DE102018116197A1 - Antriebsvorrichtung mit Stufenplanetenrädern - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (1), die über eine Doppelkupplungsvorrichtung (2) mit einer Getriebevorrichtung (3) verbindbar ist, wobei die Getriebevorrichtung (3) ein Planetengetriebe (4) sowie ein Differentialgetriebe (6) aufweist, wobei das Differentialgetriebe (6) achsparallel zur elektrischen Maschine (1) angeordnet ist, wobei das Planetengetriebe (4) mehrere Stufenplanetenräder (5) aufweist, die drehbar an einem Planetenträger (7) angeordnet sind, wobei jedes Stufenplanetenrad (5) ein erstes und zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad (5a, 5b) aufweist, wobei das erste Zahnrad (5a) mit einem ersten Sonnenrad (8a) im Zahneigriff steht, wobei das zweite Zahnrad (5b) mit einem zweiten Sonnenrad (8b) und einem Hohlrad (9) im Zahneingriff steht, wobei das erste Sonnenrad (8a) mit einer ersten Kupplung (2a) der Doppelkupplungsvorrichtung (2) wirkverbunden ist, wobei das zweite Sonnenrad (8b) mit einer zweiten Kupplung (2b) der Doppelkupplungsvorrichtung (2) wirkverbunden ist, und wobei der Planetenträger (7) mit dem Differentialgetriebe (6) wirkverbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine, die über eine Doppelkupplungsvorrichtung mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung ein Planetengetriebe mit Stufenplanetenrädern sowie ein Differentialgetriebe aufweist.
  • Aus der DE 10 2011 088 668 A1 geht eine Antriebsvorrichtung mit wenigstens einer elektrischen Antriebsmaschine, mit wenigstens einem ersten Planetentrieb mit einer Schaltkupplung und mit einem Differenzial hervor. Eine Rotorwelle der Antriebsmaschine ist mit einer ersten Anschlusswelle des aus wenigstens drei Anschlusswellen gebildeten Planetentriebs drehfest gekoppelt. Eine zweite Anschlusswelle des ersten Planetentriebs ist mittels einer Schaltmuffe der Schaltkupplung gegen ein Bauteil der Antriebsvorrichtung rotationsfest festlegbar. Eine dritte Anschlusswelle des ersten Planetentriebs ist mit einer Summenwelle des Differenzials wirkverbunden. Die Schaltmuffe ist in formschlüssigen Eingriff entweder mit der zweiten Anschlusswelle des ersten Planetentriebs oder in eine drehmomentenübertragende Wirkverbindung mit der Summenwelle des Differenzials verschiebbar.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Maschine weiterzuentwickeln, und insbesondere kompakt und leistungsoptimiert auszubilden. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
  • Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Maschine, die über eine Doppelkupplungsvorrichtung mit einer Getriebevorrichtung verbindbar ist, wobei die Getriebevorrichtung ein Planetengetriebe sowie ein Differentialgetriebe aufweist, wobei das Differentialgetriebe achsparallel zur elektrischen Maschine angeordnet ist, wobei das Planetengetriebe mehrere Stufenplanetenräder aufweist, die drehbar an einem Planetenträger angeordnet sind, wobei jedes Stufenplanetenrad ein erstes und zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad aufweist, wobei das erste Zahnrad mit einem ersten Sonnenrad im Zahneigriff steht, wobei das zweite Zahnrad mit einem zweiten Sonnenrad und einem Hohlrad im Zahneingriff steht, wobei das erste Sonnenrad mit einer ersten Kupplung der Doppelkupplungsvorrichtung wirkverbunden ist, wobei das zweite Sonnenrad mit einer zweiten Kupplung der Doppelkupplungsvorrichtung wirkverbunden ist, und wobei der Planetenträger mit dem Differentialgetriebe wirkverbunden ist.
