DE102017214916A1

DE102017214916A1 - Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017214916A1
Application number: DE102017214916.7A
Authority: DE
Inventors: Carsten Trautmann; Christian Meixner; Christian Wirth; Jürgen Tschullik
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2037-08-26
Also published as: CN111051106A; DE102017214916B4; US11168773B2; US20210164553A1; WO2019038414A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (2), die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs (2) wirkverbindbare Eingangswelle (6) sowie eine erste Ausgangswelle (7) und eine zweite Ausgangswelle (8) aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe (15) verfügt, über das die Eingangswelle (6) mit der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppelt ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Stirnraddifferentialgetriebe (15) ein mit der ersten Ausgangswelle (7) gekoppeltes erstes Sonnenrad (16) und ein mit der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppeltes zweites Sonnenrad (17) aufweist, wobei das erste Sonnenrad (16) mit einem an einem mit der Eingangswelle (6) gekoppelten Planetenradträger (18) drehbar gelagerten ersten Planetenrad (19) kämmt, das mit einem ebenfalls an dem Planetenradträger (18) drehbar gelagerten und mit dem zweiten Sonnenrad (17) kämmenden zweiten Planetenrad (20) kämmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs wirkverbindbare Eingangswelle sowie eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe verfügt, über das die Eingangswelle mit der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle gekoppelt ist.
Die Getriebeeinrichtung dient beispielsweise dem Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs einerseits sowie einer Radachse des Fahrzeugs andererseits. Über die Getriebeeinrichtung ist die Radachse mit der Antriebseinrichtung wirkverbunden beziehungsweise zumindest wirkverbindbar. Die Radachse liegt entsprechend als angetriebene Radachse vor. Sie kann als Vorderradachse oder als Hinterradachse des Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein. Die Getriebeeinrichtung weist die Eingangswelle sowie die erste Ausgangswelle und die zweite Ausgangswelle auf.
Die Eingangswelle der Getriebeeinrichtung ist an die Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs angeschlossen, vorzugsweise über ein Schaltgetriebe und/oder eine Kupplung, insbesondere eine Anfahrkupplung. Mittels des Schaltgetriebes kann eine aus mehreren Übersetzungen ausgewählte Übersetzung zwischen der Antriebseinrichtung und der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung eingestellt werden. Die Kupplung ist bevorzugt als Schaltkupplung und besonders bevorzugt als Anfahrkupplung ausgestaltet. Mithilfe der Kupplung kann insoweit die Wirkverbindung zwischen der Antriebseinrichtung und der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden.
Die Antriebseinrichtung verfügt über zumindest ein Antriebsaggregat, welches beispielsweise als Brennkraftmaschine oder als elektrische Maschine ausgestaltet ist. Selbstverständlich kann die Antriebseinrichtung auch als Hybridantriebseinrichtung vorliegen und insoweit mehrere Antriebsaggregate aufweisen, welche bevorzugt unterschiedlichen Typs sind. In diesem Fall liegt eins der Antriebsaggregate beispielsweise als Brennkraftmaschine oder ein anderes der Antriebsaggregate als elektrische Maschine vor. Verfügt die Antriebseinrichtung über mehrere Antriebsaggregate, so ist sie bevorzugt derart ausgestaltet, dass die Antriebsaggregate zumindest zeitweise ein auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichtetes Antriebsdrehmoment gemeinsam bereitstellen.
Die Eingangswelle der Getriebeeinrichtung ist über das Planetengetriebe sowohl mit der ersten Ausgangswelle als auch mit der zweiten Ausgangswelle gekoppelt, insbesondere permanent. Das Planetengetriebe stellt ein Stirnraddifferentialgetriebe dar, also insoweit ein Differentialgetriebe, welches mehrere miteinander kämmende Stirnräder aufweist. Ganz allgemein arbeitet das Stirnraddifferentialgetriebe als Differentialgetriebe beziehungsweise Ausgleichsgetriebe.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift WO 2016/066732 A1 bekannt. Diese betrifft eine Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine mit einem Antriebsaggregat wirkverbindbare Eingangswelle sowie eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist, wobei die erste Ausgangswelle über ein erstes Getriebe mit einer ersten Teilwelle einer Radachse und die zweite Ausgangswelle über ein zweites Getriebe mit einer zweiten Teilwelle der Radachse wirkverbunden oder wirkverbindbar ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Getriebeeinrichtung vorzustellen, welche gegenüber bekannten Getriebeeinrichtungen Vorteile aufweist, insbesondere auf einfache Art und Weise eine „Torque Vectoring“-Funktionalität zwischen den beiden Ausgangswellen besonders platzsparend realisiert.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Getriebeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das Stirnraddifferentialgetriebe ein mit der ersten Ausgangswelle gekoppeltes erstes Sonnenrad und ein mit der zweiten Ausgangswelle gekoppeltes zweites Sonnenrad aufweist, wobei das erste Sonnenrad mit einem an einem mit der Eingangswelle gekoppelten Planetenradträger drehbar gelagerten ersten Planetenrad kämmt, das mit einem ebenfalls an dem Planetenradträger drehbar gelagerten und mit dem zweiten Sonnenrad kämmenden zweiten Pllanetenrad kämmt.
