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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 zumindest einer der Ausgangswellen gekoppelt ist, wobei das Stirnraddifferentialgetriebe als Getriebeelemente ein Differentialgetriebehohlrad, ein Differentialgetriebesonnenrad und einen Differentialgetriebeplanetenträger aufweist, die koaxial zueinander mit einer gemeinsamen Drehachse angeordnet sind, wobei wenigstens zwei der Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Übersetzungsgetriebe miteinander und/oder mit einer elektrischen Maschine gekoppelt oder koppelbar sind.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2013 214 773 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Hybridantriebseinheit eines Allradfahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor, mindestens einer elektrischen Maschine und einem Getriebe, wobei der Verbrennungsmotor an eine Eingangswelle des Getriebes gekoppelt ist, wobei eine Ausgangswelle des Getriebes an eine erste antreibbare Achse des Allradfahrzeugs gekoppelt ist, und wobei eine erste elektrische Maschine abhängig von der Schaltstellung von Schaltelementen entweder ausschließlich an eine Zwischenwelle des Getriebes und damit über das Getriebe an die erste antreibbare Achse des Allradfahrzeugs oder zusätzlich hierzu beziehungsweise alternativ hierzu an eine zweite antreibbare Achse des Allradfahrzeugs gekoppelt ist.
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Aus der Druckschrift
US 2014 / 0 256 490 A1 ist eine Antriebseinrichtung bekannt, die Verluste vermeidet, eine Verkleinerung ermöglicht und eine Montierbarkeit der Antriebseinrichtung verbessert. In der Antriebseinrichtung stehen die Drehzahlen eines dritten, eines zweiten und eines ersten Sonnenrades und eines Trägerelements in einem kollinearen Zusammenhang miteinander und sind in einem kollinearen Diagramm in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei das kollineare Diagramm den Zusammenhang zwischen den Drehzahlen darstellt. Weiterhin sind das dritte Sonnenrad und das Trägerelement mit einem ersten und einem zweiten Drehmomenterzeuger verbunden und dazu ausgebildet, positive beziehungsweise negative Drehmomente zu erzeugen, und das zweite und das erste Sonnenrad sind mit je einer von zwei drehbaren Wellen verbunden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Getriebeeinrichtungen Vorteile aufweist, insbesondere trotz äußerst kompakter Bauform flexibel betreibbar ist und vorzugsweise eine „Torque Vectoring“-Funktionalität zwischen den beiden Ausgangswellen realisiert.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Eingangswelle mit dem Differentialgetriebeplanetenträger, die erste Ausgangswelle mit dem Differentialgetriebehohlrad und die zweite Ausgangswelle über den Differentialgetriebeplanetenträger mit der Eingangswelle drehfest verbunden ist, oder dass die Eingangswelle mit dem Differentialgetriebeplanetenträger, die erste Ausgangswelle mit dem Differentialgetriebesonnenrad und die zweite Ausgangswelle mit dem Differentialgetriebehohlrad drehfest verbunden ist, oder dass die Eingangswelle mit dem Differentialgetriebehohlrad und die zweite Ausgangswelle mit dem Differentialgetriebeplanetenträger drehfest verbunden ist, wobei die Eingangswelle und die erste Ausgangswelle als gemeinsame Welle ausgestaltet sind.
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Grundsätzlich ist vorgesehen, dass wenigstens zwei der Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Übersetzungsgetriebe miteinander und/oder mit einer elektrischen Maschine gekoppelt oder koppelbar sind.
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Die Getriebeeinrichtung dient dem Übertragen eines Drehmoments beziehungsweise Antriebsdrehmoments zwischen der Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs einerseits sowie wenigstens einer Radachse des Kraftfahrzeugs andererseits. Über die Getriebeeinrichtung ist insoweit die wenigstens eine Radachse mit der Antriebseinrichtung wirkverbunden beziehungsweise zumindest wirkverbindbar. Die wenigstens eine Radachse liegt entsprechend als angetriebene Radachse vor. Sie kann insbesondere als Vorderradachse oder als Hinterradachse des Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein.
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Beispielsweise ist über die Getriebeeinrichtung lediglich eine einzige Radachse des Kraftfahrzeugs antreibbar. In diesem Fall dient die Getriebeeinrichtung insbesondere dem Aufteilen des von der Antriebseinrichtung bereitgestellten Antriebsdrehmoments auf unterschiedliche Teilachsen dieser Radachse, wobei über jede der Teilachsen wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs antriebstechnisch mit der Getriebeeinrichtung und entsprechend der Antriebseinrichtung gekoppelt oder zumindest koppelbar ist. Die Getriebeeinrichtung dient insoweit als Achsdifferentialgetriebe. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass über die Getriebeeinrichtung mehrere Radachsen antriebstechnisch an die Antriebseinrichtung angeschlossen sind. In diesem Fall dient die Getriebeeinrichtung als Mittendifferentialgetriebe der Aufteilung des Antriebsdrehmoments auf die unterschiedlichen Radachsen. Die Radachsen liegen beispielsweise als Vorderradachse und als Hinterradachse vor.
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Die Getriebeeinrichtung weist die Eingangswelle sowie die erste Ausgangswelle und die zweite Ausgangswelle auf. Die Eingangswelle der Getriebeeinrichtung ist an die Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs antriebstechnisch angeschlossen, vorzugsweise über ein Schaltgetriebe und/oder über 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 der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden.
