DE102015110839A1

DE102015110839A1 - Elektrischer Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015110839A1
Application number: DE102015110839.9A
Authority: DE
Inventors: Falk Heilfort; Wael Mohamed
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-01-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei dieser eine Getriebeanordnung (2) mit zwei Gängen aufweist, mit einer Elektromaschine (11), einer mit der Elektromaschine (11) gekuppelten Eingangswelle (3) und einer Zwischenwelle (4), wobei die Eingangswelle (3) im ersten Gang über eine erste Stirnradstufe (5) und einen ersten Freilauf (6) an die Zwischenwelle (4) angebunden ist und die Eingangswelle (3) im zweiten Gang über eine zweite Stirnradstufe (7) und einen zweiten Freilauf (8) sowie eine Kupplung (9) an die Zwischenwelle (4) angebunden ist. Bei einem solchen Achsantrieb ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Eingangswelle (3) im zweiten Gang zusätzlich über einen zweiten Freilauf (8) an die Zwischenwelle (4) angebunden ist, wobei im ersten Gang, in einem Motorbetrieb der Elektromaschine (11), die Kupplung (9) geöffnet und der Momentenfluss über die erste Stirnradstufe (5) und den ersten Freilauf (6) zur Zwischenwelle (4) erfolgt, und im zweiten Gang, im Motorbetrieb, die Kupplung (9) geschlossen ist und der Momentenfluss über die zweite Stirnradstufe (7) und den zweiten Freilauf (8), bei überholtem Freilauf (6), zur Zwischenwelle (4) erfolgt, sowie die Zwischenwelle (4) in beiden Gängen über eine dritte Getriebestufe (18) an ein abtriebsseitiges Differential (20) des Achsantriebs (1) angebunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug, wobei dieser eine Getriebeanordnung mit zwei Gängen aufweist, mit einer Elektromaschine, einer mit der Elektromaschine gekuppelten Eingangswelle und einer Zwischenwelle, wobei die Eingangswelle im ersten Gang über eine erste Stirnradstufe und einen ersten Freilauf an die Zwischenwelle angebunden ist und die Eingangswelle im zweiten Gang über eine zweite Stirnradstufe und eine Kupplung an die Zwischenwelle angebunden ist.
Ein derartiger elektrischer Achsantrieb ist in der DE 10 2013 102 161 A1 , dort zum Stand der Technik beschrieben. Bei diesem Achsantrieb nimmt eine Rotorwelle einer Elektromaschine zwei Stirnräder auf, von denen ein Stirnrad fest mit der Rotorwelle verbunden ist und das andere Stirnrad durch Schließen einer Kupplung drehfest mit der Rotorwelle verbindbar ist. Das fest mit der Rotorwelle verbundene Stirnrad kämmt mit einem Stirnrad, das über einen Freilauf in einer weiteren Welle gelagert ist. Diese Welle nimmt drehfest ein weiteres Stirnrad auf, das mit dem nur über die Kupplung zuschaltbaren Stirnrad der Rotorwelle in Eingriff steht. Die Welle, der der Freilauf des Getriebes zugeordnet ist, nimmt drehfest ein weiteres Stirnrad auf, das mit einem Zahnrad eines Differentials zusammenwirkt. Über dieses Differential können zwei seitlich eines Kraftfahrzeugs angeordnete Räder, die zwei Achsabschnitten einer Achse des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind, angetrieben werden. Der bei diesem Getriebe verwendete Freilauf stellt eine einseitig wirkende Kupplung dar. Wird die andere Kupplung geschlossen, sodass das dieser Kupplung zugeordnete Stirnrad drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist, wird die parallel zur Rotorwelle angeordnete Welle mit einer solchen Winkelgeschwindigkeit angetrieben, dass der Freilauf überholt wird und demzufolge des Drehmoment, unter Umgehung des Freilaufs, übertragen wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gegenüber diesem elektrischen Achsantrieb modifizierten Achsantrieb zu schaffen, der insbesondere baulich besonders einfach gestaltet ist. Bei Betrieb des Achsantriebs im jeweiligen Gang sollen Getriebeteile, die dem anderen Gang zugeordnet sind, minimal in die Kinematik einbezogen sein. Überdies soll gemäß einer Weiterbildung auch ein Rekuperationsbetrieb möglich sein.
