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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe für ein Fahrzeug mit zwei gleichwertigen Fahrtrichtungen, insbesondere ein Schienenfahrzeuggetriebe, umfassend eine Antriebswelle, die für eine Koppelung mit einer Antriebsmaschine vorgesehen ist, und einen Schaltradsatz mit mehreren Schaltelementen, durch deren selektive Betätigung über den Schaltradsatz unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und einer Eingangswelle eines Wenderadsatzes schaltbar sind, wobei dem Wenderadsatz zumindest funktional ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement zugeordnet sind, von denen das zumindest funktional vorgesehene, erste Schaltelement bei Betätigung die Eingangswelle mit einer Abtriebswelle unter Darstellung einer ersten Drehrichtung der Abtriebswelle koppelt, wohingegen das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement bei Betätigung eine Koppelung der Eingangswelle mit der Abtriebswelle unter Darstellung einer zweiten Drehrichtung der Abtriebswelle herbeiführt, und wobei eine Nebenantriebswelle vorgesehen ist, welche für eine Koppelung mit einer weiteren Antriebsmaschine vorgesehen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit zwei gleichwertigen Fahrtrichtungen, einen Kraftfahrzeugantriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuggetriebes.
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Im Bereich der Schienenfahrzeuge sind Fahrzeuge bekannt, die zwei gleichwertige Fahrtrichtungen aufweisen, so dass das jeweilige Schienenfahrzeug in einer ersten Fahrtrichtung und auch in einer hierzu entgegengesetzten, zweiten Fahrtrichtung in den gleichen Geschwindigkeitsbereichen betrieben werden kann. Dies wird dabei häufig dadurch erreicht, dass in einem Kraftfahrzeuggetriebe des jeweiligen Schienenfahrzeugs neben einem Schaltradsatz auch ein Wenderadsatz vorgesehen ist, über welchen eine Drehrichtungsumkehr realisiert werden kann. Hierdurch können die unterschiedlichen, über den Schaltradsatz darstellbaren Übersetzungsverhältnisse in beide Fahrtrichtungen des Schienenfahrzeugs gleichwertig genutzt werden. Teilweise werden Schienenfahrzeuge auch mit einem Hybridantrieb ausgestattet, indem eine als Verbrennungskraftmaschine ausgeführte Antriebsmaschine mit einer weiteren Antriebsmaschine kombiniert wird. Gängig ist dabei, die weitere Antriebsmaschine entweder als hydraulische Maschine oder auch als Elektromaschine auszuführen. Die Verbrennungskraftmaschine und die weitere Antriebsmaschine sind dabei dann innerhalb des jeweiligen Kraftfahrzeugantriebsstranges zumeist so eingebunden, dass ein Antrieb über die Verbrennungskraftmaschine oder über die weitere Antriebsmaschine oder auch kombiniert über beide Maschinen möglich ist.
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Aus der
DE 10 2018 213 561 A1 geht ein Antriebssystem für ein Schienenfahrzeug mit zwei gleichwertigen Fahrtrichtungen hervor. Dieses Antriebssystem umfasst ein Kraftfahrzeuggetriebe, welches neben einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle einen Schaltradsatz und einen Wenderadsatz aufweist. Innerhalb des Antriebssystems ist die Antriebswelle dabei über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer Antriebsmaschine gekoppelt, bei welcher es sich um eine Verbrennungskraftmaschine handelt. Der Schaltradsatz setzt sich aus mehreren Planetenradsätzen zusammen und verfügt über mehrere Schaltelemente, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse im Schaltradsatz geschaltet werden können. In jedem der Übersetzungsverhältnisse findet dabei jeweils eine Koppelung der Antriebswelle mit einer Eingangswelle des dem Schaltradsatz nachgeschalteten Wenderadsatzes statt. Der Wenderadsatz verfügt dabei über ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Planetenträger, in welchem mehrere Stufenplaneten drehbar gelagert sind, wobei der einzelne Stufenplanet dabei an einer ersten Verzahnung mit dem Sonnenrad sowie an einer zweiten Verzahnung mit dem Hohlrad jeweils im Zahneingriff steht. Während das Sonnenrad drehfest mit der Eingangswelle des Wenderadsatzes verbunden ist, ist der Planetenträger permanent festgesetzt. Darüber hinaus ist dem Wenderadsatz noch eine Schalteinrichtung zugeordnet, durch welche die Funktion von zwei Schaltelementen abgebildet wird. In einer ersten Schaltstellung der Schalteinrichtung ist die Eingangswelle des Wenderadsatzes drehfest mit der Abtriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes verbunden, wodurch eine erste Fahrtrichtung bei Koppelung der Eingangswelle mit der Abtriebswelle dargestellt wird. Wird hingegen eine zweite Schaltstellung der Schalteinrichtung gewählt, so wird das Hohlrad drehfest mit der Abtriebswelle verbunden, was eine Koppelung der Eingangswelle mit der Abtriebswelle unter Kraftflussführung über die Stufenplaneten und damit die Realisierung einer zur ersten Fahrtrichtung entgegengesetzten, zweiten Fahrtrichtung zur Folge hat. Die Abtriebswelle ist ferner permanent mit einer Nebenantriebswelle gekoppelt, an der bei dem Antriebssystem eine weitere Antriebsmaschine angebunden ist, bei welcher es sich um eine Elektromaschine oder auch um eine hydraulische Maschine handeln kann.
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Ferner ist aus der
DE 10 2009 021 141 A1 ein Kraftfahrzeuggetriebe gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 4 bekannt.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine alternative Ausgestaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes für ein Fahrzeug mit zwei gleichwertigen Fahrtrichtungen zu schaffen, wobei über das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe dabei eine geeignete Einbindung mehrerer Antriebsmaschinen möglich sein soll.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Antriebssystem, in welchem ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen ist, ist ferner Gegenstand der Ansprüche 10 bis 12. Zudem betrifft Anspruch 13 einen Kraftfahrzeugantriebsstrang sowie die Ansprüche 14 und 15 jeweils ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuggetriebes.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeuggetriebe eine Antriebswelle, die für eine Koppelung mit einer Antriebsmaschine vorgesehen ist, und einen Schaltradsatz mit mehreren Schaltelementen, durch deren selektive Betätigung über den Schaltradsatz unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und einer Eingangswelle eines Wenderadsatzes geschaltet werden können. Dem Wenderadsatz sind zumindest funktional ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement zugeordnet, von denen das zumindest funktional vorgesehene, erste Schaltelement bei Betätigung die Eingangswelle mit einer Abtriebswelle unter Darstellung einer ersten Drehrichtung der Abtriebswelle koppelt, wohingegen das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement bei Betätigung eine Koppelung der Eingangswelle mit der Abtriebswelle unter Darstellung einer zweiten Drehrichtung der Abtriebswelle herbeiführt. Außerdem ist eine Nebenantriebswelle vorgesehen, welche für eine Koppelung mit einer weiteren Antriebsmaschine vorgesehen ist.
