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Die Erfindung betrifft eine elektrische Achsenanordnung (alternativ auch als E-Achse / elektrische Achse bezeichnet) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder anderen Nutzfahrzeuges, mit einer nasslaufenden / nassen und zwei Teilkupplungen aufweisenden Doppelkupplungseinrichtung sowie einer einen Stator und einen Rotor aufweisenden Elektromaschine, wobei der Rotor mit einem Drehteil einer ersten Teilkupplung und/oder einer zweiten Teilkupplung der Doppelkupplungseinrichtung drehgekoppelt / drehverbunden ist. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Doppelkupplungsgetriebe mit einer solchen elektrischen Achsenanordnung sowie einen Antriebsstrang eines hybriden Kraftfahrzeuges / Hybridfahrzeuges mit der Achsenanordnung bzw. einem die Achsenanordnung aufweisenden Doppelkupplungsgetriebe.
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Gattungsgemäßer Stand der Technik ist prinzipiell aus der
DE 10 2010 050 217 A1 bekannt. Hiermit ist eine elektrische Achse für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist, mit wenigstens einem Getriebe, das ein mit dem Rotor verbundenes Eingangsglied sowie wenigstens ein Ausgangsglied aufweist, das mit einem Differenzial zur Verteilung von Antriebsleistung auf zwei Abtriebswellen verbindbar ist, wobei das Getriebe dazu ausgelegt ist wenigstens zwei unterschiedliche Übersetzungen einzurichten, und mit einem Gehäuse offenbart.
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Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen hat es sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass sie relativ viel Bauraum beanspruchen. Insbesondere nehmen diese Ausführungen relativ große axiale Räume ein. Die Ausführungen müssen jedoch auch einen gewissen Durchmesser aufweisen, um die erforderlichen Drehmomente verlässlich zu übertragen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und eine elektrische Achsenanordnung zur Verfügung zu stellen, die einerseits besonders platzsparend ausgebildet, andererseits jedoch auch möglichst variabel einsetzbar sein soll.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jede der Teilkupplungen sowohl in radialer Richtung als auch zumindest teilweise in axialer Richtung in Bezug auf eine Drehachse (der Doppelkupplungseinrichtung / der elektrischen Achsenanordnung) innerhalb des Rotors der Elektromaschine angeordnet ist.
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Dadurch ergibt sich eine geschickte, geschachtelte Bauweise, die verschiedenartig im Getriebe bzw. im Antriebsstrang einsetzbar ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Sind/ist die erste Teilkupplung und/oder die zweite Teilkupplung als Lamellenkupplung/-en ausgebildet, wird der Platzbedarf der Teilkupplungen weiter reduziert.
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In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die erste Teilkupplung und/oder die zweite Teilkupplung mehrere Reibelemente aufweist, die in axialer Richtung vollständig innerhalb zwei einander abgewandter Stirnseiten des Rotors angeordnet sind. Auch dadurch wird die kompakte Bauweise weiter fokussiert.
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Sind die Reibelemente der ersten und zweiten Teilkupplung in radialer Richtung auf einer gleichen Höhe angeordnet, ist eine besonders kompakte Ausbildung ermöglicht.
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Zweckmäßig ist es auch, wenn eine die erste Teilkupplung betätigende erste Schaltaktorik in einem Gehäuse der Elektromaschine (vorzugsweise vollständig) integriert ist. Dadurch wird die Betätigung der jeweiligen Teilkupplungen besonders geschickt in die Achsenanordnung integriert.
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In diesem Zusammenhang ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die erste Schaltaktorik einen Nehmerzylinder aufweist, der in dem Gehäuse integriert ist.
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Ist eine die zweite Teilkupplung betätigende zweite Schaltaktorik weiterhin in einem Gehäuse oder einem gehäusefesten Bereich der Elektromaschine (vorzugsweise vollständig) integriert, ist auch die für die zweite Teilkupplung zuständige Schaltaktorik besonders platzsparend angeordnet.
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In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls wiederum vorteilhaft, wenn die zweite Schaltaktorik einen Nehmerzylinder aufweist, der in dem Gehäuse oder dem gehäusefesten Bereich integriert ist.
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Desweiteren betrifft die Erfindung ein Doppelkupplungsgetriebe mit einer Achsenanordnung nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, wodurch ein Lastschaltgetriebe mit vollintegrierter Kupplung / Doppelkupplung effektiv ausgebildet ist.
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Zudem betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, mit einer Achsenanordnung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungen oder einem Doppelkupplungsgetriebe mit dieser Achsenanordnung.