Das Stirnraddifferentialgetriebe weist zwei Sonnenräder, nämlich das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad auf. Jedes der Sonnenräder ist mit einer der Ausgangswellen gekoppelt, nämlich vorzugsweise starr und/oder permanent. Dabei ist bevorzugt jedes der Sonnenräder von der jeweils anderen Ausgangswelle entkoppelt, also allenfalls über das Stirnraddifferentialgetriebe mit ihm verbunden, nicht jedoch drehfest. Insoweit ist also das erste Sonnenrad mit der ersten Ausgangswelle gekoppelt und von der zweiten Ausgangswelle entkoppelt. Umgekehrt ist das zweite Sonnenrad mit der zweiten Ausgangswelle gekoppelt und von der ersten Ausgangswelle entkoppelt.
Weiterhin verfügt das Stirnraddifferentialgetriebe über den Planetenradträger, an welchem das wenigstens eine erste Planetenrad sowie das wenigstens eine zweite Planetenrad drehbar gelagert sind. Die Getriebeeinrichtung kann genau ein erstes Planetenrad oder mehrere erste Planetenräder aufweisen.
Analog hierzu kann die Getriebeeinrichtung über genau ein zweites Planetenrad oder mehrere zweite Planetenräder verfügen. Bevorzugt weist das Stirnraddifferentialgetriebe ebenso viele erste Planetenräder wie zweite Planetenräder und umgekehrt auf.
Das erste Planetenrad kämmt mit genau einem zweiten Planetenrad. Im Falle mehrerer erster Planetenräder kämmt jedes der ersten Planetenräder mit genau einem der zweiten Planetenräder. Jeweils eines der ersten Planetenräder ist insoweit mit jeweils einem der zweiten Planetenräder paarweise angeordnet. Die paarweise angeordneten Räder kämmen dabei miteinander. Vorzugsweise weisen das zweite Planetenrad und das erste Planetenrad unterschiedliche Zähnezahlen auf. Hierbei verfügen sie auch über denselben Modul, um das Miteinanderkämmen zu ermöglichen. Alternativ ist es selbstverständlich möglich, dass erste Planetenrad und das zweite Planetenrad mit derselben Zähnezahl auszugestalten.
Das erste Planetenrad kämmt mit dem ersten Sonnenrad, vorzugsweise permanent, nicht jedoch mit dem zweiten Sonnenrad. Umgekehrt kämmt das zweite Planetenrad mit dem zweiten Sonnenrad, vorzugsweise permanent, nicht jedoch mit dem ersten Sonnenrad. Hierzu sind das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad in Umfangsrichtung versetzt gegeneinander angeordnet, vorzugsweise befinden sie sich jedoch an derselben radialen Position bezogen auf eine Drehachse der ersten Ausgangswelle und/oder der zweiten Ausgangswelle.
Der Planetenradträger ist mit der Eingangswelle gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Schlussendlich ist also die Eingangswelle vorzugsweise permanent sowohl mit der ersten Ausgangswelle als auch der zweiten Ausgangswelle gekoppelt. Das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad, das erste Planetenrad sowie das zweite Planetenrad sind bevorzugt jeweils als Stirnrad ausgestaltet. Die beiden Ausgangswellen sind beispielsweise koaxial zueinander angeordnet, wobei insbesondere die erste Ausgangswelle in der zweiten Ausgangswelle drehbar gelagert ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Ausgangswelle mit einer ersten Teilwelle der Radachse, insbesondere über ein erstes Getriebe, und die zweite Ausgangswelle mit einer zweiten Teilwelle der Radachse, insbesondere über ein zweites Getriebe, wirkverbindbar oder wirkverbunden ist. Bevorzugt ist die erste Ausgangswelle permanent und/oder starr mit der ersten Teilwelle und die zweite Ausgangswelle permanent und/oder starr mit der zweiten Teilwelle gekoppelt. Das erste Getriebe und das zweite Getriebe können jeweils als Tellerradgetriebe ausgestaltet sein, sodass die Drehachsen der beiden Teilwellen jeweils gegenüber den Drehachsen der Ausgangswellen angewinkelt sind, also einen Winkel mit ihnen einschließen, der größer als 0° und kleiner als 180° ist.
Die beschriebene Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung ermöglicht eine sehr kompakte Ausführungsform, die dennoch eine „Torque Vectoring“-Funktionalität realisiert.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das erste Planetenrad als ein erstes Stufenplanetenrad vorliegt, das mit einer mit der Eingangswelle und/oder einer elektrischen Maschine koppelbaren zweiten Stufenplanetenrad drehfest gekoppelt ist. Das erste Stufenplanetenrad und das zweite Stufenplanetenrad sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, welche an dem Planetenradträger drehbar gelagert ist.
