-
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Antriebsstrang für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe.
-
Aus dem Stand der Technik sind elektrische Achsantrieben bekannt, die ein- oder mehrstufige Getriebe aufweisen, wobei eine Antriebsleistung über das Getriebe und ein Differential auf zwei Abtriebswellen aufgeteilt werden. Solche Getriebe weisen oft eine vergleichsweise geringe Übersetzung bei einem gleichzeitig hohen Gewicht auf.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein bauraumsparendes Getriebe bereitzustellen, das gleichzeitig eine hohe Übersetzung realisiert. Diese Aufgabe wird mit einem Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den davon abhängigen Unteransprüchen.
-
Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt umfasst ein erfindungsgemäßes Getriebe für einen Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs eine Wolfromgetriebestufe, die ein Sonnenrad, ein drehfest angeordnetes erstes Hohlrad und ein axial benachbart dazu und drehbar angeordnetes zweites Hohlrad aufweist, wobei räumlich zwischen dem Sonnenrad und den Hohlrädern mehrere Planetenräder an einem Planetenträger drehbar gelagert sind, wobei die Planetenräder mit einem ersten axialen Abschnitt mit dem ersten Hohlrad und mit einem zweiten axialen Abschnitt mit dem zweiten Hohlrad kämmen, wobei einer der axialen Abschnitte zusätzlich mit dem Sonnenrad kämmt, wobei die beiden Hohlräder eine unterschiedliche Zähnezahl aufweisen, das Getriebe ferner umfassend ein integrales Differential, wobei entweder das zweite Hohlrad dazu ausgebildet ist, mit einer Antriebseinheit wirkverbunden zu sein, und das Sonnenrad mit dem integralen Differential wirkverbunden ist, oder das Sonnenrad dazu ausgebildet ist, mit der Antriebseinheit wirkverbunden zu sein, und das zweite Hohlrad mit dem integralen Differential wirkverbunden ist, wobei das Differential einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Radsatzelementen und einen damit wirkverbundenen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Radsatzelementen umfasst, wobei ein erstes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem zweiten Hohlrad oder dem Sonnenrad der Wolfromgetriebestufe, ein zweites Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit einer ersten Abtriebswelle und ein drittes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes drehfest mit einem ersten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes verbunden sind, wobei ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit einem ortsfesten Bauelement und ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit einer zweiten Abtriebswelle verbunden sind, wobei mittels des ersten Planetenradsatzes zumindest mittelbar ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Abtriebswelle übertragbar ist, wobei ein Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes in dem zweiten Planetenradsatz derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Abtriebswelle übertragbar ist. Die Wolfromgetriebestufe ist mit einer Antriebseinheit, vorzugsweise einer elektrischen Maschine, wirkverbunden.
-
Nach einem Ausführungsbeispiel dient das Sonnenrad als Eingangselement der Wolfromgetriebestufe oder ist mit dem Eingangselement, beispielsweise in Form einer Eingangswelle, drehfest verbunden. Das Eingangselement ist insbesondere zur zumindest mittelbaren Anbindung einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine ausgebildet. In diesem Fall ist das zweite Hohlrad als Ausgangselement der Wolfromgetriebestufe zu verstehen, die mit dem Differential wirkverbunden ist. Durch die Wahl der Zähnezahlen und der Durchmesser der verschiedenen Räder, also der Hohlräder, der Planetenräder und des Sonnenrades, der Wolfromgetriebestufe sind verschiedene Übersetzungszahlen einstellbar. Jedenfalls ist die Zähnezahl des ersten Hohlrades im Vergleich zur Zähnezahl des zweiten Hohlrades geringfügig verschieden, sodass durch Antrieb des Sonnenrades ein Abtrieb mittels des zweiten Hohlrades erfolgen kann. Denkbar ist auch, dass die Anbindung der Wolfromgetriebestufe vertauscht ist. In diesem Fall ist das zweite Hohlrad als Eingangselement der Wolfromgetriebestufe zumindest mittelbar drehfest mit einer Eingangswelle des Getriebes verbunden, und bildet damit den Eingang der Wolfromgetriebestufe, wobei das Sonnenrad entsprechend als Ausgangselement den Ausgang der Wolfromgetriebestufe bildet, die mit dem Differential wirkverbunden ist. Mit einem derartigen Getriebe lässt sich aufgrund der vergleichsweise kompakten Bauweise der Wolfromgetriebestufe der erforderliche Bauraum des Antriebsstranges reduzieren. Dementsprechend wird das Gesamtgewicht des Getriebes reduziert. Gleichzeitig lassen sich grö-ßere Übersetzungen realisieren. Mithin können elektrische Maschinen mit höheren Drehzahlen zum Antrieb des Fahrzeug genutzt werden. Insbesondere ist am Abtrieb ein höheres Moment realisierbar. Aufgrund des Differentials ist nur eine Antriebseinheit zum Antrieb des Fahrzeugs erforderlich.
