DE102018105600A1

DE102018105600A1 - Elektrischer Achsantrieb für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018105600A1
Application number: DE102018105600.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Lutz; Philipp Kraft
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-09-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb für ein Fahrzeug, mit zumindest einer schaltbaren Planetengetriebestufe (22), einem elektrischen Antrieb (12) und einer von diesem antreibbaren Antriebswelle (9), wobei die Planetengetriebestufe (22) eingangsseitig mit einem Hohlrad (1) über eine erste Stirnradstufe (8) mit der Antriebswelle (9) und ausgangsseitig über eine zweite Stirnradstufe (10) mit einer Abtriebswelle (9) zur Übertragung eines Drehmoments verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetengetriebestufe (22) achsenparallel zur An- und Abtriebswelle (9, 11) und diese koaxial angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb für ein Fahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
Aus DE 10 2015 116 537 A1 ist ein elektrischer Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt, der eine mit zwei Gängen schaltbare Getriebeanordnung mit einem Planetengetriebe aufweist. Eine Elektromaschine dient zum Antrieb mindestens einer Abtriebswelle der Achse des Fahrzeugs. Nachteilig wirkt sich der aufwendige Aufbau des Achsantriebs aus, der zudem erheblichen Bauraum erfordert.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Achsantrieb der vorgenannten Art hinsichtlich seines Aufbaues zu vereinfachen und bauraumsparend zu gestalten.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen.
Vorgeschlagen wird ein elektrischer Achsantrieb für ein Fahrzeug. Dieser umfasst zumindest eine schaltbare Planetengetriebestufe und einen elektrischen Antrieb mit einer Antriebswelle, wobei die Planetengetriebestufe eingangsseitig mit einem Hohlrad über eine erste Stirnradstufe mit der Antriebswelle und ausgangsseitig über eine zweite Stirnradstufe mit einer Abtriebswelle zur Übertragung eines Drehmoments verbunden ist. Da erfindungsgemäß die Planetengetriebestufe achsenparallel zur An- und Abtriebswelle und diese koaxial angeordnet sind, wird ein sehr kompakter bauraumsparender Aufbau eines schaltbaren Achsantriebs erreicht.
Bevorzugt ist der Achsantrieb zweigängig schaltbar. Durch einen zweiten Gang ist es möglich, die Anfahrmomente bei gleichbleibender Spitzengeschwindigkeit zu erhöhen. Zudem besteht die Möglichkeit, dass der elektrische Antrieb, insbesondere eine elektrische Maschine, durch den zweiten Gang in einem Betriebspunkt mit erhöhtem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Bevorzugt läuft dabei im zweiten Gang die Planetengetriebestufe im Block um, wodurch eine Zwei-Gängigkeit bei gutem Wirkungsgrad erreicht wird. Wenn die Planetengetriebestufe im zweiten Gang verblockt ist, ergibt sich die Spreizung der Gänge aus der Gesamtübersetzung der Planetengetriebestufe.
In besonders vorteilhafter Weise ist erfindungsgemäß die Getriebespreizung kleiner als 2, 8. Auf diese Weise wird eine gute Lastschaltbarkeit des Achsantriebs erreicht.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt die Getriebespreizung in einem Bereich größer oder gleich 1, 5 und kleiner oder gleich 1, 7.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Übersetzung zwischen Abtriebs- und Antriebswelle in einem ersten Gang ca. 14 und in einem zweiten Gang ca. 9,3.
Zum Schalten ist in besonders vorteilhafter Weise in einem ersten Gang ein Sonnenrad der Planetengetriebestufe über eine Bremse festlegbar und in einem zweiten Gang das Hohlrad über eine Kupplung mit dem Planetenträger drehfest koppelbar.
Die Abtriebswelle kann in vorteilhafter Weise durch die als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle koaxial hindurchgeführt sein.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Antriebswelle als Rotorwelle einer elektrischen Maschine ausgeführt ist.
Die Planetengetriebestufe ist in weiterhin besonders vorteilhafter Weise durch ein Hohlrad derselben antreibbar. Bevorzugt weist dabei die erste Stirnradstufe ein mit der Antriebswelle drehfest verbundenes Eingangsrad auf, das mit einer Außenverzahnung des Hohlrads in Eingriff steht. Durch das Zwischenschalten der ersten Stirnradstufe kann insbesondere eine zu hohe Drehzahl der Planetenräder der Planetengetriebestufe vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die zweite Stirnradstufe ein mit dem Planetenträger drehfest verbundenes Eingangsrad und ein mit diesem in Eingriff stehendes Abtriebsrad, das auf der Abtriebswelle drehfest angeordnet ist.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn der Planetenträger radial innen über einen zentralen Verbindungsflansch mit einer Eingangswelle der zweiten Stirnradstufe drehfest verbunden ist.
Figurenliste
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:

