DE102020122906A1 - Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine (1), die über eine Antriebswelle (2) mit einer Getriebevor-richtung (3) wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung (3) mindestens eine erste und zweite Planetenradstufe (4, 5) sowie eine Differentialstufe (6) aufweist, wobei die erste Planetenradstufe (4) einen erste Planetenradsatz mit mehreren Planetenräder (7a) aufweist, wobei die Planetenräder (7a) des ersten Planetenradsatzes drehbar an einem ersten Planetenradträger (8a) angeordnet sind und mit einer ersten Sonnenrad (9a) sowie mit einem ersten Hohlrad (10a) im Zahneingriff stehen, wobei die zweite Planetenradstufe (5) einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern (7b) aufweist, wobei die Planetenräder (7b) des zweiten Planetenradsatzes drehbar an einem zweiten Planetenradträger (8b) angeordnet sind und mit einer zweiten Sonnenrad (9b) sowie mit einem zweiten Hohlrad (10b) im Zahneingriff stehen, wobei der erste Planetenradträger (8a) drehfest mit einer zweiten lastschaltbaren Kupplung (12b) verbunden ist, und der zweite Planetenradträger (8b) über die zweite Kupplung (12b) mit dem ersten Planetenradträger (8a) verbunden ist, wobei die Antriebswelle (2) mit dem ersten Sonnenrad (9a) verbunden ist, und das erste Sonnenrad (9a) mit einer ersten lastschaltbaren Kupplung (12a) verbunden ist, und wobei das zweite Sonnenrad (9b) über die erste Kupplung (12a) mit dem ersten Sonnenrad (9a) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug.
  • 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 formschlüssigem 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 für ein Kraftfahrzeug weiterzuentwickeln.
  • Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfassT 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, wobei die erste Planetenradstufe einen erste Planetenradsatz mit mehreren Planetenräder aufweist, wobei die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes drehbar an einem ersten Planetenradträger angeordnet sind und mit einer 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 einer zweiten Sonnenrad sowie mit einem zweiten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei der erste Planetenradträger drehfest mit einer zweiten lastschaltbaren Kupplung verbunden ist, und der zweite Planetenradträger über die zweite Kupplung mit dem ersten Planetenradträger verbunden ist, wobei die Antriebswelle mit dem ersten Sonnenrad verbunden ist, und das erste Sonnenrad mit einer ersten lastschaltbaren Kupplung verbunden ist, und wobei das zweite Sonnenrad über die erste Kupplung mit dem ersten Sonnenrad verbunden ist.
  • Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist zu verstehen, dass zwei Getriebeelemente direkt miteinander verbunden sein können, oder dass sich zwischen zwei Getriebeelemente noch weitere Getriebeelemente befinden, beispielsweise ein 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.
  • Die Wirkverbindung zwischen der Antriebwelle oder einer Abtriebswelle und einem auf der Welle angeordneten Sonnenrad kann auf zwei Arten ausgebildet sein. Einerseits kann das Sonnenrad beziehungsweise die Verzahnung des Sonnenrades direkt auf der Welle eingebracht worden sein, so dass Sonnenrad und Welle als ein Bauteil ausgebildet sind. Andererseits kann das Sonnenrad als von der Welle separat ausgebildetes Bauteil vorliegen, wobei das Sonnenrad auf die Welle drehmomentfest montiert wird beziehungsweise ist.
  • Unter dem Begriff „lastschaltbare Kupplung“ ist 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. Somit überträgt die Kupplung nur in einem zumindest teilweise geschlossenen Zustand ein Drehmoment zwischen zwei mit dieser Kupplung wirkverbundenen Wellen, wobei die beiden Wellen im geschlossenen Zustand drehfest miteinander verbunden werden.
  • Die jeweilige Kupplung ist insbesondere als Reibkupplung ausgebildet. Ferner bevorzugt sind die beiden Kupplungen koaxial zueinander angeordnet. 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.
