Die Erfindung betrifft ein Getriebe umfassend eine Eingangswelle, eine Ausgangs welle, einen an einem Planetenträger gelagerten und koaxial zur Eingangswelle an geordneten Stufenplanetenradsatz, sowie zwei Schaltelemente. Die Erfindung betrifft ferner einen Elektroantrieb sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe bzw. ei nem 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 hochdrehen den Elektromaschine ermöglicht und zugleich axial kompakt baut.

Die Erfindung geht aus von einem Getriebe der eingangs genannten Art. Das Ge triebe zeichnet sich dadurch aus, dass die Eingangswelle mit einem Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes drehfest ver bunden ist, die Ausgangswelle mit dem Planetenträger des Stufenplanetenradsatzes drehfest verbunden ist, an dem Planetenträger gelagerte Planetenräder unterschiedlich große Wirkdurch messer aufweisen, wobei Planetenräder mit größerem Wirkdurchmesser sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit einem ersten Flohlrad in Zahneingriff stehen, und wobei Planetenräder mit kleinerem Wirkdurchmesser mit einem zweiten Flohlrad in Zahn eingriff stehen, ein erstes Schaltelement dazu ausgebildet ist, das erste Flohlrad an einem drehfes ten Bauteil festzusetzen, und ein zweites Schaltelement dazu ausgebildet ist, das zweite Flohlrad an einem dreh festen Bauteil festzusetzen.

Mittels des Getriebes können zwei Gangstufen dargestellt werden. Zur Darstellung einer ersten Gangstufe ist das erste Schaltelement geschlossen, während das zweite Schaltelement geöffnet ist. Zur Darstellung einer zweiten Gangstufe ist das erste Schaltelement geöffnet, während das zweite Schaltelement geschlossen ist.

Das vorstehend beschriebene Getriebe weist in vorteilhafter weise lediglich ein Son nenrad und einen Planetenträger auf. Insbesondere ist es möglich, den Planetenträ ger mittels lediglich eines einzigen Lagers zu lagern. Ein solches Getriebe reduziert erheblich die Teilvielfalt und ist damit leichter und preiswerter als bisher bekannte Getriebe. Ein solches Getriebe weist zudem einen guten Verzahnungswirkungsgrad auf.

Zudem ist das erfindungsgemäße Getriebe äußerst drehzahlrobust. So können zum einen sehr geringe Hohlrad- und Planetenraddrehzahlen ermöglicht werden, wäh rend die Sonnenräder sehr hohe Drehzahlen aufweisen dürfen. Geringe Hohlrad drehzahlen verringern Schleppmomente und Taumeln. Geringe Planetenraddrehzah len verringern Lagerverluste und wirken sich positiv auf die Akustik aus.

Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest mit einander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung ei nes 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 wel ches 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 Wel len verwirklicht.

Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse gemeint, entlang welcher die Planetenradsätze koaxial zueinander liegend an geordnet 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 Ge triebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehtest verbundenes Bauelement. Ist ein Element einer Getriebekomponente, wie beispielsweise ein Ele ment eines Planetenradsatzes permanent oder mittels eines Schaltelements tempo rär an einem drehfesten Bauteil festgesetzt, so ist es permanent bzw. temporär an einer Drehbewegung gehindert.

Die Schaltelemente können jeweils sowohl als Kupplung, als Bremse oder auch als schaltbarer Freilauf vorliegen. Sie können ferner jeweils entweder reibschlüssig oder formschlüssig ausgebildet sein. Zudem können jeweilige Kombinationen vorliegen.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl das erste als auch das zweite Schaltelement jeweils als Bremse ausgeführt. Die Bremsen können form - oder reib schlüssig ausgeführt sein. Der Vorteil zweier Bremsen liegt insbesondere darin, dass anders als bei hydraulisch betätigten Kupplungen auf Drehdurchführungen verzichtet werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Schaltelement formschlüssig und das zweite Schaltelement reibschlüssig ausgebildet. Eine solche Wahl ermöglicht eine unterbrechungsfreie Zug-Hochschaltung vom ersten in den zweiten Gang. Zu dem verursacht eine offene Bremse weniger Schleppmomente als eine offene Kupp lung. Die Verwendung einer Kupplung machen jedoch Ausrücklager erforderlich, so- dass die Kupplung nicht radial zwischen Hohlrad und drehfestem Bauteil angeordnet werden kann. Diese bevorzugte Ausführungsform baut demnach weniger axial kom pakt als die zuvor beschriebene Ausführungsform mit zwei radial geschachtelten Bremsen.