Gelöst wird die Aufgabe durch einen elektrischen Achsantrieb, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Bei dem elektrischen Achsantrieb ist die Eingangswelle im zweiten Gang zusätzlich über einen zweiten Freilauf an die Zwischenwelle angebunden. Im ersten Gang, bei einem Motorbetrieb der Elektromaschine, ist die Kupplung geöffnet und der Momentenfluss erfolgt über die erste Stirnradstufe und den ersten Freilauf zur Zwischenwelle. Im zweiten Gang, im Motorbetrieb, ist die Kupplung geschlossen und es erfolgt der Momentenfluss über die zweite Stirnradstufe und den zweiten Freilauf, bei überholtem ersten Freilauf, zur Zwischenwelle. Die Zwischenwelle ist in beiden Gängen über eine dritte Getriebestufe an ein abtriebsseitiges Differential des Achsantriebs angebunden. Bevorzugt ist die Eingangswelle koaxial zu einer Rotorwelle der Elektromaschine angeordnet. Diese koaxiale Anordnung ermöglicht eine besonders platzsparende Ausbildung des elektrischen Achsantriebs. Insbesondere bilden die Eingangswelle und die Rotorwelle ein Bauteil.
Die Kupplung ist vorzugsweise als reibschlüssig wirkende Kupplung ausgebildet. Durch einfaches Schalten der Kupplung kann demnach die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle im zweiten Gang hergestellt bzw. getrennt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die dritte Getriebestufe eine dritte Stirnradstufe des Achsantriebs ist. Der elektrische Achsantrieb ist somit, abgesehen vom Differential, ausschließlich durch Getriebestufen, die als Stirnradstufen ausgebildet sind, aufgebaut. Auch dies ermöglicht eine besonders platzsparende und insbesondere baulich besonders einfache Gestaltung der Getriebeanordnung und damit des elektrischen Achsantriebs.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Elektromaschine nicht nur im Motorbetrieb, sondern auch im Generatorbetrieb betrieben werden kann. Im Generatorbetrieb, zum Zwecke der Rekuperation, ist vorzugsweise eine Einrichtung zum Überbrücken des zweiten Freilaufs vorgesehen. Hierbei überbrückt in dem Generatorbetrieb der Elektromaschine im zweiten Gang die Einrichtung den zweiten Freilauf, womit der Momentenfluss zum Rekuperieren von der zweiten Stirnradstufe zur Eingangswelle erfolgt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigt:
1 den erfindungsgemäßen elektrischen Achsantrieb in einer schematischen Darstellung.
Figurenbeschreibung
Der elektrische Achsantrieb 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, weist ein lastschaltbares 2-Gang-Getriebe, nachfolgend als Getriebeanordnung 2 bezeichnet, auf.
Der Achsantrieb 1 weist eine Elektromaschine 11, eine mit der Elektromaschine 11 gekuppelte Eingangswelle 3 und eine parallel zur Eingangswelle 3 angeordnete Zwischenwelle 4 auf. Die Eingangswelle 3 ist im ersten Gang über eine erste Stirnradstufe 5 und einen ersten Freilauf 6 an die Zwischenwelle 4 angebunden. Die Eingangswelle 3 ist im zweiten Gang über eine zweite Stirnradstufe 7 und einen zweiten Freilauf 8 sowie eine Kupplung 9 an die Zwischenwelle 4 angebunden.
Im Einzelnen ist eine Rotorwelle 10 der Elektromaschine 11 drehfest mit der Eingangswelle 3 verbunden. Diese Eingangswelle 3 ist mit koaxial zur Rotorwelle 10 angeordnet. Die erste Stirnradstufe 5 ist durch ein fest mit der Eingangswelle 3 verbundenes Stirnrad 12 mit relativ geringem Durchmesser und ein mit diesem Stirnrad 12 kämmendes Stirnrad 13, das einen bezüglich des Stirnrads 12 relativ großen Durchmesser aufweist, gebildet. Das Stirnrad 13 ist über den ersten Freilauf 6 an die Zwischenwelle 4 angebunden. Die Eingangswelle 3 ist über das Stirnrad 12 hinaus verlängert. Ein Stirnrad 14 der zweiten Stirnradstufe 7 ist über die Kupplung 9 mit der Eingangswelle 3 drehfest verbindbar. Bei dieser Kupplung 9 handelt es sich um eine reibschlüssig wirksame Kupplung. Das Stirnrad 14 bildet Bestandteil der zweiten Stirnradstufe 7 und kämmt mit einem im Durchmesser bezüglich diesem relativ größeren Stirnrad 15 dieser zweiten Stirnradstufe 7. Das Stirnrad 15 ist über den zweiten Freilauf 8 an die Zwischenwelle 4 angebunden. Zusätzlich ist eine Einrichtung 16 zum Überbrücken des zweiten Freilaufs 8 vorgesehen, sodass bei geschalteter Einrichtung 16 die Zwischenwelle 4 drehfest mit dem Stirnrad 15 der zweiten Stirnradstufe 7 verbunden ist.
Im Detail ist mit der Zwischenwelle 4, zwischen den beiden Freiläufen 6 und 7 angeordnet, ein Stirnrad 17 einer dritten Stirnradstufe 18 drehfest mit der Zwischenwelle 4 verbunden. Dieses Stirnrad 17 kämmt mit einem Stirnrad 19 der dritten Stirnradstufe 18, das mit einem Differential 20 zusammenwirkt. Das Differential 20 dient dem Antreiben zweier Laufräder 21 über Achswellen 22 der Fahrzeugachse.
