DE102010024602B4

DE102010024602B4 - Antriebseinheit mit einem elektromotorischen Antrieb für zwei Differenzwellen eines Ausgleichsgetriebes

Info

Publication number: DE102010024602B4
Application number: DE201010024602
Authority: DE
Inventors: Thorsten BIERMANN; Dr. Smetana Tomas
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: DE102010024602A1

Abstract

Antriebseinheit (30, 40) mit wenigstens einem elektromotorischen Antrieb (2) für zwei Differenzwellen (5, 6) eines Ausgleichsgetriebes (4) und mit einem Getriebe (35, 36), das dem Ausgleichsgetriebe (4) vorgeschaltet ist, und dabei mittels des Getriebes (35, 36) eine Antriebswelle (7) des elektromotorischen Antriebs (2) und eine drehbar antreibbaren Summenwelle (23) des Ausgleichsgetriebes (4) getrieblich verbindbar sind, wobei – in dem Ausgleichsgetriebe (4) an der Summenwelle (23) anliegende Drehmomente auf die Differenzwellen (5, 6) aufteilbar sind, – mindestens ein konzentrisch und koaxial zu einer Antriebsrotationsachse (17) der Antriebswelle (7) ausgerichteter und mit der Antriebswelle (7) werkverbundener erster Zahnkranz (18) mit wenigstens einem ortsfest mit radialem Achsabstand zur Antriebsrotationsachse (17) der Antriebswelle (7) drehbar gelagerten zweiten Zahnkranz (19) kämmt, – mindestens ein koaxial zum zweiten Zahnkranz (19) ausgerichteter und dabei mit dem zweiten Zahnkranz (19) drehfest gekoppelter dritter Zahnkranz (21) mit wenigstens einem vierten Zahnkranz (22) kämmt, – der...

Description

Gebiet der Erfindung
Antriebseinheit mit wenigstens einem elektromotorischen Antrieb für zwei Differenzwellen eines Ausgleichsgetriebes und mit einem Getriebe das dem Ausgleichsgetriebe vorgeschaltet ist, und dabei mittels des Getriebes eine Antriebswelle des elektromotorischen Antriebs und eine drehbar antreibbare Summenwelle des Ausgleichsgetriebes getrieblich verbindbar sind.
Hintergrund der Erfindung
DE 101 51 713 A1 zeigt eine Hybrid-Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit der wechselweise eine Achse oder zwei Achsen angetrieben werden können. Die Antriebsanordnung weist zwei Antriebseinheiten auf. Eine der Antriebseinheiten weist den klassische Verbrennungsmotor als Hauptantrieb auf, mit dem über ein automatisches Getriebe und ein Differenzial die Räder der Vorderachse des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Die zweite Antriebseinheit weist einen Elektromotor auf, der die Hinterräder antreibt. Zwischen dem Elektromotor und den Rädern ist im Antriebsstrang ein als Differenzialsystem bezeichnetes Getriebe angeordnet.
Das Differenzialsystem ist aus einem Getriebe und aus einem Differenzial gebildet. Das Getriebe weist zwei Stirnradstufen auf. Eine der Stirnradstufen ist aus zwei miteinander kämmenden Zahnkränzen an Zahnrädern gebildet, von denen der das erste Zahnrad an der Antriebswelle (Rotorwelle) des Elektromotors ausgebildet ist. Die Rotationsachse des ersten Zahnkranzes ist Rotationsachse der Antriebswelle. Der erste Zahnkranz kämmt mit einem zweiten Zahnkranz an einem Zahnrad. Das Zahnrad sitzt fest auf einer Zwischenwelle, deren Rotationsachse parallel zur Rotationsachse der Antriebswelle und parallel zur Differenzialhauptachse ausgerichtet ist und die ortsfest zur Antriebswelle in dem Gehäuse der Antriebseinheit drehbar gelagert ist. Ein dritter Zahnkranz an der Zwischenwelle gehört zur zweiten Stirnradstufe und ist somit drehfest mit dem zweiten Zahnkranz verbunden. Der dritte Zahnkranz kämmt mit einem vierten Zahnkranz, welcher mittels einer Kupplung mit der Summenwelle verbunden ist.
Die Antriebsleistung wird bei geschlossener Kupplung von der Antriebswelle des elektromotorischen Antriebs über die beiden Zahnkranzstufen und über die Kupplung auf die Summenwelle des Differenzials übertragen.
Das Kupplungsgehäuse ist relativ drehbar zu dem Differenzialgehäuse des Differenzials gelagert. Zwischen dem Kupplungsgehäuse und dem Differenzial ist ein Drehmomentübertragungsmechanismus geschaltet, mit dem der Leistungsfluss zwischen dem Kupplungsgehäuse und dem Differenzial zugeschaltet und getrennt werden kann. Drehmomente liegen über den vierten Zahnkranz, der auf dem Kupplungsgehäuse sitzt und über die Kupplung an der Summenwelle an, wenn mittels der Kupplung eine rotationsfeste Verbindung zwischen dem Kupplungsgehäuse und dem Differenzialgehäuse hergestellt ist.
Die Rotationsachse des Differenzialgehäuses und damit der Summenwelle und ist die Differenzialhauptachse, auf der die Rotationsachse des vierten Zahnrades und die des Kupplungsgehäuses koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Das Differenzial nach DE 101 51 713 A1 ist ein klassisches Ausgleichsgetriebe und weist in seinem Gehäuse einen Kegelradausgleichsmechanismus auf, von denen die zwei axial einander gegenüberliegende Achswellenkegelräder koaxial auf der Differenzialhauptachse rotationszentriert sind. Jedes der Achswellenkegelräder ist an eine der Achswellen der Hinterachsanordnung angeschlossen.