Das vorstehend beschriebene Getriebe, dass auch als ein 2-Steg-4-Wellen-Getriebe bezeichnet werden kann, ermöglicht zwei Vorwärtsgänge, wobei sich durch Schlie ßen des ersten Schaltelements ein erster Gang und durch Schließen des zweiten Schaltelements ein zweiter Gang ergibt. Es kann jedoch auch ein Getriebe mit mehr als zwei Gängen, insbesondere drei Gängen bereitgestellt werden. So ist es bevorzugt, wenn ein dritter Planetenradsatz und ein drittes Schaltelement vorgesehen sind, wobei ein drittes Sonnenrad des drit ten Planetenradsatzes mit der Eingangswelle drehtest verbunden ist, das dritte Schaltelement dazu ausgebildet ist, ein drittes Hohlrad an dem drehfesten Bauteil festzusetzen, und der dritte Planetenträger mindestens ein drittes Planetenrad auf weist, dass dieselbe Drehachse wie das erste und zweite Planetenrad aufweist, und das Befestigungselement ferner dazu ausgebildet ist, das dritte Planetenrad zu la gern. Durch Schließen des dritten Schaltelements kann ein dritter Gang erzeugt wer den.

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 ver bundene Differentialeinrichtung vorgesehen. Es ist üblich die Drehzahl der Aus gangswelle 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 Aus gangswelle 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 zusätzli chen Planetenradsatz vorzusehen. Es ist demnach bevorzugt, wenn ein zumindest zweiter Planetenradsatz mit einem vierten Sonnenrad, einem vierten Planetenträger und einem vierten Hohlrad vorgesehen ist. Ein erstes Element aus der Gruppe zwei tes Sonnenrad, zweiter Planetenträger und zweites Hohlrad ist mit der Ausgangs welle drehtest verbunden. Ein zweites Element aus der Gruppe zweites Sonnenrad, zweiter Planetenträger und zweites Hohlrad ist mit einem Eingangselement der Diffe rentialeinrichtung drehtest verbunden. Ein drittes Element aus der Gruppe zweites Sonnenrad, zweiter Planetenträger und zweites Hohlrad ist an dem drehfesten Bau teil permanent festgesetzt.

Es ergeben sich drei vorteilhafte Anbindungen des zumindest vierten Planetenrad satzes 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 alternati ven Anbindung kann das erste Element das Sonnenrad, das zweite Element das Hohlrad ist und das dritte Element der Planetenträger sein. Jede der drei Lösung bie tet 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 be reitzustellen, das radial besonders kompakt baut.

Ist ein zumindest zweiter Planetenradsatz als Übersetzungsgetriebe vorgesehen, so ist es ferner bevorzugt, wenn eine der beiden Abtriebswellen der Differentialeinrich tung 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 bevor zugt 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 Elektroma schine kann hierbei drehfest mit der Eingangswelle oder über ein Übersetzungsge triebe 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 be schriebenen Getriebe oder einem vorstehend beschriebenen Elektroantrieb bereitge stellt.

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 drehfes tes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, son dern die entsprechenden Bauelemente sind fest miteinander gekoppelt. Auch eine drehelastische Verbindung zwischen zwei Bauteilen wird als fest oder drehfest ver standen. 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:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges entsprechend einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 einen Elektroantrieb mit einem Getriebe in einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht; Fig. 3 den Elektroantrieb aus Fig. 2 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht;

Fig. 4 einen weiteren Elektroantrieb in einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Ansicht; und

Fig. 5 verschiedene Anbindungsmöglichkeiten einer Abtriebskonstante in einer sche matischen Ansicht.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges eines Fahrzeuges 100 entsprechend einer ersten Ausführungsform, wobei in dem Kraft fahrzeugantriebsstrang eine Elektromaschine 7 mit einem Getriebe 10 verbunden ist. Getriebe 10 und Elektromaschine 7 bilden einen Elektroantrieb 1. Dem Getriebe 10 ist abtriebsseitig eine Differentialeinrichtung 60 nachgeschaltet, über welches 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. Das Getriebe 10 und die Elektromaschine 7 sind dabei in einem gemeinsamen Gehäuse 0 des Elektroantriebs 1 angeordnet. Wie zudem in Fig. 1 zu erkennen ist, sind Elektromaschine 7, Getriebe 10 und auch die Differentialeinrichtung 60 quer zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeu ges 100 ausgerichtet.

