-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit einem Elektromotor und mit einem Getriebe, wobei das Getriebe einen Ravigneaux-Satz aufweist.
-
STAND DER TECHNIK
-
Aus der
DE 10 2014 205 550 A1 ist eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit einem Elektromotor und mit einem Getriebe bekannt, und das Getriebe weist einen Ravigneaux-Satz auf. Der Ravigneaux-Satz wird mit einem zweiten Getriebe angetrieben, und das zweite Getriebe steht mit dem Elektromotor in Wirkverbindung. Das zweite Getriebe weist zum Antrieb des Ravigneaux-Satzes eine Ausgangswelle auf, die mit einem kleinen Sonnenrad des Ravigneaux-Satzes zusammenwirkt. Die Ausgangswelle des Ravigneaux-Satzes wird gebildet durch dessen Hohlrad. Die Gesamtanordnung des zweiten Getriebes zwischen dem Elektromotor und dem Ravigneaux-Getriebe ist bauraumintensiv und aufwendig, sodass es wünschenswert ist, den baulichen Aufwand eines Getriebes zwischen einem Elektromotor und einer Achse eines Fahrzeuges zu verringern. Insbesondere bei rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist stets ein kleiner Bauraum für das Getriebe vorzusehen, um dieses in besonders vorteilhafter Anordnung am Elektromotor oder in einer Paketanordnung mit diesem anzubringen.
-
Darüber hinaus ist die Ansteuerung des Getriebes zur Schaltung von wenigstens einer ersten Fahrstufe und einer zweiten Fahrstufe vorteilhaft auszuführen, wobei sowohl für das Getriebe selbst als auch für die Ansteuerung des Getriebes mit den entsprechenden Steuermitteln, insbesondere Bremsen und Kupplungen, ein möglichst hoher Wirkungsgrad erreicht werden soll. Auch soll die mechanische Belastung von beispielsweise einer oder mehrerer Bremsen möglichst minimiert werden. Ferner ist eine gute Schaltqualität anzustreben, insbesondere da bei Antriebseinheiten mit Elektromotoren die Lastschaltfähigkeit eine große Rolle spielt. Der Gangwechsel von beispielsweise einer ersten Fahrstufe in eine zweite Fahrstufe soll dabei möglichst unter Aufrechterhaltung des Lastflusses ausgeführt werden können.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit einem Elektromotor und einem Getriebe, wobei das Getriebe eine erste und wenigstens eine zweite Fahrstufe aufweisen soll, und wobei das Getriebe einen möglichst geringen Bauraum einnehmen und ein geringes Gewicht aufweisen soll. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, die Ansteuerung des Getriebes zum Wechsel zwischen den beiden Fahrstufen auch unter Lastschaltung einfach auszuführen, und die Schaltmittel zur Ansteuerung des Getriebes sollen einen guten Wirkungsgrad aufweisen und möglichst verschleißarm betrieben werden.
-
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Antriebseinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Elektromotor eine Ausgangswelle aufweist, die mit dem einzigen Ravigneaux-Satz unmittelbar wirkverbunden ist.
-
Dadurch kann eine besonders vorteilhafte, kompakte Bauform der Antriebseinheit erzeugt werden, da der Ravigneaux-Satz vorderseitig an einen Motorflansch des Elektromotors angeordnet werden kann, da ein Ravigneaux-Satz eine im Wesentlichen zylinderförmige Bauform aufweist. Insbesondere kann der Ravigneaux-Satz sehr vorteilhaft als 2-stufiges Getriebe mit einer ersten Fahrstufe und mit einer zweiten Fahrstufe ausgebildet werden, was für einen rein elektrischen Antrieb hinreichen ist. Dies insbesondere dann, wenn der Antriebsmotor als Axialflussmotor ausgebildet ist.
-
Insbesondere kann eine erste Bremse vorgesehen sein, mit der ein Planetenträger des Ravigneaux-Satzes bremsbar ist und es kann eine zweite Bremse vorgesehen sein, mit der ein großes Sonnenrad des Ravigneaux-Satzes bremsbar ist.
-
Kerngedanke der Erfindung ist die einfache Ausführung eines Getriebes mit einem Ravigneaux-Satz, der auf vorteilhafte Weise mit einer ersten Bremse und mit einer zweiten Bremse angesteuert werden kann. Dadurch ergibt sich ein kleiner Bauraum zur Anordnung zwischen dem Elektromotor und beispielsweise einer Achse eines Fahrzeuges, und der Ravigneaux-Satz kann gewichtsminimal ausgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist die Ansteuerung des Ravigneaux-Satzes mit einer ersten und einer zweiten Bremse, sodass insbesondere keine Kupplung oder sonstige Schaltmittel Bestandteil des Getriebes und zu dessen Ansteuerung sind. Die Bremen können dabei so angesteuert werden, dass eine besonders gute Lastschaltfähigkeit des Getriebes erzeugt wird, insbesondere da das Getriebe nur eine erste und eine zweite Fahrstufe aufweist, zwischen denen auch ohne Unterbrechung eines Kraftflusses hin und her geschaltet werden kann.