Die Lagerung der Welle an dem Planetenradträger ist an einer Lagerstelle vorgesehen, wobei vorzugsweise das erste Stufenplanetenrad einerseits und das zweite Stufenplanetenrad andererseits der Lagerstelle angeordnet ist. In anderen Worten liegen die beiden Stufenplanetenräder auf gegenüberliegenden Seiten der Lagerstelle vor. Die beiden Stufenplanetenräder können identisch oder voneinander verschieden ausgestaltet sein, insbesondere hinsichtlich des Moduls und/oder der Zähnezahl. Vorzugsweise sind die beiden Stufenplanetenräder voneinander verschieden ausgestaltet, insbesondere hinsichtlich der Zähnezahl. Der Modul kann hingegen für beide Stufenplanetenräder derselbe sein.
Beispielsweise bildet der Planetenradträger einen Käfig für das erste Planetenrad und/oder das zweite Planetenrad, das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad. Das bedeutet, dass der Planetenradträger die genannten Räder in sich aufnimmt und gegenüber einer Außenumgebung abschirmt. Beispielsweise ist hierbei der Planetenradträger auf seiner der Eingangswelle in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite an beziehungsweise auf der ersten Ausgangswelle und/oder der zweiten Ausgangswelle drehbar gelagert. Über das zweite Stufenplanetenrad ist es nun möglich, ein weiteres Drehmoment in das Stirnraddifferentialgetriebe einzubringen, insbesondere zur Realisierung der „Torque Vectoring“-Funktionalität.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Eingangswelle koaxial zu der ersten Ausgangswelle und/oder der zweiten Ausgangswelle angeordnet ist. Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass die beiden Ausgangswellen vorzugsweise koaxial zueinander vorliegen und hierzu ineinander drehbar gelagert sind. Die Eingangswelle soll nun koaxial zu wenigstens einer der Ausgangswellen, vorzugsweise beiden Ausgangswellen, angeordnet sein. Hierbei liegt sie jedoch in axialer Richtung bezüglich ihrer Drehachse beabstandet von der ersten Ausgangswelle und/oder der zweiten Ausgangswelle vor. Die koaxiale Anordnung der Wellen ermöglicht zum einen eine platzsparende Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung und zum anderen eine einfache Integration in das Kraftfahrzeug.
Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Stirnraddifferentialgetriebe hohlradlos ausgestaltet ist. In anderen Worten weist das Stirnraddifferentialgetriebe lediglich das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad, den Planetenradträger sowie das wenigstens eine erste Planetenrad und das wenigstens eine zweite Planetenrad und zudem optional das wenigstens eine zweite Stufenplanetenrad auf. Der Verzicht auf das Hohlrad reduziert den Platzbedarf des Stirnraddifferentialgetriebes in radialer Richtung bezüglich der Drehachse der Eingangswelle deutlich.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Stufenplanetenrad mit einem Zahnrad kämmt, das mit einer Zwischenwelle drehfest verbunden ist. Das Zahnrad ist starr und/oder permanent mit der Zwischenwelle verbunden, vorzugsweise ist es über die Zwischenwelle drehbar gelagert. Das Zahnrad und die Zwischenwelle sind bevorzugt koaxial zu der Eingangswelle angeordnet, weisen also zumindest dieselbe Drehachse auf wie diese. Beispielsweise ist die Eingangswelle in der Zwischenwelle drehbar gelagert, ist also wenigstens bereichsweise in dieser aufgenommen.
Die Übersetzung zwischen dem Zahnrad und dem zweiten Stufenplanetenrad kann der Übersetzung zwischen dem ersten Sonnenrad und dem ersten Stufenplanetenrad entsprechen, also mit dieser identisch sein. Vorzugsweise ist jedoch eine von dieser verschiedene Übersetzung zwischen dem Zahnrad und dem zweiten Stufenplanetenrad vorgesehen. Über die Zwischenwelle kann beispielsweise eine externe Einrichtung, insbesondere eine elektrische Maschine, platzsparend angebunden werden, insbesondere sofern die Zwischenwelle und die Eingangswelle koaxial zueinander vorliegen.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine elektrische Maschine mittels einer Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und/oder der Zwischenwelle koppelbar ist. Die elektrische Maschine dient insbesondere der Realisierung der „Torque Vectoring“-Funktionalität. Dies ist der Fall, sofern sie mit der Zwischenwelle gekoppelt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Maschine jedoch mit der Eingangswelle gekoppelt werden oder gekoppelt sein. Ist die elektrische Maschine mit der Eingangswelle gekoppelt, so dient sie dem Bereitstellen eines zusätzlichen Drehmoments an der Eingangswelle, welches mit dem von der Antriebseinrichtung bereitgestellten Antriebsdrehmoment überlagert wird. Das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment kann hierbei positiv oder negativ sein, sodass schlussendlich die elektrische Maschine entweder als Elektromotor oder als Generator betrieben wird.
