DE102010050709B4

DE102010050709B4 - Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102010050709B4
Application number: DE102010050709.1A
Authority: DE
Inventors: Jens Liebold
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: DE102010050709A1

Abstract

Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges umfassend ein Gehäuse (1), eine elektrische Maschine (11), ein Differential (9) und ein Planetengetriebe (10), wobei
■ ein Sonnenrad (3) des Planetengetriebes (10) mit der elektrischen Maschine (11) verbunden ist,
■ ein weiteres Sonnenrad (7) mit einer ersten Bremse (B1) mit dem Gehäuse (1) verbunden oder nicht verbunden werden kann,
■ ein Planetenradträger (6), welcher mindestens ein Planetenrad (4) und (5) aufnimmt und mittels einer weiteren Bremse (B2) mit dem Gehäuse (1) verbunden oder nicht verbunden werden kann,
■ ein Hohlrad (8) des Planetengetriebes (10) mit einem Differential (9) verbunden ist, und
■ in axialer Richtung der Vorrichtung der Reihenfolge nach die elektrische Maschine (11), die erste Bremse (1), die weitere Bremse (B2) und das Planetengetriebe (10) nebeneinander angeordnet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2004 026 039 A1 ist eine Antriebsachse eines Fahrzeuges mit einer elektrischen Maschine, einem Differentialgetriebe und einem Planetengetriebe vorbekannt. Die elektrische Maschine ist mittels einer in Wirkverbindung mit dem Planetengetriebe stehenden Kupplungseinrichtung mit dem Differentialgetriebe in Antriebsverbindung bringbar. Das Planetengetriebe weist ein eingangsseitiges, mit einer Antriebswelle der elektrischen Maschine verbundenes Sonnenrad, ein Hohlrad und radial dazwischen angeordnete, auf einem Planetenradträger gelagerte und mit dem Sonnenrad und einer Innenverzahnung des Hohlrades in Eingriff stehende Planetenräder auf, wobei der Planetenradträger mit dem Differentialgetriebe gekoppelt ist und wobei das Hohlrad durch die Kupplungseinrichtung relativ zu einem gehäusefesten Bauteil festlegbar oder lösbar ist. Bei dem gegenüber dem gehäusefesten Bauteil feststehenden Hohlrad erfolgt ein Antrieb des Differentialgetriebes und somit des Fahrzeuges, wobei die Drehzahl der elektrischen Maschine durch das Untersetzungsgetriebe herabgesetzt wird. Wird das Hohlrad gelöst, versetzt die rotierende Antriebswelle der elektrischen Maschine das Hohlrad in eine Drehbewegung und es erfolgt kein Antrieb des Differentialgetriebes und somit kein Antrieb des Fahrzeuges. Für den Antrieb des Fahrzeuges steht somit lediglich eine Übersetzungsstufe zur Verfügung.
Aus der US 2007 / 0 021 257 A1 ist eine Fahrzeugantriebsvorrichtung bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, eine elektrische Maschine, ein Differential und einen Planetenradsatz, welcher als Ravigneaux-Planetenradsatz ausgeführt ist. Ein erstes Sonnenrad ist mit der elektrischen Maschine verbunden und ein zweites Sonnenrad mittels einer ersten Bremse mit dem Gehäuse schaltbar verbunden oder nicht verbunden. Der Planetenträger nimmt erste Planetenräder und zweite Planetenräder auf, wobei die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad, den zweiten Planetenrädern und einem Hohlrad in Eingriff stehen und weiter die zweiten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad im Eingriff stehen. Mittels einer zweiten Bremse ist der Planetenträger mit dem Gehäuse schaltbar verbunden oder nicht verbunden. Das Hohlrad bildet den Getriebeausgang.
Aus der DE 10 2005 039 461 A1 ist ein hybrider Antriebsstrang unter Verwendung eines Ravigneaux-Planetenradsatzes und eines Vorgetriebes als Teilgetriebe bekannt. Ein erstes Sonnenrad ist über einen zusätzlich vorgeschalteten einfachen Planetenradsatz und zweier schaltbaren Kupplungen mit einer elektrischen Maschine verbunden und ein zweites Sonnenrad mittels einer ersten Bremse mit dem Gehäuse schaltbar verbunden oder nicht verbunden. Der Planetenträger nimmt erste Planetenräder und zweite Planetenräder auf, wobei die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad und den zweiten Planetenrädern in Eingriff stehen und weiter die zweiten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad und einem Hohlrad im Eingriff stehen. Mittels einer zweiten Bremse ist der Planetenträger mit dem Gehäuse schaltbar verbunden oder nicht verbunden. Das Hohlrad bildet den Getriebeausgang und ist mit einem Differentialgetriebe verbunden.