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Unter einer „Welle“, wie der Antriebswelle, der Nebenantriebswelle, der Eingangswelle des Wenderadsatzes und der Abtriebswelle, ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches eine Kraftflussführung zwischen Komponenten vorgenommen werden kann, wobei für diese Kraftflussführung ggf. ein zugehöriges, zumindest funktional vorgesehenes Schaltelement zu betätigen ist. Über die jeweilige Welle kann eine jeweilige Verbindung dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial hergestellt sein. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches lediglich eine radiale oder axial kurze Verbindung verwirklicht ist. Ferner kann die jeweilige Welle, je nach Verlauf und Anbindung an die zugehörigen Komponenten, als Vollwelle, als Hohlwelle oder teilweise als Voll- und teilweise als Hohlwelle gestaltet sein. Alternativ oder ergänzend dazu kann die jeweilige Welle ein- oder mehrteilig ausgeführt sein.
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Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse des Kraftfahrzeuggetriebes gemeint, parallel zu welcher Rotationsachsen von rotierbaren Komponenten des Getriebes, insbesondere der Wellen des Getriebes und von Elementen des Schaltradsatzes und des Wenderadsatzes, angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann jeweils eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer jeweiligen Komponente des Getriebes zu verstehen.
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Unter einer „drehfesten Verbindung“ von Bauteilen des Getriebes ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass diese drehfest miteinander verbundenen bzw. drehfest miteinander in Verbindung stehenden Komponenten starr miteinander verbunden sind und somit stets dieselbe Drehzahl aufweisen. Dabei können die drehfest miteinander verbundenen bzw. drehfest miteinander in Verbindung stehenden Komponenten als separate Bauteile vorliegen, die aneinander befestigt sind. Alternativ können drehfest miteinander verbundene bzw. drehfest miteinander in Verbindung stehende Komponenten auch einteilig ausgeführt sein und liegen somit gemeinsam als ein Bauteil vor, wobei dies insbesondere dann verwirklicht ist, wenn diese Komponenten räumlich dicht beieinander liegend angeordnet sind. Hingegen ist mit einer „Koppelung“ von Komponenten des Kraftfahrzeuggetriebes im Sinne der Erfindung gemeint, dass diese permanent gekoppelten oder koppelbaren Komponenten bei hergestellter Koppelung nicht unabhängig voneinander rotieren können, sondern Drehzahlen dieser Komponenten bei hergestellter Koppelung unter einem festen Drehzahlverhältnis zueinander stehen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe verfügt über eine Antriebswelle, welche bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe dafür vorgesehen ist, eine antriebsseitige Koppelung zu einer Antriebsmaschine herzustellen, wobei die Antriebswelle hierbei bevorzugt der Koppelung mit genau einer Antriebsmaschine dient. Dazu ist die Antriebswelle insbesondere mit einer Anschlussstelle ausgestattet, an welcher eine Koppelung der Antriebswelle mit der Antriebsmaschine ausgebildet werden kann. Besonders bevorzugt ist ein zwischenliegendes Anfahrelement, wie beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine Anfahrkupplung, etc., vorgesehen, über welches die Antriebswelle an ihrer Anschlussstelle mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine gekoppelt werden kann bzw. ist. Dies wird hierbei insbesondere dann realisiert, wenn die jeweilige Antriebsmaschine als Brennkraftmaschine konzipiert ist. Die Anbindung der Antriebsmaschine an die Anschlussstelle der Antriebswelle kann im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes aber auch permanent vorgenommen sein, bevorzugt dann, wenn die Antriebsmaschine als Elektromaschine ausgeführt ist.
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Zudem weist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe noch eine Nebenantriebswelle auf, über welche im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes eine Koppelung zu einer weiteren Antriebsmaschine hergestellt ist. Insbesondere ist die Nebenantriebswelle dazu ebenfalls mit einer Anschlussstelle versehen, an welcher die Nebenantriebswelle mit der weiteren Antriebsmaschine gekoppelt werden kann. Besonders bevorzugt ist die weitere Antriebsmaschine im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes permanent mit der Nebenantriebswelle gekoppelt, wobei die weitere Antriebsmaschine dabei als Elektromaschine oder auch als hydraulische Maschine vorliegen kann.
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Bei dem Kraftfahrzeuggetriebe handelt es sich insbesondere um ein Schienenfahrzeuggetriebe, welches dafür vorgesehen ist, an der Antriebswelle bevorzugt mit einer Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungskraftmaschine verbunden zu werden, während an der Nebenantriebswelle insbesondere eine Anbindung einer Elektromaschine erfolgt. Ein Rotor der mit der Nebenantriebswelle gekoppelten Elektromaschine ist dabei insbesondere über mindestens eine zwischenliegende Übersetzungsstufe mit der Nebenantriebswelle gekoppelt sein. Alternativ dazu kann ein Rotor der mit der Nebenantriebswelle gekoppelten Elektromaschine im verbauten Zustand des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes aber auch drehfest mit der Nebenantriebswelle verbunden sein.
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Die Abtriebswelle ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe insbesondere dafür vorgesehen, eine abtriebsseitige Koppelung des Kraftfahrzeuggetriebes zu Komponenten herzustellen, welche im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des jeweiligen Kraftfahrzeuges auf das Kraftfahrzeuggetriebe folgen. Besonders bevorzugt ist an der Abtriebswelle dabei eine Koppelung zu einem oder mehreren Drehgestellen eines Schienenfahrzeugs hergestellt.
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Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe ein Schaltradsatz vorgesehen, dem mehrere Schaltelemente zugeordnet sind. Durch selektive Betätigung dieser Schaltelemente können dabei unterschiedliche Kraftflussführungen über den Schaltradsatz und damit unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Eingangswelle des nachgeschalteten Wenderadsatzes dargestellt werden. Für die Darstellung der unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse verfügt der Schaltradsatz dabei insbesondere über mindestens eine Übersetzungsstufe, über welche bei der selektiven Betätigung der Schaltelemente und durch die hiermit verbundenen, unterschiedlichen Kraftflussführungen die voneinander abweichenden Übersetzungsverhältnissen zwischen der Antriebswelle und der Eingangswelle realisiert werden können. Die mindestens eine Übersetzungsstufe liegt dabei bevorzugt als je ein Planetenradsatz vor, kann alternativ dazu aber auch als je eine Stirnradstufe gestaltet sein. Besonders bevorzugt sind bei dem Schaltradsatz mehrere Übersetzungsstufen zur Darstellung der unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse vorgesehen, wobei diese Übersetzungsstufen durch die selektive Betätigung der Schaltelemente auf unterschiedliche Weisen in den Kraftfluss zwischen der Antriebswelle und der Eingangswelle eingebunden werden können.
