DE102021203416A1

DE102021203416A1 - Getriebe für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021203416A1
Application number: DE102021203416.0A
Authority: DE
Inventors: Oliver BAYER; Martin Brehmer; Stephan Eger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2022-10-13
Anticipated expiration: 2041-04-08
Also published as: DE102021203416B4; WO2022214208A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (10) für ein Fahrzeug, umfassend eine Eingangswelle (11), eine Ausgangswelle (12), mindestens zwei koaxial zur Eingangswelle angeordnete Planetenradsätze, nämlich einen ersten Planetenradsatz (20) und einen zweiten Planetenradsatz (30) mit jeweils einem Sonnenrad (21, 31), Planetenträger (22, 32) und einem Hohlrad (23, 33), sowie umfassend eine erste und zweite Bremse (2, 3), wobei die Eingangswelle (11) mit einem ersten Sonnenrad (21) und einem zweiten Sonnenrad (31) des ersten bzw. zweiten Planetenradsatzes (20, 30) drehfest verbunden ist, die Ausgangswelle (12) mit einem ersten Planetenträger (22) und einem zweiten Planetenträger (32) des ersten bzw. zweiten Planetenradsatzes (20, 30) drehfest verbunden ist, die erste Bremse (2) dazu ausgebildet ist, ein erstes Hohlrad (23) des ersten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauteil (0) festzusetzen, und die zweite Bremse (3) dazu ausgebildet ist, ein zweites Hohlrad (33) des zweiten Planetenradsatzes an dem drehfesten Bauteil (0) festzusetzen. Die Erfindung betrifft ferner einen Elektroantrieb und ein Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, einen Elektroantrieb sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe bzw. einem solchen Elektroantrieb.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein alternatives Getriebe für ein Fahrzeug, einen Elektroantrieb mit einem solchen Getriebe sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe bzw. Elektroantrieb bereitzustellen. Insbesondere soll ein mehrgängiges Getriebe bereitgestellt werden, das die Anbindung einer hochdrehenden Elektromaschine ermöglicht und zugleich axial kompakt baut.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das Getriebe geht demnach aus von einem Getriebe für ein Fahrzeug, das eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, mindestens zwei koaxial zur Eingangswelle angeordnete Planetenradsätze, nämlich einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz mit jeweils einem Sonnenrad, Planetenträger und einem Hohlrad, sowie eine erste und zweite Bremse umfasst.
Die Eingangswelle ist mit einem ersten und einem zweiten Sonnenrad des ersten bzw. zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Die Ausgangswelle ist mit einem ersten und einem zweiten Planetenträger des ersten bzw. zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Die erste Bremse ist dazu ausgebildet, ein erstes Hohlrad des ersten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauteil festzusetzen, während die zweite Bremse dazu ausgebildet ist, ein zweites Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes an dem drehfesten Bauteil festzusetzen. Die Bremsen können jeweils form- oder reibschlüssig ausgeführt sein. Die Ausgangswelle des Getriebes kann koaxial oder achsparallel zum ersten und zweiten Planetenradsatz angeordnet sein.
Die Planetenradsätze sind insbesondere als sogenannte Minus-Planetenradsätze ausgeführt und bevorzugt axial nebeneinander angeordnet. Ein Minus-Planetenradsatz setzt sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus den Elementen Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad zusammen, wobei der Planetenträger mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen, d.h. in Zahneingriff stehen.
Das vorstehend beschriebene Getriebe, dass auch als ein 2-Steg-4-Wellen-Getriebe bezeichnet werden kann, ermöglicht zwei Vorwärtsgänge, wobei sich durch Schließen des ersten Schaltelements ein erster Gang und durch Schließen des zweiten Schaltelements ein zweiter Gang ergibt.
Es hat sich herausgestellt, dass das Getriebe mit dieser Anbindung der Planetenradsätze sehr einfach herzustellen ist. Insbesondere können zwei an sich aus dem Stand der Technik bekannte Minus-Planetenradsätze verwendet werden. Durch die Verwendung von Bremsen - statt Kupplungen - lässt sich das Getriebe besonders kompakt bauen.
Zudem ist das Getriebe äußerst drehzahlrobust. So können zum einen sehr geringe Hohlrad- und Planetenraddrehzahlen ermöglicht werden, während die Sonnenräder sehr hohe Drehzahlen aufweisen dürfen. Geringe Hohlraddrehzahlen verringern Schleppmomente und Taumeln. Geringe Planetenraddrehzahlen verringern Lagerverluste und wirken sich positiv auf die Akustik aus.
Es hat sich zudem herausgestellt, dass beide Planetenträger an nur einem Lager aufgenommen werden können. Ein einziges Lager ist insbesondere deswegen sehr gut realisierbar, weil geringe Differenzdrehzahlen an den Planetenrädern anliegen.
Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements hergestellt wird. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird. Der Begriff „Welle“ schließt dabei nicht aus, dass die zu verbindenden Komponenten einteilig ausgeführt sein können. Bei Komponenten des Getriebes, die erst durch Betätigung eines jeweiligen Schaltelements drehfest miteinander verbunden werden, wird eine Verbindung ebenfalls bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht.
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.
