Getriebeanordnuna

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung mit einer ersten

Planetenradstufe und einer zweiten Planetenradstufe, wobei die

Getriebeanordnung durch einen Rotor einer E-Maschine angetrieben wird, die im teilelektrifizierten Triebstrang eines Fahrzeugs aufgenommen ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Getriebeanordnung in einem differentialgetriebefrei ausgeführten Triebstrang eines Fahrzeugs.

Stand der Technik

DE 10 2011 102 749 Al bezieht sich auf eine Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug. Die Getriebeanordnung umfasst ein Gehäuse, eine E-Maschine mit einem gehäusefesten Stator und einem relativ zu dem Stator drehbar gelagerten Rotor. Es ist eine Getriebeeinrichtung vorgesehen mit einem ersten stirnverzahnten Planetengetriebe, welches mittels seiner Eingangswelle mit dem Rotor und mittels seiner Ausgangswelle mit einer ersten Achsflanschwelle verbunden ist. Ferner ist ein zweites stirnverzahntes Planetengetriebe vorgesehen, welches mittels seiner Eingangswelle mit einer Koppelwelle des ersten Planetengetriebes und mittels seiner Ausgangswelle mit einer zweiten Achsflanschwelle verbunden ist. Das erste Planetengetriebe weist ein seine Eingangswelle bildendes, koaxial zum Rotor angeordnetes und mit diesem verbundenes erste Sonnenrad, ein seine Koppelwelle bildendes Hohlrad und einen seine Ausgangswelle bildenden, koaxial zum Rotor sowie koaxial zu der ersten Achsflanschwelle angeordneten und mit diesem verbundenen Steg, welcher einen einfachen Satz drehbar gelagerter erster Planetenräder trägt, die einerseits mit dem ersten Sonnenrad und andererseits mit dem ersten Hohlrad kämmen, auf. Das zweite Planetengetriebe weist ein zweites Sonnenrad und einen gehäusefesten zweiten Steg, welcher einen einfachen Satz drehbar gelagerter zweiter Planetenräder trägt, die mit dem zweiten Sonnenrad kämmen, auf. Das zweite Planetengetriebe ist als ein einfaches Minus-Planetengetriebe mit einem zweiten Hohlrad ausgebildet, dessen zweite Planetenräder zusätzlich mit dem zweiten Hohlrad kämmen.

Gemäß dieser Lösung bildet das Sonnenrad des ersten Planetensatzes die Eingangsstufe vom Rotor der E- Maschine. Der Planetenträger ist das

Ausgangselement an eine erste Radachse, wobei das Hohlrad das

Koppelelement zum zweiten Planetensatz darstellt. Der zweite Planetensatz gemäß der Lösung nach DE 10 2011 102 749 Al bildet ein Negativgetriebe, wobei der Planetenträger am Gehäuse fixiert ist. Entweder wird das Sonnenrad des zweiten Planetensatzes mit dem Hohlrad des ersten gekoppelt, oder beide Hohlräder sind miteinander gekoppelt. Das jeweils verbleibende Element bildet dann den Abgang für die zweite Radachse. Nachteilig bei dieser Anordnung ist der Umstand, dass der Antrieb über das Sonnenrad erfolgt und dieser zur Hohlwelle ausgeführt werden muss. Der Abtrieb auf das erste Rad der Achse muss innerhalb der Hohlwelle des Antriebs nach außen geführt werden, was eine konstruktiv relativ aufwendige Lösung darstellt.

Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird eine Getriebeanordnung vorgeschlagen, welche eine erste Planetenradstufe und eine zweite Planetenradstufe umfasst, wobei die Getriebeanordnung durch einen Rotor einer E-Maschine angetrieben ist und die erste Planetenradstufe ein erstes Sonnenrad und die zweite Planetenradstufe ein zweites Sonnenrad umfasst, wobei die Stufenplanetenräder der ersten