-
Die Wolfromgetriebestufe ist ein Planetengetriebe mit zwei axial benachbarten Hohlrädern, die beide mit den an einem gemeinsamen Planetenträger gelagerten Planetenrädern in Zahneingriff stehen, wobei das Sonnenrad der Wolfromgetriebestufe in Zahneingriff mit einem der axialen Abschnitte der Planetenräder in Zahneingriff steht. Der erste axiale Abschnitt ist als erster Verzahnungsabschnitt des jeweiligen Planetenrades mit einer ersten Zähnezahl zu verstehen, wobei der zweite axiale Abschnitt als zweiter Verzahnungsabschnitt mit einer zweiten Zähnezahl zu verstehen ist. Die axialen Abschnitte sind drehfest, insbesondere einteilig miteinander verbunden. Mithin bilden die beiden axialen Abschnitte mit den Verzahnungsabschnitten bevorzugt ein Bauteil. Die Verzahnungsabschnitte können identisch ausgebildet sein, beispielsweise mit fluchtenden Zähnen. Mithin kann die Verzahnung durchgängig über die gesamte axiale Länge des jeweiligen Planetenrades ausgebildet sein. Die Verzahnungsabschnitte können aber auch unterschiedlich ausgebildet sein, wobei der eine Verzahnungsabschnitt im Vergleich zum jeweils anderen Verzahnungsabschnitt desselben Planetenrades beispielsweise halb so viele oder doppelt so viele Zähne hat.
-
Die Planetenräder sind bevorzugt als Stufenplanetenräder ausgebildet, wobei der erste axiale Abschnitt des jeweiligen Planetenrades eine erste Zähnezahl und der zweite axiale Abschnitt des jeweiligen Planetenrades eine von der ersten Zähnezahl unterschiedliche zweite Zähnezahl aufweist. Mithin weisen die Verzahnungsabschnitte unterschiedliche Durchmesser auf. Entsprechend sind auch die damit kämmenden Räder ausgebildet.
-
Bei einem derartigen Getriebe werden die Summen beider Radmomente im Differential nicht zu einem gemeinsamen Achsmoment in einem Bauteil vereint bzw. zusammengefasst. Stattdessen wird die am Eingang des integralen Differentials eingeleitete Antriebsleistung im Differential aufgeteilt und entsprechend der Ausbildung und Anbindung der beiden Planetenradsätze in die damit wirkverbundenen Ausgangswellen weitergeleitet. Damit können die Bauteile des integralen Differentials aufgrund des jeweiligen, vergleichsweise kleinen Drehmoments schlanker ausgebildet werden. Des Weiteren erfolgen eine Bauteilreduzierung sowie eine Gewichtseinsparung. Mithin wird ein Getriebe bereitgestellt, das mittels des integralen Differentials die Funktionen Drehmomentwandlung, Drehmomentverteilung sowie Sperrwirkung, welche bisher durch separate Baugruppen gelöst wurde, durch eine einzige integrale Baugruppe darstellen kann. Bei dem Getriebe handelt es sich somit um ein kombiniertes Übersetzungs- und Differentialgetriebe, das einerseits eine Drehmomentwandlung und andererseits die Drehmomentverteilung auf die Abtriebswellen realisiert, wobei zudem eine Leistungsverzweigung realisiert wird. Die Abtriebswellen sind als Ausgangswellen des Getriebes zu verstehen.
