DE102017121625A1

DE102017121625A1 - Antriebseinheit mit hohlradaufweisendem und an Differenzialkorb eines Stirnraddifferenzials angebundenes Planetengetriebe

Info

Publication number: DE102017121625A1
Application number: DE102017121625.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Lutz; Michael Ploessner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2019-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (2) und/oder einer Verbrennungskraftmaschine der/die drehmomentweitergebend an ein Planetengetriebe (6) angeschlossen sind/ist, das seinerseits drehmomentweitergebend an ein Differenzial (7) angeschlossen ist, um zwei Radwellen (9, 10) anzutreiben, wobei der Elektromotor (2) und/oder die Verbrennungskraftmaschine an eine Antriebswelle (3) angeschlossen sind/ist, die Drehmoment an eine von zwei Antriebssonnenrädern (12, 13) des Planetengetriebes (6) bei entsprechend selektiv geschlossener Kupplung (4, 5) weitergibt, wobei die Antriebssonnenräder (12, 13) in Wirkeingriff mit jeweils wenigstens einem Planetenrad (14, 15) eines Planetenradsatzes stehen, wobei je ein Planetenrad (14) des mit dem ersten der beiden Antriebssonnenräder (12) in Wirkeingriff stehenden ersten Planetenradsatzes mit einem Planetenrad (15) des anderen, zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei die Planetenräder (14) des ersten Planetenradsatzes in Wirkeingriff mit einem ersten Hohlrad (17) stehen und die Planetenräder (15) des zweiten Planetenradsatzes mit einem zweiten Hohlrad (18) in Wirkeinsatz stehen, wobei eines der Hohlräder (18) drehmomentweitergebend mit einem Bestandteil des Differenzials (7) verbunden ist, wobei das Drehmoment an jenes als Stirnraddifferenzial (8) ausgebildete Differenzial weitergebende Hohlrad (18) mit einem Differenzialplanetenträger (19) des Stirnraddifferenzials (8) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, einen Lkw oder ein anderes Nutzfahrzeug, mit einem Elektromotor und/oder einer Verbrennungskraftmaschine, der/die drehmomentweitergebend an ein Planetengetriebe angeschlossen sind/ist, das seinerseits drehmomentweitergebend an ein Differenzial angeschlossen ist, um zwei Radwellen anzutreiben, wobei der Elektromotor und/oder die Verbrennungskraftmaschine an einer Antriebswelle angeschlossen sind/ist, die Drehmoment an eine von zwei Antriebssonnenräder des Planetengetriebes bei entsprechend selektiv geschlossener Kupplung weitergibt, wobei die Antriebssonnenräder in Wirkeingriff mit jeweils wenigstens einem Planetenrad eines Planetenradsatzes stehen, wobei je ein Planetenrad des mit dem ersten der beiden Antriebssonnenräder in Wirkeingriff stehenden ersten Planetenradsatzes mit einem Planetenrad des anderen, zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei die Planetenräder des ersten Planetenrades in Wirkeingriff mit einem ersten Hohlrad stehen und die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes mit einem zweiten Hohlrad in Wirkeingriff stehen, wobei eines der Hohlräder drehmomentweitergebend mit einem Bestandteil des Differenzials verbunden ist. Jenes an einem Bestandteil des Differenzials drehmomentweitergebende Hohlrad wird als zweites Hohlrad bezeichnet.
Durch die Weiterentwicklung von Elektromaschinen bzgl. der Erhöhung der Maximaldrehzahl muss heutzutage im Getriebe eine höhere Übersetzung realisiert werden. Bekannte Lösungen nutzen jedoch zu viel Bauraum.
Aus dem Stand der Technik ist bspw. aus der JP 2998428 eine Lösung bekannt, die als Differenzial auf ein Kegeldifferenzial setzt. Dieses ist jedoch sehr groß bauend und schwer. Auch ist das bedarfsgerechte Schalten sehr aufwändig.
Aus der JP 2002 104001 A ist bei einem Antriebsstrang eine Antriebseinheit offenbart, die auf den Antrieb durch eine Elektromaschine setzt. Hier wird somit also zwar eine erste so genannte „E-Achse“ vorgestellt, aber leider ist dort der Antrieb der Radwellen schwierig. Letztlich wird ein sogenanntes „unsymmetrisches“ Differenzial eingesetzt, also eines, bei dem die Radwellen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen. Dies gilt es jedoch zu vermeiden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll eine hohe Getriebeübersetzung bei kleinem Bauraum ermöglicht werden und ein symmetrischer Antrieb der Radwellen bewirkt sein.