Aus der US 2007 / 0 023 211 A1 ist ein Hilfsantriebssystem für Kraftfahrzeuge bekannt, welches einen Wechselstrommotor, ein Untersetzungsgetriebe und ein Differential aufweist. Der Wechselstrommotor ist in einer Ausführungsform dabei derart angeordnet, dass dieser das Differential und das Untersetzungsgetriebe räumlich umgreift.
Nachteil des Standes der Technik ist, dass diese Vorrichtung infolge der Anordnung der elektrischen Maschine, des Planetengetriebes und des Differentialgetriebes in Reihe in axialer Richtung sehr viel Platz in Anspruch nimmt.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den aus dem Stand der Technik vorbekannten Antrieb für Fahrzeuge hinsichtlich Übersetzung und Abmessungen zu optimieren.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Beschreibung der Erfindung
Vorrichtungen zum Antrieb eines Fahrzeuges können im Allgemeinen einer Achse oder mehreren Achsen des Fahrzeuges zugeordnet sein. Insbesondere elektrische Maschinen können zum Antrieb des Fahrzeuges einer Achse zugeordnet sein. Einer weiteren Achse des Fahrzeuges kann zum Beispiel eine Verbrennungskraftmaschine zugeordnet sein, so dass ein zweiachsiges Fahrzeug unabhängig voneinander jeweils mit einer oder mit beiden Achsen zusammen angetrieben werden kann.
Erfindungsgemäß umfasst diese Vorrichtung ein Gehäuse, eine elektrische Maschine, ein Differential und ein Planetengetriebe. Das Planetengetriebe besteht aus zwei Bremsen und zwei Planetenradsätzen, wobei ein Sonnenrad eines ersten Planetenradsatzes mit der elektrischen Maschine verbunden ist, wobei ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Differential gekoppelt ist und ein Planetenradträger vorgesehen ist, auf dem sechs Planetenräder derart angeordnet sind, dass jeweils zwei Planetenräder miteinander im Eingriff stehen und sich dadurch drei Planetenradpaare bilden, die gleichmäßig über dem Umfang des ersten Planetenradsatzes verteilt sind, wobei ein erstes Planetenrad des jeweiligen Paares mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes im Eingriff steht und ein zweites Planetenrad des jeweiligen Paares mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes im Eingriff steht und gleichzeitig mit einem Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes im Eingriff steht, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit einer ersten Bremse verbunden ist und mit dem Gehäuse drehfest verbunden oder nicht verbunden werden kann und der Planetenradträger mit einer zweiten Bremse verbunden ist und drehfest mit dem Gehäuse verbunden oder nicht verbunden werden kann.
Auf dem Planetenradträger sind demnach drei Planetenradpaare angeordnet, wobei das jeweilig innere Planetenrad des Planetenradpaares mit einem Sonnenrad und dem jeweilig äußeren Planetenrad des Planetenradpaares im Eingriff steht und das jeweilig äußere Planetenrad mit einem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes im Eingriff steht. Mit anderen Worten ist das äußere Planetenrad eines jeden Planetenradpaares gleichzeitig das Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes kann in einer besonderen Ausgestaltung als gemeinsames Hohlrad des ersten und zweiten Planetenradsatzes oder als Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ausgeführt werden. Die beiden Bremsen stellen eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zum drehfesten Verbinden des Sonnenrades und des Planetenträgers dar, können aber auch in einer alternativen erfindungsgemäßen Ausgestaltung als Kupplungen oder weitere Verbindungselemente ausgeführt sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Differentialgetriebe derart koaxial zu der elektrischen Maschine angeordnet, dass die elektrische Maschine das Differentialgetriebe räumlich umgreift. Bei dieser Ausführung ist demnach das Differentialgetriebe innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet.
Erfindungsgemäß vorteilhaft werden mittels der beiden Bremsen zwei Untersetzungen bereitgestellt. Es ergibt sich eine sehr gute Anpassungsmöglichkeit der Untersetzungen und dementsprechend der Gesamtgetriebespreizung an die gegebenen Randbedingungen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Ausführungsbeispiel
Beispielhaft wird hier eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigen:

