DE102011007454B4

DE102011007454B4 - Elektrische Achsantriebsvorrichtung mit zwei Untersetzungsstufen

Info

Publication number: DE102011007454B4
Application number: DE102011007454.6A
Authority: DE
Inventors: Thorsten BIERMANN; Philip Wurzberger; Frank Steiner; Heike Haardörfer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2031-04-16
Also published as: DE102011007454A1

Abstract

Antriebsvorrichtung (1, 51) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebseinheit (3, 53) und eine Getriebestufe (5, 55) zur Übersetzung des von der elektrischen Antriebseinheit (3, 53) eingeleiteten Drehmoments, wobei die Getriebestufe (5, 55) eine Eingangsstufe (27, 77) umfasst, über welche die elektrische Antriebseinheit (3, 53) abtriebsseitig mit der Getriebestufe (5, 55) gekoppelt ist, sowie umfassend ein der Getriebestufe (5, 55) nachgeschaltetes Differentialgetriebe (7, 57) zur Übertragung des Drehmoments auf eine Antriebsachse, wobei die elektrische Antriebseinheit (3, 53) abtriebsseitig über ein Planetengetriebe (9, 59) mit der Getriebestufe (5, 55) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (9, 59) als ein Dreiwellengetriebe ausgebildet ist, wobei das Planetengetriebe (9, 59) als ein gestuftes Doppelplanetengetriebe ausgebildet ist, wobei das Planetengetriebe (9, 59) einen Abtrieb (23, 73) umfasst, über welchen es mit der Eingangsstufe (27, 77) der Getriebestufe (5, 55) gekoppelt ist und das Planetengetriebe (9, 59) zusätzlich über eine Abtriebsstufe (25, 75) mit der Getriebestufe (5, 55) gekoppelt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebseinheit und eine Getriebestufe zur Übersetzung des von der elektrischen Antriebseinheit eingeleiteten Drehmoments, wobei die Getriebestufe eine Eingangsstufe umfasst, über welche die elektrische Antriebseinheit abtriebsseitig mit der Getriebestufe gekoppelt ist, sowie umfassend ein der Getriebestufe nachgeschaltetes Differentialgetriebe zur Übertragung des Drehmoments auf eine Antriebsachse.
Hintergrund der Erfindung
Der Einsatz einer elektrischen Antriebsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug weist gegenüber einer Antriebsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor einige wesentliche Vorzüge auf. Hierzu zählen beispielsweise ein erhöhter Wirkungsgrad, eine vorteilhafte Drehmoment- und Leistungscharakteristik, ebenso wie der zumeist einfachere Aufbau des Antriebsstrangs und die fast vollständige Emissionsfreiheit in Bezug auf unerwünschte, umweltschädigende Schadstoffe.
Weiterhin besitzen elektrische Antriebseinheiten im Vergleich zu Verbrennungsmotoren erheblich weniger bewegliche Bauteile, wodurch eine vereinfachte Montage ermöglicht wird und insbesondere die Herstellungskosten verringert werden können.
Aus der DE 198 41 159 C2 ist eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art bekannt. Die Antriebsvorrichtung umfasst eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinheit, die über ein nachgeschaltetes, als Ausgleichsgetriebe ausgebildetes Differentialgetriebe mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung steht. Hierbei ist gemäß der DE 198 41 159 C2 dem Ausgleichsgetriebe ein Getriebe zur Übersetzung eines eingeleiteten Momentes vorgeschaltet. Das vorgeschaltete Getriebe ist als ein Planetengetriebe mit einem ortsfesten Hohlrad ausgebildet.
Hierdurch kann eine kompakte Antriebsvorrichtung mit der gewünschten Übersetzung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt werden, jedoch ist der Einsatzbereich begrenzt.
Die DE 10 2010 054 533 A1 zeigt ein Übersetzungs- und Ausgleichsgetriebe mit einer Eingangswelle und zwei koaxial zu der Eingangswelle angeordneten Ausgangswellen, umfassend ein Gehäuse, in dem ein wenigstens eine Planetenstufe umfassender Übersetzungsabschnitt und ein als Stirnraddifferential ausgebildeter Ausgleichsabschnitt angeordnet sind.
Die US 5 751 081 A zeigt ein Untersetzungsgetriebe mit einem Differentialgetriebe für eine elektrisch Achsantriebsvorrichtung.
Die DE 10 2011 007 260 A1 zeigt eine Antriebsvorrichtung mit wenigstens einer elektrischen Maschine, mit einem Schaltgetriebe, mit einem durch die elektrische Maschine über das Schaltgetriebe antreibbaren Differenzial, mit mindestens einer drehmomentenfesten ersten Wirkverbindung zwischen einer ersten Antriebswelle der elektrischen Maschine und dem Schaltgetriebe.