-
Ein besonderer Vorteil wird erreicht, wenn ein kleines Sonnenrad des Ravigneaux-Satzes mit der Ausgangswelle des Elektromotors direkt antreibend verbunden ist. Eine Abtriebswelle des Getriebes kann mit weiterem Vorteil mittels eines Hohlrades des Ravigneaux-Satzes gebildet sein. Auch ist es zweckmäßig, die Abtriebswelle mit einer Zwischenwelle in Eingriff zu bringen, wobei die Zwischenwelle wiederum mit einer Achswelle in Eingriff steht.
-
Die Ausgangswelle des Elektromotors kann in einer Mittenachse rotieren, wobei wie auch der Elektromotor der Ravigneaux-Satz konzentrisch zur Mittenachse vor dem Elektromotor angeordnet werden kann. Dadurch entsteht eine kleinbauende, kompakte Anordnung, insbesondere wenn sich das große Sonnenrad, das kleine Sonnenrad und das Hohlrad um die Mittenachse drehen. Das Getriebe mit dem Ravigneaux-Satz kann in einem Gehäuse aufgenommen sein, welches insbesondere einen etwa zylinderförmigen Grundkörper bildet, der mit besonderem Vorteil vorderseitig an der Abtriebsseite des Elektromotors angeordnet ist, wobei der Elektromotor ebenfalls einen etwa zylinderförmigen Grundkörper bilden kann.
-
Eine weitere vorteilhafte Anordnung wird erreicht, wenn die erste Bremse und die zweite Bremse konzentrisch zur Mittenachse und/oder ineinander liegend angeordnet sind. Die Bremsen befinden sich dabei auf der der Anordnung des Elektromotors gegenüberliegenden Seite des Getriebes, sodass die Bremsen beispielsweise elektromechanisch oder elektrohydrostatisch angesteuert werden können, und durch die vorderseitige Anordnung der konzentrisch ineinander liegenden Bremsen können diese leicht zugänglich angesteuert werden.
-
Mit weiterem Vorteil ist eine Freilaufeinheit vorgesehen, wobei die Freilaufeinheit mit dem Planetenträger des Ravigneaux-Satzes wirkverbunden ist. Die Freilaufeinheit kann mit besonderem Vorteil angrenzend an die oder parallel wirkend mit der ersten Bremse angeordnet sein, insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Freilaufeinheit mit der ersten Bremse eine bauliche Einheit bildet.
-
Ist der Elektromotor nach der Bauart eines Axialflussmotors ausgebildet, kann dieser eine in der Mittenachsenrichtung kurze Bauform aufweisen, sodass vor dem beispielsweise zylinderförmig ausgebildeten Elektromotor das Getriebe umfassend den Ravigneaux-Satz angeordnet werden kann. Beispielsweise kann das Getriebe mit dessen Gehäuse an den Axialflussmotor vorteilhaft angeflanscht werden, da Axialflussmotoren eine kurze etwa zylindrische Bauform mit einem gegenüber Radialflussmotoren vergrößerten Durchmesser aufweisen. Insbesondere sind Axialflussmotoren gegenüber Radialflussmotoren durch eine geringere maximale Drehzahl gekennzeichnet, sodass die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit einem 2-stufigen Getriebe und einem Axialflussmotor besonders vorteilhaft ist. Der Vorteil entsteht dadurch, dass durch die zwei Fahrstufen der Nachteil des eingeschränkten Drehzahlbandes des Axialflussmotors überwunden werden kann, und an der Achswelle kann trotz der Verwendung eines Axialflussmotors ein breites Drehzahlband erzeugt werden.
-
Mit noch weiterem Vorteil ist eine Ölversorgungseinheit vorgesehen, mit der der Elektromotor, das Getriebe und/oder ein Inverter zur Ansteuerung des Elektromotors gemeinsam mit Öl versorgt bzw. gekühlt wird. Ein noch weiterer Vorteil wird erreicht, wenn die Zwischenwelle eine Parksperre aufweist.
