DE102017121627B3

DE102017121627B3 - Antriebseinheit mit Elektromotor und stufenplanetenthaltendem Planetengetriebe sowie planetenträgerbezogener Drehmomentausleitung

Info

Publication number: DE102017121627B3
Application number: DE102017121627.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Ploessner; Christian Lutz
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: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2037-09-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (2) und/oder einer Verbrennungskraftmaschine, die über eine Antriebswelle (3) drehmomentverbringend an einem Planetengetriebe (18) angeschlossen sind/ist, wobei Drehmoment aus dem Planetengetriebe (18) über eine Zwischenwelle (19) abführbar ist, wobei die Antriebswelle (3) über zwei Kupplungen (5, 6) mit zwei Antriebssonnenräder (7, 8) des Planetengetriebes (18) in Wirkeingriff stehen und jeweils über zumindest je ein Planetenrad (9, 10) eines ersten Planetenradsatzes und eines zweiten Planetenradsatzes Drehmoment an einen Planetenträger (13) des Planetengetriebes (18) weitergeben, wobei je ein Planetenrad (9) des einen Planetenradsatzes mit einem Planetenrad (10) des anderen Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei der Planetenträger (13) des Planetengetriebes (18) drehmomentweitergebend mit der Zwischenwelle (19) 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, die über eine Antriebswelle drehmomentverbringend an einem Planetengetriebe angeschlossen sind/ist, wobei Drehmoment aus dem Planetengetriebe über eine Zwischenwelle abführbar ist, wobei die Antriebswelle über zwei Kupplungen mit zwei Antriebssonnenrädern des Planetengetriebes in Wirkeingriff stehen und jeweils über zumindest je ein Planetenrad eines ersten Planetenradsatzes und eines zweiten Planetenradsatzes Drehmoment an einen Planetenträger des Planetengetriebes weitergeben, wobei je ein Planetenrad des einen Planetenradsatzes mit einem Planetenrad des anderen Planetenradsatzes drehfest verbunden ist.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Antriebseinheiten bekannt, etwa aus der JP 2 998 428 B2 oder der JP 2002 - 104 001 A .
Während die erstgenannte der beiden japanischen Druckschriften auf ein Kegeldifferenzial setzt, was per se schon bauraumineffizient ist, ist der Einsatz des in der zweiten japanischen Druckschrift offenbarten Stirnraddifferenzials in puncto Gleichheit der Drehzahlen an zwei unterschiedlichen Radwellen nicht optimal.
Ferner zeigt die CN 105 972 165 A eine elektrische Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einem Getriebe und einer dazwischen angeordneten Doppelkupplung.
Auch die DE 10 2015 225 171 A1 zeigt eine elektrische Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einem Getriebe und einer dazwischen angeordneten Doppelkupplung.
Die DE 10 2010 031 747 A1 zeigt eine elektrische Antriebseinheit mit einer hohl ausgebildeten Rotorwelle.
Die Erfindung betrifft gerade eine Getriebestruktur zur Realisierung eines zweigängigen Schaltgetriebes für elektrisch angetriebene Fahrzeuge. Hier steht die Anwendung als „E-Achse“ im Vordergrund. Gerade in Zukunft werden zweigängige Getriebe immer mehr benötigt werden, um Performance und Effizienzziele bei Elektrofahrzeugen zu erreichen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden, abzustellen oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll eine bauraumeffiziente Lösung vorgestellt werden, die eine Zweigängigkeit bei Einsatz von Elektromotoren ermöglicht. Eine einfache Aktuierung soll ferner erreicht werden. Auch soll eine Lastschaltfähigkeit ermöglicht sein. Der Einsatz von bewährten Kupplungen soll möglich bleiben.
Bei einer erfindungsgemäßen Lösung wird eine gattungsgemäße Vorrichtung dadurch weitergebildet, dass der Planetenträger des Planetengetriebes drehmomentweitergebend mit der Zwischenwelle verbunden ist.
Mit anderen Worten wird also ein Planetengetriebe mit Doppelplanet um eine Sonne erweitert. Zwischen beiden Sonnen / Sonnenrädern kann geschalten werden. Der Planetenträger der Doppelplanetenstufe treibt eine „Final-drive-“Stufe an, über die Kraft an die Räder übertragen wird.
Von einer Rotorwelle kann das Drehmoment, je nachdem welche Kupplung geschlossen ist, auf eine der beiden Sonnenräder des Doppelplaneten übertragen werden. Die Rotorwelle führt zuerst koaxial durch die Planetenstufe, weswegen die Kupplungen nicht zwischen der Elektromaschine und dem Getriebe platziert werden müssen. Die Kupplungen sind somit gut zugänglich und können dadurch leichter aktuiert werden. Die Kupplungen können als Doppelkupplung ausgeführt werden. Vom Planetenträger wird über eine Stirnradstufe das Moment auf ein Differenzialgetriebe übertragen, von dem das Moment an die Räder des Fahrzeuges übertragen wird. Im ersten Gang kann ein Wert von ca. 15 vorliegen und im zweiten Gang von ca. 9,5.
