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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine, die über eine Dreifachkupplungsvorrichtung mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung ein Planetengetriebe mit Dreifachplanetenrädern sowie ein Differentialgetriebe aufweist.
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Die
EP 2 386 782 B1 offenbart ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebsmaschine, die mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung ein Planetengetriebe mit mehreren Dreifachplanetenrädern aufweist. Die Dreifachplanetenräder sind drehbar an einem Planetenträger angeordnet, wobei jedes Dreifachplanetenrad ein erstes, zweites und drittes Zahnrad aufweist. Jedes Zahnrad steht mit einem jeweiligen Sonnenrad und einem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung weiterzuentwickeln, und insbesondere schaltbar, kompakt und leistungsoptimiert auszubilden. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Maschine, die über eine Dreifachkupplungsvorrichtung mit einer Getriebevorrichtung verbindbar ist, wobei die Getriebevorrichtung ein Planetengetriebe sowie ein Differentialgetriebe aufweist, wobei das Planetengetriebe mehrere Dreifachplanetenräder aufweist, die drehbar an einem Planetenträger angeordnet sind, wobei jedes Dreifachplanetenrad ein erstes, zweites und drittes Zahnrad aufweist, wobei die Zahnräder drehfest miteinander verbunden sind, wobei das erste Zahnrad mit einem ersten Sonnenrad im Zahneigriff steht, wobei das zweite Zahnrad mit einem zweiten Sonnenrad im Zahneingriff steht, und wobei das dritte Zahnrad mit einem dritten Sonnenrad und einem Hohlrad im Zahneingriff steht, wobei das erste Sonnenrad mit einer ersten Kupplung der Dreifachkupplungsvorrichtung wirkverbunden ist, wobei das zweite Sonnenrad mit einer zweiten Kupplung der Dreifachkupplungsvorrichtung wirkverbunden ist, wobei das dritte Sonnenrad mit einer dritten Kupplung der Dreifachkupplungsvorrichtung wirkverbunden ist, und wobei der Planetenträger mit dem Differentialgetriebe wirkverbunden ist.
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Mit anderen Worten weist jedes Dreifachplanetenrad drei Verzahnungsabschnitte auf, wobei alle drei Verzahnungsabschnitte drehfest, insbesondere einteilig miteinander verbunden sind. Insbesondere sind die Zahnräder eines jeweiligen Dreifachplanetenrades unterschiedlich groß. Beispielsweise weist das erste Zahnrad einen größeren Durchmesser als das zweite Zahnrad auf, wobei das zweite Zahnrad einen größeren Durchmesser als das dritte Zahnrad aufweist. Vorzugsweise ist das erste Zahnrad axial zwischen dem zweiten und dem dritten Zahnrad angeordnet.
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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.
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Ferner ist unter einer „Dreifachkupp!ungsvorrichtung“ eine Vorrichtung mit drei Kupplungen, nämlich der ersten, zweiten und dritten Kupplung zu verstehen. Unter einer „Kupplung“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweist. Insbesondere sind alle drei Kupplungen 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.
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Im geschlossenen Zustand der ersten Kupplung sind 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. Ferner sind im geschlossenen Zustand der dritten Kupplung die elektrische Maschine und das dritte Sonnenrad drehfest miteinander verbunden.
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Insbesondere kann die Dreifachkupplungsvorrichtung 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 Dreifachkupplungsvorrichtung integriert.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Öffnen aller drei Kupplungen der Dreifachkupplungsvorrichtung eine Leistungsabschaltung realisiert. Bei einer Leistungsabschaltung werden die elektrische Maschine und die Getriebevorrichtung, und somit auch der Fahrzeugabtrieb voneinander entkoppelt. Ein Schließen der ersten Kupplung und ein Öffnen der zweiten und dritten Kupplung realisiert eine erste Getriebeübersetzung. Ferner realisiert ein Schließen der zweiten Kupplung und ein Öffnen der ersten und dritten Kupplung eine zweite Getriebeübersetzung. Ein Schließen der dritten Kupplung und ein Öffnen der ersten und zweiten Kupplung realisiert eine dritte Getriebeübersetzung. Vorzugsweise sind die drei Getriebeübersetzungen ungleich. Beispielsweise ist die erste Getriebeübersetzung größer als die zweite Getriebeübersetzung, wobei die dritte Getriebeübersetzung größer oder kleiner als die erste und/oder dritte Getriebeübersetzung ist. Alternativ ist die erste Getriebeübersetzung kleiner als die zweite Getriebeübersetzung, wobei die dritte Getriebeübersetzung größer oder kleiner als die erste und/oder dritte Getriebeübersetzung ist.
