DE102017120286A1

DE102017120286A1 - Elektrische Antriebseinheit mit zwei Gängen und gestufter Laststufe

Info

Publication number: DE102017120286A1
Application number: DE102017120286.2A
Authority: DE
Inventors: Franz Kurth
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-09-04
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2037-09-05
Also published as: DE102017120286B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit (1) für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem zwischen einer Elektromaschine und einem Differenzialgetriebe (2) anordnenbarem Planetengetriebe (3), das eine von der Elektromaschine Leistung aufnehmende erste Planetenstufe (4) des Planetengetriebes (3) besitzt, von der Leistung über eine zweite Planetenstufe (5) des Planetengetriebes (3) auf das Differenzialgetriebe (2) verbringbar ist, wobei ein Hohlrad (6) der ersten Planetenstufe (4) über eine erste Kupplung (10) an einem Gehäuse (11) festlegbar ist und ein Planetenträger (9) der ersten Planetenstufe an einem Sonnenrad (14) der zweiten Planetenstufe (5) angeschlossen ist, wobei eine zweite Kupplung (12) so an der ersten Planetenstufe (4) und der zweiten Planetenstufe (5) angeschlossen ist, dass bei wahlweisem Einrücken der ersten Kupplung (10) und der zweiten Kupplung (12) eine leistungsübertragende Verbindung zwischen Anschlusswellen (27) der beiden Planetenstufen (4, 5) geschaffen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wie eines Pkws, eines Lkws oder eines anderen Nutzfahrzeuges, mit einem zwischen einer Elektromaschine und einem Differenzialgetriebe anordnenbarem / angeordnetem Planetengetriebe, das eine von der Elektromaschine Leistung aufnehmende erste Planetenstufe des Planetengetriebes besitzt, von der Leistung über eine zweite Planetenstufe des Planetengetriebes auf das Differenzialgetriebe verbringbar ist, wobei ein Hohlrad der ersten Planetenstufe über eine erste Kupplung an einem Gehäuse festlegbar ist und ein Planetenträger der ersten Planetenstufe an einem Sonnenrad der zweiten Planetenstufe angeschlossen ist.
Solch ein gattungsbildender Stand der Technik ist bereits aus der DE 10 2011 007 259 A1 bekannt. Dort ist nämlich eine Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Maschine offenbart, mit einem ersten Planetentrieb, mit einem Differenzial und mit einer Wirkverbindung zwischen einer Antriebswelle der elektrischen Maschine und einer ersten Sonne des ersten Planetentriebes, wobei die erste Sonne mit ersten Planetenrädern in Zahneingriff steht, welche in Zahneingriff mit einem ortsfesten ersten Hohlrad stehen und drehbar an einem ersten Planetenträger gelagert sind, welcher drehfest mit einem Differenzialkorb des Differenzials verbunden ist, gekennzeichnet durch einen zweiten Planetentrieb in der Wirkverbindung, mit wenigstens einer zweiten Sonne, welche mit der Antriebswelle drehfest verbunden ist sowie mit zweiten Planetenrädern im Zahneingriff stehen, wobei die zweiten Planetenräder mit einem ortsfest haltbaren zweiten Hohlrad in Zahneingriff stehen und an einem zweiten Planetenträger drehbar gelagert sind, welcher mit der ersten Sonne drehfest verbunden ist und durch eine ein- und ausrückbare Drehverbindung zwischen der zweiten Sonne und dem zweiten Hohlrad gekennzeichnet ist.
Es sollen Strukturen mit zwei Gängen zur Verfügung gestellt werden. Es soll bei der Auslegung von Antriebseinheiten eine größere Freiheit ermöglicht sein. Auch sollen die Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden werden und eine besonders verschleißfeste aber kostengünstige elektrische Antriebseinheit zur Verfügung gestellt werden.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine zweite Kupplung so an der ersten Planetenstufe und der zweiten Planetenstufe angeschlossen ist, dass bei wahlweisem Einrücken der ersten Kupplung mit der zweiten Kupplung eine leistungsübertragende Verbindung zwischen Anschlusswellen der beiden Planetenstufen geschaffen wird. Es wird also eine Ankopplung der Eingangsstufe auf zwei Weisen an die gestufte Laststufe ermöglicht.