-
Unter einem integralen Differential ist im Rahmen dieser Erfindung ein Differential mit einem ersten Planetenradsatz und einem mit dem ersten Planetenradsatz wirkverbundenen zweiten Planetenradsatz zu verstehen. Der erste Planetenradsatz ist mit der Eingangswelle des Differentials, also zumindest mittelbar mit dem zweiten Hohlrad oder dem Sonnenrad, mit dem zweiten Planetenradsatz sowie zumindest mittelbar mit der ersten Abtriebswelle antriebswirksam verbunden. Der zweite Planetenradsatz ist zudem mit der zweiten Abtriebswelle antriebswirksam verbunden und stützt sich an einem ortsfesten Bauelement ab. Mittels eines solchen integralen Differentials ist das Eingangsmoment wandelbar und in einem definierten Verhältnis auf die beiden Abtriebswellen aufteilbar bzw. übertragbar. Vorzugsweise wird die Eingangsleistung zu je 50%, das heißt hälftig auf die Abtriebswellen übertragen.
-
Die Eingangswelle des Differentials, die zwei Abtriebswellen, die Planetenradsätze des Differentials sowie deren Radsatzelemente sind derart angeordnet und ausgebildet, dass das von der Wolfromgetriebestufe kommende und in das Differential eingeleitete Drehmoment im Differential gewandelt und in einem definierten Verhältnis auf die zwei Ausgangswellen aufgeteilt wird. Somit weist das Differential kein Bauteil auf, an dem die Summe der beiden Abtriebsmomente anliegt. Anders gesagt wird die Entstehung eines Summendrehmoments verhindert. Darüber hinaus weist das Differential bei identischen Abtriebsdrehzahlen der Ausgangswellen keine im Block umlaufenden bzw. ohne Wälzbewegung umlaufenden Verzahnungen auf. Mithin erfolgt unabhängig der Abtriebsdrehzahlen der Ausgangswellen stets eine Relativbewegung der miteinander in Zahneingriff stehenden Bauteile des Differentials. Die Abtriebswellen des Getriebes sind insbesondere dazu eingerichtet, mit einem Rad des Fahrzeugs wirkverbunden zu sein. Die jeweilige Abtriebswelle kann direkt bzw. unmittelbar oder indirekt bzw. mittelbar, das heißt über z. B. ein Gelenk und/oder eine Radnabe, mit dem dazugehörigen Rad verbunden sein.
-
Das integrale Differential ist folglich als Planetengetriebe mit zwei Planetenradsätzen und den Radsatzelementen Sonnenrad, Hohlrad und mehreren von einem Planetenträger auf einer Kreisbahn um das Sonnenrad geführten Planetenrädern ausgebildet. Unter einem „Planetenradsatz“ ist eine Einheit mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und mit einem oder 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.
-
Die Wolfromgetriebestufe und das Differential sind bevorzugt koaxial zueinander angeordnet. Mithin sind auch die Abtriebswellen koaxial zur Wolfromgetriebestufe angeordnet. Die erste Abtriebswelle ist durch die Wolfromgetriebestufe und die Antriebseinheit axial hindurchgeführt. Damit ist auch die Eingangswelle, die die Antriebseinheit mit der Wolfromgetriebestufe verbindet, entsprechend als Hohlwelle ausgebildet.
-
Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse gemeint, entlang welcher die Planetenradsätze koaxial zueinander liegend angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer Welle zu verstehen, die auf dieser Längsmittelachse liegt.
-
Das Differential ist nach einer Ausführungsform direkt, also ohne zwischengeschaltete Übersetzungsstufen oder dergleichen, mit dem Ausgang der Wolfromgetriebestufe, also mit dem zweiten Hohlrad oder dem Sonnenrad, wirkverbunden. Denkbar ist, dass der Ausgang der Wolfromgetriebestufe über eine weitere Übersetzungsstufe, beispielsweise eine Stirnradstufe, mit dem Differential wirkverbunden. In diesem Sinn ist eine weitere Übersetzungsstufe antriebstechnisch zwischen dem Ausgang, insbesondere dem zweiten Hohlrad oder dem Sonnenrad der Wolfromgetriebestufe und dem Differential, angeordnet.
-
Prinzipiell können die Planetenradsätze des integralen Differentials beliebig zueinander angeordnet und miteinander wirkverbunden sein, um ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zu realisieren. Nach einem Ausführungsbeispiel sind das erste Radsatzelement ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes, das zweite Radsatzelement ein Planetenträger des jeweiligen Planetenradsatzes und das dritte Radsatzelement ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes. Das zweite Hohlrad oder das Sonnenrad der Wolfromgetriebestufe ist somit drehfest mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Differentials verbunden, wobei der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes des Differentials drehfest mit der ersten Abtriebswelle verbunden ist und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes zumindest mittelbar drehfest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Insbesondere ist das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes über ein Koppelelement, insbesondere eine Koppelwelle, drehfest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Zudem ist der Planetenträger nach diesem Ausführungsbeispiel drehfest mit Der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes ist in diesem Ausführungsbeispiel drehfest mit einem ortsfesten Bauelement, insbesondere einem Getriebegehäuse, verbunden, wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbunden ist.