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Neben dem Schaltradsatz weist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe zudem einen Wenderadsatz auf, welcher dafür vorgesehen ist, eine über den Schaltradsatz mit dem jeweils gewählten Übersetzungsverhältnis auf die Eingangswelle übersetzten Antriebsbewegung auf die Abtriebswelle zu führen und dabei unterschiedliche Drehrichtungen der Abtriebswelle zu erzeugen. So kann über den Wenderadsatz zum einen eine erste Drehrichtung der Abtriebswelle erzeugt sowie zum anderen eine zweite Drehrichtung der Abtriebswelle hervorgerufen werden, wobei die zweite Drehrichtung dabei entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung ist. Für die Darstellung der unterschiedlichen Drehrichtungen ist dem Wenderadsatz zumindest von der Funktion her ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement zugeordnet. Bei Darstellung eines betätigten Zustands des zumindest funktional vorgesehenen, ersten Schaltelements wird dabei über den Wenderadsatz die erste Drehrichtung der Abtriebswelle hervorgerufen, während bei Darstellung eines betätigten Zustands des zumindest funktional vorgesehenen, zweiten Schaltelements durch den Wenderadsatz die zweite Drehrichtung der Abtriebswelle erzeugt wird.
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Jeder der Drehrichtungen ist dabei insbesondere jeweils eine Fahrtrichtung des zugehörigen Kraftfahrzeuges zugeordnet. Ganz besonders bevorzugt findet eine Kraftflussführung über den Wenderadsatz bei Betätigung des ersten Schaltelements und auch bei Betätigung des zweiten Schaltelements, abgesehen von den entgegengesetzten Drehrichtungen, zumindest im Wesentlichen mit dem gleichen Übersetzungsverhältnis von der Eingangswelle auf die Abtriebswelle statt. Denn hierdurch wird sichergestellt, dass für beide Drehrichtungen gleiche Fahrbereiche dargestellt werden, wodurch sich auch gleichwertige Fahrtrichtungen ergeben.
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Dass ein jeweiliges Schaltelement „zumindest funktional“ vorgesehen ist, bedeutet im Sinne der Erfindung, dass bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe zumindest die jeweilige Funktion des jeweiligen Schaltelements abgebildet ist. Dabei können die Schaltelemente im Einzelnen tatsächlich physisch als Einzelschaltelement vorliegen oder ihre Funktion wird durch eine andere Komponente abgebildet, wie beispielsweise eine Schalteinrichtung. Eine die Funktion abbildende Komponente kann hierbei dann die Funktion von zwei oder mehr Schaltelementen in einer Einrichtung vereinigen.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Nebenantriebswelle permanent mit der Eingangswelle des Wenderadsatzes gekoppelt ist. Mit anderen Worten besteht also zwischen den Nebenantriebswelle und der Eingangswelle des Wenderadsatzes eine ständige Koppelung, so dass die Nebenantriebswelle und die Eingangswelle des Wenderadsatzes nicht unabhängig voneinander rotieren können.
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Eine derartige Ausgestaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes hat dabei den Vorteil, dass somit auch die mit der Nebenantriebswelle gekoppelte, weitere Antriebsmaschine permanent mit der Eingangswelle des Wenderadsatzes gekoppelt ist, wodurch diese weitere Antriebsmaschine über den Wenderadsatz zum einen alleine mit der Abtriebswelle gekoppelt werden kann, um ein Antreiben oder auch ein Abbremsen des Kraftfahrzeuges vorzunehmen. Hierbei kann durch Betätigung eines der zumindest funktional vorgesehenen Schaltelemente des Wenderadsatzes eine Koppelung der Nebenantriebswelle mit der Abtriebswelle mit den unterschiedlichen Drehrichtungen vollzogen werden. Zum anderen kann ein Antreiben oder auch ein Abbremsen des Kraftfahrzeuges auch in Zusammenspiel beider Antriebsmaschinen vollzogen werden, indem im Schaltradsatz eines der Übersetzungsverhältnisse geschaltet wird, woraufhin dann sowohl die Antriebswelle, als auch die Nebenantriebswelle mit der Abtriebswelle gekoppelt sind. In der Folge kann die an der Nebenantriebswelle angebundene, weitere Antriebsmaschine die mit der Antriebswelle gekoppelte Antriebsmaschine unterstützen (Boosten).
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So kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe so betrieben werden, dass zur Darstellung einer Fahrt in einer ersten Fahrtrichtung das zumindest funktional vorgesehene, erste Schaltelement betätigt wird. Dadurch ist dann zumindest die an der Nebenantriebswelle angebundene Antriebsmaschine mit der Abtriebswelle gekoppelt, wobei seitens der Abtriebswelle die erste Drehrichtung hervorgerufen wird, um die Fahrt in die erste Fahrtrichtung darzustellen. Über die an der Nebenantriebswelle angebundene Antriebsmaschine kann dabei ein Antrieb oder ein Abbremsen des Kraftfahrzeuges verwirklicht werden. Wird zudem gleichzeitig auch eines der Übersetzungsverhältnisse des Schaltradsatzes geschaltet, so ist zusätzlich auch die an der Antriebswelle angebundene Antriebsmaschine eingebunden, wodurch ein gemeinsamer Antrieb bzw. ein gemeinsames Abbremsen darstellbar ist. Ferner wird zur Darstellung einer Fahrt in einer zweiten Fahrtrichtung das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement betätigt. Hierbei kann dann ein Antreiben bzw. ein Abbremsen des Kraftfahrzeuges zumindest über die an der Nebenantriebswelle angebundene Antriebsmaschine in der zweiten Fahrtrichtung dargestellt werden, indem bei der Abtriebswelle die zweite Drehrichtung hervorgerufen wird. Auch hier kann durch das gleichzeitige Schalten eines der Übersetzungsverhältnisse des Schaltradsatzes eine zusätzliche Einbindung der an der Antriebswelle angebundenen Antriebsmaschine vollzogen werden.