Aufgabe der Erfindung
Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte und kostengünstige Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Antriebseinheit anzugeben, die bei einer geforderten Übersetzung einen gegenüber dem Stand der Technik vergrößerten Einsatzbereich aufweist.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebseinheit und eine Getriebestufe mit einer Eingangsstufe, wobei die elektrische Antriebseinheit abtriebsseitig mit der Eingangsstufe der Getriebestufe gekoppelt ist, sowie ein der Getriebestufe nachgeschaltetes Differentialgetriebe zur Übertragung des Drehmoments der elektrischen Antriebseinheit auf eine Antriebsachse. Hierbei ist vorgesehen, dass die elektrische Antriebseinheit über ein Planetengetriebe mit der Getriebestufe gekoppelt ist.
Elektrische Antriebseinheiten wie Elektromotoren sind in der Lage, ihre Nennleistung über einen weiten Drehzahlbereich stufenlos zur Verfügung zu stellen, so dass bereits bei kleinen Drehzahlen das maximale Drehmoment verfügbar ist. Entsprechend kann das von einer elektrischen Antriebseinheit eingeleitete Antriebsmoment direkt in ein Differentialgetriebe eingekoppelt und von dort in die Antriebsachse eines Fahrzeugs eingeleitet werden.
Um jedoch bei einer solchen Ausgestaltung ein ausreichendes Antriebsmoment zur Verfügung zu stellen, sind leistungsstarke Elektromotoren notwendig. Aufgrund des benötigten Mindestbauraums innerhalb eines Kraftfahrzeugs und des vergleichsweise hohen Gewichts solcher Elektromotoren stellt deren Einsatz keine dauerhaft wirtschaftliche Lösung dar.
Unter Berücksichtigung dessen werden auch bei Antriebsvorrichtungen zusätzlich dem Differentialgetriebe vorgeschaltete Getriebestufen eingesetzt, die es ermöglichen, die vom Elektromotor bereitgestellt Ausgangsleistung vor der Einkopplung in das Differentialgetriebe den Anforderungen gemäß anzupassen bzw. zu übersetzen. Hierdurch wird insbesondere der Einsatz eines gewichtsreduzierten Elektromotors bei gleicher Leistung ermöglicht.
Allerdings ist, insbesondere unter wirtschaftlichen und umweltrelevanten Aspekten, trotz der bereits umgesetzten Verbesserungen von Getriebekonzepten und Antriebsvorrichtungen deren stetige Weiterentwicklung unbedingt erwünscht. So soll neben einer Bauraumminimierung in Kraftfahrzeugen insbesondere auch das Einsatzgebiet von Antriebsvorrichtungen bzw. Antriebseinheiten stetig erweitert werden. Dies kann durch eine weitere Verkleinerung der einzelnen Bauteile erreicht werden. Allerdings muss hier entsprechend berücksichtigt werden, dass bei einer zu geringen Größe der Antriebseinheit auch das benötigte Antriebsmoment zum Antrieb des Kraftfahrzeugs nicht zur Verfügung gestellt werden kann.
Die Erfindung erkennt, dass die vorgenannte Problematik überwunden werden kann, wenn ein Planetengetriebe in der Antriebsvorrichtung eingesetzt wird, über welches die elektrische Antriebseinheit mit der Getriebestufe gekoppelt ist. Das Planetengetriebe ermöglicht bereits vor der Einkopplung in die Getriebestufe eine Übersetzungsänderung der Antriebsdrehzahl, so dass das Ausgangsmoment der elektrischen Antriebseinheit weiter verringert werden kann. Dies ermöglicht insbesondere eine baulich kleine Ausgestaltung und ein geringes Gewicht der Antriebseinheit.
Zusätzlich ermöglicht der Einsatz des zusätzlichen Planetengetriebes die Erweiterung der Antriebsvorrichtung durch die Möglichkeit, zwei Gänge zu schalten. Durch die Kopplung des Planetengetriebes kann einerseits ein erster Gang mit hoher Übersetzung geschaltet werden. Zum anderen lässt sich das Planetengetriebe beim Schalten in den zweiten Gang entkoppeln, so dass die Leistung des Elektromotors im geschalteten zweiten Gang direkt in das Differentialgetriebe eingekoppelt wird. Das Planetengetriebe bzw. dessen Planetenräder laufen im zweiten Gang entsprechend lastfrei, so dass kein Drehmoment über das Planetengetriebe übertragen wird.
