DE102017004898A1

DE102017004898A1 - Getriebevorrichtung für einen Elektroantrieb

Info

Publication number: DE102017004898A1
Application number: DE102017004898.3A
Authority: DE
Inventors: Tobias Schilder; Klaus Riedl; Tobias Haerter; Josep Maria Bou Romano
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-05-20
Filing date: 2017-05-20
Publication date: 2018-11-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung (10) für ein Elektrofahrzeug, mit einem Abtrieb (12), mit wenigstens einer einen Rotor (20) aufweisenden elektrischen Maschine (16), mit einem ersten Planetenradsatz (24), welcher ein drehfest mit dem Rotor (20) gekoppeltes erstes Sonnenrad (26), einen ersten Planetenträger (28) und ein erstes Hohlrad (30) aufweist, mit einem zweiten Planetenradsatz (35), welcher ein zweites Sonnenrad (36), einen zweiten Planetenträger (38) und ein zweites Hohlrad (40) aufweist, und mit zumindest zwei Schaltelementen (44, 46) zum Schalten von zumindest zwei Gängen der Getriebevorrichtung (10), wobei das zweite Hohlrad (40) drehfest mit dem Abtrieb (12) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung für einen Elektroantrieb gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Getriebevorrichtung für ein Elektrofahrzeug ist beispielsweise bereits der DE 10 2015 203 194 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Getriebevorrichtung umfasst wenigstens eine elektrische Maschine, welche einen Rotor aufweist. Insbesondere weist die elektrische Maschine beispielsweise einen Stator auf, wobei der Rotor um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Die Getriebevorrichtung weist ferner einen ersten Planetenradsatz auf, welcher ein drehfest mit dem Rotor gekoppeltes erstes Sonnenrad, einen ersten Planetenträger und ein erstes Hohlrad umfasst. Außerdem ist ein zweiter Planetenradsatz vorgesehen, welcher ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad aufweist. Die Getriebevorrichtung umfasst ferner zumindest zwei Schaltelemente zum Schalten von zumindest zwei Gängen der Getriebevorrichtung. Die Getriebevorrichtung wird auch als Getriebe bezeichnet und weist außerdem einen Abtrieb auf, über welchen beispielsweise von der Getriebevorrichtung, insbesondere von dem zweiten Planetenradsatz, Drehmomente zum Antreiben des Elektrofahrzeugs bereitstellbar sind. Der Abtrieb ist somit beispielsweise einem Ausgang zugeordnet, über welchen die Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs aus der Getriebevorrichtung beziehungsweise aus dem zweiten Planetenradsatz ausgeleitet und somit von der Getriebevorrichtung beziehungsweise von dem zweiten Planetenradsatz bereitgestellt werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Getriebevorrichtung für einen Elektroantrieb derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders kompakte und verlustarme Bauweise der Getriebevorrichtung realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Getriebevorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders verlustarme und kompakte Bauweise der Getriebevorrichtung realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zweite Hohlrad drehfest mit dem Abtrieb gekoppelt ist. Somit gehört beispielsweise das zweite Hohlrad zu dem Abtrieb beziehungsweise zu einem Ausgang der Getriebevorrichtung, insbesondere des zweiten Planetenradsatzes, sodass über den Ausgang Drehmomente zum Antreiben eines beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Elektrofahrzeugs aus der Getriebevorrichtung beziehungsweise aus dem zweiten Planetenradsatz ausgeleitet und von der Getriebevorrichtung beziehungsweise von dem zweiten Planetenradsatz bereitgestellt werden können.
Es wurde gefunden, dass sich durch die insbesondere ständige beziehungsweise permanente drehfeste Kopplung des zweiten Hohlrads mit dem Abtrieb eine besonders vorteilhafte Gesamtübersetzung der Getriebevorrichtung realisieren lässt, wodurch Verluste und der Bauraumbedarf der Getriebevorrichtung besonders gering gehalten werden können. Insbesondere können der Bauraumbedarf, das Gewicht, die Teileanzahl und die Kosten eines Antriebsstrangs zum Antreiben des Elektrofahrzeugs insgesamt besonders gering gehalten werden, da sich durch die drehfeste Kopplung des zweiten Hohlrads mit dem Abtrieb eine solch vorteilhafte Gesamtübersetzung realisieren lässt, dass eine weitere Übersetzungseinrichtung, welche auch als Final Drive bezeichnet wird, nicht vorgesehen und erforderlich ist. Darüber hinaus können Verluste, insbesondere innere Verluste, der Getriebevorrichtung besonders gering gehalten werden, da Relativdrehzahlen in offen laufenden Schaltelementen besonders gering gehalten werden können. Außerdem können Relativdrehzahlen in den Planetenradsätzen besonders gering gehalten werden. Des Weiteren kann die Drehzahl der elektrischen Maschine, insbesondere ihres Rotors, bei hohen Geschwindigkeiten besonders gering gehalten werden, da eine Mehrgängigkeit der Getriebevorrichtung vorgesehen ist. Unter dieser Mehrgängigkeit ist zu verstehen, dass die Getriebevorrichtung die auch als Getriebegänge bezeichneten Gänge umfasst, welche geschaltet, das heißt eingelegt beziehungsweise aktiviert werden können.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Hohlrad, insbesondere permanent beziehungsweise ständig, drehfest mit dem zweiten Hohlrad gekoppelt, wodurch eine besonders vorteilhafte Gesamtübersetzung dargestellt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der zweite Planetenträger an einem Gehäuse der Getriebevorrichtung festgelegt ist. Die Planetenradsätze sind zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Gehäuse angeordnet, wobei beispielsweise zumindest das erste Sonnenrad um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist. Dabei ist das erste Sonnenrad von der elektrischen Maschine, insbesondere von deren Rotor, antreibbar und dadurch um die Drehachse drehbar. Dadurch, dass der zweite Planetenträger bei der zuvor genannten Ausführungsform an dem Gehäuse der Getriebevorrichtung festgelegt ist, ist der zweite Planetenträger mit dem Gehäuse drehfest verbunden, sodass sich der zweite Planetenträger nicht relativ zu dem Gehäuse drehen kann. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Übersetzung realisiert werden, sodass Verluste und der Bauraumbedarf in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.
