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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie eine Antriebsvorrichtung mit einer solchen Getriebevorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist zumindest teilweise elektrisch angetrieben.
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Die
EP 2 821 672 B1 offenbart eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend eine erste und eine zweite Antriebswelle, deren axiale Enden einander gegenüberliegen, so dass sie koaxial angeordnet sind. Ferner umfasst die Antriebsvorrichtung einen Differenzialmechanismus mit einem ersten Sonnenrad, das mit der ersten Antriebswelle verbunden ist, einem zweiten Sonnenrad, das mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist, ein erstes Ritzel, das mit dem ersten Sonnenrad kämmt, ein zweites Ritzel, das mit dem zweiten Sonnenrad und mit dem ersten Ritzel kämmt, und einen Träger, der drehbar das erste Ritzel und das zweite Ritzel trägt. Ferner vorgesehen ist ein Geschwindigkeitsreduziermechanismus mit einem Eingangssonnenrad, das mit einer Eingangswelle verbunden ist, einem ersten Untersetzungsritzel, das mit dem Eingangssonnenrad kämmt und drehbar durch den Träger getragen wird, einem zweiten Untersetzungsritzel, das mit dem ersten Untersetzungsritzel verbunden ist und drehbar durch den Träger gestützt wird, und einem Hohlrad, das mit dem zweiten Untersetzungsritzel kämmt. Ferner umschließt ein Gehäuse den Differenzialmechanismus und den Untersetzungsmechanismus, die koaxial zueinander angeordnet sind, wobei das Gehäuse, den Träger drehbar trägt und das Hohlrad drehfest aufnimmt. Das zweite Untersetzungsritzel des Untersetzungsmechanismus sowie das erste und zweite Ritzel des Differenzialmechanismus sind außer Phase in einer Drehrichtung angeordnet. Ferner sind das zweite Untersetzungsritzel des Untersetzungsmechanismus sowie das erste und zweite Ritzel des Differenzialmechanismus an einer Position in einer axialen Richtung derart angeordnet, dass wenigstens das erste Ritzel oder das zweite Ritzel des Differenzialmechanismus mit dem zweiten Untersetzungsritzel des Untersetzungsmechanismus überlappen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Getriebevorrichtung zu schaffen, wobei besonderes Augenmerk auf eine Gewichtseinsparung gelegt werden soll. Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Eine erfindungsgemäße Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Planetengetriebe mit einem Antriebssonnenrad, einem Hohlrad und mehreren Stufenplanetenrädern, die jeweils ein erstes und zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad aufweisen, wobei das erste Zahnrad mit dem Antriebssonnenrad im Zahneingriff steht, und wobei das zweite Zahnrad mit dem Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie ein Stirnraddifferentialgetriebe mit einem ersten und zweiten Abtriebssonnenrad sowie mehreren ersten und zweiten Ausgleichsrädern, wobei die ersten Ausgleichsräder mit dem ersten Abtriebssonnenrad im Zahneingriff stehen, wobei die zweiten Ausgleichsräder mit dem zweiten Abtriebssonnenrad im Zahneingriff stehen, und wobei jeweils ein erstes und zweites Ausgleichsrad paarweise miteinander im Zahneingriff stehen, wobei alle Stufenplanetenräder und alle Ausgleichsräder über jeweilige Lagerelemente an einem gemeinsamen Planetenträger aufgenommen sind.
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Die ersten Zahnräder sind in axialer Richtung dem Stirnraddifferentialgetriebe zugewandt und stehen mit dem Antriebssonnenrad im Zahneingriff. Die zweiten Zahnräder stehen mit dem Hohlrad im Zahneingriff. Dabei haben die ersten Zahnräder einen größeren Durchmesser als die zweiten Zahnräder.
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Das Gehäuse ist derart ausgebildet, dass die Ausgleichsräder sowie die damit im Zahneingriff stehenden Abtriebssonnenräder des Stirnraddifferentialgetriebes, von dem Gehäuse umschlossen werden. Weiter umschließt das Gehäuse auch das Planetengetriebe zumindest teilweise.
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Das Gehäuse ist insbesondere stationär festgelegt und befindet sich nicht im Leistungsfluss der Getriebevorrichtung. Das bedeutet, dass kein Drehmoment am Gehäuse abgestützt bzw. in das Gehäuse eingeleitet wird, wobei das Gehäuse von im Zahneingriff stehenden Getriebeelementen akustisch entkoppelt ist. Dies ermöglicht eine günstige sowie kompakte Ausbildung des Gehäuses.