Mit anderen Worten wird durch die Kombination einer elektrischen Antriebseinheit mit einem der Getriebestufe vorgeschalteten Planetengetriebe eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, die bei geringem Bauraumbedarf und Gewicht die Möglichkeit zum Schalten zweier Gänge mit der jeweils geforderten Übersetzung ermöglicht.
Durch den Einsatz des Planetengetriebes lässt sich die Drehzahl der elektrischen Antriebseinheit bereits anpassen, bevor sie in die Getriebestufe eingekoppelt und dort ein weiteres Mal über- oder untersetzt wird. Erst nach der Getriebestufe wird die resultierende Abtriebsdrehzahl in das Differentialgetriebe und von dort in den Antriebsstrang des Fahrzeugs eingeleitet. Diese Ausgestaltung ermöglicht insbesondere im ersten Gang eine hohe Übersetzung der Antriebsdrehzahl ins Langsame.
Als Übersetzung eines Getriebes wird grundsätzlich das Verhältnis zwischen einer Antriebsdrehzahl und einer Abtriebsdrehzahl bezeichnet. Durch die Übersetzung soll die Abtriebswelle eine geforderte Drehzahl erreichen, die in den Antriebsstrang des Fahrzeugs weitergeleitet werden kann. Die Anpassung der Drehzahlen der Antriebsvorrichtung am Getriebeausgang wird üblicherweise in Abhängigkeit des Verhältnisses der Zähnezahlen von Eingangs- und Ausgangszahnrad erreicht. Der Wirkungsgrad eines Getriebes ergibt sich hierbei aus dem Verhältnis der Abtriebsleistung zur Antriebsleistung.
Das Planetengetriebe stellt ein kompaktes Zahnradgetriebe dar und ermöglicht aufgrund seiner kompakten Bauform eine im Verhältnis zu anderen Getriebebauarten große Leistungsdichte und eine hohe Drehmomentübertragung bei kleinstem Bauraum. Es erfüllt weiterhin die Anforderungen an ein möglichst geringes Konstruktions- bzw. Getriebegewicht. Hierbei kann das Planetengetriebe je nach gefordertem Über- oder Untersetzungsverhältnis mit einer oder mehreren Planetenradstufen ausgebildet sein.
Die einfachste Form eines Planetengetriebes, ein sogenanntes einstufiges Planetengetriebe, besteht grundsätzlich aus einem Sonnenrad, einer Anzahl von Planetenrädern, einem Planetenradträger und einem Hohlrad. Das Sonnenrad ist hierbei über das oder jedes der eingesetzten Planetenräder mit dem innenverzahnten Hohlrad formschlüssig verbunden, wobei die Zahnräder durch die Innenverzahnung des Hohlrades kompakt und platzsparend angeordnet werden können.
Die Planetenräder sind zweckmäßigerweise an einem Planetenträger angeordnet, der entweder selbst als Abtrieb ausgebildet ist oder mit einer Abtriebswelle verbunden sein kann und so für die abtriebsseitige Kraftübertragung sorgt. Die Planetenräder können beispielsweise in einer Ebene am Innenumfang des Hohlrads angeordnet sein.
Grundsätzlich können entweder das Sonnenrad, der Planetenradträger oder das Hohlrad treibend, angetrieben oder festgebremst sein. Beispielweise kann ein durch eine Antriebswelle angetriebenes Sonnenrad das Drehmoment auf die im Planetenradträger gelagerten Planetenräder übertragen. Durch die Verbindung des Planetenradträgers mit einer Abtriebswelle kann dann abhängig von der Zähnezahl der Zahnräder eine Über- bzw. Untersetzung des Getriebes erreicht werden.
Die eingesetzte Getriebestufe ermöglicht die Anpassung einer durch die elektrische Antriebseinheit vorgegebenen Eingangsdrehzahl an eine bei der Einkopplung in das Differentialgetriebe geforderte Ausgangsdrehzahl für den Antrieb des Fahrzeugs. Die Antriebsdrehzahl ist hierbei grundsätzlich durch die Antriebseinheit festgelegt, wohingegen die Abtriebsdrehzahl durch die jeweilige Antriebsdrehzahl eindeutig bestimmt ist.
Beispielsweise kann die Getriebestufe als ein Zweiwellengetriebe ausgebildet sein. Bei einem Zweiwellengetriebe wird eines der beiden Zentralräder, also das Hohlrad oder das Sonnenrad, mit dem Gehäuse fest verbunden und somit festgesetzt, während die Planetenräder weiter umlaufen. Hierbei wird das Drehmoment des festgesetzten Zahnrads üblicherweise über das Getriebegehäuse abgestützt.