1 ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen elektrischen Achsantriebs für ein Fahrzeug,
2 eine Ansicht des Kraftflusses im Achsantriebs,
3 bis 6 weitere Ansichten und Teilansichten des Achsantriebs.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in 1 bis 5 beispielhaft dargestellte elektrische Achsantrieb für ein Fahrzeug weist einen elektrischen Antrieb 12 mit einer Antriebswelle 9 auf, die über eine erste Stirnradstufe 8 mit einer Planetengetriebestufe 22 zur Übertragung eines Drehmoments verbunden ist. Eine zweite Stirnradstufe 10 verbindet die Planetengetriebestufe 22 mit einer Abtriebswelle 11, die koaxial zur Antriebswelle 9 angeordnet ist. 1 zeigt ein Getriebeschema des Achsantriebs, wobei die Planetengetriebestufe 22 nur als Teilansicht halbseitig zu einer Mittelachse 21 gezeigt ist, die zugleich eine Drehachse bildet. Die Planetengetriebestufe 22 umfasst ein Hohlrad 1 und einen Planetenträger 2 mit Planetenbolzen 3, der einen Satz Planetenräder 4 trägt. Diese stehen radial außen mit einer Innenverzahnung 5 des Hohlrads 1 und radial innen mit einer Außenverzahnung eines zentralen Sonnenrads 6 in Eingriff. Der elektrische Antrieb 12 weist eine elektrische Maschine mit einer Rotorwelle auf, die die Antriebswelle 9 bildet. Die Abtriebswelle 11 ist mit einer nicht dargestellten antreibbaren Achse des Fahrzeugs verbindbar.
Die erste Stirnradstufe 8 umfasst ein Antriebsrad 15, das auf der Antriebswelle 9 als Antriebsritzel angeordnet ist und mit einer Außenverzahnung 7 des Hohlrads 1 kämmt (1 bis 6), während die zweite Stirnradstufe 10 ein Eingangsrad 16 aufweist, das mit einem auf der Abtriebswelle 11 angeordneten Abtriebsrad 17 in Eingriff steht. Das Eingangsrad 16 ist als Antriebsritzel auf einer Eingangs- oder Zwischenwelle 18 angeordnet. Die Eingangswelle 18 ist mit dem Planetenträger 2 verbunden. Hierzu weist dieser abtriebsseitig radial innen einen zentralen Verbindungflansch 19 auf, der mit seinem abtriebsseitigen Ende den Außendurchmesser Eingangswelle 18 drehfest umfasst.
Der Achsantrieb ist zweigängig schaltbar. Hierzu ist das Hohlrad 1 über eine Kupplung 13 mit dem Planetenträger 2 drehfest koppelbar und das Sonnenrad 6 über eine Bremse 14, einem anderen ortsfesten Bauteil insbesondere einem Gehäuse festlegbar (1). Durch Schließen der Bremse 14 und Öffnen der Kupplung 13 ist das Achsantrieb in einen ersten Gang und durch Schließen der Kupplung 13 und Öffnen der Bremse 14 in einen zweiten Gang schaltbar. Die Getriebespreizung liegt bei 1, 5 mit einer Übersetzung im ersten Gang von ca. 15 und im zweiten Gang von ca. 9, 3. Alternativ kann der Achsantrieb mit einer anderen Getriebespreizung, vorzugsweise im Bereich 1, 5 bis 1, 7 ausgelegt werden. Die Übersetzungen im ersten und zweiten Gang können entsprechend der Einsatz- und Betriebsbedingung variieren.
Das Sonnenrad 6 ist auf einer Sonnenradwelle 20 angeordnet, die an einem Ende mit der Bremse 14 verbunden ist. Der Planetenträger 2 ist auf der auf der Sonnenradwelle 20 gelagert.
Die Eingangswelle 18 der zweiten Stirnradstufe 11 und die Sonnenradwelle 19 sind geringfügig beabstandet koaxial hintereinander angeordnet. An- und Abtriebswelle 8, 11 sind koaxial angeordnet. Eingangswelle 18 und Sonnenradwelle 20 einerseits und An- und Abtriebswelle 9, 11 andererseits sind achsenparallel zueinander angeordnet. Auf diese Weise ist die zuschaltbare Planetengetriebestufe 22 achsenparallel zum elektrischen Antrieb 12 bzw. der elektrischen Maschine und der Antriebswelle 9 angeordnet.
2 zeigt den Verlauf des Kraftflusses im Achsantrieb, der durch Pfeile angedeutet ist. Ausgehend von der elektrischen Maschine 12 wird an der ersten Stirnradstufe 8 ein Drehmoment übertragen. Bei Anwendung des ersten Gangs erfolgt der weitere Kraftfluss entlang der jeweils mit voller Linie gezeichneten Pfeile, von der Innenverzahnung 5 des Hohlrads 1 auf die Planetenräder 4 und über die Planetenbolzen 3 auf den Planetenträger 2. Dabei wird das Sonnenrad 6 an der Bremse 14 festgehalten. Bei Anwendung des zweiten Gangs mit geschlossener Kupplung 13 verläuft der Kraftfluss, entlang der jeweils mit gestrichelter Linie gezeichneten Pfeile, von der Innenverzahnung des Hohlrads 1 über die geblockten Planetenräder 4 auf das Sonnenrad 6. Die Planetengetriebestufe 22 befindet dabei sich im sogenannten Blockumlauf mit einer Übersetzung 1. Verzahnungsverluste an den Planetenrädern 4 werden hierbei eliminiert. Der weitere Kraftfluss erfolgt unabhängig vom Betrieb in erstem oder zweitem Gang über den Planetenträger 2 und Eingangs- und Abtriebsrad 16, 17 der zweiten Stirnradstufe 10 auf die Abtriebswelle 11. Diese kann in besonders vorteilhafter Weise koaxial durch die als Hohlwelle ausgeführte Antriebs- bzw. Rotorwelle 9 bauraumsparend geführt sein. Im weiteren Verlauf ist es möglich, den Kraftfluss direkt auf die nicht dargestellten Antriebsachsen des Fahrzeugs zu leiten. Alternativ ist in einem sogenannten Kombi-Hybridantrieb eine Antriebsunterstützung des Verbrennungsmotors möglich.
Bezugszeichenliste