  • Mit anderen Worten weist jedes Stufenplanetenrad zwei Verzahnungsabschnitte auf, wobei die beiden Verzahnungsabschnitte drehfest, insbesondere einteilig miteinander verbunden sind. Insbesondere sind die beiden Zahnräder des jeweiligen Stufenplanetenrades unterschiedlich groß. Beispielsweise weist das erste Zahnrad einen größeren Durchmesser als das zweite Zahnrad auf. Alternativ weist das zweite Zahnrad einen größeren Durchmesser als das erste Zahnrad auf.
  • Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist zu verstehen, dass zwei Getriebeelemente direkt miteinander verbunden sein können, oder dass sich zwischen zwei Getriebeelementen noch weitere Getriebeelemente befinden, beispielsweise ein oder mehrere Wellen oder Zahnräder. Zwei miteinander im Zahneingriff stehende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem Zahnrad sind beispielsweise auch ein Sonnenrad und ein Hohlrad zu verstehen.
  • Ferner ist unter einer „Doppelkupplungsvorrichtung“ eine Vorrichtung mit zwei Kupplungen, nämlich der ersten und zweiten Kupplung zu verstehen. Unter einer „Kupplung“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweist. Insbesondere ist die zweite Kupplung als kraftschlüssige Kupplung ausgebildet. Insbesondere sind die beiden Kupplungen der Doppelkupplungsvorrichtung als lastschaltbare Kupplungen ausgebildet. Eine lastschaltbare Kupplung ist unter Last zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand schaltbar. Im geöffneten Zustand überträgt die jeweilige Kupplung kein Drehmoment. Somit überträgt die jeweilige Kupplung nur in einem zumindest teilweise geschlossenen Zustand ein Drehmoment zwischen zwei mit dieser jeweiligen Kupplung wirkverbundenen Wellen, wobei die beiden Wellen im geschlossenen Zustand dieser jeweiligen Kupplung drehfest miteinander verbunden sind. Mithin sind im geschlossenen Zustand der ersten Kupplung die elektrische Maschine und das erste Sonnenrad drehfest miteinander verbunden. Demgegenüber sind im geschlossenen Zustand der zweiten Kupplung die elektrische Maschine und das zweite Sonnenrad drehfest miteinander verbunden.
  • Insbesondere kann die Doppelkupplungsvorrichtung von einem Aktuator betätigt werden, um ein Öffnen oder Schließen der jeweiligen Kupplung einzuleiten. Der Aktuator kann hydraulisch, elektromechanisch, elektromagnetisch oder beispielsweise auch pneumatisch betätigbar ausgebildet sein. Insbesondere ist der Aktuator in der Doppelkupplungsvorrichtung integriert.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Öffnen beider Kupplungen der Doppelkupplungsvorrichtung eine Leistungsabschaltung realisiert. Ein Schließen der ersten Kupplung und ein Öffnen der zweiten Kupplung realisiert eine erste Getriebeübersetzung. Ferner realisiert ein Schließen der zweiten Kupplung und ein Öffnen der ersten Kupplung eine zweite Getriebeübersetzung. Vorzugsweise ist die erste Getriebeübersetzung ungleich der zweiten Getriebeübersetzung. Beispielsweise ist die erste Getriebeübersetzung größer als die zweite Getriebeübersetzung. Alternativ ist die erste Getriebeübersetzung kleiner als die zweite Getriebeübersetzung.
  • Ferner bevorzugt weist die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor über eine Rotorwelle mit der Doppelkupplungsvorrichtung verbunden ist. Mithin dient die Rotorwelle als Antriebswelle, die zwischen der elektrischen Maschine und der Doppelkupplungsvorrichtung angeordnet ist.
  • Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die erste Kupplung als formschlüssige Kupplung ausgebildet. Insbesondere ist die erste Kupplung als Klauenkupplung ausgebildet.
  • Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die erste Kupplung als Fliehkraftkupplung ausgebildet. Die Fliehkraftkupplung ermöglicht die Kopplung der elektrischen Maschine mit dem ersten Sonnenrad, wenn die Rotorwelle eine bestimmte Drehzahl erreicht. Mithin ist die Kopplung drehzahlabhängig, wobei die für die Kopplung notwendige Drehzahl individuell einstellbar ist.
  • Vorzugsweise ist das Hohlrad stationär an einem Gehäuse der Getriebevorrichtung festgelegt. Somit ist das Hohlrad drehfest mit dem Gehäuse verbunden.
  • Bevorzugt ist das Differentialgetriebe als Stirnraddifferential ausgebildet, wobei das Differentialgetriebe dazu ausgebildet ist, eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine auf eine erste und zweite Abtriebswelle zu verteilen. Insbesondere weist das Differentialgetriebe einen ersten und zweiten Planetensatz mit jeweiligen Planetenrädern auf. Die Planetenräder des ersten Planetensatzes stehen beispielsweise mit einer Verzahnung an der ersten Abtriebswelle im Zahneingriff, wobei ferner die Planetenräder des zweiten Planetensatzes mit einer Verzahnung an der zweiten Abtriebswelle im Zahneingriff stehen, und wobei die Planetenräder beider Planetensätze paarweise miteinander im Zahneingriff stehen. Die Planetenräder beider Planetensätze sind drehbar an einem Differentialkorb des Differentialgetriebes aufgenommen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Planetenträger drehfest mit einem Zahnrad verbunden, wobei das Zahnrad mit einer Verzahnung des Differentialkorbs des Differentialgetriebes im Zahneingriff steht. Mithin wird über den Zahneingriff zwischen dem Zahnrad und der Verzahnung am Differentialkorb Antriebsleistung in das Differential eingespeist. Vorzugsweise ist das Zahnrad auf einer gemeinsamen Achse mit der elektrischen Maschine und somit auch mit der Rotorwelle angeordnet. Mithin ist das Zahnrad achsparallel zum Differentialgetriebe und zur Abtriebsachse angeordnet. Vorzugsweise sind beide Abtriebswellen auf der Abtriebsachse angeordnet.
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiden Figuren erläutert. Hierbei zeigt
    • 1 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
    • 2 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Gemäß den 1 und 2 weist eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine 1, eine Doppelkupplungsvorrichtung 2 mit einer ersten und zweiten Kupplung 2a, 2b, sowie eine Getriebevorrichtung 3 auf. Die elektrische Maschine 1 ist als Antriebsmaschine ausgebildet und umfasst einen Stator 15 sowie einen Rotor 16. Eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine 1 wird über eine Rotorwelle 17, die zwischen der elektrischen Maschine 1 und der Doppelkupplungsvorrichtung 2 angeordnet ist, in die Doppelkupplungsvorrichtung 2 und darüber in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Die Getriebevorrichtung 3 umfasst ein Planetengetriebe 4 und ein Differentialgetriebe 6.
  • Das Differentialgetriebe 6 ist als Stirnraddifferential ausgebildet und weist einen ersten und zweiten - hier nicht dargestellten - Planetensatz mit jeweiligen Planetenrädern auf. Alle Planetenräder sind drehbar an einem Differentialkorb 10 des Differentialgetriebes 6 aufgenommen. Das Differentialgetriebe 6 ist dazu vorgesehen, eine Antriebsleistung der elektrische Maschine 1 auf eine erste und zweite Abtriebswelle 12a, 12b der Getriebevorrichtung 3 zu verteilen. Die Rotorwelle 17 ist achsparallel zu den beiden Abtriebswellen 12a, 12b angeordnet. Mithin ist die elektrische Maschine 1 achsparallel zum Differentialgetriebe 6 angeordnet.
