WO2018149989A1

WO2018149989A1 - Getriebeanordnung

Info

Publication number: WO2018149989A1
Application number: PCT/EP2018/053928
Authority: WO
Inventors: Gerhard Hofer
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2019-08-20
Also published as: DE102017202692A1

Abstract

Eine Gethebeanordnung (5) für einen Antriebsstrang eines zeitweise vierradgetriebenen Kraftfahrzeugs, zur steuerbaren Verteilung eines Antriebsdrehmoment von einem mit einer Primärachse (1) gekoppelten Eingangselements (7) auf ein erstes und zweites Ausgangselement (12, 13) einer Sekundärachse, wobei die Getriebeanordnung (5) ein erstes Teilgetriebe (14), ein zweites Teilgetriebe (15) und eine Zusatzantriebseinheit (16) umfasst, soll derart weitergebildet werden, dass mit einem einfachen Schaltmechanismus unterschiedliche Betriebsmodi möglich sein sollen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Getriebeanordnung (5) eine Schalteinrichtung (22) mit einer Schaltmuffe (29) umfasst, die über eine Aktuatorik in zumindest drei Schaltzustände geschaltet werden kann.

Description

Getriebeanordnunq

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung zur steuerbaren Verteilung eines Antriebsmomentes von einem Eingangselement auf zwei Ausgangselemente, wobei die Getriebeanordnung einer Sekundärachse eines An- triebsstrangs eines zeitweise vierradgetriebenen Kraftfahrzeugs zugeordnet ist.

Vierradgetriebene Kraftfahrzeuge nachfolgend Allrad-Kraftfahrzeuge genannt, sind sowohl in der Ausführung als permanenter Allradantrieb als auch als zuschaltbarer Allradantrieb bekannt. Allrad-Kraftfahrzeuge werden unter anderem wegen des erhöhten Kraftstoffverbrauchs und der Einhaltung der steigenden Anforderungen in Bezug auf Abgasrichtlinien stetig weiterentwickelt. Hierbei steht insbesondere die zumindest teilweise Elektrifizierung des Kraftfahrzeugantriebs im Vordergrund. Die zumindest teilweise Hybridisierung des Kraftfahrzeugantriebs stellt den Spagat zwischen reduziertem Kraftstoffverbrauch, ausreichender Reichweite und guter Performance her. Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge in einer Bauweise mit einer zur Verbrennungskraftmaschine zusätzlich eingesetzter elektrischen Maschine sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei wird beispielsweise eine elektrische Hinterachse zusätzlich zu einer quer eingebauten Front-Hauptantriebseinheit mit permanentem Vorderachsantrieb eingesetzt. Ein derartiger Antrieb mit einer elektrischen Hinterachse wird allerdings nicht als vollwertiger Allradantrieb anerkannt, da keine mechanische Verbindung zwischen der elektrischen Hinterachse zu der Primärachse besteht.

Bekannt sind weiterhin Allrad-Kraftfahrzeuge, die mit einem Mittendifferential ausgeführt sind. Das Mittendifferential ermöglicht eine Drehmomentverteilung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse. Allrad-Kraftfahrzeuge die mit einem Mittendifferential ausgestattet sind, sind höchst geländegängig, allerdings hat dies einen hohen Kraftstoffverbrauch zur Folge. Ein vollwertiger Allradantrieb ermöglicht im Idealfall eine Drehmomentverteilung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse abhängig von der jeweiligen Fahrsituation und ist zusätzlich in die Betriebsmodi Disconnect, Rekuperieren, Boosten schaltbar. Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Getriebeanordnung zur variablen Drehmomentverteilung in einem Antriebsstrang eines zeitweise vierrad- getriebenen Kraftfahrzeugs anzugeben, wobei mit einem einfachen Schaltmechanismus alle Betriebsmodi wie Allradbetrieb, Disconnect- Betrieb, Rekuperieren, Boosten, rein elektrisches Fahren möglich sein sollen. Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der Getriebeanordnung für eine Sekundärachse eines Antriebsstrangs eines zeitweise vierradan- getriebenen Kraftfahrzeugs, welche ein erstes Teilgetriebe, ein zweites Teilge- triebe, eine Schalteinrichtung und eine Zusatzantriebseinheit umfasst, kann ein Antriebsstrang realisiert werden, bei dem die Sekundärachse mittels der Schalteinrichtung über ein Drehmomentübertragungselement mit einer permanent angetriebenen Vorderachse verbindbar ist. Die Schalteinrichtung ist derart ausgestaltet und angeordnet, dass alle Betriebsmodi wie Allrad, Disconnect d.h. wenn kein Allradantrieb benötigt wird, soll der Teilantriebsstrang der Sekundärachse stillgelegt werden - die Kardanwelle, der Triebsatz, sowie die elektrische Maschine drehen nicht -, Rekuperieren - die gesamte Bremsenergie wird in die als Generator betriebene elektrische Maschine geleitet -, Boosten - Beschleunigen des Kraftfahrzeugs durch positive Antriebsmomente sowohl von der Verbrennungskraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine und rein elektrisch Fahren realisiert werden können. Hierdurch lässt sich ein effizientes und variables Allradsystem verwirklichen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Getriebeanordnung an der Sekundärachse des Kraftahrzeugs sieht weiterhin vor, dass die Getriebeanordnung ein Summiergetriebe, vorzugsweise ein Planetengetriebe mit einem Hohlrad, Planetenrädern, einem Planetenträger und einem Hohlrad als erstes Teilgetriebe und ein Ausgleichsgetriebe, vorzugsweise ein Kegel raddifferential als zweites Teilgetriebe umfasst, und wobei das Getriebegehäuse des Ausgleichsgetriebes zusätzlich als Planetenträger für das Planetengetriebe ausgebildet ist, und wobei die elektrische Maschine mit dem Sonnenrad antriebswirksam verbunden ist.