Bei dem drehfesten Bauelement des Getriebes, kann es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handeln, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement. Ist ein Element einer Getriebekomponente, wie beispielsweise ein Element eines Planetenradsatzes permanent oder mittels eines Schaltelements temporär an einem drehfesten Bauteil festgesetzt, so ist es permanent bzw. temporär an einer Drehbewegung gehindert.
Bei dem Getriebe weist das erste Sonnenrad vorzugsweise einen kleineren Wirkdurchmesser als das zweite Sonnenrad auf. Die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes weisen vorzugsweise einen größeren Wirkdurchmesser auf als die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes. Demnach weist das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes bevorzugt einen kleineren Wirkdurchmesser auf als das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes. Ein solches Getriebe weist einen guten Verzahnungswirkungsgrad auf und baut zudem äußerst kompakt.
Der erste Planetenträger weist bevorzugt eine Mehrzahl von an jeweiligen ersten Bolzen gelagerte ersten Planetenrädern und der zweite Planetenträger weist bevorzugt eine Mehrzahl von an jeweiligen zweiten Bolzen gelagerten zweiten Planetenrädern auf. Die Planetenträger umfassen demnach jeweils mehrere Bolzen zur Aufnahme ihrer Planetenräder.
Anders als bei einem Getriebe, bei dem die Planetenräder des ersten und zweiten Planetenradsatzes an jeweils einem gemeinsamen Bolzen gelagert sind, ermöglicht das Vorsehen von jeweils separaten Bolzen eine größere Variabilität hinsichtlich der Auslegung des Getriebes.
So kann beispielsweise die Anzahl der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes unterschiedlich zur Anzahl der Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes sein. Beispielsweise kann der erste Planetenradsatz vier und der zweite Planetenradsatz drei Planetenräder aufweisen, oder umgekehrt.
Alternativ dazu, kann die Anzahl der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes und die Anzahl der Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes identisch sein. Ist die Anzahl identisch, so ist es bevorzugt, wenn der erste und zweite Planetenradsatz jeweils genau drei oder vier Planeten aufweist.
Ferner kann der Lochkreis-Durchmesser des ersten Planetenträgers und der Lochkreis-Durchmesser des zweiten Planetenträgers unterschiedlich groß sein. Alternativ dazu kann der Lochkreis-Durchmesser des ersten Planetenträgers und der Lochkreis-Durchmesser des zweiten Planetenträgers identisch sein. Unterschiedlich große Lochkreisdurchmesser ermöglichen eine bessere Anpassung der Standgetriebeübersetzung. Insbesondere können durch Veränderung des Lochkreisdurchmesser des zweiten Planetenträgers die zweiten Planetenräder „näher“ zum zweiten Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes gebracht werden.
Vorzugsweise ist die erste Bremse in einer axialen Ebene mit dem ersten Planetenradsatz angeordnet ist, und die zweite Bremse in einer axialen Ebene mit dem zweiten Planetenradsatz angeordnet ist. Es hat sich herausgestellt, dass sich zwei als Bremsen ausgebildete Schaltelemente radial sehr gut zwischen die Hohlräder und das Getriebegehäuse anordnen lassen, sodass ein äußerst axial kompakt bauendes Getriebe bereitgestellt werden kann.
Um eine lastschaltfähige Schaltung vom ersten in den zweiten Gang zu ermöglichen, ist es bevorzugt, wenn die erste Bremse formschlüssig, bspw. als Klaue und die zweite Bremse reibschlüssig ausgebildet sind.
Die Planetenträger des ersten und zweiten Planetenradsatzes können mit oder ohne einen sogenannten Mittelsteg drehfest miteinander verbunden sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf den Mittelsteg verzichtet, um axiale Baulänge einzusparen. Bei einer Anordnung ohne Mittelsteg verlaufen die Stege des ersten und zweiten Planetenträgers zumindest teilweise achsparallel zueinander. Insbesondere erstrecken sich die zwei Stege axial in die jeweilige Achsebene des jeweils anderen Planetenradsatzes. Es ist zweckmäßig die Bolzen beider Planetenträger an einer einzigen Stirnseite zusammenzuführen und beide Planetenträger an nur einem Lager aufzunehmen. Ein solches Lager kann insbesondere an einer dem anderen der beiden Planetenradsätze abgewandt liegenden Stirnseite des einen Planetenradsatzes angeordnet sein.
Ein solche Anordnung baut nicht nur axial besonders kompakt, sondern ermöglicht auch das Vorsehen einer jeweiligen breiten Lagerbasis für ein jeweiliges Planetenrad. Zwar kann eine breite Lagerbasis auch bei einer Anordnung mit Mittelsteg Verwendung finden, jedoch tritt der Vorteil der axialen Kompaktheit besonders bei einer Anordnung ohne Mittelsteg auf.
Vorzugsweise weisen, insbesondere bei einer Anordnung der Planetenträger ohne Mittelsteg, die Mehrzahl von ersten Planetenrädern eine jeweilige Lagerbasis auf, die sich ausgehend von der axialen Ebene des ersten Planetenradsatzes jeweils axial in die axiale Ebene des zweiten Planetenradsatzes erstreckt; und vorzugsweise weisen die Mehrzahl von zweiten Planetenrädern eine jeweilige Lagerbasis auf, die sich ausgehend von der axialen Ebene des zweiten Planetenradsatzes jeweils axial in die axiale Ebene des ersten Planetenradsatzes erstreckt.
