DE102017111042B4

DE102017111042B4 - Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017111042B4
Application number: DE102017111042.9A
Authority: DE
Inventors: Franz Kurth
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2037-05-23
Also published as: WO2018215021A1; DE102017111042A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für eine Achse eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine (1) mit einem Stator (13) und einem Rotor (14), die über eine Rotorwelle (2) mit einer Getriebevorrichtung (3) wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung (3) einen ersten Planetenradsatz (4a) mit mehreren Planetenrädern (5a), einen Stufenplanetenradsatz (9) mit mehreren Stufenplanetenrädern (10) und ein Stirnraddifferential (16) mit einem zweiten und dritten Planetenradsatz (4b, 4c) mit jeweils mehreren Planetenrädern (5b, 5c) aufweist, wobei die Planetenräder (5a) des ersten Planetenradsatzes (4a) drehbar an einem ersten Planetenträger (6a) angeordnet sind und mit einem ersten Sonnenrad (7a) und mit einem ersten Hohlrad (8a) im Zahneingriff stehen, wobei jedes Stufenplanetenrad (10) ein erstes und ein zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad (11a, 11b) aufweist, wobei die Stufenplanetenräder (10) drehbar an einem zweiten Planetenträger (6b) angeordnet sind, wobei das erste Zahnrad (11a) mit einem zweiten Sonnenrad (7b) und mit einem zweiten Hohlrad (8b) im Zahneingriff steht und das zweite Zahnrad (11b) mit einem dritten Hohlrad (8c) im Zahneingriff steht, und wobei der erste Planetenträger (6a) drehfest mit dem zweiten Sonnenrad (7b) verbunden ist und das erste Hohlrad (8a) drehfest mit dem zweiten Hohlrad (8b) verbunden ist, wobei ferner die jeweiligen Planetenräder (5b, 5c) des zweiten und dritten Planetenradsatzes (4b, 4c) an einem dritten Planetenträger (6c) drehbar gelagert sind, wobei die Planetenräder (5b) des zweiten Planetenradsatzes (4b) mit einem dritten Sonnenrad (7c) im Zahneingriff stehen und die Planetenräder (5c) des dritten Planetenradsatzes (4c) mit einem vierten Sonnenrad (7d) im Zahneingriff stehen, und wobei die Planetenräder (5b) des zweiten Planetenradsatzes (4b) paarweise mit den Planetenrädern (5c) des dritten Planetenradsatzes (4c) im Zahneingriff stehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einer Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein kleines, leichtes Kraftfahrzeug, vorzugsweise einem Kleinwagen.
Aus der DE 10 2015 214 033 A1 geht eine Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug hervor. Die Getriebevorrichtung umfasst eine Getriebeeingangsstufe und ein über einen gemeinsamen Planetenträger damit verbundenes Differential, wobei das Differential einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz aufweist. Der erste Planetenradsatz kämmt mit einer ersten Sonne und der zweite Planetenradsatz kämmt mit einer zweiten Sonne. Die beiden Planetenradsätze des Differentials kämmen ferner paarweise miteinander. Die Getriebeeingangsstufe weist eine Antriebssonne auf, die mit einem ersten Planetenradsatz kämmt, wobei der erste Planetenradsatz mit einem zweiten Planetenradsatz drehfest verbunden ist, und wobei die beiden Planetenradsätze der Getriebeeingangsstufe gemeinsam auf einem am Planetenträger angeordneten ersten Bolzen drehbar gelagert sind.
Die DE 10 2011 079 975 A1 beschreibt eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Achsdifferentialgetriebe und einem vorgelagerten Umlaufrädergetriebe, das als Planetenradstufe mit gestuften Planetenrädern ausgeführt ist und zwei zueinander gleichachsige und axial zueinander versetzte Planetenstirnradabschnitte aufweist.
Die DE 10 2015 222 616 A1 beschreibt eine Getriebevorrichtung für eine elektrische Antriebseinheit mit einer Eingangsstufe und einer Laststufe.
Die DE 10 2016 216 270 A1 beschreibt ein Verteilergetriebe für eine elektrische Antriebseinheit.
