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Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang sowie einen Elektroantrieb mit einem solchen Schaltgetriebe.
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Schaltgetriebe werden beispielsweise in Elektroantrieben verwendet, um eine elektromotorisch angetriebene Achse des Kraftfahrzeugs mit unterschiedlichen Drehzahlbereichen antreiben zu können. Dabei umfasst ein Schaltgetriebe üblicherweise eine drehend antreibbare Antriebswelle, eine Abtriebswelle und zwei Schaltstufen. Durch entsprechende Ausgestaltung von drehmomentübertragenden Gliedern der Schaltstufen kann Drehmoment von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen übertragen werden. Der Elektroantrieb kann als alleiniger Antrieb für das Kraftfahrzeug dienen oder es kann zusätzlich ein Hauptantrieb, wie ein Verbrennungsmotor vorgesehen sein. In diesem Fall können der Elektroantrieb und der Verbrennungsmotor jeweils für sich oder gemeinsam überlagert das Kraftfahrzeug antreiben.
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Ein Elektroantrieb umfasst üblicherweise eine elektrische Maschine sowie ein nachgelagertes Reduziergetriebe, das eine Drehbewegung vom Schnellen ins Langsame übersetzt. Vom Reduziergetriebe wird das Drehmoment auf den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs übertragen, beispielsweise auf ein dem Reduziergetriebe im Drehmomentfluss nachgelagertes Differentialgetriebe. Ein Differentialgetriebe kann ein eingeleitetes Drehmoment auf zwei Ausgangswellen aufteilen, die untereinander eine ausgleichende Wirkung haben.
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Aus der
WO 2017/ 148 501 A1 ist ein Schaltgetriebe für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt. Das Schaltgetriebe umfasst eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, eine erste Schaltstufe, eine zweite Schaltstufe und eine Kupplung, die in drei Kupplungspositionen überführbar ist, um die Antriebswelle und die Abtriebswelle selektiv über die erste Schaltstufe oder die zweite Schaltstufe miteinander antriebsmäßig zu verbinden oder voneinander zu entkoppeln, sowie eine Aktuierungsanordnung zum Betätigen der Kupplung.
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Aus der
DE 10 2015 217 521 A1 ist eine Antriebseinrichtung für ein Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug bekannt. Die Antriebseinrichtung umfasst ein von einer elektrischen Maschine antreibbares Planetengetriebe und ein im Leistungspfad nachgelagertes Differentialgetriebe, über das zwei Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs antreibbar sind. Das Planetengetriebe umfasst ein von der elektrischen Maschine angetriebenes Hohlrad, ein hierzu koaxial angeordnetes Sonnenrad, und mehrere auf einem Planetenträger drehbar gelagerte Planetenräder, die mit dem Hohlrad und Sonnenrad in Verzahnungseingriff sind. Es ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, mit der das Sonnenrad wahlweise mit dem Hohlrad gekoppelt oder an einem ortsfesten Bauteil drehfest gesichert werden kann.
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Aus der
WO 2012/ 007 031 A1 ist ein Elektroantrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt, der einen Elektromotor und eine Getriebeeinheit umfasst. Die Getriebeeinheit weist ein Planetengetriebe und ein Differentialgetriebe auf, die koaxial zueinander angeordnet sind. Es ist eine Schaltkupplung vorgesehen, die in drei Schaltpositionen überführt werden kann, und zwar zwei unterschiedliche Schaltstufen sowie eine Leerlaufstellung.
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Aus der
WO 2017/ 157 479 A1 ist ein Elektroantrieb mit einer elektrischen Maschine, einer Getriebeeinheit und einer Doppelkupplungseinheit bekannt. Die Doppelkupplungseinheit umfasst einen von der Getriebeeinheit drehend antreibbaren Kupplungskorb sowie zwei Lamellenpakete, die mittels jeweiliger Aktuatoren separat betätigbar sind, um Drehmoment auf eine jeweilige Seitenwelle zu übertragen.
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Aus der
DE 10 2014 117 570 A1 ist ein Elektroantrieb zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs bekannt, der eine elektrische Maschine, ein Übersetzungsgetriebe und ein Differentialgetriebe umfasst. Das Übersetzungsgetriebe umfasst ein Kronenrad, das mit einem Antriebsritzel zum Antreiben des Differentialgetriebes verbunden ist.
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Aus der
DE 10 2006 010 891 B3 ist eine Doppeldifferentialanordnung mit einem ersten Differentialgetriebe in Form eines Kronenraddifferentials und einem innerhalb des ersten Differentialgetriebes angeordneten zweiten Differentialgetriebe bekannt.
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Bekannte Zweigangschaltgetriebe für Elektroantriebe benötigen einen relativ großen Bauraum und umfassen viele Teile, so dass eine Fertigung und Montage relativ aufwendig ist. Außerdem sind bekannte Zweiganggetriebe hinsichtlich der zu erreichenden Übersetzungsverhältnisse limitiert. Insbesondere für 48V-Systeme kann ein Zweigangschaltgetriebe die Systemleistung und C02-Reduzierung verbessern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgetriebe, insbesondere für einen Elektroantrieb vorzuschlagen, das kompakt und einfach aufgebaut ist, und eine möglichst große Übersetzungsspreizung aufweist. Weiter besteht die Aufgabe darin, einen Elektroantrieb mit einem solchen Schaltgetriebe vorzuschlagen, das einen konstruktiv einfachen Aufbau hat und eine möglichst große Übersetzung ins Langsame ermöglicht.
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Zur Lösung wird ein Schaltgetriebe für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend: eine Kronenradanordnung mit einem ersten Kronenrad, das von einer Antriebsquelle um eine Drehachse drehend antreibbar ist, einem zweiten Kronenrad, das koaxial zum ersten Kronenrad drehbar angeordnet ist, einer Mehrzahl von Stirnrädern, die mit dem ersten Kronenrad und dem zweiten Kronenrad in Verzahnungseingriff sind, und einem Trägerelement, auf dem die Stirnräder drehbar gelagert sind und das um die Drehachse drehend antreibbar ist, um Drehmoment auf eine nachgelagerte Antriebseinheit zu übertragen; sowie ferner eine erste Kupplung zum selektiven antriebsmäßigen Verbinden des zweiten Kronenrads gegenüber einem ortsfesten Bauteil; eine zweite Kupplung zum selektiven antriebsmäßigen Verbinden eines von dem ersten Kronenrad, zweiten Kronenrad und Trägerelement mit einem anderen von dem ersten Kronenrad, zweiten Kronenrad und Trägerelement; wobei im Ankoppel-Modus der ersten Kupplung und Abkoppel-Modus der zweiten Kupplung ein erstes Übersetzungsverhältnis (i1) zwischen dem ersten Kronenrad und dem Trägerelement gebildet ist; und wobei im Abkoppel-Modus der ersten Kupplung und Ankoppel-Modus der zweiten Kupplung ein zweites Übersetzungsverhältnis (i2) zwischen dem ersten Kronenrad und dem Trägerelement gebildet ist.
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Ein Vorteil ist, dass das Schaltgetriebe aufgrund der Kronenradanordnung technisch einfach aufgebaut ist, sehr kompakt baut und große Übersetzungsverhältnisse ermöglicht. Mittels der Kupplungen lassen sich zwei Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen realisieren und gegebenenfalls eine Neutralstellung, wenn beide Kupplungen offen sind. Die erste Kupplung ist ausgestaltet, um ein in die Kronenradanordnung eingeleitetes Drehmoment nach Bedarf abzustützen. Die zweite Kupplung ist ausgestaltet, um einen Freiheitsgrad der Kronenradanordnung einzustellen beziehungsweise zu variieren. Das heißt, mittels der zweiten Kupplung können zwei der drei Glieder der Kronenradanordnung je nach Bedarf antriebmäßig miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden. Nach einer möglichen Ausführung kann ein erstes Übersetzungsverhältnis, das anliegt, wenn die erste Kupplung geschlossen und die zweite Kupplung geöffnet ist, zwischen 1,8 und 2,2 liegen. Ein zweites Übersetzungsverhältnis, das anliegt, wenn die erste Kupplung geöffnet und die zweite Kupplung geschlossen ist, kann eins sein.
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Mit selektivem antriebsmäßigen Verbinden soll im Rahmen der vorliegenden Offenbarung begrifflich mit umfasst sein, dass das jeweilige erste beziehungsweise zweite Kronenrad gegenüber dem jeweils zu verbindenden Antriebsbauteil angekoppelt und von diesem abgekoppelt werden kann und/oder, dass das jeweilige Kronenrad mit dem jeweils zu verbindenden Antriebsbauteil zur variablen Drehmomentübertragung verbunden werden kann. Letztere Option schließt mit ein, dass auch jede Zwischenstellung zwischen einer geschlossenen Stellung, in der das volle Drehmoment übertragen wird, und einer offenen Stellung, in der kein Drehmoment übertragen wird, einstellbar ist. Eine solche variable Drehmomentübertragung lässt sich beispielsweise mit einer steuerbaren Reibungskupplung realisieren. Eine reine An-/Auskupplung lässt sich beispielsweise mit einer Formschluss- oder Freilaufkupplung realisieren.
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Die Durchmesser der beiden Kronenräder können im Rahmen technisch sinnvoller Grenzen an die Anforderungen des Schaltgetriebes hinsichtlich der gewünschten Übersetzung für den ersten beziehungsweise zweiten Gang gestaltet werden. Dabei liegt eine erste Möglichkeit darin, dass das erste Kronenrad und das zweite Kronenrad denselben mittleren Verzahnungsradius aufweisen. Hiermit wäre das erste Übersetzungsverhältnis (erster Gang) zwei und das zweite Übersetzungsverhältnis (zweiter Gang) eins. Alternativ können das erste und das zweite Kronenrad unterschiedliche mittlere Verzahnungsdurchmesser aufweisen. Die Verzahnungsdurchmesser können insbesondere um bis zu 10% voneinander nach oben und unten abweichen, das heißt der Durchmesser des zweiten Kronenrads kann zwischen dem 0,9- und 1,1-fachen des Durchmessers des ersten Kronenrads betragen. Hieraus ergibt sich je nach konkretem Durchmesser ein erstes Übersetzungsverhältnis für die Kronenradanordnung, das zwischen 1,8 und 2,2 liegen kann.
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Nach einer Ausführungsform ist das erste Kronenrad von einem hiermit verbundenen Antriebszahnrad drehend antreibbar. Für eine kompakte Anordnung kann die Kronenradanordnung in das Antriebszahnrad integriert sein. Das Antriebszahnrad kann beispielsweise koaxial zur nachgelagerten Antriebseinheit angeordnet sein, oder es kann mit einer Zwischenwelle fest verbunden sein, die zur Drehachse der nachgelagerten Antriebseinheit versetzt ist.
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Die erste Kupplung ist ausgestaltet, um das erste Kronenrad mit einem ortsfesten Bauteil drehfest zu verbinden beziehungsweise ein in das Kronenrad eingeleitetes Drehmoment abzustützen. Dabei kann die mittels der ersten Kupplung realisierbare drehfeste Verbindung beziehungsweise Abstützung zwischen Kronenrad und ortsfestem Bauteil unmittelbar oder mittelbar über ein oder mehrere zwischengeschaltete Elemente erfolgen, beispielsweise über eine Hohlwelle, die gegenüber dem ortsfesten Bauteil im Drehsinn abstützbar oder abgestützt ist. Das ortsfeste Bauteil kann jede Komponente sein, mit der sich das Kronenrad drehfest verbinden lässt beziehungsweise an der sich ein Drehmoment abstützen lässt, beispielsweise ein Gehäuseteil des Schaltgetriebes oder einer hiermit fest verbundenen Komponente.
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Die zweite Kupplung ist ausgestaltet, um ein Glied der Kronenradanordnung, das heißt erstes Kronenrad, zweites Kronenrad oder Trägerelement, zumindest mittelbar mit einem anderen der genannten Glieder der Kronenradanordnung zu koppeln beziehungsweise von diesem abzukoppeln. In vollständig geschlossenem Zustand der zweiten Kupplung wird eine relative Drehbewegung zwischen den Gliedern der Kronenradanordnung unterbunden, so dass alle Glieder der Kronenradanordnung, das heißt erstes Kronenrad, zweites Kronenrad und Trägerelement en bloc um die Drehachse drehen. Für die konkrete Ausgestaltung beziehungsweise Anordnung ergeben sich drei Möglichkeiten, erstens, dass die Kupplung zwischen den beiden Kronenrädern wirksam angeordnet ist, zweitens, dass die Kupplung zwischen dem ersten Kronenrad und dem Trägerelement wirksam angeordnet ist und, drittens, dass die Kupplung zwischen dem zweiten Kronenrad und dem Trägerelement wirksam angeordnet ist. Sofern eine Lastschaltbarkeit gegeben sein soll, ist die zweite Kupplung vorzugsweise als Reibungskupplung gestaltet. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Kupplungsformen denkbar sind, wie eine Formschlusskupplung.
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Die erste Kupplung und die zweite Kupplung können als eine Kupplungseinheit gestaltet sein, beispielsweise in Form einer Schaltkupplungsanordnung. Die Schaltkupplungsanordnung ist mittels eines Aktuators in drei Schaltstellungen überführbar, eine erste, in der die erste Kupplung betätigt wird, eine zweite, in der die zweite Kupplung betätigt wird, und eine dritte, in der beide Kupplungen offen sind. Alternativ können die Kupplungen auch separat ansteuerbar beziehungsweise räumlich voneinander getrennt ausgeführt sein. Die erste und/oder zweite Kupplung können je nach technischer Anforderung jeweils als Freilaufkupplung, Formschlusskupplung, Synchrokupplung oder Reibungskupplung gestaltet sein.
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Für eine Verteilung der vom Schaltgetriebe ausgehenden Drehbewegung auf zwei Seitenwellen sind verschiedene Ausgestaltungen möglich.
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Nach einer ersten Möglichkeit kann die vom Trägerelement der Kronenradanordnung angetriebene Antriebseinheit als Differentialgetriebe gestaltet sein, das eine eingeleitete Drehbewegung von einem Differentialeingangsteil auf zwei Differentialausgangsteile aufteilt. Die beiden Ausgangsteile des Differentialgetriebes haben untereinander eine ausgleichende Wirkung, das heißt, dreht das eine schneller, so dreht das andere entsprechend langsamer, und umgekehrt. Für eine kompakte Bauweise kann die Kronenradanordnung koaxial zum Differentialgetriebe angeordnet sein, wobei das Trägerteil der Kronenradanordnung mit dem Differentialeingangsteil verbunden ist, um gemeinsam mit diesem um eine Drehachse zu rotieren. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Kronenradanordnung koaxial außerhalb und mit axialer Überdeckung zum Differentialgetriebe angeordnet ist, so dass eine axial besonders kompakte Bauform erreicht wird. Es versteht sich jedoch, dass die Kronenradanordnung auch axial benachbart zum Differentialgetriebe angeordnet werden kann.
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Nach einer zweiten Möglichkeit kann die vom Trägerelement der Kronenradanordnung angetriebene Antriebseinheit eine Doppelkupplungseinheit sein, die eine eingeleitete Drehbewegung von einem Kupplungseingangsteil auf zwei Kupplungsausgangsteile aufteilt. Die Doppelkupplungseinheit ermöglicht eine variable Drehmomentverteilung auf die beiden hiermit verbundenen Ausgangswellen. Je nach Fahrzustand kann das Drehmoment am kurveninneren beziehungsweise kurvenäußeren Rad individuell eingestellt werden, was insgesamt zu einer verbesserten Fahrdynamik, respektive Fahrstabilität führt. Dieses Steuerungsprinzip wird auch als aktive Momentenverteilung oder „Torque Vectoring“ bezeichnet. Die Kronenradanordnung kann insbesondere parallel versetzt zur Doppelkupplungseinheit angeordnet sein, das heißt, dass die Kronenräder und das Trägerelement auf einer zur Drehachse der Doppelkupplungseinheit parallelen Drehachse drehbar angeordnet sind. Zur Drehmomentübertragung von der Kronenradanordnung auf die Doppelkupplungseinheit kann insbesondere eine Zwischenwelle vorgesehen sein, die mit dem Trägerteil der Kronenradanordnung drehfest verbunden ist und die das Kupplungseingangsteil drehend antreibt, beispielsweise über eine Zahnradpaarung. Das zweite Kronenrad kann mit einer Stützwelle drehfest verbunden sein, die sich durch eine Längsbohrung der Zwischenwelle hindurcherstreckt, wobei die Stützwelle mittels der ersten Kupplung selektiv an das ortsfesten Bauteil drehfest koppelbar und von dem ortsfesten Bauteil abkoppelbar ist. Bei dieser Ausführungsform kann eine kompakte Bauform insbesondere dadurch realisiert werden, dass die erste Kupplung als Freilaufkupplung gestaltet ist, welche die Stützwelle in einer ersten Drehrichtung gegenüber dem ortsfesten Bauteil im Drehsinn abstützt und in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung gegenüber dem ortsfesten Bauteil freigibt, so dass die Stützwelle frei drehen kann. Die Freilaufkupplung kann insbesondere sperrbar gestaltet sein.
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Die Lösung der oben genannten Aufgabe besteht weiter in einem Elektroantrieb für ein Kraftfahrzeug, umfassend: eine elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs; ein der elektrischen Maschine im Leistungspfad nachgelagertes Schaltgetriebe; eine dem Schaltgetriebe im Leistungspfad nachgelagerte Leistungsverzweigungseinheit, die ausgestaltet ist, um eine vom Schaltgetriebe eingeleitete Drehbewegung auf zwei Ausgangsteile zum Antreiben einer jeweiligen Seitenwelle aufzuteilen; wobei das Schaltgetriebe nach zumindest einer der oben genannten Ausführungen gestaltet ist, wobei das erste Kronenrad des Schaltgetriebes mit der elektrischen Maschine antriebsverbunden ist und das Trägerelement des Schaltgetriebes mit einem Eingangsteil der Leistungsverzweigungseinheit.
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Die elektrische Maschine des Elektroantriebs wandelt Energie um und kann als Motor oder Generator arbeiten. Im Motorbetrieb wandelt die elektrische Maschine elektrische Energie in mechanische Energie um, so dass ein Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs angetrieben werden kann. Im Generatorbetrieb wandelt die elektrische Maschine mechanische Energie in elektrische Energie um, welche dann in einer Batterie gespeichert werden kann.
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Im Leistungspfad zwischen der elektrischen Maschine und der Kronenradanordnung kann ein Reduziergetriebe zwischengeschaltet sein, das eine von der elektrischen Maschine eingeleitete Drehbewegung ins Langsame übersetzt.
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Bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt
- 1 schematisch einen Elektroantrieb mit einem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe in einer ersten Ausführungsform;
- 2 die Kronenradanordnung der Schaltgetriebeeinheit aus 1 als Detail im Längsschnitt;
- 3 schematisch einen Elektroantrieb mit einem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe in einer zweiten Ausführungsform;
- 4 schematisch einen Elektroantrieb mit einem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe in einer dritten Ausführungsform;
- 5 schematisch einen Elektroantrieb mit einem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe in einer vierten Ausführungsform;
- 6 schematisch einen Elektroantrieb mit einem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe in einer weiteren Ausführungsform; und
- 7 schematisch einen Elektroantrieb mit einem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe in einer weiteren Ausführungsform.
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Die 1 und 2, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe 8 in einer ersten Ausführungsform. Dabei zeigt 1 das Schaltgetriebe 8 als Teil eines Elektroantriebs 2 mit weiteren Komponenten.
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Der Elektroantrieb 2 umfasst eine elektrische Maschine 3, die über ein optionales Reduziergetriebe 7 das Schaltgetriebe 8 drehend antreibt, und eine dem Schaltgetriebe 8 nachgelagerte Leistungsverzweigungseinheit 9. Das Reduziergetriebe 7 ist ausgestaltet, um eine Drehbewegung vom Schnellen ins Langsame zu übersetzen. Das Schaltgetriebe 8 ist als Zweiganggetriebe ausgestaltet und ermöglicht eine Leistungsübertragung auf die Leistungsverzweigungseinheit 9 mit zwei unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen. Die Leistungsverzweigungseinheit 9 ist bei der vorliegenden Ausführungsform als Differentialgetriebe gestaltet, das ein vom Schaltgetriebe 8 eingeleitetes Drehmoment auf zwei Ausgangswellen 5, 6 überträgt. Das Schaltgetriebe 8 und das Differentialgetriebe 9 sind koaxial zueinander angeordnet. Der Elektromotor 3 und das Differentialgetriebe 9 sind mit Abstand versetzt zueinander angeordnet.
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Das Reduziergetriebe 7 ist in der vorliegenden Ausführungsform in Form eines zweistufigen Stirnradgetriebes gestaltet, ohne hierauf eingeschränkt zu sein. Das Stirnradgetriebe umfasst eine erste Stirnradstufe mit einem ersten Zahnrad 10 und einem zweiten Zahnrad 11 sowie eine zweite Stirnradstufe mit einem dritten Zahnrad 12 und einem vierten Zahnrad 13. Das zweite und das dritte Zahnrad 11, 12 sind über eine Zwischenwelle 18 drehfest miteinander verbunden, die über Lagermittel in einem ortsfesten Gehäuse 17 drehbar gelagert ist. Das Zahnrad 13 ist drehfest mit einem Gehäuse 14 verbunden, um dieses um die Drehachse B drehend anzutreiben. Das Gehäuse 14 ist über Lagermittel 15, 16 in dem ortsfesten Gehäuse 17 drehbar gelagert. Das erste Zahnrad 10 hat einen wesentlich kleineren Durchmesser bzw. eine geringere Zähnezahl als der Durchmesser bzw. die Zähnezahl des zweiten Zahnrads 11, so dass eine Übersetzung ins Langsame erzeugt wird. Dies gilt auch für die zweite Zahnradpaarung 12, 13. Insgesamt kann durch dieses Reduziergetriebe 7 eine Übersetzung ins Langsame von bis zu zehn oder mehr realisiert werden.
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Das Schaltgetriebe 8 umfasst eine Kronenradanordnung 4 sowie eine Kupplungsanordnung 42 zum Einstellen verschiedener Schaltzustände der Kronenradanordnung 4. Die Kronenradanordnung 4 umfasst ein erstes Kronenrad 19, das mit dem drehend antreibbaren Gehäuse 14 drehfest verbunden ist, ein zweites Kronenrad 20, das koaxial zum ersten Kronenrad 19 drehbar angeordnet ist, einer Mehrzahl von Stirnrädern 22, die mit dem ersten Kronenrad 19 und dem zweiten Kronenrad 20 in Verzahnungseingriff sind, und ein Trägerelement 23, auf dem die Stirnräder 22 drehbar gelagert sind. Das Trägerelement 23 ist vorliegend in Form eines Zapfens gestaltet, ohne darauf eingeschränkt zu sein, der gleichzeitig als Eingangsteil für das nachgelagerte Differentialgetriebe 9 dient.
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Die Kupplungsanordnung 42 umfasst eine erste Kupplung 43 zum antriebsmäßigen Verbinden des zweiten Kronenrads 20 mit dem ortsfesten Bauteil 17, sowie eine zweite Kupplung 44 zum antriebsmäßigen Verbinden des ersten Kronenrads 19 mit dem zweiten Kronenrad 20. Erste und zweite Kupplung 43, 44 bilden eine Kupplungseinheit, mit der sich drei Schaltstellungen realisieren lassen.
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In der ersten Schaltstellung ist die erste Kupplung 43 geschlossen, so dass ein in das zweite Kronenrad 20 über die Stirnräder 22 eingeleitetes Drehmoment am ortsfesten Gehäuse 17 abgestützt wird. In dieser Schaltstellung, die auch als Ankoppel-Modus der ersten Kupplung 43 bezeichnet werden kann, steht das zweite Kronenrad 20 still, so dass das Trägerelement 23 mit gegenüber dem ersten Kronenrad 19 halber Drehzahl um die Drehachse B rotiert. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangsteil 19 und Ausgangsteil 23 beträgt entsprechend zwei.
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In der zweiten Schaltstellung ist die erste Kupplung 43 geöffnet und die zweite Kupplung 44 ist geschlossen, so dass das erste Kronenrad 19 über das drehend antreibbaren Gehäuse 14 mittelbar an das zweite Kronenrad 20 drehfest angekoppelt ist. Hierfür kann ein Hülsenansatz 40 am drehend antreibbaren Gehäuse 14 vorgesehen sein, mit dem ein Kupplungseingangsteil 39 der zweiten Kupplung 44 verbunden ist. In dieser zweiten Schaltstellung, die auch als Ankoppel-Modus der zweiten Kupplung 44 bezeichnet werden kann, drehen das drehend antreibbare Gehäuse 14, das erste Kronenrad 19, das zweite Kronenrad 20, der Stirnradträger 23 und das damit verbundene Eingangsteil des Differentialgetriebes 9 gemeinsam um die Drehachse B. Es findet folglich keine Übersetzung durch die Kronenradanordnung 4 statt, das heißt das Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebsrad 13 und Eingangsteil des Differentialgetriebes 9 beträgt eins.
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In der dritten Schaltstellung sind beide Kupplungen 43, 44 geöffnet, so dass das zweite Kronenrad 20 frei drehbar ist, und zwar sowohl gegenüber dem ersten Kronenrad 19 als auch gegenüber dem ortsfesten Bauteil 17. In dieser Schaltstellung, die auch als Trenn-Modus (disconnect mode) bezeichnet werden kann, findet keine Drehmomentübertragung zwischen den Seitenwellen 5, 6 und dem Elektromotor 3 statt. Dies ist beispielsweise erforderlich, wenn das Kraftfahrzeug bei einer Panne abgeschleppt werden muss.
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Zur Betätigung der beiden Kupplungen 43, 44 ist ein Aktuator 41 vorgesehen, der hier schematisch dargestellt ist. Der Aktuator 41 kann beliebig gestaltet sein, beispielsweise in Form eines hydraulischen, pneumatischen, elektromechanischen oder elektromagnetischen Aktuators. Vorliegend wirkt der Aktuator auf eine Schaltmuffe 51, die bei Betätigung des Aktuators 41 in eine erste Richtung zum Schließen der ersten Kupplung 43 und bei Betätigung in einer zweiten Richtung zum Schließen der zweiten Kupplung 44 bewegt werden kann. In einer Neutralstellung ist die Schaltmuffe mit beiden Kupplungsteilen außer Eingriff. Der Aktuator 41 kann über eine zentrale Steuereinheit (nicht dargestellt) nach Bedarf angesteuert werden.
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Weitere Einzelheiten der Kronenradanordnung 4 beziehungsweise des Differentialgetriebes 9 ergeben sich aus 2. Es ist erkennbar, dass die Kronenradanordnung 4 und das Differentialgetriebe 9 innerhalb des drehend antreibbaren Gehäuses 14 angeordnet beziehungsweise in diesem aufgenommen sind. Das erste Kronenrad 19 ist an einer Seitenwandung 32 des drehend antreibbaren Gehäuses 14 angeordnet, beziehungsweise einteilig mit dieser ausgestaltet, ohne hierauf eingeschränkt zu sein. Das zweite Kronenrad 20 ist fest mit einer Hohlwelle 24 verbunden, beziehungsweise einteilig mit dieser gestaltet. Das zweite Kronenrad 20 beziehungsweise die Hohlwelle 24 sind über ein Axiallager 33 und ein Radiallager 34 in dem drehend antreibbaren Gehäuse 14 um die Drehachse B drehbar gelagert.