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Außerdem können die Antriebswelle und die Nebenantriebswelle aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus des Kraftfahrzeuggetriebes ohne Verbindung zur Abtriebswelle miteinander gekoppelt werden, indem bei fehlender Betätigung sowohl des zumindest funktional vorgesehenen, ersten Schaltelements, als auch des zumindest funktional vorgesehenen, zweiten Schaltelements in dem Schaltradsatz eines der Übersetzungsverhältnisse geschaltet wird. Ist die an der Antriebswelle angebundene Antriebsmaschine als Verbrennungskraftmaschine gestaltet, so kann hierdurch ein Starten dieser Verbrennungskraftmaschine über die an der Nebenantriebswelle angebundene Antriebsmaschine verwirklicht werden. Andererseits kann die an der Antriebswelle angebundenen Antriebsmaschine die weitere Antriebsmaschine antreiben, welche an der Nebenantriebswelle angebunden ist. Dadurch kann, wenn die weitere Antriebsmaschine als Elektromaschine ausgeführt ist, in einem generatorischen Betrieb dieser Elektromaschine ein Laden eines elektrischen Energiespeichers vollzogen werden.
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Entsprechend der Erfindung weist der Wenderadsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetensteg auf, in welchem mindestens ein Stufenplanet drehbar gelagert ist. Der mindestens eine Stufenplanet ist mit je zwei axial nebeneinanderliegenden Verzahnungen versehen, von welchen an der je einen ersten Verzahnung jeweils ein Zahneingriff mit dem Sonnenrad hergestellt ist, wobei an der je einen zweiten Verzahnung jeweils ein Zahneingriff mit dem Hohlrad hergestellt ist. Ferner sind das Sonnenrad und die Eingangswelle drehfest miteinander verbunden, wobei das Sonnenrad und die Eingangswelle bei Betätigung des zumindest funktional vorgesehenen, ersten Schaltelements drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung gebracht sind. Hingegen ist der Planetenträger des Wenderadsatzes festgesetzt, während das Hohlrad bei Betätigung des zumindest funktional vorgesehenen, zweiten Schaltelements drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist.
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In vorteilhafter Weise wird hierdurch ein kompakter Aufbau des Wenderadsatzes verwirklicht. Bei Betätigung des zumindest funktional vorgesehenen, ersten Schaltelements wird die erste Drehrichtung der Abtriebswelle realisiert, indem die Eingangswelle direkt drehfest mit der Abtriebswelle verbunden und damit ein direkter Durchtrieb von der Eingangswelle auf die Abtriebswelle dargestellt wird. Dabei weisen die Eingangswelle und die Abtriebswelle dieselbe, erste Drehrichtung auf. Wird hingegen der betätigte Zustand des zweiten, zumindest funktional vorgesehenen Schaltelements dargestellt, so wird die Abtriebswelle drehfest mit dem Hohlrad des Wenderadsatzes verbunden, wodurch eine Koppelung der Abtriebswelle mit der Eingangswelle über die Zahneingriffe des mindestens einen Stufenplaneten stattfindet. Hierbei wird über die Zahneingriffe die zweite Drehrichtung der Abtriebswelle dargestellt, wobei durch geeignete Wahl der Verzahnungen des Sonnenrades, des Hohlrades sowie des mindestens einen Stufenplaneten ebenfalls betragsmäßig gleiche Drehzahlen von Eingangswelle und Abtriebswelle mit entgegengesetzten Drehrichtungen erzeugt werden können. Besonders bevorzugt sind in dem Planetensteg des Wenderadsatzes mehrere Stufenplaneten drehbar gelagert.
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Im Rahmen der Erfindung wird der permanent festgesetzte Zustand des Planetenträgers des Wenderadsatzes dadurch realisiert, dass der Planetenträger ständig drehfest mit einem permanent festgesetzten Bauteil verbunden ist, bei welchem es sich um ein Gehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes, einen Teil des Gehäuses oder ein hiermit drehfest verbundenes Bauteil handeln kann. Der Planetenträger kann hierbei ggf. zumindest teilweise einstückig mit dem permanent festgesetzten Bauteil ausgestaltet sein.
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Erfindungsgemäß ist die Nebenantriebswelle über eine Stirnradstufe an der je einen ersten Verzahnung des mindestens einen Stufenplaneten eingebunden. Die Koppelung der Nebenantriebswelle mit der Eingangswelle findet also über eine Stirnradstufe statt, die dabei die Koppelung an der je einen ersten Verzahnung des mindestens einen Stufenplaneten herstellt. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch eine zusätzliche Übersetzung bei Einbindung der Nebenantriebswelle an der Eingangswelle des Wenderadsatzes auf einfache Art und Weise verwirklicht werden kann.
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Bei einer ersten Variante umfasst die Stirnradstufe ein erstes Stirnrad, welches drehfest auf der Nebenantriebswelle angeordnet ist und mit einem zweiten Stirnrad der Stirnradstufe kämmt. Das zweite Stirnrad der Stirnradstufe steht zudem mit der ersten Verzahnung des zugehörigen Stufenplaneten im Zahneingriff. In diesem Fall wird die Nebenantriebswelle also an einem der ggf. mehreren Stufenplaneten eingebunden, indem das zweite Stirnrad der Stirnradstufe mit der ersten Verzahnung dieses Stufenplaneten kämmt. Dies lässt sich hierbei mit niedrigem Herstellungsaufwand verwirklichen
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Alternativ dazu umfasst die Stirnradstufe ein erstes Stirnrad, welches drehfest auf der Nebenantriebswelle angeordnet ist und mit einem zweiten Stirnrad der Stirnradstufe kämmt. Das zweite Stirnrad der Stirnradstufe steht zudem mit einem weiteren Hohlrad im Zahneingriff, welches ferner jeweils mit der je einen ersten Verzahnung des mindestens einen Stufenplaneten kämmt. In diesem Fall ist also ein weiteres Hohlrad bei dem Wenderadsatz vorgesehen, wobei das weitere Hohlrad mit der je einen ersten Verzahnung des mindestens einen Stufenplaneten im Zahneingriff steht, so dass dieses weitere Hohlrad bei mehreren Stufenplaneten mit den ersten Verzahnungen der einzelnen Stufenplaneten kämmt. Dieser Aufbau hat dabei den Vorteil, dass bei mehreren Stufenplaneten des Wenderadsatzes eine Einbindung der Nebenantriebswelle über alle Stufenplaneten gemeinsam stattfindet und somit eine Lastverteilung vollzogen wird.
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Entsprechend einer alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist die Nebenantriebswelle über eine Stirnradstufe mit dem Hohlrad gekoppelt. Insbesondere umfasst die Stirnradstufe ein erstes Stirnrad, welches drehfest auf der Nebenantriebswelle angeordnet ist und mit einer Verzahnung im Zahneingriff steht, die an einem Außenumfang des Hohlrades ausgestaltet ist. In vorteilhafter Weise kann hierdurch eine Übersetzung bei der Einbindung der Nebenantriebswelle über die Stirnradstufe sowie der Zahneingriff mit dem Hohlrad verwirklicht werden. Dies lässt sich ebenfalls mit niedrigem Herstellungsaufwand realisieren. Über den mindestens einen Stufenplaneten ist die Nebenantriebswelle dann permanent mit der Eingangswelle gekoppelt.