Die DE 10 2012 010 316 A1 beschreibt ein Reibrollenplanetengetriebe mit einem Planetenträger, an dem als Reibrollen ausgebildete gestufte Planeten drehbar gelagert sind, deren Kontaktdruck zu den jeweils zugeordneten Sonnen durch eine momentenabhängige Axialverschiebung steuerbar ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung mit einer Getriebevorrichtung insbesondere für kleine, leichte Kraftfahrzeuge zu schaffen, wobei die Getriebevorrichtung eine hohe Übersetzung und eine hohe Kompaktheit aufweisen soll.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten Figur.
Eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung für ein Achse eines Kraftfahrzeugs umfasst eine elektrische Antriebsmaschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei die Antriebsmaschine über eine Rotorwelle mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern, einen Stufenplanetenradsatz mit mehreren Stufenplanetenrädern und ein Stirnraddifferential mit einem zweiten und dritten Planetenradsatz mit jeweils mehreren Planetenrädern aufweist, wobei die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes drehbar an einem ersten Planetenträger angeordnet sind und mit einem ersten Sonnenrad und mit einem ersten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei jedes Stufenplanetenrad ein erstes und ein zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad aufweist, wobei die Stufenplanetenräder drehbar an einem zweiten Planetenträger angeordnet sind, wobei das erste Zahnrad mit einem zweiten Sonnenrad und mit einem zweiten Hohlrad im Zahneingriff steht und das zweite Zahnrad mit einem dritten Hohlrad im Zahneingriff steht, und wobei der erste Planetenträger drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden ist und das erste Hohlrad drehfest mit dem zweiten Hohlrad verbunden ist, wobei ferner die jeweiligen Planetenräder des zweiten und dritten Planetenradsatzes an einem dritten Planetenträger drehbar gelagert sind, wobei die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes mit einem dritten Sonnenrad im Zahneingriff stehen und die Planetenräder des dritten Planetenradsatzes mit einem vierten Sonnenrad im Zahneingriff stehen, und wobei die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes paarweise mit den Planetenrädern des dritten Planetenradsatzes im Zahneingriff stehen.
Mit anderen Worten erfolgt die Anbindung des Stufenplanetenradsatzes am ersten Planetenradsatz über eine Leistungsverteilung am ersten Planetenradsatz, die derart gestaltet ist, dass das erste Hohlrad mit dem zweiten Hohlrad drehfest verbunden ist und der erste Planetenträger mit der zweiten Sonnenrad drehfest verbunden ist. Insbesondere sind das erste und das zweite Hohlrad einteilig ausgebildet. Über das Stirnraddifferential wird die Antriebsleistung der Antriebsmaschine auf zwei Abtriebswellen einer Antriebsachse des Fahrzeugs verteilt. Die jeweilige Abtriebswelle ist zumindest mittelbar mit einem jeweiligen Rad verbunden. Vorzugsweise sind das dritte Sonnenrad drehfest mit einer ersten Abtriebswelle und das vierte Sonnenrad drehfest mit einer zweiten Abtriebswelle verbindbar. Insbesondere ist an dem dritten und vierten Sonnenrad eine jeweilige Steckverzahnung zur Aufnahme der jeweiligen Abtriebswelle vorgesehen.
Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist zu verstehen, dass zwei Elemente direkt miteinander verbunden sein können, oder sich zwischen zwei Elemente noch weitere Elemente befinden, beispielsweise ein oder mehrere Zahnräder oder Wellen.
Zwei miteinander kämmende oder im Zahneingriff stehende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem „Zahnrad“ ist beispielsweise ein Sonnenrad, ein Hohlrad, ein Planetenrad sowie ein Stufenplanetenrad zu verstehen.
Insbesondere erstrecken sich die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes zumindest teilweise in einem axialen Bauraum des zweiten Zahnrads der Stufenplanetenräder. Mithin sind die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes und die zweiten Zahnräder der Stufenplanetenräder in einer gemeinsamen axialen Ebene in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet. Das zweite Zahnrad der Stufenplanetenräder ist zumindest teilweise auf einer axialen Höhe in Umfangsrichtung benachbart zu den Planetenräder des dritten Planetenradsatzes angeordnet sind.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Gesamtübersetzung der Getriebevorrichtung zwischen 28 und 32, insbesondere 30 beträgt. Vorzugsweise weist das erste Zahnrad einen größeren Durchmesser und somit auch eine höhere Zähnezahl als das zweite Zahnrad auf.
