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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine, die über eine Kupplungseinheit mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist.
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Beispielsweise geht aus der
EP 2 386 782 B1 ein Antriebssystem für ein linkes und rechtes Rad hervor. Das Antriebssystem umfasst eine erste Antriebsquelle und eine zweite Antriebsquelle, ein linkes Antriebsrad und ein rechtes Antriebsrad, und einen Zahnradmechanismus, der zwischen der ersten und zweiten Antriebsquelle und dem linken und rechten Antriebsrad eingefügt ist. Der Zahnradmechanismus umfasst einen Planetensatz, in dem mehrere Planetenräder auf einer Welle installiert sind, und eine Elementgruppe, die mit dem Planetensatz gekoppelt ist und die ein erstes Element, ein zweites Element, ein drittes Element und ein viertes Element aufweist. Das erste Element ist festgehalten, wobei das zweite, dritte und vierte Element in gleicher Richtung drehen. Wenn das erste Element festgehalten ist, dreht das zweite Element mit höherer Drehzahl als das dritte und vierte Element. Eine der ersten und zweiten Antriebsquelle ist mit dem ersten Element verbunden, wobei die andere der ersten und zweiten Antriebsquelle mit dem zweiten Element verbunden ist. Eines des linken und rechten Antriebsrads ist mit dem dritten Element verbunden und das andere des linken und rechten Antriebsrads ist mit dem vierten Element verbunden. Der Planetensatz besteht aus Dreifachplaneten, umfassend ein erstes Planetenrad, ein zweites Planetenrad, bei dem ein Referenz-Teilkreisdurchmesser größer als der des ersten Planetenrads ist, und ein drittes Planetenrad, bei dem ein Referenz-Teilkreisdurchmesser größer als der des zweiten Planetenrads ist. Ferner umfasst die Elementgruppe ein erstes Sonnenrad, das geeignet ist, in das erste Planetenrad einzugreifen, ein zweites Sonnenrad, das geeignet ist, in das zweite Planetenrad einzugreifen, ein drittes Sonnenrad, das geeignet ist, in das dritte Planetenrad einzugreifen, und einen Träger, der den Dreifachplanet schwenkbar lagert, wobei das erste Element der Träger ist, das zweite Element das dritte Sonnenrad ist, das dritte Element das erste Sonnenrad ist und das vierte Element das zweite Sonnenrad ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung weiterzuentwickeln, und insbesondere kompakt und leistungsoptimiert auszubilden. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Maschine, die über eine Kupplungseinheit mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung ein Planetengetriebe sowie ein Differentialgetriebe aufweist, wobei das Planetengetriebe mehrere Dreifachplanetenwellen aufweist, die drehbar an einem Planetenträger angeordnet sind, wobei jede Dreifachplanetenwelle ein erstes, zweites und drittes Zahnrad aufweist, wobei das erste Zahnrad drehbar an der Dreifachplanetenwelle gelagert ist und mit einem ersten Sonnenrad im Zahneigriff steht, wobei das zweite Zahnrad drehfest mit dem dritten Zahnrad verbunden ist und mit einem zweiten Sonnenrad im Zahneingriff steht, wobei das erste und zweite Sonnenrad mit der Kupplungseinheit wirkverbunden sind, und wobei das dritte Zahnrad mit einem Hohlrad im Zahneingriff steht, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad eine Freilaufvorrichtung angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, in einer ersten Schaltstellung das erste und zweite Zahnrad drehfest miteinander zu koppeln, um eine erste Gangstufe zu realisieren, sowie in einer zweiten Schaltstellung das erste und zweite Zahnrad voneinander zu entkoppeln, um eine zweite Gangstufe zu realisieren.
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Mit anderen Worten weist die Dreifachplanetenwelle drei Verzahnungsabschnitte auf, wobei ein erster der drei Verzahnungsabschnitte relativ zu einem zweiten und dritten Verzahnungsabschnitt drehbar ist, wobei der zweite und dritte Verzahnungsabschnitt drehfest, insbesondere einteilig miteinander verbunden sind. Zur Kopplung und Entkopplung des ersten Verzahnungsabschnittes mit bzw. von den beiden anderen Verzahnungsabschnitten ist die Freilaufvorrichtung, welche insbesondere als axiale Freilaufvorrichtung ausgebildet ist, vorgesehen. Durch die beiden Schaltstellungen der Freilaufvorrichtung sind die beiden Gangstufen darstellbar.
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Vorzugsweise ist die elektrische Maschine zur Realisierung der ersten Gangstufe über die Kupplungseinheit permanent mit dem ersten Sonnenrad drehfest verbunden. Mithin ist die elektrische Maschine zur Realisierung der ersten Gangstufe mit dem ersten Sonnenrad drehfest verbunden.
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Bevorzugt weist die Kupplungseinheit eine Kupplung auf, wobei die elektrische Maschine über die Kupplung mit dem zweiten Sonnenrad verbindbar ist, um die zweite Gangstufe zu realisieren. Die Kupplung ist bevorzugt als lastschaltbare Kupplung ausgebildet. Unter einer „lastschaltbare Kupplung“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweist und unter Last zwischen den mindestens zwei Zuständen schaltbar ist. Im geöffneten Zustand überträgt die Kupplung kein Drehmoment. Somit überträgt die Kupplung nur in einem zumindest teilweise geschlossenen Zustand ein Drehmoment zwischen zwei mit der Kupplung wirkverbundenen Wellen, wobei die beiden Wellen im geschlossenen Zustand der Kupplung drehfest miteinander verbunden werden. Mithin sind im geschlossenen Zustand der Kupplung die elektrische Maschine und das zweite Sonnenrad, bzw. das erste und das zweite Sonnenrad drehfest mit der elektrischen Maschine verbunden, wobei im geöffneten Zustand der Kupplung die elektrische Maschine von dem zweiten Sonnenrad entkoppelt ist und die Leistungseinspeisung in die Getriebevorrichtung lediglich über das erste Sonnenrad erfolgt.
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Insbesondere kann die Kupplung von einem Aktuator betätigt werden, um ein Öffnen oder Schließen der Kupplung einzuleiten. Der Aktuator kann hydraulisch, elektromechanisch, elektromagnetisch oder beispielsweise auch pneumatisch betätigbar ausgebildet sein. Insbesondere ist der Aktuator in der Kupplungseinheit integriert.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Übersetzung zwischen dem ersten Sonnenrad und dem ersten Zahnrad größer ist als eine Übersetzung zwischen dem zweiten Sonnenrad und dem zweiten Zahnrad. Insbesondere weist das erste Zahnrad einen größeren Durchmesser als das zweite Zahnrad auf, wobei das zweite Zahnrad einen größeren Durchmesser als das dritte Zahnrad aufweist.
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Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist zu verstehen, dass zwei Getriebeelemente direkt miteinander verbunden sein können, oder dass sich zwischen zwei Getriebeelemente noch weitere Getriebeelemente befinden, beispielsweise ein oder mehrere Wellen oder Zahnräder. Zwei miteinander im Zahneingriff stehende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem Zahnrad sind beispielsweise ein Planetenrad, ein Sonnenrad und ein Hohlrad zu verstehen.
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Vorzugsweise ist das Hohlrad stationär an einem Gehäuse der Getriebevorrichtung festgelegt. Somit ist das Hohlrad drehfest mit dem Gehäuse verbunden.
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Insbesondere ist jede Dreifachplanetenwelle auf einem jeweiligen Bolzen radial und axial gelagert, wobei der jeweilige Bolzen drehfest mit dem Planetenträger verbunden ist. Vorzugsweise ist der Planetenträger mit dem Differentialgetriebe wirkverbunden.
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Bevorzugt ist das Differentialgetriebe als Stirnraddifferential ausgebildet und weist einen ersten und zweiten Planetensatz mit jeweiligen Planetenrädern auf, wobei das Differentialgetriebe dazu vorgesehen ist, eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine auf eine erste und zweite Abtriebswelle zu verteilen. Die Planetenräder des ersten Planetensatzes stehen beispielsweise mit einer Verzahnung an der ersten Abtriebswelle im Zahneingriff stehen, wobei ferner die Planetenräder des zweiten Planetensatzes mit einer Verzahnung an der zweiten Abtriebswelle im Zahneingriff stehen, und wobei die Planetenräder beider Planetensätze paarweise miteinander im Zahneingriff stehen.