Im Allradbetrieb wird das Planetengetriebe welches das Ausgleichsgetriebe als Planetenträger verwendet als Leistungssummiergetriebe genutzt. In diesem Betriebsmodus wird die Schalteinrichtung derart geschaltet, dass eine an- triebswirksame Verbindung zwischen dem Hohlrad und dem Drehmomentübertragungselement und somit der Primärachse hergestellt wird. Das Getriebegehäuse ist gleichzeitig der Planetenträger des Planetengetriebes. Das Sonnenrad ist antriebswirksam, vorzugsweise über eine Stirnradstufe mit der Zusatzantriebseinheit verbunden. Der Planetensatz des Planetengetriebes ist in dieser Schaltstellung frei. Die Zusatzantriebseinheit stellt das Drehmoment der Sekundärachse und liefert das entsprechende Stützmoment.

In diesem Betriebsmodus kann ein Großteil der Antriebsleistung z.B. 90 % der Antriebsleistung von der ersten Antriebseinheit der Primärachse über das Drehmomentübertragungselement auf die Sekundärachse übertragen werden kann. Die restlichen 10% der Antriebsleistung können bei dem Allrad Betriebsmodus von der elektrischen Maschine geliefert werden. Durch die erfindungsgemäße Ausführung kann das gesamte Drehmoment das an der Hinterachse abgegeben wird über das gestellte Drehmoment (Stützmoment) der elektrischen Maschine gesteuert werden. Die Drehmomentverteilung zwischen Primär und Sekundärachse kann dadurch für alle Fahrsituationen vollvariabel gestellt werden. Bei auftretenden Drehzahldifferenzen zwischen Primär und Sekundärachse kann das Drehmoment zwischen den Achsen dennoch vollvariabel eingestellt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann im Disconnect Modus über die Schalt- einrichtung die antriebswirksame Verbindung zwischen Hohlrad des Planetengetriebes und Drehmomentübertragungselement getrennt werden. Das Getrie- begehäuse, welches über die Sekundärachse mit den Rädern verbunden ist, dreht mit Achsdrehzahl um. Die Zusatzantriebseinheit kann stehen, da die Differenzdrehzahl zwischen Getriebegehäuse, welches zugleich der Planetenträger des Planetengetriebes ist, von Hohlrad und Planetenrädern abgewälzt wird. Im Betriebsmodus„Rekuperation" wird die Schalteinrichtung derart geschaltet, dass eine feste Verbindung (Verblockung) zwischen Hohlrad und Getriebegehäuse - somit gleichzeitig feste Verbindung Hohlrad mit dem Planetenträger - besteht. In diesem Betriebsmodus besteht keine Verbindung über die Schalteinrichtung zwischen dem Drehmomentübertragungselement und dem Hohlrad. Somit ist die Sekundärachse von der Primärachse entkoppelt. Des Weiteren ist in diesem Schaltzustand die Zusatzantriebseinheit d.h. die elektrische Maschine über das erste und zweite Teilgetriebe mit der Sekundärachse verbunden.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erlaubt das Schalten in unterschiedliche Betriebsmodi mittels nur einer Schalteinrichtung an einer Stelle der Getriebean- Ordnung. Die Schalteinrichtung umfasst dabei eine Schaltmuffe mit einer Vielzahl Schaltverzahnungen und einer nicht näher beschriebenen Aktuatorik.