Zur Realisierung eines besonders vorteilhaften Schaltbarkeit und einer besonders vorteilhaften Übersetzung der Getriebevorrichtung ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der erste Planetenträger mittels eines ersten der Schaltelemente drehfest mit dem Gehäuse der Getriebevorrichtung koppelbar ist. Das erste Schaltelement ist dabei beispielsweise zwischen wenigstens einem Koppelzustand beziehungsweise wenigstens einer Koppelstellung und wenigstens einem Entkoppelzustand beziehungsweise wenigstens einer Endkoppelstellung verstellbar, insbesondere bewegbar. In der Koppelstellung ist der erste Planetenträger über das erste Schaltelement drehfest mit dem Gehäuse gekoppelt, sodass sich der erste Planetenträger nicht relativ zu dem Gehäuse drehen kann. In der Entkoppelstellung jedoch gibt das erste Schaltelement den ersten Planetenträger frei, sodass sich der Planetenträger, insbesondere um die zuvor genannte Drehachse, relativ zu dem Gehäuse drehen kann. Somit ist der erste Planetenträger in dem Entkoppelzustand des ersten Schaltelements nicht über das erste Schaltelement mit dem Gehäuse gekoppelt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Planetenträger mittels eines zweiten der Schaltelemente mit dem zweiten Hohlrad verblockbar. Unter dem Verblocken des ersten Planetenträgers über das zweite Schaltelement mit dem zweiten Hohlrad ist zu verstehen, dass der erste Planetenträger in seinem mit dem zweiten Hohlrad verblockten Zustand drehfest mit dem zweiten Hohlrad verbunden ist, wodurch der erste Planetenträger und das zweite Hohlrad gemeinsame, das heißt als Block, insbesondere um die zuvor genannte Drehachse, umlaufen und sich somit um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehen.
Dabei ist beispielsweise auch das zweite Schaltelement zwischen wenigstens einem Koppelzustand beziehungsweise einer Koppelstellung und wenigstens einem Entkoppelzustand beziehungsweise einer Entkoppelstellung verstellbar, insbesondere bewegbar. In der Koppelstellung des zweiten Schaltelements ist der erste Planetenträger über das zweite Schaltelement mit dem zweiten Hohlrad verblockt und somit drehfest gekoppelt. In der Entkoppelstellung des zweiten Schaltelements jedoch gibt das zweite Schaltelement den ersten Planetenträger beziehungsweise die Verblockung des ersten Planetenträgers mit dem zweiten Hohlrad frei, sodass dann das zweite Hohlrad nicht über das zweite Schaltelement mit dem ersten Planetenträger drehfest verbunden beziehungsweise verblockt ist.
Um dabei einen besonders verlustarmen Betrieb zu realisieren, ist das jeweilige Schaltelement vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Dadurch ist beispielsweise der erste Planetenträger über das erste Schaltelement in dessen Koppelzustand formschlüssig drehfest mit dem Gehäuse gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich ist dabei beispielsweise der erste Planetenträger über das zweite Schaltelement in dessen Koppelzustand formschlüssig mit dem zweiten Hohlrad verblockt. Insbesondere ist dabei das jeweilige Schaltelement beispielsweise als Klaue beziehungsweise Klauenkupplung ausgebildet. Ferner ist es denkbar, dass zumindest beziehungsweise genau eines der Schaltelemente als Reibschaltelement und dabei insbesondere als Lamellenschaltelement beziehungsweise Lamellenkupplung ausgebildet ist, wobei beispielsweise das andere Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement beziehungsweise als Klauenkupplung ausgebildet ist. Dadurch läuft nur ein Lamellenschaltelement offen, wenn sich das Lamellenschaltelement beziehungsweise beide Schaltelemente in dem jeweiligen Entkoppelzustand befindet beziehungsweise befinden.
Um einen besonders vorteilhaften Antrieb des Elektrofahrzeugs mit einer vorteilhaften Übersetzung auf bauraumgünstige Weise zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das zweite Hohlrad eine Außenverzahnung aufweist, welche direkt mit einem insbesondere als Stirnrad beziehungsweise Tellerrad ausgebildeten Zahnrad eines Achsgetriebes kämmt. Somit kann das Achsgetriebe über das Zahnrad und die Außenverzahnung des zweiten Hohlrads besonders bauraumgünstig und verlustarm sowie auf kompakte Weise angetrieben werden.
Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung ermöglicht ferner eine besonders vorteilhafte Stapelung der Planetenradsätze. Im Rahmen der Stapelung sind die Planetenradsätze nicht etwa in axialer Richtung aufeinanderfolgend und somit in jeweiligen, in axialer Richtung der Getriebevorrichtung voneinander beabstandeten Ebenen angeordnet, sondern vorzugsweise ist es vorgesehen, dass beide Planetenradsätze in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, wobei das zweite Sonnenrad durch eine Außenverzahnung des ersten Hohlrades gebildet ist. Dadurch kann der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden.
Dabei hat es sich zur Realisierung eines besonders effektiven und effizienten Antriebs des Elektrofahrzeugs als vorteilhaft gezeigt, wenn ein Planetendifferential vorgesehen ist, welches von den Planetenradsätzen antreibbar ist. Alternativ ist es vorgesehen, dass die Getriebevorrichtung ein Kegelraddifferential aufweist, welches von den Planetenradsätzen antreibbar ist.
Das Planetendifferential und das Kegelraddifferential werden zusammenfassend auch als Differential oder Differentialgetriebe bezeichnet beziehungsweise sind als Differential beziehungsweise Differentialgetriebe ausgebildet, wobei eines solches Differentialgetriebe beispielsweise bei einer Kurvenfahrt des Elektrofahrzeugs einen Drehzahlausgleich zwischen dem kurveninneren Rad und dem kurvenäußeren Rad zulässt, ohne dass es zu einer übermäßigen Verspannung des Antriebsstrangs kommt.
Schließlich hat es sich zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Übersetzung als vorteilhaft gezeigt, wenn ein zusätzliches Verblockungsschaltelement zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes vorgesehen ist. Unter dem Verblocken eines Planetenradsatzes beziehungsweise des ersten Planetenradsatzes kann insbesondere Folgendes verstanden werden: Das jeweilige Sonnenrad ist ein erstes Getriebeelement des jeweiligen Planetenradsatzes, wobei das jeweilige Hohlrad ein zweites Getriebeelement und der jeweilige Planetenträger ein jeweiliges drittes Getriebeelement des jeweiligen Planetenradsatzes ist. Ferner weist der jeweilige Planetenradsatz beispielsweise wenigstens ein oder mehrere Planetenräder auf, welche mit dem jeweiligen Hohlrad und dem jeweiligen Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes kämmen. Zum Verblocken des Planetenradsatzes werden zwei der drei jeweiligen Getriebeelemente drehfest miteinander verbunden, das heißt verblockt, sodass die drehfest miteinander verbundenen beziehungsweise verblockten Getriebeelemente als Block um eine gemeinsame Drehachse, insbesondere um die zuvor genannte Drehachse, umlaufen.
Durch Verblocken des Planetenradsatzes befindet sich dieser in einem verblockten Zustand, in welchem die miteinander verblockten Getriebeelemente um die genannte Drehachse als Block, das heißt gemeinsam, umlaufen. Ist der Planetenradsatz nicht verblockt, so befindet sich der Planetenradsatz in einem unverblockten Zustand, in welchem sich beispielsweise die in dem verblockten Zustand miteinander verblockten Getriebeelemente um die Drehachse relativ zueinander drehen können.
Insbesondere ist es im Rahmen der Verblockung des ersten Planetenradsatzes mittels des Verblockungsschaltelements vorgesehen, dass der erste Planetenträger mit dem ersten Sonnenrad und somit mit dem Rotor der elektrischen Maschine verblockt ist. Alternativ kann zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes vorgesehen sein, dass beispielsweise der erste Planetenträger mittels des Verblockungsschaltelements mit dem ersten Hohlrad verblockt ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, mit einem Abtrieb, mit einem ersten Planetenradsatz und mit einem zweiten Planetenradsatz, wobei ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit dem Abtrieb gekoppelt ist;
2 eine schematische Darstellung einer Getriebevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung der Getriebevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
4 eine schematische Darstellung einer Getriebevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
5 eine schematische Darstellung der Getriebevorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
6 eine schematische Darstellung der Getriebevorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform;
7 eine schematische Darstellung einer Getriebevorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform; und
8 eine schematische Darstellung der Getriebevorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform einer im Ganzen mit 10 bezeichneten Getriebevorrichtung für einen Elektroantrieb, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, welches beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet und mittels der Getriebevorrichtung 10 antreibbar ist. Die Getriebevorrichtung 10 umfasst wenigstens eine elektrische Maschine 16, welche einen Stator 18 und einen Rotor 20 aufweist. Der Rotor 20 ist um eine Drehachse relativ zu dem Stator 18 drehbar und dabei von dem Stator 18 antreibbar. Dadurch kann die elektrische Maschine 16 über ihren Rotor 20 Drehmomente bereitstellen. Der Rotor umfasst beispielsweise eine um die Drehachse relativ zu dem Stator 18 drehbare Welle 22, über welche die elektrische Maschine 16 die zuvor genannten Drehmomente bereitstellen kann.
Die Getriebevorrichtung 10 weist einen ersten Planetenradsatz 24 auf, welcher auch als erster Planetensatz bezeichnet wird. Der erste Planetenradsatz 24 weist ein drehfest mit dem Rotor 20 gekoppeltes erstes Sonnenrad 26 auf, welches beispielsweise drehfest mit der Welle 22 verbunden, insbesondere einstückig mit der Welle 22 ausgebildet, ist.