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Ferner bevorzugt weist die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor über eine Rotorwelle mit der Kupplungseinheit verbunden ist. Mithin dient die Rotorwelle als Antriebswelle, die zwischen der elektrischen Maschine und der Kupplungseinheit angeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine koaxial zum Differentialgetriebe angeordnet. Insbesondere ist die elektrische Maschine koaxial zu den beiden Abtriebswellen der Getriebevorrichtung angeordnet. Bevorzugt ist die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet, wobei die erste Abtriebswelle axial durch die Rotorwelle geführt ist. Alternativ kann auch die zweite Abtriebswelle axial durch die als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle geführt sein. Vorzugsweise sind beide Abtriebswellen auf einer gemeinsamen Achse angeordnet und bilden eine elektrische Antriebsachse des Kraftfahrzeugs.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die einzige Figur zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
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Gemäß der einzigen Figur weist eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine 1, eine Kupplungseinheit 2 und eine Getriebevorrichtung 3 auf. Die elektrische Maschine 1 ist als Antriebsmaschine ausgebildet und umfasst einen Stator 15 sowie einen Rotor 16. Eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine 1 wird über eine Rotorwelle 17, die zwischen der elektrischen Maschine 1 und der Kupplungseinheit 2 angeordnet ist in die Kupplungseinheit 2 und darüber in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Die Getriebevorrichtung 3 umfasst ein Planetengetriebe 4 und ein Differentialgetriebe 6.
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Das Differentialgetriebe 6 ist als Stirnraddifferential ausgebildet und weist einen ersten und zweiten - hier nicht dargestellten - Planetensatz mit jeweiligen Planetenrädern auf. Das Differentialgetriebe ist dazu vorgesehen, eine Antriebsleistung der elektrische Maschine 1 auf eine erste und zweite Abtriebswelle 12a, 12b der Getriebevorrichtung 3 zu verteilen. Die Rotorwelle 17 ist koaxial zu den beiden Abtriebswellen 12a, 12b angeordnet. Ferner ist die Rotorwelle 17 als Hohlwelle ausgebildet, wobei die erste Abtriebswelle 12a durch die Rotorwelle 17 geführt ist. Die elektrische Maschine 1 ist koaxial zum Differentialgetriebe 6 angeordnet.
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Das Planetengetriebe 4 weist mehrere Dreifachplanetenwellen 5 auf, die drehbar an einem Planetenträger 7 angeordnet sind. Vorliegend ist aufgrund der vereinfachten schematischen Darstellung nur eine Dreifachplanetenwelle 5 dargestellt, wobei die Dreifachplanetenwellen 5 identisch zueinander ausgebildet sind. Die Dreifachplanetenwelle 5 ist auf einem Bolzen 13 radial und axial gelagert, wobei der Bolzen 13 drehfest mit dem Planetenträger 7 verbunden ist. Der Planetenträger 7 ist mit dem Differentialgetriebe 6 wirkverbunden. Ferner weist die Dreifachplanetenwelle 5 ein erstes, zweites und drittes Zahnrad 5a, 5b, 5c auf.
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Das erste Zahnrad 5a ist über ein Lagerelement 18 drehbar an der Dreifachplanetenwelle 5 gelagert und steht mit einem ersten Sonnenrad 8a im Zahneigriff. Das zweite Zahnrad 5b ist drehfest mit dem dritten Zahnrad 5c verbunden. Ferner steht das zweite Zahnrad 5b mit einem zweiten Sonnenrad 8b im Zahneingriff. Das erste und zweite Sonnenrad 8a, 8b sind mit der Kupplungseinheit 2 wirkverbunden. Das dritte Zahnrad 5c steht mit einem Hohlrad 9 im Zahneingriff, wobei das Hohlrad 9 stationär an einem Gehäuse 11 der Getriebevorrichtung 3 festgelegt ist. Das erste Zahnrad 5a weist einen größeren Durchmesser als das zweite Zahnrad 5b auf, wobei das zweite Zahnrad 5b einen größeren Durchmesser als das dritte Zahnrad 5c aufweist.