Planetenradstufe mit dem ersten Sonnenrad und Planetenräder der zweiten Planetenradstufe mit dem zweiten Sonnenrad kämmen, wobei entweder das erste Sonnenrad der ersten Planetenradstufe mit dem zweiten Sonnenrad der zweiten Planetenradstufe über eine Koppelwelle direkt gekoppelt ist, oder alternativ ein Planetenträger, an dem die Stufenplanetenräder der ersten Planetenradstufe aufgenommen sind, mit einem zweiten Hohlrad der zweiten Planetenradstufe verbunden ist, innerhalb dessen die Planetenräder der zweiten Planetenradstufe umlaufen.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist es möglich, den Rotor der E-Maschine mit dem Hohlrad der ersten Planetenradstufe zu verbinden. Dadurch kann das Hohlrad der ersten Planetenradstufe baulich in den Rotor der E-Maschine integriert werden, da diese fest verbunden sind, oder es kann eine bauliche Einheit hergestellt werden.

In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Getriebeanordnung ist die zweite Planetenradstufe als Negativgetriebe dargestellt. Die zweite

Planetenradstufe besitzt eine Standübersetzung, die betragsmäßig > 1 ist. Die erste Planetenradstufe hingegen realisiert durch die Stufenplanetenräder eine Standübersetzung, die betragsmäßig < 1 ist.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weiter folgend, bilden das erste Hohlrad der ersten Planetenradstufe mit dem Rotor der E-Maschine eine bauliche Einheit. Diese kann entweder durch eine Schrumpfverbindung oder eine Schraubverbindung zwischen dem ersten Hohlrad und dem Rotor der E- Maschine hergestellt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, das erste Hohlrad und den Rotor der E-Maschine als ein Bauteil zu fertigen.

In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung stehen für die Kopplung zwischen der ersten Planetenradstufe und der zweiten

Planetenradstufe zwei Möglichkeiten zur Verfügung:

Gemäß einer ersten Ausführungsvariante kann das erste Fahrzeugrad über den Planetenträger der ersten Planetenradstufe angetrieben sein. Das zweite Fahrzeugrad hingegen wird über das Hohlrad der zweiten Planetenradstufe angetrieben. Die beiden Sonnenräder sind hier fest verbunden und bilden die Kopplung zwischen den beiden Planetenradstufen.

Alternativ besteht die Möglichkeit, den Planetenträger der ersten

Planetenradstufe mit dem ersten Hohlrad der ersten Planetenradstufe über eine Verbindung fest zu koppeln. In diesem Falle ist das erste Fahrzeugrad über das erste Sonnenrad der ersten Planetenradstufe direkt angetrieben, wobei das zweite Fahrzeugrad über das zweite Sonnenrad der zweiten Planetenradstufe angetrieben ist.

Beiden Ausführungsvarianten der Kopplung zwischen der ersten

Planetenradstufe und der zweiten Planetenradstufe ist gemeinsam, dass ein Planetenträger der zweiten Planetenradstufe mit einem Gehäuse der

Getriebeanordnung verbunden ist und die auftretenden Drehmomente abstützt.

Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf die Verwendung der

vorgeschlagenen Getriebeanordnung in einem differentialgetriebefrei ausgebildeten Triebstrang eines Fahrzeugs, welches durch mindestens eine E- Maschine angetrieben ist. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kopplung zwischen dem Rotor der E-Maschine und dem ersten Hohlrad der ersten Planetenradstufe, d.h. der Antriebseinleitungsstelle, kann eine kompaktbauende E-Achse bereitgestellt werden, die als bauliche Einheit ausgeführt ist und insbesondere durch Realisierung einer Standübersetzung betragsmäßig < 1 (gilt für die erste Planetenradstufe mit Stufenplanetenrädern) ein Differentialgetriebe überflüssig macht, das andernfalls in die Achse zu integrieren wäre.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht die Verbindung von Getriebeanordnung und E-Maschine zwischen dem Rotor der E-Maschine und dem ersten Hohlrad des Planetengetriebes. Dadurch besteht die Möglichkeit der Ausbildung einer baulichen Einheit aus E-Maschine und der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Getriebeanordnung. Der Antrieb erfolgt über das erste Hohlrad der ersten Planetenstufe, wobei die erste Planetenstufe als Stufenplanet ausgeführt wird. Durch diese Ausführungsform kann eine Standübersetzung erreicht werden, die betragsmäßig < 1 ist. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht zwei Ausführungsvarianten der Kopplung der ersten

Planetenradstufe mit der zweiten Planetenradstufe. Aufgrund der Realisierung von Standübersetzungen betragsmäßig < 1 kann ein Differentialgetriebe entfallen. Die Funktion des Differentialgetriebes wird gemäß der beiden

Varianten miteinander gekoppelten Planetenradsätze ermöglicht, so dass eine differentialgetriebefreie Ausbildung eines E-Achsenmoduls für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug möglich ist.