Im ersten Gang, in einem Motorbetrieb der Elektromaschine 11, ist die Kupplung 9 geöffnet und es erfolgt der Momentenfluss über die erste Stirnradstufe 5 und den ersten Freilauf 6 zur Zwischenwelle 4, da diese langsamer dreht. Von der Zwischenwelle 4 erfolgt der Momentenfluss über die dritte Stirnradstufe 18 zum Differential 20 und von dort über die Achswellen 22 zu den Laufrädern 21 des Fahrzeugs. Die Stirnräder 17 und 19 der dritten Stirnradstufe 18 bilden einen Final Drive. Über das Differential 20 wird das Abtriebsmoment auf beide Laufräder 21 verteilt.
Beim Schalten vom ersten in den zweiten Gang wird die Kupplung 9 geschlossen und somit das Stirnrad 14 aktiviert. Die Stirnräder 14 und 15 der zweiten Stirnradstufe 7 kämmen miteinander und bilden die Übersetzung des zweiten Gangs. Diese Übersetzung ist kleiner als die im ersten Gang, womit der zweite Freilauf 8 greift und den ersten Freilauf 6 überholt. Über das Stirnrad 15, den zweiten Freilauf 8 und die Zwischenwelle 4 wird in diesem zweiten Gang das Moment in die dritte Stirnradstufe 18 und von dieser zum Differential 20 und den Laufrädern 21 eingeleitet.
Im Generatorbetrieb, zum Rekuperieren, wird über ein Schaltelement die Einrichtung 16 im zweiten Gang aktiviert. Demzufolge verläuft in diesem Generatorbetrieb der Elektromaschine 11 der Momentenfluss von den Laufrädern 21 über die Achswellen 22 zum Differential 20 und von dort über die dritte Stirnradstufe 18 und die mittels der Einrichtung 16 nunmehr drehfest verbundenen Stirnräder 17 und 15 von dritter Stirnradstufe 18 und zweiter Stirnradstufe 7 zur Eingangswelle 3 und damit zur Elektromaschine 11. Bei Rekuperieren ist somit der zweite Freilauf 8 überbrückt. – Es ist somit im zweiten Gang, bei aktivierter Einrichtung 16, ein Generatorbetrieb der Elektromaschine 11 möglich. Im ersten Gang hingegen ist bei Schubbetrieb der erste Freilauf 6 wirksam, sodass kein Moment zur Elektromaschine 11 übertragen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013102161 A1 [0002]

Claims

Elektrischer Achsantrieb (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei dieser eine Getriebeanordnung (2) mit zwei Gängen aufweist, mit einer Elektromaschine (11), einer mit der Elektromaschine (11) gekuppelten Eingangswelle (3) und einer Zwischenwelle (4), wobei die Eingangswelle (3) im ersten Gang über eine erste Stirnradstufe (5) und einen ersten Freilauf (6) an die Zwischenwelle (4) angebunden ist und die Eingangswelle (3) im zweiten Gang über eine zweite Stirnradstufe (7) und einen zweiten Freilauf (8) sowie eine Kupplung (9) an die Zwischenwelle (4) angebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (3) im zweiten Gang zusätzlich über einen zweiten Freilauf (8) an die Zwischenwelle (4) angebunden ist, wobei im ersten Gang, in einem Motorbetrieb der Elektromaschine (11), die Kupplung (9) geöffnet und der Momentenfluss über die erste Stirnradstufe (5) und den ersten Freilauf (6) zur Zwischenwelle (4) erfolgt, und im zweiten Gang, im Motorbetrieb, die Kupplung (9) geschlossen ist und der Momentenfluss über die zweite Stirnradstufe (7) und den zweiten Freilauf (8), bei überholtem Freilauf (6), zur Zwischenwelle (4) erfolgt, sowie die Zwischenwelle (4) in beiden Gängen über eine dritte Getriebestufe (18) an ein abtriebsseitiges Differential (20) des Achsantriebs (1) angebunden ist.
Achsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (3) koaxial zu einer Rotorwelle (10) der Elektromaschine (11) angeordnet ist.
Achsantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (3) und die Rotorwelle (10) ein Bauteil sind.
Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (9) eine reibschlüssig wirkende Kupplung ist.
Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Getriebestufe (18) eine dritte Stirnradstufe des Achsantriebs (1) ist.
Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (16) zum Überbrücken des zweiten Freilaufs (8) vorgesehen ist, wobei in einem Generatorbetrieb der Elektromaschine (11) im zweiten Gang die Einrichtung (16) den zweiten Freilauf (8) überbrückt, mit Momentenfluss zum Rekuperieren von der dritten Getriebestufe zur Eingangswelle (3).