Der Effekt einer sogenannten breiten Lagerbasis liegt insbesondere in der Reduzierung der Verkippung des Planetenrades. So wird insbesondere sogenanntes „Kantenlaufen“ verhindert, also dass die Lagerrolle das Planetenrad auf seinen Kanten trägt. Insgesamt können durch eine breite Lagerbasis die Lagerkräfte besser verteilt werden. Ferner werden Vorteile hinsichtlich der Akustik erreicht, da die breite Lagerbasis zudem eine hohe Laufruhe bewirkt. Ein jeder einzelner sowie die Summe dieser Effekte wird zudem „bauraumneutral“ erreicht, da die jeweilige Breite der Lagerbasis mit der Breite beider Planetenradsätze zusammenfällt.
Die vorstehend beschriebene Anordnung der Planetenträger, d.h. ohne Mittelsteg, bewirkt, dass ein jeder Planetenradsatz dieselbe Anzahl von Planetenrädern aufweist, da die achsparallel angeordneten Bolzen des ersten und zweiten Planetenträgers, in einem Querschnitt betrachtet, in einer Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind.
Alternativ zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist ein Mittelsteg vorgesehen, der den ersten und den zweiten Planetenträger drehfest verbindet.
Vorzugsweise ist der Mittelsteg durch zwei separate drehfest miteinander verbundene Einzelstege des ersten bzw. zweiten Planetenträgers gebildet.
Alternativ hierzu ist der Mittelsteg dadurch gebildet, dass der erste und zweite Planetenträger als ein integraler Planetenträger ausgeführt ist, der axial zwischen dem ersten und zweiten Planetenradsatz angeordnet ist. So können die ersten und zweiten Bolzen, sozusagen von links und rechts, in den Mittelsteg gelagert werden.
Es ist möglich ein Getriebe mit mehr als zwei Gängen, insbesondere mit drei Gängen bereitzustellen. So ist es bevorzugt, wenn ein dritter Planetenradsatz und ein drittes Schaltelement vorgesehen sind, wobei ein drittes Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes mit der Eingangswelle drehfest verbunden ist, die dritte Bremse dazu ausgebildet ist, ein drittes Hohlrad an dem drehfesten Bauteil festzusetzen. Durch Schließen der dritten Bremse kann ein dritter Gang erzeugt werden. Anders ausgedrückt wird ein dritter Planetenradsatz auf eine sinngemäße Art und Weise wie die ersten zwei Planetenradsätze angeordnet. Der dritte Planetenradsatz ist bevorzugt als ein Minus-Planetenradsatz ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, ist eine mit der Ausgangswelle verbundene Differentialeinrichtung vorgesehen. Es ist üblich die Drehzahl der Ausgangswelle zu verringern, bevor diese in die Differentialeinrichtung eingeleitet wird. Für die Vorübersetzung ist es zweckmäßig ein Übersetzungsgetriebe, beispielsweise in der Form einer Stirnradstufe oder eines Planetengetriebes vorzusehen. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Differentialeinrichtung sowohl mit einer 2-Gang-Variante als auch mit einer 3-Gang-Variante des Getriebes Verwendung finden kann.
Bevorzugt weist die Ausgangswelle des Getriebes eine Verzahnung auf, über welche die Ausgangswelle dann im Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem achsparallel zur Ausgangswelle angeordneten Differentialeinrichtung in Wirkverbindung steht. Die Wirkverbindung kann in diesem Fall mittels einer Stirnradstufe bereitgestellt werden, wobei ein erstes Stirnrad die Verzahnung der Ausgangswelle bildet oder mit der Ausgangswelle drehfest verbunden ist, während ein zweites Stirnrad der Stirnradstufe, bevorzugt ein Eingangselement der Differentialeinrichtung, entsprechend mit der Ausgangswelle in Zahneingriff steht.
Alternativ hierzu kann es vorgesehen sein, statt einer Stirnradstufe einen zusätzlichen Planetenradsatz vorzusehen. Es ist demnach bevorzugt, wenn ein zumindest vierter Planetenradsatz mit einem vierten Sonnenrad, einem vierten Planetenträger und einem vierten Hohlrad vorgesehen ist. Ein erstes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad ist mit der Ausgangswelle drehfest verbunden. Ein zweites Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad ist mit einem Eingangselement der Differentialeinrichtung drehfest verbunden. Ein drittes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad ist an dem drehfesten Bauteil permanent festgesetzt.
Es ergeben sich drei vorteilhafte Anbindungen des zumindest vierten Planetenradsatzes an die Differentialeinrichtung: So kann das erste Element das Sonnenrad, das zweite Element der Planetenträger und das dritte Element das Hohlrad sein. In einer alternativen Anbindung kann das erste Element das Hohlrad, das zweite Element der Planetenträger und das dritte Element das Sonnenrad sein. In einer hierzu alternativen Anbindung kann das erste Element das Sonnenrad, das zweite Element das Hohlrad ist und das dritte Element der Planetenträger sein. Jede der drei Lösung bietet eine unterschiedliche Vorübersetzung für die Abtriebswellen des Fahrzeugs.