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Vorzugsweise ist das Hohlrad stationär an einem Gehäuse der Getriebevorrichtung festgelegt. Somit ist das Hohlrad drehfest mit dem Gehäuse verbunden.
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Bevorzugt ist das Differentialgetriebe als Stirnraddifferential oder Kegelraddifferential ausgebildet, wobei das Differentialgetriebe dazu ausgebildet ist, eine Antriebsleistung und ein Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine auf eine erste und zweite Abtriebswelle zu verteilen. Insbesondere weist das als Stirnraddifferential ausgebildete 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. Demgegenüber weist das als Kegelraddifferential ausgebildete Differentialgetriebe einen Differentialkorb auf, an dem zwei Ausgleichsräder, die mit zwei Kegelräder im Zahneingriff stehen, drehbar gelagert sind. Das erste Kegelrad ist drehfest mit der ersten Abtriebswelle verbunden. Ferner ist das zweite Kegelrad drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbunden.
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Ferner bevorzugt weist die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor über eine Rotorwelle mit der Dreifachkupplungsvorrichtung verbunden ist. Mithin dient die Rotorwelle als Antriebswelle, die zwischen der elektrischen Maschine und der Dreifachkupplungsvorrichtung angeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine koaxial zum Planetengetriebe sowie achsparallel zum Differentialgetriebe angeordnet. Mit anderen Worten weisen die elektrische Maschine und das Planetengetriebe eine erste gemeinsame Drehachse auf, wobei das Differentialgetriebe eine zweite Drehachse aufweist.
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Vorzugsweise 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 achsparallel zur elektrischen Maschine angeordnete Differentialgetriebe 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 zu einer Abtriebsachse angeordnet. Vorzugsweise sind beide Abtriebswellen auf der Abtriebsachse angeordnet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die elektrische Maschine, das Planetengetriebe und das Differentialgetriebe koaxial zueinander angeordnet. Mit anderen Worten weisen die elektrische Maschine, das Planetengetriebe und das Differentialgetriebe eine gemeinsame Drehachse auf. Insbesondere ist eine Rotorwelle der elektrischen Maschine als Hohlwelle ausgebildet, wobei eine der beiden Abtriebswellen des Differentialgetriebes axial durch die Rotorwelle geführt ist.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiden Figur näher erläutert. Dabei 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.
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Gemäß den 1 und 2 weist eine jeweilige erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine 1, eine Dreifachkupplungsvorrichtung 2 mit einer ersten, zweiten und dritten Kupplung 2a, 2b, 2c 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 Dreifachkupplungsvorrichtung 2 angeordnet ist, in die Dreifachkupplungsvorrichtung 2 und darüber in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Die Getriebevorrichtung 3 umfasst ein Planetengetriebe 4 und ein Differentialgetriebe 6.
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Das Differentialgetriebe 6 ist vorliegend 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.
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Das Planetengetriebe 4 weist mehrere Dreifachplanetenräder 5 auf, die drehbar an einem Planetenträger 7 angeordnet sind. Vorliegend ist aufgrund der vereinfachten schematischen Darstellung nur ein Dreifachplanetenrad 5 dargestellt, wobei alle Dreifachplanetenräder 5 identisch zueinander ausgebildet sind. Der Planetenträger 7 ist mit dem Differentialgetriebe 6 wirkverbunden. Ferner weist jedes Dreifachplanetenrad 5 ein erstes, zweites und drittes Zahnrad 5a, 5b, 5c auf, wobei die Zahnräder 5a, 5b, 5c drehfest miteinander verbunden sind.