Darüber hinaus zeigt DE 10 2005 022 926 B3 eine Antriebseinheit mit wenigstens einem elektromotorischen Antrieb für zwei Differenzwellen eines Ausgleichsgetriebes. Ein Getriebe ist dem Ausgleichsgetriebe vorgeschaltet. Mittels des Zweiganggetriebes ist eine getriebliche Verbindung zwischen einer Antriebswelle des elektromotorischen Antriebs und einer drehbar antreibbaren Summenwelle des Ausgleichgetriebes schaltbar.
Das Ausgleichsgetriebe ist ein klassisches Differenzial und weist in seinem Gehäuse einen Kegelradausgleichsmechanismus auf, von denen die zwei axial einander gegenüberliegende Achswellenkegelräder koaxial auf der Differenzialhauptachse rotationszentriert sind. Jedes der Achswellenkegelräder ist an eine der Achswellen der Hinterachsanordnung angeschlossen. Die Summenwelle des Differenzials ist der Differenzialkorb, auf dem drehmomentfest zwei Zahnkränze befestigt sind.
Das Getriebe weist eine erste Zahnkranzstufe und eine zweite Zahnkranzstufe auf. Die erste Zahnkranzstufe weist zwei miteinander verzahnte Zahnräder auf, von denen eines der Antriebswelle des Elektromotors sitzt. Das andere Zahnrad der ersten Zahnkranzstufe ist durch ein drehfest auf einer Zwischenwelle sitzendes Zahnrad gebildet. Die Zwischenwelle ist ortsfest zur Antriebswelle des Elektromotors mit radialem Achsabstand zur Antriebsrotationsachse in dem Gehäuse drehbar gelagert. Die zweite Zahnkranzstufe ist durch jeweils eines von zwei parallelen Losrädern im Eingriff mit jeweils einem Zahnkranz gebildet, die parallel zueinander und relativ zueinander drehbar auf der Zwischenwelle gelagert sind. Jedes der Losräder kämmt mit einem Zahnkranz an einem Differenzialkorb des Ausgleichsgetriebes. Eine wahlweise drehmomentfeste Verbindung der Losräder mit der Zwischenwelle ist über eine Kupplung mit einer Schiebemuffe herstellbar.
DE 31 16 242 A1 zeigt eine Antriebseinheit mit einem Antrieb für zwei Differenzwellen eines Ausgleichsgetriebes. Die Antriebseinheit weist ein Getriebe auf, das dem Ausgleichsgetriebe vorgeschaltet ist. Eine Antriebswelle des Antriebs und eine drehbar antreibbare Summenwelle des Ausgleichsgetriebes sind mittels des Getriebes getrieblich verbindbar. In dem Ausgleichsgetriebe sind die an der Summenwelle anliegenden Drehmomente auf die Differenzwellen aufteilbar. Ein konzentrisch und koaxial zu einer Antriebsrotationsachse der Antriebswelle ausgerichteter und mit der Antriebswelle wirkverbundener erster Zahnkranz kämmt mit wenigstens einem ortsfest mit radialem Achsabstand zur Antriebsrotationsachse der Antriebswelle drehbar gelagerten zweiten Zahnkranz. Ein koaxial zum zweiten Zahnkranz ausgerichteter und dabei mit dem zweiten Zahnkranz drehfest gekoppelter dritter Zahnkranz kämmt mit wenigstens einem vierten Zahnkranz. Der vierte Zahnkranz ist mit der Summenwelle wirkverbunden. Zwischen der Antriebswelle und einem der Zahnkränze ist wenigstens eine Kupplung angeordnet, mittels der eine um die Antriebsrotationsachse in wenigstens eine Drehrichtung trennbare drehmomentfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Zahnkranz herstellbar ist.
FR 2693527 A1 und DE 20 2005 019 438 U1 zeigen jeweils eine Antriebseinheit mit einem elektromotorischen Antrieb für zwei Differenzwellen eines Ausgleichsgetriebes. Die jeweilige Antriebseinheit weist ein Getriebe auf, das dem Ausgleichsgetriebe parallel vorgeschaltet ist. Eine Antriebswelle des Antriebs und eine drehbar antreibbare Summenwelle des Ausgleichsgetriebes sind mittels des Getriebes getrieblich verbindbar. In dem Ausgleichsgetriebe sind die an der Summenwelle anliegenden Drehmomente auf die Differenzwellen aufteilbar. Ein konzentrisch und koaxial zu einer Antriebsrotationsachse der Antriebswelle ausgerichteter und an der Antriebswelle ausgebildeter erster Zahnkranz kämmt mit wenigstens einem ortsfest mit radialem Achsabstand zur Antriebsrotationsachse der Antriebswelle auf einer Vorgelegewelle drehbar gelagerten zweiten Zahnkranz. Ein koaxial zum zweiten Zahnkranz ausgerichteter und dabei mit dem zweiten Zahnkranz drehfest gekoppelter dritter Zahnkranz kämmt mit wenigstens einem vierten Zahnkranz. Darüber hinaus kämmt ein zu dem dritten Zahnkranz benachbarter fünfter Zahnkranz mit einem sechsten Zahnkranz. Der vierte und sechste Zahnkranz sind mit der Summenwelle wirkverbunden. Zwischen dem dritten Zahnkranz und fünften Zahnkranz ist eine Kupplung angeordnet, mittels der eine trennbare drehmomentfeste Verbindung zwischen der Vorgelegewelle und dem jeweiligen Zahnkranz herstellbar ist.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorzugsweise radial kompakte und Bauraum sparende Antriebseinheit zu schaffen, in der Größe und Richtung von Drehmomenten an Fahrzustände variabel angepasst werden können.