Dadurch können die von der elektrischen Maschine 16 über den Rotor 20, insbesondere über die Welle 22, bereitgestellten Drehmomente über das erste Sonnenrad 26 in den ersten Planetenradsatz 24 eingeleitet werden. Des Weiteren weist der erste Planetenradsatz 24 einen ersten Planetenträger 28 und ein erstes Hohlrad 30 auf, welches beispielsweise um die zuvor genannte Drehachse relativ zu einem in 1 besonders schematisch dargestellten Gehäuse 32 der Getriebevorrichtung 10 drehbar ist. Somit sind der Rotor 20, insbesondere die Welle 22, und das erste Sonnenrad 26 um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse 32 drehbar. Beispielsweise ist die elektrische Maschine 16 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Gehäuse 32 aufgenommen. Der erste Planetenradsatz 24 weist wenigstens ein erstes Planetenrad 34 auf, welches mit dem ersten Sonnenrad 26 und mit dem ersten Hohlrad 30 kämmt. Insbesondere weist der erste Planetenradsatz 24 mehrere erste Planetenräder auf, welche mit dem Hohlrad 30 und dem Sonnenrad 26 kämmen. Die folgenden und vorigen Ausführungen zum Planetenrad 34 können ohne weiteres auch auf die anderen Planetenräder des ersten Planetenradsatzes 24 übertragen werden und umgekehrt.
Des Weiteren weist die Getriebevorrichtung 10 einen zweiten Planetenradsatz 35 auf, welcher auch als zweiter Planetensatz bezeichnet wird. Der zweite Planetenradsatz 35 weist ein zweites Sonnenrad 36, einen zweiten Planetenträger 38 und ein zweites Hohlrad 40 auf. Ferner umfasst der zweite Planetenradsatz 35 beispielsweise wenigstens ein zweites Planetenrad 42, welches mit dem zweiten Sonnenrad 36 und mit dem zweiten Hohlrad 40 kämmt. Insbesondere umfasst der zweite Planetenradsatz 35 mehrere zweite Planetenräder, welche mit dem Sonnenrad 36 und dem Hohlrad 40 kämmen. Dabei sind die folgenden und vorigen Ausführungen zum zweiten Planetenrad 42 ohne weiteres auch auf die anderen Planetenräder des Planetenradsatzes 35 übertragbar und umgekehrt.
Außerdem weist die Getriebevorrichtung 10 einen Abtrieb 12 auf, über welchen von der Getriebevorrichtung 10, insbesondere von dem zweiten Planetenradsatz 35, in der 1 durch einen Pfeil 14 veranschaulichte Drehmomente, insbesondere zum Antreiben des Elektrofahrzeugs, bereitstellbar sind. Insbesondere kann der zweite Planetensatz über den Abtriebs 12 die durch den Pfeil 14 veranschaulichten Drehmomente zum Antreiben des Elektrofahrzeugs bereitstellen. Der Abtrieb 12 ist somit beispielsweise ein Ausgang oder gehört zu einem Ausgang der Getriebevorrichtung 10, insbesondere des zweiten Planetensatzes, sodass über den Ausgang die genannten Drehmomente aus der Getriebevorrichtung 10 beziehungsweise aus dem zweiten Planetenradsatz 35 ausgeleitet und somit von der Getriebevorrichtung 10 beziehungsweise von dem zweiten Planetenradsatz 35 abgeführt werden können.
Darüber hinaus weist die Getriebevorrichtung 10 zwei Schaltelemente 44 und 46 zum Schalten von wenigstens zwei Gängen der Getriebevorrichtung 10 auf. Die Gänge werden auch als Getriebegänge bezeichnet und weisen jeweils eine Übersetzung auf, wobei sich beispielsweise die Übersetzung eines ersten der Gänge von der Übersetzung des zweiten Gangs unterscheidet. Mit anderen Worten weisen die Gänge voneinander unterschiedliche Übersetzungen auf. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der zweite Gang deaktiviert beziehungsweise ausgelegt ist, wenn der erste Gang eingelegt beziehungsweise aktiviert ist. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der erste Gang deaktiviert beziehungsweise ausgelegt ist, wenn der zweite Gang eingelegt beziehungsweise aktiviert ist. Des Weiteren ist es denkbar, dass beide Gänge ausgelegt sind, sodass sich die Getriebevorrichtung 10 beispielsweise in einem Leerlauf befindet.
