DE102011007259A1

DE102011007259A1 - Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102011007259A1
Application number: DE201110007259
Authority: DE
Inventors: Tomas Smetana; Thorsten BIERMANN
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-10-18
Also published as: WO2012139832A1; US20140080653A1; US8979695B2; CN103492752B; CN103492752A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (1, 20) mit einer elektrischen Maschine (3), mit einem ersten Planetentrieb (4), mit einem Differenzial (5) und mit einer Wirkverbindung zwischen einer Antriebswelle (3a) der elektrischen Maschine (3) und einer ersten Sonne (4a) des ersten Planetentriebes (4), wobei die erste Sonne (4) mit ersten Planetenrädern (4b) im Zahneingriff steht, welche im Zahneingriff mit einem ortsfesten ersten Hohlrad (4) stehen und drehbar an einem ersten Planetenträger (4c) gelagert sind, welcher drehfest mit einem Differenzialkorb (5a) des Differenzials (5) verbunden ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Maschine
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Maschine, mit einem Planetentrieb, mit einem Differenzial, und mit einer Wirkerbindung zwischen einer Antriebswelle der elektrischen Maschine und einer ersten Sonne des ersten Planetentriebs, wobei die erste Sonne mit ersten Planetenrädern im Zahneingriff steht, welche im Zahneingriff mit einem ortsfesten ersten Hohlrad stehen und rotierbar an einem ersten Planetenträger gelagert sind, welcher drehfest mit einem Differenzialkorb des Differenzials verbunden ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Antriebsvorrichtung ist in DE 198 41 159 C2 beschrieben. Die elektrische Maschine in Form eines Elektromotors ist über einen einfachen Planetentrieb mit einem klassischen Kegelraddifferenzial verbunden. Die Rotorwelle ist endseitig mit einer Verzahnung versehen, die die Sonne des Planetentriebs bildet. Der Differenzialkorb des Kegelraddifferenzials ist zugleich Planetenträger für die Planeten des Planetentriebs, die mit der Sonne und einem ortsfesten Hohlrad im Zahneingriff stehen. Der Planetenträger ist um die Hauptachse der Antriebsvorrichtung rotierbar. Die Achswellenräder des Differenzials sind mit Abtriebswellen verbunden, auf die in das Differenzial eingeleitete Drehmomente vom Planetenträger aus über die Ausgleichsräder verteilt werden. Derartige Antriebsvorrichtungen sind sehr kompakt ausgebildet und beanspruchen wenig Bauraum.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung mit variablem Antriebskonzept zu schaffen.
Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die Wirkverbindung zwischen dem Planetentrieb und der Antriebswelle ein zweiter Planetentrieb. Der zweite Planetentrieb ist mindestens durch eine zweite Sonne, durch einen zweiten Satz Planetenräder, durch einen zweiten Planetenträger und durch ein zweites Hohlrad gebildet. Eingang der Wirkverbindung ist die zweite Sonne. Die zweite Sonne ist dazu mit der Antriebswelle um die Rotationsachse der Antriebswelle drehfest verbunden und steht mit den zweiten Planetenrädern im Zahneingriff. Der zweite Satz Planetenräder ist mit radialem Abstand zur Hauptachse der Antriebsvorrichtung auf Planetenbolzen drehbar gelagert, die am zweiten Planetenträger fest sind.
Die zweiten Planetenräder stehen mit der Innenverzahnung des zweiten Hohlrades im Zahneingriff, welches ortsfest haltbar ist. „Ortsfest haltbar” heißt im Sinne der Erfindung, dass das zweite Hohlrad gegenüber einem Gehäuse, beispielsweise einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung, relativ zur Hauptachse der Antriebsvorrichtung drehfest gehalten aber auch um die Hauptachse rotierbar wieder freigegeben werden kann.
Der zweite Planetenträger des zweiten Planetentriebs und die erste Sonne des ersten Planetentriebs sind um die Rotationsachse der Antriebswelle drehfest miteinander verbunden. Die erste Sonne ist Eingang des ersten Planetentriebs.