  • Ein Öffnen beider Kupplungen kann eine Leistungsabschaltung realisieren. Ein Schließen der ersten Kupplung und ein Öffnen der zweiten Kupplung realisiert eine erste Getriebeübersetzung, wobei ein Schließen der zweiten Kupplung und ein Öffnen der ersten Kupplung eine zweite Getriebeübersetzung realisiert. Um einen weitestgehend zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgang von der einen Kupplung zur anderen Kupplung zu gewährleisten, öffnet die eine Kupplung in einem zeitlichen Übergangsbereich während sich die andere schließt. Über den Schlupf in den Kupplungen ausgebildet als Reibkupplungen findet so eine drehmomentunterbrechungsfreie Umschaltung zwischen zwei Getriebestufen statt, welche als zugkraftunterbrechungsfreier Umschaltmodus zwischen zwei Getriebestufen vom Betreiber der Antriebsvorrichtung wahrgenommen werden und so der Schaltkomfort für den Betreiber der Antriebvorrichtung gesteigert wird.
  • 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.
  • Bevorzugt weist die elektrische Antriebsmaschine 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 (Getriebe) zwischen beiden Wellen angeordnet ist.
  • 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.
  • Die Antriebsmaschine kann koaxial oder achsparallel zur Differentialstufe angeordnet sein.
  • Vorzugsweise ist die Antriebswelle koaxial zu den beiden Abtriebswellen angeordnet. Insbesondere ist die Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet, wobei 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.
  • Die Differentialstufe weist einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz auf, wobei die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes der Differentialstufe mit einer Verzahnung an der ersten Abtriebswelle im Zahneingriff stehen, wobei ferner die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes mit einer Verzahnung an der zweiten Abtriebswelle im Zahneingriff stehen, und wobei die Planetenräder beider Planetenradsätze paarweise miteinander im Zahneingriff stehen.
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Die Figuren zeigen jeweils eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
  • Es zeigt:
    • 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung und
    • 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
  • Gemäß der 1 weist die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug eine elektrische Antriebsmaschine 1 und eine Getriebevorrichtung 3 auf. Die Antriebsmaschine 1 weist einen Stator sowie einen Rotor auf. Eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine 1 wird über eine Antriebswelle 2, die zwischen der Antriebsmaschine und der Getriebevorrichtung 3 angeordnet und als Rotorwelle ausgebildet ist, in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet.
  • Die Getriebevorrichtung 3 umfasst eine erste und zweite Planetenradstufe 4, 5 sowie eine Differentialstufe 6. Die Differentialstufe 6 ist als Stirnraddifferential ausgebildet und dazu vorgesehen, eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine auf eine erste und zweite Abtriebswelle 15a, 15b zu verteilen. Die Antriebswelle 2 ist koaxial zu den beiden Abtriebswellen 15a, 15b angeordnet. Ferner ist die Antriebsmaschine koaxial zur Differentialstufe 6 angeordnet.
  • Die erste Planetenradstufe 4 weist einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern 7a auf, wobei die Planetenräder 7a des ersten Planetenradsatzes 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.
  • Ferner weist die zweite Planetenradstufe 5 einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern 7b auf, wobei die Planetenräder 7b des zweiten Planetensatzes 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.
  • Die Antriebswelle 2 ist drehfest mit dem ersten Sonnenrad 9a sowie mit einem Element der ersten lastschaltbaren Kupplung 12a verbunden. Der Planetenradträger 8a ist drehfest mit einem Element der zweiten lastschaltbaren Kupplung 12b verbunden.
  • Das erste und das zweite Hohlrad 10a und 10b sind drehfest mit dem Gehäuse 16 verbunden. Über die zweite Kupplung 12b ist der erste Planetenradträger 8a mit dem zweiten Planetenradträger 8b verbindbar. Beim Schließen der zweiten Kupplung 12b und nahezu zeitgleichen Öffnen der ersten Kupplung 12a wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Planetenträger 8a und 8b realisiert, wonach die Planetenradstufe 4 mit der Planetenradstufe 5 gekoppelt ist und ein Drehmoment von der Antriebswelle 2 an die Differentialstufe 6 weitergegeben werden kann.