Die Einkopplung der Leistung von der elektrischen Antriebseinheit in das Planetengetriebe wird über die Eingangsstufe realisiert. Als Eingangsstufe wird vorliegend jeweils eine Getriebestufe mit einem antreibenden Zahnrad und zumindest einem angetriebenen Zahnrad bezeichnet. Beispielsweise kann die Eingangsstufe ein angetriebenes Hohlrad oder Sonnenrad umfassen, welches mit einem oder mehreren Planetenrädern in Eingriff steht.
Das der Getriebestufe nachgeschaltete Differentialgetriebe dient der Übertragung des Drehmoments der Antriebseinheit auf eine Antriebsachse des Fahrzeugs. Ein Differentialgetriebe stellt eine spezielle Bauform eines Planetengetriebes dar, welches zwischen den angetriebenen Rädern angeordnet ist. Über das Differential kann die Leistung der Planetenradstufe auf mehrere Räder, wie beispielsweise bei einem PKW verteilt werden. Da die Räder einer Fahrzeugachse beim Fahren in einer Kurve unterschiedlich lange Wege zurücklegen, darf diese Wegdifferenz nicht zu groß werden, da sich dies aufgrund der ungleichen Kraftübertragung der Räder im ungünstigsten Fall beispielsweise als Bremskraft oder Schlupf am Rad auswirken kann. Beim Differentialgetriebe hingegen übertragen beide Räder die gleiche Kraft, wobei sich die Umfangsgeschwindigkeiten frei einstellen können. Durch den Antrieb wird somit nur die Summe der beiden Geschwindigkeiten vorgegeben. Grundsätzlich eigenen sich je nach Einsatzgebiet verschiedene Bauformen, wie beispielsweise ein Stirnraddifferential oder auch ein Kegelraddifferential.
Bevorzugt ist die elektrische Antriebseinheit koaxial zum Planetengetriebe angeordnet. Hierdurch kann der Bauraum für den Einsatz in der Antriebsvorrichtung möglichst gering gehalten werden. Zweckmäßigerweise ist die elektrische Antriebseinheit als ein Elektromotor ausgebildet. Elektromotoren zeichnen sich dadurch aus, dass bereits bei geringen Drehzahlen ein verhältnismäßig hohes Moment bereitgestellt wird.
Erfindungsgemäß ist das Planetengetriebe als ein Dreiwellengetriebe ausgebildet. Dreiwellengetriebe können beispielsweise als sogenannte Summiergetriebe oder als Verteilergetriebe ausgebildet sein. Bei einem Summiergetriebe wird die Leistung zweier Antriebsvorrichtungen in dem Planetengetriebe summiert und über eine Abtriebswelle in den Antriebsstrang des Fahrzeugs eingekoppelt. Vorzugsweise ist das Planetengetriebe als ein Verteilergetriebe ausgebildet. Hierbei wird vorliegend nur die Leistung der elektrischen Antriebseinheit über eine Sonne in das Planetengetriebe eingekoppelt und beispielsweise über zwei parallel zur Antriebswelle liegende Abtriebswellen in ein Differentialgetriebe eingekoppelt.
Die Ausbildung als Dreiwellengetriebe ist insbesondere im Hinblick auf das Schalten mehrerer Gänge im Betrieb der Antriebsvorrichtung von Vorteil. Im geschalteten ersten Gang wird die Antriebsdrehzahl der elektrischen Antriebseinheit vorzugsweise über die Eingangsstufe des Planetengetriebes in dieses eingekoppelt, wobei die Drehzahl entsprechend der Ausgestaltung der Planetenräder übersetzt wird. Die resultierende Leistung wird dann vom Planetengetriebe ausgehend in die nachgeschaltete Getriebestufe eingekoppelt. Diese Einkopplung erfolgt im ersten Gang zum einen über den Planetenträger des Planetengetriebes, der vorzugsweise mit der Eingangsstufe der Getriebestufe gekoppelt ist. Zusätzlich kann die Einkopplung auch über eine Abtriebsstufe des Planetengetriebes erfolgen, wobei die Abtriebsstufe wiederum zweckmäßigerweise mit dem Planetenträger der Getriebestufe gekoppelt ist.
Im Unterschied hierzu wird die Leistung der elektrischen Antriebseinheit im zweiten Gang die direkt auf den Planetenträger der Getriebestufe gekoppelt. Die Eingangsstufe des Planetengetriebes ist entkoppelt und es wird kein Drehmoment vom Sonnenrad der Eingangsstufe auf die Planetenräder übertragen. Das Drehmoment wird vielmehr direkt auf den Planetenträger übertragen, so dass die Planetenräder lastfrei mitlaufen.