Bevorzugt ist das dritte Hohlrad stationär an einem Gehäuse festgelegt und somit drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Ferner bevorzugt ist die Rotorwelle koaxial zu den beiden Abtriebswellen angeordnet, wobei die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle durch die Rotorwelle geführt ist. Ferner sind das erste, zweite, dritte und vierte Sonnenrad koaxial zueinander angeordnet.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt. Die einzige Figur zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einer Getriebevorrichtung.
Gemäß der einzigen Figur weist eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug eine Antriebsmaschine 1 und eine Getriebevorrichtung 3 auf. Die Antriebsmaschine 1 ist als elektrische Maschine ausgebildet und weist einen gehäusefesten Stator 13 sowie einen innerhalb des Stators 13 beweglich angeordneten Rotor 14 auf. Die Getriebevorrichtung 3 ist vorliegend an die Antriebsmaschine 1 angeflanscht. Eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine 1 wird über eine Rotorwelle 2, die zwischen der Antriebsmaschine 1 und der Getriebevorrichtung 3 angeordnet ist, in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet. Die Getriebevorrichtung 3 umfasst einen ersten Planetenradsatz 4a mit mehreren Planetenrädern 5a, einen Stufenplanetenradsatz 9 mit mehreren Stufenplanetenrädern 10 und ein Stirnraddifferential 16 mit einem zweiten und dritten Planetenradsatz 4b, 4c, die jeweils mehrere Planetenräder 5b, 5c aufweisen. Aufgrund der Schnittdarstellung sind nur ein Planetenrad 5a des ersten Planetenradsatzes 4a, ein Stufenplanetenrad 10 des Stufenplanetenradsatzes 9 und jeweils ein Planetenrad 5b, 5c des zweiten und dritten Planetenradsatz 4b, 4c dargestellt.
Die Planetenräder 5a des ersten Planetenradsatzes 4a sind drehbar an einem ersten Planetenträger 6a angeordnet und stehen mit einem ersten Sonnenrad 7a und mit einem ersten Hohlrad 8a im Zahneingriff. Am ersten Planetenradsatz 4a erfolgt eine Leistungsaufteilung, wobei ein erster Leistungspfad über das erste Hohlrad 8a und ein zweiter Leistungspfad über den ersten Planetenträger 6a realisiert werden.
Jedes Stufenplanetenrad 10 weist ein erstes und ein zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad 11a, 11b auf, wobei die Stufenplanetenräder 10 drehbar an einem zweiten Planetenträger 6b angeordnet sind. Das erste Zahnrad 11a steht mit einem zweiten Sonnenrad 7b und mit einem zweiten Hohlrad 8b im Zahneingriff. Demgegenüber steht das zweite Zahnrad 11b mit einem dritten Hohlrad 8c im Zahneingriff, wobei das dritte Hohlrad 8c drehfest mit einem Gehäuse 12 der Getriebevorrichtung 3 verbunden ist. Das erste Zahnrad 11a weist einen größeren Durchmesser als das zweite Zahnrad 11b auf. Der erste Planetenträger 6a ist drehfest mit der zweiten Sonnenrad 7b verbunden und das erste Hohlrad 8a ist drehfest mit dem zweiten Hohlrad 8b verbunden.