Die Stirnrad-Lösung bietet den Vorteil ein Getriebe mit einer Differentialeinrichtung bereitzustellen, das axial besonders kompakt baut. Im Gegensatz dazu, bietet die Planetenradsatz-Lösung den Vorteil ein Getriebe mit einer Differentialeinrichtung bereitzustellen, das radial besonders kompakt baut.
Ist ein zumindest vierter Planetenradsatz als Übersetzungsgetriebe vorgesehen, so ist es ferner bevorzugt, wenn eine der beiden Abtriebswellen der Differentialeinrichtung durch die hohlförmigen Sonnenräder des ersten und zweiten Planetenradsatzes und durch die hohlförmige Eingangswelle hindurchgeführt ist.
Ferner kann ein viertes Schaltelement vorgesehen sein, das dazu ausgebildet ist, ein Eingangselement der Differentialeinrichtung mit einem Ausgangselement der Differentialeinrichtung drehfest zu verbinden. Das vierte Schaltelement, das bevorzugt als eine Kupplung vorliegt, wirkt als eine Differentialsperre.
Nach einem zweiten Aspekt wird ein Elektroantrieb bereitgestellt. Der Elektroantrieb umfasst ein vorstehend beschriebenes Getriebe und eine Elektromaschine, welche mit der Eingangswelle des Getriebes in Verbindung steht. Der Rotor der Elektromaschine kann hierbei drehfest mit der Eingangswelle oder über ein Übersetzungsgetriebe mit der Eingangswelle verbunden sein. Die Elektromaschine ist koaxial oder achsparallel zur Eingangswelle angeordnet.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einem vorstehend beschriebenen Getriebe oder einem vorstehend beschriebenen Elektroantrieb bereitgestellt.
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, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insbesondere ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze 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, z.B. um eine Lenkbewegung oder eine Einfederung eines Rades zu ermöglichen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugantriebsstranges mit einem Elektroantrieb entsprechend einer ersten Ausführungsform;
2 einen Elektroantrieb mit einem Getriebe in einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;
3 einen Ausschnitt des Getriebes aus 2 in einem Schnitt;
4 einen Elektroantrieb mit einem Getriebe in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;
5 einen Elektroantrieb mit einem Getriebe in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;
6 den Elektroantrieb mit einem Getriebe in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;
7 einen Elektroantrieb mit einem Getriebe in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;
8 verschiedene Anbindungsmöglichkeiten einer Abtriebskonstante in einer schematischen Ansicht; und
9 einen Elektroantrieb in einer in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges eines Fahrzeuges 100 entsprechend einer ersten Ausführungsform, wobei in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Elektromaschine 7 mit einem Getriebe 10 verbunden ist, welche koaxial zu einer Achse A angeordnet sind. Getriebe 10 und Elektromaschine 7 bilden einen Elektroantrieb 1. Dem Getriebe 10 ist abtriebsseitig eine Differentialeinrichtung 60 nachgeschaltet, über welche eine Antriebsleistung auf Antriebsräder 105 einer Antriebsachse B des Fahrzeuges verteilt wird, wobei zwischen Getriebe 10 und Differential 60 ein Planetenradsatz zur Vorübersetzung der Ausgangsdrehzahl angeordnet ist. Der Elektroantrieb 1 ist als ein achsparalleler 2-Gang-Elektroantrieb ausgeführt und quer zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeuges 100 ausgerichtet.
2 zeigt einen Elektroantrieb 1, wie er bei einem Fahrzeug nach 1 verwendet werden kann, umfassend ein Getriebe 10 in einer bevorzugten Ausführungsform und eine mit dem Getriebe verbundene Elektromaschine 7. Die Elektromaschine weist einen Rotor 7.1 und einen an einem drehfesten Bauteil 0 festgelegten Stator 7.2 auf.
Das Getriebe umfasst eine mit dem Rotor 7.1 verbundene Eingangswelle 11, eine Ausgangswelle 12, einen ersten Planetenradsatz 20, einen koaxial zum ersten Planetenradsatz angeordneten zweiten Planetenradsatz 30, eine erste Bremse 2 und eine zweite Bremse 3. Die Ausgangswelle 12 ist koaxial zur Eingangswelle 11 bzw. zu den Planetenradätzen 20, 30 angeordnet.
Der erste und zweite Planetenradsatz 20, 30 sind jeweils als ein Minus-Planetenradsatz ausgebildet, mit jeweils einem Hohlrad, einem Planetenträger und einem Sonnenrad. Beide Planetenradsätze weisen eine Mehrzahl an Planetenrädern 24, 34 auf, wobei gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein jeweiliger Planetenradsatz 20, 30 eine erste Gruppe von genau drei Planetenräder 24 bzw. eine zweite Gruppe von genau drei Planetenrädern 34 aufweist.
Ein erstes Sonnenrad 21 des ersten Planetenradsatzes 20 ist mit einem zweiten Sonnenrad 31 des zweiten Planetenradsatzes 30 drehfest verbunden, wobei beide Sonnenräder 21, 31 mit der Eingangswelle 11 drehfest verbunden sind. Anders ausgedrückt, weist das Getriebe 10 eine Doppelsonne auf, welche mit der Eingangswelle 11 drehfest verbunden ist.