Erfindungsgemäß ist das Planetengetriebe als ein gestuftes Doppelplanetengetriebe ausgebildet. Ein Doppelplanetengetriebe zeichnet sich vornehmlich durch zumindest ein Planetenrad aus, welches verschiedene Verzahnungen an seinem jeweiligen Außenumfang aufweist. Grundsätzlich kann das Planetenrad eines Doppelplanetengetriebes aus zwei Planetenrädern, sogenannten Teilplanetenrädern, mit unterschiedlichen Verzahnungen und/oder Durchmessern gefertigt sein, die axial benachbart auf einer Achse angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind. Durch die unterschiedlichen Verzahnungen kann das gewünschte Über- oder auch Untersetzungsverhältnis eingestellt werden.
Alternativ kann das Planetenrad auch als ein einteiliger gestufter Doppelplanet gefertigt sein. Auch bei einer solchen Ausgestaltung sind am Außenumfang des Planetenrads unterschiedlichen Verzahnungen vorgesehen und auch der Durchmesser der Stufen kann variabel gewählt werden. Weiterhin ist neben dem Einsatz eines gestuften Doppelplanetengetriebes auch der Einsatz eines mehrfach gestuften Planetengetriebes denkbar, so dass sich beispielsweise Verzweigungen auf eine Vielzahl von Abtrieben ermöglichen lassen.
In einer dem Doppelplanetengetriebe nachgeschalteten Getriebestufe wird die Drehzahl vor der Einleitung in den Antriebsstrang des Fahrzeugs dann ein weiteres Mal über- bzw. untersetzt.
Erfindungsgemäß umfasst das Planetengetriebe eine Eingangsstufe. Über diese Eingangsstufe wird die Leistung der Antriebseinheit in das Planetengetriebe eingekoppelt. Die Eingangsstufe kann beispielsweise ein Sonnenrad oder ein Hohlrad umfassen, die jeweils mit einem oder mehreren Planetenrädern kämmen und diese antreiben. Das Sonnenrad ist hierbei mit einer Außenverzahnung ausgebildet, deren Verzahnung in die des oder jedes Planetenrades greift, wohingegen das Hohlrad eine Innenverzahnung aufweist, die mit einem oder mehreren Planetenrädern kämmt.
Vorzugsweise umfasst die Eingangsstufe des Planetengetriebes ein angetriebenes Sonnenrad, welches mit einem Planetenrad des Planetengetriebes kämmt. Die elektrische Antriebseinheit treibt das Sonnenrad an, welches in der Mitte des Planetengetriebes angeordnet ist. Das Sonnenrad kämmt dann mit dem umlaufenden Planetenrad und überträgt als antreibendes Zahnrad seine Bewegung auf dieses. Auf diese Weise wird das Planetenrad ebenfalls in Bewegung versetzt. In Abhängigkeit der Größe des Planetenrads und der Zähnezahl an dessen Außenumfang kann so Einfluss auf das gewünschte Übersetzungsverhältnis genommen werden. Wenn das Planetengetriebe eine Mehrzahl von Planetenrädern umfasst, kann das Sonnenrad selbstverständlich auch mit mehreren Planetenrädern kämmen.
Bevorzugt ist das Planetengetriebe mit der Eingangsstufe der Getriebestufe gekoppelt. Das Planetengetriebe weist hierzu zweckmäßigerweise einen entsprechend ausgebildeten Abtrieb bzw. eine Abtriebsstufe auf. Die Kopplung kann beispielsweise über ein antreibendes Zahnrad, wie das Hohlrad oder das Sonnenrad der Getriebestufe erfolgen, welches mit einem Planetenrad der Getriebestufe kämmt und dieses antreibt.
Weiter bevorzugt umfasst das Planetengetriebe einen Abtrieb, über welchen es mit der Eingangsstufe der Getriebestufe gekoppelt ist. Als Abtrieb dient beispielsweise der Planetenträger, über den die Drehzahl des Planetengetriebes in die Getriebestufe eingekoppelt wird. Es handelt sich hierbei somit um eine direkte Übertragung der Drehbewegung.
Erfindungsgemäß ist das Planetengetriebe zusätzlich über eine Abtriebsstufe mit der Getriebestufe gekoppelt. Eine Abtriebsstufe stellt jeweils grundsätzlich eine Getriebestufe mit einem antreibenden Zahnrad und zumindest einem angetriebenen Zahnrad des Planetengetriebes dar. Die Abtriebsstufe kann somit beispielsweise ein angetriebenes Hohlrad oder auch ein angetriebenes Sonnenrad umfassen, welches mit einem oder mehreren Planetenrädern in Eingriff steht. Die Drehzahl kann somit vom Planetengetriebe ausgehend aus über zumindest eine Abtriebsstufe in die nachgeschaltete Getriebestufe eingekoppelt werden.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Eingangsstufe der Getriebestufe ein angetriebenes Sonnenrad, welches mit einem Planetenrad der Getriebestufe kämmt. Das Sonnenrad wird hierbei über den Abtrieb bzw. die Abtriebsstufe des der Getriebestufe vorgeschalteten Planetengetriebes angetrieben. Das Sonnenrad kämmt mit den umlaufenden Planetenrädem und überträgt als antreibendes Zahnrad seine Bewegung auf die Planetenräder. Auch hier gilt, dass durch die Größe der Planetenräder und deren Zähnezahl so Einfluss auf das gewünschte Übersetzungsverhältnis genommen werden kann.