Die Erfindung betrifft also eine elektrische Antriebseinheit mit einem schaltbaren zweigängigen Planetengetriebe mit folgendem Grundaufbau: Es wird eine elektrische Antriebseinheit mit einer elektrischen Maschine, einer ersten Planetenstufe und einer zweiten Planetenstufe, mit einer ersten Kupplung und einer zweiten Kupplung sowie mit einem Differenzial eingesetzt.
Ein erstes Sonnenrad der ersten Planetenstufe ist mit einer Rotorwelle der elektrischen Maschine verbunden. Der erste Planetenträger der ersten Planetenstufe ist mit dem Sonnenrad der zweiten Planetenstufe verbunden. Der zweite Planetenträger der zweiten Planetenstufe ist mit dem Differenzialkorb des Differenzials verbunden. Das Hohlrad der ersten Planetenstufe ist über die erste Kupplung ortsfest mit dem Gehäuse ein- und aus der ortsfesten Verbindung ausrückbar.
Das zweite Hohlrad, also das Hohlrad der zweiten Planetenstufe, ist ortsfest, d.h. am Gehäuse festgelegt. Außerdem ist über die zweite Kupplung eine Wirkverbindung zwischen einer ersten Anschlusswelle des Planetengetriebes und dem ersten Hohlrad ein- und ausrückbar.
Der Status der Kupplungen ist insofern synchronisiert, dass in einem eingelegten Gang die eine Kupplung eingerückt sein muss, wenn die andere ausgerückt ist und umgekehrt.
Während bei dem genannten älteren Stand der Technik die erste Anschlusswelle das erste Sonnenrad, also das Sonnenrad der ersten Planetenstufe mit umfasst und die erste Kupplung eingerückt sein muss, wenn die zweite Kupplung geöffnet ist, und umgekehrt, wird darüber hinaus nun ein wahlweises Einrücken der beiden Kupplungen zur Bewirkung einer Wirkverbindung zwischen zwei Anschlusswellen der beiden Planetenstufen favorisiert.
Die Momente werden über das Sonnenrad der ersten Planetenstufe an den ersten Planetenträger der ersten Planetenstufe weitergegeben, wobei sich die Planetenräder an dem ortsfesten Hohlrad abstützen.
Ist die zweite Kupplung im Stand der Technik eingerückt, ist die erste Planetenstufe blockiert, da die Sonne und das Hohlrad miteinander verbunden sind. Das Drehmoment wird vom ersten Hohlrad bzw. dem ersten Sonnenrad in einem Verhältnis 1:1 auf die zweite Planetenstufe übertragen. Sind beide Kupplungen eingerückt und der An- und Abtrieb stillgelegt und am Gehäuse festgelegt. Sind beide Kupplungen ausgerückt, läuft alles leer.
Hier geht nun die Erfindung einen anderen Weg und setzt auf ein wahlweises Einrücken der beiden Kupplungen, um eine Wirkverbindung zwischen den beiden Anschlusswellen der beiden Planetenstufen zu erreichen.
Die Eingangsanschlusswelle des zweiten Planetengetriebes ist gleichzeitig die Anschlusswelle des Differenzialgetriebes.
Unter einer Anschlusswelle wird hier eine solche Welle verstanden, über die Leistung / Drehmoment ein- oder ausgeleitet werden kann. Dies kann auch auf Zentralwellen zutreffen, die aber auch festhaltbar sind und dann eben nicht als Anschlusswellen dienen. An Anschlusswellen wird also eine Leistung eingeleitet oder abgenommen. Zentralwellen haben jedenfalls eine gemeinsame Zentralachse, um die die Anschlusswellen rotieren.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die zweite Kupplung an einer als Ausgangswelle einsetzbaren Zentralwelle der ersten Planetenstufe und einer als Eingangswelle einsetzbaren Zentralwelle der zweiten Planetenstufe angeschlossen ist. Jene in der ersten Planetenstufe des Planetengetriebes eingeleitete Leistung kann dann effizient weitergegeben werden und sinnvoll ausgegeben werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die mit der zweiten Kupplung verbundene Zentralwelle der ersten Planetenstufe an dem Hohlrad der ersten Planetenstufe angreift und an einem Planetenträger der zweiten Planetenstufe angreift. Leistung kann dann vom Hohlrad der ersten Planetenstufe auf den Planetenträger der zweiten Planetenstufe direkt übertragen werden.