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Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement durch eine Schalteinrichtung mit einem Koppelelement gebildet sind, welches in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung jeweils positioniert werden kann. Das Koppelelement bildet in der ersten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des ersten Schaltelements ab und koppelt die Eingangswelle mit der Abtriebswelle unter Darstellung der ersten Drehrichtung der Abtriebswelle, wobei das Koppelelement in der zweiten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des zweiten Schaltelements abbildet und die Koppelung der Eingangswelle mit der Abtriebswelle unter Darstellung der zweiten Drehrichtung der Abtriebswelle herbeiführt. Das Abbilden der Funktionen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements durch eine Schalteinrichtung hat den Vorteil, dass somit die jeweiligen Koppelungen auf kompakte Art und Weise und mit einer niedrigen Anzahl an Bauelementen verwirklicht werden können. Besonders bevorzugt kann das Koppelelement zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung in einer zwischenliegenden Neutralstellung positioniert werden, wobei in dieser Neutralstellung keine Koppelung über das Koppelelement vorgenommen ist. Das Koppelelement ist zudem bevorzugt nach Art einer Schiebemuffe gestaltet, welche auf einer an der Abtriebswelle ausgestalteten Verzahnung verschiebbar geführt ist und in der ersten Schaltstellung in eine Verzahnung einfasst, die drehfest mit der Eingangswelle verbunden ist. In der zweiten Schaltstellung fasst die Schiebemuffe dann hingegen in eine Verzahnung ein, die drehfest mit dem Hohlrad des Wenderadsatzes in Verbindung steht.
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Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung weist der Schaltradsatz einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz mit jeweils je einem ersten Element, je einem zweiten Element und je einem dritten Element in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetenträgers und je eines Hohlrades auf. Das erste Element des ersten Planetenradsatzes ist drehfest mit der Antriebswelle verbunden, wohingegen das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung stehen. Des Weiteren sind das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes und das dritte Element des dritten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden, wobei das erste Element des zweiten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung stehen. Zudem ist das zweite Element des dritten Planetenradsatzes drehfest mit der Eingangswelle des Wenderadsatzes verbunden.
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Dem Schaltradsatz sind außerdem zumindest funktional ein drittes Schaltelement, ein viertes Schaltelement, ein fünftes Schaltelement, ein sechstes Schaltelement und ein siebtes Schaltelement zugeordnet, von welchen das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement bei Betätigung die Antriebswelle drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes verbindet. Das zumindest funktional vorgesehene, vierte Schaltelement bringt bei Betätigung die Antriebswelle drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes in Verbindung, wohingegen das zumindest funktional vorgesehene, fünfte Schaltelement bei Betätigung das dritte Element des ersten Planetenradsatzes festsetzt. Ferner setzt das zumindest funktional vorgesehene, sechste Schaltelement bei Betätigung das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes fest, wobei das zumindest funktional vorgesehene, siebte Schaltelement bei Betätigung das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes und das dritte Element des dritten Planetenradsatzes festsetzt. In vorteilhafter Weise wird hierdurch ein geeigneter Aufbau eines Schaltradsatzes verwirklicht, über welchen auf kompakte Art und Weise mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse durch selektive Betätigung der zumindest funktional vorgesehenen, fünf Schaltelemente darstellbar sind.
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Die Planetenradsätze des Schaltradsatzes setzen sich jeweils aus je einem ersten Element, je einem zweiten Element und je einem dritten Element zusammen, wobei die Elemente dabei durch jeweils ein Sonnenrad, jeweils einen Planetenträger und jeweils ein Hohlrad gebildet sind. Besonders bevorzugt liegt der einzelne Planetenradsatz dabei als Minus-Planetensatz vor, bei welchem der jeweilige Planetenträger mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert führt, wobei das mindestens eine Planetenrad dabei sowohl mit dem jeweiligen Sonnenrad, als auch dem jeweiligen Hohlrad jeweils im Zahneingriff steht. Bei einer Ausführung des einzelnen Planetenradsatzes als Minus-Planetensatz handelt es sich dann insbesondere bei dem je einen ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um das jeweilige Sonnenrad, bei dem je einen zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um den jeweiligen Planetenträger und bei dem je einen dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um das jeweilige Hohlrad.
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Alternativ dazu könnte einer oder mehrere der Planetenradsätze aber auch als Plus-Planetensatz ausgebildet sein. In diesem Fall ist in dem jeweiligen Planetenträger dann mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem jeweiligen Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff steht. Zudem kämmen die Planetenräder des mindestens einen Planetenradpaares untereinander. Im Unterschied zu einer Ausführung als Minus-Planetensatz handelt es sich dann bevorzugt bei dem je einen ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um das jeweilige Sonnenrad, bei dem je einen zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um das jeweilige Hohlrad und bei dem je einen dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um den jeweiligen Planetenträger. Im Vergleich zu einer Ausführung als Minus-Planetensatz ist zudem eine Standübersetzung des jeweiligen Planetenradsatzes um Eins zu erhöhen. Wie vorstehend bereits beschrieben, sind die Planetenradsätze des Schaltradsatzes jeweils als Minus-Planetensatz gestaltet.
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In Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit sind das dritte Schaltelement, das vierte Schaltelement, das fünfte Schaltelement, das sechste Schaltelement und das siebte Schaltelement als kraftschlüssige Schaltelemente, bevorzugt als Lamellenschaltelemente ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass somit ein Betätigen des einzelnen Schaltelements unter Last durchgeführt werden kann, wodurch auch Wechsel zwischen den Übersetzungsverhältnissen des Schaltradsatzes unter Last durchführbar sind. Alternativ dazu könnten die Schaltelemente des Schaltradsatzes aber auch als formschlüssige Schaltelemente gestaltet sein, beispielsweise als Klauenschaltelemente oder als Sperrsynchronisationen. Ggf. könnten dabei mehrere Schaltelemente durch eine jeweilige gemeinsame Schalteinrichtung gebildet sein.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebswelle über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer Anschlusswelle gekoppelt, die für eine Verbindung mit der Antriebsmaschine vorgesehen ist. Dies ist insbesondere dann verwirklicht, wenn die an der Antriebswelle anzubinden Antriebsmaschine als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt ist.