Die Rotationsachse der Antriebswelle ist die Hauptachse der Antriebsvorrichtung, die sich zentral axial durch die Antriebsvorrichtung erstreckt, und ist damit auch die Rotationsachse des ersten Planetenträgers, des zweiten Planetenträgers, des ersten Hohlrades und des zweiten Hohlrades.
Erfindungsgemäß ist eine ein- und ausrückbare Drehverbindung zwischen der zweiten Sonne und dem zweiten Hohlrad vorgesehen. Wenn die Drehverbindung zwischen der zweiten Sonne und dem zweiten Hohlrad eingerückt ist, wird eine relative Rotation des Hohlrades gegenüber der Sonne und der Sonne gegenüber dem Hohlrad ausgeschlossen. Die Funktion des zweiten Planetentriebs ist aufgehoben. In diesem Betriebszustand entsprechen Drehzahlen und Drehmomente an der ersten Sonne denen an der Antriebswelle. Wenn die Drehverbindung zwischen der zweiten Sonne und dem zweiten Hohlrad ausgerückt ist, wirkt der weitere Planetentrieb. Die Drehzahlen und Drehmomente an der ersten Sonne weichen in diesem Fall aufgrund der Wirkung des zweiten Planetentriebs von denen an der Antriebswelle ab.
Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Anordnung ist die Antriebsvorrichtung in mindestens zwei Betriebszuständen zu betreiben und dadurch variabler einsetzbar.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Hohlrad mittels wenigstens einer Bremse ortsfest feststellbar ist. Die Bremse ist beispielsweise eine Scheiben- oder Lamellen- bzw. eine Bandbremse. Rotationen des zweiten Hohlrades können mittels der Bremse von maximaler Drehzahl auf den Drehzahlwert Null gegenüber der Umgebung abgebremst werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die ein- und ausrückbare Drehverbindung zwischen der zweiten Sonne und dem zweiten Hohlrad mittels wenigstens einer Kupplung herstellbar ist. Die Kupplung ist beispielsweise eine Lamellenkupplung oder eine Synchronkupplung mit konischen Reibringen. Beim Einrücken der Kupplung können Drehzahlunterschiede zwischen dem zweiten Hohlrad und der zweiten Sonne von Maximalwerten bei ausgerückter Kupplung bis zum Relativdrehzahlwert Null hin bei vollständig eingerückter Kupplung reduziert werden.
Abbremsen des Hohlrades geht vorzugsweise einher mit synchronem Ausrücken der Kupplung. Freigeben des Hohlrades geht einher mit synchronem Einrücken der Kupplung, wie mit einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist. So sind mindestens zwei Betriebszustände realisierbar, wobei in einem ersten Betriebszustand zeitlich synchron zur eingerückten Kupplung die Bremse gelöst ist. In einem zweiten Betriebszustand ist zeitlich synchron zur eingelegten Bremse die Kupplung ausgerückt. Darüber hinaus ist ein dritter Betriebszustand vorgesehen, in dem sowohl die Kupplung ausgerückt und das Hohlrad durch die Bremse frei rotierbar freigeben ist. In diesem Betriebszustand wird keine Antriebsleistung ans Differenzial abgegeben.
Bremse und Kupplung können separat und unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Betätigungseinrichtungen betätigt werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine gemeinsame Betätigungseinrichtung für die Bremse und die Kupplung vor, wodurch die Antriebsvorrichtung inklusive der Bremse und der Kupplung sehr kompakt und entsprechend Bauraum sparend ausgelegt ist. Mit dieser Betätigungseinrichtung sind die Bremse und die Kupplung zum Schalten der unterschiedlichen Betriebszustände synchron zugleich bedienbar.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung 1 längs entlang der Hauptachse 2 der Antriebsvorrichtung 1.
Die Antriebsvorrichtung 1 weist eine einer elektrischen Maschine 3, mit einem ersten Planetentrieb 4 und ein Differenzial 5 auf. Über einen zweiten Planetentrieb 6 ist eine Wirkverbindung zwischen einer Antriebswelle 3a der elektrischen Maschine 3, welche eine Rotorwelle 3a ist, und einer ersten Sonne 4a des ersten Planetentriebs 4 hergestellt.