-
Um die erste Fahrstufe des Getriebes einzulegen, wird die erste Bremse optional geschlossen und die Freilaufeinheit ist so ausgebildet, dass diese aktiv eingreift und den Planetenträger gegen das Gehäuse des Getriebes rotatorisch abstützt. Folglich muss die erste Bremse nicht geschlossen werden, da die Freilaufeinheit so ausgelegt sein kann, dass mit dieser das volle Drehmoment abstützbar ist. Vorteilhafterweise wird damit insbesondere bei einer Vorwärtsbeschleunigung des Fahrzeugs die erste Bremse entlastet und kann kleiner ausgelegt werden, ferner führt die Anordnung der Freilaufeinheit zu einem geringeren Verschleiß der ersten Bremse. Bei Vorwärtsbeschleunigung in der ersten Fahrstufe entsteht nämlich das größte Drehmoment zwischen dem Planetenträger und dem Gehäuse des Getriebes bei einer Blockierung des Planetenträgers, sodass dieses hohe Drehmoment mit besonderem Vorteil von der Freilaufeinheit aufgefangen werden kann. Durch die kleinere Auslegung der ersten Bremse entsteht ein besserer Wirkungsgrad, da Schleppverluste reduziert werden können. Im Schubbetrieb bei Vorwärtsfahrt muss die erste Bremse geschlossen sein, wohingegen die Freilaufeinheit wirkungslos ist, jedoch ist anzumerken, dass im Schubbetrieb grundsätzlich ein geringerer Leistungsdurchsatz durch das Getriebe erfolgt. Insbesondere jedoch kann eine Rekuperation erfolgen, indem im Schubbetrieb der Elektromotor über das Getriebe angetrieben wird und damit zur Stromerzeugung dienen kann.
-
Für eine Rückwärtsfahrt in der ersten Fahrstufe bleibt die erste Bremse geschlossen, und der Freilauf ist wiederum wirkungslos. Wird – trotz geringen Auftretens – während der Rückwärtsfahrt ein Schubbetrieb eingestellt, kann ebenfalls eine Rekuperation über den Elektromotor erfolgen, und der Freilauf ist aktiv und hält den Planetenträger gegen das Gehäuse fest, wohingegen wieder die erste Bremse eigentlich nicht benötigt wird, und diese kann offen oder bevorzugt geschlossen sein. Hingegen bleibt die zweite Bremse grundsätzlich geöffnet.
-
Die zweite Fahrstufe wird für eine Vorwärtsfahrt eingestellt, in dem die erste Bremse geöffnet ist, und der Freilauf ist wirkungslos. Hingegen wird die zweite Bremse geschlossen. Eine Rückwärtsfahrt in der zweiten Fahrstufe ist dabei nicht vorgesehen und kann mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Getriebes unterbunden werden.
-
Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung des Ravigneaux-Getriebes zwischen dem Elektromotor und der Achswelle beziehungsweise der Zwischenwelle und der Anordnung der ersten Bremse in Wirkverbindung mit dem Planetenträger und der zweiten Bremse in Wirkverbindung mit dem großen Sonnenrad des Ravigneaux-Satzes wird ein sehr guter Wirkungsgrad des Getriebes erreicht, und die Aktuatoren zur Ansteuerung des Getriebes, nämlich die erste und die zweite Bremse, werden im Wesentlichen geschont und können insbesondere mit der Anordnung der Freilaufeinheit kleiner dimensioniert ausgelegt werden. Auch entsteht der Vorteil, dass die Bremsen durch die frontseitige Anordnung vor dem Ravigneaux-Satz gut ansteuerbar sind, und werden die beiden Bremsen ineinander liegend ausgeführt, können diese auf besondere Weise vorteilhaft konstruiert werden. Die Bremsen wirken dabei jeweils gegen das Gehäuse des Getriebes, sodass anders als bei Kupplungen keine drehenden Bauteile beschaltet werden müssen. Die Freilaufeinheit bildet ferner ein passives Element, das keine aktive Ansteuerung benötigt. Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Antriebseinheit mit lediglich einer ersten und einer zweiten Bremse zur Ansteuerung werden geringe Differenzdrehzahlen an der jeweils geöffneten Bremse erreicht, sodass ein besonders guter Wirkungsgrad entsteht. Ferner ergibt sich eine einfache Betätigung, da die Bremsen einen ruhenden, nicht rotierenden Teil aufweisen, sodass beispielsweise Bremskolben oder andere Betätigungsmittel der Bremse ruhend im oder am Gehäuse des Getriebes angeordnet werden können. Ferner ermöglichen ruhende Teile der Bremsen die Ausbildung derselben mit einer höheren Wärmekapazität, da die beispielsweise aus Stahl hergestellten Lamellen der Bremse nicht mit rotieren müssen und damit keine rotierenden Massenträgheiten bilden, und es kann Wärme aus den Lamellen ins Gehäuse abgeleitet werden. Auch die Kühlbarkeit verbessert sich, da die Stahllamellen nicht mitrotieren müssen und damit vorteilhaft gekühlt werden können.