Gerade der Einsatz von elektrischen Antriebseinheiten, wie Elektromotoren und Elektromaschinen wird verbessert. Die dabei eingesetzten zwei gekoppelten Planetenstufen haben sich bewährt. Dabei sind die Planetenstufen über gemeinsame Doppelplaneten miteinander wirkverbunden. Das Getriebe der Erfindung sieht das wahlweise Verbinden der Rotorwelle mit einem der Sonnenräder der jeweiligen Planetenstufe vor. Der Abtrieb erfolgt über den Planetenträger. Eine wahlweise Lage der Rotorwelle links oder rechts des Planetentriebes ist denkbar. Auch das Ausbilden der Rotorwelle als Hohlwelle ist denkbar.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Zwischenwelle im Betrieb zur Drehmomentversorgung einer Abtriebswelle über ein an der Zwischenwelle angebundenes erstes Stirnrad Drehmoment an ein mit dem besagten Stirnrad in Wirkeingriff befindliches zweites Stirnrad weitergibt. Die Abtriebswelle ihrerseits kann dann als Eingangswelle in ein Differenzialgetriebe, wie ein Stirnraddifferenzialgetriebe, dienen. Eine bessere Bauraumausnutzung ist die Folge.
Wenn die beiden mit den Antriebssonnenrädern in Wirkzusammenhang stehenden Planetenräder ein (einteiliges / einmaterialiges) Stufenplanetenrad ausbilden, so wird die Wirkverbindung der beiden Planetenstufen mit einfachen Mitteln erreicht. Ein sehr robustes Planetengetriebe als Teil der Antriebseinheit ist die Folge.
Der Bauraum lässt sich auch dann besonders gut nutzen, wenn die Antriebswelle koaxial durch das Planetengetriebe führt.
Erfindungsgemäß sind beide Antriebssonnenräder hohl ausgebildet. Daher wird einerseits Gewicht gespart und andererseits die Antriebswelle einfach (dort) hindurchgeführt.
Dadurch, dass h die Antriebswelle erfindungsgemäß zentral / mittig durch die beiden Antriebssonnenräder verläuft, wird die Bauraumeffizienz weiter erhöht.
Bewährte Komponenten lassen sich einsetzen, wenn die als Reibkupplungen ausgebildeten Kupplungen in einer Doppelkupplung zusammengefasst sind.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Antriebswelle als eine Rotorwelle des Elektromotors ausgebildet ist. Sie ist dann direkt an den Rotor angeschlossen und kann somit jenes zwischen einem Stator und dem Rotor generierte Drehmoment relativ verlustfrei weitergeben.
Dabei ist es auch von Vorteil, wenn die Rotorwelle selbst hohl ausgebildet ist. Eine gewichtsoptimierte Version der Antriebseinheit ist dann die Folge.
Erfindungsgemäß sind ferner die Kupplungen auf einer vom Elektromotor abgewandten Seite des Planetengetriebes angeordnet Somit sind sie für die Montage und zur Wartung besser erreichbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung ist lediglich schematischer Natur und gibt nur eine Figur wieder, nämlich die 1. Diese 1 ist letztlich ein Getriebeschaltbild.
In der 1 ist eine erste Ausführungsform einer Antriebseinheit 1 wiedergegeben. Die Antriebseinheit 1 setzt einen Elektromotor 2 ein, der an eine Antriebswelle 3 angeschlossen ist. Die Antriebswelle 3 ist durch den Anschluss an einen nicht dargestellten Rotor des Elektromotors 2 als Rotorwelle 4 definiert.
Die Antriebswelle 3 ist über eine erste Kupplung 5 und eine zweite Kupplung 6 jeweils mit einem ersten Antriebssonnenrad 7 und einem zweiten Antriebssonnenrad 8 verbunden. Das erste Antriebssonnenrad 7 steht in Wirkeingriff, und bei Betrieb in kämmender Beziehung, mit einem ersten Planetenrad 9. Das zweite Antriebssonnenrad 8 steht im Betrieb in kämmendem Eingriff mit einem zweiten Planetenrad 10. Bei kämmendem Wirkeingriff des ersten Antriebssonnenrades 7 mit dem ersten Planetenrad 9 wird ein erster Gang gestellt, wohingegen bei kämmendem Eingriff des zweiten Antriebssonnenrades 8 mit dem zweiten Planetenrad 10 ein zweiter Gang gestellt wird.
Das zweite Planetenrad 10 stützt sich an einem Hohlrad 11, das am Getriebegehäuse festgelegt ist, ab.
Die beiden Planetenräder 9 und 10 bilden ein Stufenplanetenrad 12. Sie sind somit als integrales, einteiliges und einmaterialiges Bauteil ausgebildet. Sie sind in einem Planetenträger 13 gehalten, der mit einem ersten Stirnrad 14 drehmomentgekoppelt ist. Dieses erste Stirnrad 14 ist in Wirkeingriff mit einem zweiten Stirnrad 15, wobei das erste Stirnrad 14 im Betrieb mit dem zweiten Stirnrad 15 kämmt. Die beiden Stirnräder 14 und 15 bilden somit eine Stirnradstufe 16.
Das zweite Stirnrad 15 ist mit einer Abtriebswelle 17 drehmomentverbunden, wobei die Abtriebswelle 17 als Eingangswelle für ein Differenzialgetriebe, wie etwa ein Stirnraddifferenzialgetriebe dienen kann.
Es sei noch ergänzt, dass das Planetengetriebe mit dem Bezugszeichen 18 versehen ist, wohingegen die Zwischenwelle mit dem Bezugszeichen 19 versehen ist.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinheit
2: Elektromotor
3: Antriebswelle
4: Rotorwelle
5: erste Kupplung
6: zweite Kupplung
7: erstes Antriebssonnenrad
8: zweites Antriebssonnenrad
9: erstes Planetenrad
10: zweites Planetenrad
11: Hohlrad
12: Stufenplanetenrad
13: Planetenträger
14: erstes Stirnrad
15: zweites Stirnrad
16: Stirnradstufe
17: Abtriebswelle
18: Planetengetriebe
19: Zwischenwelle

