DE102012213859A1

DE102012213859A1 - Elektrische Achsantriebseinheit

Info

Publication number: DE102012213859A1
Application number: DE201210213859
Authority: DE
Inventors: Tomas Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2014-02-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit für eine Achse eines Kraftfahrzeugs mit
– einem elektrischen Traktionsmotor (1),
– einem mit dem Traktionsmotor (1) verbundenen Stirnradgetriebe mit einer ersten und einer zweiten schaltbaren Stirnradstufe (2, 3),
– einem mit einem Ausgang des Stirnradgetriebes in Wirkverbindung stehenden Verteilergetriebe (4) mit einem ersten Ausgangsglied (5), das mit einer ersten Radantriebswelle verbindbar ist, und einem zweiten Ausgangsglied (6), das mit einer zweiten Radantriebswelle verbindbar ist und
– einem Kupplungssystem (7).
Bauteiltoleranzen der einzelnen Komponenten der elektrischen Antriebseinheit können dadurch großzügiger bemessen werden, das genau eine mit dem Verteilergetriebe im Wirkeingriff stehende Final-Drive Stufe (8) vorgesehen ist, die mittels des Kupplungssystems (7) wahlweise mit der ersten oder der zweiten Stirnradstufe (2, 3) verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit für eine Achse eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige elektrische Antriebseinheit ist beispielsweise aus der DE202005019438U1 bekannt.
Die gattungsgemäße elektrische Antriebseinheit umfasst einen elektrischen Traktionsmotor zur Erzeugung eines auf die Achse des Kraftfahrzeugs wirkenden Drehmomentes. Zur Untersetzung der vom Traktionsmotor erzeugten Rotordrehzahl weist die gattungsgemäße elektrische Antriebseinheit ferner ein Stirnradgetriebe mit einer ersten und zweiten schaltbaren Stirnradstufe auf, wobei das Stirnradgetriebe ferner mit einem Verteilergetriebe gekoppelt ist, um an einer rechten und linken Radantriebswelle unterschiedliche Drehzahlen zu ermöglichen.
Aus der oben genannten DE202005019438U1 ist eine gattungsgemäße Antriebseinheit bekannt, bei der das Verteilergetriebe über zwei Final-Drive Stufen mit einem Stirnradgetriebe an eine elektrische Traktionsmaschine koppelbar ist. Auf einer von der elektrischen Maschine angetriebenen Zwischenwelle sind ein erstes und ein zweites Losrad gelagert. Das erste Losrad ist Bestandteil der ersten der Final-Drive Stufen, während das zweite Losrad der zweiten Final-Drive Stufe zugeordnet ist. Die beiden Final-Drive Stufen bewirken unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse. Über eine Schiebemuffe kann eine drehfeste Verbindung der Zwischenwelle wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Losrad realisiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte und kostengünstig herzustellende elektrische Antriebseinheit verfügbar zu machen.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Antriebseinheit für eine Achse eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit umfasst einen elektrischen Traktionsmotor und ein mit dem Traktionsmotor verbundenes Stirnradgetriebe mit einer ersten und zweiten schaltbaren Stirnradstufe. Das Stirnradgetriebe dient der Über- bzw. Untersetzung der Drehzahl des Rotors der elektrischen Traktionsmaschine, die insbesondere als Hochdrehzahlmaschine ausgebildet ist, um eine hohe Leistungsdichte zu ermöglichen und somit den erforderlichen Bauraum für die elektrische Antriebseinheit zu reduzieren. Das Stirnradgetriebe zeichnet sich gegenüber einem alternativ verwendbaren Planetengetriebe durch eine deutlich verminderte Komplexität aus.
Ferner umfasst die elektrische Antriebseinheit ein mit einem Ausgang des Stirnradgetriebes in Wirkverbindung stehendes Verteilergetriebe mit einem ersten Ausgangsglied, das mit einer ersten Radantriebswelle verbindbar ist, und einem zweiten Ausgangsglied, das mit einer zweiten Radantriebswelle verbindbar ist. Das Verteilergetriebe kann hierbei sowohl als Kegel- oder Stirnraddifferenzial ausgeführt sein. Auch eine Ausprägung als Planetendifferenzial ist denkbar und von der Erfindung umfasst.