Um nun eine besonders verlustarme und kompakte Bauweise der Getriebevorrichtung 10, insbesondere eines zum Antreiben des Elektrofahrzeugs ausgebildeten und die Getriebevorrichtung 10 umfassenden Antriebsstrangs des Elektrofahrzeugs insgesamt, realisieren zu können, ist das zweite Hohlrad 40, insbesondere permanent beziehungsweise ständig, drehfest mit dem Abtrieb 12 gekoppelt. Der Abtrieb 12 weist beispielsweise eine Welle in Form einer Abtriebswelle 47 auf, über welche die Getriebevorrichtung 10 beziehungsweise der zweite Planetenradsatz 35 die durch den Pfeil 14 veranschaulichten Drehmomente bereitstellen kann. Dabei ist die Abtriebswelle 47, insbesondere permanent beziehungsweise ständig, drehfest mit dem zweiten Hohlrad 40 gekoppelt beziehungsweise verbunden, wobei vorgesehen sein kann, dass die Abtriebswelle 47 einstückig mit dem Hohlrad 40 ausgebildet ist.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass das jeweilige Schaltelement 44 beziehungsweise 46, insbesondere mittels eines jeweiligen, in den Fig. nicht dargestellten Aktors, aktiv zwischen wenigstens zwei voneinander unterschiedlichen Zuständen, insbesondere Stellungen, umschaltbar beziehungsweise verstellbar oder bewegbar ist. Ferner ist es bei der Getriebevorrichtung 10 vorgesehen, dass das erste Hohlrad 30, insbesondere permanent beziehungsweise ständig, drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 36 gekoppelt beziehungsweise verbunden ist. Das Hohlrad 30 und das Sonnenrad 36 laufen somit gemeinsam beziehungsweise als Block um die Drehachse um und drehen sich somit gemeinsam um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse 32, insbesondere wenn die Planetenradsätze 24 und 35, beispielsweise mittels der elektrischen Maschine 16, angetrieben werden. Zum Antreiben der Planetenradsätze 24 und 35 stellt die elektrische Maschine 16 - wie zuvor beschrieben - über den Rotor 20 Drehmomente bereit.
Des Weiteren ist es bei der Getriebevorrichtung 10 vorgesehen, dass der zweite Planetenträger 38, insbesondere permanent beziehungsweise ständig, an dem Gehäuse 32 festgelegt ist. Dadurch ist der Planetenträger 38 gegen eine Drehung relativ zu dem Gehäuse 32 gesichert, sodass sich der Planetenträger 38 nicht relativ zu dem Gehäuse 32 drehen kann.
Des Weiteren ist der erste Planetenträger 28 mittels des Schaltelements 44 drehfest mit dem Gehäuse 32 koppelbar. Das Schaltelement 44 ist dabei, insbesondere mittels des dem Schaltelement 44 zugeordneten, zuvor genannten Aktors, zwischen den Zuständen verstellbar, wobei einer der Zustände des Schaltelements 44 ein Koppelzustand und der andere Zustand des Schaltelements 44 ein Entkoppelzustand des Schaltelements 44 ist. In dem Koppelzustand des Schaltelements 44 ist der Planetenträger 28 mittels des Schaltelements 44 an dem Gehäuse 32 festgelegt und somit gegen eine Drehung relativ zu dem Gehäuse 32 gesichert. In dem Entkoppelzustand jedoch gibt das Schaltelement 44 den Planetenträger 28 für eine Drehung relativ zu dem Gehäuse 32 um die Drehachse frei, sodass sich dann der Planetenträger 28 um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse 32 drehen kann und nicht etwa über das Schaltelement 44 an dem Gehäuse 32 festgelegt ist. Dabei ist das Schaltelement 44 beispielsweise als Bremse ausgebildet, wobei das Schaltelement 44 insbesondere als Reibschaltelement und dabei beispielsweise als Lamellenkupplung beziehungsweise Lamellenschaltelement ausgebildet sein kann.
Das Schaltelement 46 ist indes dazu ausgebildet, den ersten Planetenträger 28 mit dem zweiten Hohlrad 40 zu verblocken und somit drehfest mit dem Abtrieb 12, insbesondere mit der Abtriebswelle 47, zu verbinden. Dabei ist beispielsweise das Schaltelement 46, insbesondere mittels des zuvor genannten, dem Schaltelement 46 zugeordneten Aktors, zwischen den Zuständen verstellbar, umschaltbar beziehungsweise bewegbar, wobei einer der Zustände des Schaltelements 46 ein Koppelzustand und der andere Zustand des Schaltelements 46 ein Entkoppelzustand des Schaltelements 46 ist. In dem Koppelzustand des Schaltelements 46 ist der Planetenträger 28 mittels des Schaltelements 46 mit dem Hohlrad 40 verblockt und somit drehfest mit dem Hohlrad 40 verbunden. In dem Entkoppelzustand jedoch gibt das Schaltelement 46 den Planetenträger 28 frei, sodass der Planetenträger 28 nicht über das Schaltelement 46 mit dem Hohlrad 40 verblockt ist. In der Folge kann sich beispielsweise der Planetenträger 28 relativ zu dem Hohlrad 40 und relativ zu dem Gehäuse 32 um die Drehachse drehen. Ist der Planetenträger 28 jedoch über das Schaltelement 46 mit dem Hohlrad 40 verblockt, so laufen der Planetenträger 28 und das Hohlrad 40 gemeinsam beziehungsweise als Block um die zuvor genannte Drehachse um und drehen sich gemeinsam um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse 32.
Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass sich das Schaltelement 44 in seinem Koppelzustand befindet, während sich das Schaltelement 46 in seinem Entkoppelzustand befindet. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich das Schaltelement 46 in seinem Koppelzustand befindet, während sich das Schaltelement 44 in seinem Entkoppelzustand befindet.
Der zuvor genannte erste Gang ist beispielsweise eingelegt beziehungsweise aktiviert, wenn sich das Schaltelement 44 in seinem Koppelzustand und das Schaltelement 46 in seinem Entkoppelzustand befindet. Der zweite Gang ist beispielsweise dann eingelegt beziehungsweise aktiviert, wenn sich das Schaltelement 46 in seinem Koppelzustand und das Schaltelement 44 in seinem Entkoppelzustand befindet.