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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. Besonders bevorzugt ist die erste Ausgangswelle permanent und/oder starr mit der zweiten Teilwelle gekoppelt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die erste Ausgangswelle mit einer ersten Radachse, insbesondere über das erste Getriebe, und die zweite Ausgangswelle mit einer zweiten Radachse, insbesondere über das zweite Getriebe, wirkverbindbar oder wirkverbunden ist. Wiederum ist bevorzugt die erste Ausgangswelle permanent und/oder starr mit der ersten Radachse und die zweite Ausgangswelle permanent und/oder starr mit der zweiten Radachse gekoppelt. Das erste Getriebe und das zweite Getriebe können jeweils als Tellerradgetriebe ausgestaltet sein, sodass die Drehachsen der beiden Teilwellen beziehungsweise der beiden Radachsen jeweils gegenüber den Drehachsen der Ausgangswellen angewinkelt sind, also einen Winkel mit ihnen einschließen, der größer als 0° und kleiner als 180° ist.
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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 eines der Antriebsaggregate beispielsweise als Brennkraftmaschine und 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 das auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichtete Antriebsdrehmoment gemeinsam bereitstellen.
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Die Eingangswelle der Getriebeeinrichtung ist über das Stirnraddifferentialgetriebe, welches als Planetengetriebe vorliegt, mit der wenigstens einen der Ausgangswellen gekoppelt, insbesondere permanent. Vorzugsweise ist die Eingangswelle über das Stirnraddifferentialgetriebe mit der zweiten Ausgangswelle gekoppelt. Über das Stirnraddifferentialgetriebe ist bevorzugt eine Drehmoment aufteilende Kopplung der Wellen realisiert, sodass das an der Eingangswelle bereitgestellte Antriebsdrehmoment mithilfe des Stirnraddifferentialgetriebes auf die erste Ausgangswelle und die zweite Ausgangswelle aufgeteilt werden kann beziehungsweise aufgeteilt wird. Das Stirnraddifferentialgetriebe ist ein Differentialgetriebe, welches mehrere miteinander kämmende Stirnräder aufweist. Ganz allgemein arbeitet das Stirnraddifferentialgetriebe als Differentialgetriebe beziehungsweise Ausgleichsgetriebe.
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Das Stirnraddifferentialgetriebe weist den Differentialgetriebeplanetenträger auf, an welchem wenigstens ein Planetenrad drehbar gelagert ist. Über das Planetenrad ist eine Wirkverbindung zwischen dem Differentialgetriebehohlrad, dem Differentialgetriebesonnenrad und dem Differentialgetriebeplanetenträger hergestellt. Das Differentialgetriebehohlrad, das Differentialgetriebesonnenrad und der Differentialgetriebeplanetenräder stellen Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes dar. Sie sind koaxial zueinander mit der gemeinsamen Drehachse angeordnet, wobei die Drehachse vorzugsweise mit der Drehachse der Eingangswelle, der Drehachse der ersten Ausgangswelle und/oder der Drehachse der zweiten Ausgangswelle übereinstimmt.
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Um einen besonders flexiblen Betrieb der Getriebeeinrichtung zu realisieren, ist das Übersetzungsgetriebe Bestandteil der Getriebeeinrichtung. Das Übersetzungsgetriebe ist als Planetengetriebe ausgestaltet und verfügt insoweit über ein Übersetzungsgetriebehohlrad, ein Übersetzungsgetriebesonnenrad und einen Übersetzungsgetriebeplanetenträger. An dem Übersetzungsgetriebeplanetenträger ist ein Übersetzungsgetriebeplanetenrad drehbar gelagert. Vorzugsweise kämmt das Übersetzungsgetriebeplanetenrad sowohl mit dem Übersetzungsgetriebehohlrad als auch dem Übersetzungsgetriebesonnenrad. Das Übersetzungsgetriebehohlrad, das Übersetzungsgetriebesonnenrad und der Übersetzungsgetriebeplanetenträger stellen wiederum Getriebeelemente des Übersetzungsgetriebes dar.
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Es ist nun vorgesehen, dass wenigstens zwei der Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes über das Übersetzungsgetriebe miteinander gekoppelt oder zumindest koppelbar sind. Das bedeutet, dass die beiden Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes mit unterschiedlichen Getriebeelementen des Übersetzungsgetriebes gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent gekoppelt oder koppelbar, insbesondere starr koppelbar, sind. Beispielsweise ist also ein erstes der Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes mit einem ersten der Getriebeelemente des Übersetzungsgetriebes gekoppelt oder koppelbar. Zusätzlich ist ein zweites der Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes mit einem zweiten der Getriebeelemente des Übersetzungsgetriebes gekoppelt oder koppelbar, sodass die Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes über das Übersetzungsgetriebe miteinander in Wirkverbindung stehen oder in Wirkverbindung gebracht werden können. Es ist also beispielsweise nicht vorgesehen, die Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes mit demselben Getriebeelement des Übersetzungsgetriebes zu koppeln.