Ein erster Planetenträger 22 des ersten Planetenradsatzes 20 und ein zweiter Planetenträger 32 des zweiten Planetenradsatzes 30 sind mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden. Mit anderen Worten bilden die Planetenträger 22, 32 die Abtriebswelle 12 des Getriebes. Gut zu erkennen ist, dass das Sonnenrad 21 einen kleineren Wirkdurchmesser als das Sonnenrad 31 aufweist. Dementsprechend weisen die drei Planetenräder 24 jeweils einen größeren Wirkdurchmesser als die drei Planetenräder 34 auf.
Die erste Bremse 2 ist dazu ausgebildet ist, ein erstes Hohlrad 23 des ersten Planetenradsatzes 20 an einem drehfesten Bauteil 0 festzusetzen, wobei das drehfeste Bauteil 0 vorliegend als das Getriebegehäuse des Getriebes 10 ausgebildet ist. Das zweite Schaltelement 3 ist dazu ausgebildet, ein zweites Hohlrad 33 des zweiten Planetenradsatzes 30 an dem drehfesten Bauteil 0 festzusetzen. Beide Schaltelemente sind als Reibschaltbremsen ausgeführt.
Wie ferner gut zu erkennen ist, ist die erste Bremse 2 radial zwischen dem ersten Planetenradsatz 20 und dem Gehäuse 0 angeordnet, während die zweite Bremse 3 radial zwischen dem zweiten Planetenradsatz 30 und dem Gehäuse 0 angeordnet ist. Damit ist die erste Bremse 2 in einer axialen Ebene mit dem ersten Planetenradsatz 20 und die zweite Bremse 3 in einer axialen Ebene mit dem zweiten Planetenradsatz 30 angeordnet.
Durch selektives Betätigen der Bremsen 2, 3 lassen sich zwei Vorwärtsgänge darstellen, wobei zur Bildung der Gänge eines der zwei Bremsen betätigt sein muss, während die jeweils andere geöffnet ist. Durch Betätigen der ersten Bremse 2 lässt sich ein erster Gang und durch Betätigen der zweiten Bremse 3 lässt sich ein zweiter Gang darstellen.
Die Ausgangswelle 12 des Getriebes 10 weist ferner eine Verzahnung auf, über welche die Ausgangswelle 12 mit einer achsparallel zur Ausgangswelle 12 angeordneten Differentialeinrichtung 60 in Wirkverbindung steht, welche als ein Kegelrad-Differential ausgeführt ist. Die Wirkverbindung wird gemäß diesem Beispiel mittels einer Stirnradstufe bereitgestellt, wobei ein erstes Stirnrad 64 die Verzahnung der Ausgangswelle 12 bildet, während ein zweites Stirnrad 61 der Stirnradstufe entsprechend mit der Ausgangswelle 12 in Zahneingriff steht. Das zweite Stirnrad 61 bildet zugleich das Eingangselement des Differentials.
Das Kegelrad-Differential 60 weist ferner in an sich bekannter Art und Weise zwei Ausgangselemente 62, 63 auf, die ihrerseits jeweils mit einer Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden.
Die Übersetzung I_diff des Differentials 60 beträgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel I_diff gleich 2.0. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Standgetriebeübersetzung I₀ für den ersten Planetenradsatz gleich -4.0 und zweiten Planetenradsatz gleich I₀ -2.0.
Der in 2 dargestellte Elektroantrieb ist ein 2-Gang Antrieb in achsparalleler Bauweise. Dieser Antrieb baut sehr kompakt, insbesondere axial kompakt und ermöglicht u.a. eine geschlossene Hydraulik. Zudem ist nur ein einziger Planetenträger erforderlich.
Der erste und zweite Planetenträger 22 bzw. 32 sind ohne Mittelsteg miteinander verbunden. Eine bevorzugte Ausgestaltung einer mittelsteglosen Verbindung ist der Beschreibung zu 3 zu entnehmen.
3 zeigt links einen Ausschnitt D des Elektroantriebs 1 aus 2 in einem seitlichen Schnitt zur besseren Darstellung der drehfesten Verbindung des ersten und zweiten Planetenradsatzes 20, 30 und der Lagerung der Planetenräder 24 bzw. 34. 3 zeigt rechts einen nicht maßstabsgetreuen Querschnitt in einer schematischen Ansicht.
Der erste Planetenträger 22 weist drei von an jeweiligen ersten Bolzen 25 gelagerten ersten Planetenrädern 24 auf. Der zweite Planetenträger 32 weist ebenfalls drei von an jeweiligen zweiten Bolzen 35 gelagerten zweiten Planetenrädern 34 auf. Die drei ersten und drei zweiten Bolzen 25, 35 sind in derselben axialen Ebene und in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet.