1: eine schematische Gesamtdarstellung einer ersten Ausführung der Vorrichtung und
2: eine schematische Detaildarstellung eines Ausschnitts der ersten Ausführung der Vorrichtung.

In 1 wird eine Gesamtansicht und in 2 eine detaillierte Ausführung der erfindungsmäßigen Vorrichtung dargestellt, die zum Antrieb eines Fahrzeuges dient.
Das in 1 dargestellte System umfasst ein Gehäuse 1, eine elektrische Maschine 11, ein Planetengetriebe 10, mit einem ersten Planetenradsatz 13 und einem zweiten Planetenradsatz 12 sowie einer ersten Bremse B1 und einer zweiten Bremse B2, und einem als Kegelraddifferential ausgeführten Differential 9. Die Funktion eines Differentials kann auch in alternativer Weise erfolgen.
Der Antrieb der in 2 dargestellten Vorrichtung erfolgt über die elektrische Maschine 11, bestehend aus einem Rotor 2a und einem Stator 2, wobei der Rotor 2a mit einem Sonnenrad 3 verbunden ist und ein Planetenrad 4 des ersten Planetenradsatzes 13 antreibt. Das Planetenrad 4 ist zusammen mit einem weiteren Planetenrad 5 des ersten Planetenradsatzes 13 auf einem Planetenradträger 6 angeordnet. Die beiden Planetenräder 4 und 5 stehen im Eingriff miteinander. Das Planetenrad 5 läuft in einem Hohlrad 8, welches mit dem Differential 9 verbunden ist. Der erste Planetenradsatz 13 bildet sich somit aus einem elektromotorisch angetriebenen Sonnenrad 3, wobei das Sonnenrad 3 mit einem ersten Planetenrad 4 im Eingriff steht, wobei das Planetenrad 4 mit einem zweiten Planetenrad 5 im Eingriff steht und das Planetenrad 5 mit einem Hohlrad 8 im Eingriff steht. Der zweite Planetenradsatz 12 wird durch ein mit der ersten Bremse B1 verbundenes Sonnenrad 7 und dem Planetenrad 5 auf dem Planetenradträger 6 gebildet. Durch die Bremse B1 lässt sich das Sonnenrad 7 mit dem Gehäuse 1 drehfest verbinden oder nicht verbinden. Der Planetenradträger 6 ist mittels der zweiten Bremse B2 drehfest mit dem Gehäuse 1 verbindbar oder nicht verbindbar. Auf dem Planetenradträger 6 befindet sich das erste Planetenrad 4 des ersten Planetenradsatzes 13 und das zweite Planetenrad 5 des ersten Planetenradsatzes 13 und zweiten Planetenradsatzes 12. Demnach ist das Planetenrad 5 so ausgeführt, dass es sich gleichzeitig im ersten Planetenradsatz 13 und im zweiten Planetenradsatz 12 befindet. Der Planetenradträger 6 kann dafür zum Beispiel gekröpft ausgeführt sein.
Das Hohlrad 8 treibt das Differential 9 an. Das Differential 9 verfügt über zwei Differentialausgangswellen 9a und 9c, die mit zwei Abtriebswellen 9b und 9d im Eingriff stehen.
Für eine erste Übersetzung der erfindungsmäßigen Vorrichtung ist die erste Bremse B1 geschlossen und stellt eine drehfeste Verbindung des Sonnenrades 7 mit dem Gehäuse 1 her. Die Bremse B2 ist geöffnet, so dass der Planetenradträger 6 entsprechend seiner Rotationsachse umlaufen kann. Der Antrieb des Sonnenrades 3 verursacht das Umlaufen des Planetenradträgers 6 entsprechend dem umlaufenden Planetenrad 5 auf dem im Gehäuse 1 feststehenden Sonnenrad 7. Das Antriebsmoment, das mittels der elektrischen Maschine 11 aufgebracht wird, stützt sich an der Bremse B1 ab und treibt das Hohlrad 8 und demzufolge das Differential 9 an.