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Das Gehäuse dient als Einhausung für die Getriebevorrichtung zum Schutz vor Schmutz und Feuchtigkeit. Eine Funktion, ferner Drehmoment am Gehäuse abzustützen, bzw. in das Gehäuse einzuleiten, ist bewusst nicht vorgesehen, so dass das Gehäuse von im Zahneingriff stehenden Getriebeelementen auch akustisch entkoppelt ist. Dies ermöglicht eine günstige, insbesondere aufgrund der geeigneten Werkstoffauswahl gewichtssparende sowie kompakte Ausbildung des Gehäuses. Damit ist es möglich, das Gehäuse, wie erfindungsgemäß vorgesehen, zumindest teilweise aus einem nichtmetallischen Werkstoff auszubilden. Ein nichtmetallisches Gehäuse ist gegenüber einem metallischen Gehäuse leichter und weist insbesondere bessere akustische Eigenschaften auf, besonders dann, wenn es aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse aus einem Kunststoff, einer Keramik oder einem Verbundwerkstoff hergestellt. Bevorzugt ist der Verbundwerkstoff partikel- oder faserverstärkt.
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Die ersten Zahnräder der Stufenplanetenräder bilden zusammen mit dem Antriebssonnenrad eine Eingangsstufe, wobei die zweiten Zahnräder der Stufenplanetenräder zusammen mit dem Hohlrad eine Laststufe ausbilden. Die beiden Ausgleichsräder des Stirnraddifferentialgetriebes bilden die Differentialstufe. Das Stirnraddifferentialgetriebe ist dazu eingerichtet, eine über das Antriebssonnenrad in die Getriebevorrichtung eingeleitete Antriebsleistung auf das erste und zweite Abtriebssonnenrad zu verteilen. Das Antriebssonnenrad ist über eine Antriebswelle mit einer Antriebsmaschine verbindbar, wobei das jeweilige Abtriebssonnenrad über eine jeweilige Abtriebswelle mit einem jeweiligen Rad des Kraftfahrzeugs verbindbar ist. Die beiden Abtriebswellen bilden eine Antriebsachse des Kraftfahrzeugs. Insbesondere ist die Antriebswelle dazu vorgesehen, mit einer elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden, um einen elektrischen Achsantrieb zu realisieren.
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Das Planetengetriebe und das Stirnraddifferentialgetriebe sind über den Träger miteinander gekoppelt. Alle Stufenplanetenräder und alle Ausgleichsräder sind zumindest mittelbar, beispielsweise über Lagerelemente drehbar am Träger aufgenommen. Insbesondere kann der Träger zweiteilig ausgebildet seim, wobei dann die beiden Trägerhälften drehfest miteinander verbunden sind.
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Ein Ausgleichsräderpaar wird jeweils aus einem ersten und zweiten Ausgleichsrad gebildet, wobei die beiden Ausgleichsräder des jeweiligen Ausgleichsräderpaares miteinander im Zahneingriff stehen. Zwei miteinander im Zahneingriff stehende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem Zahnrad sind beispielsweise ein Ausgleichsrad, ein Sonnenrad, ein Hohlrad sowie ein Zahnrad eines Stufenplanetenrades zu verstehen.
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Vorzugsweise ist das Hohlrad an einer Wandung, die axial zwischen einer mit dem Antriebssonnenrad wirkverbundenen Antriebsmaschine und dem Planetengetriebe angeordnet ist, stationär festgelegt. Mithin ist das Hohlrad drehfest mit der Wandung verbunden, um ein in das Hohlrad eingeleitetes Drehmoment an der Wandung abzustützen. Insbesondere ist die Wandung als Lagerschild für die elektrische Antriebsmaschine ausgebildet. Unter einem Lagerschild ist ein stirnseitiger Gehäusedeckel für die elektrische Antriebsmaschine zu verstehen. Die Wandung kann zumindest einen Teil des Planetengetriebes beherbergen. Insbesondere nimmt die Wandung das Hohlrad an einer Innenumfangsfläche radial auf. Bevorzugt weist die Wandung einen sich in radialer Richtung erstreckenden flachen Wandabschnitt sowie einen sich in radialer Richtung erstreckenden ringförmigen Wandabschnitt auf, der mit dem flachen Wandabschnitt einteilig verbunden ist.