Zweckmäßigerweise ist die Getriebestufe über einen Abtrieb mit dem Differentialgetriebe gekoppelt. Das Differentialgetriebe ermöglicht, wie bereits vorhergehend erläutert, die Übertragung des Drehmoments der Antriebseinheit auf eine Antriebsachse des Fahrzeugs. Als Abtrieb der Getriebestufe dient insbesondere der Planetenträger, von welchem ausgehend die bereits übersetzte Antriebsdrehzahl in das Differentialgetriebe gekoppelt wird. Hierbei kann, in Abhängigkeit der Ausbildung des Differentialgetriebes, eine Kopplung über eine Eingangsstufe des Differentialgetriebes erfolgen oder auch eine Kopplung vom Abtrieb der Getriebestufe direkt in den Träger des Differentialgetriebes.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine Getriebeeinheit mit einem geschalteten ersten Gang, sowie
2 die Getriebeeinheit gemäß 2 mit einem geschalteten zweiten Gang.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In den 1 und 2 sind zwei verschiedene Schaltzustände einer Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug gezeigt.
1 zeigt eine Antriebsvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug in einem geschalteten ersten Gang mit einer als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Antriebseinheit 3. Durch die hervorgehobenen Linien ist der Kraftfluss vom Elektromotor 3 ausgehend verdeutlicht.
Die Antriebsvorrichtung 1 weist eine Getriebestufe 5 sowie ein der Getriebestufe 5 nachgeschaltetes Differentialgetriebe 7 auf. Der Elektromotor 3 ist abtriebsseitig mit der Getriebestufe 5 gekoppelt, so dass die vom Elektromotor 3 zur Verfügung gestellte Leistung bzw. das Drehmoment in die Getriebestufe 5 eingekoppelt werden kann. Die Getriebestufe 5 dient hierbei der Übersetzung des Drehmoments, bevor dieses in das Differentialgetriebe 7 eingekoppelt wird.
Der Getriebestufe 5 vorgeschaltet ist ein Planetengetriebe 9. Das Planetengetriebe 9 ist als ein gestuftes Doppelplanetengetriebe mit zwei axial zueinander auf einer Achse angeordnete Planetenrädern 11, 13 ausgebildet. Die Planetenräder 11, 13 sind drehfest miteinander verbunden und haben unterschiedliche Durchmesser und Außenverzahnungen, wobei letztere aufgrund der schematisierten vereinfachten Darstellung nicht zu sehen sind. Durch die unterschiedlichen Verzahnungen kann das gewünschte Über- oder auch Untersetzungsverhältnis eingestellt werden, da die Drehzahl von der Zähnezahl anhängig ist.
Die Leistung des Elektromotors 3 wird im geschalteten ersten Gang über die Schaltmuffen 15 in das Planetengetriebe 9 gekoppelt. Die Kopplung erfolgt hierbei über die Eingangsstufe 17. Die Eingangsstufe 17 weist ein angetriebenes Sonnenrad 19 auf, welches vorliegend mit dem Planetenrad 11 des gestuften Doppelplanetengetriebes 9 kämmt, so dass dieses angetrieben wird. Die Bewegung wird auf den Planetenträger 21 übertragen, welches ebenfalls als Träger für das Teilplanetenrad 13 dient. Somit dreht sich auch das Teilplanetenrad 13 entsprechend der Drehzahl des Planetenträgers 21.
Vom Doppelplanetengetriebe 9 ausgehend wird die Leistung dann über den Planetenträger 21 in die nachgeschaltete Getriebestufe 5 eingekoppelt. Die Kopplung erfolgt hierbei vom Planetenträger 21 ausgehend parallel über einen Abtrieb 23 und zusätzlich eine Abtriebsstufe 25. Es handelt sich vorliegend also um ein sogenanntes Verteilergetriebe, da die Leistung vom Planetengetriebe 9 über zwei Abtriebe 23, 25 weitergeleitet wird.