Das Schaltelement 46 ist beispielsweise als formschlüssiges Schaltelement und dabei vorzugsweise als Kupplung beziehungsweise formschlüssige Kupplung wie beispielsweise Klauenkupplung ausgebildet, sodass in dem Koppelzustand des Schaltelements 46 der Planetenträger 28 mittels des Schaltelements 46 formschlüssig mit dem Hohlrad 40 verblockt ist. Ist das Schaltelement 44 beispielsweise als Reibschaltelement ausgebildet, so ist beispielsweise der Planetenträger 28 mittels des Schaltelements 44 reibschlüssig an dem Gehäuse 32 festgelegt. Dadurch, dass beispielsweise nur eines der Schaltelemente 44 und 46 als Reibschaltelement, insbesondere als Reiblamellenschaltelement, ausgebildet ist, läuft nur ein Reibschaltelement beziehungsweise Reiblamellenschaltelement offen, wenn das Reibschaltelement beziehungsweise beide Schaltelemente 44 und 46 offen sind, das heißt sich in ihrem Entkoppelzustand befinden. Dadurch können innere Verluste besonders gering gehalten werden. Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform sind die Planetenradsätze 24 und 35 in axialer Richtung der Getriebevorrichtung 10 beziehungsweise bezogen auf einen Drehmomentenfluss von der elektrischen Maschine 16 zu dem Abtrieb 12 zwischen dem Abtrieb und der elektrischen Maschine 16 angeordnet.
Dabei folgt der Planetenradsatz 35 bezogen auf den genannten Drehmomentfluss dem Planetenradsatz 24, sodass der Planetenradsatz 35 in axialer Richtung hinter dem Planetenradsatz 24 angeordnet ist. Mit anderen Worten sind die Planetensätze in jeweiligen, in axialer Richtung voneinander beabstandeten Ebenen angeordnet. Ferner ist es bei der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass der Planetenradsatz 24 in axialer Richtung der Getriebevorrichtung 10 zwischen der elektrischen Maschine 16 und dem Planetenradsatz 35 angeordnet ist.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Getriebevorrichtung 10. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der ersten Ausführungsform, dass bei der zweiten Ausführungsform der Planetenradsatz 35 in axialer Richtung der Getriebevorrichtung 10 zwischen der elektrischen Maschine 16 und dem Planetenradsatz 24 angeordnet ist. Bezogen auf den zuvor genannten Drehmomentenfluss von der elektrischen Maschine 16 zu dem Abtrieb 12 jedoch folgt der Planetenradsatz 35 auf den Planetenradsatz 24.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Getriebevorrichtung 10. Die dritte Ausführungsform basiert auf der zweiten Ausführungsform. Bei der dritten Ausführungsform jedoch umfasst die Getriebevorrichtung 10 ein Achsgetriebe 48, welches auch als Differential oder Differentialgetriebe bezeichnet wird. Dabei weist das zweite Hohlrad 40 eine Außenverzahnung 50 auf, welche direkt mit einem Zahnrad 52 des Achsgetriebes 48 kämmt. Dadurch ist das Achsgetriebe 48 von dem Hohlrad 40 über das Zahnrad 52 antreibbar, sodass beispielsweise die von dem beziehungsweise über den Abtrieb 12 bereitstellbaren beziehungsweise bereitgestellten und von dem zweiten Planetensatz abgeführten Drehmomente über die Außenverzahnung 50 auf das Zahnrad 52 übertragen und somit in das Achsgetriebe 48 eingeleitet werden. Das Achsgetriebe 48 ist beispielsweise als Kegelraddifferential ausgebildet und dabei einer Achse des Elektrofahrzeugs zugeordnet. Die Achse umfasst wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Räder, welche von dem Achsgetriebe 48 und über dieses von der elektrischen Maschine 16 antreibbar sind.
Dabei ermöglicht das Achsgetriebe 48 beispielsweise einen Drehzahlausgleich zwischen den Rädern der Achse, sodass das Achsgetriebe 48 insbesondere bei einer Kurvenfahrt des Elektrofahrzeugs einen Drehzahlausgleich zwischen den Rädern zulässt. Bei einer solchen Kurvenfahrt lässt das Achsgetriebe 48 zu, dass das kurvenäußere Rad eine höhere Drehzahl als das kurveninnere Rad aufweist. Dabei veranschaulichen in 3 Pfeile 54 Drehmomente, die von dem Achsgetriebe 48 auf die Räder übertragen werden, welche mittels der durch die Pfeile 54 veranschaulichten Drehmomente antreibbar sind. Das Zahnrad 52 ist beispielsweise als Stirnrad beziehungsweise als Tellerrad ausgebildet, wobei der Aufbau und die Funktion des Achsgetriebes 48 aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt sind.
4 zeigt eine vierte Ausführungsform, bei welcher die Planetenradsätze gestapelt sind. Dies bedeutet, dass beide Planetenradsätze 24 und 35 in einer gemeinsamen, zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der vorgenannten Drehachse verlaufenden Ebene angeordnet sind. Dabei ist das zweite Sonnenrad 36 beispielsweise durch eine Außenverzahnung 56 des ersten Hohlrades 30 gebildet.