  • Das Planetengetriebe 4 weist mehrere Stufenplanetenräder 5 auf, die drehbar an einem Planetenträger 7 angeordnet sind. Vorliegend ist aufgrund der vereinfachten schematischen Darstellung nur ein Stufenplanetenrad 5 dargestellt, wobei alle Stufenplanetenräder 5 identisch zueinander ausgebildet sind. Der Planetenträger 7 ist mit dem Differentialgetriebe 6 wirkverbunden. Ferner weist jedes Stufenplanetenrad 5 ein erstes und zweites Zahnrad 5a, 5b auf, wobei die beiden Zahnräder 5a, 5b drehfest miteinander verbunden sind.
  • Das erste Zahnrad 5a steht mit einem ersten Sonnenrad 8a im Zahneigriff. Das zweite Zahnrad 5b steht mit einem zweiten Sonnenrad 8b und einem Hohlrad 9 im Zahneingriff, wobei das Hohlrad 9 stationär an einem Gehäuse 11 der Getriebevorrichtung 3 festgelegt ist. Ferner ist das erste Sonnenrad 8a mit einer ersten Kupplung 2a der Doppelkupplungsvorrichtung 2 wirkverbunden. Demgegenüber ist das zweite Sonnenrad 8b mit einer zweiten Kupplung 2b der Doppelkupplungsvorrichtung 2 wirkverbunden.
  • Zur Realisierung einer ersten Gangstufe wird die elektrische Maschine 1 über die Rotorwelle 17 und die erste Kupplung 2a mit dem ersten Sonnenrad 8a drehfest verbunden. Zur Realisierung einer zweiten Gangstufe wird die elektrische Maschine 1 über die Rotorwelle 17 und die zweite Kupplung 2b mit dem zweiten Sonnenrad 8b drehfest verbunden.
  • In der ersten Gangstufe ist die erste Kupplung 2a geschlossen und die zweite Kupplung 2b geöffnet, sodass die elektrische Maschine 1 die Antriebsleistung über die Doppelkupplungsvorrichtung 2 nur auf das erste Sonnenrad 8a überträgt, um das erste Zahnrad 5a anzutreiben. Das zweite Zahnrad 5b stützt sich am gehäusefesten Hohlrad 9 ab. Mithin überträgt das Stufenplanetenrad 5 die Antriebsleistung auf den Planetenträger 7, wobei dieser mit dem Differentialgetriebe 6 antriebstechnisch verbunden ist. Sobald die erste Kupplung 2a geöffnet und die zweite Kupplung 2b geschlossen wird, erfolgt die Einleitung der zweiten Gangstufe, wobei dann die elektrische Maschine 1 die Antriebsleistung über die Doppelkupplungsvorrichtung 2 nur auf das zweite Sonnenrad 8b überträgt, um das zweite Zahnrad 5b anzutreiben. Dadurch ändert sich die Übersetzung des Planetengetriebes 4. Mithin ist die Antriebsvorrichtung zwischen der ersten und zweiten Gangstufe unter Last schaltbar.
  • Vorliegend ist der Planetenträger 7 drehfest mit einem Zahnrad 13 verbunden. Das Zahnrad 13 ist auf einer gemeinsamen Antriebsachse 18 mit der elektrischen Maschine 1 angeordnet. Ferner steht das Zahnrad 13 mit einer Verzahnung 14 am Differentialkorb 10 des Differentialgetriebes 6 im Zahneingriff. Mithin wird über die Verzahnung 14 am Differentialkorb 10 eine Antriebsleistung in das Differentialgetriebe 6 eingeleitet, und über die Planetenräder auf die erste und zweite Abtriebswelle 12a, 12b verteilt. Die beiden Abtriebswellen 12a, 12b sind auf einer gemeinsamen Abtriebsachse 19 angeordnet, wobei die Abtriebsachse 19 achsparallel zu der Antriebsachse 18 angeordnet ist.
  • Gemäß 1 ist die erste Kupplung 2a als Klauenkupplung ausgebildet und radial innen in der Doppelkupplungsvorrichtung 2 angeordnet. Demgegenüber ist die zweite Kupplung 2b als Reibkupplung ausgebildet und radial außen in der Doppelkupplungsvorrichtung 2 angeordnet.