-
Zwischen den genannten Bauteilen, also den Radsatzelementen der Planetenradsätze, können analog zu den genannten Koppelwellen außerdem weitere Bauteile, wie beispielsweise Zwischen- bzw. Koppelwellen, angeordnet sein.
-
Eine oder mehrere der Planetenradsätze des Differentials sind jeweils bevorzugt als Minus-Planetenradsatz oder als Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Ein Minus-Planetenradsatz entspricht einem Planetenradsatz mit einem Planetenträger, an dem erste Planetenräder drehbar gelagert sind, einem Sonnenrad und einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzter Richtung rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert. 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. Die Radsatzelemente des hier vorgeschlagenen Getriebes weisen Schrägverzahnungen auf, um die drehmomentabhängige Axialkraft zur Drehmomentübertragung zwischen den beiden Abtriebswellen zu bewirken.
-
Bei der Ausbildung eines oder mehrerer der Planetenradsätze als Plus-Planetenradsatz 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. Dabei wären dann im Vergleich zu dem Plus-Planetensatz ebenfalls die Hohlrad- und die Planetenträgeranbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu reduzieren und das Vorzeichen zu wechseln. Im Rahmen der Erfindung sind die zwei Planetenradsätze jedoch bevorzugt jeweils als Minus-Planetensatz ausgeführt. Minus-Planetensätze haben einen guten Wirkungsgrad und lassen sich axial nebeneinander anordnen oder radial schachteln.
-
Alternativ ist auch denkbar, einen oder mehrere Planetenradsätze des Differentials als Stufenplanetenradsätze auszubilden. Jedes Stufenplanentenrad des jeweiligen Stufenplanetenradsatzes umfasst bevorzugt ein erstes Zahnrad mit einem drehfest damit verbundenen zweiten Zahnrad, wobei das erste Zahnrad beispielsweise mit dem Sonnenrad und das zweite Zahnrad entsprechend mit dem Hohlrad in Zahneingriff steht, oder umgekehrt. Diese beiden Zahnräder können beispielsweise über eine Zwischenwelle oder eine Hohlwelle drehfest miteinander verbunden sein. Im Fall einer Hohlwelle kann diese auf einem Bolzen des Planetenträgers drehbar gelagert sein. Vorzugsweise haben die beiden Zahnräder des jeweiligen Stufenplanetenrades unterschiedliche Durchmesser und Zähnezahlen, um ein Übersetzungsverhältnis einzustellen. Außerdem sind auch zusammengesetzte Planetenradsätze denkbar.
-
Der erste und zweite Planetenradsatz des Differentials sind vorzugsweise in axialer Richtung benachbart angeordnet. Mit anderen Worten sind die Radsatzelemente des ersten Planetenradsatzes in einer ersten gemeinsamen Ebene und die Radsatzelemente des zweiten Planetenradsatzes in einer zweiten gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei die beiden Ebenen im Wesentlichen parallel verlaufen und axial benachbart zueinander angeordnet sind. Die jeweilige gemeinsame Ebene ist im Wesentlichen senkrecht zur jeweiligen Achse des Fahrzeugs ausgerichtet.
-
Alternativ sind der erste und zweite Planetenradsatz radial geschachtelt angeordnet. Indem der erste Planetenradsatz gemäß dem ersten Erfindungsaspekt zumindest bereichsweise radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist, wird eine radial geschachtelte Bauweise des integralen Differentials realisiert. Mit anderen Worten sind die Radsatzelemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes axial in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Mithin sind der erste und zweite Planetenradsatz im Wesentlichen in einer gemeinsamen Radebene angeordnet, wodurch das Getriebe axial kurzbauend und dadurch besonders kompakt gestaltbar ist. Der erste und zweite Planetenradsatz des Differentials sind demzufolge radial betrachtet übereinander angeordnet.
