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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine.
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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.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Antriebsvorrichtung zu schaffen. 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 mit einer Rotorwelle, die über eine erste und zweite Kupplung mit einer Getriebevorrichtung verbindbar ist, wobei die Getriebevorrichtung einen Planetenradsatz, einen Stufenplanetenradsatz sowie ein Differentialgetriebe aufweist, wobei der Planetenradsatz ein erstes Sonnenrad, ein erstes Hohlrad und mehrere Planetenräder aufweist, die an einem ersten Planetenträger drehbar gelagert sind und mit dem ersten Sonnenrad sowie dem ersten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei der Stufenplanetenradsatz mehrere Stufenplanetenräder aufweist, die drehbar an einem zweiten Planetenträger gelagert sind, wobei jedes Stufenplanetenrad ein erstes und zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad aufweist, wobei das erste Zahnrad mit einem zweiten Sonnenrad im Zahneigriff steht, wobei das zweite Zahnrad mit einem zweiten Hohlrad im Zahneingriff steht, und wobei der zweite Planetenträger mit dem Differentialgetriebe wirkverbunden ist, wobei die beiden Hohlräder gehäusefest ausgebildet sind, wobei ferner das erste Sonnenrad mit der ersten Kupplung wirkverbunden ist, und wobei der erste Planetenträger mit der zweiten Kupplung und dem zweiten Sonnenrad wirkverbunden ist.
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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. Insbesondere ist der erste Planetenträger drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden. Die beiden Hohlräder sind gehäusefest und somit drehfest mit einem Gehäuse der Getriebevorrichtung verbunden.
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Die beiden Kupplungen sind im Leistungsfluss zwischen der Rotorwelle und dem Planetenradsatz angeordnet und dazu vorgesehen, die elektrische Maschine mit der Getriebevorrichtung, insbesondere mit dem Planetenradsatz zu verbinden. Das Differentialgetriebe verteilt die Antriebsleistung und das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine auf eine erste und zweite Abtriebswelle. Die jeweilige Abtriebswelle ist insbesondere mit einem jeweiligen Rad des Kraftfahrzeugs verbunden, wobei die beiden Abtriebswellen eine Antriebsachse des Kraftfahrzeugs bilden.
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Die elektrische Maschine weist einen gehäusefesten Stator und einen drehbaren Rotor auf, wobei der Rotor über die Rotorwelle mit den beiden Kupplungen wirkverbunden ist. Mithin dient die Rotorwelle als Antriebswelle, die zwischen der elektrischen Maschine und den beiden Kupplungen angeordnet ist. Insbesondere ist ein Aktuator zur Betätigung der beiden Kupplungen vorgesehen, wobei der Aktuator ein Öffnen und Schließen der jeweiligen Kupplung einleitet. Der Aktuator kann hydraulisch, elektromechanisch, elektromagnetisch oder beispielsweise auch pneumatisch betätigbar ausgebildet sein.
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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, und wobei ein Öffnen beider Kupplungen eine Leistungsabschaltung realisiert.
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Unter einer „Kupplung“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweist. Insbesondere sind die beiden Kupplungen als lastschaltbare Kupplungen ausgebildet. Vorzugsweise sind die beiden Kupplungen zu einer Doppelkupplungsvorrichtung zusammengefasst. Alternativ sind die beiden Kupplungen formschlüssig ausgebildet.