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Bevorzugt weist das Hohlrad eine Steckverzahnung auf, die in eine Verzahnung an der Wandung eingreift, wobei Radialspiel zwischen der Steckverzahnung am Hohlrad und der Verzahnung an der Wandung ausgebildet ist. Die Steckverzahnung am Hohlrad und die Verzahnung an der Wandung sind dazu vorgesehen, eine drehfeste Verbindung zwischen der Wandung und dem Hohlrad sowie einen radialen Spielausgleich zu realisieren. Mit anderen Worten ist in Radialrichtung Spiel an der Verzahnung ausgebildet, sodass eine radiale Verformung des Hohlrades bei einer Drehmomentbelastung erfolgen kann. Dadurch werden insbesondere Eigenspannungen im Hohlrad gesenkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die beiden Abtriebssonnenräder gleiche Außendurchmesser auf. Mit anderen Worten ist das Stirnraddifferentialgetriebe symmetrisch ausgebildet. Vorzugsweise weisen die beiden Abtriebssonnenräder eine gleiche axiale Breite auf. Insbesondere sind die beiden Abtriebssonnenräder identisch und somit baugleich ausgebildet.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weisen die beiden Abtriebssonnenräder unterschiedliche Außendurchmesser auf. Vorzugsweise weist das erste Abtriebssonnenrad einen kleineren Außendurchmesser als das zweite Abtriebssonnenrad auf. Mithin ist das Stirnraddifferentialgetriebe asymmetrisch ausgebildet.
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Unabhängig davon, ob die beiden Abtriebssonnenräder gleiche oder unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen, weisen die beiden Abtriebssonnenräder vorzugsweise zumindest die gleiche Zähnezahl auf. Unter der Zähnezahl eines Abtriebssonnenrades ist die Anzahl der Zähne an der Außenumfangsfläche des Abtriebssonnenrades zu verstehen.
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Beispielsweise weisen alle Ausgleichsräder die gleiche Zähnezahl auf. Bevorzugt weisen die ersten Ausgleichsräder gegenüber den zweiten Ausgleichsrädern unterschiedliche Zähnezahlen auf. Beispielsweise ist die Zähnezahl der ersten Ausgleichsräder größer als die Zähnezahl der zweiten Ausgleichsräder. Alternativ ist die Zähnezahl der ersten Ausgleichsräder kleiner als die Zähnezahl der zweiten Ausgleichsräder. Unter der Zähnezahl eines Ausgleichsrades ist die Anzahl der Zähne an der Außenumfangsfläche des Ausgleichsrades zu verstehen. Insbesondere sind die Ausgleichsräder geradverzahnt ausgebildet.
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Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle mit einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung wirkverbunden ist. Dazu ist die Antriebswelle drehfest mit dem Antriebssonnenrad verbunden. Die elektrische Antriebsmaschine umfasst einen Stator sowie einen Rotor, wobei der Rotor drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Mithin ist die Antriebswelle als Rotorwelle ausgebildet.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine schematische teilweise vereinfachte Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung,
- 2 eine stark vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit der Getriebevorrichtung gemäß 1, und
- 3 eine stark vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einer Getriebevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Die 1, 2 und 3 zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Getriebevorrichtung 1 mit einem Planetengetriebe 2 und einem Stirnraddifferentialgetriebe. Das Planetengetriebe 2 umfasst ein Antriebssonnenrad 3, ein Hohlrad 4 und mehreren Stufenplanetenräder 5, die jeweils ein erstes und zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad 5a, 5b aufweisen. Die Stufenplanetenräder 5 sind über als Bolzen ausgebildete Lagerelemente 10a drehbar an einem Planetenträger 9 aufgenommen. Das erste Zahnrad 5a steht mit dem Antriebssonnenrad 3 im Zahneingriff, wobei das zweite Zahnrad 5b mit dem Hohlrad 4 im Zahneingriff steht. Das jeweilige erste Zahnrad 5a weist einen größeren Durchmesser als das jeweilige zweite Zahnrad 5b auf. Das Hohlrad 4 weist eine Steckverzahnung 14 auf, die in eine Verzahnung 15 an einer einem ringförmigen Wandabschnitt 11b der Wandung 11 eingreift.
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Zwischen der Steckverzahnung 14 am Hohlrad 4 und der Verzahnung 15 an dem ringförmigen Wandabschnitt 11b ist Radialspiel ausgebildet, um eine radiale Verformung des Hohlrades 4 zu ermöglichen. Wie besonderes gut aus den 2 und 3 hervorgeht, ist die Wandung 11 mit ihrem axialen Wandabschnitt 11a axial zwischen einer mit dem Antriebssonnenrad 3 wirkverbundenen Antriebsmaschine 12 und dem Planetengetriebe 2 angeordnet. Insbesondere begrenzt der axiale Wandabschnitt die Getriebevorrichtung 1 zu einer Stirnseite hin. Die Wandung 11 umfasst einen radialen Wandabschnitt 11a und einen ringförmigen Wandabschnitt 11b.
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Das Hohlrad 4 ist stationär an dem ringförmigen Wandabschnitt 11b festgelegt. In 1 wurde auf die Darstellung der Antriebsmaschine 12 verzichtet, jedoch wird darauf hingewiesen, dass die Antriebsmaschine 12 axial unmittelbar an die Wandung 11 angrenzt, sobald die Antriebsmaschine 12 an die Getriebevorrichtung 1 angeflanscht wird.