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Zusätzlich oder alternativ sind die wenigstens zwei der Getriebeelemente über das Übersetzungsgetriebe mit der elektrischen Maschine gekoppelt oder koppelbar. Beispielsweise dient hier als Grundlage die vorstehend beschriebene Ausgestaltung, bei welcher ein erstes der Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes antriebstechnisch an ein erstes der Getriebeelemente des Übersetzungsgetriebes angeschlossen ist und weiterhin ein zweites der Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes antriebstechnisch an ein zweites Getriebeelement des Übersetzungsgetriebes angeschlossen ist. Zusätzlich ist es nun beispielsweise vorgesehen, dass die elektrische Maschine mit dem ersten Getriebeelement des Übersetzungsgetriebes, dem zweiten Getriebeelement des Übersetzungsgetriebes oder einem dritten Getriebeelement des Übersetzungsgetriebes gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent gekoppelt, insbesondere starr koppelbar, ist.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein erstes der Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes wahlweise mit einem ersten Getriebeelement des Übersetzungsgetriebes oder einem zweiten Getriebeelement des Übersetzungsgetriebes gekoppelt beziehungsweise koppelbar ist, wohingegen ein zweites Getriebeelement des Stirnraddifferentialgetriebes permanent mit einem dritten Getriebeelement des Übersetzungsgetriebes gekoppelt ist, insbesondere starr. Es kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine permanent mit dem zweiten Getriebeelement des Übersetzungsgetriebes gekoppelt ist, sodass sie also wahlweise, insbesondere unter Umgehung des Übersetzungsgetriebes, mit dem ersten Getriebeelement des Stirnraddifferentialgetriebes gekoppelt beziehungsweise koppelbar ist.
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Die beschriebene Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung ermöglicht einen besonders flexiblen Betrieb. So kann beispielsweise die elektrische Maschine - falls sie vorgesehen ist - unmittelbar zum Antreiben einer der Ausgangswellen herangezogen werden. Zudem ist es möglich, mithilfe der elektrischen Maschine die „Torque Vectoring“-Funktionalität umzusetzen. Gleichzeitig kann durch die Verwendung der beiden Planetengetriebe, also des Stirnraddifferentialgetriebes und des Übersetzungsgetriebes, eine besonders kompakte Ausgestaltung erzielt werden. Selbstverständlich kann es vorgesehen sein, dass zumindest eine der Ausgangswellen über eine Schaltkupplung an die entsprechende Radachse beziehungsweise Teilachse antriebstechnisch angeschlossen ist. Mithilfe dieser Schaltkupplung kann die Ausgangswelle wahlweise mit dieser gekoppelt oder von ihr entkoppelt werden. Besonders bevorzugt ist dies für lediglich eine der Ausgangswellen realisiert. Selbstverständlich kann es jedoch für beide Ausgangswellen umgesetzt sein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Stirnraddifferentialgetriebe ein Einfachplanetengetriebe ist, wobei an dem Differentialgetriebeplanetenträger ein Differentialgetriebeplanetenrad drehbar gelagert ist, das sowohl mit dem Differentialgetriebehohlrad als auch dem Differentialgetriebesonnenrad kämmt, oder dass das Differentialgetriebe ein Doppelplanetengetriebe ist, wobei an dem Differentialgetriebeplanetenträger ein erstes Differentialgetriebeplanetenrad und ein zweites Differentialgetriebeplanetenrad drehbar gelagert sind, wobei das erste Differentialgetriebeplanetenrad mit dem Differentialgetriebehohlrad und dem zweiten Differentialgetriebeplanetenrad kämmt und das zweite Differentialgetriebeplanetenrad mit dem Differentialgetriebesonnenrad und dem ersten Differentialgetriebeplanetenrad kämmt.
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Im Falle des Einfachplanetengetriebes sind insoweit das Differentialgetriebehohlrad und das Differentialgetriebesonnenrad über das wenigstens eine Differentialgetriebeplanetenrad antriebstechnisch miteinander verbunden. Während selbstverständlich lediglich ein einziges Differentialgetriebeplanetenrad vorliegen kann, sind bevorzugt mehrere Differentialgetriebeplanetenräder an dem Differentialgetriebeplanetenträger drehbar gelagert, die jeweils sowohl mit dem Differentialgetriebehohlrad als auch dem Differentialgetriebesonnenrad kämmen.
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Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass anstelle des Differentialgetriebeplanetenrads wenigstens ein erstes Differentialgetriebeplanetenrad und wenigstens ein zweites Differentialgetriebeplanetenrad vorliegen, welche miteinander kämmen. Das wenigstens eine erste Differentialgetriebeplanetenrad kämmt mit dem Differentialgetriebehohlrad und dem wenigstens einen zweiten Differentialgetriebeplanetenrad, das wenigstens eine zweite Differentialgetriebeplanetenrad mit dem Differentialgetriebesonnenrad und dem wenigstens einen ersten Differentialgetriebeplanetenrad. Besonders bevorzugt weist das Stirnraddifferentialgetriebe ebenso viele erste Differentialgetriebeplanetenräder wie zweite Differentialgetriebeplanetenräder und umgekehrt auf.
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Mit anderen Worten kann das Stirnraddifferentialgetriebe als Einfachplanetengetriebe oder als Doppelplanetengetriebe ausgestaltet sein. Falls im Rahmen dieser Beschreibung von dem Differentialgetriebeplanetenrad, dem ersten Differentialgetriebeplanetenrad beziehungsweise dem zweiten Differentialgetriebeplanetenrad die Rede ist, so sind die Ausführungen stets auf das wenigstens eine Differentialgetriebeplanetenrad, das wenigstens eine erste Differentialgetriebeplanetenrad beziehungsweise das wenigstens eine zweite Differentialgetriebeplanetenrad bezogen, sofern nicht auf das Gegenteil hingewiesen wird.