Der erste und zweite Planetenträger 20 bzw. 30 ist an einem einzigen Lager 45 im Getriebe aufgenommen. Das Lager 45, bei dem es sich um ein Zylinderrollenlager handelt, ist an einer dem Planetenradsatz 30 abgewandt liegenden Stirnseite des ersten Planetenradsatzes 20 axial zwischen der Verzahnung 64 und dem ersten Planetenradsatz 20 angeordnet. Die sechs Bolzen 25, 35 sind von dieser Seite in die jeweiligen Planetenräder eingeführt („von links“).
Die ersten und zweiten Planetenräder 24 bzw. 34 weisen jeweils eine Lagerbasis 26 bzw. 36 auf, die breiter ist als eine Verzahnung der jeweiligen ersten bzw. zweiten Planetenräder 24 34. Die Lagerbasis 26 erstreckt sich 27 ausgehend von der axialen Ebene des ersten Planetenradsatzes (20) zumindest teilweise axial in die axiale Ebene des zweiten Planetenradsatzes (30). Die Lagerbasis 36 erstreckt sich 37 ausgehend von der axialen Ebene des zweiten Planetenradsatzes jeweils zumindest teilweise axial in die axiale Ebene des ersten Planetenradsatzes. Die jeweilige Lagerbasis 26 der ersten Planetenräder 24 weist ungefähr dieselbe axiale Erstreckung wie die jeweilige Lagerbasis 36 der zweiten Planetenräder 34 auf. Gemäß dieser Ausführungsform ist die jeweilige Lagerbasis ungefähr doppelt so breit wie die jeweilige Verzahnung. Gut zu erkennen ist, dass die Breite der Lagerbasis 27 der jeweiligen ersten Planetenräder 24 und die Breite der Lagerbasis 37 der jeweiligen zweiten Planetenräder 34 im Wesentlichen der Breite des ersten und zweiten Planetenradsatzes entsprechen.
Im rechten Bild ist ferner gut zu erkennen, dass die ersten und zweiten Bolzen 25, 35 denselben Lochkreisdurchmesser aufweisen und in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind.
3 zeigt ferner, dass die zwei Bremsen 2, 3 radial zwischen dem Gehäuse 0 und den jeweiligen Hohlrädern 23, 33 angeordnet sind, um ein axial besonders kompakt bauendes Getriebe bzw. axial kompakt bauenden Elektroantrieb bereitzustellen.
4 zeigt den achsparallelen Elektroantrieb aus 2 bzw. 3, wobei im Unterschied die Verbindung des ersten und zweiten Planetenradsatzes mittels eines Mittelstegs 40 bewirkt ist. Der Mittelsteg 40 verbindet die zwei Planetenträger 22, 32 drehfest miteinander und ist axial zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz 20, 30 angeordnet.
Der Mittelsteg 40 bewirkt eine Veränderung der Standgetriebeübersetzung. So ist der Lochkreisdurchmesser der zweiten Bolzen geringer als bei der Ausführungsform gem. 2 bzw. 3, was die zweiten Planetenräder 35 insbesondere „näher“ an das zweite Sonnenrad 31 führt. Darüber hinaus wurde die Anzahl der zweiten Planetenräder 35 von drei auf vier erhöht.
5 zeigt den Elektroantrieb 1 aus 4, wobei im Unterschied eine Differentialsperre 9 in der Form einer Kupplung vorgesehen ist. Die Kupplung 9 verbindet im betätigten Zustand das Eingangselement 61 mit dem zweiten Ausgangselement 63 des Differentials 60 drehfest miteinander.
6 zeigt das Getriebe aus 2, wobei im Unterschied die Übersetzung der Drehzahl der Ausgangswelle 12 statt mit einer Stirnradstufe 64/61 mit einem vierten Planetenradsatz 70 bewirkt wird, um einen koaxialen Elektroantrieb bereitzustellen. Das Parksperrenrad 8 ist axial zwischen dem zweiten und vierten Planetenrad 70 platziert.
Der vierte Planetenradsatz 70 umfasst ein viertes Sonnenrad 71, einen vierten Planetenträger 72 und ein viertes Hohlrad 73. Ein erstes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend das Sonnenrad 71, ist mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden. Ein zweites Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend der Planetenträger 72, ist mit einem Eingangselement 61 der Differentialeinrichtung 60 drehfest verbunden. Ein drittes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend das Hohlrad 73, ist an dem drehfesten Bauteil 0 permanent festgesetzt. Das erste Ausgangselement 62 des Differentials 60 ist durch die als Hohlwelle ausgeführte Eingangswelle 11 hindurchgeführt. Im betätigten Zustand verbindet die Kupplung 9 das mit dem Planetenträger 72 verbundene Eingangselement 61 mit dem Ausgangselement 63 des Differentials 60.
Die Verbindung des ersten und zweiten Planetenradsatzes 20 bzw. 30 ist mittels einer mittelsteglosen Verbindung realisiert, wie in 3 näher erläutert. Die Verbindung des vierten Planetenradsatzes 70 mit dem zweiten Planetenradsatzes 30 kann bspw. über einen Mittelsteg erfolgen.
Der in 6 dargestellte Elektroantrieb ist ein 2-Gang Antrieb in koaxialer Bauweise. Dieser Antrieb baut sehr kompakt, insbesondere radial kompakt, und ermöglicht u.a. eine geschlossene Hydraulik.