Die erste Sonne 4a steht mit ersten Planetenrädern 4b im Zahneingriff, welche im Zahneingriff mit einem ortsfesten ersten Hohlrad 4d stehen und sich an diesem abstützen. Die Planetenräder 4d sind drehbar an einem ersten Planetenträger 4c gelagert.
Der Planetenträger 4c ist drehfest mit einem Differenzialkorb 5a des Differenzials 5 verbunden, so dass der Differenzialkorb 5a gemeinsam mit dem Planetenträger 4c um die Hauptachse 2 rotierbar angetrieben werden kann. Das Differenzial 5 ist in diesem Fall ein Planetendifferenzial, dessen Differenzialkorb 5a ein Planetenträger 5a ist. Das Differenzial kann alternativ aber auch ein klassisches Kegelraddifferenzial mit einem Differenzialkorb, mit Ausgleichsrädern und mit Abtriebsrädern sein. Die Ausgleichsräder 5b und 5c des Planetendifferenzials sind durch zwei Sätze Planetenräder 5b und 5c gebildet. Jeweils ein Planetenrad 5b und ein Planetenrad 5c stehen im Zahneingriff miteinander. Darüber hinaus stehen die Planetenräder 5b im Zahneingriff mit einem Abtriebsrad 5d, welches in dem Planetentrieb 5 eine Sonne 5d ist, und die Planetenräder 5c im Zahneingriff mit einem Abtriebsrad 5e, welches in dem Planetentrieb 5 eine Sonne 5e ist. Die Sonnen 5d und 5e sind jeweils mit einer Abtriebswelle 8 bzw. 9 verbunden. Die Abtriebswellen 9 ist koaxial zur Hauptachse 2 ausgerichtet. Die Abtriebswelle 8 ist konzentrisch zur Rotorwelle 3a angeordnet, so dass deren Rotationsachse der Hauptachse 2 entspricht.
Der zweite Planetentrieb 6 ist aus einer zweite Sonne 6a, aus zweiten Planetenrädern 6b, aus einem zweiten Hohlrad 6d und aus einem zweiten Planetenträger 6c gebildet. Die zweite Sonne 6a steht im Zahneingriff mit den zweiten Planetenrädern 6b. Die Planetenräder 6b sind drehbar an dem Planetenträger 6c gelagert und stehen im Zahneingriff mit dem zweiten Hohlrad 6d. Der zweite Planetenträger 6c ist mit der ersten Sonne 4a verbunden. Die zweite Sonne 6a ist mit der Antriebswelle 3a drehfest verbunden, so dass die zweite Sonne 6a um die Hauptachse 2 rotierend antreibbar ist.
Eine ein- und ausrückbare Drehverbindung 10 ist zwischen der zweiten Sonne 6a und dem zweiten Hohlrad 6d ausgebildet. Die Drehverbindung 10 besteht aus einer Kupplung K2 und aus einer Bremse B1. Ein erstes Kupplungselement 11a ist mit der Sonne 6a verbunden, indem das erste Kupplungselement 11a drehfest mit der Antriebswelle 3a verbunden und durch diese antreibbar ist. Ein zweites Kupplungselement 11b ist konzentrisch zur Hauptachse 2 an dem zweiten Hohlrad 6d fest und mit diesem um die Hauptachse 2 relativ zu dem ersten Kupplungselement 11a rotierbar. Die Kupplungselemente 11a und 11b sind mittels einer nicht weiter dargestellten Betätigungseinrichtung miteinander form- und/oder reibschlüssig verbindbar, wodurch die aus den Kupplungselementen 11a und 11b gebildete Kupplung K2 einrückbar ist. Der Formschluss zwischen den Kupplungselementen 11a und 11b kann durch die Betätigungseinrichtung wieder aufgehoben und die Kupplung K2 somit ausgerückt werden.
Das zweite Hohlrad 6d ist mittels einer Bremse B1 ortsfest an einem Gehäuse 13 so haltbar, dass es nicht um die Hauptachse 2 rotierbar ist. Die Bremse B1 ist aus einem ersten Bremselement 12a, welches an dem Gehäuse 13 fest ist, und aus einem zweiten Bremselement 12b gebildet, das mit dem zweiten Hohlrad 6d um die Hauptachse rotierbar an diesem fest ist.