Ferner umfasst die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit ein Kupplungssystem zur Gangbetätigung.
Der Erfindung liegt nunmehr die Erkenntnis zugrunde, dass Toleranzprobleme bei der Konstruktion der elektrischen Antriebseinheit dadurch erheblich vermindert werden können, dass im Gegensatz zum vorbekannten Stand der Technik lediglich genau eine Final-Drive Stufe vorgesehen ist, die die Wirkverbindung zwischen dem Stirnradgetriebe und dem Verteilergetriebe darstellt.
Unter dem Begriff Final-Drive Stufe ist im Sinne der Erfindung die letzte Stirnradstufe des Stirnaradgetriebes zu verstehen, deren Zahnräder die Ankopplung des Stirnradgetriebes an das Verteilergetriebe bewirken.
Erfindungsgemäß ist besagte Final-Drive Stufe mittels des Kupplungssystems wahlweise mit der ersten oder der zweiten Stirnradstufe verbindbar. Demnach muss erfindungsgemäß nur an einer Stelle ein Zahnrad des Stirnradgetriebes mit einem Zahnrad des Verteilergetriebes in Wirkeingriff gebracht werden und nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, an zwei unterschiedlichen Stellen eine derartige Kopplung vollzogen werden.
Eine besonders kompakte Bauweise eines derartigen elektrischen Antriebssystems kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielt werden, dass der Traktionsmotor und das Verteilergetriebe koaxial zur anzutreibenden Achse angeordnet sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebseinheit eine das Kupplungssystem tragende Zwischenwelle umfasst, die drehfest mit der Final-Drive Stufe verbunden ist, wobei auf der Zwischenwelle ein erstes Losrad der ersten Stirnradstufe und ein zweites Losrad der zweiten Stirnradstufe gelagert sind und wobei das Kupplungssystem eine Schiebemuffe umfasst, mit der wahlweise das erste oder zweite Losrad drehfest mit der Zwischenwelle verbunden werden kann. Hierbei kann die Schaltung insbesondere elektromechanisch aber auch hydraulisch zum Beispiel mithilfe einer Schaltgabel oder Wippe erfolgen.
Vorteilhafterweise ist hierbei die erste Stirnradstufe mit einem ersten Zahnrad ausgeführt, das drehfest auf einer Rotorwelle des Traktionsmotors gelagert ist und im Zahneingriff mit dem ersten Losrad steht, und wobei die zweite Stirnradstufe ein zweites Zahnrad aufweist, das drehfest auf der Rotorwelle gelagert ist und im Zahneingriff mit dem zweiten Losrad steht. Die beiden auf der Rotorwelle gelagerten Zahnräder besitzen einen unterschiedlichen Durchmesser und ermöglichen daher verschiedene Übersetzungsverhältnisse.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Schiebemuffe in axialer Richtung betrachtet zwischen dem ersten und zweiten Losrad mittels einer Aktuatorik verschiebbar angeordnet und in eine Neutralstellung verschiebbar, in der die Zwischenwelle weder mit dem ersten noch mit dem zweiten Losrad im Wirkeingriff steht. Hierdurch lassen sich der Traktionsmotor und das Stirnradgetriebe vollständig vom Antriebsstrang entkoppeln. Der Traktionsmotor muss somit nicht mitgeschleppt werden, wenn er zur Erzeugung des Antriebsmomentes keinen Beitrag liefert. In einem solchen Leerlaufzustand dreht lediglich die Zwischenwelle aufgrund ihrer Kopplung mit dem Verteilergetriebe über die genau eine Final-Drive-Stufe mit.
Ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem nach einer der zuvorgenannten Ausführungsformen lässt sich sowohl als rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug als auch als Hybridfahrzeug mit einem zusätzlichen Verbrennungsmotor realisieren. Eine kompakte Bauweise eines derartigen zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ergibt sich insbesondere dann, wenn der Traktionsmotor zusammen mit dem Verteilergetriebe koaxial zu der elektrisch anzutreibenden Achse angeordnet ist. Eine das Kupplungssystem mit Schiebemuffe tragende Zwischenwelle ist hierbei insbesondere parallel zur anzutreibenden Achse und somit auch zur Rotorwelle des Traktionsmotors angeordnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsform näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Ausführungsform einer elektrischen Antriebseinheit im Sinne der Erfindung,
2 die in 1 dargestellte Ausführungsform in einem ersten Gang,
3 die in 1 dargestellte Ausführungsform in einem zweiten Gang und
4 die in 1 dargestellte Ausführungsform in einer Neutralstellung.