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Es sind zwei Stirnräder 22 vorgesehen, die jeweils auf dem Trägerelement 23 mittels entsprechender Lager 35 um eine Trägerachse C drehbar gelagert und über Anlaufscheiben 36 gegenüber diesem axial abgestützt sind. Hierfür hat das Trägerelement 23, das in der vorliegenden Ausführungsform als Zapfen gestaltet ist, an einem ersten Ende eine Stützfläche 37 und an dem entgegengesetzten Ende eine Nut, in die ein Sicherungsring 38 eingreift. Das Trägerelement 23 bildet das Eingangsteil des Differentialgetriebes 9. Das Differentialgetriebe 9 umfasst einen Differentialkorb 26, der gemeinsam mit dem hiermit verbundenen Trägerelement 23 um die Drehachse B rotiert, mehrere Differentialräder 27, die in dem Differentialkorb 26 auf der Trägerachse C drehbar gelagert sind und gemeinsam mit dem Trägerelement 23 um die Drehachse B umlaufen, sowie zwei Seitenwellenräder 28, 29, die jeweils koaxial zur Drehachse B drehbar angeordnet und mit den Differentialrädern 27 in Verzahnungseingriff sind. Der Differentialkorb 26 ist über erste Lagermittel gegenüber der Seitenwandung 32 axial und radial gelagert und über zweite Lagermittel gegenüber der Hohlwelle 24 axial und radial gelagert. In das Trägerelement 23 eingeleitetes Drehmoment wird über die Differentialräder 27 auf die beiden Seitenwellenräder 28, 29 übertragen, wobei eine ausgleichende Wirkung zwischen den beiden Seitenwellenrädern 28, 29 besteht. Die Seitenwellenräder 28, 29 sind wiederum zur Übertragung eines Drehmoments drehfest mit den zugehörigen Ausgangswellen 5, 6 verbunden, die das eingeleitete Drehmoment auf die Räder des Kraftfahrzeugs übertragen.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die beiden Kronenräder 19, 20 gleich gestaltet, das heißt, sie haben denselben mittleren Verzahnungsradius beziehungsweise dieselbe Zähnezahl. Hieraus ergibt sich, dass das erste Übersetzungsverhältnis zwischen dem drehend antreibbaren Gehäuse 14 und dem Trägerelement 23 eins beträgt (erster Gang), während das zweite Übersetzungsverhältnis (zweiter Gang) zwei beträgt.
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3 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe 2 in einer zweiten Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend derjenigen gemäß den 1 und 2, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern versehen wie in den 1 und 2.
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Der einzige Unterschied besteht darin, dass die beiden Kronenräder 19, 20 bei der Ausführungsform nach 3 unterschiedlich gestaltet sind. Es ist erkennbar, dass das erste Kronenrad 19 einen größeren mittleren Verzahnungsradius und entsprechend eine größere Zähnezahl aufweist, als das zweite Kronenrad 20. Hieraus ergibt sich, dass das erste Übersetzungsverhältnis (erster Gang) entsprechend größer ist als zwei, beispielsweise bis zu 2,2. Das zweite Übersetzungsverhältnis zwischen dem drehend antreibbaren Gehäuse 14 und dem Trägerelement 23 beträgt, wie bei der obigen Ausführungsform, eins. Es ist auch eine umgekehrte Ausgestaltung möglich, bei der das erste Kronenrad 19 einen kleineren mittleren Verzahnungsradius und entsprechend eine kleinere Zähnezahl aufweist, als das zweite Kronenrad 20. Hieraus würde sich entsprechend ergeben, dass das erste Übersetzungsverhältnis entsprechend kleiner ist als zwei, beispielsweise zwischen 2,0 und 1,8.
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4 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe 2 in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend derjenigen gemäß 3, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern versehen wie in den 1 bis 3.
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Der einzige Unterschied liegt in der Ausgestaltung der Kupplungsanordnung 42, welche in der vorliegenden Ausführungsform nach 4 zwei steuerbare Reibungskupplungen 43, 44 umfasst. Die erste Reibungskupplung 43 ist im Leistungspfad zwischen dem zweiten Kronenrad 20 und dem ortsfesten Gehäuse 17 angeordnet. Die zweite Reibungskupplung 44 ist im Leistungspfad zwischen dem ersten Kronenrad 19, bzw. dem hiermit verbundenen Gehäuse 14, und dem zweiten Kronenrad 20 angeordnet.
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Die Reibungskupplungen 43, 44 ermöglichen eine variable Drehmomentübertragung zwischen den jeweiligen Kupplungsteilen, die nach Bedarf eingestellt werden kann. Damit wird insbesondere eine Schaltung unter Last ermöglicht. Die beiden Reibungskupplungen 43, 44 sind vorzugsweise in Form von Reiblamellenkupplungen gestaltet, die jeweils ein aus Außenlamellen und Innenlamellen zusammengesetztes Lamellenpaket 45, 46 umfassen. Die beiden Reibungskupplungen 43, 44 sind koaxial ineinander angeordnet. Hierdurch wird ermöglicht, dass das gemeinsam mit dem zweiten Kronenrad 20 rotierende Kupplungsteil 21 den Lamellenträger für beide Kupplungen, das heißt sowohl für die Innenlamellen der ersten Reibungskupplung 43 als auch für die Außenlamellen der zweiten Reibungskupplung 44 bildet.
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Zur Betätigung der ersten Reibungskupplung 43 ist eine erste Betätigungsvorrichtung 49 vorgesehen, die hier schematisch durch einen Kolben dargestellt ist. Zur Betätigung der zweiten Reibungskupplung 44 ist eine zweite Betätigungsvorrichtung 50 vorgesehen, die ebenfalls schematisch durch einen Kolben dargestellt ist. Die beiden Betätigungsvorrichtungen 49, 50 können beliebig gestaltet sein, beispielsweise in Form eines hydraulischen, pneumatischen, elektromechanischen oder elektromagnetischen Aktuators. Die beiden Betätigungsvorrichtungen 49, 50 werden über eine zentrale Steuereinheit (nicht dargestellt) nach Bedarf angesteuert. Durch die Verwendung zweier Reibungskupplungen 43, 44 und zweier separater Betätigungsvorrichtungen 49, 50 können die beiden Reibungskupplungen 43, 44 individuell, beziehungsweise unabhängig voneinander, angesteuert werden. Das zu übertragende Drehmoment kann in Abhängigkeit von der Schließstellung der jeweiligen Reibungskupplung 43, 44 zwischen einer geschlossenen Position, in der das volle Drehmoment übertragen wird, und einer geöffneten Position, in der überhaupt kein Drehmoment übertragen wird, variabel eingestellt werden.
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5 zeigt einen Elektroantrieb 2 in einer abgewandelten Ausführungsform mit einem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe 8. Der Elektroantrieb 2 entspricht weitestgehend der in 4 dargestellten Ausführungsform, und das Schaltgetriebe 8 ist identisch mit dem in 4 gezeigten Schaltgetriebe, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern versehen wie in den 1 bis 4.