Vorzugsweise ist die Aktuatorik derart ausgeführt, dass die Schaltmuffe axial verschiebbar ist. Hierbei kann die Aktuatorik in an sich bekannter Weise elektrisch, elektromechanisch, elektrohydraulisch, hydraulisch oder pneuma- tisch erfolgen.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung eine Synchronisationseinheit umfasst. Zum Wechseln der Betriebsmodi Disconnect (Drehmomentübertragungselement steht) bzw. De- couple (Zusatzantriebseinheit steht) in den Betriebsmodus„Allrad" ist es not- wendig das Drehmomentübertragungselement, die Zusatzantriebseinheit und die Sekundärachse zu synchronisieren. Eine Synchronisierung der Ausgangswelle der Zusatzantriebseinheit an die Drehzahl der Sekundärachse kann über eine geeignete Regelung erfolgen. Eine Synchronisierung des Drehmomentübertragungselementes an ein Eingangselement der zu koppelnden Getriebe- anordnung kann in einfacher Art und Weise über die Synchronisationseinheit erfolgen. Das Eingangselement der Getriebeanordnung ist bei der erfindungs- gemäßen Ausbildung die Schiebemuffe der Schalteinrichtung bzw. das Hohlrad des Planetengetriebes.

Durch die zusätzliche Integration einer Synchronisationseinheit im Bereich der Schalteinrichtung der Getriebeanordnung wird ein schnelles Schalten in allen Geschwindigkeitsbereichen ermöglicht.

Im Zusammenhang mit der Erfindung sei noch angemerkt, dass eine„antriebswirksame" Verbindung eine direkte oder indirekte Verbindung zwischen zwei drehbaren Bauteilen bezeichnet, diese stehen in einer festen Drehbeziehung zueinander. Wenn ein Element„verbindbar" oder„koppelbar" ist, bezeichnet dies eine Verbindung, die optional auch eine trennbare Verbindung sein kann (beispielsweise eine indirekte Verbindung zwischen den beiden Elementen über eine Kupplung bzw. ein Schaltelement). Die Richtungsangabe„axial" bezieht sich auf die Richtung der rotierenden Achse. Der Begriff„synchronisieren" der zu koppelnden Elemente bedeutet, dass die zu koppelnden Elemente bevor sie miteinander antriebswirksam verbunden werden auf die gleiche Drehzahl gebracht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Allrad-

Kraftfahrzeugs mit erfindungsgemäßer Getriebeanordnung, Fig. 2 die erfindungsgemäße Getriebeanordnung in einer ersten Ausführungsform in einem Teilschnitt, eine Detaildarstellung der Schaltungseinrichtung in drei Schaltzuständen, eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs gemäß Fig. 1 im Bereich der Sekundärachse in einem ersten Betriebsmodus in einer zweiten Ausführungsform der Getriebanordnung, eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs gemäß Fig. 1 im Bereich der Sekundärachse bei einem Synchronisierungsvor- gang, eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs gemäß Fig. 1 im Bereich der Sekundärachse in einem zweiten Betriebsmodus, eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs gemäß Fig. 1 im Bereich der Sekundärachse in einem dritten Betriebsmodus, eine schematische Darstellung der Synchronisierung der Drehzahlen zwischen dem Tellerrad der Getriebeanordnung und dem Hohlrad des zweiten Teilgetriebes in 5 Phasen, eine Ansicht auf einen Bereich des Synchronisierungsrings und der Schaltmuffe in der Synchronisierungsphase gemäß Fig. 8b, ein Ausschnitt der Synchronisierungseinheit in der Synchronisierungsphase gemäß Fig. 8b; und eine perspektivische Darstellung der Synchronisierungseinheit mit einem Freischnitt in der Synchronisierungsphase gemäß der Fig. 8e.

In der Figur 1 ist der Antriebsstrang eines zeitweise vierradangetriebenen Kraftfahrzeugs mit einer Vorderachse 1 und einer Hinterachse 4 dargestellt, wobei die Vorderachse 1 als permanent angetriebene Achse, d.h. als Primärachse, und die Hinterachse 4 als bedarfsweise/zeitweise angetriebene Achse, d.h. als Sekundärachse ausgebildet ist. Im Bereich der Vorderachse 1 ist eine quer liegende Hauptantriebseinheit 2 angeordnet ist. Eine andere Anordnung der Hauptantriebseinheit 2 ist ebenso möglich. Die Hauptantriebseinheit 2 umfasst hierbei eine Verbrennungskraftmaschine als erste Antriebseinheit.

Im Bereich der Hinterachse 4 ist die erfindungsgemäße Getriebeanordnung 5 angeordnet. Die Hinterachse 4, die in dem Antriebsstrang die Sekundärachse bildet, kann bei Bedarf durch die erste Antriebseinheit zusätzlich zur Vorderachse 1 angetrieben werden. Zu diesem Zweck ist die Primärachse bzw. die erste Antriebseinheit 2 über ein Getriebe 3 und ein Drehmomentübertragungselement 7 mit der Getriebeanordnung 5 der Hinterachse 4 koppelbar. Die Kopplung erfolgt über eine der Getriebeanordnung 5 zugeordnete Schalteinrichtung 22. Einzelheiten zu der Schalteinrichtung 22 und den entsprechenden Schaltzuständen werden später an- hand der Figuren näher erläutert.