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Die Erfindung sieht vor, dass die Eingangswelle mit dem Differentialgetriebeplanetenträger, die erste Ausgangswelle mit dem Differentialgetriebehohlrad und die zweite Ausgangswelle über den Differentialgetriebeplanetenträger mit der Eingangswelle drehfest verbunden ist, oder dass die Eingangswelle mit dem Differentialgetriebeplanetenträger, die erste Ausgangswelle mit dem Differentialgetriebesonnenrad und die zweite Ausgangswelle mit dem Differentialgetriebehohlrad drehfest verbunden ist, oder dass die Eingangswelle mit dem Differentialgetriebehohlrad und die zweite Ausgangswelle mit dem Differentialgetriebeplanetenträger drehfest verbunden ist, wobei die Eingangswelle und die erste Ausgangswelle als gemeinsame Welle ausgestaltet sind. Es können insoweit zwei unterschiedliche Bauformen der Getriebeeinrichtung unterschieden werden.
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Bei der ersten Bauform ist eine drehfeste Verbindung jeweils zwischen der Eingangswelle und dem Differentialgetriebeplanetenträger, zwischen der ersten Ausgangswelle und dem Differentialgetriebehohlrad und zwischen der zweiten Ausgangswelle und dem Differentialgetriebeplanetenträger hergestellt. Die Eingangswelle, die erste Ausgangswelle und die zweite Ausgangswelle sind hierbei besonders bevorzugt koaxial zueinander angeordnet. Beispielsweise ist hierbei die Eingangswelle als Hohlwelle ausgebildet, welche die erste Ausgangswelle in sich aufnimmt.
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Die erste Ausgangswelle durchgreift also die Eingangswelle in axialer Richtung zumindest teilweise oder sogar vollständig. Beispielsweise ist die erste Ausgangswelle hierbei an der Eingangswelle gelagert, insbesondere mithilfe eines Lagers. Das Lager greift insoweit in radialer Richtung außen an einem Innenumfang der Eingangswelle und in radialer Richtung innen an einem Außenumfang der ersten Ausgangswelle zur Lagerung der ersten Ausgangswelle an der Eingangswelle an. Das Lager kann beispielsweise als Wälzlager oder Gleitlager ausgestaltet sein.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die erste Ausgangswelle und die zweite Ausgangswelle in axialer Richtung bezüglich ihrer Drehachsen beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei - im Längsschnitt gesehen - sich die erste Ausgangswelle ausgehend von dem Stirnraddifferentialgetriebe in eine erste Richtung und die zweite Ausgangswelle in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung erstreckt. In der ersten Bauform ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Getriebeeinrichtung als Heckgetriebe vorliegt und insoweit in einem Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Eingangswelle an die Antriebseinrichtung, die erste Ausgangswelle an eine erste der Radachsen, insbesondere die Vorderradachse, und die zweite Ausgangswelle an eine zweite der Radachsen, insbesondere die Hinterradachse, antriebstechnisch angeschlossen, also jeweils nicht über die Getriebeeinrichtung beziehungsweise das Stirnraddifferentialgetriebe.
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Eine Variation der ersten Bauform sieht hingegen vor, dass die Eingangswelle mit dem Differentialgetriebeplanetenträger, die erste Ausgangswelle mit dem Differentialgetriebesonnenrad und die zweite Ausgangswelle mit dem Differentialgetriebehohlrad drehfest verbunden ist. Die weiteren Ausführungen zu der ersten Bauform können wahlweise auch für die Variation herangezogen werden. Bei der Variation der ersten Bauform wird eine effektive Drehmomentaufteilung bereits mittels des Stirnraddifferentials erzielt. Hierbei sind die Eingangswelle und die zweite Ausgangswelle lediglich über das Stirnraddifferentialgetriebe beziehungsweise dessen wenigstens eine Differentialgetriebeplanetenrad miteinander verbunden, also insbesondere nicht starr.
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Bei der zweiten Bauform ist eine drehfeste Verbindung jeweils zwischen der Eingangswelle und dem Differentialgetriebehohlrad und zwischen der zweiten Ausgangswelle und dem Differentialgetriebeplanetenträger ausgebildet. Vorzugsweise sind hierbei die Eingangswelle und die zweite Ausgangswelle koaxial zueinander angeordnet. Die erste Ausgangswelle ist hingegen mit der Eingangswelle als gemeinsame Welle ausgestaltet. Das bedeutet, dass die Eingangswelle und die erste Ausgangswelle als eine einzige Welle vorliegen. In der zweiten Bauform ist die Getriebeeinrichtung beispielsweise als Frontgetriebe ausgestaltet und dient bevorzugt der permanenten Anbindung einer der Radachsen und der wahlweisen Anbindung einer anderen der Radachsen.
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Insoweit ist zum Beispiel die gemeinsame Welle sowohl mit dem Antriebsaggregat als auch wenigstens einer Radachse des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Vorderradachse, gekoppelt beziehungsweise koppelbar. Beispielsweise ist die gemeinsame Welle permanent mit der Radachse antriebstechnisch verbunden, wohingegen die Antriebseinrichtung mit der gemeinsamen Welle koppelbar und hierbei zumindest zeitweise von ihr antriebstechnisch entkoppelt ist. Die beschriebene Ausgestaltung ermöglicht eine besonders flexible Anbindung der Eingangswelle, der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle aneinander.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Eingangswelle und zumindest eine der Ausgangswellen, insbesondere beide Ausgangswellen, koaxial zueinander angeordnet sind. Auf diese Ausgestaltung wurde vorstehend bereits hingewiesen. Die koaxiale Anordnung ermöglicht eine besonders platzsparende Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein erstes Getriebeelement des Stirnraddifferentialgetriebes über eine erste Getriebestufe und ein zweites Getriebeelement des Stirnraddifferentialgetriebes über eine zweite Getriebestufe mit einer das Übersetzungsgetriebe aufweisenden Schaltkupplungseinrichtung antriebstechnisch verbunden sind. Die beiden Getriebestufen sind vorzugsweise als Stirnradgetriebestufen ausgestaltet, sodass das Übersetzungsgetriebe versetzt zu dem Stirnraddifferentialgetriebe angeordnet ist, insbesondere achsparallel versetzt. Hierdurch wird eine kompakte Ausgestaltung der beiden Getriebe realisiert.