Claims

Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (2) und/oder einer Verbrennungskraftmaschine, die über eine Antriebswelle (3) drehmomentverbringend an einem Planetengetriebe (18) angeschlossen sind/ist, wobei Drehmoment aus dem Planetengetriebe (18) über eine Zwischenwelle (19) abführbar ist, wobei die Antriebswelle (3) über zwei Kupplungen (5, 6) mit einem ersten Antriebssonnenrad (7) und mit einem zweiten Antriebssonnenrad (8) des Planetengetriebes (18) in Wirkeingriff stehen und jeweils über zumindest je ein Planetenrad (9, 10) eines ersten Planetenradsatzes und eines zweiten Planetenradsatzes Drehmoment an einen Planetenträger (13) des Planetengetriebes (18) weitergeben, wobei je ein Planetenrad (9) des einen Planetenradsatzes mit einem Planetenrad (10) des anderen Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei der Planetenträger (13) des Planetengetriebes (18) drehmomentweitergebend mit der Zwischenwelle (19) verbunden ist, - dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebssonnenräder (7, 8) hohl ausgebildet sind, - das erste Antriebssonnenrad (7) koaxial durch das zweite Antriebssonnenrad (8) verläuft, - die Antriebswelle (3) koaxial durch beide Antriebssonnenräder (7, 8) verläuft, und - die Kupplungen (5, 6) auf einer vom Elektromotor (2) abgewandten Seite des Planetengetriebes (18) angeordnet sind.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (19) im Betrieb über ein daran angebundenes erstes Stirnrad (14) Drehmoment an ein damit in Wirkeingriff befindliches zweites Stirnrad (15) zur Drehmomentversorgung einer Abtriebswelle (17) weitergibt.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden mit den Antriebssonnenrädern (7, 8) in Wirkzusammenhang stehenden Planetenräder (9, 10) ein Stufenplanetenrad (12) ausbilden.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3) koaxial über das Planetengetriebe (18) geführt ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die als Reibkupplungen ausgebildeten Kupplungen (5, 6) zu einer Doppelkupplung zusammengefasst sind.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3) als eine Rotorwelle (4) des Elektromotors (2) ausgebildet ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) hohl ausgebildet ist.