Der Abtrieb 23 ist vorliegend durch den Planetenträger 21 des Doppelplanetengetriebes 9 gegeben, der mit der Eingangsstufe 27 der Getriebestufe 5 gekoppelt ist. Hierbei wird die Drehzahl des zweiten Teilplanetenrads 13 vom Planetenträger 21 ausgehend über den Abtrieb 23 in die Eingangsstufe 27 eingekoppelt. Die Eingangsstufe 27 umfasst hierzu ein Sonnenrad 28, welches angetrieben wird und ein Planetenrad 29. Die Drehzahl wird somit über die Eingangsstufe 27 auf das Planetenrad 29 übertragen.
Die zweite Kopplung erfolgt über die Abtriebsstufe 25 des Doppelplanetengetriebes 9. Die Abtriebsstufe 25 umfasst ein Hohlrad 31, welches über die Drehbewegung des zweiten Teilplanetenrads 13 angetrieben wird. Die Drehbewegung wird dann vom Hohlrad 31 ausgehend ebenfalls auf das Planetenrad 29 der Getriebestufe 5 übertragen.
Das Planetenrad 29 der Getriebestufe 5 ist ebenfalls auf einem Planetenträger 33 gelagert, der zur Verdeutlichung des Kraftflusses vorliegend zweiteilig dargestellt ist. Es handelt sich hierbei jedoch um lediglich ein Bauteil, also nur einen Planetenträger 33. Das Hohlrad 35 der Getriebestufe 5 ist vorliegend festgesetzt, so dass die Getriebestufe 5 ein Zweiwellengetriebe darstellt.
Die in den Planetenträger 33 eingekoppelte Drehbewegung wird von diesem ausgehend über die Verbindung des Planetenträgers 33 mit dem Planetenträger 37 des nachgeschalteten Differentialgetriebes 7 in dieses gekoppelt. Auch hier ist der Planetenträger 37 aufgrund der Darstellung des Kraftflusses zweiteilig dargestellt. Der Planetenträger 37 ist jedoch auch vorliegend nur als ein Bauteil ausgebildet.
Vom Differentialgetriebe 7 ausgehend wird die Drehbewegung dann in die Antriebsachse des Fahrzeugs eingekoppelt und zu den Rädern 39, 41 weitergeleitet.
2 zeigt eine Antriebsvorrichtung 51 für ein Kraftfahrzeug, die im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung 1 gemäß 1 entspricht. Auch die Antriebsvorrichtung 51 ist mit einer als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Antriebseinheit 53 ausgebildet. Weiterhin umfasst die Antriebsvorrichtung 51 ebenfalls eine Getriebestufe 55 sowie ein der Getriebestufe 55 nachgeschaltetes Differentialgetriebe 57. Der Elektromotor 53 ist abtriebsseitig mit der Getriebestufe 5 gekoppelt, welche wiederum mit dem nachgeschalteten Differentialgetriebe 57 gekoppelt ist.
Auch in 2 wird durch die stärkere Linie der Kraftfluss vom Elektromotor 53 ausgehend gekennzeichnet. Hierbei wird auch der Unterschied zur 1 deutlich. Hier ist ein zweiter Gang eingelegt, was anhand der die Schaltmuffenstellung 65 im Vergleich zur Stellung der Schaltmuffen 15 gemäß 1 deutlich wird.
Das Planetengetriebe 59 ist vorliegend ebenfalls als ein gestuftes Doppelplanetengetriebe mit zwei Planetenrädern 61, 63 ausgebildet. Im Unterschied zu 1 wird allerdings hier keine Bewegung vom Sonnenrad 69 auf die Planetenräder 61, 63 des Planetengetriebes 59 übertragen. Das Planetengetriebe 59 ist vielmehr entkoppelt, da die Leistung bzw. die Antriebsdrehzahl des Elektromotors 53 über den Planetenradträger 71 direkt in die dem Planetengetriebe 59 nachgeschaltete Getriebestufe 55 eingekoppelt werden.
Die Planetenräder des Doppelplanetengetriebes 59 sind entsprechend entkoppelt und laufen lastfrei mit. Durch diese Entkopplung wird die Leistung der elektrischen Antriebseinheit 53 über den Planetenträger 71 direkt in die dem Doppelplanetengetriebe 59 nachgeschaltete Getriebestufe 55 eingekoppelt. Die Drehzahl des Elektromotors wird also ohne vorherige Übersetzung im Doppelplanetengetriebe 59 weiter genutzt.
Die Kopplung in die Getriebestufe 55 erfolgt im Unterschied zu 1 nur über den Abtrieb 73. Der Abtrieb 73 ist durch den Planetenträger 71 des Doppelplanetengetriebes 59 gegeben, welcher wiederum mit der mit der Eingangsstufe 77 der Abtriebsstufe 75 gekoppelt ist. Somit wird die Drehzahl des Elektromotors 53 über den Planetenträger 71 in die Eingangsstufe 77 eingekoppelt. Die Eingangsstufe 77 umfasst hierzu ebenfalls ein angetriebenes Sonnenrad 78, sowie ein vom Sonnenrad 78 angetriebenes Planetenrad 79.