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Über die beiden Getriebestufen sind die Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes zunächst antriebstechnisch an die Schaltkupplungseinrichtung angeschlossen. Die Schaltkupplungseinrichtung weist das Übersetzungsgetriebe auf. Vorzugsweise sind das erste Getriebeelement und das zweite Getriebeelement des Stirnraddifferentialgetriebes über die beiden Getriebestufen an das Übersetzungsgetriebe derart antriebstechnisch angeschlossen, dass sie mit unterschiedlichen Getriebeelementen des Übersetzungsgetriebes wirkverbunden oder zumindest wirkverbindbar sind. Die beiden Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes sollen insoweit über die Getriebestufen mit unterschiedlichen Getriebeelementen des Übersetzungsgetriebes gekoppelt oder koppelbar sein. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen.
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Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltkupplungseinrichtung eine Schaltkupplung mit einem drehfest mit dem ersten Getriebeelement gekoppelten ersten Schaltelement, einem mit der elektrischen Maschine und dem Übersetzungsgetriebesonnenrad drehfest gekoppelten zweiten Schaltelement und einem mit dem Übersetzungsgetriebehohlrad drehfest gekoppelten dritten Schaltelement aufweist. Die Schaltelemente sind wahlweise miteinander koppelbar. Beispielsweise ist also das erste Schaltelement mit dem zweiten Element gekoppelt und von dem dritten Schaltelement entkoppelt, sowohl von dem zweiten Schaltelement als auch von dem dritten Schaltelement entkoppelt oder von dem zweiten Schaltelement entkoppelt und mit dem dritten Schaltelement gekoppelt.
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Hierzu können an der Schaltkupplung unterschiedliche Schalteinstellungen eingestellt werden. Das erste Schaltelement ist nun drehfest mit dem ersten Getriebeelement des Stirnraddifferentialgetriebes gekoppelt, insbesondere permanent. Das zweite Schaltelement ist mit dem Übersetzungsgetriebesonnenrad und der elektrischen Maschine drehfest gekoppelt, wobei die Kopplung zwischen dem zweiten Schaltelement einerseits und der elektrischen Maschine und/oder dem Übersetzungsgetriebesonnenrad andererseits vorzugsweise permanent ist. Das dritte Schaltelement schließlich steht in drehfester Verbindung mit dem Übersetzungsgetriebehohlrad, vorzugsweise ebenfalls permanent. Mithilfe der Schaltkupplung ist ein flexibles Koppeln des Übersetzungsgetriebes mit dem Stirnraddifferentialgetriebe möglich.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Übersetzungsgetriebeplanetenträger drehfest mit dem zweiten Getriebeelement gekoppelt ist. Das zweite Getriebeelement des Stirnraddifferentialgetriebes ist insoweit starr mit dem Übersetzungsgetriebeplanetenträger verbunden, vorzugsweise permanent. Das Übersetzungsgetriebehohlrad sowie das Übersetzungsgetriebesonnenrad sind hingegen lediglich wahlweise mit dem ersten Getriebeelement des Stirnraddifferentialgetriebes gekoppelt beziehungsweise koppelbar. Hierdurch wird ein flexibler Betrieb der Getriebeeinrichtung ermöglicht.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das erste Getriebeelement der Differentialgetriebeplanetenträger oder das Differentialgetriebehohlrad ist, und/oder dass das zweite Getriebeelement das Differentialgetriebesonnenrad oder das Differentialgetriebehohlrad ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung kann, insbesondere mithilfe der elektrischen Maschine, eine besonders effektive Aufteilung des an der Eingangswelle anliegenden Antriebsdrehmoments auf die erste Ausgangswelle und die zweite Ausgangswelle erzielt werden.
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Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Getriebestufe und die zweite Getriebestufe verschiedene Übersetzungen aufweisen. Die unterschiedlich gewählten Übersetzungen der beiden Getriebestufen ermöglichen wiederum auf besonders effektive Art und Weise die Realisierung der „Torque Vectoring“-Funktionalität. Vorzugsweise werden die Übersetzungen der Getriebestufen in Abhängigkeit von der Übersetzung des Übersetzungsgetriebes gewählt. Vorzugsweise sind die Übersetzungen derart festgelegt, dass bei identischen Drehzahlen der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle das Übersetzungsgetriebesonnenrad stillsteht, insbesondere falls das erste Getriebeelement des Stirnraddifferentialgetriebes mit dem Übersetzungsgetriebehohlrad starr gekoppelt ist. Hierdurch wird ein Energiebedarf der elektrischen Maschine minimiert, sodass die Getriebeeinrichtung äußerst effizient arbeitet.
