend ist das dritte Hohlrad 21 drehfest mit der Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 verbunden, wohingegen das dritte Sonnenrad 20 gehäusefest angeordnet ist. Der Abtrieb des Planetengetriebes 14 erfolgt auch hier über den zweiten Planetenträger 22, welcher über eine radial innerhalb des dritten Sonnenrades 20 geführte Zwischenwelle 32 an den Differentialkorb 16 des Differentials 16 angebunden ist. Fig. 12 differs from Fig. 11 only in the connection of the gear 3 and the differential 16 to the planetary gear 14. In the present case, the third ring gear 21 is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft 12 of the gear 3, whereas the third sun gear 20 is arranged fixed to the housing. The output of the planetary gear 14 also takes place here via the second planet carrier 22, which is connected to the differential carrier 16 of the differential 16 via an intermediate shaft 32 guided radially within the third sun gear 20.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 basiert ebenfalls auf dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8, mit dem Unterschied, dass an Stelle eines als Kegelraddifferential ausgebildeten Differentials 16 ein als integrales Differential 25 ausgebildetes Differential 16 vorgesehen ist, das auf der Abtriebsachse 17 liegt, die koaxial zur Antriebsachse 33 angeordnet ist. Das integrale Differential 25 umfasst einen zweiten und dritten Planetenradsatz 26, 27, wobei die beiden Planetenradsätze 26, 27 je nach Anforderung an das integrale Differential 25, insbesondere an die zu realisierende Übersetzung des integralen Differentials 25, entweder axial nebeneinander oder radial übereinander angeordnet sind. Vorliegend sind die Planetenradsätze 26, 27 radial übereinander bzw. radial geschachtelt angeordnet, wodurch axialer Bauraum des Antriebsstranges 2 eingespart wird. Anders gesagt liegen die Planetenradsätze 26, 27 in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu den Abtriebswellen 18a, 18b bzw. zur Abtriebsachse 17. 13 is also based on the embodiment according to FIG. 8, with the difference that instead of a differential 16 designed as a bevel gear differential, a differential 16 designed as an integral differential 25 is provided, which lies on the output axle 17, which is coaxial with the Drive axle 33 is arranged. The integral differential 25 comprises a second and third planetary gear set 26, 27, the two planetary gear sets 26, 27 being arranged either axially next to one another or radially one above the other, depending on the requirements of the integral differential 25, in particular the translation of the integral differential 25 to be realized. In the present case, the planetary gear sets 26, 27 are arranged radially one above the other or radially nested, whereby axial installation space of the drive train 2 is saved. In other words, the planetary gear sets 26, 27 lie in a common plane perpendicular to the output shafts 18a, 18b or to the output axle 17.
Mittels des zweiten Planetenradsatzes 26 ist ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Abtriebswelle 18a übertragbar, die durch das Getriebe 3 und die elektrische Maschine 11 axial hindurchgeführt ist. Ein dem ersten Abtriebsmoment entgegengesetzt wirkendes Abstützmoment des zweiten Planeten radsatzes 26 wird auf den dritten Planetenradsatz 27 übertragen und ist im dritten Planeten radsatz 27 derart wandelbar, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Abtriebswelle 18b übertragbar ist. Mithin ist das integrale Differential 25 als Planetengetriebe ausgebildet. Das integrale Differential 25 ist über dessen Eingangswelle, die gleichzeitig die Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 ist, mit dem Getriebe 3 wirksam verbunden. Der Abtrieb am integralen Differential 25 erfolgt über die zwei Abtriebswellen 18a, 18b. Mit anderen Worten wird mittels des integralen Differentials 25 eine Antriebsleistung auf zwei Abtriebswellen 18a, 18b aufgeteilt. Die zweite Abtriebswelle 18b erstreckt sich bezogen auf die erste Abtriebswelle 18a in entgegengesetzte Richtung. Indem das integrale Differential 25, welches ein aus dem Getriebe 3 kommendes Drehmoment erhöht, erst am Ende des Antriebsstranges 2 angeordnet ist, können die im Leistungsfluss davor angeordneten Bauteile vergleichsweise klein und schlank ausgebildet werden, wodurch die Herstellung des Antriebsstranges 2 kostengünstiger gestaltet und das Gesamtgewicht desselben reduziert werden kann. By means of the second planetary gear set 26, a first output torque can be transferred to the first output shaft 18a, which is guided axially through the transmission 3 and the electric machine 11. A supporting torque of the second planetary gear set 26 acting opposite to the first output torque is transferred to the third planetary gear set 27 and is convertible in the third planetary gear set 27 in such a way that a second output torque corresponding to the first output torque can be transferred to the second output shaft 18b. The integral differential 25 is therefore designed as a planetary gear. The integral differential 25 is effectively connected to the transmission 3 via its input shaft, which is also the output shaft 12 of the transmission 3. The output on the integral differential 25 takes place via the two output shafts 18a, 18b. In other words, drive power is divided between two output shafts 18a, 18b by means of the integral differential 25. The second output shaft 18b extends in the opposite direction with respect to the first output shaft 18a. By only arranging the integral differential 25, which increases the torque coming from the transmission 3, at the end of the drive train 2, the components arranged in front of it in the power flow can be made comparatively small and slim, which makes the production of the drive train 2 more cost-effective and reduces the overall weight of the same can be reduced.