-
Dass zwei Bauelemente des Getriebes drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, sodass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Darunter ist also eine dauerhafte Drehverbindung zu verstehen. Insbesondere ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente des Differentials und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind fest miteinander gekoppelt. Auch eine drehelastische Verbindung zwischen zwei Bauteilen wird als fest oder drehfest verstanden. Insbesondere kann eine drehfeste Verbindung auch Gelenke beinhalten.
-
Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt umfasst ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang eine Antriebseinheit und ein damit wirkverbundenes Getriebe gemäß dem ersten Erfindungsaspekt. Vorzugsweise ist die Antriebseinheit eine elektrische Maschine mit einer Rotorwelle, wobei die Rotorwelle mit einer Eingangswelle der Wolfromgetriebestufe drehfest verbunden ist. Die Eingangswelle ist drehfest mit dem Sonnenrad oder dem zweiten Hohlrad verbunden oder ist einteilig damit ausgebildet. Demnach ist das Sonnenrad oder das zweite Hohlrad drehfest mit der Rotorwelle der elektrischen Maschine verbunden.
-
Die Antriebseinheit ist vorzugsweise koaxial zum integralen Differential angeordnet. Damit kann eine radial kompakte Bauweise des Antriebsstranges, insbesondere des Getriebes realisiert werden.
-
Vorzugsweise ist die Eingangswelle der Wolfromgetriebestufe koaxial zu den Abtriebswellen angeordnet. Damit liegt die Wolfromgetriebestufe und die Antriebseinheit, die auf der Antriebsachse angeordnet sind, koaxial zum Differential und den Abtriebswellen, die auf der Abtriebsachse liegen. Mithin ist die Antriebsachse koaxial zur Abtriebsachse angeordnet.
-
Eine als elektrische Maschine ausgebildete Antriebseinheit umfasst einen ortsfesten Stator und einen drehbar dazu angeordneten Rotor. Der Rotor bzw. die Rotorwelle der elektrischen Maschine dient in einem Rotor- bzw. Zugbetrieb als Ausgangswelle der elektrischen Maschine. Die Rotorwelle ist zumindest mittelbar drehfest mit der Eingangswelle der Wolfromgetriebestufe verbunden. Im Zugbetrieb der elektrischen Maschine wird beispielsweise von einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie, elektrische Energie in die elektrische Maschine gespeist, die in Folge der Bestromung eine Rotation des Rotors bzw. der Rotorwelle bewirkt, wobei die Antriebsleistung zum Drehantrieb des Sonnenrades vorgesehen ist, sofern dieses den Eingang der Wolfromgetriebestufe bildet. Die Abtriebswellen fungieren jeweils als Ausgangswelle des Differentials und sind mit dem Eingangselement des Differentials antriebswirksam verbunden.
-
In einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine bzw. im Schubbetrieb des Getriebes fungiert die jeweilige Abtriebswelle zumindest mittelbar als Eingangswelle des Antriebsstranges, wohingegen die Eingangswelle der Wolfromgetriebestufe dementsprechend als Ausgangswelle betrieben wird. Die Rotorwelle dient im Schubbetrieb als Eingangswelle der elektrischen Maschine. Eine Antriebsleistung des Fahrzeugs wird über das Getriebe in die elektrische Maschine geleitet, sodass mit der elektrischen Maschine elektrische Energie erzeugt und in eine Batterie zur Speicherung eingespeist werden kann. Im Generatorbetrieb wird die Antriebsleistung beispielsweise aus einem oder mehreren sich drehenden Rädern des Fahrzeugs über das Getriebe in die elektrische Maschine eingeleitet.
-
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.
-
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 Wirkverbindung kann auch eine drehfeste Verbindung sein.
-
Unter einer Verbindung ist zu verstehen, dass die zwei miteinander zu verbindenden Elemente dauerhaft drehfest miteinander verbunden sind. Sie können alternativ, aber bedarfsweise, drehfest miteinander verbunden sein. Unter einer drehfesten Verbindung wird vorliegend verstanden, dass die so verbundenen Elemente mit einer zueinander proportionalen Drehzahl drehen. Eine drehfeste Verbindung im Sinne dieser Erfindung ist nicht schaltbar.
-
Unter einer Welle, sei es eine Rotorwelle, eine Abtriebswelle, eine Eingangswelle, eine Zwischenwelle oder dergleichen, ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Antriebsstranges zum Übertragen von Drehmomenten zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Antriebsstranges drehfest miteinander verbunden sind. Die Wellen sind über entsprechende Fest- und/oder Loslager an einem Gehäuse gelagert.