  • Es findet somit ein Leistungspfad ausgehend von der Antriebswelle 2 zum ersten Sonnenrad 9a und zur ersten Kupplung 12a statt, wobei die erste Kupplung aufgrund ihres geöffneten Zustandes kein Drehmoment weitergeben kann. Demnach wird die Leistung vom ersten Sonnenrad 9a auf das erste Planetenrad 7a an den ersten Planetenradträger 8a weitergegeben, welcher die Leistung aufgrund der geschlossenen zweiten Kupplung 12b an den zweiten Planetenradträger 8b und schließlich zum weitergeleitet wird.
  • Das erste Sonnenrad 9a ist über die ersten Kupplung 12a mit dem zweiten Sonnenrad 9b verbindbar. Beim Schließen der ersten Kupplung 12a und nahezu zeitgleichen Öffnen der zweiten Kupplung 12b wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Sonnenrad 9a, 9b realisiert, wonach die Planetenradstufe 4 mit der Planetenradstufe 5 gekoppelt ist und ein Drehmoment von der Antriebswelle 2 an die Differentialstufe 6 weitergegeben werden kann.
  • Es findet somit ein Leistungspfad ausgehend von der Antriebswelle 2 zum ersten Sonnenrad 9a, wobei die Leistung aufgrund der geöffneten zweiten Kupplung 12b nicht über den ersten Planetenradträger 8a weitergegeben werden kann. Demnach wird die Leistung über die erste Kupplung 12a an das zweite Sonnenrad 9b in die zweite Planetenstufe 5 eingetragen. Das zweite Sonnenrad 9b überträgt die Leistung an das zweite Planetenrad 7b und an den zweiten Planetenradträger 8b, welcher sich aufgrund der Abstützung des zweiten Planetenrades 7b am gehäusefesten zweiten Hohlrad 10b, dreht und das Drehmoment schließlich ans Differential 6 weiterleitet.
  • 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, wobei die Antriebsmaschine von den beiden Abtriebswellen 15a, 15b entkoppelt wird.
  • Die 2 zeigt die Vorrichtung nach 1 mit dem Unterschied, dass nicht die beiden Hohlräder 10a und 10b mit dem Gehäuse 16 drehfest verbunden sind, sondern der erste Planetenradträger 8a. Die beiden Hohlräder 10a und 10b sind hier untereinander verbunden und können sich gemeinsam drehen. Der Drehmomenteintrag in das Differential 16 erfolgt über diese Hohlraddoppelbindung der beiden Hohlräder 10a und 10b.
  • Es findet somit ein Leistungspfad ausgehend von der Antriebswelle 2 zur ersten Kupplung 12a statt, wobei die erste Kupplung aufgrund ihres geöffneten Zustandes kein Drehmoment weitergeben kann. Jedoch ist das zweite Sonnenrad 9b drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden und kann das Drehmoment bei geöffneter erste Kupplung 12a in die zweite Planetenradstufe 5 einbringen. Demnach wird die Leistung vom zweiten Sonnenrad 9b an das zweite Planetenrad 7b weitergeben, welche sich am den, aufgrund der geschlossenen Kupplung 12b nicht mehr drehenden, Planetenträger 8b drehend abstützen und das zweite Hohlrad 10b drehen lassen. Damit dreht sich auch das Hohlrad 10a und vor allem das Eingangsritzel 17. Die Leistung wird schlussendlich an das Differential 16 übertragen.