Die Ausgangswelle 12 des Getriebes 3 ist drehfest mit einem vierten Sonnenrad 34a des zweiten Planeten radsatzes 26 verbunden. Damit ist das zweite Hohlrad 8b des Getriebes 3 drehfest mit dem vierten Sonnenrad 34a verbunden. Die Leistungsübertragung vom zweiten Planeten radsatz 26 auf den dritten Planeten radsatz 27 erfolgt über eine Koppelwelle 35, die einerseits drehfest mit einem vierten Hohlrad 36a des zweiten Planeten radsatzes 26 und andererseits drehfest mit einem fünften Sonnenrad 34b des dritten Planeten radsatzes 27 verbunden ist. Mithin sind die Koppelwelle 35, das vierte Hohlrad 36a und das fünfte Sonnenrad 34b einteilig miteinander verbunden. Die Koppelwelle 35 mit dem vierten Hohlrad 36a und dem fünften Sonnenrad 34b kann auch als Hohlrad, das neben einer Innenverzahnung auch eine Außenverzahnung aufweist, ausgebildet sein. Räumlich zwischen dem vierten Sonnenrad 34a und dem vierten Hohlrad 36a sind eine Mehrzahl von zweiten Planetenrädern 37a angeordnet, die vorliegend drehbar auf einem drehbar gelagerten dritten Planetenträger 38a angeordnet sind. Ferner sind auf der gleichen sich radial erstreckenden Ebene und radial außerhalb des zweiten Planeten radsatzes 26 räumlich zwischen dem fünften Sonnenrad 34b und einem fünften Hohlrad 36b des dritten Planetenradsatzes 27 eine Mehrzahl von dritten Planeten rädern 37b angeordnet, die vorliegend drehbar auf einem gehäusefesten vierten Planetenträger 38b angeordnet sind. Der erste Abtrieb auf die erste Abtriebswelle 18a erfolgt über den drehfest damit verbundenen dritten Planetenträger 38a des zweiten Planeten radsatzes 26. Der zweite Abtrieb auf die zweite Abtriebswelle 18b erfolgt über das drehfest damit verbundene fünfte Hohlrad 36b des dritten Planeten radsatzes 27. The output shaft 12 of the transmission 3 is connected in a rotationally fixed manner to a fourth sun gear 34a of the second planetary gear set 26. The second ring gear 8b of the transmission 3 is thus connected in a rotationally fixed manner to the fourth sun gear 34a. The power transmission from the second planetary gear set 26 to the third planetary gear set 27 takes place via a coupling shaft 35, which is connected, on the one hand, in a rotationally fixed manner to a fourth ring gear 36a of the second planetary gear set 26 and, on the other hand, in a rotationally fixed manner with a fifth sun gear 34b of the third planetary gear set 27. The coupling shaft 35, the fourth ring gear 36a and the fifth sun gear 34b are therefore connected to one another in one piece. The coupling shaft 35 with the fourth ring gear 36a and the fifth sun gear 34b can also be designed as a ring gear, which has external teeth in addition to internal teeth. A plurality of second planet gears 37a are arranged spatially between the fourth sun gear 34a and the fourth ring gear 36a, which in the present case are rotatably arranged on a rotatably mounted third planet carrier 38a. Furthermore, on the same radially extending plane and radially outside the second planetary gear set 26, a plurality of third planetary gears 37b are arranged spatially between the fifth sun gear 34b and a fifth ring gear 36b of the third planetary gear set 27, which in the present case are rotatable on a fourth planetary carrier 38b fixed to the housing are arranged. The first output on the first output shaft 18a takes place via the third planet carrier 38a of the second planetary gear set 26, which is connected to it in a rotationally fixed manner The second output on the second output shaft 18b takes place via the fifth ring gear 36b of the third planetary gear set 27, which is non-rotatably connected to it.