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Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit zwei gleichwertigen Fahrtrichtungen, wobei es sich bei dem Fahrzeug hierbei insbesondere um ein Schienenfahrzeug handelt. Das Antriebssystem umfasst eine Antriebsmaschine und ein Kraftfahrzeuggetriebe nach einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Varianten, wobei die Antriebsmaschine mit der Nebenantriebswelle gekoppelt ist. Bevorzugt ist die Antriebsmaschine dabei eine Elektromaschine, deren Rotor mit der Nebenantriebswelle gekoppelt ist. Dabei kann der Rotor der Elektromaschine über eine zwischenliegende Planetenstufe mit der Nebenantriebswelle gekoppelt sein, so dass bereits zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Nebenantriebswelle eine Vorübersetzung über die Planetenstufe geschaffen wird. Die Elektromaschine kann dabei bevorzugt zum einen als Elektromotor sowie zum anderen als Generator betrieben werden. Alternativ dazu könnte es sich bei der an der Nebenantriebswelle angebundenen Antriebsmaschine aber auch um eine hydraulische Maschine handeln.
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Ein Antriebssystem gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, bei welchem es sich insbesondere um einen Schienenfahrzeugantriebsstrang handelt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Ansicht einer Antriebseinheit des Antriebssystems aus 1;
- 3 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung; und
- 4 eine schematische Ansicht eines Antriebssystems entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Aus 1 geht eine schematische Darstellung eines Antriebssystems 1 hervor, welches für die Anwendung bei einem Fahrzeug mit zwei gleichwertigen Fahrtrichtungen vorgesehen ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Fahrzeug dabei um ein Schienenfahrzeug. Das Antriebssystem 1 ist hierbei entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet und umfasst eine Antriebsmaschine 2, ein Kraftfahrzeuggetriebe 3 sowie eine Antriebseinheit 4.
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Die Antriebsmaschine 2 ist vorliegend als - nicht weiter im Detail dargestellte - Verbrennungskraftmaschine ausgeführt und abtriebsseitig mit einer Anschlusswelle 5 des Kraftfahrzeuggetriebes 3 verbunden, welches gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ausgebildet ist und konkret als Schienenfahrzeuggetriebe vorliegt. Innerhalb des Kraftfahrzeuggetriebes 3 ist die Anschlusswelle 5 über ein Anfahrelement in Form eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers 6 mit einer Antriebswelle 7 des Kraftfahrzeuggetriebes 3 gekoppelt. Der hydrodynamische Drehmomentwandler 6 setzt sich auf dem Fachmann bekannte Art und Weise aus einem Pumpenrad 8, einem Turbinenrad 9 und einem Leitrad 10 zusammen, welche jeweils mit je einer Beschaufelung versehen sind und gemeinsam einen Torusraum 11 des hydrodynamischen Drehmomentwandlers 6 begrenzen.
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Während das Leitrad 10 über einen Freilauf 12 mit einem permanent feststehenden Bauelement 13 des Kraftfahrzeuggetriebes 3 gekoppelt ist, ist das Pumpenrad 8 drehfest mit der Anschlusswelle 5 verbunden und das Turbinenrad 9 über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer 14 mit der Antriebswelle 7 gekoppelt. Bei dem feststehenden Bauelement 13 kann es sich vorliegend um ein Gehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes 3, einen Teil des Gehäuses oder ein hiermit drehfest verbundenes Bauteil handeln.
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Das Kraftfahrzeuggetriebe 3 weist ferner einen Schaltradsatz 15, einen hydrodynamischen Retarder 16 und einen Wenderadsatz 17 auf, wobei der hydrodynamische Retarder 16 an der Antriebswelle 7 angebunden ist. Bei dem Schaltradsatz 15 sind drei Planetenradsätze P1, P2 und P3 sowie fünf Schaltelemente A, B, D, E und F vorgesehen. Die Planetenradsätze P1, P2 und P3 des Schaltradsatzes 15 setzen sich jeweils aus je einem ersten Element E11 bzw. E12 bzw. E13, je einem zweiten Element E21 bzw. E22 bzw. E23 sowie je einem dritten Element E31 bzw. E32 bzw. E33 zusammen.
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Bei dem jeweiligen ersten Element E11 bzw. E12 bzw. E13 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 handelt es sich dabei um ein jeweiliges Sonnenrad, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 bzw. E23 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 als ein jeweiliger Planetenträger vorliegt. Das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 bzw. E33 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 ist als ein jeweiliges Hohlrad ausgeführt. In dem jeweiligen Planetenträger des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 sind dabei jeweils mehrere Planetenräder drehbar gelagert, welche jeweils sowohl mit dem jeweiligen Sonnenrad, als auch dem jeweiligen Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 im Zahneingriff stehen. Insofern sind die Planetenradsätze P1, P2 und P3 als Minus-Planetensätze ausgeführt.
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Vorliegend ist das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit der Antriebswelle 7 verbunden, während das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 über eine Welle 18 drehfest miteinander in Verbindung gebracht sind. Hierbei könnte das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und/oder das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ggf. einstückig mit der Welle 18 ausgestaltet sein. Ferner sind das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 über eine Welle 19 drehfest miteinander verbunden, wobei auch hier eine einstückige Ausführung des zweiten Elements E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und/oder des dritten Elements E33 des dritten Planetenradsatzes P3 mit der Welle 19 vorliegen könnte.
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Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist über eine Welle 20 drehfest mit dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden. Dabei könnten das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und/oder das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 sowie die Welle 20 einstückig ausgebildet sein. Ferner ist noch das zweite Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest mit einer Eingangswelle 21 des nachgeschalteten Wenderadsatzes 17 verbunden, wobei hierbei eine einstückige Ausführung des zweiten Elements E23 des dritten Planetenradsatzes P3 und der Eingangswelle 21 vorliegen könnte.
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Die Schaltelemente A, B, D, E und F des Schaltradsatzes 15 sind jeweils als Einzelschaltelemente ausgestaltet, wobei die Schaltelemente A, B, D, E und F dabei als kraftschlüssige Schaltelemente in Form von Lamellenschaltelementen ausgeführt sind. Bei Betätigung verbindet das Schaltelement A die Antriebswelle 7 drehfest mit der Welle 20 und damit mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 sowie dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3. Wird hingegen das Schaltelement B betätigt, so wird die Antriebswelle 7 drehfest mit der Welle 19 verbunden, was eine drehfeste Verbindung der Antriebswelle 7 mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 zur Folge hat. Das Schaltelement D verbindet bei Betätigung das dritte Elements E31 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit dem feststehenden Bauelement 13, so dass das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 in der Folge festgesetzt ist.
