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Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebsachse. Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der
US 8 562 476 B2 , ist ein Differentialgetriebe mit einem Planetenradgetriebe gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Differentialgetriebe zu einer elektrischen Antriebsachse weiterzubilden und damit eine effiziente Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem ersten Patentanspruch gelöst, beziehungsweise durch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebsachse gemäß Patentanspruch 8, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer elektrischen Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug eine Antriebsachse für einen Personenkraftwagen zu verstehen, welche mittels eines elektromechanischen Energiewandlers, vorzugsweise also mittels eines Elektromotors, antreibbar ist, um damit Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen des Personenkraftwagens abzugeben.
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Vorzugsweise weist die elektrische Antriebsachse eine Antriebsgetriebeeinrichtung und ein Differentialgetriebe auf. Weiter vorzugsweise weist die Antriebsgetriebeeinrichtung ein Umlaufgetriebe mit einem Planetengetrieberadsatz und ein Übertragergetriebe auf.
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Weiter vorzugsweise weist das Differentialgetriebe eine erste und eine zweite Abtriebswelle auf, mit welchen Antriebsleistung von diesem Differentialgetriebe zu einem ersten und einem zweiten Antriebsrad übertragbar ist, wobei mit diesen Antriebsrädern die Antriebsleistung auf eine Fahrbahnoberfläche übertragbar ist. Die beiden Abtriebswellen sind koaxial zueinander und drehbar um eine Abtriebsachse angeordnet.
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Vorzugsweise ist das Differentialgetriebe als ein Stirnraddifferential- und bevorzugt als ein Kegelraddifferentialgetriebe ausgebildet und insbesondere ist das Differentialgetriebe zum Ermöglichen unterschiedlicher Drehzahlen der ersten und der zweiten Abtriebswelle eingerichtet, so wie diese insbesondere bei Durchfahren einer Kurve mit der elektrischen Antriebsachse auftreten können. Die Verwendung von Differentialgetrieben ist im Stand der Technik bekannt.
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Weiter vorzugsweise ist der elektromechanische Energiewandler als eine Antriebsmaschine der elektrischen Antriebsachse zum Bereitstellen der Antriebsleistung zu verstehen. Vorzugsweise ist von dieser Antriebsmaschine Antriebsleistung in Form einer Drehzahl und eines Drehmoments über eine Motorwelle abgebbar. Vorzugsweise ist diese Motorwelle und damit die Antriebsmaschine achsparallel und radial beabstandet zu dieser Abtriebsachse und damit zu wenigstens einer der Abtriebswellen angeordnet.
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Insbesondere zum Überbrücken des radialen Abstandes zwischen der Motorwelle und der Abtriebsachse und damit zwischen der Antriebsmaschine und dem Differentialgetriebe weist die elektrische Antriebsachse die Antriebsgetriebeeinrichtung mit dem Übertragergetriebe auf. Vorzugsweise ist das Übertragergetriebe als eine sogenannte Räderkette mit wenigstens drei Zahnrädern ausgebildet. Vorzugsweise ist wenigstens ein erstes dieser Zahnräder koaxial zu der Motorwelle angeordnet und vorzugsweise drehfest mit dieser verbunden oder bevorzugt drehfest mit dieser verbindbar. Weiter vorzugsweise ist das erste Zahnrad auf einer Getriebeeingangswelle der Antriebsgetriebeeinrichtung angeordnet und vorzugsweise ist diese Getriebeeingangswelle koaxial zu dieser Motorwelle angeordnet.
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Weiter vorzugsweise ist ein zweites dieser Zahnräder koaxial zu dieser Antriebsachse angeordnet und vorzugsweise ist ein drittes Zahnrad dieser Räderkette als ein Zwischenrad ausgebildet, welches sowohl mit dem ersten Zahnrad, wie auch mit dem zweiten Zahnrad, zur Übertragung der Antriebsleistung von der Antriebsmaschine zu dem Differentialgetriebe in Eingriff steht. Insbesondere mittels einer Räderkette ist zum einen ein radialer Abstand überbrückbar, so wie dieser vorliegend zwischen der Motorwelle und dem Differentialgetriebe besteht, und zum anderen ist Antriebsleistung mit einem hohen Wirkungsgrad übertragbar.