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Der einzige Unterschied liegt in der Ausgestaltung des Reduziergetriebes 7, das in der vorliegenden Ausführungsform nach 5 in Form eines Zugmitteltriebes gestaltet ist. Der Zugmitteltrieb umfasst ein vom Elektromotor 3 antreibbares Antriebsrad 10, ein mit dem drehbaren Gehäuse 14 verbundenes Abtriebsrad 13 und ein endloses Zugmittel 25, das Drehmoment vom Antriebsrad 10 auf das Abtriebsrad 13 überträgt. Es ist erkennbar, dass das Abtriebsrad 13 einen wesentlich größeren Durchmesser aufweist, als das Antriebsrad 10, so dass auch hier eine Übersetzung ins Langsame erfolgt. Der Zugmitteltrieb kann als Zugmittel beispielsweise einen Riemen oder eine Kette aufweisen.
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6 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe 8 in einer weiteren Ausführungsform in einem Elektroantrieb 2. Dieses entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise in weiten Teilen derjenigen gemäß 4, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern versehen wie in den 1 bis 5.
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Es sind eine elektrische Maschine 3, eine der elektrischen Maschine 3 im Leistungspfad nachgelagertes Reduzierstufe 7, das mit der Reduzierstufe 7 antriebsverbundene Schaltgetriebe 8 sowie eine von dem Schaltgetriebe 8 drehend antreibbare Leistungsverzweigungseinheit 9 erkennbar. Die Leistungsverzweigungseinheit 9 ist vorliegend als Doppelkupplungseinheit gestaltet mit zwei separat steuerbaren Reibungskupplungen 52, 53, die jeweils von einem zugehörigen Aktuator 54, 55 betätigbar sind.
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Der Elektroantrieb 2 ist ausgestaltet, um eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs als alleiniger Antrieb dieser Antriebsachse anzutreiben. Eine weitere Antriebsachse des Kraftfahrzeugs kann von einer weiteren Antriebseinheit mit separater Antriebsquelle, beispielsweise einem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Es ist jedoch keine mechanische Antriebsverbindung zwischen den beiden Antriebssystemen vorgesehen. Dies kann im Übrigen auch für die in den 1 bis 5 gezeigten Elektroantriebe gelten.
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Die elektrische Maschine 3 umfasst einen Stator und einen hierzu drehbaren Rotor, der bei Bestromen der elektrischen Maschine eine Motorwelle 56 drehend antreibt. Die Drehbewegung der Motorwelle 56 wird über das im Leistungspfad nachgelagerte Schaltgetriebe 8 auf die Doppelkupplungseinheit 9 übertragen. Die elektrische Maschine 3 wird von einer Batterie (nicht dargestellt) mit elektrischem Strom versorgt. Die elektrische Maschine 3 kann im Motorbetrieb arbeiten, wobei elektrische Energie in mechanische Energie zum Antrieben der Antriebsachse umgewandelt wird, oder im Generatorbetrieb, wobei, umgekehrt, mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, die dann in der Batterie gespeichert werden kann. Der Elektroantrieb 2 umfasst ferner eine Gehäuseanordnung 57, in dem die elektrische Maschine 3, die Reduzierstufe 7, das Schaltgetriebe 8 und die Doppelkupplungseinheit 9 angeordnet sind.
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Die Reduzierstufe 7 übersetzt eine von der Motorwelle 56 eingeleitete Drehbewegung vom Schnellen ins Langsame. Somit beträgt die Drehgeschwindigkeit des Eingangsteils 14 des Schaltgetriebes 8 nur ein Bruchteil der Drehgeschwindigkeit der Motorwelle 56 der elektrischen Maschine 3. Die Doppelkupplungseinheit 9 teilt das eingeleitete Drehmoment auf die beiden Seitenwellen (nicht dargestellt) auf, die zum Antreiben eines zugehörigen Fahrzeugrads dienen. Die Motorwelle 56 ist als Hohlwelle gestaltet und mittels Lager 58, 58' im Gehäuse 57 um eine Drehachse A drehbar gelagert. Ein Antriebsrad 10 (erstes Zahnrad) ist drehfest mit der Antriebswelle 56 verbunden, insbesondere einteilig mit dieser gestaltet. Ein Abtriebsrad 13 (zweites Zahnrad) ist drehfest mit dem Eingangsteil 14 des Schaltgetriebes 8 verbunden, das als drehend antreibbares Gehäuse gestaltet ist.
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Das Schaltgetriebe 8 ist hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise wie in den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 5 gestaltet, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Es sind eine Kronenradanordnung 4, eine erste Kupplung 43 und eine zweite Kupplung 44 zum Einstellen verschiedener Schaltzustände der Kronenradanordnung 4 vorgesehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die beiden Kupplungen 43, 44 räumlich voneinander getrennt angeordnet. Die Kronenradanordnung 4 umfasst ein erstes Kronenrad 19, das mit dem drehend antreibbaren Gehäuse 14 drehfest verbunden ist und als Eingangsteil dient, ein zweites Kronenrad 20, das koaxial zum ersten Kronenrad 19 drehbar angeordnet ist, eine Mehrzahl von Stirnrädern 22, die mit dem ersten Kronenrad 19 und dem zweiten Kronenrad 20 in Verzahnungseingriff sind, und ein Trägerelement 23, auf dem die Stirnräder 22 drehbar gelagert sind. Das Trägerelement 23 hat eine Nabe, über die es drehfest mit einer Zwischenwelle 58 verbunden ist, sowie von der Nabe sich nach radial außen erstreckende Zapfen, auf denen jeweils ein zugehöriges Stirnrad 22 drehbar gelagert ist. Die Zwischenwelle 58 treibt über eine Zahnradpaarung 59, 60 den Kupplungskorb 26 der Doppelkupplungseinheit 9 an.
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Das zweite Kronenrad 20 ist mit einer Stützwelle 62 drehfest verbunden, die sich durch eine Längsbohrung der Zwischenwelle 58 hindurcherstreckt. Die Stützwelle 62 ist mittels der ersten Kupplung 43 selektiv an ein Gehäuseteil 17 drehfest koppelbar beziehungsweise von diesem abkoppelbar. Die erste Kupplung 43 ist bei dieser Ausführungsform als insbesondere sperrbare Freilaufkupplung gestaltet, welche die Stützwelle 62 in einer ersten Drehrichtung gegenüber dem Gehäuseteil 17 drehfest abstützt und in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung gegenüber dem Gehäuseteil 17 freigibt, so dass die Stützwelle 62 frei drehen kann.
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Die zweite Kupplung 44 ist im Leistungspfad zwischen dem ersten Kronenrad 19 und dem Trägerelement 23 angeordnet, um die beiden genannten Elemente selektiv aneinander zu koppeln oder voneinander zu trennen. Vorliegend ist die Kupplung 44 als Reibungskupplung gestaltet, so dass auch ein Gangschalten vom ersten in den zweiten Gang unter Last möglich ist. Konkret ist vorgesehen, dass ein erstes Kupplungsteil 39, an dem erste Lamellen drehfest angeordnet sind, mit dem drehend antreibbare Gehäuse 14 fest verbunden ist, beziehungsweise einteilig mit diesem gestaltet ist. Das zweite Kupplungsteil 74 ist mit der Zwischenwelle 58 drehfest verbunden, die wiederum mit dem Trägerelement 23 drehfest verbunden ist. Durch diese Ausgestaltung kann durch Schließen der zweiten Kupplung 44 das erste Kronenrad 19 zur Übertragung von Drehmoment mit dem Trägerelement 23 verbunden werden, wobei die genannten Bauteile, erstes Kronenrad 19, Trägerelement 23 und zweites Kronenrad 20 in vollständig geschlossenem Zustand der Kupplung 44 en bloc um die Drehachse B umlaufen.