Für eine zweite Übersetzung der erfindungsmäßigen Vorrichtung wird die Bremse B2 geschlossen und der Planetenradträger 6 drehfest mit dem Gehäuse 1 verbunden. Die Bremse B1 ist geöffnet. Das aufgebrachte Antriebsmoment treibt das Planetenrad 4 mittels des Sonnenrades 3 an. Das Planetenrad 4 treibt das auf dem gemeinsamen Planetenradträger 6 gelagerte Planetenrad 5 an. Das Planetenrad 5 treibt das Hohlrad 8 und demzufolge das Differential 9 an. Das Antriebsmoment stützt sich über den Planetenradträger 6 in der Bremse B2 ab.
Mittels der Kegelräder auf den beiden Differentialausgangswellen 9a und 9c des Differentials 9 werden die Abtriebswellen 9b und 9d angetrieben.
Sind beide Bremsen B1 und B2 geöffnet, ist demzufolge weder das Sonnenrad 7, noch der Planetenradträger 6 drehfest mit dem Gehäuse 1 verbunden, kann kein Antriebsmoment übertragen werden. Dementsprechend kann aber die dem Antrieb zugeordnete Achse des Fahrzeuges frei laufen. So kann die elektrische Maschine 11 zum Beispiel im Sicherheitsfall von der Achse entkoppelt werden.
Sind beide Bremsen B1 und B2 geschlossen, ist demzufolge das Sonnenrad 7 und der Planetenradträger 6 drehfest mit dem Gehäuse 1 verbunden, ist der Antrieb blockiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zudem für rekuperatives Bremsen verwendet werden. Durch die Übersetzungsspreizung der Vorrichtung kann der optimale Betriebspunkt zur Rekuperation in der elektrischen Maschine angepasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Stator der elektrischen Maschine
2a: Rotor der elektrischen Maschine
3: Sonnenrad
4: Planetenrad
5: Planetenrad
6: Planetenradträger
7: Sonnenrad
8: Hohlrad
9: Differential
9a: Differentialausgangswelle
9b: Abtriebswelle
9c: Differentialausgangswelle
9d: Abtriebswelle
10: Planetengetriebe
11: elektrische Maschine
12: Planetenradsatz
13: Planetenradsatz
B1: Bremse
B2: Bremse

Claims

Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges umfassend ein Gehäuse (1), eine elektrische Maschine (11), ein Differential (9) und ein Planetengetriebe (10), wobei ■ ein Sonnenrad (3) des Planetengetriebes (10) mit der elektrischen Maschine (11) verbunden ist, ■ ein weiteres Sonnenrad (7) mit einer ersten Bremse (B1) mit dem Gehäuse (1) verbunden oder nicht verbunden werden kann, ■ ein Planetenradträger (6), welcher mindestens ein Planetenrad (4) und (5) aufnimmt und mittels einer weiteren Bremse (B2) mit dem Gehäuse (1) verbunden oder nicht verbunden werden kann, ■ ein Hohlrad (8) des Planetengetriebes (10) mit einem Differential (9) verbunden ist, und ■ in axialer Richtung der Vorrichtung der Reihenfolge nach die elektrische Maschine (11), die erste Bremse (1), die weitere Bremse (B2) und das Planetengetriebe (10) nebeneinander angeordnet sind.
Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Differential (9) derart koaxial zur elektrischen Maschine (11) angeordnet ist, dass die elektrische Maschine das Differential räumlich umgreift.