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Diesbezüglich ist es insbesondere vorteilhaft, wenn ein Differenzial, vorzugsweise ein Stirnraddifferenzial, vorgesehen ist, das mit einem Ausgang der Achsenanordnung oder des Doppelkupplungsgetriebes rotatorisch / drehend gekoppelt ist.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist somit eine E-Achse aufweisend ein 2-Gang-Lastschaltgetriebe mit vollintegrierter Kupplung umgesetzt. Die elektrische Achsenanordnung enthält somit eine vollintegrierte Lastschaltkupplung (Doppelkupplungseinrichtung). Erfindungsgemäß weist die elektrische Achsenanordnung eine nasse / nasslaufende Doppelkupplungseinrichtung mit einer ersten Kupplung und einer zweiten Kupplung auf. Jeder der ersten und zweiten Kupplungen ist einerseits radial sowie zumindest teilweise in axialer Richtung innerhalb eines Rotors einer Elektromaschine der elektrischen Achsenanordnung angeordnet.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand einer Figur in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es zeigt die einzige 1 eine schematische Längsschnittdarstellung durch einen Antriebsstrang aufweisend eine erfindungsgemäße elektrische Achsenanordnung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei insbesondere der Aufbau der Achsenanordnung gut zu erkennen ist.
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Die Figur ist lediglich schematischer Natur und dient ausschließlich dem Verständnis der Erfindung.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße elektrische Achsenanordnung 1 in einem Antriebsstrang 23 eines Hybridfahrzeuges / hybriden Kraftfahrzeuges bereits eingesetzt. Neben der elektrischen Achsenanordnung 1 sind schematisch zwei Schaltstufen 25 einer zusätzlichen Getriebeeinrichtung sowie ein Differenzial 24 veranschaulicht. Das Differenzial 24 ist über die Schaltstufen 25 mit der Achsenanordnung 1, d.h. mit der jeweiligen Teilkupplung 2, 3 der Achsenanordnung 1, wie nachfolgend näher erläutert, ausgangsseitig gekoppelt. Neben der Achsenanordnung 1 sind somit ein Differenzial 24 sowie zwei Schaltstufen 25 in Form der Getriebeeinrichtung, bspw. eines Planetengetriebes, alternativ in Form eines Stirnradgetriebes, in dem Antriebsstrang 23 enthalten. Auch können die Schaltstufen 25 / die Getriebeeinrichtung und das Differential 24 unmittelbar Bestandteil der Achsenanordnung 1 sein, wobei dieser Zusammenbau auch als E-Achse bezeichnet ist.
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Die elektrische Achsenanordnung 1 ist in 1 im Aufbau besonders gut erkennbar. Die Achsenanordnung 1 ist mit einer Elektromaschine 7 / einem Elektromotor ausgestattet. Die Elektromaschine 7 weist wiederum einen Stator 5 auf, der in einem Gehäuse 19 der Achsenanordnung 1 fest angebracht ist. Das Gehäuse 19 ist im Betrieb mit einem festen Bestandteil, bspw. mit einem fahrzeugrahmenfesten Bestandteil des Kraftfahrzeuges, weiter verbunden. Neben dem Stator 5 weist die Elektromaschine 7 einen durch den Stator 5 antreibbaren Rotor 6 auf, der frei drehbar zum Stator 5 aufgenommen ist.
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Zudem weist die Achsenanordnung 1 eine Doppelkupplungseinrichtung 4 auf, die auch als Doppelkupplung vereinfacht bezeichnet ist. Die Doppelkupplungseinrichtung 4 weist eine erste Teilkupplung 2 und eine zweite Teilkupplung 3 auf. Ein erstes Drehteil 8 der ersten Teilkupplung 2 ist drehfest mit einem ersten Drehteil 9 der zweiten Teilkupplung 3 verbunden. Beide erste Drehteile 8 und 9 sind im Betrieb relativ zu dem Gehäuse 19 drehbar um die Drehachse 10 gelagert und bevorzugt weiter mit einem Verbrennungsmotor / einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeuges drehverbunden. Die beiden ersten Drehteile 8 und 9 sind derart ausgebildet, dass sie an ihrer radialen Außenumfangsseite unmittelbar den Rotor 6 aufnehmen. Die beiden Teilkupplungen 2 und 3 sind beide vollständig radial innerhalb des Rotors 6 angeordnet.
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Neben den ersten Drehteilen 8 und 9 weist jede Teilkupplung 2 und 3 ein zweites Drehteil 11 bzw. 12 auf. Ein zweites Drehteil 11 der ersten Teilkupplung 2 ist weiter mit einer ersten Verbindungswelle 26, nämlich einer ersten Getriebeeingangswelle einer ersten Schaltstufe 25, und ein zweites Drehteil 12 der zweiten Teilkupplung 3 mit einer zweiten Verbindungswelle 27, nämlich einer zweiten Getriebeeingangswelle einer zweiten Schaltstufe 25, drehfest verbunden.
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Beide Teilkupplungen 2 und 3 sind als Lamellenkupplungen ausgebildet. Zudem sind die beiden Teilkupplungen 2 und 3 nasslaufend ausgebildet. Zu diesem Zwecke bildet der Innenraum 28 des Gehäuses 19 einen Nassraum aus, innerhalb dessen die Teilkupplungen 2 und 3 mit ihren Drehteilen 8 und 9, zumindest teilweise, angeordnet sind. Insbesondere sind die jeweiligen Teilkupplungen 2 und 3 mit ihren Reibelementen 13a, 14a sowie 13b, 14b in diesem Innenraum 28 / Nassraum angeordnet. Die Doppelkupplungseinrichtung 4 ist daher gesamtheitlich nasslaufend ausgeführt.
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Infolge der Ausführungen der Teilkupplungen 2, 3 als Lamellenkupplungen sind die jeweiligen Reibelemente 13a und 13b bzw. 14a und 14b der beiden Teilkupplungen 2 und 3 als Reiblamellen ausgeführt. Mehrere erste Reibelemente 13a / eine erste Gruppe an Reibelementen 13a der ersten Teilkupplung 2 sind drehfester Bestandteil des ersten Drehteils 8 der ersten Teilkupplung 2. Insbesondere sind die ersten Reibelemente 13a in axialer Richtung in Bezug auf eine Drehachse 10 der Doppelkupplungseinrichtung 4 / der Achsenanordnung 1 verschiebbar zueinander aufgenommen. Zwischen jeweils zwei benachbart angeordneten ersten Reibelementen 13a ist jeweils ein zweites Reibelement 14a der ersten Teilkupplung 2 angeordnet. Die ersten und zweiten Reibelemente 13a und 14a der ersten Teilkupplung 2 wechseln sich somit in axialer Richtung ab. Die zweiten Reibelemente 14a sind wiederum drehfest mit dem zweiten Drehteil 13 verbunden bzw. drehfester Bestandteil des zweiten Drehteils 11 und axial relativ zueinander verschiebbar.
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Die zweite Teilkupplung 3 ist entsprechend der ersten Teilkupplung 2 aufgebaut. Daher sind die Reibelemente 13b und 14b der zweiten Teilkupplung 3 entsprechend den Reibelementen 13a und 14a der ersten Teilkupplung 2 ausgebildet und angeordnet. Folglich weist auch die zweite Teilkupplung 3 an dem ersten Drehteil 9 mehrere erste Reibelementen 13b auf, die sich in axialer Richtung mit zweiten Reibelementen 14b am zweiten Drehteil 12 abwechseln. Wie in 1 ebenfalls zu erkennen, sind die Reibelemente 13a, 13b, 14a, 14b so in axialer Richtung gestapelt und dimensioniert, dass sie sowohl in einer eingekuppelten Stellung der jeweiligen Teilkupplung 2, 3, als auch in einer ausgekuppelten Stellung der jeweiligen Teilkupplung 2, 3 stets vollständig in axialer Richtung innerhalb zweier einander abgewandter Stirnseiten 15, 16 des Rotors 6 angeordnet sind.
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Von den zweiten Reibelementen 13b und 14b erstreckt sich der jeweilige zweite Drehteil 11 bzw. 12 in radialer Richtung nach innen zu der jeweiligen Verbindungswelle 26, 27 hin. Hierbei erstrecken sich die zweiten Drehteile 11, 12 durch ein Fluid, wie Öl, zum Kühlen der Reibelemente 13a, 13b, 14a, 14b im Betrieb aufweisenden Innenraum 28.
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Weiterhin ist je Teilkupplung 2, 3 eine sie betätigende Schaltaktorik 17 bzw. 18 vorgesehen. Die erste Schaltaktorik 17 sowie die zweite Schaltaktorik 18 sind in diesem Ausführungsbeispiel in dem Gehäuse 19 bzw. einem gehäusefesten Bereich 22, d.h. einem Bereich, der fest mit dem Gehäuse 19 weiter verbunden ist, angeordnet.
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Die erste Schaltaktorik 17 ist mit ihrem (ersten) Nehmerzylinder 20 in einer sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden ersten Seitenwandung 29 des Gehäuses 19 integriert. Hierbei ist ein erster Betätigungskolben 31 der ersten Schaltaktorik 17 / des ersten Nehmerzylinders 20 verschiebbar auf einer den Innenraum 28 zugewandten Seite der ersten Seitenwandung 29 verschiebbar aufgenommen. An den ersten Betätigungskolben 31 schließt ein Betätigungslager 33 der ersten Schaltaktorik 17 an, wobei das Betätigungslager 33 weiter verschiebefest mit einem axial verschiebbaren ersten Stellelement 34a gekoppelt ist. Das erste Stellelement 34a wirkt wiederum auf zumindest ein Reibelement 13a bzw. 14a verschiebend ein, dass sie die Reibelemente 13a und 14a in der eingekuppelten Stellung der ersten Teilkupplung 2 reibkraftschlüssig aneinander andrückt und in der ausgekuppelten Stellung der ersten Teilkupplung 2 drucklos positioniert ist, sodass die Reibelemente 13a und 14a frei relativ zueinander verdrehbar sind.