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Zum Betätigen der Reibungskupplung 44 ist ein Aktuator 41 vorgesehen, der mittels einer Steuereinheit (nicht dargestellt) steuerbar ist, so dass das vom Lamellenpaket übertragbare Drehmoment variabel einstellbar ist. Der Aktuator 41 ist vorliegend als hydraulischer Aktuator gestaltet, ohne hierauf eingeschränkt zu sein, und umfasst einen hydraulischen Kolben 75, der außerhalb des drehend antreibbaren Gehäuses 14 in einem hierzu benachbarten ortsfesten Gehäuseteil axial beweglich aufgenommen ist. Der Kolben 75 wirkt mit einem Kraftübertragungsglied 76 zusammen, um eine Axialkraft auf das Lamellenpaket der Kupplung 44 zu übertragen. Das Kraftübertragungsglied 76 rotiert gemeinsam mit dem drehbaren Gehäuse 14 und ist gegenüber dem Ringkolben 75 mittels eines Axiallagers 78 drehbar gelagert. Das Kraftübertragungsglied 76 weist einen scheibenförmigen Grundkörper auf, von dem sich mehrere Betätigungsglieder 77 in axiale Richtung erstrecken. Die Betätigungsglieder 77 erstrecken sich durch Öffnungen im drehbaren Gehäuse 14 hindurch und wirken axial auf das Lamellenpaket ein, um die Kupplung 44 zu schließen.
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Eine erste Schaltstellung des Schaltgetriebes 8 wird durch Öffnen der zweiten Kupplung 44 realisiert. In dieser Schaltstellung können die drei Glieder (19, 20, 23) der Kronenradanordnung 4 frei gegeneinander drehen, wobei ein in einer ersten Drehrichtung vom ersten Kronenrad 19 eingeleitetes Drehmoment auf das zweite Kronenrad 20 ein Drehmoment in entgegengesetzter zweiter Drehrichtung bewirkt. Dabei ist die Freilaufkupplung 43 so gestaltet, dass das in der zweiten Drehrichtung auf das zweite Kronenrad 20 wirkende Drehmoment über die Stützwelle 62 am Gehäuse 17 im Drehsinn abgestützt wird. In dieser Schaltstellung, die auch als Ankoppel-Modus der ersten Kupplung 43 bezeichnet werden kann, steht das zweite Kronenrad 20 entsprechend still, so dass das Trägerelement 23 mit gegenüber dem ersten Kronenrad 19 halber Drehzahl um die Drehachse B rotiert. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangsteil 19 und Ausgangsteil 23 beträgt entsprechend zwei.
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Eine zweite Schaltstellung des Schaltgetriebes 8 wird durch Schließen der zweiten Kupplung 44 realisiert. Dabei wird das erste Kronenrad 19 über das Kupplungsteil 74 und die Zwischenwelle 58 mittelbar an das hiermit verbundene Trägerelement 23 zur Übertragung eines Drehmoments angekoppelt. In dieser zweiten Schaltstellung, die auch als Ankoppel-Modus der zweiten Kupplung 44 bezeichnet werden kann, drehen das drehend antreibbare Gehäuse 14, das erste Kronenrad 19, das zweite Kronenrad 20, das Trägerelement 23 und die hiermit drehfest verbundene Zwischenwelle 58 gemeinsam um die Drehachse B. Es findet folglich keine Übersetzung durch die Kronenradanordnung 4 statt, das heißt das Übersetzungsverhältnis des Schaltgetriebes 8 ist eins.
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Durch Öffnen beider Kupplungen 43, 44 kann eine Neutralstellung eingestellt werden, so dass alle drei Glieder (19, 20, 23) der Kronenradanordnung 4 frei gegeneinander drehen können. In dieser Schaltstellung, die auch als Trenn-Modus (disconnect mode) bezeichnet werden kann, findet keine Drehmomentübertragung zwischen der Doppelkupplungseinheit 9 und dem Elektromotor 3 statt.
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Die Zwischenwelle 58 ist über Lager 61, 61', 61" um die zur ersten Drehachse A parallele zweite Drehachse B im Gehäuse 57 drehbar gelagert. Die Zwischenwelle 58 ist an ihrer Eingangsseite mit dem Trägerelement 23 drehfest verbunden und umfasst an ihrer Ausgangsseite ein Abtriebsrad 59, das drehfest mit der Zwischenwelle 58 verbunden, insbesondere einteilig mit dieser gestaltet ist. Das Abtriebsrad 59 kämmt mit dem Ringrad 60 zum Antreiben der Doppelkupplungseinheit 9. Das Ringrad 60 ist fest mit dem Eingangsteil 26 der Doppelkupplungseinheit 9 verbunden und kann beispielsweise einteilig mit diesem ausgestaltet sein. Das Abtriebsrad 59 der Getriebewelle 58 und das Ringrad 60 des Kupplungseingangsteils weisen Schrägverzahnungen auf.
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Die Doppelkupplungseinheit 9 weist einen von der Getriebewelle 58 drehend antreibbaren Kupplungskorb 26 als Eingangsteil auf sowie zwei Kupplungsnaben 63, 64 als Kupplungsausgangsteile, auf die über jeweils ein Lamellenpaket 65, 66 Drehmoment von dem Kupplungskorb 22 auf die jeweilige Kupplungsnabe 63, 64 übertragbar ist. Die Lamellenpakete 65, 66 umfassen jeweils mit dem Kupplungskorb 26 drehfest und axial bewegliche Außenlamellen sowie mit der jeweiligen Kupplungsnabe 63, 64 drehfest und axial bewegliche Innenlamellen, die axial abwechselnd angeordnet sind. Die beiden Kupplungen 52, 53 sind hinsichtlich ihres Aufbaus, insbesondere ihrer geometrischen Abmessungen wie Nabenaußendurchmesser, Nabeninnendurchmesser, Durchmesser der Außen- und Innenlamellen, gleich gestaltet. Die erste Kupplungsnabe 63 ist mit einer ersten Ausgangswelle (nicht dargestellt) antriebsmäßig zu verbinden und die zweite Kupplungsnabe 64 mit einer zweiten Ausgangswelle. Es ist vorgesehen, dass sich die erste Antriebswelle durch die Hohlwelle 56 der elektrischen Maschine 3 hindurch erstreckt. Die Doppelkupplungseinheit 9 ist koaxial zur elektrischen Maschine 3 angeordnet. Der Kupplungskorb 26 ist mittels zweier Kupplungslager 67, 67' im Gehäuse 57 koaxial zur Drehachse A der Motorwelle 56 drehbar gelagert.