Die Hinterachse 4 ist in zwei Halbachsen aufgeteilt, nämlich eine erste Halbachse 4a und eine zweite Hablachse 4b. Die beiden Halbachsen 4a, 4b stellen hier die beiden Ausgangselemente 12, 13 der Getriebeanordnung 5 dar. Die erste Halbachse 4a und die zweite Halbachse 4b sind jeweils direkt mit jeweils einem Hinterrad an der Hinterachse 4 des Kraftfahrzeugs verbunden.

Zur Übertragung eines Drehmomentes der Primärachse auf die Sekundärachse umfasst das Drehmomentübertragungselement 7 zumindest eine Kardanwelle und einen Wellenabschnitt 8 mit einem endseitig angeordneten Kegelrad 9. Das Kegelrad 9 steht über seine Verzahnung mit einem der Getriebeanordnung 5 zugeordneten Tellerrad 10 in Eingriff. Sowohl das Kegelrad 9 bzw. der Wellenabschnitt 8 als auch das Tellerrad 10 sind in einem der Getriebeanordnung zugeordneten Getriebegehäuse 6 drehbar gelagert. Der Wellenabschnitt 8 mit Kegelrad 9 und das Tellerrad 10 stellen das Eingangselement der Getriebeanordnung 5 dar. Das Tellerrad 10 kann, wie es insbesondere aus den Figuren 2, 3a-c ersichtlich ist über die Schalteinrichtung 22 mit der Getriebeanordnung 5 antriebswirksam verbunden werden. Das Tellerrad 10 weist hierfür einen Kupplungsabschnitt 10a auf, der mit einer Verzahnung 10b ausgeführt ist.

Die Getriebeanordnung 5 umfasst einen erstes Teilgetriebe 14, ein zweites Teilgetriebe 15, ein Gehäuse 6 und eine Zusatzantriebseinheit 16. Der erste Teilgetriebe 14 ist als Ausgleichsgetriebe oder sogenanntes Differentialgetriebe ausgeführt und umfasst ein Eingangselement und zwei Ausgangselemente 12, 13. Ein Differentialgetriebe ist an sich bekannt und wird in dieser Anordnung auch als Achsdifferential bezeichnet und gleicht Drehzahlunterschiede zwischen den beiden Ausgangselementen beim Kurvenfahren des Kraftfahrzeugs aus. Die Ausgangselemente 12, 13 sind mit den beiden Halbachsen 4a, 4b der Sekundärachse des Antriebsstrangs drehfest verbunden. Weiterhin kann über das Differentialgetriebe das Antriebsdrehmoment der ersten Antriebseinheit auf die beiden Halbachsen 12, 13 aufgeteilt werden. Das erste Teilgetriebe 14 ist als Kegelraddifferential ausgeführt und weist ein Ge- triebegehäuse 24 als Eingangselement, mehrere Ausgleichskegelräder 25 und zwei Achskegelräder als Ausgangselemente 12, 13 auf. Die Ausgleichskegelräder 25 sind drehbar am Getriebegehäuse 24 gelagert. Über die Ausgleichskegelräder 25 sind die Achskegelräder 12, 13 miteinander antriebswirksam gekoppelt. Die Ausgleichskegelräder 25 dienen als Übertragungselemente und als Ausgleichselemente. Das Getriebegehäuse 24 ist drehbar in dem Gehäuse 6 um die Hinterachse 4 gelagert. Wie es aus der Figur 2 ersichtlich ist, weist das Getriebegehäuse 24 auf seiner Außenseite einen Kupplungsabschnitt 26 auf, der mit einer Verzahnung 27 ausgeführt ist. Differentialgetriebe kann auch eine andere geeignete Ausführungsform eingesetzt werden. Das zweite Teilgetriebe 15 ist ein Untersetzungsgetriebe und ist als Planetengetriebe ausgeführt. Planetengetriebe sind allgemein bekannt. Das Teilgetrie- be15 umfasst im Wesentlichen ein drehbar gelagertes Hohlrad 18 mit einem Kupplungsabschnitt 1 1 am Außenumfang, welcher einen Verzahnungsabschnitt 18a aufweist und einer Innenverzahnung 18b am Innenumfang, einen Planeten- radträger 20 mit drehbar darauf gelagerten Planetenrädernl 9 und ein Sonnenrad 21 . Der Planetenradträger 20 ist als Teil des Getriebegehäuses 24 ausge- führt und damit fest mit dem Getriebegehäuse 24 verbunden. Somit ist das zweite Teilgetriebe 15 über das Getriebegehäuse 24 mit dem ersten Teilgetriebe 14 antriebswirksam verbunden. Aus der Zeichnung der Figur 2 kann man weiterhin ersehen, dass das Planetengetriebe als Stufenplanetengetriebe aus- geführt ist. Das Planetengetriebe kann ebenso eine andere geeignete Ausführungsform aufweisen.