1: Hohlrad
2: Planetenträger
3: Planetenbolzen
4: Planetenräder
5: Innenverzahnung
6: Sonnenrad
7: Außenverzahnung
8: Stirnradstufe
9: Antriebswelle
10: Stirnradstufe
11: Abtriebswelle
12: Elektrischer Antrieb
13: Kupplung
14: Bremse
15: Antriebsrad
16: Eingangsrad
17: Abtriebsrad
18: Eingangswelle
19: Verbindungflansch
20: Sonnenradwelle
21: Mittelachse
22: Planetengetriebestufe

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 102015116537 A1 [0002]

Claims

Elektrischer Achsantrieb für ein Fahrzeug, mit zumindest einer schaltbaren Planetengetriebestufe (22), einem elektrischen Antrieb (12) und einer von diesem antreibbaren Antriebswelle (9), wobei die Planetengetriebestufe (22) eingangsseitig mit einem Hohlrad (1) über eine erste Stirnradstufe (8) mit der Antriebswelle (9) und ausgangsseitig über eine zweite Stirnradstufe (10) mit einer Abtriebswelle (9) zur Übertragung eines Drehmoments verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetengetriebestufe (22) achsenparallel zur An- und Abtriebswelle (9, 11) und diese koaxial angeordnet sind.