Das Planetenrad 79 ist ebenfalls auf einem Planetenträger 83 gelagert, der zur Verdeutlichung des Kraftflusses vorliegend ebenfalls zweiteilig dargestellt ist. Es handelt sich hierbei jedoch um lediglich ein Bauteil, also nur einen Planetenträger 83. Das Hohlrad 85 der Getriebestufe 55 ist festgesetzt, so dass die Getriebestufe 55 ein Zweiwellengetriebe darstellt.
Die vom Elektromotor in den Planetenträger 83 eingekoppelte Drehbewegung wird von diesem ausgehend über die Verbindung des Planetenträgers 83 mit dem Planetenträger 87 des nachgeschalteten Differentialgetriebes 57 in diesen gekoppelt. Ausgehend vom Differentialgetriebes 57 ausgehend wird die Drehbewegung dann in die Antriebsachse des Fahrzeugs eingekoppelt und zu den Rädern 89, 91 weitergeleitet.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsvorrichtung
3: Antriebseinheit (Elektromotor)
5: Getriebestufe
7: Differentialgetriebe
9: Planetengetriebe
11: Planetenrad
13: Planetenrad
15: Schaltmuffen
17: Eingangsstufe
19: Sonnenrad
21: Planetenradträger
23: Abtrieb
25: Abtriebsstufe
27: Eingangsstufe
28: Sonnenrad
29: Planetenrad
31: Hohlrad
33: Planetenträger
35: Hohlrad
37: Planetenträger
39: Rad
41: Rad
51: Antriebsvorrichtung
53: Antriebseinheit (Elektromotor)
55: Getriebestufe
57: Differentialgetriebe
59: Planetengetriebe
61: Planetenrad
63: Planetenrad
65: Schaltmuffen
67: Eingangsstufe
69: Sonnenrad
71: Planetenradträger
73: Abtrieb
75: Abtriebsstufe
77: Eingangsstufe
78: Sonnenrad
79: Planetenrad
81: Hohlrad
83: Planetenträger
85: Hohlrad
87: Planetenträger
89: Rad
91: Rad

Claims

Antriebsvorrichtung (1, 51) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebseinheit (3, 53) und eine Getriebestufe (5, 55) zur Übersetzung des von der elektrischen Antriebseinheit (3, 53) eingeleiteten Drehmoments, wobei die Getriebestufe (5, 55) eine Eingangsstufe (27, 77) umfasst, über welche die elektrische Antriebseinheit (3, 53) abtriebsseitig mit der Getriebestufe (5, 55) gekoppelt ist, sowie umfassend ein der Getriebestufe (5, 55) nachgeschaltetes Differentialgetriebe (7, 57) zur Übertragung des Drehmoments auf eine Antriebsachse, wobei die elektrische Antriebseinheit (3, 53) abtriebsseitig über ein Planetengetriebe (9, 59) mit der Getriebestufe (5, 55) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (9, 59) als ein Dreiwellengetriebe ausgebildet ist, wobei das Planetengetriebe (9, 59) als ein gestuftes Doppelplanetengetriebe ausgebildet ist, wobei das Planetengetriebe (9, 59) einen Abtrieb (23, 73) umfasst, über welchen es mit der Eingangsstufe (27, 77) der Getriebestufe (5, 55) gekoppelt ist und das Planetengetriebe (9, 59) zusätzlich über eine Abtriebsstufe (25, 75) mit der Getriebestufe (5, 55) gekoppelt ist.
Antriebsvorrichtung (1, 51) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (9, 59) eine Eingangsstufe (17, 67) umfasst.
Antriebsvorrichtung (1, 51) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsstufe (17, 67) des Planetengetriebes (9, 59) ein angetriebenes Sonnenrad (19, 69) umfasst, welches mit einem Planetenrad (11, 13, 62, 63) des Planetengetriebes (9, 59) kämmt.
Antriebsvorrichtung (1, 51) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsstufe (27, 77) der Getriebestufe (5, 55) ein angetriebenes Sonnenrad (28, 78) umfasst, welches mit einem Planetenrad (29, 79) der Getriebestufe (5, 55) kämmt.
Antriebsvorrichtung (1, 51) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebestufe (5, 55) über einen als Planetenträger (37, 87) ausgebildeten Abtrieb mit dem Differentialgetriebe (7, 57) gekoppelt ist.