Fig. 2 zeigt einen Elektroantrieb 1 , wie er bei einem Fahrzeug nach Fig. 1 verwendet werden kann, umfassend ein Getriebe 10 in einer bevorzugten Ausführungsform und eine mit dem Getriebe verbundene Elektromaschine 7. Die Elektromaschine weist ei nen Rotor 7.1 und einen an einem drehfesten Bauteil 0 festgelegten Stator 7.2 auf. Das Getriebe 10 umfasst eine m it dem Rotor 7.1 verbundene Eingangswelle 11 , eine Ausgangswelle 12, einen an einem Planetenträger 22 gelagerten und koaxial zur Eingangswelle angeordneten Stufenplanetenradsatz 20, sowie zwei als Bremsen ausgebildete Schaltelemente 2, 3.

Die Eingangswelle 11 ist mit einem Sonnenrad 21 des Stufenplanetenradsatzes (20) drehfest verbunden. Die Ausgangswelle 12 ist mit dem Planetenträger 22 des Stufen planetenradsatzes 20 drehfest verbunden. Das Getriebe weist an dem Planetenträ ger 22 gelagerte Planetenräder mit unterschiedlich großen Wirkdurchmessern auf, wobei Planetenräder mit größerem Wirkdurchmesser 24a sowohl mit dem Sonnen rad 21 als auch mit einem ersten Hohlrad 23a in Zahneingriff stehen, und wobei Pla netenräder mit kleinerem Wirkdurchmesser 24b mit einem zweiten Hohlrad 23b in Zahneingriff stehen.

Das erste Schaltelement 2 ist dazu ausgebildet, das erste Hohlrad 23a an einem drehfesten Bauteil 0 festzusetzen und ein zweites Schaltelement 3 ist dazu ausgebil det ist, das zweite Hohlrad 23b an einem drehfesten Bauteil festzusetzen.

Wie gut zu erkennen ist, ist die erste Bremse 2 axial auf einer Ebene mit dem Son nenrad 21 , dem Planetenrad mit dem größeren Wirkradius 24a und dem Hohlrad 23a. Die Bremse 3 ist hierzu axial beabstandet und axial auf einer Ebene mit dem Planetenrad mit dem kleineren Wirkradius 24b und dem Hohlrad 23b platziert.

Durch selektives Betätigen der Bremsen 2, 3 lassen sich zwei Vorwärtsgänge dar stellen, wobei zur Bildung der Gänge eines der zwei Schaltelemente betätigt sein muss, während das 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 wel che die Ausgangswelle 12 mit einer achsparallel zur Ausgangswelle 12 angeordne ten Differentialeinrichtung 60 in Wrkverbindung steht, welche als ein Kegelrad-Diffe rential ausgeführt ist. Die Wirkverbindung wird gemäß diesem Beispiel mittels einer Stirnradstufe bereitgestellt, wobei ein erstes Stirnrad 64 die Verzahnung der Aus gangswelle 12 bildet, während ein zweites Stirnrad 61 der Stirnradstufe entspre chend 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 Fahr zeugs verbunden. Ferner ist in Fig. 2 ein Parksperrenrad 8 dargestellt, das der Aus gangswelle 12 zugeordnet ist und axial zwischen der Verzahnung 64 und dem Plane tenradsatz 20 angeordnet ist. Der in Fig. 2 dargestellte Elektroantrieb ist ein 2-Gang Antrieb in achsparalleler Bau weise. Dieser Antrieb baut sehr kompakt, insbesondere axial kompakt und ermöglicht u.a. eine geschlossene Hydraulik.

Fig. 3 zeigt den Elektroantrieb 1 aus Fig. 2, wobei im Unterschied zur Ausführungs form gern. Fig. 2 eine Differentialsperre 9 in der Form eine Kupplung vorgesehen ist. Die Kupplung 9 verbindet im betätigten Zustand das Eingangselement 61 mit dem zweiten Ausgangselement 63 des Differentials 60 drehfest miteinander.

