DE102013016441B4

DE102013016441B4 - Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102013016441B4
Application number: DE102013016441.9A
Authority: DE
Inventors: Jörg Müller; Jens Liebold; Jörg Sewart
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2033-09-28
Also published as: DE102013016441A1; CN104553767A; CN104553767B

Abstract

Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs umfassend in einem gemeinsamen Gehäuse (1) eine elektrische Maschine (2), ein Differentialgetriebe (3) und ein zu einem Ravigneaux-Planetenradsatz reduziertes Vierwellen-Planetengetriebe (4), wobei das Planetengetriebe (4) – ein erstes Sonnenrad (5), welches mit einem ersten Planetenrad (6) im Eingriff steht und mit der elektrischen Maschine (2) drehfest verbunden ist, – ein zweites Sonnenrad (7), welches mit einem zweiten Planetenrad (8) im Eingriff steht und über eine erste Bremse (9) mit dem Gehäuse (1) drehfest verbindbar ist, – sowie ein Hohlrad (10), welches mit dem ersten Planetenrad (6) im Eingriff steht und über eine zweite Bremse (11) mit dem Gehäuse (1) drehfest verbindbar ist, umfasst, das erste Planetenrad (6) und das zweite Planetenrad (8) miteinander im Eingriff stehen und auf einem gemeinsamen Planetenradträger (12) angeordnet sind, welcher mit dem Differentialgetriebe (3) drehfest verbunden ist, wobei der Planetenradträger (12) mittig zwischen dem ersten Sonnenrad (5) und dem zweiten Sonnenrad (7) aus dem Planetengetriebe (4) zur drehfesten Verbindung mit dem Differentialgetriebe (3) herausgeführt ist und über eine Kupplung (13) wenigstens zwei Wellen des Vierwellen-Planetengetriebes miteinander drehfest verbindbar sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
Zum Antrieb von Fahrzeugen sind Vorrichtungen bekannt, welche eine elektrische Maschine, ein Planetenradgetriebe und ein Differentialgetriebe in einem gemeinsamen Getriebegehäuse umfassen. Diese Vorrichtungen sind einer Achse des Fahrzeugs zugeordnet, wobei einer weiteren Achse dann beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist. Dadurch kann ein zweiachsiges Fahrzeug unabhängig voneinander jeweils mit einer Achse oder mit beiden Achsen zusammen angetrieben werden.
Aus der Offenlegungsschrift 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 Patentschrift DE 10 2005 001 715 B4 ist ein Steuersystem für ein Hybridfahrzeug bekannt, in welchem eine Brennkraftmaschine mit einem ersten Motorgenerator und mit einer Abtriebswelle durch einen Leistungsverteilmechanismus verbunden ist. Der Leistungsverteilmechanismus verfügt dabei über einen zweiten Motorgenerator, der mit der Abtriebswelle durch ein Getriebe mit Ravigneaux-Planetenradsatz verbunden ist. Dabei sind ein Sonnenrad mit dem zweiten Motorgenerator und der Träger mit der Abtriebswelle verbunden. Über zwei Bremsen sind ein weiteres Sonnenrad und das Hohlrad gegenüber dem Gehäuse abbremsbar.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 004 228 A1 geht eine Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges hervor, welche in einem Gehäuse eine elektrische Maschine, ein Differentialgetriebe und ein Planetengetriebe umfasst. Das Sonnenrad ist dabei mit einer elektrischen Maschine und der Planetenträger mit dem Differentialgetriebe verbunden. Zur Bereitstellung zweier unterschiedlicher Übersetzungsstufen sind das Hohlrad über eine erste Kupplung mit dem Gehäuse oder der Planetenträger über eine zweite Kupplung mit dem Hohlrad verbindbar, wobei die Übersetzungsstufen zugkraftunterbrechungsfrei geschaltet werden können. Als besonders vorteilhafte Ausführung wird die koaxiale Anordnung von Differentialgetriebe und elektrischer Maschine beschrieben.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 050 709 A1 geht eine Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges hervor, welche in einem Gehäuse eine elektrische Maschine, ein Differentialgetriebe und ein zu einem Ravigneaux-Planetenradsatz reduziertes Planetenradgetriebe umfasst. Das erste Sonnenrad ist mit der elektrischen Maschine und das Hohlrad mit dem Differentialgetriebe verbunden. Zur Bereitstellung zweier unterschiedlicher Übersetzungsstufen sind das zweite Sonnenrad über eine erste Bremse und der Planetenradträger über eine zweite Bremse mit dem Gehäuse verbindbar.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges bereitzustellen, deren Bauraumbedarf weiter reduziert ist.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs bereit. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse eine elektrische Maschine, ein Differentialgetriebe und ein Vierwellen-Planetengetriebe, welches in einer vorteilhaften Ausführung zu einem Ravigneaux-Planetenradsatz reduziert ist.
Das Planetengetriebe umfasst ein erstes Sonnenrad, welches mit einem ersten Planetenrad im Eingriff steht, ein zweites Sonnenrad, welches mit einem zweiten Planetenrad im Eingriff steht und ein Hohlrad, welches mit dem ersten Planetenrad im Eingriff steht. Das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad stehen miteinander im Eingriff und sind auf einem gemeinsamen Planetenradträger angeordnet.
Das erste Sonnenrad ist mit der elektrischen Maschine und der Planetenradträger mit dem Differentialgetriebe zur Drehmomentübertragung drehfest verbunden. Das zweite Sonnenrad ist über eine erste Bremse und das Hohlrad über eine zweite Bremse mit dem Gehäuse zur Drehmomentabstützung drehfest verbindbar.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist das Planetengetriebe mittels einer Kupplung in sich blockierbar, so dass alle Wellen des Planetengetriebes zueinander festgestellt sind. Mittels der Kupplung werden dazu wenigstens zwei Wellen des Vierwellen-Planetengetriebes drehfest miteinander verbunden. Dadurch wird die Relativdrehung des Planetenradträgers gegenüber dem ersten Sonnenrad, dem zweiten Sonnenrad sowie dem Hohlrad unterbunden, wobei sich unterschiedliche Positionierungen für die Kupplung ergeben. In einer erfindungsgemäß vorteilhaften Ausführungsform ist der Planetenradträger über die Kupplung mit dem zweiten Sonnenrad drehfest verbindbar. In einer alternativen, erfindungsgemäß vorteilhaften Ausführung ist das Hohlrad über die Kupplung mit dem ersten Sonnenrad drehfest verbindbar. In weiteren alternativen, erfindungsgemäß vorteilhaften Ausführungen ist über die Kupplung das Hohlrad mit dem zweiten Sonnenrad oder das erste Sonnenrad mit dem Planetenradträger drehfest verbindbar.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist der Planetenradträger in radialer Richtung zwischen dem ersten Sonnenrad und dem zweiten Sonnenrad aus dem Planetengetriebe herausgeführt und mit dem Differentialgetriebe drehfest verbunden. Dadurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte, in axialer Richtung aufeinanderfolgende Anordnung von erstem Sonnenrad, Planetenradträger und zweitem Sonnenrad. Mittels dieser bauraumeinsparenden Anordnung wird der Bauraumbedarf weiter reduziert. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird der Bauraumbedarf durch eine koaxiale Anordnung der elektrischen Maschine und des Differentialgetriebes weiter reduziert, wobei die elektrische Maschine das Differentialgetriebe räumlich umgreift. Es ergibt dadurch weiter eine vorteilhafte koaxiale Anordnung von erstem Sonnenrad und Planetenradträger, wobei die Verbindung zwischen Planetenradträger und Differentialgetriebe koaxial innerhalb des ersten Sonnenrades durchgeführt ist. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird der Bauraumbedarf durch eine koaxiale Anordnung der ersten Bremse und der Kupplung weiter reduziert, so dass die erste Bremse die Kupplung räumlich umgreift. Erfindungsgemäß vorteilhaft werden mittels der ersten Bremse, der zweiten Bremse und der Kupplung drei unterschiedliche Übersetzungsstufen zur Drehmomentübertragung während des Betriebs der Vorrichtung bereitgestellt.
Für eine erste Übersetzungsstufe ist die zweite Bremse geschlossen und stellt eine drehfeste Verbindung des Hohlrades mit dem Gehäuse her, wobei die erste Bremse und die Kupplung geöffnet bleiben. Die Drehmomentübertragung erfolgt dabei vom ersten Sonnenrad über das erste Planetenrad und zweite Planetenrad auf den Planetenradträger, wobei die Drehmomentabstützung über das Hohlrad und die geschlossene zweite Bremse erfolgt.