Mittels der Schalteinrichtung kann die elektrische Maschine mit der Eingangswelle und/oder der Zwischenwelle gekoppelt werden. Vorzugsweise kann mithilfe der Schalteinrichtung also die Wirkbindung zwischen der elektrischen Maschine und der Eingangswelle beziehungsweise der Zwischenwelle wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden. Besonders bevorzugt dient die Schalteinrichtung wahlweise dazu, die elektrische Maschine sowohl von der Eingangswelle als auch der Zwischenwelle zu entkoppeln, sie mit der Eingangswelle zu verbinden oder sie mit der Zwischenwelle zu verbinden. Mit einer derartigen Ausgestaltung der Schalteinrichtung ist ein besonders flexibler Einsatz der elektrischen Maschine möglich.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Maschine in einer ersten Schaltstellung der Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und in einer zweiten Schaltstellung mit der Zwischenwelle drehfest gekoppelt ist. Die Schalteinrichtung ermöglicht insoweit das Einstellen wenigstens zweier Schaltstellungen, nämlich der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung. In der ersten Schaltstellung ist die elektrische Maschine mit der Eingangswelle drehfest gekoppelt und in der zweiten Schaltstellung mit der Zwischenwelle. Besonders bevorzugt ist zudem eine dritte Schaltstellung vorgesehen, in welcher die elektrische Maschine sowohl von der Eingangswelle als auch von der Zwischenwelle entkoppelt ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht die vorstehend beschriebene flexible Verwendung der elektrischen Maschine.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Schalteinrichtung ein mit der Eingangswelle drehfest gekoppeltes erstes Ausgangszahnrad, ein mit der Zwischenwelle drehfest gekoppeltes zweites Ausgangszahnrad und ein mit der elektrischen Maschine drehfest gekoppeltes Eingangszahnrad aufweist, wobei ein Koppelelement der Schalteinrichtung in der ersten Schaltstellung mit dem ersten Ausgangszahnrad und dem Eingangszahnrad kämmt und mit dem zweiten Ausgangszahnrad außer Eingriff steht und in der zweiten Schaltstellung dem zweiten Ausgangszahnrad und dem Eingangszahnrad kämmt und mit dem ersten Ausgangszahnrad außer Eingriff steht. Beispielsweise ist hierzu das Koppelelement in axialer Richtung bezüglich der Drehachse der Eingangswelle verlagerbar, nämlich zumindest zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung. Es wird deutlich, dass das Koppelelement dazu dient, jeweils zwei Zahnräder drehfest miteinander zu koppeln, nämlich in der ersten Schaltstellung das erste Ausgangszahnrad und das Eingangszahnrad und in der zweiten Schaltstellung das zweite Ausgangszahnrad und das Eingangszahnrad. In jeder der Schaltstellungen ist das jeweils andere der Ausgangszahnräder außer Eingriff mit dem Koppelelement.
Beispielsweise sind zumindest die Ausgangszahnräder als Stirnräder ausgestaltet, wohingegen das Eingangszahnrad als Hohlrad oder ebenfalls als Stirnrad vorliegen kann. In ersterem Fall weist das Koppelelement eine Innenverzahnung sowie eine Außenverzahnung auf, in letzterem Fall lediglich eine Innenverzahnung. Die Innenverzahnung kann in jedem Fall entweder mit dem ersten Ausgangszahnrad oder dem zweiten Ausgangszahnrad in Eingriff gebracht werden, in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Koppelelements. Zugleich steht das Koppelelement vorzugsweise permanent in Eingriff mit dem Eingangszahnrad, wobei entweder die Innenverzahnung oder die Außenverzahnung mit diesem kämmt.
Vorstehend wurde bereits drauf hingewiesen, dass besonders bevorzugt die Schalteinrichtung eine dritte Schaltstellung aufweist, in welcher die elektrische Maschine sowohl von der Eingangswelle als auch von der Zwischenwelle entkoppelt ist. In dieser dritten Schaltstellung kämmt beispielsweise das Koppelelement lediglich mit dem Eingangszahnrad oder mit dem Eingangszahnrad und einem Hilfszahnrad, welches frei drehbar gelagert ist, zumindest jedoch von der Eingangswelle und der Zwischenwelle entkoppelt ist.
Zusätzlich oder alternativ kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine über ein Koppelplanetengetriebe mit der Schalteinrichtung, insbesondere dem Eingangszahnrad, gekoppelt ist. Die elektrische Maschine ist insoweit nicht unmittelbar an die Schalteinrichtung angebunden, insbesondere nicht an das Eingangszahnrad. Vielmehr ist in der Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und der Schalteinrichtung beziehungsweise dem Eingangszahnrad das Koppelplanetengetriebe vorgesehen, welches eine Übersetzung zwischen der elektrischen Maschine und der Schalteinrichtung bewirkt.