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Der Kupplungskorb 26 umfasst einen Zylinderabschnitt sowie zwei hiermit verbundene und diesen seitlich begrenzende Deckelabschnitte. Die Deckelabschnitte haben jeweils einen einstückig angeformten Hülsenansatz zur Aufnahme des jeweils zugehörigen Kupplungslagers 67, 67', mit denen der Kupplungskorb 26 im Gehäuse 57 drehbar gelagert ist.
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Jede der beiden Kupplungen 6, 7 ist von einem zugehörigen Aktuator 68, 69 individuell betätigbar. Hierfür sind die beiden Aktuatoren 68, 69 unabhängig voneinander mittels einer Steuereinheit (nicht dargestellt) steuerbar, so dass ein vom ersten Lamellenpaket 65 auf die erste Kupplungsnabe 63 übertragbares erstes Drehmoment und ein vom zweiten Lamellenpaket 66 auf die zweite Kupplungsnabe 64 übertragbares zweites Drehmoment unabhängig voneinander variabel einstellbar sind. Die beiden Aktuatoren 68, 69 sind hinsichtlich ihres Aufbaus und Funktionsweise gleich gestaltet, weswegen nachstehend beide gemeinsam beschrieben werden. Die beiden Aktuatoren 68, 69 sind jeweils außerhalb des Kupplungskorbs 26 angeordnet und an einem jeweiligen Gehäuseteil in entgegengesetzte axiale Richtungen axial abgestützt. Je Kupplung 52, 53 ist ein Kraftübertragungsglied 70, 71 vorgesehen ist, um eine vom Aktuator erzeugte Axialkraft auf das im Kupplungskorb 26 angeordnete zugehörige Lamellenpaket 65, 66 zu übertragen. Die Kraftübertragungsglieder 70, 71 umfassen einen scheibenförmigen Grundkörper, von dem mehrere Nocken in axiale Richtung abstehen. Die beiden Deckelabschnitte des Kupplungskorbs 26 haben jeweils mehrere umfangsverteilte axiale Durchtrittsöffnungen, durch die sich Nocken des zugehörigen Kraftübertragungsglieds 70, 71 hindurch erstrecken. Die Kraftübertragungsglieder 70, 71 sind über die in die Öffnungen der Deckelteile eingreifenden Nocken drehfest mit dem Kupplungskorb 26 verbunden, so dass sie gemeinsam mit diesem um die Drehachse A rotieren. Die Nocken wirken jeweils auf eine in dem Kupplungskorb 26 angeordnete Druckplatte ein, welche die Kraft auf das jeweilige Lamellenpaket 65, 66 überträgt. Axial innen sind die Lamellenpakete 65, 66 jeweils über eine Stützplatte 72 gegen den Kupplungskorb 26 axial abgestützt.
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Die Aktuatoren 68, 69 sind vorliegend als hydraulisch betätigbare Aktuatoren gestaltet, wobei es sich versteht, dass andere Formen von Aktuatoren wie elektromotorische oder elektromagnetische Aktuatoren ebenso möglich sind. Zur Rückstellung der Aktuatoren 68, 69 können hier nicht dargestellte Rückstellfedern vorgesehen sein.
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7 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe 8 in einer weiteren Ausführungsform in einem Elektroantrieb 2. Das Schaltgetriebe 8 beziehungsweise der Elektroantrieb 2 entsprechen hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise weitestgehend demjenigen gemäß 6, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern versehen wie in 6 beziehungsweise den 1 bis 5.
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Der einzige Unterschied besteht in der Anordnung der zweiten Kupplung 44, welche bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß 7 unmittelbar im Leistungspfad zwischen dem drehend antreibbaren Gehäuse 14 und dem Trägerelement 23 angeordnet ist.
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Dabei ist das Kupplungseingangsteil 39, an dem erste Lamellen drehfest angeordnet sind, mit dem drehend antreibbare Gehäuse 14 fest verbunden, beziehungsweise einteilig mit diesem gestaltet. Das Kupplungsausgangsteil 74 ist drehfest mit dem Trägerelement 23 drehfest verbunden. Durch Schließen der zweiten Kupplung 44 wird das erste Kronenrad 19, das mit dem Gehäuse 14 verbunden ist, zur Übertragung von Drehmoment mit dem Trägerelement 23 verbunden. Der Aktuator zum Betätigen der zweiten Kupplung ist aufgebaut wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Elektroantrieb
- 3
- elektrische Maschine
- 4
- Kronenradanordnung
- 5
- Ausgangswelle
- 6
- Ausgangswelle
- 7
- Reduziergetriebe
- 8
- Schaltgetriebe
- 9
- Antriebseinheit / Leistungsverzweigungseinheit
- 10
- erstes Zahnrad
- 11
- zweites Zahnrad
- 12
- drittes Zahnrad
- 13
- viertes Zahnrad
- 14
- Gehäuse
- 15
- Lagermittel
- 16
- Lagermittel
- 17
- ortsfestes Gehäuse
- 18
- Zwischenwelle
- 19
- erstes Kronenrad
- 20
- zweites Kronenrad
- 21
- Kupplungsteil
- 22
- Stirnrad
- 23
- Trägerelement
- 24
- Hohlwelle
- 25
- Riemen
- 26
- Differentialkorb
- 27
- Differentialrad
- 28
- Seitenwellenrad
- 29
- Seitenwellenrad
- 31
- Lagermittel
- 32
- Seitenwandung
- 33
- Axiallager
- 34
- Radiallager
- 35
- Lager
- 36
- Anlaufscheibe
- 37
- Stützfläche
- 38
- Sicherungsring
- 39
- Kupplungseingangsteil
- 40
- Hohlwelle
- 41
- Aktuator
- 42
- Kupplungsanordnung
- 43
- erste Kupplung
- 44
- zweite Kupplung
- 45
- Lamellenpaket
- 46
- Lamellenpaket
- 47
- Kupplungseingangsteil
- 48
- Kupplungsausgangsteil
- 49
- Betätigungsvorrichtung
- 50
- Betätigungsvorrichtung
- 51
- Schaltmuffe
- 52
- Reibungskupplung
- 53
- Reibungskupplung
- 54
- Aktuator
- 55
- Aktuator
- 56
- Motorwelle
- 57
- Gehäuse
- 58
- Zwischenwelle
- 59
- Zahnrad
- 60
- Zahnrad
- 61, 61', 61"
- Lager
- 62
- Stützwelle
- 63
- Kupplungsnabe
- 64
- Kupplungsnabe
- 65
- Lamellenpaket
- 66
- Lamellenpaket
- 67
- Lager
- 68
- Aktuator
- 69
- Aktuator
- 70
- Kraftübertragungsglied
- 71
- Kraftübertragungsglied
- 72
- Nocken
- 73
- Nocken
- 74
- Kupplungsteil
- 75
- Kolben
- 76
- Kraftübertragungsglied
- 77
- Betätigungsglied
- 78
- Axiallager
- A
- Achse
- B
- Achse
- C
- Achse