Für eine zweite Übersetzungsstufe ist die erste Bremse geschlossen und stellt eine drehfeste Verbindung des zweiten Sonnenrades mit dem Gehäuse her, wobei die zweite Bremse und die Kupplung geöffnet bleiben. Die Drehmomentübertragung erfolgt dabei vom ersten Sonnenrad über das erste Planetenrad und zweite Planetenrad auf den Planetenradträger, wobei die Drehmomentabstützung über das zweite Sonnenrad und die geschlossene erste Bremse erfolgt.
Für eine dritte Übersetzungsstufe ist die Kupplung geschlossen und stellt eine drehfeste Verbindung zwischen wenigstens zwei Wellen des Vierwellen-Planetengetriebes her, wobei die erste Bremse und die zweite Bremse geöffnet bleiben. Die Drehmomentübertragung erfolgt dabei vom ersten Sonnenrad direkt auf den Planetenradträger, da durch die drehfeste Verbindung das Planetengetriebe in sich festgestellt ist und somit erstes Sonnenrad und Planetenradträger mit gleicher Drehzahl umlaufen.
Sind erste Bremse, zweite Bremse und Kupplung geöffnet, kann keine Drehmomentübertragung erfolgen, da erstes Sonnenrad und Planetenradträger unabhängig voneinander umlaufen können. So kann die elektrische Maschine zum Beispiel im Sicherheitsfall vom Differentialgetriebe entkoppelt werden.
Sind erste Bremse und Kupplung geschlossen, kann das Differentialgetriebe in vorteilhafter Weise über den Planetenradträger gegenüber dem Gehäuse festgestellt werden. Die Vorrichtung kann zudem in modularer Bauweise ausgestaltet sein, so dass einfache Variationen hinsichtlich der Anzahl zur Verfügung stehender Übersetzungsstufen darstellbar sind.
Ausführungsbeispiel 1
Beispielhaft wird hier eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigen:
1: eine schematische Gesamtdarstellung und
2: eine schematische Detaildarstellung.
Die in 1 und 2 dargestellte Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs umfasst in einem gemeinsamen Gehäuse 1 eine elektrische Maschine 2, ein Differentialgetriebe 3 und ein zu einem Ravigneaux-Planetenradsatz reduziertes Planetengetriebe 4. Das Planetengetriebe 4 umfasst ein erstes Sonnenrad 5, welches mit einem ersten Planetenrad 6 im Eingriff steht und mit der elektrischen Maschine 2 drehfest verbunden ist, ein zweites Sonnenrad 7, welches mit einem zweiten Planetenrad 8 im Eingriff steht und über eine erste Bremse 9 mit dem Gehäuse 1 drehfest verbindbar ist, sowie ein Hohlrad 10, welches mit dem ersten Planetenrad 6 im Eingriff steht und über eine zweite Bremse 11 mit dem Gehäuse 1 drehfest verbindbar ist. Das erste Planetenrad 6 und das zweite Planetenrad 8 stehen miteinander im Eingriff und sind auf einem gemeinsamen Planetenradträger 12 angeordnet, welcher mit dem Differentialgetriebe 3 drehfest verbunden ist. Weiterhin ist der Planetenradträger 12 über eine Kupplung 13 mit dem zweiten Sonnenrad 7 drehfest verbindbar. Der Planetenradträger ist mittig zwischen dem ersten Sonnenrad 5 und dem zweiten Sonnenrad 7 aus dem Planetengetriebe 4 herausgeführt und mit dem Differentialgetriebe 3 drehfest verbunden.
Weiterhin ist die elektrische Maschine 2 koaxial zum Differentialgetriebe 3 angeordnet, so dass die elektrische Maschine 2 das Differentialgetriebe 3 räumlich umgreift. Weiterhin ist die zweite Bremse 11 koaxial zur Kupplung 13 angeordnet, so dass die zweite Bremse 11 die Kupplung 13 räumlich umgreift.
Ausführungsbeispiel 2
Beispielhaft wird hier eine alternative Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigen:
3: eine schematische Gesamtdarstellung und
4: eine schematische Detaildarstellung.