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Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das erste Schaltelement in einer ersten Schalteinstellung der Schaltkupplung mit dem zweiten Schaltelement drehfest gekoppelt und von dem dritten Schaltelement entkoppelt ist, in einer zweiten Schalteinstellung von dem zweiten Schaltelement und dem dritten Schaltelement entkoppelt ist und in einer dritten Schalteinstellung von dem zweiten Schaltelement entkoppelt und mit dem dritten Schaltelement gekoppelt ist. Das bedeutet schlussendlich, dass das erste Schaltelement mit jedem der weiteren Schaltelemente drehfest gekoppelt und zudem mit diesen außer Eingriff gebracht werden kann. Die drehfeste Kopplung zwischen den Schaltelementen wird vorzugsweise durch eine Ausgestaltung der Schaltkupplung als formschlüssige Schaltkupplung erzielt. Beispielsweise sind die Schaltelemente als Zahnräder, insbesondere als Stirnräder, ausgestaltet, deren Verzahnungen zumindest zeitweise mit einer Gegenverzahnung einer Schaltmuffe kämmen. Die Realisierung der unterschiedlichen Schalteinstellungen ermöglicht einen besonders flexiblen Betrieb der Getriebeeinrichtung.
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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.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Getriebeeinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug in einer ersten Ausführungsform. Die Getriebeeinrichtung 1 verfügt über eine Eingangswelle 2, eine erste Ausgangswelle 3 sowie über eine zweite Ausgangswelle 4. Die Eingangswelle 2 ist an eine Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs antriebstechnisch angeschlossen, vorzugsweise über ein Gangwechselgetriebe. Die Getriebeeinrichtung 1 verfügt über ein Stirnraddifferentialgetriebe 5, über das die Eingangswelle 2 mit zumindest einer der Ausgangswellen 3 und 4 gekoppelt ist.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Eingangswelle 2 über das Stirnraddifferentialgetriebe 5 mit der ersten Ausgangswelle 3 gekoppelt. Die zweite Ausgangswelle 4 ist hingegen starr mit der Eingangswelle 2 verbunden, allerdings ebenfalls über das Stirnraddifferentialgetriebe 5. Vorzugsweise ist die erste Ausgangswelle 3 an eine Vorderradachse des Kraftfahrzeugs antriebstechnisch angeschlossen, wohingegen die zweite Ausgangswelle 4 an eine Hinterradachse des Kraftfahrzeugs antriebstechnisch angeschlossen ist.
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Das Stirnraddifferentialgetriebe 5 weist ein Differentialgetriebehohlrad 6, ein Differentialgetriebesonnenrad 7 sowie einen Differentialgetriebeplanetenträger 8 auf. An dem Differentialgetriebeplanetenträger 8 sind ein erstes Differentialgetriebeplanetenrad 9 sowie ein zweites Differentialgetriebeplanetenrad 10 jeweils drehbar gelagert. Das erste Differentialgetriebeplanetenrad 9 kämmt mit dem Differentialgetriebehohlrad 6 und dem zweiten Differentialgetriebeplanetenrad 10, wohingegen es von dem Differentialgetriebesonnenrad 7 beabstandet ist. Das zweite Differentialgetriebeplanetenrad 10 kämmt mit dem Differentialgetriebesonnenrad 7 und dem ersten Differentialgetriebeplanetenrad 9, wohingegen es von dem Differentialgetriebehohlrad 6 beabstandet ist. Das Stirnraddifferentialgetriebe 5 liegt insoweit als Doppelplanetengetriebe vor.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Differentialgetriebeplanetenträger 8 sowohl mit der Eingangswelle 2 als auch mit der zweiten Ausgangswelle 4 starr und permanent verbunden. Hierbei greift vorzugsweise die Eingangswelle 2 einerseits und die zweite Ausgangswelle 4 andererseits an dem Differentialgetriebeplanetenträger 8 an, sodass die Eingangswelle 2 und die zweite Ausgangswelle 4 über den Differentialgetriebeplanetenträger 8 und mithin über das Stirnraddifferentialgetriebe 5 miteinander verbunden sind. Es ist erkennbar, dass die Eingangswelle 2 als Hohlwelle ausgestaltet ist und die erste Ausgangswelle 3 in der Eingangswelle 2 angeordnet ist. Zudem ist die erste Ausgangswelle 3 mittels eines Lagers 11 an der Eingangswelle 2 gelagert.
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Das Differentialgetriebehohlrad 6, das Differentialgetriebesonnenrad 7 sowie der Differentialgetriebeplanetenträger 8 stellen Getriebeelemente des Stirnraddifferentialgetriebes 5 dar. Zwei dieser Getriebeelement 6, 7 und 8, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Differentialgetriebeplanetenträger 8 sowie das Differentialgetriebesonnenrad 7, sind über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Übersetzungsgetriebe 12 miteinander und/oder mit einer elektrischen Maschine 13 gekoppelt oder koppelbar. Die elektrische Maschine 13 ist zusammen mit einer zu ihrer Ansteuerung vorgesehenen Leistungselektronik 14 in axialer Richtung in Überdeckung mit der Eingangswelle 2 angeordnet.
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Das Übersetzungsgetriebe 12 weist ein Übersetzungsgetriebehohlrad 15, ein Übersetzungsgetriebesonnenrad 16 und einen Übersetzungsgetriebeplanetenträger 17 auf. An dem Übersetzungsgetriebeplanetenträger 17 ist wenigstens ein Übersetzungsgetriebeplanetenrad 18 drehbar gelagert, das sowohl mit dem Übersetzungsgetriebehohlrad 15 als auch mit dem Übersetzungsgetriebesonnenrad 16 kämmt. Es ist erkennbar, dass das Übersetzungsgetriebesonnenrad 16 antriebstechnisch an die elektrische Maschine 13 angeschlossen ist, vorzugsweise über eine Getriebestufe 19, welche vorzugsweise als Stirnradgetriebestufe vorliegt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine 13 starr und permanent mit dem Übersetzungsgetriebesonnenrad 16 gekoppelt.