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Eine lastschaltbare Kupplung ist eine reibschlüssige Kupplung, die unter Last zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand schaltbar ist. 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. Im geschlossenen Zustand der ersten Kupplung sind die Rotorwelle und das erste Sonnenrad drehfest miteinander verbunden. Demgegenüber sind im geschlossenen Zustand der zweiten Kupplung die Rotorwelle, der erste Planetenträger und das zweite Sonnenrad drehfest miteinander verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe als Kegelraddifferential ausgebildet. An einem Differentialkorb des Differentialgetriebes sind zwei Ausgleichsräder drehbar gelagert, die mit zwei Kegelräder im Zahneingriff stehen. 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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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe als Stirnraddifferential ausgebildet und weist zwei Planetenradsätze mit jeweils mehreren ersten und zweiten Planetenrädern auf. Die jeweiligen Planetenräder des Differentialgetriebes sind an einem Differentialkorb des Differentialgetriebes drehbar gelagert, wobei der Differentialkorb als Planetenträger ausgebildet ist. Die ersten Planetenräder des Differentialgetriebes stehen mit einem ersten Stirnrad, das mit der ersten Abtriebswelle drehfest verbunden ist, im Zahneingriff, wobei die zweiten Planetenräder des Differentialgetriebes mit einem zweiten Stirnrad, das mit der zweiten Abtriebswelle drehfest verbunden ist, im Zahneingriff stehen. Ferner stehen die ersten Planetenräder des Differentialgetriebes paarweise mit den zweiten Planetenrädern des Differentialgetriebes im Zahneingriff.
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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 eine Verzahnung, ein Sonnenrad, ein Hohlrad, ein Planetenrad und ein Ritzel zu verstehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe achsparallel zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz angeordnet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe koaxial zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz angeordnet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe quer zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz angeordnet. Mithin sind die beiden Abtriebswellen des Differentialgetriebes quer und somit um 90° verdreht zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Planetenträger über einen Winkeltrieb mit dem Differentialgetriebe wirkverbunden. Insbesondere ist der zweite Planetenträger mit einem Zahnrad verbunden, wobei das Zahnrad mit einem weiteren Zahnrad am Differentialgetriebe im Zahneingriff steht. Das Zahnrad am Differentialgetriebe ist beispielsweise mit einem Differentialkorb des Differentialgetriebes wirkverbunden. Die beiden Zahnräder bilden somit den Winkeltrieb und ermöglichen die Anordnung des Differentialgetriebes quer zur elektrischen Maschine und zum Planetenradsatz sowie zum Stufenplanetenradsatz.
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Vorzugsweise ist die elektrische Maschine achsparallel zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz angeordnet. Mit anderen Worten ist die Rotorwelle achsparallel zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz ausgebildet.
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Alternativ ist die elektrische Maschine koaxial zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz angeordnet. Mit anderen Worten drehen die Rotorwelle sowie der Planetenradsatz und der Stufenplanetenradsatz um eine gemeinsame Drehachse.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Rotorwelle ein erstes und zweites drehfest daran angeordnetes Ritzel auf, wobei das erste Ritzel mit der ersten Kupplung wirkverbunden ist, und wobei das zweite Ritzel mit der zweiten Kupplung wirkverbunden ist. Mithin ist die Rotorwelle als Doppelritzelwelle ausgebildet. Vorzugsweise weist das erste Ritzel einen kleineren Durchmesser als das zweite Ritzel auf. Insbesondere steht das jeweilige Ritzel mit einem jeweiligen verzahnten Kupplungselement der jeweiligen Kupplung im Zahneingriff.
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Bevorzugt ist der zweite Planetenträger drehfest mit einem Abtriebszahnrad verbunden, wobei das Abtriebszahnrad mit einer Verzahnung eines Differentialkorbs des Differentialgetriebes im Zahneingriff steht. Mithin wird über den Zahneingriff zwischen dem Abtriebszahnrad und der Verzahnung am Differentialkorb Antriebsleistung in das achsparallel zur elektrischen Maschine angeordnete Differentialgetriebe eingespeist. Insbesondere ist das Abtriebszahnrad achsparallel zum Differentialgetriebe angeordnet. Vorzugsweise ist das Abtriebszahnrad auf einer gemeinsamen Achse mit der elektrischen Maschine und somit auch mit der Rotorwelle angeordnet. Alternativ ist das Abtriebszahnrad achsparallel zur elektrischen Maschine und somit auch zur Rotorwelle angeordnet.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung vier bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 3 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
- 4 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß den 1, 2, 3 und 4 weist eine jeweilige erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine 1 mit einer Rotorwelle 10 auf, die über eine erste und zweite Kupplung 2a, 2b mit einer Getriebevorrichtung 3 verbindbar ist. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator sowie einen Rotor. Eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine 1 wird über die Rotorwelle 10 in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet. Ein Schließen der ersten Kupplung 2a und ein Öffnen der zweiten Kupplung 2b realisier eine erste Getriebeübersetzung. Demgegenüber realisiert ein Schließen der zweiten Kupplung 2b und ein Öffnen der ersten Kupplung 2a eine zweite Getriebeübersetzung. Ein Öffnen beider Kupplungen 2a, 2b realisiert eine Leistungsabschaltung und trennt somit die elektrische Maschine 1 von der Getriebevorrichtung 3.