Die in 3 und 4 dargestellte Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs umfasst in einem gemeinsamen Gehäuse 1 eine elektrische Maschine 2, ein Differentialgetriebe 3 und ein zu einem Ravigneaux-Planetenradsatz reduziertes Planetengetriebe 4. Das Planetengetriebe 4 umfasst ein erstes Sonnenrad 5, welches mit einem ersten Planetenrad 6 im Eingriff steht und mit der elektrischen Maschine 2 drehfest verbunden ist, ein zweites Sonnenrad 7, welches mit einem zweiten Planetenrad 8 im Eingriff steht und über eine erste Bremse 9 mit dem Gehäuse 1 drehfest verbindbar ist, sowie ein Hohlrad 10, welches mit dem ersten Planetenrad 6 im Eingriff steht und über eine zweite Bremse 11 mit dem Gehäuse 1 drehfest verbindbar ist. Das erste Planetenrad 6 und das zweite Planetenrad 8 stehen miteinander im Eingriff und sind auf einem gemeinsamen Planetenradträger 12 angeordnet, welcher mit dem Differentialgetriebe 3 drehfest verbunden ist. Weiterhin ist Hohlrad 10 über eine Kupplung 13 mit dem ersten Sonnenrad 5 drehfest verbindbar. Der Planetenradträger ist mittig zwischen dem ersten Sonnenrad 5 und dem zweiten Sonnenrad 7 aus dem Planetengetriebe 4 herausgeführt und mit dem Differentialgetriebe 3 drehfest verbunden.
Weiterhin ist die elektrische Maschine 2 koaxial zum Differentialgetriebe 3 angeordnet, so dass die elektrische Maschine 2 das Differentialgetriebe 3 räumlich umgreift. Weiterhin ist die zweite Bremse 11 koaxial zur Kupplung 13 angeordnet, so dass die zweite Bremse 11 die Kupplung 13 räumlich umgreift.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: elektrische Maschine
3: Differentialgetriebe
4: Planetengetriebe
5: erstes Sonnenrad
6: erstes Planetenrad
7: zweites Sonnenrad
8: zweites Planetenrad
9: erste Bremse
10: Hohlrad
11: zweite Bremse
12: Planetenradträger
13: Kupplung

Claims

Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs umfassend in einem gemeinsamen Gehäuse (1) eine elektrische Maschine (2), ein Differentialgetriebe (3) und ein zu einem Ravigneaux-Planetenradsatz reduziertes Vierwellen-Planetengetriebe (4), wobei das Planetengetriebe (4) – ein erstes Sonnenrad (5), welches mit einem ersten Planetenrad (6) im Eingriff steht und mit der elektrischen Maschine (2) drehfest verbunden ist, – ein zweites Sonnenrad (7), welches mit einem zweiten Planetenrad (8) im Eingriff steht und über eine erste Bremse (9) mit dem Gehäuse (1) drehfest verbindbar ist, – sowie ein Hohlrad (10), welches mit dem ersten Planetenrad (6) im Eingriff steht und über eine zweite Bremse (11) mit dem Gehäuse (1) drehfest verbindbar ist, umfasst, das erste Planetenrad (6) und das zweite Planetenrad (8) miteinander im Eingriff stehen und auf einem gemeinsamen Planetenradträger (12) angeordnet sind, welcher mit dem Differentialgetriebe (3) drehfest verbunden ist, wobei der Planetenradträger (12) mittig zwischen dem ersten Sonnenrad (5) und dem zweiten Sonnenrad (7) aus dem Planetengetriebe (4) zur drehfesten Verbindung mit dem Differentialgetriebe (3) herausgeführt ist und über eine Kupplung (13) wenigstens zwei Wellen des Vierwellen-Planetengetriebes miteinander drehfest verbindbar sind.
Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (12) über die Kupplung (13) mit dem zweiten Sonnenrad (7) drehfest verbindbar ist.
Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (10) über die Kupplung (13) mit dem ersten Sonnenrad (5) drehfest verbindbar ist.
Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2) koaxial zum Differentialgetriebe (3) angeordnet ist, so dass die elektrische Maschine (2) das Differentialgetriebe (3) räumlich umgreift.
Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeuges nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bremse (9) koaxial zur Kupplung (13) angeordnet ist, so dass die erste Bremse (9) die Kupplung (13) räumlich umgreift.