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Das Übersetzungsgetriebe 12 ist zusammen mit einer Schaltkupplung 20 Bestandteil einer Schaltkupplungseinrichtung 21. Die Schaltkupplung 20 weist ein erstes Schaltelement 22, ein zweites Schaltelement 23 sowie ein drittes Schaltelement 24 auf. Die Schaltelemente 22, 23 und 24 sind miteinander koppelbar, nämlich mittels eines Kupplungselements 25. Das Kupplungselement 25 weist beispielsweise eine Innenverzahnung auf, welche in unterschiedlichen Stellungen des Kupplungselements 25 mit einer Außenverzahnung des ersten Schaltelements 22, einer Außenverzahnung des zweiten Schaltelements 23 und/oder einer Außenverzahnung des dritten Schaltelements 24 kämmt.
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Das erste Schaltelement 22 ist über eine Zwischenwelle 26 antriebstechnisch mit dem Differentialgetriebeplanetenträger 8 gekoppelt, nämlich über eine erste Getriebestufe 27, welche vorzugsweise als Stirnradgetriebestufe ausgestaltet ist. Das zweite Schaltelement 23 ist starr und permanent mit dem Übersetzungsgetriebesonnenrad 16 und - vorzugsweise über die Getriebestufe 19 - mit der elektrischen Maschine 13 verbunden. Das dritte Schaltelement 24 hingegen ist starr und permanent mit dem Übersetzungsgetriebehohlrad 15 gekoppelt. Weiterhin ist der Übersetzungsgetriebeplanetenträger 17 über eine zweite Getriebestufe 28 mit dem Differentialgetriebesonnenrad 7 gekoppelt, vorzugsweise starr und permanent.
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Für die Schaltkupplung 20 ist eine erste Schalteinstellung dargestellt, in welcher das erste Schaltelement 22 mit dem zweiten Schaltelement 23 drehfest gekoppelt und von dem dritten Schaltelement 24 entkoppelt ist. In dieser ersten Schalteinstellung ist die elektrische Maschine 13 drehfest mit der Eingangswelle 2 verbunden. Mithilfe der elektrischen Maschine 13 ist also die Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs unterstützbar. Alternativ kann die elektrische Maschine 13 zur Bereitstellung von elektrischer Energie mithilfe der Antriebseinrichtung angetrieben werden. In einer zweiten Schalteinstellung ist das erste Schaltelement 22 sowohl von dem zweiten Schaltelement 23 als auch von dem dritten Schaltelement 24 entkoppelt. In der zweiten Schalteinstellung ist die elektrische Maschine 13 von der Eingangswelle 2 sowie den Ausgangswellen 3 und 4 entkoppelt.
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In einer dritten Schalteinstellung ist das erste Schaltelement 22 von dem zweiten Schaltelement 23 entkoppelt und mit dem dritten Schaltelement 24 starr gekoppelt. In der dritten Schalteinstellung kann mithilfe der elektrischen Maschine 13 das an der Eingangswelle 2 bereitgestellte Antriebsdrehmoment auf die erste Ausgangswelle 3 und die zweite Ausgangswelle 4 aufgeteilt werden. Vorzugsweise sind hierzu die Übersetzungen der Getriebestufen 27 und 28 derart gewählt, dass bei einer Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl der ersten Ausgangswelle 3 und der Drehzahl der zweiten Ausgangswelle 4 von Null das Übersetzungsgetriebesonnenrad 16 stillsteht, sodass entsprechend die elektrische Maschine 13 nicht betrieben werden muss.
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Alternativ können die Übersetzungen der Getriebestufen 27 und 28 und/oder des Übersetzungsgetriebes 12 derart gewählt werden, dass die elektrische Maschine 13 auch bei einer Drehzahldifferenz zwischen den Ausgangswellen 3 und 4 von gleich Null eine von Null verschiedene Drehzahl aufweist. Hierdurch kann bei der dritten Schalteinstellung der Schaltkupplung 20 ein generatorischer oder motorischer Betrieb der elektrischen Maschine 13 erzielt werden. Auch ein in unterschiedlichen Betriebspunkten generatorischer oder motorischer Betrieb ist realisierbar.
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Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1. Diese basiert grundsätzlich auf der ersten Ausführungsform. Es wird daher auf die Ausführungen zu der ersten Ausführungsform verwiesen und nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Eingangswelle 2 - wie bereits für die erste Ausführungsform beschrieben - mit dem Differentialgetriebeplanetenträger 8 gekoppelt ist, nämlich insbesondere starr und/oder permanent. Die erste Ausgangswelle 3 ist mit dem Differentialgetriebesonnenrad 7 gekoppelt, wiederum bevorzugt starr und/oder permanent. Die zweite Ausgangswelle 4 ist mit dem Differentialgetriebehohlrad 6 gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent. An dem Differentialgetriebeplanetenträger 8 ist das wenigstens eine erste Differentialgetriebeplanetenrad 8 drehbar gelagert, das sowohl mit dem Differentialgetriebehohlrad 6 als auch dem Differentialgetriebesonnenrad 7 kämmt. Das zweite Differentialgetriebeplanetenrad 10 entfällt. Das Stirnraddifferentialgetriebe 5 liegt also als Einfachplanetengetriebe vor.