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Die Getriebevorrichtung 1 umfasst einen Planetenradsatz 4, einen Stufenplanetenradsatz 5 sowie ein Differentialgetriebe 6. Der Planetenradsatz 4 umfasst ein erstes Sonnenrad 7a, ein erstes Hohlrad 8a und mehrere Planetenräder 4a, die an einem ersten Planetenträger 9a drehbar gelagert sind und mit dem ersten Sonnenrad 7a sowie mit dem ersten Hohlrad 8a im Zahneingriff stehen. Der Stufenplanetenradsatz 5 umfasst mehrere Stufenplanetenräder 5a, die drehbar an einem zweiten Planetenträger 9b gelagert sind, wobei jedes Stufenplanetenrad 5a ein erstes und zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad 5b, 5c aufweist. Das erste Zahnrad 5b steht mit einem zweiten Sonnenrad 7b im Zahneigriff und das zweite Zahnrad 5c steht mit einem zweiten Hohlrad 8b im Zahneingriff. Die beiden Hohlräder 8a, 8b sind gehäusefest ausgebildet. Der zweite Planetenträger 9b ist mit dem Differentialgetriebe 6 wirkverbunden. Das erste Sonnenrad 7a ist mit der ersten Kupplung 2a wirkverbunden. Der erste Planetenträger 9a ist mit der zweiten Kupplung 2b und dem zweiten Sonnenrad 7a wirkverbunden. Vorliegend ist aufgrund der Schnittdarstellung lediglich ein einziges Planetenrad 4a und ein einziges Stufenplanetenrad 5a dargestellt. Das Differentialgetriebe 6 ist dazu vorgesehen, eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine 1 auf eine erste und zweite Abtriebswelle 17a, 17b der Getriebevorrichtung 3 zu verteilen.
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Gemäß 1 ist die elektrische Maschine 1 achsparallel zum Differentialgetriebe 6 angeordnet. Ferner ist die elektrische Maschine 1 koaxial zum Planetenradsatz 4 und zum Stufenplanetenradsatz 5 angeordnet. Der Planetenradsatz 4 und der Stufenplanetenradsatz 5 rotieren um eine erste Drehachse 15. Die Rotorwelle 10 rotiert um eine zweite Drehachse 16, wobei die erste und zweite Drehachse 15, 16 identisch sind. Die beiden Abtriebswellen 17a, 17b des Differentialgetriebes 6 rotieren um eine dritte Drehachse 18, die parallel zur ersten und zweiten Drehachse 15, 16 ausgebildet ist. Der zweite Planetenträger 4b ist drehfest mit einem Abtriebszahnrad 11 verbunden, wobei das Abtriebszahnrad 11 mit einer Verzahnung 12 eines Differentialkorbs 13 des Differentialgetriebes 6 im Zahneingriff steht. Das Abtriebszahnrad 11 ist auf der ersten Drehachse 15 angeordnet.