Dies wird bei einer gattungsgemäßen Antriebseinheit erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Drehmoment an jenes als Stirnraddifferenzial ausgebildete Differenzial weitergebende Hohlrad mit einem Differenzialplanetenträger / Differenzialkorb des Stirnraddifferenzials (fest / starr) verbunden ist.
Mi anderen Worten betrifft die Erfindung elektrische Antriebseinheiten mit zwei gekoppelten Planetenstufen. Die Planetenstufen sind über gemeinsame Doppelplaneten miteinander wirkverbunden.
Das Getriebe der Erfindung sieht ein wahlweises Verbinden einer Antriebswelle / Rotorwelle mit einem der Antriebssonnenräder der jeweiligen Planetenstufe vor. Ein zweites Hohlrad des Planetengetriebes dient als Abtrieb. Im Vordergrund steht auch die wahlweise Lage der möglicherweise hohlen Rotorwelle links und rechts des Planetengetriebes. Durch die Wahl der Rotorwelle als Hohlwelle lässt sich somit die Position des Antriebsaggregates relativ zum Planetengetriebe und/oder zum Differenzial freier wählen.
Man könnte auch sagen, dass die Getriebestufe des Planetengetriebes ein zweites und freies Hohlrad besitzt, welches als Abtrieb dient. Am Doppelplanet greifen zwei Sonnenräder an, die mit dem Antrieb über Kupplungen verbunden werden können. Durch die zwei Sonnenräder können so zwei Übersetzungen für einen ersten Gang und einen zweiten Gang realisiert werden. Auf diese Weise wird eine robuste, bauraumsparende und kostengünstige E-Achse vorgestellt.
Das Motormoment / Drehmoment kann also zwischen den beiden Sonnenrädern des Doppelplaneten geschalten werden. Eines der Hohlräder ist fest mit der Umgebung verbunden und steht somit still. Das zweite Hohlrad wird durch den Doppelplaneten angetrieben und bildet einen koaxialen Abtrieb. Der Abtrieb kann eine Antriebswelle, die bereits von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, unterstützen. Der Abtrieb kann das Drehmoment ebenfalls auf ein Differenzialgetriebe übertragen und somit als eigenständiger Antrieb arbeiten. Eine der beiden Antriebswellen sollte jedoch durch den Motor (Elektromaschine) hindurch geführt werden. Durch den Abtrieb über das zweite Hohlrad sind sehr hohe Übersetzungen, bspw. bis zu 30, möglich.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es zweckmäßig, wenn das Stirnraddifferenzial frei an dem Differenzialplanetenträger angebundene Differenzialplanetenradsätze besitzt, wobei die Planetenräder des einen Differenzialplanetenradsatzes jeweils mit einem ersten Abtriebssonnenrad in Wirkeingriff stehen und gleichzeitig mit den Planetenrädern des anderen Differenzialplanetenradsatzes in Wirkeingriff stehen. So kann einerseits wahlweise ein Antrieb der einen Radwelle bewirkt werden und wahlweise ein Antrieb der anderen Radwelle und andererseits ein gleichzeitiger Antrieb beider Radwellen bei einem „en-bloc-“Umlaufen der beiden Differenzialplanetenradsätze und des Differenzialplanetenträgers / Differenzialkorbes.
Um das Funktionieren als Differenzial sicher zu stellen, ist es bedeutsam, wenn die Planetenräder des anderen Differenzialplanetenradsatzes mit einem zweiten Abtriebssonnenrad in Wirkeingriff stehen.
Zweckmäßig ist es dabei, wenn jedes Abtriebssonnenrad mit einer Radwelle drehmomentweitergebend verbunden ist. Auf diese Weise kann jede Radwelle, die dann mit einem Antriebsrad verbunden ist, selektiv oder gemeinsam mit der anderen Radwelle angetrieben werden.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass je ein Planetenrad des ersten Planetenradsatzes des Planetengetriebes drehfest und integral an einem Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes des Planetengetriebes angebunden ist. Eine Drehmomenteinleitung in das eine Planetenrad führt dann zwangsweise zu einer unveränderten Drehmomentweitergabe an das andere Planetenrad.
Für die Fertigung hat es sich als positiv herausgestellt, wenn die beiden Planetenräder ein Stufenplanetenrad ausbilden, also ein einteiliges / einmaterialiges Bauteil.
Wenn zwischen der Antriebswelle und den beiden Antriebssonnenrädern jeweils eine vorzugsweise als Reibkupplung ausgebildete (Trenn-)Kupplung angeordnet ist, die insbesondere selektiv betätigbar ist, so kann eine gezielte Drehmomentweitergabe vom Elektromotor (und evtl. auch von der Verbrennungskraftmaschine) an das zweite Hohlrad bewirkt werden.
Es hat sich bewährt, wenn das andere der beiden Hohlräder, also jenes (erste) Hohlrad, was nicht drehmomentweitergebend eingesetzt ist, (dauerhaft) festgelegt / gebremst ist.
Von Vorteil ist es auch, wenn die Antriebswelle auf der im Differenzial abgewandten Seite des Planetengetriebes oder auf der dem Differenzial zugewandten Seite des Planetengetriebes angeordnet ist. Der Bauraum lässt sich dann effizient nutzen.
Um eine große Flexibilität beim Positionieren der Einzelaggregate zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn die Antriebswelle als hohle Rotorwelle ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Die 1, die einzige Figur, ist lediglich schematischer Natur und dient nur dem Verständnis der Erfindung. Sie gibt letztlich ein Schaltschema / Getriebeschema wieder.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 wiedergegeben. Diese Antriebseinheit 1 ist Teil eines Antriebsstranges in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Pkw.
Die Antriebseinheit 1 weist einen Elektromotor 2 auf. Es kann zusätzlich oder alternativ auch eine Verbrennungskraftmaschine eingesetzt sein, die aber nicht dargestellt ist.
Das Antriebsaggregat, also der Elektromotor 2 ist mit einer Antriebswelle 3 drehmomentweitergebend verbunden. Über zwei Kupplungen 4 und 5 wird Drehmoment an ein Planetengetriebe 6 weitergegeben. Drehmoment wird vom Planetengetriebe 6 an ein Differenzial 7 weitergegeben. Das Differenzial 7 ist als Stirnraddifferenzialgetriebe 8 ausgebildet und zum Antrieb von zwei Radwellen 9 und 10 ausgelegt. Die Radwellen 10 treiben dabei jeweils ein Antriebsrad 11a und 11b an.
Zurückkommend auf die beiden Kupplungen 4 und 5, sei erläutert, dass diese als Reibkupplungen ausgebildeten Kupplungen 4 und 5 selektiv, bei deren geschlossenem Zustand, Drehmoment an ein erstes Antriebssonnenrad 12 oder ein zweites Antriebssonnenrad 13 weitergeben.
Das erste Sonnenrad 12 steht mit einem ersten Planetenrad 14 in Wirkeingriff. Das zweite Antriebssonnenrad 13 steht in Wirkeingriff mit einem zweiten Planetenrad 15. Die beiden Planetenräder 14 und 15 sind drehfest miteinander verbunden. Sie bilden ein Stufenplanetenrad 16. Das Stufenplanetenrad 16 steht in Wirkeingriff mit einem ersten Hohlrad 17 und einem zweiten Hohlrad 18. Das Planetenrad 14 ist insbesondere in Wirkeingriff mit dem ersten Hohlrad 17 und das Planetenrad 15 ist in Wirkeingriff mit dem zweiten Hohlrad 18.
Das erste Hohlrad 17 ist getriebegehäusefest gehalten. Das zweite Hohlrad 18 agiert als drehbares Abtriebsrad. Es ist über eine starre Verbindung mit einem Differenzialplanetenträger / Differenzialkorb 19 des Stirnraddifferenzialgetriebes 8 verbunden. Der Differenzialplanetenträger 19 stützt sich an einem Differenzialhohlrad 20 ab.
Das Stirnraddifferenzialgetriebe 8 weist einen ersten Differenzialplanetenradsatz 21 und einen zweiten Differenzialplanetenradsatz 22 auf. Dabei weist der erste Differenzialplanetenradsatz 21 eine Vielzahl von Planetenrädern 23 auf, die mit einem ersten Abtriebssonnenrad 24 in Wirkeingriff stehen. Planetenräder 25 des zweiten Differenzialplanetenradsatzes 22 stehen in Wirkeingriff mit einem zweiten Abtriebssonnenrad 26. Über einen Wirkeingriff 27 steht ein Planetenrad 23 mit einem Planetenrad 25 in drehmomentweitergebendem Kontakt.
Eine Symmetrielinie ist mit dem Bezugszeichen 28 versehen. Die Antriebseinheit 1 ist symmetrisch zur Symmetrielinie 28 ausgebildet, insbesondere spiegelsymmetrisch. Die Antriebswelle 3 und die mit den Antriebssonnenrädern 12 und 13 verbundenen Wellen können als Hohlwellen ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinheit
2: Elektromotor
3: Antriebswelle
4: Kupplung
5: Kupplung
6: Planetengetriebe
7: Differenzial
8: Stirnraddifferenzialgetriebe
9: Radwelle
10: Radwelle
11a: Antriebsrad
11b: Antriebsrad
12: erstes Antriebssonnenrad
13: zweites Antriebssonnenrad
14: Planetenrad
15: Planetenrad
16: Stufenplanetenrad
17: erstes Hohlrad
18: zweites Hohlrad
19: Differenzialplanetenträger / Differenzialkorb
20: Differenzialhohlrad
21: erster Differenzialplanetenradsatz
22: zweiter Differenzialplanetenradsatz
23: Planetenrad
24: erstes Abtriebssonnenrad
25: Planetenrad
26: zweites Abtriebssonnenrad
27: Wirkeingriff
28: Symmetrielinie / -achse