1 zeigt eine elektrische Antriebseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebseinheit ist in koaxialer Bauweise ausgeführt. Sie umfasst einen elektrischen Traktionsmotor 1 und ein Verteilergetriebe 4, wobei besagte Komponenten koaxial um eine elektrisch anzutreibende Achse angeordnet sind.
Der elektrische Traktionsmotor 1 ist als permanent erregte Synchronmaschine ausgebildet und über ein Stirnradgetriebe mit dem Verteilergetriebe 4 verbunden. Das Stirnradgetriebe umfasst eine erste und zweite Stirnradstufe 2, 3 zur Ausbildung zweier unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Rotorwelle 14 des Traktionsmotors 1 und einem Ausgang des Stirnradgetriebes bzw. Eingang des Verteilergetriebes 4.
Die erste Stirnradstufe 2 bewirkt eine größere Untersetzung der Drehzahl als die zweite Stirnradstufe 3. Eine Zwischenwelle 9 trägt ein erstes Losrad 10 der ersten Stirnradstufe 2 sowie ein zweites Losrad 11 der zweiten Stirnradstufe 3. Die beiden Losräder 10, 11 sind jeweils wahlweise mittels eines Kupplungssystems 7 drehfest mit der Zwischenwelle 9 koppelbar. Das Kupplungssystem 7 weist hierzu eine Schiebemuffe 12 auf, die zur Gangbetätigung in axialer Richtung verschiebbar ist. Die Schaltung erfolgt elektromechanisch mithilfe einer Wippe 16.
Die Zwischenwelle 9 steht in Wirkverbindung mit einer Final-Drive Stufe 8, über die das vom Traktionsmotor 1 über das Stirnradgetriebe geleitete Drehmoment schließlich auf das Verteilergetriebe 4 übertragen wird. Das Verteilergetriebe 4 umfasst ein erstes Ausgangsglied 5, an das über eine Flanschverbindung eine erste Radantriebswelle ankoppelbar ist, und ein zweites Ausgangsglied 6, über das über eine weitere Flanschverbindung eine weitere Radantriebswelle koppelbar ist. Das Verteilergetriebe 4 ist hier beispielhaft als Kegelraddifferenzial ausgebildet und ermöglicht unterschiedliche Drehzahlen auf den Abtriebsseiten der elektrischen Antriebseinheit.
2 zeigt den Leistungsfluss der in 1 dargestellten Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit in einem ersten Gang. Auf der Rotorwelle 14 befinden sich in drehfester Kopplung ein erstes und zweites Zahnrad 13, 15, wobei das erste Zahnrad 13 der ersten Stirnradstufe 2 und zweite Zahnrad 15 der zweiten Stirnradstufe 3 zuzuordnen ist. Im ersten Gang koppelt die Schiebemuffe 12 das erste Losrad 10 mit der Zwischenwelle 9 in eine drehfeste Wirkverbindung, während sich das zweite Losrad 11 der zweiten Stirnradstufe 3 frei gegenüber der Zwischenwelle 9 bewegen kann. Demnach erfolgt der Leistungsfluss von der Traktionsmaschine 1 über die erste Stirnradstufe 2 auf die Zwischenwelle 9 und von da aus über die Final-Drive-Stufe 8 auf das Verteilergetriebe 4.
Über das Verteilergetriebe wird das erzeugte Drehmoment auf das erste und zweite Ausgangsglied 5, 6 verteilt.
3 zeigt die in 1 dargestellte Ausführungsform in einem zweiten Gang mit einer niedrigeren Untersetzung der von der Traktionsmaschine 1 erzeugten Drehzahl. Hier wird das zweite Losrad 11 mittels der Schiebemuffe 12 mit der Zwischenwelle 9 drehfest gekoppelt. Demnach erfolgt der Leistungsfluss über die Rotorwelle 14, das zweite Zahnrad 15, das zweite Losrad 11 und die Zwischenwelle 9 zur Final-Drive Stufe 8 und mithin zum Verteilergetriebe 4.