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Bei Betätigung des Schaltelements E wird die Welle 18 mit dem feststehenden Bauelement 13 drehfest in Verbindung gebracht, was ein Festsetzen der Welle 18 und damit auch des zweiten Elements E21 des ersten Planetenradsatzes P1 sowie des dritten Elements E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 bedeutet. Die Welle 19 und damit das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 sowie das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 können ebenfalls festgesetzt werden, indem die Welle 19 durch Betätigung des Schaltelements F drehfest mit dem feststehenden Bauelement 13 verbunden wird.
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Durch selektive Betätigung der Schaltelemente A, B, D, E und F des Schaltradsatzes 15 können unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle 7 und der Eingangswelle 21 des nachgeschalteten Wenderadsatzes 17 geschaltet werden.
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Der Wenderadsatz 17 weist ein Sonnenrad 22, einen Planetenträger 23 und ein Hohlrad 24 auf, wobei der Planetenträger 23 mehrere Stufenplaneten 25 drehbar gelagert führt. Jeder der Stufenplaneten 25 ist dabei mit einer ersten Verzahnung 26 und einer zweiten Verzahnung 27 ausgestattet, die axial nebeneinanderliegend an dem einzelnen Stufenplaneten 25 ausgebildet sind. An den ersten Verzahnungen 26 der Stufenplaneten 25 ist dabei jeweils ein Zahneingriff mit dem Sonnenrad 22 hergestellt, während die Stufenplaneten 25 an den zweiten Verzahnungen 27 jeweils mit dem Hohlrad 24 kämmen. Das Sonnenrad 22 des Wenderadsatzes 17 ist drehfest mit der Eingangswelle 21 verbunden, wobei hierbei auch eine einstückige Ausbildung des Sonnenrades 22 mit der Eingangswelle 21 in Betracht kommt. Der Planetenträger 23 ist ständig drehfest mit dem feststehenden Bauelement 13 verbunden und damit permanent festgesetzt.
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Dem Wenderadsatz 17 ist zudem eine Schalteinrichtung 28 zugeordnet, durch welche die Funktion von zwei Schaltelementen G und H abgebildet wird. Die Schalteinrichtung 28 ist dabei als formschlüssige Schalteinrichtung konzipiert und weist ein - vorliegend nicht weiter dargestelltes - Koppelelement in Form einer Schaltmuffe auf. In einer ersten Schaltstellung des Koppelelements wird der betätigte Zustand des Schaltelements G dargestellt, in welchem die Eingangswelle 21 drehfest mit einer Abtriebswelle 29 des Kraftfahrzeuggetriebes 3 verbunden ist. In der Folge wird ein starrer Durchtrieb von der Eingangswelle 21 auf die Abtriebswelle 29 und damit gleiche Drehzahlen von Eingangswelle 21 und Abtriebswelle 29 realisiert, wobei die Eingangswelle 21 und die Abtriebswelle 29 hierbei dieselbe, erste Drehrichtung aufweisen. Wird hingegen der betätigte Zustand des Schaltelements H über die Schalteinrichtung 28 realisiert, so wird das Hohlrad 24 drehfest mit der Abtriebswelle 29 verbunden, wodurch die Abtriebswelle 29 über das Hohlrad 24, die Stufenplaneten 25 und das Sonnenrad 22 mit der Eingangswelle 21 gekoppelt ist. Die Eingangswelle 21 und die Abtriebswelle 29 weisen dabei betragsmäßig gleiche Drehzahlen auf, wobei die Abtriebswelle 29 nun aber entgegengesetzt zu der Eingangswelle 21 mit einer zweiten Drehrichtung rotiert.
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Über den Wenderadsatz 17 kann eine über den Schaltradsatz 15 von der Antriebswelle 7 auf die Eingangswelle 21 übersetzte Antriebsbewegung auf die Abtriebswelle 29 geführt werden, wobei dabei für jedes über den Schaltradsatz 15 darstellbare Übersetzungsverhältnis jeweils Drehbewegungen der Abtriebswelle 29 in die erste Drehrichtung sowie auch in die zweite Drehrichtung realisierbar sind. Somit werden über den Wenderadsatz 17 gleichwertige Fahrtrichtungen des zugehörigen Fahrzeugs ermöglicht.
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Die Antriebseinheit 4 ist in dem Antriebssystem 1 an einer Nebenantriebswelle 30 des Kraftfahrzeuggetriebes 3 angebunden, wobei diese Nebenantriebswelle 30 hierbei permanent mit der Eingangswelle 21 des Wenderadsatzes 17 gekoppelt ist. Vorliegend ist dabei auf der Nebenantriebswelle 30 ein Stirnrad 31 einer Stirnradstufe 32 drehfest platziert, wobei das Stirnrad 31 mit einem weiteren Stirnrad 33 der Stirnradstufe 32 kämmt. Das Stirnrad 33 ist auf einer Achse 34 drehbar gelagert, welche drehfest mit dem permanent feststehenden Bauelement 13 verbunden ist. Neben dem Stirnrad 31 steht das Stirnrad 33 zudem mit der ersten Verzahnung 26 eines der Stufenplaneten 25 im Zahneingriff, wodurch die Koppelung der Nebenantriebswelle 30 mit der Eingangswelle 21 über die Stirnradstufe 32, den mit dem Stirnrad 33 im Zahneingriff stehenden Stufenplaneten 25 sowie das Sonnenrad 22 verwirklicht ist. Diese Koppelung findet dabei axial in einer Radebene statt.
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Die in 1 nur schematisch dargestellte Antriebseinheit 4 ist in 2 näher im Detail dargestellt. Wie hierbei zu erkennen ist, umfasst die Antriebseinheit 4 eine Antriebsmaschine 35 in Form einer Elektromaschine, welche sich aus einem Stator 36 und einem Rotor 37 zusammensetzt. Die Antriebsmaschine 35 ist in einem Gehäuse 38 aufgenommen, mit welchem der Stator 36 drehfest verbunden ist und in dem zudem eine Planetenstufe 39 platziert ist. Die Planetenstufe 39 setzt sich aus einem Sonnenrad 40, einem Planetenträger 41 und einem Hohlrad 42 zusammen, wobei in dem Planetenträger 41 mehrere Planetenräder 43 jeweils drehbar gelagert sind, die im Einzelnen sowohl mit dem Sonnenrad 40, als auch dem Hohlrad 42 im Zahneingriff stehen. Das Sonnenrad 40 ist drehfest mit dem Rotor 37 verbunden, wohingegen das Hohlrad 42 am Gehäuse 38 festgesetzt und der Planetenträger 41 drehfest mit der Nebenantriebswelle 30 in Verbindung steht. Insofern wird über die Planetenstufe 39 eine feste Übersetzung einer durch die Antriebsmaschine 35 dargestellten Antriebsbewegung auf die Nebenantriebswelle 30 realisiert.