7 zeigt den Elektroantrieb 1 aus 6, wobei im Unterschied der aus 4 bekannte Mittelsteg 40 zur Verbindung des ersten und zweiten Planetenradsatzes 20, 30 zur Anwendung kommt.
6 und 7 zeigen die sogenannte Abtriebskonstante in einer ersten Ausführungsform. Die Abtriebskonstante kann jedoch auch in einer anderen Art und Weise an das Getriebe 10 der 6 und 7 angebunden werden. 8 zeigt zwei zusätzliche Varianten. Links ist der vierte Planetenradsatz 70 in der vorstehend beschriebenen ersten Anbindungsvariante gezeigt.
In der Mitte ist eine zweite Anbindungsvariante des vierten Planetenradsatzes 70 gezeigt, wobei im Unterschied zur ersten Variante die Anbindung von Sonnenrad und Hohlrad vertauscht sind. Demnach ist ein erstes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend das Hohlrad 73, mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden. Ein zweites Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend der Planetenträger 72, ist mit einem Eingangselement 61 der Differentialeinrichtung 60 drehfest verbunden. Ein drittes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend das Sonnenrad 71, ist an dem drehfesten Bauteil 0 permanent festgesetzt.
Rechts ist eine dritte Anbindungsvariante des vierten Planetenradsatzes 70 gezeigt, wobei im Unterschied zur ersten Variante die Anbindung von Planetenträger und Hohlrad vertauscht sind. Demnach ist ein erstes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend das Sonnenrad 71, mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden. Ein zweites Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend das Hohlrad 73, ist mit einem Eingangselement 61 der Differentialeinrichtung 60 drehfest verbunden. Ein drittes Element aus der Gruppe viertes Sonnenrad, vierter Planetenträger und viertes Hohlrad, vorliegend der Planetenträger 72, ist an dem drehfesten Bauteil 0 permanent festgesetzt.
9 zeit den Elektroantrieb 1 aus 4 in einer 3-Gang-Variante. Im Unterschied zur Ausführungsform gem. 2 weist das Getriebe 10 einen dritten Planetenradsatz 50 und ein drittes Schaltelement 5 auf.
Der dritte Planetenradsatz 50 ist ebenfalls als ein Minus-Planetenradsatz ausgeführt und umfasst ein drittes Sonnenrad 51, das mit der Eingangswelle 11 drehfest verbunden ist. Ferner umfasst er einen dritten Planetenträger 52, der mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden ist. Das dritte Schaltelement 5 ist dazu ausgebildet, ein drittes Hohlrad 53 an dem drehfesten Bauteil 0 festzusetzen.
Der dritte Planetenträger 52 weist drei dritte Planetenräder 54 auf. Die dritte Planetenträger 52 ist mittels eines Mittelstegs 41 mit dem zweiten Planetenträger 32 drehfest verbunden. Die Übersetzung I_diff des Differentials 60 beträgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel gleich 2.0. Die Standgetriebeübersetzung I₀ beträgt gemäß diesem Beispiel für den ersten Planetenradsatz gleich -4.0, den zweiten Planetenradsatz gleich -3.0 und für dritten Planetenradsatz gleich -2.0.
Zur Darstellung des dritten Ganges ist das dritte Schaltelement 5, das als eine Reibschaltbremse vorliegt, betätigt, während das erste und zweite Schaltelement 2, 3 geöffnet sind.
Durch das Hinzufügen eines weiteren Planetenradsatzes und einer weiteren Bremse, welche wie vorstehend beschrieben angebunden sind, lässt sich ein Elektroantrieb bereitstellen der drei Vorwärtsgänge aufweist. Prinzipiell ließe sich dieses Aneinanderreihen von „einfachen“ Minusplanetenradsätzen für weitere Vorwärtsgänge fortsetzen.