Bezugszeichen Fahrzeug Antriebsstrang Getriebe Stufenplanetenradsatz Kegelraddifferential Stirnradstufe a Erstes Sonnenrad b Zweites Sonnenrad a Erstes Hohlrad b Zweites Hohlrad Erster Planetenträger 0 Stufenplanetenräder 1 Elektrische Maschine 2 Ausgangswelle des Getriebes 3 Gehäuse 4 Planetengetriebe 5 Erster Planetenradsatz 6 Differential 6a Differentialkorb 6b Erstes Abtriebsrad des Differentials 6c Zweites Abtriebsrad des Differentials 6d Ausgleichselement des Differentials 6e Ausgleichselement des Differentials 7 Abtriebsachse 8a Erste Abtriebswelle 8b Zweite Abtriebswelle 9 Rotor der elektrischen Maschine 0 Drittes Sonnenrad 1 Drittes Hohlrad 2 Zweiter Planetenträger 3 Erstes Planetenrad 24 Übersetzungsgetriebe Reference symbol Vehicle Drive train Transmission Stepped planetary gear set Bevel gear differential Spur gear stage a First sun gear b Second sun gear a First ring gear b Second ring gear First planet carrier 0 Stepped planetary gears 1 Electric machine 2 Output shaft of the transmission 3 Housing 4 Planetary gear 5 First planetary gear set 6 Differential 6a Differential cage 6b First output gear of the differential 6c Second output gear of the Differentials 6d Compensating element of the differential 6e Compensating element of the differential 7 Output axle 8a First output shaft 8b Second output shaft 9 Rotor of the electric machine 0 Third sun gear 1 Third ring gear 2 Second planet carrier 3 First planet gear 24 transmission gears
25 Integrales Differential 25 Integral Differential
26 Zweiter Planeten radsatz 26 Second planetary gear set
27 Dritter Planetenradsatz 27 Third planetary gear set
28 Rad des Fahrzeugs 28 wheel of the vehicle
29a Erste Eingangswelle 29a First input wave
29b Zweite Eingangswelle 29b Second input wave
29c Dritte Eingangswelle 29c Third input shaft
30 Stator der elektrischen Maschine 30 stator of the electrical machine
31 a Erstes Zahnrad des Stufenplanetenrades 31 a First gear of the stepped planetary gear
31 b Zweites Zahnrad des Stufenplanetenrades 31 b Second gear of the stepped planetary gear
32 Erste Zwischenwelle 32 First intermediate wave
33 Antriebsachse 33 drive axle
34a Viertes Sonnenrad des integralen Differentials34a Fourth sun gear of the integral differential
34b Fünftes Sonnenrad des integralen Differentials34b Fifth sun gear of the integral differential
35 Koppelwelle des integralen Differentials 35 coupling shaft of the integral differential
36a Viertes Hohlrad des integralen Differentials36a Fourth ring gear of the integral differential
36b Fünftes Hohlrad des integralen Differentials36b Fifth ring gear of the integral differential
37a Zweites Planetenrad des integralen Differentials37a Second planetary gear of the integral differential
37b Drittes Planetenrad des integralen Differentials37b Third planetary gear of the integral differential
38a Dritter Planetenträger des integralen Differentials38a Third planet carrier of the integral differential
38b Vierter Planetenträger des integralen Differentials38b Fourth planet carrier of the integral differential
39a Erstes Zahnrad des Übersetzungsgetriebes39a First gear of the transmission gear
39b Zweites Zahnrad des Übersetzungsgetriebes39b Second gear of the transmission gear
39c Drittes Zahnrad des Übersetzungsgetriebes39c Third gear of the transmission gear
39d Viertes Zahnrad des Übersetzungsgetriebes39d Fourth gear of the transmission gear
40 Zweite Zwischenwelle 40 Second intermediate wave
41 Ausgangswelle der elektrischen Maschine 41 Electric machine output shaft
42 Doppelschaltelement 42 double switching element
43 Dreifachschaltelement 43 triple switching element
A Erstes Gangschaltelement A First gear shift element
B Zweites Gangschaltelement B Second gear shift element
C Drittes Gangschaltelement E1 Erster Gang bzw. erste GangstufeC Third gear shift element E1 First gear or first gear stage
E2 Zweiter Gang bzw. zweite GangstufeE2 Second gear or second gear stage
E3 Dritter Gang bzw. dritte Gangstufe E3 Third gear or third gear stage

Claims