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit wenigstens einem elektromotorischen Antrieb für zwei Differenzwellen eines Ausgleichsgetriebes und mit einem Getriebe.
Unter Ausgleichgetriebe sind auch Differenzial- und Verteilergetriebe, also Überlagerungsgetriebe zur Überlagerung von Drehzahlen bzw. Leistungen zu verstehen. Überlagerungsgetriebe weisen als Zahn- oder Reibräder ausgebildete Planetenräder auf. Die Planetenräder sind auf oder an Planetenbolzen um die eigene Rotationsachse drehbar gelagert. Die Planetenbolzen sind an einem auch als Planetenträger bezeichneten Gehäuse oder Steg gehalten. Die Planetenbolzen sind mit radialem Abstand zur Rotationsachse des Planetenträgers angeordnet und können mit Bolzen um dessen Rotationsachse umlaufen und dabei auch noch um die eigene Rotationsachse rotieren. Ausgleichgetriebe können einfache oder zusammengesetzte Kegelradgetriebe oder Stirnradgetriebe sein.
Das Getriebe der Antriebseinheit ist dem Ausgleichsgetriebe vorgeschaltet, d. h. mittels des Getriebes ist eine schaltbare getriebliche Verbindung; z. B. mit Untersetzungs- bzw. Übersetzungsstufen, zwischen einer Antriebswelle, d. h. in der Regel einer Rotorwelle eines Elektromotors und der Summenwelle des Ausgleichgetriebes hergestellt. Eine derartige Anordnung schließt Kupplungen und angetriebene Wellen mit ein. Die getriebliche Verbindung kann durch Schließen der Kupplung(en) hergestellt und durch Öffnen der Kupplung(en) wieder getrennt werden.
Unter Summenwelle ist die Welle des Ausgleichgetriebes zu verstehen, an der die höchsten Drehmomente anliegen oder zusammengeführt werden. Als Summenwelle ist das Eingangsglied des Ausgleichgetriebes zu verstehen, an dem die Antriebsleistung des elektromotorischen Antriebs anliegt und von dem aus die Antriebsleistung auf die Differenzwellen aufgeteilt wird. Im Schubbetrieb ist die Summenwelle das Glied, an dem die auf die Abtriebswellen des Ausgleichsgetriebes aufgeteilten Momente wieder zusammengeführt sind. Summenwellen können Sonnen, Hohlräder oder Planetenträger sein und sind vorzugsweise Differenzialgehäuse, die auch als Differenzialkorb bezeichnet werden können. In dem Differenzialkorb sind die zwei Differenzwellen in Form von Achswellenrädern drehbar gelagert und durch Ausgleichszahnräder miteinander Betrieblich verbunden. Differenzwellen sind die Abtriebswellen des Ausgleichsgetriebes, die bspw. in einem Differenzial die Achswellen sind.
Das Getriebe ist in eine Kombination von zwei Zahnkranz- bzw. Zahnradstufen, vorzugsweise aus zwei Stirnradstufen und mindestens einer weiteren mit dieser Kombination verbundenen Zahnradstufe, z. B. der eines Planetentriebs. In den Zahnkranz- bzw. Zahnradstufen kämmt mindestens ein konzentrisch zu einer Antriebsrotationsachse der Antriebswelle ausgerichteter und mit der Antriebswelle wirkverbundener erster Zahnkranz mit wenigstens einem ortsfest mit radialem Achsabstand zur Antriebsrotationsachse der Antriebswelle drehbar gelagerten zweiten Zahnkranz.
Mit Zahnkranz sind alle denkbaren Verzahnungen an Zahnrädern, Gehäusen und Elementen bezeichnet, an denen innen- oder außenumfangsseitig Verzahnungen beliebiger Ausführung aufgenommen, befestigt oder ausgebildet sind. Vorzugsweise bilden der erste Zahnkranz und der zweite Zahnkranz eine erste Stirnradstufe. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einer Kombination dieser beiden Stirnradstufen beschrieben. Das schließt jedoch nicht aus, dass der erste Zahnkranz beispielsweise auch mit zwei oder mehr der zweiten Zahnräder kämmt und demzufolge auch zwei oder mehr der Kombinationen aus erster und zweiter Stirnradstufe vorgesehen sind.
Das Getriebe weist mindestens einen koaxial zum zweiten Zahnkranz ausgerichteten und dabei mit dem zweiten Zahnkranz drehfest gekoppelten dritten Zahnkranz auf. Dieser Zahnkranz ist beispielsweise zusammen mit dem zweiten Zahnkranz an einem Doppelzahnrad oder an einer Welle ausgebildet. Die Welle ist dabei drehbar ortsfest gelagert. Alternativ ist der Zahnkranz an einem Zahnrad ausgebildet, das dauerhaft oder trennbar, z. B. mittels einer Kupplung, mit dem zweiten Zahnkranz verbunden ist. In diesem Fall sind beispielsweise zwei Zahnkränze mit oder ohne axialen Abstand zueinander auf einer gemeinsamen oder auf getrennten ortsfesten Wellen drehbar gelagert.