Bezugszeichenliste

1: Elektroantrieb
2: Schaltelement
3: Schaltelement
5: Schaltelement
7: Elektromaschine
7.1: Rotor
7.2: Stator
8: Parksperre
9: Schaltelement, Kupplung
10: Getriebe
11: Eingangswelle
12: Ausgangswelle
20: erster Planetenradsatz
21: erstes Sonnenrad
22: erster Planetenträger
23: erstes Hohlrad
24: erstes Planetenrad
30: zweiter Planetenradsatz
31: zweites Sonnenrad
32: zweiter Planetenträger
33: zweites Hohlrad
34: zweites Planetenrad
40: Mittelsteg
41: Mittelsteg
50: dritter Planetenradsatz
51: drittes Sonnenrad
52: dritter Planetenträger
53: drittes Hohlrad
60: Differentialeinrichtung, Kegelraddifferential
61: Eingangselement, Verzahnung, zweites Zahnrad der Stirnradstufe
62: Ausgangselement
63: Ausgangselement
64: Verzahnung, erstes Zahnrad der Stirnradstufe
70: vierter Planetenradsatz
71: viertes Sonnenrad
72: vierter Planetenträger
73: viertes Hohlrad
100: Fahrzeug
A: Elektroantriebsachse
B: Fahrzeugantriebsachse
D: Ausschnitt

Claims

Getriebe (10) für ein Fahrzeug, umfassend eine Eingangswelle (11), eine Ausgangswelle (12), mindestens zwei koaxial zur Eingangswelle (11) angeordnete Planetenradsätze, nämlich mindestens einen ersten Planetenradsatz (20) und mindestens einen zweiten Planetenradsatz (30) mit jeweils einem Sonnenrad (21, 31), einem Planetenträger (22, 32) und einem Hohlrad (23, 33), sowie umfassend eine erste und zweite Bremse (2, 3), wobei die Eingangswelle (11) mit einem ersten Sonnenrad (21) und einem zweiten Sonnenrad (31) des ersten bzw. zweiten Planetenradsatzes (20, 30) drehfest verbunden ist, die Ausgangswelle (12) mit einem ersten Planetenträger (22) und einem zweiten Planetenträger (32) des ersten bzw. zweiten Planetenradsatzes (20, 30) drehfest verbunden ist, die erste Bremse (2) dazu ausgebildet ist, ein erstes Hohlrad (23) des ersten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauteil (0) festzusetzen, und die zweite Bremse (3) dazu ausgebildet ist, ein zweites Hohlrad (33) des zweiten Planetenradsatzes an dem drehfesten Bauteil (0) festzusetzen.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Ausgangswelle (12) koaxial oder achsparallel zum ersten und zweiten Planetenradsatz (20, 30) angeordnet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Bremsen (2, 3) formschlüssig ausgebildet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Bremsen (2, 3) reibschlüssig ausgebildet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Bremse (2) in einer axialen Ebene mit dem ersten Planetenradsatz (20) angeordnet ist, und die zweite Bremse (3) in einer axialen Ebene mit dem zweiten Planetenradsatz (30) angeordnet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Planetenträger (22) eine Mehrzahl von an jeweiligen ersten Bolzen (25) gelagerten ersten Planetenrädern (24) aufweist, und der zweite Planetenträger (32) eine Mehrzahl von an jeweiligen zweiten Bolzen (35) gelagerten zweiten Planetenrädern (34) aufweist.
Getriebe nach Anspruch 6, wobei die ersten und zweiten Planetenräder (24, 34) jeweils eine Lagerbasis (26, 36) aufweisen, die breiter ist als eine Verzahnung der jeweiligen ersten bzw. zweiten Planetenräder (24, 34).
Getriebe nach Anspruch 7, wobei die Mehrzahl von ersten Planetenrädern (24) eine jeweilige Lagerbasis (26) aufweisen, die sich ausgehend von der axialen Ebene des ersten Planetenradsatzes (20) jeweils zumindest teilweise axial in die axiale Ebene des zweiten Planetenradsatzes (30) erstrecken und/oder die Mehrzahl von zweiten Planetenrädern (34) eine jeweilige Lagerbasis (36) aufweisen, die sich ausgehend von der axialen Ebene des zweiten Planetenradsatzes (30) jeweils zumindest teilweise axial in die axiale Ebene des ersten Planetenradsatzes (20) erstrecken.
Getriebe nach Anspruch 8, wobei die Breite (27) der Lagerbasis (26) der jeweiligen ersten Planetenräder (24) und/oder die Breite (37) der Lagerbasis (26) der jeweiligen zweiten Planetenräder (34) im Wesentlichen der Breite des ersten und zweiten Planetenradsatzes (20, 30) entsprechen.
Getriebe nach Anspruch 7, wobei der erste und zweite Planetenträger (22, 32) mittels eines Mittelstegs (40) miteinander verbunden sind.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Differentialeinrichtung (60) vorgesehen ist, die über ein Übersetzungsgetriebe mit der Ausgangswelle (12) verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 11, wobei das Übersetzungsgetriebe als eine Stirnradstufe ausgebildet ist, wobei ein erstes Stirnrad (64) der Stirnradstufe mit der Ausgangswelle (12) drehfest verbunden ist und ein zweites Stirnrad (61) der Stirnradstufe das Eingangselement der Differentialeinrichtung (60) bildet.
Getriebe nach Anspruch 11, wobei das Übersetzungsgetriebe als ein zumindest dritter Planetenradsatz (70) mit einem dritten Sonnenrad (71), einem dritten Planetenträger (72) und einem dritten Hohlrad (73) ausgebildet ist, wobei ein erstes Element aus der Gruppe drittes Sonnenrad, dritter Planetenträger und drittes Hohlrad mit der Ausgangswelle (12) drehfest verbunden ist, ein zweites Element aus der Gruppe drittes Sonnenrad, dritter Planetenträger und drittes Hohlrad mit einem Eingangselement (61) der Differentialeinrichtung (60) drehfest verbunden ist, und ein drittes Element aus der Gruppe drittes Sonnenrad, dritter Planetenträger und drittes Hohlrad an dem drehfesten Bauteil (0) permanent festgesetzt ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei ein viertes Schaltelement (6) vorgesehen ist, das dazu ausgebildet ist, ein Eingangselement (61) der Differentialeinrichtung (60) mit einem Ausgangselement (62, 63) der Differentialeinrichtung drehfest zu verbinden.
Elektroantrieb mit einem Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangswelle (11) mit einem Rotor (2.1) einer Elektromaschine (2) in Verbindung steht.
Fahrzeug mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder einem Elektroantrieb nach Anspruch 15.