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Weiter weist die Antriebsgetriebeeinrichtung ein Umlaufgetriebe mit einem Planetengetrieberadsatz auf. Vorzugsweise weist der Planetengetrieberadsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenradträger und wenigstens ein Planetenrad, vorzugsweise eine Vielzahl von Planetenrädern, welches drehbar auf diesem Planetenradträger gelagert ist und welches weiter vorzugsweise sowohl mit dem Sonnenrad, wie auch mit dem Hohlrad zur Übertragung von Antriebsleistung in Eingriff steht. Derartige Umlaufgetriebe und Planetengetrieberadsätze sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Vorzugsweise ist das Übertragergetriebe, bevorzugt die Räderkette, derart ausgebildet, dass diese bezogen auf die Leistungsübertragung von der Antriebsmaschine zu dem Differentialgetriebe eine Übersetzung ins Langsame aufweist. Untersuchungen haben gezeigt, dass Antriebsmaschinen, insbesondere ein Elektromotor, einen für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug günstigen Bauraumbedarf aufweist, wenn dieser die Antriebsleistung mit einer Drehzahl von mehr als 1000 Umdrehungen pro Minute abgibt, bei derartig hohen Drehzahlen von der Antriebsmaschine ist dann aber eine Übersetzung ins Langsame notwendig.
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Bezogen auf die Übertragung der Antriebsleistung von der elektrischen Antriebsmaschine auf das Differentialgetriebe ist das Umlaufgetriebe nach dem Übertragergetriebe und vor dem Differentialgetriebe angeordnet. Insbesondere mittels einer solchen Anordnung ist ein besonders kompakter Aufbau der elektrischen Antriebsachse ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Planetenradträger des Planetengetrieberadsatzes drehfest mit einem Differentialkorb des Differentialgetriebes verbunden. Im Sinne der Erfindung ist unter dem Differentialkorb des Differentialgetriebes ein Getriebebauteil zu verstehen, auf welchem wenigstens ein Differentialrad drehbar gelagert ist, wobei dieses Differentialrad zum Ermöglichen einer Drehzahldifferenz zwischen der ersten und der zweiten Abtriebswelle eingerichtet ist. Vorzugsweise weist das Differentialgetriebe eine Vielzahl von Differentialrädern auf. Weiter vorzugsweise ist über diesen Differentialkorb die Übertragung der Antriebsleistung vom Planetengetrieberadsatz in Richtung auf diese Abtriebswellen ermöglicht. Insbesondere durch eine drehfeste Verbindung des Planetenradträgers mit dem Differentialkorb ist ein besonders platzsparender Aufbau der elektrischen Antriebsachse ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Übertragergetriebe eine Getriebeausgangswelle auf. Vorzugsweise ist diese Getriebeausgangswelle achsparallel und radial beabstandet zu der Getriebeeingangswelle des Übertragergetriebes angeordnet. Weiter vorzugsweise ist die Getriebeausgangswelle drehfest mit dem Sonnenrad des Planetengetrieberadsatzes verbindbar oder ist bevorzugt drehfest mit dem Sonnenrad des Planetengetrieberadsatzes verbunden. Weiter vorzugsweise ist das zweite Zahnrad der Räderkette drehfest mit der Getriebeausgangswelle verbindbar und bevorzugt ist die Getriebeausgangswelle drehfest mit diesem zweiten Zahnrad der Räderkette verbunden. Insbesondere durch einen derartigen Aufbau der elektrischen Antriebsachse ist ein besonders platzsparender Aufbau dieser ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Antriebsgetriebeeinrichtung ein Antriebsgetriebegehäuse auf. Vorzugsweise ist dieses Antriebsgetriebegehäuse wenigstens zur Aufnahme des Umlaufgetriebes eingerichtet, vorzugsweise zur Aufnahme des Umlaufgetriebes und des Übertragergetriebes und bevorzugt zur Aufnahme des Übertragergetriebes, des Umlaufgetriebes und des Differentialgetriebes.
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Weiter vorzugsweise ist das Hohlrad des Planetengetrieberadsatzes drehfest mit diesem Antriebsgetriebegehäuse verbindbar und bevorzugt ist dieses Hohlrad drehfest mit dem Antriebsgetriebegehäuse verbunden. Insbesondere durch das Festlegen des Hohlrads gegenüber dem Antriebsgetriebegehäuse ist eine besonders bevorzugte Übersetzung für das Umlaufgetriebe darstellbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Übertragergetriebe als eine Räderkette mit wenigstens 3 und bevorzugt mit genau 3, Zahnrädern ausgebildet. Vorzugsweise ist das erste Zahnrad dieser Räderkette konzentrisch zu der Motorwelle der Antriebsmaschine angeordnet und vorzugsweise drehfest mit dieser verbindbar oder bevorzugt drehfest mit dieser verbunden. Weiter vorzugsweise ist das zweite Zahnrad dieser Räderkette konzentrisch zum Sonnenrad des Planetengetrieberadsatzes angeordnet und ist vorzugsweise drehfest mit diesem verbindbar oder ist bevorzugt drehfest mit diesem verbunden. Vorzugsweise weist die Räderkette als drittes Zahnrad das Zwischenrad auf, welches einerseits mit dem ersten Zahnrad und andererseits mit dem zweiten Zahnrad zur Leistungsübertragung in Eingriff steht. Insbesondere durch einen derartigen Aufbau des Übertragergetriebes ist die Übertragung von Antriebsleistung von der Antriebsmaschine zum Umlaufgetriebe und damit zum Differentialgetriebe mit geringem Aufwand und hohem Wirkungsgrad ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Übertragergetriebe zur Übertragung von Antriebsleistung von der Antriebsmaschine zu dem Differentialgetriebe oder anders gewendet von der Getriebeeingangs-auf die Getriebeausgangswelle, eine erste und eine zweite Stirnradstufe auf. Insbesondere durch das Ersetzen der Räderkette durch diese erste und diese zweite Stirnradstufe ist es ermöglicht, das Übersetzungsverhältnis von der Getriebeeingangs- auf die Getriebeausgangswelle besser abzustimmen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Getriebeausgangswelle des Übertragergetriebes als Hohlwelle ausgebildet. Vorzugsweise ist die erste Abtriebswelle des Differentialgetriebes konzentrisch zu dieser Getriebeausgangswelle angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise wenigstens abschnittsweise durch diese hindurch. Insbesondere durch eine derartige Ausgestaltung der elektrischen Antriebsachse ist ein besonders platzsparender Aufbau dieser ermöglicht.
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Weiter ist ein Kraftfahrzeug vorgesehen, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug, mit wenigstens einer antreibbaren Kraftfahrzeugachse, wobei diese Kraftfahrzeugachse eine elektrisch antreibbare Kraftfahrzeugachse der zuvor beschriebenen Bauart ist. Insbesondere durch eine derartige elektrisch antreibbare Kraftfahrzeugachse ist ein besonders effizienter Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand der teilweise schematisierten Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
- 1: eine Schnittdarstellung der elektrischen Antriebsachse,
- 2: einen schematisierten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen elektrischen Antriebsachse.
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Zum Antrieb des Kraftfahrzeugs ist über die Getriebeeingangswelle 1 Antriebsleistung von der elektrischen Antriebsmaschine (nicht dargestellt) bereitstellbar. Von der Getriebeeingangswelle 1 wird beim Antreiben des Kraftfahrzeugs über das Übertragergetriebe 3 die Antriebsleistung auf das Umlaufgetriebe 4 übertragen und von diesem an das Differentialgetriebe 5 abgegeben.
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Das Differentialgetriebe 5 weist eine Vielzahl von Kegelrädern auf, von welchen das Kegelrad 10 dargestellt ist, dabei sind diese Kegelräder als sogenanntes Differentialräder zu verstehen, weiter weist das Differentialgetriebe 5 einen Differentialkorb 9 auf, auf welchem das Kegelrad 10 drehbar gelagert ist. Mit dem Differentialgetriebe 5 sind unterschiedliche Raddrehzahlen der antreibbaren Räder (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs, von welchen eines mit der ersten Abtriebswelle 6 und eines mit der zweiten Abtriebswelle 7 verbunden ist.
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Das Übertragergetriebe 3 weist eine Räderkette aus dem ersten Zahnrad 21, welches drehfest mit der Getriebeeingangswelle 1 verbunden ist, dem Zwischenrad 23 und dem zweiten Zahnrad 22 auf. Das zweite Zahnrad 22 ist drehfest mit der Getriebeausgangswelle 2 und somit mit dem Sonnenrad 13 verbunden. Die erste Abtriebswelle 6 ist koaxial zur Getriebeausgangswelle 2 angeordnet und durch diese hindurchgeführt, dabei ist die Getriebeausgangswelle 2 als Hohlwelle ausgebildet. Zur Leistungsübertragung kämmt das Zwischenrad 23 sowohl mit dem ersten Zahnrad 21 wie auch mit dem zweiten Zahnrad 22.
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Die erste und zweite Abtriebsachse 6, 7 sind koaxial zueinander und konzentrisch zur Abtriebsachse 26 angeordnet. Die Abtriebsachse 26 ist achsparallel und radial beabstandet zur Getriebeeingangswelle 1 und damit zur elektrischen Antriebsmaschine (nicht dargestellt), angeordnet.
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Der Differentialkorb 5 ist drehfest mit dem Planetenradträger 24 verbunden. Das Hohlrad 11 ist drehfest mit dem Antriebsgetriebegehäuse 8 verbunden, dem Hohlrad 11 ist damit kinematisch die Drehzahl Null vorgegeben und für den Antrieb des Kraftfahrzeugs ist so ein günstiges Übersetzungsverhältnis mit dem Umlaufgetriebe erreichbar. Das Planetenrad 12 des Planetengetrieberadsatzes kämmt zur Leistungsübertragung sowohl mit dem Sonnenrad 13, wie auch mit dem Hohlrad 11.
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In 2 ist ein schematisierter Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugachse der zuvor beschriebenen Bauart dargestellt. Neben der elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugachse 25 weist der Kraftfahrzeugantriebsstrang noch die lenkbare aber nicht angetriebene Kraftfahrzeugachse 18 auf. Weiter ist es ebenso möglich, dass beide Kraftfahrzeugachsen angetrieben sind. Weiter ist es ermöglicht, dass wenigstens eine der beiden Kraftfahrzeugachse mittels einer Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist.
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Die elektrisch antreibbare Kraftfahrzeugachse 25, welche in gleicher Form in 1 dargestellt ist, ist mittels der ersten Abtriebswelle 6 mit dem ersten antreibbaren Rad 16 und mittels der zweiten Abtriebswelle 7 mit dem zweiten antreibbaren Rad 17 verbunden. Die elektrische Antriebsmaschine 14 ist mit der Getriebeeingangswelle 1 drehfest verbunden und stellt zum Antreiben des Kraftfahrzeugs Antriebsleistung über diese Getriebeeingangswelle 1 zur Verfügung.
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Mit der nicht angetriebenen Kraftfahrzeugachse 18 ist das erste lenkbare Rad 19 und das zweite lenkbare Rad 20 verbunden. In 2 sind diese beiden Räder 19, 20 in einer eingeschlagenen Position (Kurvenfahrt) dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebeeingangswelle
- 2
- Getriebeausgangswelle
- 3
- Übertragergetriebe
- 4
- Umlaufgetriebe
- 5
- Differentialgetriebe
- 6
- erste Abtriebswelle
- 7
- zweite Abtriebswelle
- 8
- Antriebsgetriebegehäuse
- 9
- Differentialkorb
- 10
- Kegelrad von 5
- 11
- Hohlrad
- 12
- Planetenrad
- 13
- Sonnenrad
- 14
- Elektrische Antriebsmaschine
- 15
- Antriebsgetriebeeinrichtung
- 16
- erstes antreibbares Rad
- 17
- zweites antreibbares Rad
- 18
- nicht angetriebene Achse
- 19
- erstes gelenktes Rad
- 20
- zweites gelenktes Rad
- 21
- erstes Zahnrad
- 22
- zweites Zahnrad
- 23
- Zwischenrad
- 24
- Planetenradträger
- 25
- Elektrische Antriebssachse
- 26
- Abtriebsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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