Unter ortfester drehbarer Lagerung der Zahnkränze oder Wellen ist eine Lagerung an einer Umgebungsstruktur des Getriebes zu verstehen, die zum Beispiel mit dem Gehäuse des elektromotorischen Antriebs verbunden ist oder durch ein gemeinsames Gehäuse gebildet ist.
Das dritte Zahnrad bzw. der dritte Zahnkranz kämmt mit wenigstens einem vierten Zahnkranz. Der vierte Zahnkranz ist mit der Summenwelle entweder über eine oder mehr weitere Zahnradstufe(n), Kette(n), Kupplung(en) oder andere getriebliche Verbindungen wirkverbunden. Das auf der als Zwischenwelle ausgebildeten Welle sitzende dritte Zahnrad und der vierte Zahnkranz kämmen vorzugsweise als eine zweite Stirnradstufe miteinander.
Zwischen der Antriebswelle und dem ersten Zahnkranz ist wenigstens eine Kupplung angeordnet, mittels der eine um die Antriebsrotationsachse in wenigstens eine Drehrichtung trennbare drehmomentfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem ersten Zahnkranz herstellbar ist. Da der erste Zahnkranz koaxial zur Antriebswelle angeordnet ist, kann die erste Kupplung auch koaxial zum elektromotorischen Antrieb angeordnet werden, wodurch die Antriebseinheit radial kompakt ausgebildet ist. Die Erfindung sieht vor, dass die Kupplung an einer von dem ersten Zahnkranz abgewandten Seite der Antriebswelle koaxial zur Antriebswelle angeordnet ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen der Antriebswelle und dem vierten Zahnkranz eine weitere Kupplung angeordnet ist, mittels der eine um die Antriebsrotationsachse trennbare drehmomentfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem vierten Zahnkranz herstellbar ist. Da der vierte Zahnkranz koaxial zur Antriebswelle und zur Rotationsachse angeordnet ist, kann die zweite Kupplung auch koaxial zur gemeinsamen Rotationsachse von Antrieb und Ausgleichsgetriebe angeordnet werden. Darüber hinaus sind erste und zweite Kupplung in einer Doppelkupplung vereint, so dass durch einrücken der einen Kupplung die andere Kupplung der Doppelkupplung ausgerückt werden kann. Im Falle der Verwendung einer Freilaufkupplung sperrt oder löst diese, wenn die andere Kupplung ausgerückt oder eingerückt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der vierte Zahnkranz über eine getriebliche Verbindung mit der Summenwelle verbunden. Diese getriebliche Verbindung ist beispielsweise durch mindestens zwei miteinander im Zahneingriff stehende weitere Zahnkränze oder Zahnräder gebildet. Dabei muss z. B. ein fünfter Zahnkranz entweder mit dem vierten Zahnkranz kämmen oder ist vorzugsweise koaxial zu diesem ausgerichtet und mit diesem axial verbunden bzw. trennbar gekoppelt. So ist es denkbar, dass der vierte Zahnkranz und der fünfte Zahnkranz an jeweils einem Zahnrad ausgebildet sind, wobei die Zahnräder beide fest auf einer gemeinsamen Welle sitzen. Der fünfte Zahnkranz kämmt dann z. B. mit einem sechsten Zahnkranz. Der sechste Zahnkranz kann dann direkt mit der Summenwelle verbunden, also Eingangsglied der Summenwelle sein, oder ist mit einer weiteren getrieblichen Verbindung, beispielsweise über eine weitere Stirnradstufe und weitere Zwischenwelle mit der Summenwelle verbunden. Anstelle miteinander im Zahneingriff stehenden Zahnkränzen können auch Ketten- oder Riementriebe eingesetzt sein.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebswelle und die Summenwelle des Ausgleichgetriebes koaxial und relativ drehbar zueinander ausgerichtet sind. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Zahnkranz und der vierte Zahnkranz koaxial zueinander ausgerichtet sind. Diese Anordnungen ermöglichen die koaxiale Anordnung des Elektromotors zum Ausgleichgetriebe. Die elektromotorische Antriebseinheit beansprucht somit vorteilhaft radial geringeren Bauraum.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der vierte Zahnkranz mit der Summenwelle über wenigstens einen Planetentrieb getrieblich verbunden ist. Der Planetentrieb weist jeweils wenigstens einen Zahnkranz an jeweils mindestens einem Sonnenrad, einem Hohlrad und an wenigstens einem vorzugsweise jedoch drei und mehr mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmenden Planetenrädern auf. Das Sonnenrad sitzt vorzugsweise zusammen mit dem vierten Zahnrad auf einer gemeinsamen Welle. Dabei ist das Sonnenrad koaxial zur Antriebsrotationsachse oder Differenzialhauptachse ausgerichtet. Die Planetenräder sind mit radialem Abstand an wenigstens einem um die Antriebsrotationsachse bzw. Summenwellenachse drehbaren Planetenträger gelagert.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Summenwelle ein Gehäuse/Differenzialkorb des Ausgleichsgetriebes ist. Das Gehäuse ist an vorzugsweise zwei Lagerstellen beispielsweise an einem Gehäuse der Antriebseinheit um die Antriebsrotationsachse bzw. Rotationsachse der Summenwelle drehbar gelagert. In dem Gehäuse sind die Differenzwellen drehbar gelagert und mittels wenigstens eines, vorzugsweise zwei drehbar in dem Gehäuse abgestützten Ausgleichsrädern wirkverbunden. Die Differenzwellen sind beispielsweise Achswellen eines Differenzials.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Planetenträger mit der Summenwelle gekoppelt und das Hohlrad zumindest zeitweise ortsfest gehalten ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen der Antriebswelle und dem ersten Zahnkranz wenigstens eine erste Kupplung angeordnet ist, mittels der eine um die Antriebsrotationsachse in wenigstens eine Drehrichtung trennbare drehmomentfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem ersten Zahnkranz herstellbar ist. Weiter ist vorgesehen, dass zwischen der Antriebswelle und dem vierten Zahnkranz eine zweite Kupplung angeordnet ist, mittels der eine um die Antriebshauptachse trennbare drehmomentfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem vierten Zahnkranz herstellbar ist.