-
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang ist in rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen sowie gleichermaßen in wenigstens teilweise mit einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugen einsetzbar. Vorzugsweise ist der Antriebsstrang quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnet, sodass die Rotorwelle, die Eingangswelle der-Wolfromgetriebestufe sowie die Abtriebswellen quer zur Fahrzeuglängsachse bzw. parallel zur Fahrzeugquerachse angeordnet sind. Das Fahrzeug kann je nach Ausbildung und Anzahl der angetriebenen Achsen auch zwei oder mehrere derartige Antriebsstränge umfassen, wobei eine Achse, mehrere Achsen oder alle Achsen des Fahrzeugs mit je einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang ausgestattet und dadurch antreibbar ausgebildet sein können. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Automobil (z.B. ein Personenkraftfahrwagen mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t), Bus oder Lastkraftwagen (Bus und Lastkraftwagen z. B. mit einem Gewicht von über 3,5 t).
-
Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes gelten sinngemäß ebenfalls für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang, und umgekehrt. Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen ggf. auch kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte kumuliert umsetzen zu können.
-
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemä-ßen Antriebsstrang gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, und
- 2 eine stark schematische Teilschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Getriebes des Antriebsstranges gemäß 1.
-
1 zeigt ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 1 mit zwei Achsen A1, A2, wobei hier an der ersten Achse A1 des Fahrzeugs 1 ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform antriebswirksam angeordnet. Der Antriebsstrang 2 bildet also eine elektrische Antriebsachse des Fahrzeugs 1. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Antriebsstrang 2, umfassend ein erfindungsgemäßes Getriebe 3 stark vereinfacht im Teilschnitt.
-
Der Antriebsstrang 2 umfasst nach 2 eine als elektrische Maschine 16 ausgebildete Antriebseinheit, die in einem Rotor- bzw. Zugbetrieb eine Antriebsleistung erzeugt und über das Getriebe 3 mit einem darin integrierten integralen Differential 9 auf zwei Abtriebswellen 10, 11 überträgt, wobei jede der Abtriebswellen 10, 11 mit einem jeweiligen Rad 19 des Fahrzeugs 1 wirkverbunden ist. Die elektrische Maschine 16 ist koaxial zum integralen Differential 9 angeordnet. Die elektrische Maschine 16 ist mit einer - hier nicht gezeigten - Leistungselektronik elektrisch und steuerungstechnisch verbunden, wobei die Leistungselektronik sowie die elektrische Maschine 16 mit einem - hier ebenfalls nicht gezeigten - Energiespeicher verbunden sind. In einem umgekehrten Leistungsfluss bzw. in einem Generatorbetrieb bzw. einem Schubbetrieb kann der Energiespeicher mit elektrischer Energie gespeist werden. Der Energiespeicher kann beispielsweise eine Batterie oder dergleichen sein. Mittels der elektrischen Maschine 16 kann im Generatorbetrieb elektrische Energie erzeugt, gespeichert und zur erneuten Speisung der elektrischen Maschine 16 vorgehalten werden.
-
Die elektrische Maschine 16 weist einen - hier nicht gezeigten - Stator mit einem radial innerhalb des Stators angeordneten und drehantreibbaren Rotor auf, der hier ebenfalls nicht gezeigt ist. Der Rotor ist mit einer Rotorwelle 17 drehfest verbunden, die einteilig mit einer Eingangswelle 18 einer Wolfromgetriebestufe 4 verbunden ist. Die Wolfromgetriebestufe 4, das Differential 9 und die elektrische Maschine 16 sind koaxial zu den Abtriebswellen 10, 11 angeordnet, wobei die erste Abtriebswelle 10, axial durch die Wolfromgetriebestufe 4 und die elektrische Maschine 16 axial hindurchgeführt ist.