In 4 ist die Ausführungsform nach 1 in einer Neutralstellung dargestellt. Hier befindet sich die Schiebemuffe 12 zwischen dem ersten und zweiten Losrad 10, 11. Demnach ist weder über die erste noch über die zweite Stirnradstufe 2, 3 eine Drehmomentübertragung zwischen der Traktionsmaschine 1 und den Ausgangsgliedern 5, 6 des Verteilergetriebes 4 möglich. Die elektrische Maschine 1 sowie das Stirnradgetriebe sind komplett von den Ausgangsgliedern 5, 6 und somit von den Radantriebswellen entkoppelt. Bei einem Hybridfahrzeug könnte eine solche Neutralstellung beispielsweise in einem rein verbrennungsmotorischen Fahrmodus sinnvoll sein, um Schleppverluste innerhalb der elektrischen Maschine 1 sowie dem Stirnradgetriebe zu vermeiden.
Bezugszeichenliste

1: Traktionsmotor
2: erste Stirnradstufe
3: zweite Stirnradstufe
4: Verteilergetriebe
5: erstes Ausgangsglied
6: zweites Ausgangsglied
7: Kupplungssystem
8: Final-Drive Stufe
9: Zwischenwelle
10: erstes Losrad
11: zweites Losrad
12: Schiebemuffe
13: erstes Zahnrad
14: Rotorwelle
15: zweites Zahnrad
16: Wippe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202005019438 U1 [0001, 0003]

Claims

Elektrische Antriebseinheit für eine Achse eines Kraftfahrzeugs mit – einem elektrischen Traktionsmotor (1), – einem mit dem Traktionsmotor (1) verbundenen Stirnradgetriebe mit einer ersten und einer zweiten schaltbaren Stirnradstufe (2, 3), – einem mit einem Ausgang des Stirnradgetriebes in Wirkverbindung stehenden Verteilergetriebe (4) mit einem ersten Ausgangsglied (5), das mit einer ersten Radantriebswelle verbindbar ist, und einem zweiten Ausgangsglied (6), das mit einer zweiten Radantriebswelle verbindbar ist und – einem Kupplungssystem (7), gekennzeichnet durch genau einen mit dem Verteilergetriebe (4) in Wirkeingriff stehende Final-Drive Stufe (8), die mittels des Kupplungssystems (7) wahlweise mit der ersten (2) oder der zweiten Stirnradstufe (3) verbindbar ist.
Elektrische Antriebseiheit nach Anspruch 1, wobei der Traktionsmotor (1) und das Verteilergetriebe (4) koaxial zur anzutreibenden Achse angeordnet sind.
Elektrische Antriebseiheit nach Anspruch 1 oder 2 mit einer das Kupplungssystem (7) tragenden Zwischenwelle (9), die drehfest mit der Final-Drive Stufe (8) verbunden ist, wobei auf der Zwischenwelle (9) ein erstes Losrad (10) der ersten Stirnradstufe (2) und ein zweites Losrad (11) der zweiten Stirnradstufe (3) gelagert sind und wobei das Kupplungssystem (7) eine Schiebemuffe (12) umfasst, mit der wahlweise das erste (10) oder zweite Losrad (11) drehfest mit der Zwischenwelle (9) verbunden werden kann.
Elektrische Antriebseiheit nach Anspruch 3, wobei die erste Stirnradstufe (2) ein erstes Zahnrad (13) aufweist, das drehfest auf einer Rotorwelle (14) des Traktionsmotors (1) gelagert ist und im Zahneingriff mit dem ersten Losrad (10) steht, und wobei die zweite Stirnradstufe (3) ein zweites Zahnrad (15) aufweist, das drehfest auf der Rotorwelle (14) gelagert ist und im Zahneingriff mit dem zweiten Losrad (11) steht.
Elektrische Antriebseiheit nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Schiebemuffe (12) in axialer Richtung betrachtet zwischen dem ersten und zweiten Losrad (10, 11) mittels einer Aktuatorik verschiebbar angeordnet ist, und in eine Neutralstellung verschiebbar ist, in der die Zwischenwelle (9) weder mit dem ersten (10) noch mit dem zweiten Losrad (11) im Wirkeingriff steht.
Elektrische Antriebseiheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Zwischenwelle (9) parallel zur anzutreibenden Achse angeordnet ist.
Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.