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Die Eingangswelle 2 ist mit der Zwischenwelle 26, insbesondere über die erste Getriebestufe 27 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Die zweite Ausgangswelle 4 und folglich auch das Differentialgetriebehohlrad 6 sind mit dem Übersetzungsgetriebeplanetenträger 17 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent, bevorzugt über die zweite Getriebestufe 28. Die zweite Ausgangswelle 4 ist mit der ersten Ausgangswelle 3 lediglich über das Stirnraddifferentialgetriebe 5 gekoppelt und/oder mit der Eingangswelle 2 über das Stirnraddifferentialgetriebe 5 und zusätzlich über das Übersetzungsgetriebe 12. Die beschriebene Variante ermöglicht eine Grundverteilung über das Stirnraddifferentialgetriebe 5. Das Torque Vectoring kann durchgeführt werden, indem zwischen den Ausgangswellen 3 und 4 durch entsprechendes Betreiben der elektrischen Maschine 13 Drehzahl und/oder Drehmoment verschoben wird.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung 1 in einer dritten Ausführungsform. Diese ähnelt grundsätzlich der ersten Ausführungsform, sodass auf die vorstehenden Ausführungen hingewiesen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Diese liegen in der Ausgestaltung des Stirnraddifferentialgetriebes 5 und der Anordnung der Eingangswelle 2 sowie der Ausgangswellen 3 und 4. So ist das Stirnraddifferentialgetriebe 5 nicht wie in der ersten Ausführungsform als Doppelplanetengetriebe ausgestaltet, sondern vielmehr als Einfachplanetengetriebe. Entsprechend entfällt das zweite Differentialgetriebeplanetenrad 10 und das Differentialgetriebeplanetenrad 9 kämmt sowohl mit dem Differentialgetriebehohlrad 6 als auch mit dem Differentialgetriebesonnenrad 7.
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Die Eingangswelle 2 ist starr und permanent mit dem Differentialgetriebehohlrad 6 gekoppelt. Die erste Ausgangswelle 3 ist mit dem Differentialgetriebesonnenrad 7 und die zweite Ausgangswelle 4 mit dem Differentialgetriebeplanetenträger 8 starr und permanent gekoppelt. Die erste Ausgangswelle 3 ist als Hohlwelle ausgestaltet und nimmt die zweite Ausgangswelle 4 zumindest teilweise in sich auf. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durchgreift die zweite Ausgangswelle 4 die erste Ausgangswelle 3 in axialer Richtung vollständig.
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Zur Anbindung des Stirnraddifferentialgetriebes 5 an die Schaltkupplungseinrichtung 21 ist das Differentialgetriebehohlrad 6 über die erste Getriebestufe 27 an das erste Schaltelement 22 antriebstechnisch angeschlossen, nämlich vorzugsweise starr und/oder permanent. Genau wie bei der ersten Ausführungsform ist hingegen das Differentialgetriebesonnenrad 7 über die zweite Getriebestufe 28 mit dem Übersetzungsgetriebeplanetenträger 17 antriebstechnisch gekoppelt, nämlich vorzugsweise starr und/oder permanent.
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Es sei darauf hingewiesen, dass für beide Ausführungsformen die Schaltkupplung 20 entfallen kann. In diesem Fall sind bevorzugt das Übersetzungsgetriebehohlrad 15 und die Zwischenwelle 26 starr, also drehfest, miteinander verbunden. Mittels der mit dem Übersetzungsgetriebesonnenrad 16, vorzugsweise permanent und/oder starr, antriebstechnisch gekoppelten elektrischen Maschine 13 ist dann eine Verteilung des Antriebsdrehmoments möglich. Beiden Ausführungsformen ist zudem gemeinsam, dass sie bei einem Mehrachsantrieb des Kraftfahrzeugs eine andere Übersetzung zwischen der Eingangswelle 2 und zumindest einer der Ausgangswellen 3 und 4 bewirkt als bei einem Antreiben wenigstens einer der Ausgangswellen 3 und 4 mittels der elektrischen Maschine 13. Der Mehrachsantrieb umfasst hierbei die erläuterte „Torque Vectoring“-Funktionalität.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebeeinrichtung
- 2
- Eingangswelle
- 3
- 1. Ausgangswelle
- 4
- 2. Ausgangswelle
- 5
- Stirnraddifferentialgetriebe
- 6
- Differentialgetriebehohlrad
- 7
- Differentialgetriebesonnenrad
- 8
- Differentialgetriebeplanetenträger
- 9
- 1. Differentialgetriebeplanetenrad
- 10
- 2. Differentialgetriebeplanetenrad
- 11
- Lager
- 12
- Übersetzungsgetriebe
- 13
- elektrische Maschine
- 14
- Leistungselektronik
- 15
- Übersetzungsgetriebehohlrad
- 16
- Übersetzungsgetriebesonnenrad
- 17
- Übersetzungsgetriebeplanetenträger
- 18
- Übersetzungsgetriebeplanetenrad
- 19
- Getriebestufe
- 20
- Schaltkupplung
- 21
- Schaltkupplungseinrichtung
- 22
- 1. Schaltelement
- 23
- 2. Schaltelement
- 24
- 3. Schaltelement
- 25
- Kupplungselement
- 26
- Zwischenwelle
- 27
- 1. Getriebestufe
- 28
- 2. Getriebestufe