Die Kupplungen sind vorzugsweise konzentrisch zur Antriebswelle und zur Rotationsachse der Summenwelle angeordnet. Die konzentrische Anordnung der Kupplungen zu der Antriebsrotationsachse ermöglichen die koaxiale Anordnung des Elektromotors zum Getriebe. Die elektromotorische Antriebseinheit beansprucht somit vorteilhaft radial geringeren Bauraum.
Die zweite Kupplung ist in einem Zweiganggetriebe eingesetzt. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kupplung, vorzugsweise zwischen Antriebswelle und erstem Zahnkranz, eine Freilaufkupplung ist. Die Freilaufkupplung bzw. der Freilauf ist eine Überholkupplung, welche die getriebliche Verbindung entkoppelt, wenn sich Drehzahlverhaltnisse wie Relativdrehzahlen oder Drehrichtung beider oder eines der beiden miteinander gekuppelten Elemente ändern. Ein erstes Drehelement, wie z. B. ein Freilaufring, ist drehfest der Antriebswelle zugeordnet. Ein zweites Drehelement, z. B. ein Rampenring, ist drehfest dem ersten Zahnkranz zugeordnet. Zwischen den Drehelementen sind Freilaufkörper wie Klemmkörper oder Rollen angeordnet. Relative Drehzahlen zwischen den Wellen in eine Drehrichtung entkoppeln den Freilauf, so dass die Antriebswelle und Zahnkranz zueinander frei laufen und das eine Drehelement das andere an Drehzahl überholt. Relative Drehzahlen der von Antriebswelle und Zahnkranz in entgegengesetzte Richtung zueinander überbrücken den Freilauf, in dem die Freilaufkörper die Relativbewegung aufheben und beide Drehelemente miteinander verbinden sowie deren Freilaufen gegeneinander sperren. Bei Umkehr der Drehrichtung der entgegengesetzt drehenden Drehelemente laufen diese frei. Drehungen eines der Drehelemente gegenüber einem anderen stillstehenden Element führen in eine Drehrichtung zur Mitnahme des anderen Drehelements in die Drehrichtung und in die andere Drehrichtung zum Überholen, also zum Entstehen einer Relativdrehzahl zwischen den Drehelementen in die gleiche Drehrichtung.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer elektromotorischen Antriebseinheit 30 mit einem Antriebsstrang. Der Antriebsstrang ist durch einen elektromotorischen Antrieb 2, ein Getriebe 5 und ein Ausgleichsgetriebe 4 bis hin zu zwei Differenzwellen 5 und 6 in z. B. Form von Achswellen gebildet. Mittels des Getriebes 3 sind eine Antriebswelle 7 des elektromotorischen Antriebs 2 und das Ausgleichsgetriebe 4 getrieblich verbunden.
Das Ausgleichsgetriebe 4 weist ein Gehäuse 8 auf. Das Gehäuse 8 ist mittels zwei Lagern 10 und 11 ortsfest an der Umgebungsstruktur 9, beispielsweise an einem Gehäuse der Antriebseinheit 1, um seine Rotationsachse 12 drehbar gelagert. In dem Gehäuse 8 sind die Differenzwellen 5 und 6 mit Kegelrädern 13 und 14 drehbar gelagert. Die Kegelräder 13 und 14 sind mit Planetenrädern in Form von Ausgleichskegelrädern 15 und 16 verzahnt. Die Ausgleichskegelräder sind an dem Gehäuse 8 drehbar abgestützt. Die Differenzwelle 5 ist koaxial zur Rotationsachse 12 ausgerichtet und durchdringt den Antrieb 2 axial. Die Antriebsrotationsachse 17 und die Rotationsachse 12 sind koaxial zueinander ausgerichtet. Die Rotationsachse des Gehäuses 8 und damit die der Summenwelle 23 ist die Differenzialhauptachse, die koaxial zur Antriebsrotationsachse 17 ausgerichtet ist.
Das Getriebe 5 ist durch zwei Stirnradstufen 38 und 39 und durch einen Planetentrieb gebildet. Die Stirnradstufen 38 und 39 weisen Zahnkränze 18, 19, 21 und 22 auf. An der Antriebswelle 7 ist ein konzentrisch zur Antriebsrotationsachse 17 ausgerichteter erster Zahnkranz 18 ausgebildet. Der erste Zahnkranz 18 kämmt mit einem mit radialem Achsabstand und mit seiner Rotationsachse 19a parallel zur Antriebsrotationsachse 17 ausgerichteten zweiten Zahnkranz 19. Der zweite Zahnkranz 19 ist an einer Zwischenwelle 20 fest und über die Zwischenwelle 20 drehfest mit einem dritten Zahnkranz 21 verbunden. Die Zahnkränze 19 und 20 weisen die gemeinsame Rotationsachse 19a auf. Die Zwischenwelle 20 ist ortsfest zur Umgebungsstruktur 9 um die Rotationsachse 19a drehbar gelagert.