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Das erste Zahnrad 5a steht mit einem ersten Sonnenrad 8a im Zahneigriff. Das zweite Zahnrad 5b steht mit einem zweiten Sonnenrad 8b im Zahneingriff. Das dritte Zahnrad 5c steht mit einem dritten Sonnenrad 8c 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 Dreifachkupplungsvorrichtung 2 wirkverbunden. Demgegenüber ist das zweite Sonnenrad 8b mit einer zweiten Kupplung 2b der Dreifachkupplungsvorrichtung 2 wirkverbunden. Das dritte Sonnenrad 8c ist mit einer dritten Kupplung 2c der Dreifachkupplungsvorrichtung 2 wirkverbunden.
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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. Ferner wird zur Realisierung einer dritten Gangstufe die elektrische Maschine 1 über die Rotorwelle 17 und die dritte Kupplung 2c mit dem dritten Sonnenrad 8c drehfest verbunden. Vorliegend sind alles drei Kupplungen 2a, 2b, 2c der Dreifachkupplungsvorrichtung 2 als Reiblamellenkupplungen ausgebildet und ermöglichen eine Lastschaltfähigkeit. Die vorliegende Getriebearchitektur mit drei Gangstufen reduziert gegenüber einer Getriebearchitektur mit nur zwei Gangstufen die Gangsprünge und erhöht gleichzeitig die Getriebespreizung.
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In der ersten Gangstufe ist die erste Kupplung 2a geschlossen und die zweite sowie dritte Kupplung 2b, 2c sind geöffnet, sodass die elektrische Maschine 1 die Antriebsleistung über die Dreifachkupplungsvorrichtung 2 nur auf das erste Sonnenrad 8a überträgt, um das erste Zahnrad 5a anzutreiben. Das dritte Zahnrad 5c stützt sich am gehäusefesten Hohlrad 9 ab. Mithin überträgt das Dreifachplanetenrad 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 Dreifachkupplungsvorrichtung 2 nur auf das zweite Sonnenrad 8b überträgt, um das zweite Zahnrad 5b anzutreiben. Dadurch ändert sich die Übersetzung des Planetengetriebes 4. Wenn die zweite Kupplung 2b geöffnet und die dritte Kupplung 2c geschlossen wird, erfolgt die Einleitung der dritten Gangstufe, wobei dann die elektrische Maschine 1 die Antriebsleistung über die Dreifachkupplungsvorrichtung 2 nur auf das dritte Sonnenrad 8c überträgt, um das dritte Zahnrad 5c anzutreiben. Dadurch ändert sich die Übersetzung des Planetengetriebes 4. Mithin ist die Antriebsvorrichtung zwischen der ersten, zweiten und dritten Gangstufe unter Last schaltbar.
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Gemäß 1 ist die elektrische Maschine 1 koaxial zum Planetengetriebe 4 sowie achsparallel zum Differentialgetriebe 6 angeordnet. Mithin ist die Rotorwelle 17 achsparallel zu den beiden Abtriebswellen 12a, 12b angeordnet. Der Planetenträger 7 ist 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. Somit 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.
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Nach 2 sind die elektrische Maschine 1, das Planetengetriebe 4 und das Differentialgetriebe 6 koaxial zueinander angeordnet. Mit anderen Worten ist die Abtriebsachse 19 identisch mit der Antriebsachse 18, wobei die elektrische Maschine 1, das Planetengetriebe 4 und das Differentialgetriebe 6 eine gemeinsame Drehachse aufweisen. Vorliegend ist die Rotorwelle 17 als Hohlwelle ausgebildet, wobei die erste Abtriebswelle 12a axial durch die Rotorwelle 17 geführt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Dreifachkupplungsvorrichtung
- 2a, 2b, 2c
- Kupplung
- 3
- Getriebevorrichtung
- 4
- Planetengetriebe
- 5
- Dreifachplanetenrad
- 5a, 5b, 5c
- Zahnrad
- 6
- Differentialgetriebe
- 7
- Planetenträger
- 8a, 8b, 8c
- Sonnenrad
- 9
- Hohlrad
- 10
- Differentialkorb
- 11
- Gehäuse
- 12a, 12b
- Abtriebswelle
- 13
- Zahnrad
- 14
- Verzahnung
- 15
- Stator
- 16
- Rotor
- 17
- Rotorwelle
- 18
- Antriebsachse
- 19
- Abtriebsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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