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Zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad 5a, 5b ist eine Freilaufvorrichtung 10 angeordnet. Die Freilaufvorrichtung 10 ist dazu ausgebildet, in einer ersten Schaltstellung das erste und zweite Zahnrad 5a, 5b miteinander zu koppeln, um eine erste Gangstufe zu realisieren sowie in einer zweiten Schaltstellung das erste und zweite Zahnrad 5a, 5b voneinander zu entkoppeln, um eine zweite Gangstufe zu realisieren. Zur Realisierung der ersten Gangstufe ist die elektrische Maschine 1 über die Rotorwelle und die Kupplungseinheit 2 permanent also untrennbar mit dem ersten Sonnenrad 8a drehfest verbunden. Ferner weist die Kupplungseinheit 2 eine Kupplung 14 auf, wobei die elektrische Maschine 1 über die Kupplung 14 mit dem zweiten Sonnenrad 8b verbindbar ist, um die zweite Gangstufe zu realisieren. Vorliegend ist die Kupplung 14 als Reiblamellenkupplung ausgebildet und ermöglicht eine Lastschaltfähigkeit.
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In der ersten Gangstufe ist die Kupplung 14 geöffnet, wobei die elektrische Maschine 1 die Antriebsleistung über die Kupplungseinheit 2 nur auf das erste Sonnenrad 8a überträgt, um das erste Zahnrad 5a anzutreiben. Das erste Zahnrad 5a treibt über die Freilaufvorrichtung 10 das zweite Zahnrad 5b an. Mit anderen Worten ist das erste Zahnrad 5a über die Freilaufvorrichtung 10 drehfest mit dem zweiten Zahnrad 5b verbunden. Ferner ist das zweite Zahnrad 5b nicht nur drehfest, sondern einteilig mit dem dritten Zahnrad 5c ausgebildet und überträgt so die Antriebsleistung an das dritte Zahnrad 5c, das seinerseits mit dem gehäusefesten Hohlrad 9 im Zahneingriff steht. Dadurch wird die Antriebsleistung auf den Planetenträger 7 übertragen, wobei dieser mit dem Differentialgetriebe 6 antriebstechnisch verbunden ist.
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Sobald die Kupplung 14 geschlossen wird, erfolgt die Einleitung der zweiten Gangstufe, wobei dann die beiden Sonnenräder 8a, 8b drehfest miteinander verbunden werden und das zweite Sonnenrad 8b somit die gleiche Drehzahl wie das erste Sonnenrad 8a aufweist. Eine Übersetzung zwischen dem ersten Sonnenrad 8a und dem ersten Zahnrad 5a ist größer als eine Übersetzung zwischen dem zweiten Sonnenrad 8b und dem zweiten Zahnrad 5b. Aufgrund dieses Übersetzungsverhältnisses rotiert das zweite Zahnrad 5b schneller als das erste Zahnrad 5a, sodass die Freilaufvorrichtung 10 automatisch öffnet und somit das erste und zweite Zahnrad 5a, 5b voneinander entkoppelt. Zwischen dem ersten und zweiten Zahnrad 5a, 5b wird im geöffneten Zustand der Freilaufvorrichtung 10 somit kein Drehmoment übertragen. Die Antriebsleistung wird über das zweite Zahnrad 5b an das dritte Zahnrad 5c übertragen, und darüber auf den Planetenträger 7 übertragen, wobei dieser mit dem Differentialgetriebe 6 antriebstechnisch verbunden ist. Mithin ist die Antriebsvorrichtung zwischen einer ersten und einer zweiten Gangstufe schaltbar.
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Die Freilaufvorrichtung macht die Anordnung einer weiteren Kupplung zur Kopplung der Rotorwelle 17 mit dem ersten Sonnenrad 8a obsolet. Daher kann die Rotorwelle 17 drehfest mit dem ersten Sonnenrad 8a ausgebildet werden, wodurch die Kupplungseinheit 2 kompakt und gewichtsoptimiert ausgebildet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Kupplungseinheit
- 3
- Getriebevorrichtung
- 4
- Planetengetriebe
- 5
- Dreifachplanetenwelle
- 5a, 5b, 5c
- Zahnrad
- 6
- Differentialgetriebe
- 6a, 6b
- Planetenrad
- 7
- Planetenträger
- 8a, 8b
- Sonnenrad
- 9
- Hohlrad
- 10
- Freilaufvorrichtung
- 11
- Gehäuse
- 12a, 12b
- Abtriebswelle
- 13
- Bolzen
- 14
- Kupplung
- 15
- Stator
- 16
- Rotor
- 17
- Rotorwelle
- 18
- Lagerelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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