Der dritte Zahnkranz 21 kämmt mit einem vierten Zahnkranz 22. Die Rotationsachse des vierten Zahnkranzes 22 liegt auf der Rotationsachse 12, so dass diese koaxial zu der Rotationsachse des ersten Zahnkranzes 18 bzw. zur Antriebsrotationsachse 17 ausgerichtet ist.
Die Summenwelle 23 des Ausgleichsgetriebes 4 ist das Gehäuse 8. Die Rotationsachse der Summenwelle 23 entspricht der Rotationsachse 12, so dass Antrieb 2 und Ausgleichsgetriebe 4 in koaxialer Bauweise zueinander ausgerichtet sind.
Der Planetentrieb des Getriebes 5 ist durch ein Hohlrad 28, eine Sonne 27, einen Planetenträger 26 (Steg) und Planeten 25 gebildet. An der Summenwelle 23 ist der Planetenträger 26 fest, an dem Planetenräder 25 jeweils um die eigene Rotationsachse 25a rotierbar gelagert sind. Wenn der Planetenträger 26 um die Rotationsachse 12 der Summenwelle 12 umläuft, laufen die Planetenräder 25 mit den Rotationsachsen 25a auf einer Umlaufbahn um die Rotationsachse 12 um. Die Planetenräder 25 kämmen außen mit einem Zahnkranz eines Hohlrades 28 und radial innen mit dem Sonnenrad 27.
Das Sonnenrad 27 ist Bestandteil einer getrieblichen Verbindung zwischen dem vierten Zahnkranz 22 und der Summenwelle 23. Dazu ist das Sonnenrad 27 koaxial zum vierten Zahnkranz 22 ausgerichtet und drehmomentfest mit diesem verbunden. Der Zahnkranz 22 ist an dem Zahnrad 34 ausgebildet, welches ortsfest zur Umgebungskonstruktion um seine Rotationsachse drehbar gelagert ist. Die getriebliche Verbindung setzt sich von dem Sonnenrad 27 aus über die Planetenräder 25, das Hohlrad 28 bis zu dem Planetenträger 26 hin fort, der mit der Summenwelle 23, also mit dem Gehäuse 8 drehmomentfest verbunden ist.
Zweiter, dritter und vierter Zahnkranz 19, 21 und 22 sind an den Zahnrädern 32, 33 bzw. 34 ausgebildet.
In dem Getriebe 35 ist eine Kupplung 29, beispielsweise eine trockene Reibkupplung, zwischen der Antriebswelle und einem Zahnrad 31 angeordnet. Die Kupplung 29 ist konzentrisch zur Antriebswelle 7 und zur Differenzialhauptachse angeordnet. Der erste Zahnkranz 18 ist an dem Zahnrad 31 ausgebildet.
Die Antriebseinheit 30 zeigt beispielhaft eine platzsparende Anordnung mit einem einfachen Getriebe, das bei Bedarf zum Hauptantrieb des Fahrzeugs zugeschaltet werden kann und in den je nach Anforderung durch beliebige Anreihung von Stirnradstufen und insbesondere wenigstens eines Planetentriebs im Leistungsfluss zwischen dem elektromotorischen Antrieb und dem Differenzial verschiedene Über- bzw. Untersetzungenstufen geschaffen werden können. Platz wird insbesondere durch die konzentrischen bzw. koaxialen Anordnungen des Antriebs, des Ausgleichsgetriebes und der Kupplungen gespart.
2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer elektromotorischen Antriebseinheit 40 mit einem Antriebsstrang. Der Antriebsstrang ist durch einen elektromotorischen Antrieb 2, ein Zweiganggetriebe 36 und durch ein Ausgleichsgetriebe 4 bis hin zu zwei Differenzwellen 5 und 6 in z. B. Form von Achswellen gebildet. Mittels des Getriebes 36 ist eine getriebliche Verbindung mit zwei Gängen zwischen einer Antriebswelle 7 des elektromotorischen Antriebs 2 und dem Ausgleichsgetriebe 4 gebildet.
Das Ausgleichsgetriebe 4 weist ein Gehäuse 8 auf. Das Gehäuse 8 ist mittels zwei Lagern 10 und 11 ortsfest an der Umgebungsstruktur 9, beispielsweise an einem Gehäuse der Antriebseinheit 40, um seine Rotationsachse 12 drehbar gelagert. In dem Gehäuse 8 sind die Differenzwellen 5 und 6 mit Kegelrädern 13 und 14 drehbar gelagert. Die Kegelräder 13 und 14 sind mit Planetenrädern in Form von Ausgleichskegelrädern 15 und 16 verzahnt. Die Ausgleichskegelräder sind an dem Gehäuse 8 drehbar abgestützt. Die Differenzwelle 5 ist koaxial zur Rotationsachse 12 ausgerichtet und durchdringt den Antrieb 2 axial.
Die Antriebsrotationsachse 17 und die Rotationsachse 12 sind koaxial zueinander ausgerichtet.
Das Zweiganggetriebe 36 ist durch zwei Stirnradstufen 38 und 39 und durch einen Planetentrieb 41 gebildet.