5 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Getriebevorrichtung 10. Bei der fünften Ausführungsform umfasst die Getriebevorrichtung 10 ein als Planetendifferential 58 ausgebildetes Differential beziehungsweise Differentialgetriebe, welches - insbesondere je nach eingelegtem Gang - von dem jeweiligen Planetenradsatz 24 beziehungsweise 35 antreibbar ist. Das Planetendifferential 58 umfasst ein drittes Sonnenrad 60, einen dritten Planetenträger 62 und ein drittes Hohlrad 64, wobei beispielsweise der Planetenträger 62 und das Sonnenrad 60 jeweilige Abtriebe des Planetendifferentials 58 darstellen. Außerdem umfasst das Planetendifferential 58 beispielsweise Planetenräder 66, welche an dem Planetenträger 62 drehbar gelagert sind und mit dem Sonnenrad 60 und dem Hohlrad 64 kämmen. Auch bei der fünften Ausführungsform sind die Planetenradsätze 24 und 35 gestapelt.
6 zeigt eine sechste Ausführungsform der Getriebevorrichtung 10, welche sich von der fünften Ausführungsform insbesondere dadurch unterscheidet, dass - insbesondere anstelle des Planetendifferentials 58 - ein Kegelraddifferential 68 vorgesehen ist, welches beispielsweise dem Achsgetriebe 48 entspricht. 7 zeigt eine siebte Ausführungsform, bei welcher ein zusätzlich zu den Schaltelementen 44 und 46 vorgesehenes Verblockungsschaltelement 70 vorgesehen ist. Das Verblockungsschaltelement 70 ist beispielsweise als Verblockungskupplung ausgebildet, wobei das Verblockungsschaltelement 70 vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klaue beziehungsweise Klauenkupplung, ausgebildet ist. Mittels des Verblockungsschaltelements 70 ist der erste Planetenradsatz 24 verblockbar. Durch diese Erweiterung des ersten Planetenradsatzes 24 um das Verblockungsschaltelement 70 kann ein zusätzlicher langer Gang generiert werden, dessen Übersetzung beispielsweise der Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes 35 entspricht. Dies erscheint insbesondere dann sinnvoll, wenn nach der Getriebevorrichtung 10 eine weitere Übersetzungsstufe folgt. Bei der in 7 veranschaulichten siebten Ausführungsform ist der erste Planetenradsatz 24 derart mittels des Verblockungsschaltelements 70 verblockbar, dass mittels des Verblockungsschaltelements 70 der erste Planetenträger 28 mit dem ersten Hohlrad 30 verblockt werden kann.
Bei einer in den Fig. nicht gezeigten Ausführungsform ist es denkbar, dass mittels des Verblockungsschaltelements 70 anstelle des Planetenträgers 28 und des Hohlrads 30 das Sonnenrad 26 und der Planetenträger 28 miteinander verblockt werden können, um dadurch den ersten Planetenradsatz 24 zu verblocken. Dabei ist beispielsweise dem Verblockungsschaltelement 70 ein in den Fig. nicht dargestellter Aktor zugeordnet, mittels welchem das Verblockungsschaltelement 70 zwischen wenigstens einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung umschaltbar beziehungsweise verstellbar, insbesondere bewegbar, ist. Die Schließstellung entspricht beispielsweise dem zuvor genannten Koppelzustand des Schaltelements 44 beziehungsweise 46, wobei die Offenstellung beispielsweise dem zuvor genannten Entkoppelzustand des Schaltelements 44 beziehungsweise 46 entspricht. In der Schließstellung des Verblockungsschaltelements 70 ist der erste Planetenradsatz 24 auf die beschriebene Weise verblockt, sodass dann beispielsweise der Planetenträger 28 mit dem Hohlrad 30 beziehungsweise mit dem Sonnenrad 26 gemeinsam beziehungsweise als Block um die zuvor genannte Drehachse umläuft. Insbesondere ist dann der Planetenradsatz 24 mittels des Verblockungsschaltelements 70 formschlüssig verblockt. In der Offenstellung jedoch ist die Verblockung des Planetenradsatzes 24 aufgehoben, sodass der Planetenträger 28 nicht mit dem Hohlrad 30 beziehungsweise nicht mit dem Sonnenrad 26 verblockt ist.
Schließlich zeigt 8 eine achte Ausführungsform. Die achte Ausführungsform basiert insbesondere auf der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform, wobei sich die achte Ausführungsform dadurch von der dritten Ausführungsform unterscheidet, dass bei der achten Ausführungsform das zusätzlich zu den Schaltelementen 44 und 46 vorgesehene Verblockungsschaltelement 70 vorgesehen ist. Bei der achten Ausführungsform ist das Verblockungsschaltelement 70 dazu ausgebildet, insbesondere wie zuvor beschrieben, den Planetenträger 28, insbesondere formschlüssig, mit dem Sonnenrad 26 zu verblocken.
Insgesamt können mittels der Getriebevorrichtung 10 deren Drehzahlen, insbesondere Relativdrehzahlen, besonders gering gehalten werden, sodass Schleppverluste in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Insbesondere ist eine koaxiale oder achsparallele Anordnung denkbar, sodass eine besonders bauraumgünstige Anordnung realisierbar ist. Außerdem kann eine vorteilhafte Gesamtübersetzung mittels der zwei Planetenradsätze 24 und 35 realisiert werden, sodass keine weitere Achsübersetzung nötig ist. Die zwei Gänge können mit den genau zwei Schaltelementen 44 und 46 realisiert werden, sodass die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten gering gehalten werden können. Da beispielsweise das Schaltelement 46 stets ein gehendes Schaltelement ist, kann das Schaltelement 46 als Klauenschaltelement, das heißt als formschlüssiges Schaltelement umgesetzt werden.