Das Koppelplanetengetriebe weist beispielsweise ein mit der elektrischen Maschine gekoppeltes Sonnenrad, ein feststehendes Hohlrad sowie einen an die Schalteinrichtung angeschlossenen Planetenradträger auf, an welchem wenigstens ein Planetenrad drehbar gelagert ist, wobei das Planetenrad sowohl mit dem Hohlrad als auch dem Sonnenrad kämmt. Die genannten Verbindungen liegen vorzugsweise starr und/oder permanent vor. Mithilfe des Koppelplanetengetriebes lässt sich die elektrische Maschine besonders einfach auf den jeweiligen Anwendungsfall der Getriebeeinrichtung abstimmen.
Schließlich kann im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Koppelplanetengetriebe zweistufig ist und die elektrische Maschine mit dem Eingangszahnrad und einem weiteren Eingangszahnrad der Schalteinrichtung verbindet. Das Koppelplanetengetriebe ist in anderen Worten einerseits an die elektrische Maschine angeschlossen und andererseits an das Eingangszahnrad und das weitere Eingangszahnrad, sodass bei gegebener Drehzahl der elektrischen Maschine das Eingangszahnrad und das weitere Eingangszahnrad unterschiedliche Drehzahlen aufweisen. Mithin können mithilfe des Koppelplanetengetriebes unterschiedliche Übersetzungen zwischen der elektrischen Maschine und der Schalteinrichtung realisiert sein.
Beispielsweise verfügt das Koppelplanetengetriebe zusätzlich zu den vorstehend genannten Elementen Sonnenrad, Hohlrad und Planetenradträger mit Planetenrad über ein weiteres Sonnenrad und ein weiteres Hohlrad. Das weitere Sonnenrad ist mit dem Sonnenrad drehfest gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent, und insoweit auch mit der elektrischen Maschine. Das Hohlrad ist mit dem weiteren Eingangszahnrad gekoppelt, vorzugsweise ebenfalls starr und/oder permanent. An dem Planetenradträger ist nun ein weiteres Planetenrad drehbar gelagert, welches einerseits mit dem weiteren Sonnenrad und andererseits mit dem weiteren Hohlrad kämmt. Das weitere Planetenrad ist von dem Planetenrad entkoppelt, also unabhängig von diesen an dem Planetenradträger drehbar gelagert.
Zwischen dem Planetenrad und dem Sonnenrad beziehungsweise dem Hohlrad liegt eine erste Übersetzung und zwischen dem weiteren Planetenrad und dem weiteren Sonnenrad beziehungsweise dem weiteren Hohlrad eine zweite Übersetzung. In anderen Worten ist zwischen der elektrischen Maschine und dem Eingangszahnrad die erste Übersetzung und zwischen der elektrischen Maschine und dem weiteren Eingangszahnrad die zweite Übersetzung realisiert. Die Schalteinrichtung ist nun beispielsweise derart ausgestaltet, dass sie auf die vorstehend beschriebene Art und Weise das Eingangszahnrad mit dem ersten Ausgangszahnrad und dem zweiten Ausgangszahnrad wahlweise verbindet oder, optional sowohl das Eingangszahnrad also das weitere Eingangszahnrad von den beiden Ausgangszahnrädern entkoppelt.
In einer vierten Schaltstellung der Schalteinrichtung kann es zusätzlich vorgesehen sein, dass das weitere Eingangszahnrad mit dem ersten Ausgangszahnrad gekoppelt ist, sodass die elektrische Maschine auch in der vierten Schaltstellung mit der Eingangswelle gekoppelt ist. Eine solche Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung ermöglicht zum einen die vorstehend bereits beschriebene „Torque Vectoring“-Funktionalität und zum anderen eine Anbindung der elektrischen Maschine an die Eingangswelle mit einer aus zwei unterschiedlichen Übersetzungen ausgewählten Übersetzung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug in einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer zweiten Ausführungsform, sowie
3 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer dritten Ausführungsform.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Getriebeeinrichtung 1, die hier beispielsweise als Bestandteil eines nicht im Detail dargestellten Kraftfahrzeugs 2 vorgesehen ist. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Radachse 3 mit einer ersten Teilwelle 4 und einer zweiten Teilwelle 5 auf. Die Radachse 3 beziehungsweise die Teilwellen 4 und 5 sind über die Getriebeeinrichtung 1 mittels einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs 2 antreibbar. Die Antriebseinrichtung ist dabei mit einer Eingangswelle 6 der Getriebeeinrichtung 1 wirkverbunden oder zumindest wirkverbindbar. Die erste Teilwelle 4 ist dagegen an eine erste Ausgangswelle 7, die zweite Teilwelle 5 eine zweite Ausgangswelle 8 der Getriebeeinrichtung 1 angeschlossen beziehungsweise mit der jeweiligen Ausgangswelle 7 beziehungsweise 8 wirkverbunden.