Fig. 4 zeigt das Getriebe aus Fig. 2, wobei im Unterschied zur Ausführungsform gern. Fig. 2 die Übersetzung der Drehzahl der Ausgangswelle 12 statt mit einer Stirnrad stufe mit einem zweiten Planetenradsatz 70 bewirkt wird.

Der zweite Planetenradsatz 70 umfasst ein zweites Sonnenrad 71 , einen zweiten Planetenträger 72 und ein drittes Hohlrad 73. Ein erstes Element aus der Gruppe zweites Sonnenrad, zweiter Planetenträger und drittes Hohlrad, vorliegend das Son nenrad 71 , ist mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden. Ein zweites Element aus der Gruppe zweites Sonnenrad, zweiter Planetenträger und drittes Hohlrad, vor liegend der Planetenträger 72, ist mit einem Eingangselement 61 der Differentialein richtung 60 drehfest verbunden. Ein drittes Element aus der Gruppe zweites Sonnen rad, zweiter Planetenträger und drittes 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 hindurchge führt.

Der in Fig. 4 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. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Sonnenrad 71 mit der Ausgangswelle 12 und der Planetenträger 72 mit dem Differential 60 verbun den, während das Hohlrad 73 festgesetzt ist. Die sogenannte Abtriebskonstante kann jedoch auch in einer anderen Art und Weise an das Getriebe 10 angebunden werden, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Fig. 5 zeigt links den zweiten Planetenradsatz 70 in der vorstehend beschriebenen ersten Anbindungsvariante.

In der Mitte ist eine zweite Anbindungsvariante des zweiten 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 zweites Sonnenrad, zweiter Planetenträger und drittes Hohlrad, vorliegend das Hohlrad 73, mit der Ausgangswelle 12 drehtest verbunden. Ein zweites Element aus der Gruppe zweites Sonnenrad, zweiter Planetenträger und drittes Hohlrad, vorliegend der Pla netenträger 72, ist mit einem Eingangselement 61 der Differentialeinrichtung 60 dreh test verbunden. Ein drittes Element aus der Gruppe zweites Sonnenrad, zweiter Pla netenträger und drittes Hohlrad, vorliegend das Sonnenrad 71 , ist an dem drehfesten Bauteil 0 permanent festgesetzt.

Rechts ist eine dritte Anbindungsvariante des zweiten 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 zweites Sonnenrad, zweiter Planetenträger und drittes Hohlrad, vorliegend das Sonnenrad 71 , mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden. Ein zweites Element aus der Gruppe zweites Sonnenrad, zweiter Planetenträger und drittes Hohlrad, vorliegend das Hohlrad 73, ist mit einem Eingangselement 61 der Differentialeinrichtung 60 drehfest verbunden. Ein drittes Element aus der Gruppe zweites Sonnenrad, zweiter Planetenträger und drittes Hohlrad, vorliegend der Planetenträger 72, ist an dem drehfesten Bauteil 0 permanent festgesetzt.

Bezuqszeichen

1 Elektroantrieb

2 Schaltelement

3 Schaltelement

7 Elektromaschine

7.1 Rotor

7.2 Stator

8 Parksperre

9 Schaltelement, Kupplung, Differentialsperre

10 Getriebe

11 Eingangswelle

12 Ausgangswelle

20 erster Planetenradsatz

21 erstes Sonnenrad

22 erster Planetenträger

23a erstes Hohlrad

23b zweites Hohlrad

24a Planetenrad mit größerem Wirkdurchmesser

24b Planetenrad mit kleinerem Wirkdurchmesser

60 Differentialeinrichtung, Kegelraddifferential

61 Eingangselement, Verzahnung, zweites Zahnrad der Stirnradstufe

62 Ausgangselement

63 Ausgangselement

64 Verzahnung, erstes Zahnrad der Stirnradstufe

70 zweiter Planetenradsatz

71 zweites Sonnen rad

72 zweiter Planetenträger

73 drittes Hohlrad

100 Fahrzeug

105 Antriebsräder des Fahrzeugs

A Elektroantriebsachse

B Fahrzeugantriebsachse