Wie man es weiterhin aus den Figuren 2 bzw. 4-7 erkennen kann, ist die Zusatzantriebseinheit 16 über eine Stirnradstufe 17 mit dem Sonnenrad 21 antriebswirksam verbunden. Die Stirnradstufe wird über zwei Stirnräder 17a, 17b die über ihre Umfangsverzahnung miteinander in Eingriff stehen, realisiert. Das Sonnenrad 21 und das Stirnrad 17b sind als ein Bauteil ausgeführt. Das Sonnenrad 21 ist drehbar auf der Halbachse 4b gelagert. Die Zusatzantriebseinheit 16 ist als elektrische Maschine ausgebildet.

Die Schalteinrichtung 22 ist in unterschiedlichen Schaltstellungen in den Figu- ren 3a bis 3c im Detail gezeigt. Jeder Schaltstellung ist ein Betriebsmodus des Antriebsstrangs zugeordnet, wie es im Detail nachfolgend noch beschrieben wird. Figur 3a zeigt hierbei den Betriebszustand im„Disconnect" Modus. Figur 3b zeigt die Schaltstellung der Schalteinrichtung 22 im Rekuperations Modus. In der Figur 3c ist die Schaltstellung für den Allrad Modus gezeigt. Zur Realisierung der unterschiedlichen Betriebsmodi ist die Schalteinrichtung 22 über eine nicht gezeigte Aktuatorik in Richtung des Doppelpfeils 28 axial verschiebbar gelagert. Die Schalteinrichtung 22 ist als Schaltmuffe 29 ausgeführt und weist zwei axial beabstandet angeordnete Verzahnungsabschnitte 29a und 29 b auf. Die Verbindung der zu koppelnden Elemente wird demnach durch eine formschlüssige Verbindung hergestellt.

Bei dem Betriebsmodus„Allrad" befindet sich die Schalteinrichtung 22 in der Figur 3c gezeigten Schaltstellung, bei der die Schaltmuffe 29 axial ganz nach rechts verlagert ist. In dieser Position greift der Verzahnungsabschnitt 29a formschlüssig in die Verzahnung 10b des Tellerrades ein, weiterhin greift der Verzahnungsabschnitt 29b in den Verzahnungsabschnitt 18a des Hohlrads 18 formschlüssig ein. Hierdurch wird eine antriebswirksame Verbindung zwischen dem Hohlrad und dem Drehmomentübertragungselement 7 und somit der Primärachse hergestellt. Das Getriebehäuse 24 ist gleichzeitig der Planetenträger 20 des Planetengetriebes 15. Das Sonnenrad 21 ist antriebswirksam, vorzugs- weise über die Stirnradstufe 17 mit der Zusatzantriebseinheit 16 verbunden. Der Planetensatz des Planetengetriebes ist in dieser Schaltstellung frei. Die Zusatzantriebseinheit 16 stellt das Drehmoment der Sekundärachse und liefert das entsprechende Stützmoment.

Die Übertragung von Antriebsdrehmoment von der Hauptantriebseinheit 2 auf die Hinterachse 4 und somit die Realisierung der Allrad-Funktion erfolgt nur dann, wenn die Zusatzantriebseinheit 16 zugeschaltet ist, d.h. wenn über das Sonnenrad 21 des zweiten Teilgetriebes 15, das mit der Zusatzantriebseinheit 16 antriebswirksam verbunden ist, das notwendige Stützmoment zur Verfügung gestellt wird. Der Anteil des Drehmoments, das von der Zusatzantriebseinheit 16 geliefert wird ist abhängig von der Standübersetzung des zweiten Teilgetriebes 15.

In Figur 3a ist die Schalteinrichtung 22 im Disconnect Modus gezeigt. Dies ist die mittlere Schaltstellung der Schaltmuffe 29. Die formschlüssige Verbindung zwischen Verzahnung 10b des Tellerrads 10 und des Verzahnungsabschnitts 29a der Schaltmuffe 29 ist aufgehoben. Die Schaltmuffe 29 greift mittels ihres Verzahnungsabschnitts 29b in den Verzahnungsabschnitt 18a des Hohlrads 18 ein. In der Schaltstellung gemäß Figur 3b wird die antriebswirksame Verbindung zwischen Hohlrad 18 des Planetengetriebes 15 und Drehmomentübertragungselement getrennt. Das Getriebegehäuse 24, welches über die Sekun- därachse 4 bzw. die Halbachsen 4a, 4b mit den Rädern verbunden ist, dreht mit Achsdrehzahl um. Die Zusatzantriebseinheit 16 kann stehen, da die Differenzdrehzahl zwischen Getriebegehäuse 24, welches zugleich der Planetenträger 20 des Planetengetriebes 15 ist, von Hohlrad 18 und Planetenrädern 19 abgewälzt wird. Die Figur 3b zeigt die Schalteinrichtung im Betriebsmodus„Rekuperation".