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Das Stirnraddifferentialgetriebe 6 umfasst ein erstes und zweites Abtriebssonnenrad 7a, 7b sowie mehrere erste und zweite Ausgleichsräder 8a, 8b. Die ersten Ausgleichsräder 8a stehen mit dem ersten Abtriebssonnenrad 7a im Zahneingriff. Die zweiten Ausgleichsräder 8b stehen mit dem zweiten Abtriebssonnenrad 7b im Zahneingriff. Ferner stehen jeweils ein erstes und zweites Ausgleichsrad 8a, 8b paarweise miteinander im Zahneingriff und bilden dadurch ein Ausgleichsräderpaar 8a, 8b. Die Ausgleichsräder 8a, 8b sind über jeweilige als Bolzen ausgebildete Lagerelemente 10b drehbar am Planetenträger 9 aufgenommen. Die ersten und zweiten Ausgleichsräder 8a, 8b sind in der Figur axial neben den ersten Zahnrädern 5a der Stufenplanetenräder 5 angeordnet und überlappen axial nicht mit den ersten Zahnrädern 5a der Stufenplanetenräder 5. In den Figuren nicht dargestellt ist eine Variante mit axialem Überlapp der der Zahnräder 5a mit den Ausgleichsrädern, die jedoch gleichfalls von der Erfindung umfasst ist.
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Ein Gehäuse 13, das das Stirnraddifferentialgetriebe 6 und einen Teil des Planetengetriebes 2 beherbergt, ist nicht im Leistungsfluss der Getriebevorrichtung 1 angeordnet. Dadurch kann das Gehäuse 13 besonders kompakt und günstig ausgebildet sein. Das Gehäuse 13 ist vorliegend aus einem nichtmetallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Kunststoff ausgebildet. Ferner überlappt das Gehäuse 13 den ringförmigen Wandabschnitt 11b in einem axialen Überlappungsbereich 18.
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Gemäß den 1 und 2 weisen die beiden Abtriebssonnenräder 7a, 7b unterschiedliche Außendurchmesser auf. Mithin ist das Stirnraddifferentialgetriebe asymmetrisch ausgebildet. Ferner weisen die beiden Abtriebssonnenräder 7a, 7b die gleiche Zähnezahl auf.
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Gemäß 3 weisen die beiden Abtriebssonnenräder 7a, 7b gleiche Außendurchmesser auf. Mithin ist das Stirnraddifferentialgetriebe symmetrisch ausgebildet. Ferner weisen die beiden Abtriebssonnenräder 7a, 7b die gleiche Zähnezahl auf.
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Die 2 und 3 zeigen eine jeweilige erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die jeweilige Antriebsvorrichtung umfasst die elektrische Antriebsmaschine 12 sowie die damit wirkverbundene Getriebevorrichtung 1. Die elektrische Antriebsmaschine 12 umfasst einen Stator sowie einen Rotor, wobei der Rotor drehfest mit einer Antriebswelle 16 verbunden ist. Ferner ist die Antriebswelle 16 drehfest mit dem Antriebssonnenrad 3 verbunden. Das jeweiliges Abtriebssonnenrad 7a, 7b ist drehfest mit einer jeweiligen Abtriebswelle 17a, 17b verbunden, die ihrerseits mit einem jeweiligen Fahrzeugrad wirkverbunden ist.
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Unter einer Wirkverbindung ist zu verstehen, dass zwischen zwei miteinander wirkverbundenen Elementen weitere Elemente angeordnet sein können. Die Antriebswelle 16 ist koaxial zu den beiden Abtriebswellen 17a, 17b angeordnet, wobei die Antriebswelle 16 als Hohlwelle ausgebildet ist. Aufgrund der stark vereinfachten schematische Darstellung sind lediglich ein Stufenplanetenrad 5 sowie jeweils ein erstes und zweites Ausgleichsrad 8a, 8b in den 2 und 3 dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebevorrichtung
- 2
- Planetengetriebe
- 3
- Antriebssonnenrad
- 4
- Hohlrad
- 5
- Stufenplanetenrad
- 5a, 5b
- Zahnrad
- 6
- Stirnraddifferentialgetriebe
- 7a, 7b
- Abtriebssonnenrad
- 8a, 8b
- Ausgleichsrad
- 9
- Träger
- 10
- Lagerelement
- 10a, 10b
- Bolzen
- 11
- Wandung
- 11a
- radialer Wandabschnitt
- 11b
- ringförmiger Wandabschnitt
- 12
- Antriebsmaschine
- 13
- Gehäuse
- 14
- Steckverzahnung
- 15
- Verzahnung
- 16
- Antriebswelle
- 17a, 17b
- Abtriebswelle
- 18
- Überlappungsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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