Eine Wandelung der Drehmomente lässt sich effizient dann erreichen, wenn die zweite Planetenstufe einen Planetenradsatz besitzt, der mit einem Hohlrad der zweiten Planetenstufe und einem Sonnenrad der zweiten Planetenstufe in Zahneinsatz steht, wobei das Hohlrad der zweiten Planetenstufe, bspw. dauerhaft, festgelegt ist.
Es hat sich auch bewährt, wenn die im Planetenradsatz der zweiten Planetenstufe eingesetzten Planetenräder als Stufenplaneten ausgebildet sind. Eine besonders große Spreizung ist dann erreichbar.
Für die Fertigung ist es von Vorteil, wenn jeder Stufenplanet ein außenumfangsgroßes Planetenrad besitzt und ein außenumfangskleines Planetenrad besitzt, die über eine Steckverbindung miteinander verbunden sind oder einteilig / einmaterialig / integral miteinander verbunden sind, wobei das größere Planetenrad mit einem Sonnenrad der zweiten Planetenstufe in Zahneingriff steht und das kleinere Planetenrad in Zahneingriff mit dem Hohlrad der zweiten Planetenstufe steht. Bei einer zweiteiligen Lösung, unter Einsatz einer Steckverbindung, kann die Fertigung vereinfacht werden, wohingegen die Montage bei einer einteiligen Variante vereinfacht wird.
Es hat sich auch bewährt, wenn der Planetenträger der ersten Planetenstufe dauerhaft leistungsverbunden mit dem Sonnenrad der zweiten Planetenstufe ist. Ein besonders langlebiger Betrieb wird dann erleichtert.
Wenn beide Kupplungen mit dem Hohlrad der ersten Planetenstufe verbunden sind und (nur) selektiv betätigbar / in einen leistungsübertragenden Modus schaltbar sind, so wird eine Selbstblockade der Antriebseinheit verhindert.
Ferner ist es von Vorteil, wenn das Differenzialgetriebe als Stirnraddifferenzial ausgebildet ist, da dann eine besonders leicht und kompakt bauende Antriebseinheit realisiert werden kann.
Dabei hat es sich bewährt, wenn das Stirnraddifferenzial mit seinem Differenzialkorb am Planetenträger der zweiten Planetenstufe angeschlossen ist oder mit anderen Worten die zweite Planetenstufe und das Stirnraddifferenzial einen gemeinsamen Planetenträger besitzen.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Dabei sind einzelne Getriebeschemata wiedergegeben. Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform mit beliebig ausführbarem Differenzialgetriebe und
2 eine zweite spezielle Ausführungsform mit als Stirnraddifferenzial ausgebildetem Differenzialgetriebe.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der 1 ist eine erste Ausführungsform einer elektrischen Antriebseinheit 1 wiedergegeben. Die Antriebseinheit 1 ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingebettet und besitzt zumindest eine elektrische Maschine, die zwar nicht dargestellt ist, aber optional auch eine Verbrennunaskraftmaschine. Natürlich kann auch anstelle der elektrischen Maschine eine Verbrennungskraftmaschine verwendet werden. Die elektrische Maschine und/oder die Verbrennungskraftmaschine sind das Antriebsaggregat, mit dem Leistung, also auch Drehmoment, in die elektrische Antriebseinheit eingebracht wird.
Die elektrische Antriebseinheit 1 besitzt ein Differenzialgetriebe 2 und ein Planetengetriebe 3. Die Leistung fließt von dem Antriebsaggregat zum Planetengetriebe 3 und dann zum Differenzialgetriebe 2. Das Planetengetriebe 3 besitzt eine erste Planetenstufe 4 und eine dieser nachgeschaltete zweite Planetenstufe 5. Die erste Planetenstufe 4 besitzt ein Hohlrad 6, das mit Planetenrädern eines Planetenradsatzes 7 in Zahneingriff steht. Die Planetenräder des Planetenradsatzes 7 stehen auch in Zahneingriff mit einem Sonnenrad 8 der ersten Planetenstufe 4. Die Planetenräder des Planetenradsatzes 7 der ersten Planetenstufe 4 sind auch von einem Planetenträger 9 drehbar gelagert.
Das Hohlrad 6 ist über eine erste Kupplung 10 an einem Gehäuse 11 festlegbar. Eine dazu parallel eingesetzte zweite Kupplung 12 kann im eingerückten Zustand eine leistungsübertragende Verbindung mit einem Planetenträger 13 der zweiten Planetenstufe 5 herstellen.
Der Planetenträger 9 der ersten Planetenstufe 4 ist dauerhaft mit einem Sonnenrad 14 der zweiten Planetenstufe 5 verbunden. Die zweite Planetenstufe 5 weist auch einen Planetenradsatz auf, der mit dem Bezugszeichen 15 gekennzeichnet ist. Die Planetenräder des Planetenradsatzes 15 sind als Stufenplaneten 16 ausgebildet. Die Stufenplaneten 16 besitzen ein außenumfangsgroßes Planetenrad 17 und ein außenumfangskleines Planetenrad 18. Ein Hohlrad 19 des zweiten Planetensatzes 15 ist dauerhaft mit dem Gehäuse 11 festgelegt.
An einer als Anschlusswelle 20 agierenden Zentralwelle 21 wird Leistung, nämlich Eingangsleistung 22, in das Planetengetriebe 3 eingebracht. Über eine als Anschlusswelle 23 ausgebildete Zentralwelle 24 bzw. zwei Anschlusswellen 23 / Zentralwellen 24, die als Radwellen agieren, wird Ausgangsleistung 25 auf Räder 26 verbracht. Im Vorgriff auf 2 sei erläutert, dass jene die Ausgangsleistung 25 aus der Antriebseinheit 1 abführenden Zentralwellen 24 mit besagten Rädern 26 verbunden sind.
Zurückkommend auf 1 ist ersichtlich, dass eine als Anschlusswelle 27 agierende Zwischenwelle 28 und eine dazu parallel verlaufende weitere, als Zwischenwelle 28 agierende Anschlusswelle 27 eingesetzt sind. Die eine Anschlusswelle 27 ist dabei mit der zweiten Kupplung 12 und dem Planetenträger 13 verbunden, wohingegen die andere Anschlusswelle 27 mit dem Planetenträger 9 und dem Sonnenrad 14 verbunden ist.
In 2 ist das Angeschlossen sein des Differenzialgetriebes 2 an das Planetengetriebe 3 näher dargestellt. Dabei ist das Differenzialgetriebe 2 als Stirnraddifferenzial 29 ausgebildet.
Das Stirnraddifferenzial 29 weist zwei Planetenradsätze 30 und 31 auf. Die Planetenräder des einen Planetenradsatzes 30 und die Planetenräder des anderen Planetenradsatzes 31 sind miteinander in Wirkverbindung, wie über die punktierte Linie 35 angedeutet. Die Planetenräder des Planetenradsatzes 30 stehen in Wirkeingriff / Zahneingriff mit einem ersten Sonnenrad 33, wohingegen die Planetenräder des anderen Planetenradsatzes 31 mit einem zweiten Sonnenrad 34 in Wirkeingriff / Zahneingriff stehen.