Die Wirkverbindung zwischen ersten Teilwelle 4 und der ersten Ausgangswelle 7 ist über ein erstes Getriebe 9, die Wirkverbindung zwischen der zweiten Teilwelle 5 und der zweiten Ausgangswelle 8 über ein zweites Getriebe 10 hergestellt. Die Getriebe 9 und 10 können in Form von Winkelgetrieben vorliegen. Dabei sind sie vorzugweise als Kegelradgetriebe ausgestaltet und verfügen insoweit jeweils über ein erstes Kegelrad 11 beziehungsweise 12 und ein zweites Kegelrad 13 beziehungsweise 14. Es kann gemäß der hier vorliegenden Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1 vorgesehen sein, dass die Teilwellen 4 und 5 beziehungsweise ihre Drehachsen in lateraler beziehungsweise radialer Richtung bezüglich der Drehachsen gegeneinander versetzt sind. Die Teilwellen 4 und 5 können jedoch alternativ auch koaxial zueinander angeordnet sein, also zumindest in Draufsicht miteinander fluchten.
Die Ausgangswellen 7 und 8 können gegenüber den Teilwellen 4 und 5 beziehungsweise der Radachse 3 angewinkelt sein, also unter einem Winkel von größer als 0° und kleiner als 180°, beispielsweise unter einem Winkel von 90°, zu diesen vorliegen. Die entsprechende Umlenkung wird mithilfe der Getriebe 9 und 10, die in Form der Winkelgetriebe vorliegen, realisiert. Selbstverständlich können die Getriebe 9 und 10 alternativ als Stirnradgetriebe ausgeführt sein. Beispielsweise sind hierbei die Ausgangswellen 7 und 8 parallel zu den Teilwellen 4 und 5 angeordnet.
Die Getriebeeinrichtung 1 weist ein Stirnraddifferentialgetriebe 15 auf, über welches die erste Ausgangswelle 7 und die zweite Ausgangswelle 8 permanent mit der Eingangswelle 6 wirkverbunden beziehungsweise gekoppelt sind. Zu diesem Zweck ist das Stirnraddifferentialgetriebe 15 als Planetengetriebe ausgestaltet, das ein erstes Sonnenrad 16, ein zweites Sonnenrad 17 sowie einen Planetenradträger 18 aufweist, an welchem ein erstes Planetenrad 19 und ein zweites Planetenrad 20 jeweils drehbar gelagert sind. Hierbei ist der Planetenradträger 18 mit der Eingangswelle 6 der Getriebeeinrichtung 1 gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent. Das erste Sonnenrad 16 ist hingegen mit der ersten Ausgangswelle 7 und das zweite Sonnenrad 17 mit der zweiten Ausgangswelle 8 gekoppelt, jeweils bevorzugt starr und/oder permanent. Das erste Planetenrad 19 kämmt mit dem zweiten Planetenrad 20, nämlich vorzugsweise permanent. Das erste Planetenrad 19 kämmt zudem mit dem ersten Sonnenrad 16, nicht jedoch mit dem zweiten Sonnenrad 17. Das zweite Planetenrad 20 kämmt hingegen mit dem zweiten Sonnenrad 17, nicht jedoch mit dem ersten Sonnenrad 16.
Das erste Planetenrad 19 ist als erstes Stufenplanetenrad 21 ausgestaltet, das mit einem zweiten Stufenplanetenrad 22 drehfest gekoppelt ist. Die beiden Stufenplanetenräder 21 und 22 sind gemeinsam an dem Planetenradträger 18 drehbar gelagert, wobei sie vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten einer Lagerstelle 23 an dem Planetenradträger 18 vorliegen. Das zweite Stufenplanetenrad 22 ist mit einer Zwischenwelle 24 drehfest gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent. Es ist deutlich zu erkennen, dass die beiden Ausgangswellen 7 und 8 sowie die Eingangswelle 6 und die Zwischenwelle 24 koaxial zueinander angeordnet sind, also dieselbe Drehachse aufweisen. Dabei nimmt die zweite Ausgangswelle 8 die erste Ausgangswelle 7 zumindest bereichsweise auf, ebenso nimmt die Zwischenwelle 24 die Eingangswelle 6 zumindest bereichsweise auf. Besonders hervorzuheben ist zudem, dass das Stirnraddifferentialgetriebe 15 hohlradlos ausgestaltet ist, also nicht über ein Hohlrad verfügt.
Die Getriebeeinrichtung 1 verfügt über eine elektrische Maschine 25, die mittels einer Schalteinrichtung 26 mit der Eingangswelle 6 und/oder der Zwischenwelle 24 koppelbar ist. Hierbei verfügt die Schalteinrichtung 26 über ein Koppelelement 27, das gemäß dem Doppelpfeil 28 in axialer Richtung verlagerbar ist. In der hier dargestellten Ausführungsform weist die Schalteinrichtung 26 ein Eingangszahnrad 29, ein erstes Ausgangszahnrad 30 sowie ein zweites Ausgangszahnrad 31 auf. Weiterhin kann ein Hilfszahnrad 32 vorgesehen sein.