Hierbei ist die Schaltmuffe 29 in einer nach links verlagerten Stellung gezeigt. In dieser Schaltstellung ist die formschlüssige Verbindung zwischen Verzahnung 10b des Tellerrads 10 und des Verzahnungsabschnitts 29a der Schaltmuffe 29 ebenfalls aufgehoben. Die Schaltmuffe 29 ist derart geschaltet, dass eine feste Verbindung (Verblockung) zwischen Hohlrad 18 und Getriebegehäuse 24 - somit gleichzeitig feste Verbindung Hohlrad 18 mit dem Planetenträger 20 - besteht. Hierzu greift der Verzahnungsabschnitt 29b sowohl in den Verzahnungsabschnitt 18a als auch in den Kupplungsabschnitt 26 mit Verzahnung 27 des Getriebegehäuses 24 ein. In diesem Betriebsmodus besteht keine Verbindung über die Schalteinrichtung 22 zwischen dem Drehmomentübertragungs- element 7 und dem Hohlrad 18. Somit ist die Sekundärachse von der Primärachse entkoppelt. Des Weiteren ist in diesem Schaltzustand die Zusatzantriebseinheit 16 d.h. die elektrische Maschine über das erste und zweite Teilgetriebe 14, 15 mit der Sekundärachse 4 verbunden.

Die Figuren 4-7 zeigen die erfindungsgemäße Getriebeanordnung 5 in einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform der Getriebeanordnung 5 ist zum Schalten in den Betriebsmodus„Allrad" d.h. zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung zwischen Verzahnungsabschnitt 10a des Tellerrads 10 und Verzahnungsabschnitt 29a der Schaltmuffe zusätzlich eine Synchronisationseinheit 30 vorgesehen. Die Synchronisationseinheit 30 ist als Reibsynchronisierung mit Sperrverzahnung ausgeführt und in den Figuren 9 bis 1 1 in Ausschnitten und unterschiedlichen Phasen der Synchronisierung dargestellt. Die Synchronisierung erfolgt dabei in den in den Figuren 8a - 8e schematisch dargestellten 5 Phasen und sorgt für eine Angleichung der Drehzahlen von Hohlrad 18 und Tellerrad 10. Diese Synchronisierung ist beim Schalten vom Betriebsmodus„Disconnect" oder„Decoupled" in den Betriebsmodus„Allrad" notwendig. Die Synchronisationseinheit 30 wird durch einen Synchronring 31 , einen ersten tellerradseitigen Kupplungskörper 32 mit Reibring 33 und einen zweiten schaltmuffenseitigen Kupplungskörper 34 gebildet. Der Synchronring 31 ist auf dem schaltmuffensei- tigen Kupplungskörper 34 gelagert. Wie eingangs bereits zu den anderen Figuren beschrieben, ist die Schaltmuffe 29 über den Verzahnungsabschnitt 29b formschlüssig miteinander verbunden, wobei sich die Schiebemuffe längs des Verzahnungsabschnitts in die Schaltstellungen verschieben lässt. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist bei der Anordnung der Synchronisationseinheit 30 anstelle des Verzahnungsabschnitts 10a der tellerradseitige Kupplungskörper 32 angeordnet. Des Weiteren sind im Bereich des Verzahnungsabschnitts 29a der Schaltmuffe 29 der Synchronring 31 sowie der schaltmuffenseitige Kupplungskörper 34 angeordnet.