-
Die Eingangswelle 18 ist drehfest mit einem Sonnenrad 5 der Wolfromgetriebestufe 4 verbunden. Demnach ist das Sonnenrad 5 drehfest mit der Rotorwelle 17 verbunden. Die Wolfromgetriebestufe 4 weist ferner ein an einem ortsfesten Bauelement 12 festgesetztes erstes Hohlrad 6 und ein axial benachbart und drehbar dazu angeordnetes zweites Hohlrad 7 auf. Räumlich zwischen dem Sonnenrad 5 und den Hohlrädern 6, 7 sind mehrere Planetenräder 8 an einem Planetenträger 13 drehbar gelagert, wobei das Sonnenrad 5 mit der Eingangswelle 18 über Lagerelemente 22 relativ zu einem Gehäuse 24 bzw. einem Gehäuseabschnitt drehbar gelagert ist. Der Planetenträger 13 ist nicht gelagert. Die Planetenräder 8 weisen zwei axiale Abschnitte 8a, 8b auf, wobei der erste axiale Abschnitt 8a mit dem ersten Hohlrad 6 kämmt und wobei der zweite axiale Abschnitt 8b mit dem zweiten Hohlrad 7 und dem Sonnenrad 5 kämmt. Die beiden Hohlräder 6, 7 weisen eine geringfügig unterschiedliche Zähnezahl auf, wobei die axialen Abschnitte 8a, 8b des jeweiligen Planetenrades 8 identisch ausgebildet sind. Geringfügig bedeutet, dass eines der Hohlräder 6, 7 einen oder mehr Zähne weniger aufweist als das jeweils andere Hohlrad 7, 6. Denkbar ist ferner, die Planetenräder 8 als Stufenplanetenräder auszubilden, wobei der erste axiale Abschnitt 8a des jeweiligen Planetenrades 8 eine erste Zähnezahl und der zweite axiale Abschnitt 8b des jeweiligen Planetenrades 8 eine von der ersten Zähnezahl unterschiedliche zweite Zähnezahl aufweisen kann.
-
Der Abtrieb der Wolfromgetriebestufe 4 erfolgt über das zweite Hohlrad 7, das mit dem als Planetengetriebe mit zwei Planetenradsätzen P1, P2 ausgebildeten Differentials 9 wirkverbunden ist. Der erste Planetenradsatz P1 ist radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes P2 angeordnet. Das zweite Hohlrad 7 ist über eine erste Verbindungswelle 14 mit dem ersten Sonnenrad S1 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest verbunden ist. Ein erster Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist drehfest mit der ersten Abtriebswelle 10 und ein erstes Hohlrad H1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist einteilig mit einem zweiten Sonnenrad S2 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden. Ein zweiter Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist drehfest mit dem ortsfesten Bauelement 12 und ein zweites Hohlrad H2 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist über eine zweite Verbindungswelle 23 drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 11 verbunden. Mittels des ersten Planetenradsatzes P1 ist ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Abtriebswelle 10 übertragbar, wobei ein Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes P1 in dem zweiten Planetenradsatz P2 derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Abtriebswelle 11 übertragbar ist.
-
Die Erfindung ist nicht auf die hier gezeigte Ausführungsform beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Beschreibung und der Patentansprüche.
-
Bezugszeichen
-
- 1
- Fahrzeug
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- Getriebe
- 4
- Wolfromgetriebestufe
- 5
- Sonnenrad der Wolfromgetriebestufe
- 6
- Erstes Hohlrad der Wolfromgetriebestufe
- 7
- Zweites Hohlrad der Wolfromgetriebestufe
- 8
- Planetenrad der Wolfromgetriebestufe
- 8a
- Erster axialer Abschnitt des Planetenrades der Wolfromgetriebestufe
- 8b
- Zweiter axialer Abschnitt des Planetenrades der Wolfromgetriebestufe
- 9
- Differential
- 10
- Erste Abtriebswelle
- 11
- Zweite Abtriebswelle
- 12
- Ortsfestes Bauelement
- 13
- Planetenträger der Wolfromgetriebestufe
- 14
- Erste Verbindungswelle
- 15
- Eingangselement des Differentials
- 16
- Elektrische Maschine
- 17
- Rotorwelle
- 18
- Eingangswelle der Wolfromgetriebestufe
- 19
- Rad
- 20
- Antriebsachse
- 21
- Abtriebsachse
- 22
- Lagerelement
- 23
- Zweite Verbindungswelle
- A1
- Erste Achse
- A2
- Zweite Achse
- H1
- Erstes Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- H2
- Zweites Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- S1
- Erstes Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- S2
- Zweites Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- P1
- Erster Planetenradsatz des integralen Differentials
- P2
- Zweiter Planetenradsatz des integralen Differentials
- PT1
- Erster Planetenträger des ersten Planetenradsatzes
- PT2
- Zweiter Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes
- PR1
- Erstes Planetenrad des ersten Planetenradsatzes
- PR2
- Zweites Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