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Entsprechend der ersten Schaltaktorik 17 funktioniert die zweite Schaltaktorik 18, die der zweiten Teilkupplung 3 zugeordnet ist. Eine zweite Seitenwandung 30 ist durch den gehäusefesten Bereich 22 ausgebildet, wobei die zweite Schaltaktorik 18 in dieser zweiten Seitenwandung 30 integriert ist. Auf einer den Innenraum 28 wiederum zugewandten Seite der zweiten Seitenwandung 30 ist ein zweiter Betätigungskolben 32 eines (zweiten) Nehmerzylinders 21 der zweiten Schaltaktorik 18 verschiebbar geführt. Der zweite Betätigungskolben 32 wirkt mit einem (zweiten) Betätigungslager 33b zusammen, das wiederum mit einem (zweiten) Stellelement 34b verschiebefest gekoppelt ist. In Abhängigkeit der zweiten Schaltaktorik 18 wird somit wiederum in einer eingekuppelten Stellung der zweiten Teilkupplung 3 die Gruppe der ersten Reibelemente 13b mit der Gruppe der zweiten Reibelemente 14b reibkraftschlüssig verbunden und die Reibelemente 13b und 14b in einer ausgekuppelten Stellung der zweiten Teilkupplung 3 frei drehbar zueinander angeordnet.
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Die Achsenanordnung 1 ist desweiteren mit Kombination der Schaltstufen 25 auch als eine gemeinsame Einheit in Form eines Doppelkupplungsgetriebes ausbildbar. Dies ist der Einfachheit halber lediglich schematisch angedeutet.
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Der Antriebsstrang 23 der erfindungsgemäßen Ausbildung weist somit vorzugsweise eine Achsenanordnung 1 in einem Doppelkupplungsgetriebe auf, wobei dieses Doppelkupplungsgetriebe wiederum mit einem Differenzial 24, vorzugsweise in Form eines Stirnraddifferenzials, weiter drehgekoppelt ist.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist somit durch die erfindungsgemäße Ausführung ein Schalten ohne Zugkrafteinbruch umsetzbar. Ein Hybridmodul (Achsenanordnung 1) ist mit einer vollintegrierten Schaltaktorik 17, 18 umgesetzt. Durch Übersetzungen des Planetensatzes (Schaltstufen 25) sind hohe Drehzahlen der E-Maschine 7 möglich. Die Konstruktion kann ein integriertes Stirnraddifferenzial 24 umfassen. Dadurch ist eine einfache Vormontage in Einheiten als Unterzusammenbau möglich. Der Läufermotor 7 weist somit vorzugsweise eine vollintegrierte Schaltkupplung 4 auf, die ideal für den Antrieb in kleinsten Pkws ist. Dadurch lässt sich insbesondere auch ein kompaktes / kleines und leichtes Einwellengetriebe für eine platzsparende Anwendung umsetzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achsenanordnung
- 2
- erste Teilkupplung
- 3
- zweite Teilkupplung
- 4
- Doppelkupplungseinrichtung
- 5
- Stator
- 6
- Rotor
- 7
- Elektromaschine
- 8
- erstes Drehteil der ersten Teilkupplung
- 9
- erstes Drehteil der zweiten Teilkupplung
- 10
- Drehachse
- 11
- zweites Drehteil der ersten Teilkupplung
- 12
- zweites Drehteil der zweiten Teilkupplung
- 13a
- erstes Reibelement der ersten Teilkupplung
- 13b
- erstes Reibelement der zweiten Teilkupplung
- 14a
- zweites Reibelement der ersten Teilkupplung
- 14b
- zweites Reibelement der zweiten Teilkupplung
- 15
- erste Stirnseite
- 16
- zweite Stirnseite
- 17
- erste Schaltaktorik
- 18
- zweite Schaltaktorik
- 19
- Gehäuse
- 20
- erster Nehmerzylinder
- 21
- zweiter Nehmerzylinder
- 22
- gehäusefester Bereich
- 23
- Antriebsstrang
- 24
- Differenzial
- 25
- Schaltstufe
- 26
- erste Verbindungswelle
- 27
- zweite Verbindungswelle
- 28
- Innenraum
- 29
- erste Seitenwandung
- 30
- zweite Seitenwandung
- 31
- erster Betätigungskolben
- 32
- zweiter Betätigungskolben
- 33a
- erstes Betätigungslager
- 33b
- zweites Betätigungslager
- 34a
- erstes Stellelement
- 34b
- zweites Stellelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010050217 A1 [0002]