Wie es aus den Figuren 10 und 1 1 zu ersehen ist, weist der ringförmige tellerradseitige Kupplungskörper 32 auf seinem Außenumfang einen Reibring auf, der als konisch verlaufende Reibfläche 35 ausgeführt ist. An einem zum schaltmuffenseitigen Kupplungskörper 34 hin zugewandten Innenumfang 37 ist der erste Kupplungskörper 32 mit axial sich erstreckenden, über den Umfang verteilt angeordneten Sperrzähnen 36 versehen. Der Endbereich der Sperrzähne 36 ist durch schräg verlaufende Flächen 36a ausgebildet. Auf dem Außen- umfang 38 des zweiten Kupplungskörpers 34 sind ebenfalls über den Umfang verteilt, axial sich erstreckende Sperrzähne 39 ausgebildet, die ebenfalls an ihrem Endbereich schräg verlaufende Flächen 39a aufweisen. Des Weiteren sind die Sperrzähne 39 in Bezug auf radial sich erstreckende Seitenflächen 39b mit schräg sich verjüngenden Flächen ausgeführt. Die Flächen 36a, 39a sind derart ausgeführt, dass sie aufeinander gleiten können (siehe Figur 8d). Am in der Figur 8e dargestellten Ende der Synchronisierung greifen die Sperrzähne 36 in die zwischen den Sperrzähnen 39 ausgebildeten Lücken und umgekehrt, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen Tellerrad 10 und Schaltmuffe 29 und somit Hohlrad 18 hergestellt ist. Der Synchronring 31 weist an seinem Innenumfang eine Reibfläche 31 a auf, die konisch verlaufend ausgeführt ist. Weiterhin ist der Synchronring 31 mit einer Vielzahl über den Umfang verteilt angeordneter radial nach innen ragenden Abschnitten 31 b versehen. Die Abschnitte 31 b weisen schräg verlaufende Anschlagflächen 31 c auf, die in der Phase gemäß Figur 8b und 8c zur Anlage mit den Flächen 39b kommen. Eine axiale Verschiebung der Schiebemuffe 29 führt wie es in den Figuren 8a-e vereinfacht dargestellt ist in mehreren Phasen zu einer radialen Überdeckung des Synchronringes 31 und des ersten Kupplungskörpers 32, mittels welcher der Kupplungskörper 32 über die Sperrzähne 36 in die Sperrzähne 39 des zweiten Kupplungskörpers formschlüssig eingreifen. Dies erfolgt in der Phase 5 der Fig. 8e erst dann, wenn die Drehzahlen des ersten und zweiten Kupplungskör- pers 32, 34 gleich sind, was in den Phasen 2-4 über die reibschlüssige Verbindung zwischen Synchronring 31 und Reibring 33 erzielt wird. In den vorangehenden Phasen wird zunächst der Synchronring 31 mit einer Kraft derart beaufschlagt, dass die konusförmigen Reibflächen 31 a und 35 in Anlage kommen. Durch die Reibung wird der Synchronring 31 in eine sogenannte Sperrstellung gedrückt. In dieser Position wird verhindert, dass sich die Schaltmuffe mit Kupplungskörper 34 weiter in eine axiale Richtung auf den Kupplungskörper 32 hin bewegen kann. Erst wenn die Differenzdrehzahl zwischen Synchronring und dem Kupplungskörper 32 Null ist, verliert der Synchronring seine sperrende Wirkung und die Schaltmuffe lässt sich in die Endposition (Figur 8e) verschie- ben.

Grundsätzlich können auch andere bekannte Synchronisationseinheiten eingesetzt werden. Hierbei ist Wesentlich, dass eine Synchronisierung der Drehzahlen zwischen dem Tellerrad bzw. einem mit dem Tellerrad 10 verbundenen Bauteil und dem Hohlrad 18 bzw. einem mit dem Hohlrad 18 drehfest verbun- denen Bauteil erfolgt.