In einer ersten Kopplungsvariante wird das erste Sonnenrad der ersten

Planetenstufe fest mit dem zweiten Sonnenrad der zweiten Planetenradstufe gekoppelt. Das erste Fahrzeugrad wird über den Planetenträger der ersten Planetenstufe angetrieben, während die zweite Planetenstufe ein

Negativgetriebe darstellt und das zweite Fahrzeugrad durch das Hohlrad der zweiten Planetenstufe angetrieben wird.

In der zweiten Kopplungsvariante ist der Planetenträger der ersten Planetenstufe fest mit dem zweiten Hohlrad der zweiten Planetenradstufe verbunden. Das erste Fahrzeugrad wird gemäß dieser Ausführungsvariante über das erste Sonnenrad der ersten Planetenstufe angetrieben. Die zweite Planetenstufe - wiederum ein Negativgetriebe darstellend - treibt das zweite Rad über das zweite Sonnenrad der zweiten Planetenstufe an. In beiden Ausführungsvarianten der Kopplung zwischen der ersten Planetenradstufe und der zweiten Planetenradstufe wird der Planetenträger der zweiten Planetenradstufe fest mit dem Gehäuse verbunden, so dass die auftretenden Drehmomente abgestützt werden können. Des

Weiteren erlaubt die erfindungsgemäße Lösung eine gemeinsame Nutzung der Lagerung für Getriebe und E-Maschine.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender

beschrieben.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Variante der Kopplung zwischen der ersten Planetenradstufe und der zweiten

Planetenradstufe,

Figur 2 ein entsprechendes Schaltbild der vorgeschlagenen

Getriebeanordnung, Figur 3 eine zweite Ausführungsvariante der Kopplung zwischen der ersten Planetenradstufe und der zweiten Planetenradstufe und

Figur 4 ein dementsprechendes Schaltbild der erfindungsgemäß

vorgeschlagenen Getriebeanordnung.

Ausführungsvarianten

Figur 1 ist eine erste Ausführungsvariante einer Kopplung zwischen einer ersten Planetenradstufe 18 und einer zweiten Planetenradstufe 20 zu entnehmen.

Eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Getriebeanordnung 10 ist in eine E- Maschine 12 integriert. Ein Rotor 14 der E-Maschine rotiert mit einer Drehzahl n _ein , welche eine Eintrittsdrehzahl 16 für die Getriebeanordnung 10 darstellt. Die Getriebeanordnung 10 umfasst die erste Planetenradstufe 18 sowie die zweite Planetenradstufe 20. Wie Figur 1 zeigt, sind der Rotor 14 der E-Maschine 12 und ein erstes Hohlrad 22 der ersten Planetenradstufe 18 miteinander verbunden.

Die Verbindung kann beispielsweise durch eine Schrumpfverbindung 24 gegeben sein, gemäß der das erste Hohlrad 22 der ersten Planetenradstufe 18 in den Innenumfang des Rotors der E-Maschine 12 eingeschrumpft wird. Die Verbindung zwischen dem Rotor 14 und dem ersten Hohlrad 22 der ersten Planetenradstufe 18 kann anstelle durch die Schrumpfverbindung 24 auch durch eine Verschraubung der beiden Komponenten miteinander erfolgen oder auch dadurch gegeben sein, dass der Rotor 14 der E-Maschine 12 und das erste Hohlrad 22 der ersten Planetenradstufe 18 eine bauliche Einheit bilden, d.h. als ein Stück gefertigt sind.