Patentansprüche Patent claims
1 . Getriebe (3) für einen Antriebsstrang (2) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (1 ), umfassend einen Stufenplanetenradsatz (4), ein erstes Gangschaltelement (A), ein zweites Gangschaltelement (B) und ein drittes Gangschaltelement (C), wobei der Stufenplanetenradsatz (4) ein erstes Sonnenrad (7a), ein zweites Sonnenrad (7b), ein erstes Hohlrad (8a), ein zweites Hohlrad (8b) sowie mehrere an einem ersten Planetenträger (9) drehbar gelagerte Stufenplanentenräder (10) aufweist, wobei das erste Hohlrad (8a) mit einem Gehäuse (13) drehfest verbunden ist, wobei das zweite Hohlrad (8b) mit einer Ausgangswelle (12) des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, wobei das erste Gangschaltelement (A) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das erste Sonnenrad (7a) mit einem Rotor (19) einer elektrischen Maschine (11 ) drehfest zu verbinden, wobei das zweite Gangschaltelement (B) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das zweite Sonnenrad (7b) mit dem Rotor (19) der elektrischen Maschine (11 ) drehfest zu verbinden, wobei das dritte Gangschaltelement (C) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand den ersten Planetenträger (9) mit dem Rotor (19) der elektrischen Maschine (11 ) drehfest zu verbinden, und wobei zum Drehantrieb der Ausgangswelle (12) eines der drei Gangschaltelemente (A - C) im geschlossenen Zustand vorliegt. 1 . Transmission (3) for a drive train (2) of an at least partially electrically driven vehicle (1), comprising a stepped planetary gear set (4), a first gearshift element (A), a second gearshift element (B) and a third gearshift element (C), wherein the Stepped planetary gear set (4) has a first sun gear (7a), a second sun gear (7b), a first ring gear (8a), a second ring gear (8b) and a plurality of stepped planetary gears (10) rotatably mounted on a first planet carrier (9), this The first ring gear (8a) is connected in a rotationally fixed manner to a housing (13), the second ring gear (8b) being connected in a rotationally fixed manner to an output shaft (12) of the transmission (3), the first gear shifting element (A) being designed to be in one to connect the first sun gear (7a) to a rotor (19) of an electric machine (11) in a rotationally fixed manner in the closed state, the second gearshift element (B) being designed to connect the second sun gear (7b) to the rotor (19) in a closed state ) of the electric machine (11) to be connected in a rotationally fixed manner, wherein the third gear shifting element (C) is designed to connect the first planet carrier (9) to the rotor (19) of the electric machine (11) in a rotationally fixed manner in a closed state, and where for rotary drive of the output shaft (12) one of the three gear shifting elements (A - C) is in the closed state.
2. Getriebe (3) nach Anspruch 1 , wobei eines der Gangschaltelemente (A - C) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist. 2. Transmission (3) according to claim 1, wherein one of the gear shifting elements (A - C) is designed as a positive shifting element.
3. Getriebe (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eines der Gangschaltelemente (A - C) als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist. 3. Transmission (3) according to claim 1 or 2, wherein one of the gear shifting elements (A - C) is designed as a non-positive shifting element.
4. Getriebe (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei der drei Gangschaltelemente (A - C) zu einem Doppelschaltelement (42) zusammengefasst sind. 4. Transmission (3) according to one of the preceding claims, wherein two of the three gear shift elements (A - C) are combined to form a double shift element (42).
5. Getriebe (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gangschaltelemente (A - C) zu einem Dreifachschaltelement (43) zusammengefasst sind. 5. Transmission (3) according to one of claims 1 to 4, wherein the gear shift elements (A - C) are combined to form a triple shift element (43).