Bezuqszeichenliste

1 Vorderachse

2 Hauptantriebseinheit

3 Getriebe

4 Hinterache

4a, 4b erste und zweite Halbachse

5 Getriebenaordnung

6 Getriebegehäuse

7 Drehmomentübertragungselement 8 Wellenabschnitt

9 Kegelrad

10 Tellerrad

10a Kupplungsabschnitt

10b Verzahnung

1 1 Kupplungsabschnitt

12, 13 Ausgangselemente

14 erstes Teilgetreibe

15 zweites Teilgetriebe

16 Zusatzantriebseinheit

17 Stirnradstufe

18 Hohlrad

18a Verzahnungsabschnitt

18b Innenverzahnung

19 Planetenräder

20 Planetenradträger

21 Sonnenrad

22 Schalteinrichtung

24 Getriebegehäuse

26 Kupplungsabschnitt

27 Verzahnung

29 Schaltmuffe

29a, 29b Verzahnungsabschnitte 30 Synchronisationseinheit

31 Synchronring

31 a Reibfläche

31 b Abschnitte

31 c Anschlagflächen

32 tellerradseitiger Kupplungskörper

33 Reibring

34 schaltmuffenseitiger Kupplungskörper

35 Reibfläche

36 Sperrzähne

36a Flächen

37 Innenumfang

38 Außenumfang

39 Sperrzähne

39a Flächen

Claims

Ansprüche

Getriebeanordnung (5) für einen Antriebsstrang eines zeitweise vierradge- triebenen Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang eine Primärachse (1 ) mit einer Hauptantriebseinheit (2) und eine Sekundärachse (4) mit zwei Halbachsen (4a, 4b) umfasst, wobei die Sekundärachse (4) mittels einer Schalteinrichtung (22) antriebswirksam mit der Primärachse (1 ) koppelbar ist, und wobei die Getriebeanordnung (5) zur steuerbaren Verteilung eines Antriebsdrehmoment von einem mit der Primärachse (1 ) gekoppelten Eingangselements (7) auf ein erstes und zweites Ausgangselement (12, 13) ausgebildet und der Sekundärachse (4) zugeordnet ist, wobei die Getriebeanordnung (5) ein als Ausgleichsgetriebe ausgeführtes erstes Teilgetriebe (14) mit einem Getriebegehäuse (24), einer Vielzahl Ausgleichsräder (25) und einem ersten und zweiten Achskegelrad (12, 13) und weiterhin ein als Untersetzungsgetriebe ausgeführtes zweites Teilgetriebe (15) mit einem Hohlrad (18), einem Planetenradträger (20) mit einer Vielzahl Planetenrädern (19) und einem Sonnenrad und eine Zusatzantriebseinheit (16) umfasst, wobei das Getriebegehäuse (24) des ersten Teilgetriebes den Planetenradträger (20) des zweiten Teilgetriebes (15) bildet, und wobei das Sonnenrad (21 ) des zweiten Teilgetriebes (15) mit der Zusatzantriebseinheit (16) antriebswirksam verbunden ist, und wobei das erste und zweite Ausgangselement (12, 13) die beiden Halbachsen (4a, 4b) der Sekundärachse bilden, die jeweils mit dem ersten bzw. dem zweiten Achskegelrad drehfest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (22) eine Schaltmuffe (29) umfasst, und dass die

Schaltmuffe (29) zwei axial beabstandet angeordnete Verzahnungsabschnitte (29a und 29 b) aufweist, und über den Verzahnungsabschnitt (29b) axial verschiebbar auf einem Verzahnungsabschnitt (18a) des Hohlrades (18) verschiebbar gelagert ist, und dass das Getriebegehäuse (24) einen Verzahnungsabschnitt (27) zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit dem Verzahnungsabschnitt (29b) der Schaltmuffe (29) aufweist, und dass die Schaltmuffe (29) über eine Aktuatorik in zumindest drei Schaltzustände geschaltet werden kann, wobei in einem ersten Schaltzustand eine antriebswirksame Verbindung zwischen Eingangselement (7) und Hohlrad (18) herstellbar ist, in einem zweiten Schaltzustand keine antriebswirksame Verbindung zwischen Eingangselement (7) und Hohlrad (18) besteht und in einem dritten Schaltzustand keine antriebswirksame Verbindung zwischen Eingangselement (7) und Hohlrad (18) besteht, aber eine feste Verbindung (Verblockung) zwischen Hohlrad (18) und Getriebehäuse (24) gebildet wird.

2. Getriebeanordnung (5) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangselement (7) einen Wellenabschnitt (8) mit Kegelrad (9) und ein Tellerrad (10) umfasst, wobei Kegelrad (9) und Tellerrad (10) über Verzahnungen miteinander kämmend angeordnet sind, und wobei das Tellerrad (10) weiterhin einen Verzahnungsabschnitt (10a) zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit dem Verzahnungsabschnitt (29a) der Schaltmuffe (29) aufweist.

3. Getriebeanordnung (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzantriebseinheit (16) eine elektrische Maschine ist.

4. Getriebeanordnung (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzantriebseinheit (16) über eine Stirnradstufe (17) mit dem Sonnenrad (21 ) antriebswirksam verbunden ist.

5. Getriebeanordnung (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (22) zusätzlich eine Synchronisationseinheit (30) mit einem Synchronring (31 ) und einem ers- ten und zweiten Kupplungskörper (32, 34) umfasst, wobei der erste Kupplungskörper (32) drehfest mit dem Tellerrad (10) und der zweite Kupplungskörper (34) drehfest mit der Schaltmuffe (29) verbunden ist. Getriebeanordnung (5) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungskörper (32) einen Reibring (33) mit konisch verlaufender Reibfläche (35) aufweist, und des Weiteren über seinen Innenumfang verteilt angeordnete Sperrzähne (36) aufweist.

Getriebeanordnung (5) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (31 ) auf dem Kupplungskörper (34) gelagert ist und an seinem Innenumfang eine zur Reibfläche (35) korrespondierend ausgebildete Reibfläche (31 a) und radial nach innen ragende Abschnitte (31 b) mit Anschlagflächen (31 c) aufweist. Getriebeanordnung (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ist.

8. Getriebeanordnung (5) nach einem der Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungskörper (34) über seinen Umfang verteilt axial sich erstreckende Sperrzähne (39) aufweist.