Die Stirnradstufen 38 und 39 weisen Zahnkränze 18, 19, 21 und 22 auf. An einer mit der Rotorwelle verbundenen Antriebswelle 7 ist ein konzentrisch zur Antriebsrotationsachse 17 ausgerichteter erster Zahnkranz 18 ausgebildet. Der erste Zahnkranz 18 kämmt mit einem zweiten Zahnkranz 19, der mit radialem Achsabstand und mit seiner Rotationsachse 19a parallel zur Antriebsrotationsachse 17 ausgerichteten ist. Der zweite Zahnkranz 19 ist an einer Zwischenwelle 20 fest und über die Zwischenwelle 20 drehfest mit einem dritten Zahnkranz 21 verbunden. Die Zahnkränze 19 und 20 weisen die gemeinsame Rotationsachse 19a auf. Die Zwischenwelle 20 ist ortsfest zur Umgebungsstruktur 9 um die Rotationsachse 19a drehbar gelagert.
Der dritte Zahnkranz 21 kämmt mit einem vierten Zahnkranz 22. Die Rotationsachse des vierten Zahnkranzes 22 liegt auf der Rotationsachse 12, so dass diese koaxial zu der Rotationsachse des ersten Zahnkranzes 18 bzw. zur Antriebsrotationsachse 17 ausgerichtet ist.
Die Summenwelle 23 des Ausgleichsgetriebes 4 ist das Gehäuse 8. Die Rotationsachse der Summenwelle 23 entspricht der Rotationsachse 12 und damit der Differenzialhauptachse, so dass Antrieb 2 und Ausgleichsgetriebe 4 in koaxialer Bauweise zueinander ausgerichtet sind.
Der Planetentrieb ist durch ein Hohlrad 28, eine Sonne 27, einen Planetenträger 26 (Steg) und Planeten 25 gebildet. An der Summenwelle 23 ist der Planetenträger 26 fest, an dem Planetenräder 25 jeweils um die eigene Rotationsachse 25a rotierbar gelagert sind. Wenn der Planetenträger 26 um die Rotationsachse 12 der Summenwelle 12 umläuft, laufen die Planetenräder 25 mit den Rotationsachsen 25a auf einer Umlaufbahn um die Rotationsachse 12 um.
Die Planetenräder 25 kämmen außen mit einem Zahnkranz eines Hohlrades 28 und radial innen mit dem Sonnenrad 27.
Das Sonnenrad 27 ist im ersten Gang Bestandteil einer getrieblichen Verbindung zwischen dem vierten Zahnkranz 22 und der Summenwelle 23 und im zweiten Gang Bestandteil der getrieblichen Verbindung zwischen einer angetriebenen Welle 37 und der Summenwelle 23, wobei die angetriebene Welle 37 mittels einer Kupplung 29 mit der Antriebswelle 7 wirkverbunden ist.
Das Sonnenrad 27 ist koaxial zum vierten Zahnkranz 22 ausgerichtet und drehmomentfest mit diesem verbunden. Die getriebliche Verbindung setzt sich von dem Sonnenrad 27 aus über die Planetenräder 25, das Hohlrad 28 bis zu dem Planetenträger 26 hin fort, der mit der Summenwelle 23, also mit dem Gehäuse 8 drehmomentfest verbunden ist.
Zweiter, dritter und vierter Zahnkranz 19, 21 und 22 sind an den Zahnrädern 32, 33 bzw. 34 ausgebildet. Der Zahnkranz 18 sitzt z. B. außen auf einem Hohlrad einer Kupplung 24, die im Antriebsstrang zwischen der Antriebswelle 7 und dem ersten Zahnkranz 18 konzentrisch zur Antriebswelle 7 bzw. zur Antriebsrotationsachse 17 angeordnet ist und die in diesem Fall eine Freilaufkupplung ist. Die Kupplung 29 verbindet die koaxial zur Antriebswelle 7 angeordnete angetriebene Welle 38 und ist deshalb auch konzentrisch zur Antriebswelle 7 bzw. Rotorwelle des Elektromotors angeordnet. Das Zahnrad 34 sitzt auf der angetriebenen Welle 37, so dass im zweiten Gang mittels der Kupplung 29 das Sonnenrad 27 und der elektromotorische Antrieb 2 miteinander verbunden sind.
In der Stirnradstufe 38 weist der Zahnkranz 18 beispielsweise neunundzwanzig Zähne und der Zahnkranz 19 achtundvierzig Zähne auf. In der Stirnradstufe 39 ist der Zahnkranz 21 z. B. mit neunundzwanzig Zähnen versehen und der Zahnkranz 22 weist achtundvierzig Zähne auf. Das Hohlrad 28 weist zum Beispiel einhundertneunundzwanzig Zähne, die Planetenräder 25 weisen jeweils achtundvierzig und das Sonnenrad 27 neunundzwanzig Zähne auf. Die Standübersetzung des Planetentriebs 41, also das Verhältnis der Zähnezahlen des Hohlrades 28 zur Sonne 27 ist ca. i = –4,5. Zusammen mit den Übersetzungen der Stirnradstufen 38 und 39 von ca. i = 1,65 ergibt sich damit eine Gesamtübersetzung von i = 14 an dem Planetenträger 26.