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Über das Antriebssystem 1 kann zum einen ein reiner Antrieb oder auch ein reines Abbremsen über die Antriebseinheit 4 vollzogen werden, wozu im Schaltradsatz 15 keines der Übersetzungsverhältnisse geschaltet wird und damit die Antriebswelle 7 von der Eingangswelle 21 entkoppelt ist. Zudem wird über die Schalteinrichtung 28 der betätigte Zustand entweder des Schaltelements G oder des Schaltelements H dargestellt, um eine der beiden Drehrichtungen der Abtriebswelle 29 beim Antrieb bzw. Abbremsen über die Antriebseinheit 4 zu realisieren.
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Die Antriebseinheit 4 kann aber auch gemeinsam mit der Antriebsmaschine 2 antreiben oder auch abbremsen, indem zusätzlich zur Darstellung eines der Schaltstellungen der Schalteinrichtung 28 im Schaltradsatz 15 eines der Übersetzungsverhältnisse geschaltet wird.
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Außerdem können auch die Antriebsmaschine 2 und die Antriebseinheit 4 bei gleichzeitiger Entkoppelung von der Abtriebswelle 29 gekoppelt werden, wozu im Schaltradsatz 15 eines der Übersetzungsverhältnisse zu schalten sowie bei der Schalteinrichtung 28 eine Neutralstellung zu wählen ist, in welcher weder der betätigte Zustand des Schaltelements G, noch der betätigte Zustand des Schaltelements H dargestellt ist. Hierbei kann ein Starten der Antriebsmaschine 2 über die Antriebseinheit 4 durch Betrieb der Antriebsmaschine 35 als Elektromotor verwirklicht oder auch ein Laden eines elektrischen Energiespeichers durch Betrieb der Antriebsmaschine 35 als Generator dargestellt werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebssystems 44 gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung. Dieses Antriebssystem 44 entspricht dabei im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach den 1 und 2, wobei im Unterschied dazu nun bei einem Wenderadsatz 45 neben dem Hohlrad 24 noch ein weiteres Hohlrad 46 vorgesehen ist, welches zum einen radial innen mit den ersten Verzahnungen 26 der Stufenplaneten 25 im Zahneingriff steht. Zum anderen ist das weitere Hohlrad 46 noch an einem Außenumfang mit einer Verzahnung 47 ausgestattet, an welcher ein Zahneingriff zu dem Stirnrad 33 der Stirnradstufe 32 hergestellt ist. Dementsprechend ist die Nebenantriebswelle 30 nun über die Stirnradstufe 32 und das Hohlrad 46 mit allen Stufenplaneten 25 gekoppelt, die dann im Weiteren gemeinsam eine Koppelung mit dem Sonnenrad 22 und damit der Eingangswelle 21 vornehmen. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 3 der Variante nach den 1 und 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Schließlich geht noch aus 4 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems 48 entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hervor. Auch dieses Antriebssystem 48 entspricht weitestgehend der Variante nach den 1 und 2, mit dem Unterschied, dass bei einem Wenderadsatz 49 nun ein Hohlrad 50 zur Anwendung kommt, welches neben Zahneingriffen mit den zweiten Verzahnungen 27 der Stufenplaneten 25 noch an einem Außenumfang mit einer weiteren Verzahnung 51 ausgestattet ist. An dieser Verzahnung 51 steht das Hohlrad 50 mit einem Stirnrad 52 im Zahneingriff, so dass das Hohlrad 50 gemeinsam mit dem Stirnrad 52 eine Stirnradstufe 53 bildet. Das Stirnrad 52 ist dann drehfest auf der Nebenantriebswelle 30 platziert. In der Folge findet auch hier eine Koppelung der Nebenantriebswelle 30 mit der Eingangswelle 21 über alle Stufenplaneten 25 statt, wobei die Einbindung der Nebenantriebswelle 30 dabei axial im Wesentlichen in einer Ebene mit den zweiten Verzahnungen 27 der Stufenplaneten 25 vollzogen ist. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 4 der Variante nach den 1 und 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eines Kraftfahrzeuggetriebes kann eine geeignete Einbindung einer weiteren Antriebsmaschine bei einem Fahrzeug mit zwei gleichwertigen Fahrtrichtungen verwirklicht werden.
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Bezugszeichen
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- 1
- Antriebssystem
- 2
- Antriebsmaschine
- 3
- Kraftfahrzeuggetriebe
- 4
- Antriebseinheit
- 5
- Anschlusswelle
- 6
- hydrodynamischer Drehmomentwandler
- 7
- Antriebswelle
- 8
- Pumpenrad
- 9
- Turbinenrad
- 10
- Leitrad
- 11
- Torusraum
- 12
- Freilauf
- 13
- feststehendes Bauelement
- 14
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 15
- Schaltradsatz
- 16
- hydrodynamischer Retarder
- 17
- Wenderadsatz
- 18
- Welle
- 19
- Welle
- 20
- Welle
- 21
- Eingangswelle
- 22
- Sonnenrad
- 23
- Planetenträger
- 24
- Hohlrad
- 25
- Stufenplaneten
- 26
- erste Verzahnung
- 27
- zweite Verzahnung
- 28
- Schalteinrichtung
- 29
- Abtriebswelle
- 30
- Nebenantriebswelle
- 31
- Stirnrad
- 32
- Stirnradstufe
- 33
- Stirnrad
- 34
- Achse
- 35
- Antriebsmaschine
- 36
- Stator
- 37
- Rotor
- 38
- Gehäuse
- 39
- Planetenstufe
- 40
- Sonnenrad
- 41
- Planetenträger
- 42
- Hohlrad
- 43
- Planetenräder
- 44
- Antriebssystem
- 45
- Wenderadsatz
- 46
- Hohlrad
- 47
- Verzahnung
- 48
- Antriebssystem
- 49
- Wenderadsatz
- 50
- Hohlrad
- 51
- Verzahnung
- 52
- Stirnrad
- 53
- Stirnradstufe
- P1
- erster Planetenradsatz
- P2
- zweiter Planetenradsatz
- P3
- dritter Planetenradsatz
- E11
- erstes Element erster Planetenradsatz
- E21
- zweites Element erster Planetenradsatz
- E31
- drittes Element erster Planetenradsatz
- E12
- erstes Element zweiter Planetenradsatz
- E22
- zweites Element zweiter Planetenradsatz
- E32
- drittes Element zweiter Planetenradsatz
- E13
- erstes Element dritter Planetenradsatz
- E23
- zweites Element dritter Planetenradsatz
- E33
- drittes Element dritter Planetenradsatz
- A
- Schaltelement
- B
- Schaltelement
- D
- Schaltelement
- E
- Schaltelement
- F
- Schaltelement
- G
- Schaltelement
- H
- Schaltelement