  • Gemäß 2 ist die erste Kupplung 2a als Fliehkraftkupplung ausgebildet und radial außen in der Doppelkupplungsvorrichtung 2 angeordnet. Demgegenüber ist die zweite Kupplung 2b als Reibkupplung ausgebildet und radial innen in der Doppelkupplungsvorrichtung 2 angeordnet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    elektrische Maschine
    2
    Doppelkupplungsvorrichtung
    2a, 2b
    Kupplung
    3
    Getriebevorrichtung
    4
    Planetengetriebe
    5
    Stufenplanetenrad
    5a, 5b
    Zahnrad
    6
    Differentialgetriebe
    7
    Planetenträger
    8a, 8b
    Sonnenrad
    9
    Hohlrad
    10
    Differentialkorb
    11
    Gehäuse
    12a, 12b
    Abtriebswelle
    13
    Zahnrad
    14
    Verzahnung
    15
    Stator
    16
    Rotor
    17
    Rotorwelle
    18
    Antriebsachse
    19
    Abtriebsachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011088668 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (1), die über eine Doppelkupplungsvorrichtung (2) mit einer Getriebevorrichtung (3) verbindbar ist, wobei die Getriebevorrichtung (3) ein Planetengetriebe (4) sowie ein Differentialgetriebe (6) aufweist, wobei das Differentialgetriebe (6) achsparallel zur elektrischen Maschine (1) angeordnet ist, wobei das Planetengetriebe (4) mehrere Stufenplanetenräder (5) aufweist, die drehbar an einem Planetenträger (7) angeordnet sind, wobei jedes Stufenplanetenrad (5) ein erstes und zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad (5a, 5b) aufweist, wobei das erste Zahnrad (5a) mit einem ersten Sonnenrad (8a) im Zahneigriff steht, wobei das zweite Zahnrad (5b) mit einem zweiten Sonnenrad (8b) und einem Hohlrad (9) im Zahneingriff steht, wobei das erste Sonnenrad (8a) mit einer ersten Kupplung (2a) der Doppelkupplungsvorrichtung (2) wirkverbunden ist, wobei das zweite Sonnenrad (8b) mit einer zweiten Kupplung (2b) der Doppelkupplungsvorrichtung (2) wirkverbunden ist, und wobei der Planetenträger (7) mit dem Differentialgetriebe (6) wirkverbunden ist.
  2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (9) stationär an einem Gehäuse (11) der Getriebevorrichtung (3) festgelegt ist.
  3. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe (6) als Stirnraddifferential ausgebildet ist, wobei das Differentialgetriebe (6) dazu vorgesehen ist, eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine (1) auf eine erste und zweite Abtriebswelle (12a, 12b) zu verteilen.
  4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließen der ersten Kupplung (2a) und ein Öffnen der zweiten Kupplung (2b) eine erste Getriebeübersetzung realisiert, wobei ein Schließen der zweiten Kupplung (2b) und ein Öffnen der ersten Kupplung (2a) eine zweite Getriebeübersetzung realisiert.
  5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (2a) als formschlüssige Kupplung ausgebildet ist.
  6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (2a) als Fliehkraftkupplung ausgebildet ist.
  7. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (2b) als kraftschlüssige Kupplung ausgebildet ist.
  8. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) einen Stator (14) und einen Rotor (16) aufweist, wobei der Rotor (16) über eine Rotorwelle (17) mit der Doppelkupplungsvorrichtung (2) wirkverbunden ist.
  9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (7) drehfest mit einem Zahnrad (13) verbunden ist, wobei das Zahnrad (13) mit einer Verzahnung (14) eines Differentialkorbs (10) des Differentialgetriebes (6) im Zahneingriff steht.
  10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (13) auf einer gemeinsamen Achse (18) mit der elektrischen Maschine (1) angeordnet ist.
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