Die erste Planetenradstufe 18 umfasst neben dem ersten Hohlrad 22 einen ersten Satz von Stufenplanetenrädern 28 und 34 (hier sind lediglich zwei dargestellt). Planetenräder der ersten Planetenradstufe 18 umfassen eine erste Stufe 30 bzw. 36 sowie eine zweite Stufe 32 und 38. Jeweils die zweiten Stufen 32 bzw. 38 der Stufenplanetenräder 28 und 34 kämmen mit einem ersten Sonnenrad 40 der ersten Planetenradstufe 18. Die beiden Stufenplanetenräder 28, 34 sind an einem Planetenträger 44 aufgenommen. Dieser treibt eine erste Abtriebswelle 46 mit einer ersten Drehzahl ni an, die sich zu einem ersten Fahrzeugrad 62 erstreckt und dieses antreibt.

Die zweite Planetenradstufe 20 umfasst ein zweites Sonnenrad 42. Das zweite Sonnenrad 42 kämmt mit einem zweiten Satz von Planetenrädern 48 und 50 (auch hier sind nur zwei dargestellt), die ihrerseits an einem Planetenträger 52 aufgenommen sind. Darüber hinaus laufen das erste Planetenrad 48 sowie das zweite Planetenrad 50 innerhalb eines zweiten Hohlrades 58 der zweiten Planetenradstufe 20 um. Das zweite Hohlrad 58 treibt eine zweite Abtriebswelle 60 mit einer Drehzahl n ₂ an, wodurch ein zweites Fahrzeugrad 64 angetrieben ist.

Gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante sind die beiden

Planetenradstufen 18 und 20 über eine Koppelwelle 26 drehfest miteinander gekoppelt, welche das erste Sonnenrad 40 und das zweite Sonnenrad 42 drehfest miteinander verbindet.

Der Darstellung gemäß Figur 2 ist ein Schaltbild der Getriebeanordnung gemäß der Darstellung in Figur 1 zu entnehmen, gemäß der das erste Sonnenrad 40 und das zweite Sonnenrad 42 durch eine starre Koppelwelle 26 miteinander gekoppelt sind.

Im Vergleich zu den Fahrzeugrädern 62, 64 ist das Schaltbild der

Getriebeanordnung 10 vergrößert dargestellt und entspricht im Wesentlichen der schematischen Darstellung der einzelnen Komponenten gemäß Figur 1.

Den Darstellungen gemäß der Figuren 1 und 2 ist überdies gemeinsam, dass der Planetenträger 52 der Planetenräder 48 und 50 mittels einer Verbindung 54 mit einem Gehäuse 56 der Getriebeanordnung 10 verbunden ist. Dadurch können die auftretenden Drehmomente abgestützt werden.

Die Übersetzung der Getriebeanordnung 10 gemäß Figur 2 ist gegeben durch: ü = nein/h = 2 (Ü0,1 - 1 )/üo,i Wird beispielsweise ü = +5 gesetzt, ergibt sich für die Gesamtübersetzung ü eine erforderliche Standübersetzung der ersten Planetenradstufe 18 gegeben durch: üo,i = 2/(2 - ü), d.h. = -0,667.

Für die zweite Planetenradstufe 20 ergibt sich die Standübersetzung

üo,2 = (1 - ü _0,i )/üo,i = - ü/2 = -2,5.

Figur 3 ist eine zweite Ausführungsvariante einer mechanischen Kopplung zwischen der ersten Planetenradstufe 18 und der zweiten Planetenradstufe 20 zu entnehmen.

Figur 3 zeigt die Getriebeanordnung 10, bei der eine Eintrittsdrehzahl 16 gegeben durch die Drehzahl des Rotors 14 der E-Maschine 12 in die erste Planetenradstufe 18 eingeleitet wird. Dazu ist der Rotor 14 der E-Maschine 12 mit dem ersten Hohlrad 22 der ersten Planetenradstufe 18 beispielsweise über eine Schrumpfverbindung 24 miteinander verbunden. Anstelle der

Schrumpfverbindung 24 kann auch eine andere mechanische Verbindung, beispielsweise eine Verschraubung zwischen dem Rotor 14 und dem ersten Hohlrad 22 der ersten Planetenradstufe 18 dargestellt werden. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, den Rotor 14 der E-Maschine 12 und das erste Hohlrad 22 der ersten Planetenradstufe 18 als ein Bauteil zu fertigen, so dass eine bauliche Einheit vorliegt.