Das Koppelelement 27 ist nun derart ausgestaltet, dass es permanent mit dem Eingangszahnrad 29 der Schalteinrichtung 26 kämmt. In einer ersten Schaltstellung kämmt es zusätzlich mit dem ersten Ausgangszahnrad 30, nicht jedoch mit dem zweiten Ausgangszahnrad 31 und dem Hilfszahnrad 32. In einer zweiten Schaltstellung kämmt es hingegen zusätzlich mit dem zweiten Ausgangszahnrad 31, nicht jedoch mit dem ersten Ausgangszahnrad 30 und dem Hilfszahnrad 32. In einer dritten Schaltstellung kämmt es zusätzlich mit dem Hilfszahnrad 32, nicht jedoch mit den beiden Ausgangszahnrädern 30 und 31.
Das Eingangszahnrad 29 ist mit der elektrischen Maschine 25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das erste Ausgangszahnrad 30 ist fest mit der Eingangswelle 6 und das zweite Ausgangszahnrad 31 fest mit der Zwischenwelle 24 gekoppelt, vorzugsweise ebenfalls starr und/oder permanent. Das Hilfszahnrad 32 ist dagegen sowohl von der Eingangswelle 6 als auch von der Zwischenwelle 24 entkoppelt und insoweit frei drehbar gelagert.
Die Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 25 und der Schalteinrichtung 26 beziehungsweise dem Eingangszahnrad 29 liegt über ein Koppelplanetengetriebe 33 vor. Dieses weist ein Sonnenrad 34, einen Planetenradträger 35 mit drehbar an ihm gelagerten Planetenrad 36 sowie ein Hohlrad 37 auf. Das Sonnenrad ist mit der elektrischen Maschine 25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das Hohlrad 37 ist hingegen feststehend angeordnet. Das Planetenrad 36 kämmt nun sowohl mit dem Sonnenrad 34 als auch mit dem Hohlrad 37. Der Planetenradträger 35 ist mit der Schalteinrichtung 26, insbesondere dem Eingangszahnrad 29 gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent.
Mithilfe der Schalteinrichtung 26 kann die elektrische Maschine 25 entweder mit der Eingangswelle 6 oder mit der Zwischenwelle 24 gekoppelt werden. In ersterem Fall kann die elektrische Maschine 25 ein Drehmoment bereitstellen, welches mit einem von der Antriebseinrichtung bereitgestellten Drehmoment auf der Eingangswelle 6 überlagert wird. Mithilfe der elektrischen Maschine 25 kann in diesem Fall also das Antriebsdrehmoment vergrößert oder verkleinert werden.
In der zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung 26 kann die elektrische Maschine 25 hingegen zur Bereitstellung einer „Torque Vectoring“-Funktionalität herangezogen werden. In dieser kann das an der Eingangswelle 6 anliegende Antriebsdrehmoment durch Bereitstellen eines zusätzlichen Drehmoments mittels der elektrischen Maschine 25 auf die beiden Teilwellen 4 und 5 aufgeteilt werden, nämlich derart, dass sich eine gewünschte Drehmomentverteilung zwischen ihnen einstellt. Das bedeutet, dass mithilfe der elektrischen Maschine 25 das Antriebsdrehmoment frei auf die Ausgangswellen 7 und 8 und mithin auf die Teilwellen 4 und 5 aufteilbar ist.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung 1 in einer zweiten Ausführungsform. Diese ist grundsätzlich ähnlich aufgebaut wie die erste Ausführungsform, sodass nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen und ansonsten auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Die Unterschiede liegen in der Ausgestaltung der Schalteinrichtung 26. Während im Falle der ersten Ausführungsform das Eingangszahnrad 29 als Hohlrad ausgestaltet war, liegt es nun als Stirnrad vor und ist in axialer Richtung gesehen zwischen dem ersten Ausgangszahnrad 30 und dem zweiten Ausgangszahnrad 31 angeordnet. Die Funktionalität ist jedoch identisch zu der Schalteinrichtung 26 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Im Vergleich zu dieser kann das Hilfszahnrad 32 entfallen, was hier der Fall ist.
Die 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. Wiederum wird auf die vorstehenden Ausführungen, insbesondere zu der ersten Ausführungsform, Bezug genommen und nachfolgend auf die Unterschiede hingewiesen. Diese liegen darin, dass das Koppelplanetengetriebe 33 zweistufig ist, sodass die elektrische Maschine 25 über das Koppelplanetengetriebe 33 sowohl mit dem Eingangszahnrad 29 als auch einem weiteren Eingangszahnrad 38 gekoppelt ist, vorzugsweise starr und/oder permanent. Hierzu weist das Koppelplanetengetriebe 33 ein weiteres Sonnenrad 39, ein weiteres Planetenrad 40 und ein weiteres Hohlrad 41 auf.
Das Sonnenrad 39 ist mit dem Sonnenrad 34 und mithin mit der elektrischen Maschine 25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das Planetenrad 40 ist an dem Planetenradträger 35 drehbar gelagert, jedoch unabhängig von dem Planetenrad 36. Das Planetenrad 40 kämmt einerseits mit dem Sonnenrad 39 und andererseits mit dem Hohlrad 41. Das Hohlrad ist drehbar gelagert und mit dem Eingangszahnrad 38 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Die Planetenräder 36 und 40 weisen bevorzugt unterschiedliche Zähnezahlen auf, sodass sich zwischen der elektrischen Maschine 25 und dem Eingangszahnrad 29 eine erste Übersetzung und zwischen der elektrischen Maschine 25 und dem weiteren Eingangszahnrad 38 eine zweite Übersetzung einstellt, wobei die beiden Übersetzungen voneinander verschieden sind.
In Ergänzung zu den vorstehend bereits beschriebenen Schaltstellungen kann nun eine vierte Schaltstellung der Schalteinrichtung 26 vorliegen, in welcher das Koppelelement 27 mit dem Eingangszahnrad 38 anstelle des Eingangszahnrad 29 kämmt, während es gleichzeitig mit dem ersten Ausgangszahnrad 30 kämmt. Entsprechend ist zwischen der elektrischen Maschine 25 und der Eingangswelle 6 eine andere Übersetzung eingestellt als in der ersten Schaltstellung.
Die beschriebene Getriebeeinrichtung 1 weist insbesondere den Vorteil auf, dass das Stirnraddifferentialgetriebe 15 hohlradlos ausgestaltet ist und insoweit mit geringem axialen Bauraum realisierbar ist. Zudem ermöglicht die Schalteinrichtung 26 eine flexible Anbindung der elektrischen Maschine 25, entweder zum Antreiben der Eingangswelle 6 oder zur Bereitstellung der „Torque Vectoring“-Funktionalität durch Antreiben der Zwischenwelle 24.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/066732 A1 [0006]

Claims

Getriebeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (2), die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs (2) wirkverbindbare Eingangswelle (6) sowie eine erste Ausgangswelle (7) und eine zweite Ausgangswelle (8) aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe (15) verfügt, über das die Eingangswelle (6) mit der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnraddifferentialgetriebe (15) ein mit der ersten Ausgangswelle (7) gekoppeltes erstes Sonnenrad (16) und ein mit der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppeltes zweites Sonnenrad (17) aufweist, wobei das erste Sonnenrad (16) mit einem an einem mit der Eingangswelle (6) gekoppelten Planetenradträger (18) drehbar gelagerten ersten Planetenrad (19) kämmt, das mit einem ebenfalls an dem Planetenradträger (18) drehbar gelagerten und mit dem zweiten Sonnenrad (17) kämmenden zweiten Planetenrad (20) kämmt.
Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Planetenrad (19) als ein erstes Stufenplanetenrad (21) vorliegt, das mit einem mit der Eingangswelle (6) und/oder einer elektrischen Maschine (25) koppelbaren zweiten Stufenplanetenrad (22) drehfest gekoppelt ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (6) koaxial zu der ersten Ausgangswelle (7) und/oder der zweiten Ausgangswelle (8) angeordnet ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnraddifferentialgetriebe (15) hohlradlos ausgestaltet ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stufenplanetenrad (22) mit einem Zahnrad kämmt, das mit einer Zwischenwelle (24) drehfest verbunden ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Maschine (25) mittels einer Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und/oder der Zwischenwelle (24) koppelbar ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (25) in einer ersten Schaltstellung der Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und in einer zweiten Schaltstellung mit der Zwischenwelle (24) drehfest gekoppelt ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (26) ein mit der Eingangswelle (6) drehfest gekoppeltes erstes Ausgangszahnrad (30), ein mit der Zwischenwelle (24) drehfest gekoppeltes zweites Ausgangszahnrad (31) und ein mit der elektrischen Maschine (25) drehfest gekoppeltes Eingangszahnrad (29) aufweist, wobei ein Koppelelement (27) der Schalteinrichtung (26) in der ersten Schaltstellung mit dem ersten Ausgangszahnrad (30) und dem Eingangszahnrad (29) kämmt und mit dem zweiten Ausgangszahnrad (31) außer Eingriff steht und in der zweiten Schaltstellung mit dem zweiten Ausgangszahnrad (31) und dem Eingangszahnrad (29) kämmt und mit dem ersten Ausgangszahnrad (30) außer Eingriff steht.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (25) über ein Koppelplanetengetriebe (33) mit der Schalteinrichtung (26), insbesondere dem Eingangszahnrad (29), gekoppelt ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelplanetengetriebe (33) zweistufig ist und die elektrische Maschine (25) mit dem Eingangszahnrad (29) und einem weiteren Eingangszahnrad (38) der Schalteinrichtung (26) verbindet.