  • Ist die erste Kupplung 12a geschlossen und die zweite Kupplung 12b geöffnet, so verändert sich die Leistungsübertragung. Es findet somit ein Leistungspfad ausgehend von der Antriebswelle 2 zum ersten Sonnenrad 9a und zum zweiten Sonnenrad 9b statt. Der mit dem Gehäuse 16 drehfest angeordnete erste Planetenradträger 8a stützt die ersten Planetenräder 7a ab, so dass sich diese um sich selbst drehen und das Drehmoment an das erste Hohlrad 10a weitergeben. Das erste Hohlrad 10a trägt aufgrund der Hohlraddoppelbindung mit dem zweiten Hohlrad 10b die Leistung über das Eingangsritzel 17 schließlich ins Differential 6 ein, wonach dieses die Leistung an die beiden Abtriebswellen 15a und 15b bekanntermaßen je nach Lastzustand verteilen kann.
  • In beiden 1 und 2 ist dem Differential 16 eine Getriebevorrichtung 18 mit einem Eingangsritzel 17 vorgelagert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsmaschine
    2
    Antriebswelle
    3
    Getriebevorrichtung
    4
    erste Planetenradstufe
    5
    zweite Planetenradstufe
    6
    Differentialstufe
    7a, 7b
    Planetenrad
    8a, 8b
    Planetenradträger
    9a, 9b
    Sonnerad
    10a, 10b
    Hohlrad
    11
    -
    12a, 12b
    Kupplung
    13
    -
    14
    -
    15a, 15b
    Abtriebswelle
    16
    Gehäuse
    17
    Eingangsritzel
    18
    Getriebestufe zum Differential
  • 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 (5)

  1. Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine (1), die über eine Antriebswelle (2) mit einer Getriebevorrichtung (3) wirkverbunden ist, wobei - die Getriebevorrichtung (3) mindestens eine erste und zweite Planetenradstufe (4, 5) sowie eine Differentialstufe (6) aufweist, wobei - die erste Planetenradstufe (4) einen erste Planetenradsatz mit mehreren Planetenräder (7a) aufweist, wobei die Planetenräder (7a) des ersten Planetenradsatzes drehbar an einem ersten Planetenradträger (8a) angeordnet sind und mit einer ersten Sonnenrad (9a) sowie mit einem ersten Hohlrad (10a) im Zahneingriff stehen, wobei - die zweite Planetenradstufe (5) einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern (7b) aufweist, wobei die Planetenräder (7b) des zweiten Planetenradsatzes drehbar an einem zweiten Planetenradträger (8b) angeordnet sind und mit einer zweiten Sonnenrad (9b) sowie mit einem zweiten Hohlrad (10b) im Zahneingriff stehen, wobei - der erste Planetenradträger (8a) drehfest mit einer zweiten lastschaltbaren Kupplung (12b) verbunden ist, und - der zweite Planetenradträger (8b) über die zweite Kupplung (12b) mit dem ersten Planetenradträger (8a) verbunden ist, wobei - die Antriebswelle (2) mit dem ersten Sonnenrad (9a) verbunden ist, und - das erste Sonnenrad (9a) mit einer ersten lastschaltbaren Kupplung (12a) verbunden ist, und wobei - das zweite Sonnenrad (9b) über die erste Kupplung (12a) mit dem ersten Sonnenrad (9a) verbunden ist.
  2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließen der ersten Kupplung (12a) und ein Öffnen der zweiten Kupplung (12b) eine erste Getriebeübersetzung realisiert, wobei ein Schließen der zweiten Kupplung (12b) und ein Öffnen der ersten Kupplung (12a) eine zweite Getriebeübersetzung realisiert, wobei die erste Getriebeübersetzung ungleich der zweiten Getriebeübersetzung ist.
  3. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine (1) einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor drehfest mit der Antriebswelle (2) verbunden ist.
  4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialstufe (6) als Stirnraddifferential ausgebildet ist, wobei die Differentialstufe (6) dazu vorgesehen ist, eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine (1) auf eine erste und zweite Abtriebswelle (15a, 15b) zu verteilen.
  5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschine (1) achsparallel zur Differentialstufe (6) angeordnet ist.
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