2a zeigt die elektromotorische Antriebseinheit 40 nach 2 mit dem Zweiganggetriebe 36 im ersten Gang. Im ersten Gang ist die Antriebswelle 7 über die Kupplung 24 mit dem Zahnkranz 18 gekoppelt. Die mit den Verlaufspfeilen symbolisierten Drehmomente werden über die Kombination der Stirnradstufen 38 und 39 auf die angetriebene Welle 37 und von da auf den Planetentrieb 41 übertragen, wobei das Hohlrad 28 gegenüber der Umgebungsstruktur 9 verdrehfest ist. Von dem Planetentrieb 41 aus liegen die Antriebsmomente über den angetriebenen Planetenträger 26 an der Summenwelle 23 an und werden von dort aus im Ausgleichsgetriebe 4 auf die Differenzwellen 5 und 6 verteilt. Die angetriebene Welle 37 ist im ersten Gang antriebsseitig durch die offene Kupplung 29 von der Antriebswelle 7 getrennt.
2b zeigt die elektromotorische Antriebseinheit 40 mit dem Zweiganggetriebe 36 im zweiten Gang. Im zweiten Gang ist die Antriebswelle 7 mittels der Kupplung 29 mit der angetriebenen Welle 37 und damit mit dem Sonnenrad 27 verbunden, welches fest auf der angetriebenen Welle 37 sitzt. Die Stirnradstufen 38 und 39 sind mittels der als Freilauf ausgebildeten Kupplung 24 von der Antriebswelle entkoppelt und drehen lastfrei mit. Die mit den Verlaufspfeilen symbolisierten Drehmomente werden von dem Antrieb 2 über die Kupplung 29 auf die angetriebene Welle 37 und von da über das Sonnenrad 27 auf den Planetentrieb 41 übertragen, wobei das Hohlrad 28 gegenüber der Umgebungsstruktur 9 verdrehfest ist. Von dem Planetentrieb 41 liegen die Antriebsmomente über den angetriebenen Planetenträger 26 an der Summenwelle 23 an und werden von dort aus im Ausgleichsgetriebe 4 auf die Differenzwellen 5 und 6 verteilt.
Die Anordnung der Kupplungen 24 und der Kupplung 29 ermöglichen ein Zuschalten des zweiten Ganges ohne Zugkraftunterbrechung.

Claims

Antriebseinheit (30, 40) mit wenigstens einem elektromotorischen Antrieb (2) für zwei Differenzwellen (5, 6) eines Ausgleichsgetriebes (4) und mit einem Getriebe (35, 36), das dem Ausgleichsgetriebe (4) vorgeschaltet ist, und dabei mittels des Getriebes (35, 36) eine Antriebswelle (7) des elektromotorischen Antriebs (2) und eine drehbar antreibbaren Summenwelle (23) des Ausgleichsgetriebes (4) getrieblich verbindbar sind, wobei – in dem Ausgleichsgetriebe (4) an der Summenwelle (23) anliegende Drehmomente auf die Differenzwellen (5, 6) aufteilbar sind, – mindestens ein konzentrisch und koaxial zu einer Antriebsrotationsachse (17) der Antriebswelle (7) ausgerichteter und mit der Antriebswelle (7) werkverbundener erster Zahnkranz (18) mit wenigstens einem ortsfest mit radialem Achsabstand zur Antriebsrotationsachse (17) der Antriebswelle (7) drehbar gelagerten zweiten Zahnkranz (19) kämmt, – mindestens ein koaxial zum zweiten Zahnkranz (19) ausgerichteter und dabei mit dem zweiten Zahnkranz (19) drehfest gekoppelter dritter Zahnkranz (21) mit wenigstens einem vierten Zahnkranz (22) kämmt, – der vierte Zahnkranz (22) mit der Summenwelle (23) wirkverbunden ist, zwischen der Antriebswelle (7) und einem der Zahnkränze (18, 22) wenigstens eine Kupplung (29) angeordnet ist, mittels der eine um die Antriebsrotationsachse (17) in wenigstens eine Drehrichtung trennbare drehmomentfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle (7) und dem Zahnkranz (18, 22) herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (29) an einer von dem ersten Zahnkranz (18) abgewandten Seite der Antriebswelle (7) koaxial zur Antriebswelle (7) angeordnet ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (29) zwischen der als Rotorwelle des elektromotorischen Antriebs ausgebildeten Antriebswelle (7) und dem ersten Zahnkranz angeordnet ist, wobei mittels der Kupplung (29) eine um die Antriebsrotationsachse (17) drehmomentfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle (7) und dem ersten Zahnkranz (18) herstellbar ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (29) zwischen der als Rotorwelle des elektromotorischen Antriebs ausgebildeten Antriebswelle (7) und dem vierten Zahnkran (22) angeordnet ist, wobei mittels der Kupplung (29) eine um die Antriebsrotationsachse (17) drehmomentfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle (7) und dem vierten Zahnkranz (22) herstellbar ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (7) und eine konzentrisch zur Antriebsrotationsachse (17) durch die Antriebswelle (7) verlaufende angetriebene Welle (37) mittels der Kupplung (29) miteinander wirkverbunden sind, wobei auf der angetriebenen Welle (37) ein Zahnrad 34 sitzt, an welchem der vierte Zahnkranz (22) ausgebildet ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zahnkranz (18) und die Antriebswelle (7) mittels einer weiteren Kupplung (24) miteinander wirkverbunden sind, mittels der eine um die Antriebsrotationsachse (17) in wenigstens eine Drehrichtung trennbare drehmomentfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle (7) und dem ersten Zahnkranz (18) herstellbar ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kupplung (24) eine Freilaufkupplung ist.