Insbesondere kann eine lastschaltfähige 2-Gang-Struktur in koaxialer Bauweise mit nur geringer Verlustleistung für elektrische Antriebe realisiert werden. Die genannten Gänge können als Fahrgänge dargestellt werden, welche sowohl für eine Vorwärtsfahrt als auch für eine Rückwärtsfahrt verwendbar sind. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der erste Gang und/oder der zweite Gang lastschaltfähig ist, das heißt unter Last geschaltet werden kann.
Der als erster Fahrgang ausgebildete erste Gang soll beispielsweise einen Anhängerbetrieb ermöglichen. Außerdem ist dieser beispielsweise für Kriechvorgänge vorgesehen, um die elektrische Maschine 16 und deren Leistungselektronik vor Überhitzung zu schützen. Der zweite Gang kann als zweiter Fahrgang für den normalen Betrieb verwendet werden. Zumindest eines der Schaltelemente 44 und 46, insbesondere das Schaltelement 46, kann als formschlüssiges Schaltelement und somit beispielsweise als Klauenkupplung mit oder ohne Synchronisiereinheit ausgestaltet werden, um innere Verluste besonders gering halten zu können. Ist eines der Schaltelemente 44 und 46 als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenkupplung, ausgebildet, während das andere der Schaltelemente 46 und 44 als Reibschaltelement und somit beispielsweise als Lamellenschaltelement ausgebildet ist, so läuft in der Getriebevorrichtung 10 nur ein Reib- beziehungsweise Lamellenschaltelement offen, wenn das Reib- beziehungsweise Lamellenschaltelement oder beide Schaltelemente 44 und 46 offen ist beziehungsweise sind, das heißt sich in ihrem Entkoppelzustand befindet beziehungsweise befinden.
Durch die Verwendung eines Reib- beziehungsweise Lamellenschaltelements, insbesondere als das Schaltelement 44 und/oder das Schaltelement 46, kann eine lastfähige Schaltung des jeweiligen Gangs realisiert werden. Ist beispielsweise im zweiten Gang keine Lastschaltung gefordert beziehungsweise wird auf eine Lastschaltung im zweiten Gang verzichtet, so können beide Schaltelemente 44 und 46 als formschlüssige Schaltelemente und dabei insbesondere als Klaue beziehungsweise Klauenkupplungen ausgeführt werden. Darüber hinaus kann eine besonders vorteilhafte Zugänglichkeit zu dem Schaltelement 44 und 46 realisiert werden. Des Weiteren kann die Drehzahldifferenz im jeweiligen Schaltelement 44 und 46 gering gehalten werden, sodass eine einfache Synchronisation darstellbar ist, was besonders für formschlüssige Schaltelemente vorteilhaft ist. Schließlich lässt sich eine besonders gute Stapelung realisieren, sodass der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015203194 A1 [0002]

Claims

Getriebevorrichtung (10) für einen Elektroantrieb, mit einem Abtrieb (12), mit wenigstens einer einen Rotor (20) aufweisenden elektrischen Maschine (16), mit einem ersten Planetenradsatz (24), welcher ein drehfest mit dem Rotor (20) gekoppeltes erstes Sonnenrad (26), einen ersten Planetenträger (28) und ein erstes Hohlrad (30) aufweist, mit einem zweiten Planetenradsatz (35), welcher ein zweites Sonnenrad (36), einen zweiten Planetenträger (38) und ein zweites Hohlrad (40) aufweist, und mit zumindest zwei Schaltelementen (44, 46) zum Schalten von zumindest zwei Gängen der Getriebevorrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlrad (40) drehfest mit dem Abtrieb (12) gekoppelt ist.
Getriebevorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hohlrad (30) drehfest mit dem zweiten Sonnenrad (36) gekoppelt ist.
Getriebevorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenträger (38) an einem Gehäuse (32) der Getriebevorrichtung (10) festgelegt ist.
Getriebevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenträger (28) mittels eines der Schaltelemente (44, 46) drehfest mit einem Gehäuse (32) der Getriebevorrichtung (10) koppelbar ist.
Getriebevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenträger (24) mittels eines der Schaltelemente (44, 46) mit dem zweiten Hohlrad (40) verblockbar ist.
Getriebevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlrad (40) eine Außenverzahnung (50) aufweist, welche direkt mit einem Zahnrad (52) eines Achsgetriebes (48) kämmt.
Getriebevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Planetenradsätze (24, 35) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, wobei das zweite Sonnenrad (36) durch eine Außenverzahnung (56) des ersten Hohlrades (30) gebildet ist.
Getriebevorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetendifferential (58) vorgesehen ist, welches von den Planetenradsätzen (24, 35) antreibbar ist.
Getriebevorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kegelraddifferential (68) vorgesehen ist, welches von den Planetenradsätzen (24, 35) antreibbar ist.
Getriebevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zusätzliches Verblockungsschaltelement (70) zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes (24).