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

JP 2998428 [0003]
JP 2002104001 A [0004]

Claims

Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (2) und/oder einer Verbrennungskraftmaschine der/die drehmomentweitergebend an ein Planetengetriebe (6) angeschlossen sind/ist, wobei das Planetengetriebe (6) seinerseits drehmomentweitergebend an ein Differenzial (7) angeschlossen ist, um zwei Radwellen (9, 10) anzutreiben, wobei der Elektromotor (2) und/oder die Verbrennungskraftmaschine an eine Antriebswelle (3) angeschlossen sind/ist, die Drehmoment an eine von zwei Antriebssonnenrädern (12, 13) des Planetengetriebes (6) bei entsprechend selektiv geschlossener Kupplung (4, 5) weitergibt, wobei die Antriebssonnenräder (12, 13) in Wirkeingriff mit jeweils wenigstens einem Planetenrad (14, 15) eines Planetenradsatzes stehen, wobei je ein Planetenrad (14) des mit dem ersten der beiden Antriebssonnenräder (12) in Wirkeingriff stehenden ersten Planetenradsatzes mit einem Planetenrad (15) des anderen, zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei die Planetenräder (14) des ersten Planetenradsatzes in Wirkeingriff mit einem ersten Hohlrad (17) stehen und die Planetenräder (15) des zweiten Planetenradsatzes mit einem zweiten Hohlrad (18) in Wirkeinsatz stehen, wobei eines der Hohlräder (18) drehmomentweitergebend mit einem Bestandteil des Differenzials (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment an jenes als Stirnraddifferenzial (8) ausgebildete Differenzial weitergebende Hohlrad (18) mit einem Differenzialplanetenträger (19) des Stirnraddifferenzials (8) verbunden ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnraddifferenzial (8) zwei an dem Differenzialplanetenträger (19) angebundene Differenzialplanetenradsätze (21, 22) besitzt, wobei die Planetenräder (23) des einen Differenzialplanetenradsatzes (21) jeweils mit einem ersten Abtriebssonnenrad (24) in Wirkeinsatz stehen und gleichzeitig mit den Planetenrädern (25) des anderen Differenzialplanetenradsatzes (22) in Wirkeinsatz stehen.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (25) des anderen Differenzialplanetenradsatzes (22) mit einem zweiten Abtriebssonnenrad (26) in Wirkeinsatz stehen.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Abtriebssonnenrad (24, 25) mit einer Radwelle (9, 10) drehmomentweitergebend verbunden ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Planetenrad (14) des ersten Planetenradsatzes des Planetengetriebes (6) drehfest und integral mit einem Planetenrad (15) des zweiten Planetenradsatzes des Planetengetriebes (6) verbunden ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Planetenräder (14, 15) ein Stufenplanetenrad (16) ausbilden.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Antriebswelle (3) und den beiden Antriebssonnenrädern (12, 13) jeweils eine Kupplung (4, 5) angeordnet ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das andere der beiden Hohlräder (17) des Planetengetriebes (6) festgelegt ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3) auf der dem Differenzial (7) abgewandten Seite des Planetengetriebes (6) oder auf der dem Differenzial (7) zugewandten Seite des Planetengetriebes (6) angeordnet ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3) als hohle Rotorwelle ausgebildet ist.