Die jeweiligen Planetenräder 5b, 5c des zweiten und dritten Planetenradsatzes 4b, 4c sind drehbar an einem dritten Planetenträger 6c gelagert, wobei der dritte Planetenträger drehfest mit dem zweiten Planetenträger 6b verbunden ist. Die Planetenräder 5b des zweiten Planetenradsatzes 4b stehen mit einem dritten Sonnenrad 7c im Zahneingriff und die Planetenräder 5c des dritten Planetenradsatzes 4c stehen mit einem vierten Sonnenrad 7d im Zahneingriff. Ferner stehen die Planetenräder 5b des zweiten Planetenradsatzes 4b paarweise mit den Planetenrädern 5c des dritten Planetenradsatzes 4c im Zahneingriff. Das dritte Sonnenrad 7c ist drehfest mit einer ersten Abtriebswelle 15a verbunden und das vierte Sonnenrad 7d ist drehfest mit einer zweiten Abtriebswelle 15b verbunden. Die Rotorwelle 2 ist koaxial zu den beiden Abtriebswellen 15a, 15b angeordnet, wobei die Rotorwelle 2 als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle 15a durch die Rotorwelle 2 geführt ist. Die beiden Abtriebswellen 15a, 15b sind Teil einer elektrischen Antriebsachse des Kraftfahrzeugs.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsmaschine
2: Rotorwelle
3: Getriebevorrichtung
4a, 4b, 4c: Planetenradsatz
5a, 5b, 5c: Planetenrad
6a, 6b, 6c: Planetenträger
7a, 7b, 7c, 7d: Sonnenrad
8a, 8b, 8c: Hohlrad
9: Stufenplanetenradsatz
10: Stufenplanetenrad
11a, 11b: Zahnrad
12: Gehäuse
13: Stator
14: Rotor
15a, 15b: Abtriebswelle
16: Stirnraddifferential

Claims

Elektrische Antriebsvorrichtung für eine Achse eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine (1) mit einem Stator (13) und einem Rotor (14), die über eine Rotorwelle (2) mit einer Getriebevorrichtung (3) wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung (3) einen ersten Planetenradsatz (4a) mit mehreren Planetenrädern (5a), einen Stufenplanetenradsatz (9) mit mehreren Stufenplanetenrädern (10) und ein Stirnraddifferential (16) mit einem zweiten und dritten Planetenradsatz (4b, 4c) mit jeweils mehreren Planetenrädern (5b, 5c) aufweist, wobei die Planetenräder (5a) des ersten Planetenradsatzes (4a) drehbar an einem ersten Planetenträger (6a) angeordnet sind und mit einem ersten Sonnenrad (7a) und mit einem ersten Hohlrad (8a) im Zahneingriff stehen, wobei jedes Stufenplanetenrad (10) ein erstes und ein zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad (11a, 11b) aufweist, wobei die Stufenplanetenräder (10) drehbar an einem zweiten Planetenträger (6b) angeordnet sind, wobei das erste Zahnrad (11a) mit einem zweiten Sonnenrad (7b) und mit einem zweiten Hohlrad (8b) im Zahneingriff steht und das zweite Zahnrad (11b) mit einem dritten Hohlrad (8c) im Zahneingriff steht, und wobei der erste Planetenträger (6a) drehfest mit dem zweiten Sonnenrad (7b) verbunden ist und das erste Hohlrad (8a) drehfest mit dem zweiten Hohlrad (8b) verbunden ist, wobei ferner die jeweiligen Planetenräder (5b, 5c) des zweiten und dritten Planetenradsatzes (4b, 4c) an einem dritten Planetenträger (6c) drehbar gelagert sind, wobei der dritte Planetenträger (6c) drehfest mit dem zweiten Planetenträger (6b) verbunden ist und wobei die Planetenräder (5b) des zweiten Planetenradsatzes (4b) mit einem dritten Sonnenrad (7c) im Zahneingriff stehen und die Planetenräder (5c) des dritten Planetenradsatzes (4c) mit einem vierten Sonnenrad (7d) im Zahneingriff stehen, und wobei die Planetenräder (5b) des zweiten Planetenradsatzes (4b) paarweise mit den Planetenrädern (5c) des dritten Planetenradsatzes (4c) im Zahneingriff stehen.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Sonnenrad (7c) drehfest mit einer ersten Abtriebswelle (15a) verbunden ist und das vierte Sonnenrad (7d) drehfest mit einer zweiten Abtriebswelle (15b) verbunden ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (2) koaxial zu den beiden Abtriebswellen (15a, 15b) angeordnet ist, wobei die Rotorwelle (2) als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle (15a) durch die Rotorwelle (2) geführt ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Hohlrad (8c) stationär an einem Gehäuse (12) festgelegt ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (5b) des zweiten Planetenradsatzes (4b) sich zumindest teilweise in einem axialen Bauraum des zweiten Zahnrads (11b) der Stufenplanetenräder (10) erstrecken.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtübersetzung der Getriebevorrichtung (3) zwischen 28 und 32 beträgt.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (11a) einen größeren Durchmesser als das zweite Zahnrad (11b) aufweist.
Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verwendung einer elektrischen Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug.