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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung mindestens eine erste und zweite Planetenradstufe sowie eine Differentialstufe aufweist, und wobei die erste und die zweite Planetenradstufe mit einer Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten lastschaltbaren Kupplung wirkverbunden sind.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Antriebsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge bekannt. Beispielsweise zeigt
DE 10 2011 088 668 A1 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.
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Auch zeigt die
DE 10 2004 024 086 A1 eine Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Antriebsaggregat, das über ein Differenzialgetriebe auf zwei Abtriebswellen wirkt, wobei an den Abtriebswellen unter Zwischenschaltung zumindest eines Überlagerungsgetriebes eine Einrichtung vorgesehen, ist, mittels der Abtriebsmoment von der einen Abtriebswelle zur anderen Abtriebswelle verlagerbar ist. Zur Bereitstellung einer steuerungstechnisch und funktionell besonders effektiven Antriebsvorrichtung wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung durch zumindest eine als Elektromotor und als Generator schaltbare Elektromaschine gebildet ist.
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Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass aufgrund einer komplexen Getriebestruktur eine große Anzahl an unterschiedlichen Bauteilen und Komponenten verbaut werden und daher die Fertigungskosten steigen und die Montage erschwert wird.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll eine Antriebsvorrichtung bzw. ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug weiterentwickelt werden, wobei der Fokus auf einer möglichst einfachen Getriebestruktur mit vielen Gleichteilen und passender Übersetzungsaufteilung bzw. Spreizung liegt.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Sonnenrad einer Planetenradstufe (dauerhaft) drehfest mit einem Planetenradträger der anderen Planetenradstufe verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist.
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Dies hat den Vorteil, dass in dem Antriebsstrang mit möglichst einfacher Getriebestruktur ein Zweigangbetrieb umsetzbar ist.
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Die Getriebevorrichtung weist mindestens eine erste und zweite Planetenradstufe sowie eine Differentialstufe auf, wobei die erste Planetenradstufe einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern aufweist, wobei die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes drehbar an einem ersten Planetenradträger angeordnet sind und mit einem ersten Sonnenrad sowie mit einem ersten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei die zweite Planetenradstufe einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern aufweist, wobei die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes drehbar an einem zweiten Planetenradträger angeordnet sind und mit einem zweiten Sonnenrad sowie mit einem zweiten Hohlradrad im Zahneingriff stehen, und wobei die erste und die zweite Planetenradstufe mit einer Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten lastschaltbaren Kupplung wirkverbunden sind.
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Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist dabei zu verstehen, dass zwei Getriebeelemente zur Drehmomentübertragung direkt miteinander verbunden sein können, oder dass sich zwischen zwei Getriebeelementen zur Drehmomentübertragung noch weitere Getriebeelemente befinden, beispielsweise eine Welle oder mehrere Wellen oder Zahnräder. Zwei miteinander im Zahneingriff stehende bzw. kämmende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem Zahnrad sind beispielsweise ein Sonnenrad, ein Hohlrad sowie ein Planetenrad eines Planetenradsatzes zu verstehen.
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Unter einer Doppelkupplungsvorrichtung ist eine Vorrichtung mit zwei lastschaltbaren Kupplungen zu verstehen. Ferner ist unter dem Begriff „lastschaltbare Kupplung“ eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweist und unter Last zwischen den mindestens zwei Zuständen schaltbar ist. Im geöffneten Zustand überträgt die Kupplung kein Drehmoment.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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In einer bevorzugten Ausführung kann ein Sonnenrad der anderen Planetenradstufe drehfest mit der Antriebswelle verbunden sein.
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Zudem kann es zweckmäßig sein, wenn ein Hohlrad der ersten Planetenradstufe über die erste Kupplung oder der Planetenradträger der zweiten Planetenradstufe über die zweite Kupplung ortsfest in einem Gehäuse festgelegt ist.
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Ferner ist es denkbar, dass der Planetenradträger der ersten Planetenradstufe ortsfest in dem Gehäuse festgelegt ist.
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Somit erlaubt die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung eine große Flexibilität bei der konstruktiven Ausgestaltung der Getriebestruktur, was die Anpassung der gewünschten Übersetzung und Spreizung erleichtert, ohne die Getriebestruktur unnötig zu verkomplizieren.
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Des Weiteren kann eine vorteilhafte Ausgestaltung zudem dadurch gekennzeichnet sein, dass im Drehmomentfluss zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der Differentialstufe ein zusätzliches Reduziergetriebe angeordnet ist. Dabei kann das Reduziergetriebe eingangsseitig zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der ersten Planetenradstufe oder ausgangsseitig zwischen der zweiten Planetenradstufe und der Differentialstufe angeordnet sein. Das zusätzliche Reduziergetriebe erhöht die Spreizung der Getriebevorrichtung und kann beispielsweise als Stirnradstufe oder als weitere Planetenradstufe ausgeführt sein.
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Die erste und zweite Kupplung der Doppelkupplungsvorrichtung können vorzugsweise als Reibkupplung ausgebildet sein. Ferner können die beiden Kupplungen bevorzugt koaxial zueinander angeordnet sein. Insbesondere kann die jeweilige Kupplung von einem jeweiligen Aktuator betätigt werden, um ein Öffnen oder Schließen der jeweiligen Kupplung einzuleiten. Der Aktuator kann hydraulisch, elektromechanisch, elektromagnetisch oder beispielsweise auch pneumatisch betätigbar ausgeführt sein.
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Dabei ist es zweckmäßig, wenn ein Öffnen beider Kupplungen zugleich eine Leistungsabschaltung realisieren kann. Ein Schließen der ersten Kupplung und ein Öffnen der zweiten Kupplung kann eine erste Getriebeübersetzung realisieren, wohingegen ein Schließen der zweiten Kupplung und ein Öffnen der ersten Kupplung eine zweite Getriebeübersetzung realisieren kann. Um einen weitestgehend zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgang von der einen Kupplung zur anderen Kupplung zu gewährleisten, kann die eine Kupplung in einem zeitlichen Übergangsbereich, während sich die andere schließt, öffnen. Über den Schlupf in den Kupplungen, ausgebildet als Reibkupplungen, kann so eine drehmomentunterbrechungsfreie Umschaltung zwischen zwei Getriebestufen stattfinden, welche als zugkraftunterbrechungsfreier Umschaltmodus zwischen zwei Getriebestufen vom Betreiber der Antriebsvorrichtung wahrgenommen werden kann, wodurch wiederum der Schaltkomfort für den Betreiber der Antriebvorrichtung gesteigert wird. Vorzugsweise ist die erste Getriebeübersetzung ungleich der zweiten Getriebeübersetzung. Beispielsweise kann die erste Getriebeübersetzung größer als die zweite Getriebeübersetzung sein. Alternativ kann die erste Getriebeübersetzung kleiner als die zweite Getriebeübersetzung sein.
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Ferner weist die elektrische Antriebsmaschine bevorzugt einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Die Antriebswelle kann als Rotorwelle ausgebildet sein oder es besteht ein Achsversatz zwischen der Antriebs- und der Rotorwelle, wobei eine Drehmomentübertragungsvorrichtung (Reduziergetriebe) zwischen beiden Wellen angeordnet sein kann.
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Ferner ist die Differentialstufe bevorzugt als Stirnraddifferential ausgebildet, wobei die Differentialstufe dazu vorgesehen ist, eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine auf eine erste und zweite Abtriebswelle zu verteilen.
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Die Antriebsmaschine kann koaxial oder achsparallel zur Differentialstufe angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Antriebswelle koaxial zu zumindest einer, insbesondere zwei, Abtriebswelle(n) angeordnet. Insbesondere ist die Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet, wobei wenigstens eine der beiden Abtriebswellen axial durch die Antriebswelle geführt ist. Vorzugsweise sind die beiden Abtriebswellen auf einer gemeinsamen Antriebsachse angeordnet. Alternativ ist die Antriebwelle achsparallel zu den beiden Abtriebswellen angeordnet, wobei achsparallel bedeutet, dass ein Achsversatz zwischen Antriebswelle und Abtriebswellen vorhanden ist.
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Mit anderen Worten, betrifft die Erfindung ein Zwei-Gang-Getriebe für elektrische Achsen mit Sonne-Träger-Bindung. Auf der Suche nach Getrieben für zwei Gänge mit vorteilhafter Übersetzungsaufteilung in achsparalleler und koaxialer Anordnung soll eine möglichst einfache Getriebestruktur mit vielen Gleichteilen und passender Übersetzungsaufteilung bzw. Spreizung durch eine Kombination zweier Planetenradstufen mit einer Stirnradstufe und einem als Doppelkupplung oder Synchroeinheit ausgestalteten Schaltelement bereitgestellt werden, wobei die Grundstruktur des Getriebes eine Sonne-Träger-Bindung aufweist. Bei einer ersten möglichen koaxialen Ausgestaltung mit einem mittig angeordneten Schaltelement kann eine hohe Übersetzung bei geringer Spreizung erreicht werden. Optional kann eine beispielsweise als Stirnraddifferenzial ausgeführte, zusätzliche Stirnradstufe sowohl vorangestellt als auch nachgeschaltet werden, was wiederum die umsetzbare Übersetzung erhöht. Eine zweite koaxiale Ausgestaltung mit mittig angeordnetem Schaltelement und optionaler, vorangestellter bzw. nachgeschalteter Stirnradstufe ermöglicht eine hohe Übersetzung bei geringer Spreizung. Auch hier kann die Übersetzung durch ein mögliches Voran- bzw. Nachstellen der Stirnradstufe erhöht werden.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Die Figuren zeigen jeweils eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus erfindungsgemäßer Antriebsvorrichtungen. Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
- 2 eine Modifikation der Antriebsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und
- 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 in koaxialer Bauweise.
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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug weist eine - hier nicht dargestellte - elektrische Antriebsmaschine und eine Getriebevorrichtung 3 auf. Die elektrische Antriebsmaschine weist einen Stator sowie einen Rotor auf. Eine Antriebsleistung (Drehmoment) der elektrischen Antriebsmaschine wird über eine Antriebswelle 2, die zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der Getriebevorrichtung 3 angeordnet und als Rotorwelle ausgebildet ist, in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet.
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Die Getriebevorrichtung 3 umfasst eine erste und zweite Planetenradstufe 4, 5 sowie eine Differentialstufe 6. Die erste Planetenradstufe 4 weist einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern 7a auf, welche drehbar an einem ersten Planetenradträger 8a angeordnet sind und mit einem ersten Sonnenrad 9a sowie mit einem ersten Hohlrad 10a im Zahneingriff stehen. Mithin kämmen die Planetenräder 7a des ersten Planetenradsatzes radial zwischen dem ersten Sonnenrad 9a und dem ersten Hohlrad 10a. Die zweite Planetenradstufe 5 weist einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern 7b auf, welche drehbar an einem zweiten Planetenradträger 8b angeordnet sind und mit einem zweiten Sonnenrad 9b sowie mit einem zweiten Hohlrad 10b im Zahneingriff stehen. Mithin kämmen die Planetenräder 7b des zweiten Planetenradsatzes radial zwischen dem zweiten Sonnenrad 9b und dem zweiten Hohlrad 10b.
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Des Weiteren ist eine Doppelkupplungsvorrichtung 11 mit einer ersten Kupplung 12a und einer zweiten Kupplung 12b vorgesehen. Ein Schließen der ersten Kupplung 12a und ein Öffnen der zweiten Kupplung 12b realisiert eine erste Getriebeübersetzung, wobei ein Schließen der zweiten Kupplung 12b und ein Öffnen der ersten Kupplung 12a eine zweite Getriebeübersetzung realisiert. Die erste Getriebeübersetzung ist ungleich der zweiten Getriebeübersetzung. Durch ein Öffnen beider Kupplungen 12a, 12b wird eine Leistungsabschaltung realisiert.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, kann durch Schalten der Doppelkupplungsvorrichtung 11 wahlweise das von der elektrischen Antriebsmaschine über die Getriebevorrichtung 3 auf die Differentialstufe 6 übertragene Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Getriebeübersetzung variiert werden. Das so übertragene Drehmoment wird schließlich von der Differentialstufe 6 auf Abtriebswellen 13a, 13b, welche beispielsweise mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbunden sind, weitergeleitet.
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Die Getriebevorrichtung 3 ermöglicht somit im Wesentlichen einen Zwei-Gang-Betrieb des Kraftfahrzeugs.
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Wie in 1 zu erkennen, ist in der Antriebsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das erste Sonnenrad 9a drehfest auf der Antriebswelle 2 angeordnet bzw. ausgebildet. D.h. das Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine wird über die Antriebswelle 2 und das erste Sonnenrad 9a in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet.
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Der erste Planetenradträger 8a ist in dem ersten Ausführungsbeispiel dauerhaft drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 9b verbunden. Der zweite Planetenradträger 8b wiederum ist ausgangsseitig mit der Differentialstufe 6 wirkverbunden, so dass das Drehmoment über den zweiten Planetenradträger 8b aus der Getriebevorrichtung 3 ausgeleitet und über die Differentialstufe 6 auf die Abtriebswellen 13a, 13b verteilt wird. Zudem ist der zweite Planetenradträger 8b gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel über die zweite Kupplung 12b zur Drehmomentübertragung zwischen der ersten und der zweiten Planetenradstufe 4, 5 drehfest mit dem ersten Hohlrad 10a koppelbar.
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Wie in 1 gezeigt, kann das erste Hohlrad 10a zusätzlich über die erste Kupplung 12a drehfest / ortsfest in einem Gehäuse 14 festgelegt bzw. aufgenommen werden. Zudem ist das zweite Hohlrad 10b dauerhaft ortsfest in dem Gehäuse 14 angeordnet, so dass die Getriebevorrichtung 3 je nach Schaltung der Doppelkupplungsvorrichtung 11 über das zweite Hohlrad 10b oder das erste und das zweite Hohlrad 10a, 10b in dem Gehäuse 14 abgestützt wird. Somit kann, wie vorstehend beschrieben, der Drehmomentfluss von der elektrischen Antriebsmaschine durch die Getriebevorrichtung 3 auf die beiden Abtriebswellen 13a, 13b durch die Doppelkupplungsvorrichtung 11 zwischen der ersten Getriebeübersetzung und der zweiten Getriebeübersetzung variiert werden.
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2 zeigt eine Modifikation der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Nachstehend wird lediglich auf die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen.
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Bei der in 2 dargestellten, ersten Modifikation der Antriebsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Differentialstufe 6 als zusätzliche Planetenradstufe ausgebildet. Dabei ist ein als Doppelplanet ausgeführter Planetenradträger drehfest mit dem zweiten Planetenradträger 8b verbunden. Zwei Planetenradsätze sind auf dem Doppelplaneten gelagert und stehen jeweils mit einem auf den Abtriebswellen 13a, 13b ausgebildeten Sonnenrädern im Zahneingriff.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 in koaxialer Bauweise. Nachstehend wird im Wesentlichen auf die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung 1 eingegangen.
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In der Antriebsvorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das zweite Sonnenrad 9b drehfest auf der Antriebswelle 2 angeordnet bzw. ausgebildet, so dass das Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine über das zweite Sonnenrad 9b in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet wird. Das erste Sonnenrad 9a ist hier wiederum drehfest mit dem zweiten Planetenradträger 8b verbunden.
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Der erste Planetenradträger 8a ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel einerseits ortsfest in dem Gehäuse 14 aufgenommen. D.h. die Getriebevorrichtung 3 wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel über den ersten Planetenradträger 8a in dem Gehäuse 14 abgestützt. Andererseits kann der zweite Planetenradträger 8b über die zweite Kupplung 12b drehfest mit dem zweiten Hohlrad 10b gekoppelt werden.
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Wie in 3 zu erkennen, ermöglicht die erste Kupplung 12a in dem zweiten Ausführungsbeispiel eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Hohlrad 10a und dem zweiten Hohlrad 10b. Des Weiteren ist das erste Hohlrad 10a mit der Differentialstufe 6 wirkverbunden, so dass das Drehmoment in Abhängigkeit der Schaltung der Doppelkupplungsvorrichtung 11 über das erste Hohlrad 10a oder den drehfesten Verbund aus dem ersten Hohlrad 10a und dem zweiten Hohlrad 10b aus der Getriebevorrichtung 3 über die Differentialstufe 6 auf die Abtriebswellen 13a, 13b übertragen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsvorrichtung
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Getriebevorrichtung
- 4
- erste Planetenradstufe
- 5
- zweite Planetenradstufe
- 6
- Differentialstufe
- 7a, 7b
- Planetenrad
- 8a, 8b
- Planetenradträger
- 9a, 9b
- Sonnenrad
- 10a, 10b
- Hohlrad
- 11
- Doppelkupplungsvorrichtung
- 12a, 12b
- Kupplung
- 13a, 13b
- Abtriebswelle
- 14
- Gehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011088668 A1 [0002]
- DE 102004024086 A1 [0003]