Das zweite Kupplungselement 11b und das zweite Bremselement 12b sind gemeinsam an einer Scheibe 14 ausgebildet und weisen konzentrisch zueinander ausgebildete Beläge 14a bzw. 14b auf.
In der zuvor beschriebenen Anordnung kann durch Lösen der Bremse B1 das Hohlrad 6d freigegeben werden, so dass die Kupplung K1 eingerückt und damit eine drehfeste Verbindung zwischen dem Hohlrad 6d und der Sonne 6a herstellbar ist. Nach dem Ausrücken der Kupplung K1 kann das Hohlrad 6d mittels der Bremse B1 gegenüber Umgebung 13 festgestellt werden. Diese Schaltvorgänge werden vorzugsweise übergangslos gestaltet.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung 20 längs entlang der Hauptachse 2 der Antriebsvorrichtung 20.
Die Antriebsvorrichtung 20 weist wie die Antriebsvorrichtung 1 nach 1 die elektrische Maschine 3, den ersten Planetentrieb 4 und das Differenzial 5 auf. Über einen zweiten Planetentrieb 6 ist eine Wirkverbindung zwischen einer Antriebswelle 3a der elektrischen Maschine 3, welche eine Rotorwelle 3a ist, und einer ersten Sonne 4a des ersten Planetentriebs 4 hergestellt. Der Aufbau und die Struktur der Antriebsvorrichtung 20 und 1 sind hinsichtlich der Planetentriebe 4 und 6 und des Differenzials 5 gleich. Die Antriebsvorrichtung 20 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung 1 nur durch die Drehverbindung 7.
Die Drehverbindung 7 ist ein- und ausrückbar und ist zwischen der zweiten Sonne 6a und dem zweiten Hohlrad 6d ausgebildet. Die Drehverbindung 7 besteht aus einer Kupplung K2 und aus einer Bremse B1. Ein erstes Kupplungselement 15a ist mit der Sonne 6a verbunden, indem das erste Kupplungselement 15a drehfest mit der Antriebswelle 3a verbunden und durch diese antreibbar ist. Ein zweites Kupplungselement 15b ist konzentrisch zur Hauptachse 2 an dem zweiten Hohlrad 6d zumindest drehfest aber zu diesem axial verschiebbar und mit diesem um die Hauptachse 2 relativ zu dem ersten Kupplungselement 15a rotierbar. Das zweite Kupplungselement 15b, das einen konzentrisch zur Hauptachse 2 angeordneten Reibbelag 18 aufweist, ist in einer Neutralstellung dargestellt. Die Kupplungselemente 15a und 15b sind mittels eines linear wirkenden Aktors A miteinander reibschlüssig verbindbar, wodurch die aus den Kupplungselementen 15a und 15b gebildete Kupplung K2 bei Bewegungen des Aktors A im Bild nach links einrückbar ist. Der Reibschluss zwischen den Kupplungselementen 15a und 15b kann durch Bewegungen des Aktors A zur rechten Seite hin wieder aufgehoben und die Kupplung K2 somit ausgerückt werden.
Das zweite Hohlrad 6d ist mittels einer Bremse B1 ortsfest zur Umgebung 16 so haltbar, dass es nicht um die Hauptachse 2 rotierbar ist. Die Bremse B1 ist aus einem Bremselement 17, welches an der Umgebung 16 fest ist, und aus dem zweiten Kupplungselement 15b gebildet, das mit dem zweiten Hohlrad 6d um die Hauptachse 2 rotierbar verbunden aber mittels des Aktors A axial zu diesem verschiebbar ist. Für einen Reibschluss mit dem zweiten Kupplungselement ist das Bremselement 17 mit einem konzentrisch zur Hauptachse 2 angeordneten Reibbelag 19 versehen. Der Reibschluss kann durch Bewegung des Aktors A im Bild nach rechts und damit durch Verschieben des zweiten Kupplungselements 15b nach rechts hergestellt und durch Verschieben nach links wieder aufgehoben werden.