Gemäß der Darstellung in Figur 3 umfasst die erste Planetenradstufe 18 analog zur ersten Ausführungsvariante gemäß Figur 1 die Stufenplanetenräder 28 bzw. 34, die jeweils ersten Stufen 30, 36 sowie zweite Stufen 32 bzw. 38 aufweisen. Die beiden zweiten Stufen 32 und 38 gemäß der Ausführungsvariante in Figur 3 kämmen mit dem ersten Sonnenrad 40 der ersten Planetenradstufe 18. Dieses wiederum treibt die erste Abtriebswelle 46, die sich gemäß der Darstellung in Figur 4 zum ersten Fahrzeugrad 62 erstreckt, mit einer Drehzahl ni an.

Demgegenüber umfasst die zweite Planetenradstufe 20 gemäß der zweiten Ausführungsvariante in Figur 3 das zweite Sonnenrad 42, welches seinerseits die zweite Abtriebswelle 60 antreibt, die mit einer Drehzahl n ₂ rotiert und sich zum zweiten Fahrzeugrad 64 erstreckt. Darüber hinaus umfasst die zweiten Planetenradstufe 20 einen Satz von

Planetenrädern 48 bzw. 50 (hier sind ebenfalls nur zwei dargestellt), die an dem Planetenträger 52 aufgenommen sind. Der Planetenträger 52 wiederum stützt sich mittels einer Verbindung 54 am Gehäuse 56 der Getriebeanordnung 10 ab, so dass die auftretenden Drehmomente abgestützt werden können.

Gemäß der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante erfolgt die Kopplung der ersten Planetenradstufe 18 und der zweiten Planetenradstufe 20 durch eine Verbindung 70 zwischen dem zweiten Hohlrad 58 der zweiten Planetenradstufe 20 und dem Planetenradträger 44 der ersten Planetenradstufe 18. Die in der Ausführungsvariante gemäß Figur 1 zwischen dem ersten Sonnenrad 40 und dem zweiten Sonnenrad 42 verlaufende Koppelwelle 26 ist in der

Ausführungsvariante gemäß Figur 3 entfallen.

Gemäß der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante der Kopplung zwischen der ersten Planetenradstufe 18 und der zweiten Planetenradstufe 20 ist der Planetenträger 44 der ersten Planetenradstufe 18 fest verbunden mit dem zweiten Hohlrad 58 der zweiten Planetenradstufe 20. In diesem Falle wird - vergleiche auch Darstellung gemäß Figur 4 - das erste Fahrzeugrad 62 über das erste Sonnenrad 40 der ersten Planetenradstufe 18 angetrieben. Die zweite Planetenradstufe 20 stellt ein Negativgetriebe dar, wobei der Abtrieb an das zweite Fahrzeugrad 64 über das zweite Sonnenrad 42 der zweiten

Planetenradstufe 20 erfolgt. Analog zur in Figur 1 dargestellten

Ausführungsvariante der Kopplung ist der Planetenträger 52 der zweiten

Planetenradstufe 20 über die Verbindung 54 fest mit dem Gehäuse 56 der Getriebeanordnung 10 verbunden und stützt die auftretenden Drehmomente ab.

Figur 4 zeigt das Schaltbild der Getriebeanordnung 10 bei der Kopplung der ersten Planetenradstufe 18 mit der zweiten Planetenradstufe 20, wie sie in Figur 3 dargestellt ist. Die Komponenten der Getriebeanordnung 10 in Figur 4 entsprechen denjenigen in Figur 3.

Die Übersetzung der Getriebeanordnung 10 gemäß der Darstellung in Figur 3 ergibt sich zu ü = ni/n = 2/üo _,i . Bei einem Beispiel für eine Gesamtübersetzung ü = -5 ergibt sich eine Standübersetzung für die erste Planetenradstufe 18 zu üo.i = 2/ü bei ü = -5 zu üo.i = -0,4.

Für die zweite Planetenradstufe 20 ergibt sich die Standübersetzung zu

üo,2 = üo.i - 1 = (2 - ü)/ü = üo,2 = -1,4. Bei dieser Ausführungsvariante wird die

Antriebszahl zum Antrieb hin negiert, d.h. die Übersetzung ist negativ. Damit ist die Bedingung, dass beide Standübersetzung en kleiner als Null sein müssen zu erfüllen. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.