-
Die Ölversorgungseinheit kann sich dabei durch den Inverter, den Elektromotor und das Getriebe gleichermaßen erstrecken, insbesondere können Teile der Versorgungseinheit mit entsprechenden Fluidleitungen verbunden sein. Die Ölversorgungseinheit kann dabei zur Kühlung des Elektromotors, des Getriebes und des Inverters genutzt werden, und die Ölversorgungseinheit kann darüber hinaus zur Schmierung des Getriebes und des Elektromotors dienen.
-
Beispielsweise umfasst die Ölversorgungseinheit eine elektrische Ölpumpe, die Öl von einem Ölsumpf durch einen Öl-Wasser-Wärmetauscher führt. Von diesem Wärmetauscher aus kann das Öl in den Inverter, in den elektrischen Motor und zurück in das Getriebe geführt werden. Anstatt einer Rückführung sämtlichen Öls in den Ölsumpf kann ein erster Teil des Ölvolumenstroms zur Schmierung und Kühlung des Getriebes und der Bremsen verwendet werden, und ein zweiter Teil des Öles kann in einem Speicher innerhalb des Getriebes zwischengespeichert werden. Wahlweise kann auch der gesamte Ölvolumenstrom in den Speicher geführt werden. Von dort aus können weitere Komponenten geschmiert und gekühlt werden, beispielsweise Getrieberäder, sowie die Lagerungen für die Komponenten des Getriebes. Mit einer besonderen Steuerung der Ölpumpe kann der Ölspeicher im Getriebe dazu genutzt werden, den Ölstand im Getriebe zu kontrollieren, wobei der Ölstand zur Minimierung der Ölschmierungsverluste im Wesentlichen niedrig gehalten werden kann, sodass sich der Wirkungsgrad der Antriebseinheit weiter verbessert.
-
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
-
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand einer einzigen Figur näher dargestellt. Es zeigt die
-
Figur eine schematische Darstellung der Antriebseinheit mit den Merkmalen der Erfindung.
-
Die Figur zeigt in einer schematischen Ansicht eine Antriebseinheit 1 mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung. Die Antriebseinheit 1 umfasst einen Elektromotor 10, der mit einem Inverter 27 angesteuert wird. Der Elektromotor 10 wirkt über ein Getriebe 11 mit einer Achswelle 22 zum Antrieb beispielsweise eines Fahrzeuges zusammen. Die Achswelle 22 kann dabei beispielsweise ein Differenzial umfassen.
-
Der Inverter 27 befindet sich auf einer ersten Seite des Elektromotors 10, also einer Steuerseite, und das Getriebe 11 befindet sich auf einer zweiten Seite des Elektromotors 10, welche eine Abtriebsseite bildet. Der Elektromotor 10 kann beispielsweise eine zylindrische Grundform aufweisen, welche zylindrische Grundform auch das Getriebe 11 bilden kann, insbesondere mit dem Gehäuse 25 des Getriebes 11, wobei letzteres lediglich schematisch angedeutet ist. Folgerichtig kann die Antriebseinheit 1 eine kompakte Einheit bilden, die insgesamt eine etwa zylindrische Grundform aufweist, welche sich um eine Mittenachse 23 herum erstreckt und sowohl den Elektromotor 10 als auch dem Getriebe 11 umfasst. Ein besonderer Vorteil wird dann erreicht, wenn sich sowohl der Elektromotor 10 als auch das Getriebe 11 um die Mittenachse 23 gleichermaßen erstrecken.
-
Das Getriebe 11 umfasst einen Ravigneaux-Satz 12 und der Elektromotor 10 weist eine Ausgangswelle 13 auf, die mit einem kleinen Sonnenrad 18 des Ravigneaux-Satzes 12 wirkverbunden ist. Der Abtrieb des Getriebes 11 und damit des Ravigneaux-Satzes 12 wird gebildet durch ein Hohlrad 20, das gleichermaßen die Abtriebswelle 19 bildet. Diese wirkt mit einer Zwischenwelle 21 zusammen, und die Zwischenwelle 21 steht in Eingriff mit der Achswelle 22. Die Zwischenwelle 21 umfasst gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Parksperre 28, mit dem eine Drehbewegung der Zwischenwelle 21 blockiert werden kann. Die Bauteile, die vorliegend als die Zwischenwelle 21 und die Achswelle 22 bezeichnet sind, umfassen dabei jeweilige Verzahnungen, um mit weiteren Bauteilen oder miteinander in Eingriff zu stehen.
-
Zur Beschaltung des Ravigneaux-Satzes 12 ist eine erste Bremse 14 vorgesehen, mit der ein Planetenträger 15 des Ravigneaux-Satzes 12 angebremst werden kann, und es ist eine zweite Bremse 16 vorgesehen, mit der ein großes Sonnenrad 17 des Ravigneaux-Satzes 12 angebremst werden kann. Weiterhin ist eine Freilaufeinheit 24 vorgesehen, die sich in paralleler Anordnung zur ersten Bremse 14 befindet, und der Planetenträger 15 kann durch die Freilaufeinheit 24 in einer Drehrichtung um die Mittenachse 23 gegen das Gehäuse 25 des Getriebes 11 abgestützt werden. Die erste Bremse 14 wirkt dabei ebenfalls mit dem Planetenträger 15 zusammen, sodass dieser auch in beiden Richtungen gegen das Gehäuse 25 abgebremst werden kann. Die zweite Bremse 16 ist dabei so angeordnet, dass das große Sonnenrad 17 gegen das Gehäuse 25 abgebremst werden kann.
-
Eine weitere Komponente 12 wird durch einen Trägerkörper 29 gebildet, durch den mindestens die Abtriebswelle 19 wenigstens teilweise geführt und/oder gelagert ist und in dem vorteilhaft weiterhin das kleine Sonnenrad 18 gelagert ist. Das große Sonnenrad 17 kann beispielsweise in einer Hohlwelle des kleinen Sonnenrades 18 gelagert sein. Weitere, insbesondere technisch ausgestaltete Lagerungen sind im Ravigneaux-Satz 12 zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt.
-
Die Antriebseinheit 1 weist eine Ölversorgungseinheit 26 auf, die lediglich schematisiert gezeigt ist und zur Kühlung des Inverters 27 und zur Kühlung und/oder zur Schmierung des Elektromotors 10 und zur Kühlung und/oder zur Schmierung des Ravigneaux-Satzes 12 dient. Damit erstreckt sich die Ölversorgungseinheit 26 durch den Inverter 27, durch den Elektromotor 10 und durch den Ravigneaux-Satz 12 hinweg. Die angedeuteten Bestandteile der Ölversorgungseinheit 26 stellen dabei Schmier- und Kühlmittel dar, welche in Bezug auf den Inverter 27 auch nur zu dessen Kühlung dienen können. Die Ölversorgungseinheit 26 einen Speicher umfassen, der Öl bevorraten kann.
-
Der Ravigneaux-Satz 12 umfasst ferner äußere Planetenräder 30 und innere Planetenräder 31, und die äußeren Planetenräder 30 kämmen innenseitig im Hohlrad 20 und wirken sowohl mit dem großen Sonnenrad 17 als auch mit den inneren Planetenrädern 31 zusammen, wobei letztere wiederum mit dem kleinen Sonnenrad 18 zusammenwirken. Die Wirkverbindungen umfassen dabei hauptsächlich die Verzahnungen der Bauteile miteinander.
-
Auf nicht näher gezeigte Weise besteht vorteilhaft die Möglichkeit, die erste Bremse 14 und die zweite Bremse 16 mittels elektromechanischen oder elektro-hydrostatischen Aktuatorsystemen anzusteuern, insbesondere um die Bremsen 14, 16 zu schließen und zu öffnen. Die Darstellung zeigt, dass die Bremsen 14 und 16 stirnseitig am Ravigneaux-Satz 12 angeordnet sind, sodass eine besonders vorteilhafte Verbindung von Hydraulik-Leitungen und Steuerelementen mit den Bremsen 14, 16 möglich ist.
-
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Antriebseinheit
- 10
- Elektromotor
- 11
- Getriebe
- 12
- Ravigneaux-Satz
- 13
- Ausgangswelle
- 14
- erste Bremse
- 15
- Planetenträger
- 16
- zweite Bremse
- 17
- großes Sonnenrad
- 18
- kleines Sonnenrad
- 19
- Abtriebswelle
- 20
- Hohlrad
- 21
- Zwischenwelle
- 22
- Achswelle
- 23
- Mittenachse
- 24
- Freilaufeinheit
- 25
- Gehäuse
- 26
- Ölversorgungseinheit
- 27
- Inverter
- 28
- Parksperre
- 29
- Trägerkörper
- 30
- äußeres Planetenrad
- 31
- inneres Planetenrad
-
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
-
- DE 102014205550 A1 [0002]