6. Antriebsstrang (2) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1 ), umfassend ein Getriebe (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie eine elektrische Maschine (11 ), deren Rotor (19) mit einer Eingangswelle (29) des Getriebes (3) drehtest verbunden ist. 6. Drive train (2) for an at least partially electrically driven vehicle (1), comprising a transmission (3) according to one of the preceding claims and an electric machine (11), the rotor (19) of which is connected to an input shaft (29) of the transmission ( 3) turned connected.
7. Antriebsstrang (2) nach Anspruch 6, wobei die Ausgangswelle (12) des Getriebes (3) den Eingang eines dem Stufenplaneten radsatz (4) nachgelagerten Übersetzungsgetriebes (24) bildet. 7. Drive train (2) according to claim 6, wherein the output shaft (12) of the transmission (3) forms the input of a step-planet gear set (4) downstream of the transmission gear (24).
8. Antriebsstrang (2) nach Anspruch 7, wobei das Übersetzungsgetriebe (24) als Planetengetriebe (14) mit wenigstens einem ersten Planetenradsatz (15) ausgebildet ist. 8. Drive train (2) according to claim 7, wherein the transmission gear (24) is designed as a planetary gear (14) with at least a first planetary gear set (15).
9. Antriebsstrang (2) nach Anspruch 7, wobei das Übersetzungsgetriebe (24) als Stirnradstufe (6) ausgebildet ist. 9. Drive train (2) according to claim 7, wherein the transmission gear (24) is designed as a spur gear stage (6).
10. Antriebsstrang (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, ferner umfassend ein Differential (16), welches die Ausgangswelle (12) des Getriebes (3) antriebswirksam mit zwei koaxial zu einer Abtriebsachse (17) angeordneten Abtriebswellen (18a, 18b) verbindet. 10. Drive train (2) according to one of claims 6 to 9, further comprising a differential (16), which drives the output shaft (12) of the transmission (3) with two output shafts (18a, 18b) arranged coaxially to an output axis (17). connects.
11 . Antriebsstrang (2) nach Anspruch 10, wobei das Differential (16) als Kegelraddifferential (5) ausgebildet ist. 11. Drive train (2) according to claim 10, wherein the differential (16) is designed as a bevel gear differential (5).
12. Getriebe (3) nach Anspruch 11 , wobei das Differential (16) als integrales Differential (25) ausgebildet ist, aufweisend einen zweiten Planeten radsatz (26) und einen damit wirkverbundenen dritten Planeten radsatz (27), wobei jeder Planetenradsatz (26, 27) mit einer jeweiligen Abtriebswelle (18a, 18b) antriebswirksam verbunden ist, wobei mittels des zweiten Planeten radsatzes (26) zumindest mittelbar ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Abtriebswelle (18a) übertragbar ist, wobei ein Abstützmoment des zweiten Planeten radsatzes (26) in dem dritten Planetenradsatz (27) derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Abtriebswelle (18b) übertragbar ist. 12. Transmission (3) according to claim 11, wherein the differential (16) is designed as an integral differential (25), having a second planetary gear set (26) and a third planetary gear set (27) operatively connected thereto, each planetary gear set (26, 27) is connected in a drive-effective manner to a respective output shaft (18a, 18b), with a first output torque being at least indirectly transferable to the first output shaft (18a) by means of the second planetary gear set (26), wherein a supporting torque of the second planetary gear set (26) in the third Planetary gear set (27) is convertible in such a way that a second output torque corresponding to the first output torque can be transferred to the second output shaft (18b).
13. Antriebsstrang (2) nach Anspruch 12, wobei das integrale Differential (25) und die Abtriebswellen (18a, 18b) dazu eingerichtet sind, koaxial zu einer Antriebsachse (33) des Fahrzeugs (1 ) angeordnet zu sein. 13. Drive train (2) according to claim 12, wherein the integral differential (25) and the output shafts (18a, 18b) are designed to be arranged coaxially to a drive axle (33) of the vehicle (1).
14. Antriebsstrang (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei das Getriebe (3) und/oder das Differential (16) zumindest teilweise räumlich innerhalb des Rotors (19) der elektrischen Maschine (11 ) angeordnet ist. 14. Drive train (2) according to one of claims 6 to 13, wherein the transmission (3) and / or the differential (16) is at least partially spatially arranged within the rotor (19) of the electric machine (11).
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