Die Planetenräder der beiden Planetenradsätze 30 und 31 sind über einen gemeinsamen als Differenzialkorb 35 ausgebildeten Planetenträger 36 am Planetenträger 13 der zweiten Planetenstufe 5 angebunden. Ein Hohlrad 37 des Differenzialgetriebes 2 ist ebenfalls am Gehäuse 11 befestigt und stützt den drehbaren Differenzialkorb 35 ab.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinheit
2: Differenzialgetriebe
3: Planetengetriebe
4: erste Planetenstufe
5: zweite Planetenstufe
6: Hohlrad der ersten Planetenstufe
7: Planetenradsatz der ersten Planetenstufe
8: Sonnenrad der ersten Planetenstufe
9: Planetenträger der ersten Planetenstufe
10: erste Kupplung
11: Gehäuse
12: zweite Kupplung
13: Planetenträger der zweiten Planetenstufe
14: Sonnenrad der zweiten Planetenstufe
15: Planetenradsatz der zweiten Planetenstufe
16: Stufenplanet
17: außenumfangsgroßes Planetenrad
18: außenumfangskleines Planetenrad
19: Hohlrad der zweiten Planetenstufe
20: Anschlusswelle
21: Zentralwelle
22: Eingangsleistung
23: Anschlusswelle
24: Zentralwelle
25: Ausgangsleistung
26: Rad
27: Anschlusswelle
28: Zwischenwelle
29: Stirnraddifferenzial
30: Planetenradsatz des Differenzialgetriebes
31: Planetenradsatz des Differenzialgetriebes
32: Wirkverbindung
33: erstes Sonnenrad des Differenzialgetriebes
34: zweites Sonnenrad des Differenzialgetriebes
35: Differenzialkorb
36: Planetenträger
37: Hohlrad des Differenzialgetriebes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011007259 A1 [0002]

Claims

Elektrische Antriebseinheit (1) für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem zwischen einer Elektromaschine und einem Differenzialgetriebe (2) anordnenbarem Planetengetriebe (3), das eine von der Elektromaschine Leistung aufnehmende erste Planetenstufe (4) des Planetengetriebes (3) besitzt, von der Leistung über eine zweite Planetenstufe (5) des Planetengetriebes (3) auf das Differenzialgetriebe (2) verbringbar ist, wobei ein Hohlrad (6) der ersten Planetenstufe (4) über eine erste Kupplung (10) an einem Gehäuse (11) festlegbar ist und ein Planetenträger (9) der ersten Planetenstufe an einem Sonnenrad (14) der zweiten Planetenstufe (5) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kupplung (12) so an der ersten Planetenstufe (4) und der zweiten Planetenstufe (5) angeschlossen ist, dass bei wahlweisem Einrücken der ersten Kupplung (10) und der zweiten Kupplung (12) eine leistungsübertragende Verbindung zwischen Anschlusswellen (27) der beiden Planetenstufen (4, 5) geschaffen wird.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (12) an einer als Ausgangswelle einsetzbaren Zentralwelle der ersten Planetenstufe (4) und einer als Eingangswelle einsetzbaren Zentralwelle der zweiten Planetenstufe angeschlossen ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der zweiten Kupplung (12) verbundene Zentralwelle der ersten Planetenstufe (4) an dem Hohlrad (6) der ersten Planetenstufe angreift und an einem Planetenträger (13) der zweiten Planetenstufe (5) angreift.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Planetenstufe (5) einen Planetenradsatz (15) besitzt, der mit einem Hohlrad (19) der zweiten Planetenstufe (5) und einem Sonnenrad (14) der zweiten Planetenstufe (5) in Zahneingriff steht, wobei das Hohlrad (19) der zweiten Planetenstufe (5) festgelegt ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Planetenradsatz (15) der zweiten Planetenstufe (5) eingesetzten Planetenräder als Stufenplaneten (16) ausgebildet sind.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stufenplanet (16) ein außenumfangsgroßes Planetenrad (17) besitzt und ein außenumfangskleines Planetenrad (18) besitzt, die miteinander über eine Steckverbindung oder einteilig miteinander verbunden sind, wobei das größere Planetenrad (17) mit dem Sonnenrad (40) der zweiten Planetenstufe (5) in Zahneingriff steht und das kleinere Planetenrad (18) in Zahneingriff mit dem Hohlrad (19) der zweiten Planetenstufe (5) steht.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (9) der ersten Planetenstufe (4) dauerhaft leistungsverbunden mit dem Sonnenrad (14) der zweiten Planetenstufe (5) ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kupplungen (10, 12) mit dem Hohlrad (6) der ersten Planetenstufe (4) verbunden sind und selektiv betätigbar sind.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzialgetriebe (3) als Stirnraddifferenzial (29) ausgebildet ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnraddifferenzial (29) mit seinem Differenzialkorb (35) am Planetenträger (13) der zweiten Planetenstufe (5) angeschlossen ist.