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Gemäß 2 ist die elektrische Maschine 1 achsparallel zum Differentialgetriebe 6 angeordnet. Ferner ist die elektrische Maschine 1 auch achsparallel zum Planetenradsatz 4 und zum Stufenplanetenradsatz 5 angeordnet. Der Planetenradsatz 4 und der Stufenplanetenradsatz 5 rotieren um eine erste Drehachse 15. Die Rotorwelle 10 rotiert um eine zweite Drehachse 16. Die beiden Abtriebswellen 17a, 17b des Differentialgetriebes 6 rotieren um eine dritte Drehachse 18. Die drei Drehachsen 15, 16, 18 sind parallel zueinander ausgebildet. Die Rotorwelle 10 weist ein erstes und zweites drehfest daran angeordnetes Ritzel 10a, 10b auf, wobei das erste Ritzel 10a mit der ersten Kupplung 2a wirkverbunden ist, und wobei das zweite Ritzel 10b mit der zweiten Kupplung 2b wirkverbunden ist. Der zweite Planetenträger 4b ist drehfest mit einem Abtriebszahnrad 11 verbunden, wobei das Abtriebszahnrad 11 mit einer Verzahnung 12 eines Differentialkorbs 13 des Differentialgetriebes 6 im Zahneingriff steht. Das Abtriebszahnrad 11 ist auf der ersten Drehachse 15 angeordnet.
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Gemäß 3 ist die elektrische Maschine 1 koaxial zum Planetenradsatz 4 und zum Stufenplanetenradsatz 5 angeordnet. Der Planetenradsatz 4 und der Stufenplanetenradsatz 5 rotieren um eine erste Drehachse 15. Die Rotorwelle 10 rotiert um eine zweite Drehachse 16, wobei die erste und zweite Drehachse 15, 16 identisch sind. Die beiden Abtriebswellen 17a, 17b des Differentialgetriebes 6 rotieren um eine dritte Drehachse 18, die quer zur ersten und zweiten Drehachse 15, 16 angeordnet ist. Der zweite Planetenträger 9b ist über einen Winkeltrieb 14 mit dem Differentialgetriebe 6 wirkverbunden. Mit anderen Worten sind die elektrische Maschine 1, der Planetenradsatz 4 und der Stufenplanetenradsatz 5 in Längsrichtung des Fahrzeugs angeordnet, wobei das Differentialgetriebe 6 quer dazu angeordnet ist.
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Gemäß 4 ist die elektrische Maschine 1 achsparallel zum Planetenradsatz 4 und zum Stufenplanetenradsatz 5 angeordnet. Der Planetenradsatz 4 und der Stufenplanetenradsatz 5 rotieren um eine erste Drehachse 15. Die Rotorwelle 10 rotiert um eine zweite Drehachse 16. Die beiden Abtriebswellen 17a, 17b des Differentialgetriebes 6 rotieren um eine dritte Drehachse 18, die quer zur ersten und zweiten Drehachse 15, 16 angeordnet ist. Die erste und zweite Drehachse 15, 16 sind parallel zueinander ausgebildet. Der zweite Planetenträger 9b ist über einen Winkeltrieb 14 mit dem Differentialgetriebe 6 wirkverbunden. Mit anderen Worten sind die elektrische Maschine 1, der Planetenradsatz 4 und der Stufenplanetenradsatz 5 in Längsrichtung des Fahrzeugs angeordnet, wobei das Differentialgetriebe 6 quer dazu angeordnet ist. Die Rotorwelle 10 weist ein erstes und zweites drehfest daran angeordnetes Ritzel 10a, 10b auf, wobei das erste Ritzel 10a mit der ersten Kupplung 2a wirkverbunden ist, und wobei das zweite Ritzel 10b mit der zweiten Kupplung 2b wirkverbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2a, 2b
- Kupplung
- 3
- Getriebevorrichtung
- 4
- Planetenradsatz
- 4a
- Planetenrad
- 5
- Stufenplanetenradsatz
- 5a
- Stufenplanetenrad
- 5b, 5c
- Zahnrad
- 6
- Differentialgetriebe
- 7a, 7b
- Sonnenrad
- 8a, 8b
- Hohlrad
- 9a, 9b
- Planetenträger
- 10
- Rotorwelle
- 10a, 10b
- Ritzel
- 11
- Abtriebszahnrad
- 12
- Verzahnung
- 13
- Differentialkorb
- 14
- Winkeltrieb
- 15
- erste Drehachse
- 16
- zweite Drehachse
- 17a, 17b
- Abtriebswelle
- 18
- dritte Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011088668 A1 [0002]