Durch die zuvor beschriebene Anordnung wird beim Verschieben des zweiten Kupplungselements 15b im Bild nach links die Kupplung K1 eingerückt und synchron dazu die Bremse B1 gelöst, was heißt, dass eine Drehverbindung zwischen der Antriebswelle 3a und damit der zweiten Sonne 6a und dem Hohlrad 6d hergestellt wird und gleichzeitig die Bremse B1, die das Hohlrad 6d an der Umgebung gehalten hat, gelöst wird. Beim Verschieben des zweiten Kupplungselements 15b im Bild nach rechts wird die Kupplung K1 ausgerückt und synchron dazu die Bremse B1 gezogen, was heißt, dass die Drehverbindung zwischen dem Hohlrad 6d und der Sonne 6a aufgehoben und gleichzeitig das Hohlrad 6d an der Umgebung festgestellt wird. Bezugszeichen

1	Antriebsvorrichtung	K1	Kupplung
2	Hauptachse	11a	erstes Kupplungselement
3	elektrische Maschine	11b	zweites Kupplungselement
3a	Antriebswelle/Rotorwelle	B1	Bremse
4	erster Planetentrieb	12a	erstes Bremselement
4a	erste Sonne	12b	zweites Bremselement
4b	erstes Planetenrad	13	Gehäuse
4c	erster Planetenträger	14	Scheibe
4d	erstes Hohlrad	14a	Belag
5	Differenzial	14b	Belag
5a	Differenzialkorb/Planetenträger	K2	Kupplung
5b	Ausgleichsrad/Planetenrad	15a	erstes Kupplungselement
5c	Ausgleichsrad/Planetenrad	15b	zweites Kupplungselement
5d	Abtriebsrad/Sonne	16	Umgebung
5e	Abtriebsrad/Sonne	A	Aktor
6	zweiter Planetentrieb	17	Bremselement
6a	zweite Sonne	18	Reibbelag
6b	zweites Planetenrad	19	Reibbelag
6c	zweiter Planetenträger	20	Antriebsvorrichtung
6d	zweites Hohlrad
7	Drehverbindung
8	Abtriebswelle
9	Abtriebswelle
10	Drehverbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19841159 C2 [0003]

Claims

Antriebsvorrichtung (1, 20) mit einer elektrischen Maschine (3), mit einem ersten Planetentrieb (4), mit einem Differenzial (5) und mit einer Wirkverbindung zwischen einer Antriebswelle (3a) der elektrischen Maschine (3) und einer ersten Sonne (4a) des ersten Planetentriebes (4), wobei die erste Sonne (4) mit ersten Planetenrädern (4b) im Zahneingriff steht, welche im Zahneingriff mit einem ortsfesten ersten Hohlrad (4) stehen und drehbar an einem ersten Planetenträger (4c) gelagert sind, welcher drehfest mit einem Differenzialkorb (5a) des Differenzials (5) verbunden ist, gekennzeichnet durch einen zweiten Planetentrieb (6) in der Wirkverbindung, mit mindestens einer zweiten Sonne (6a), welche mit der Antriebswelle (3a) drehfest verbunden ist sowie mit zweiten Planetenrädern (6b) im Zahneingriff steht, wobei die zweiten Planetenräder (6b) mit einem ortsfest haltbaren zweiten Hohlrad (6d) im Zahneingriff stehen und an einem zweiten Planetenträger (6c) drehbar gelagert sind, welcher mit der ersten Sonne (4a) drehfest verbunden ist und durch eine ein- und ausrückbare Drehverbindung (7, 10) zwischen der zweiten Sonne (6a) und dem zweiten Hohlrad (6d).
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kupplung (K2) als Drehverbindung (7, 10), wobei das zweite Hohlrad (6d) mittels einer Bremse (B1) ortsfest haltbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die in einem ersten Betriebszustand zeitlich synchron zur eingerückten Kupplung (K2) gelöste Bremse (B1).
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die in einem zweiten Betriebzustand zeitlich synchron zur gezogenen Bremse (B1) ausgerückte Kupplung (K2).
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Aktor (A) für die Bremse (B1) und die Kupplung (K2), mit welchem die Bremse (B1) und die Kupplung (K2) in mindestens einem Betriebszustand synchron zugleich bedienbar sind.