DE102018215918A1

DE102018215918A1 - Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018215918A1
Application number: DE102018215918.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Seemann; Paul Lenz; Andreas Grossl; Werner Hechberger; Kai Bornträger; Maik Wörl; Marco Di Sarno; Cong REN
Original assignee: ZF Drivetech Suzhou Co Ltd; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Drivetech Suzhou Co Ltd; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-03-19
Also published as: US20210347253A1; CN112752666A; EP3853054A1; US11780328B2; WO2020058235A1

Abstract

Es wird eine Antriebsvorrichtung (1) für eine elektrisch angetriebene Achse (5) eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, aufweisend zumindest eine Elektromaschine (EM1, EM2) und ein der zumindest einen Elektromaschine (EM1, EM2) in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb nachgeschaltetes schaltbares Getriebe (2), welches an ein Differential (3) zur Verteilung des Antriebsmomentes auf die Räder (4) der Achse (5) gekoppelt ist, wobei das Getriebe (2) einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz (6, 7) aufweist, die hintereinander geschaltet sind, wobei der Antrieb des Getriebes (2) über eine Außenverzahnung des Hohlrades (8) des ersten Planetenradsatzes (6) erfolgt, wobei der Abtrieb des ersten Planetenradsatzes (6) über den Steg (9) erfolgt, der mit dem Sonnenrad (11) des zweiten Planetenradsatzes (7) drehfest verbunden ist, wobei das Sonnenrad (10) des ersten Planetenradsatzes (6) über ein erstes Schaltelement (14) an ein Gehäuse (G) lösbar ankoppelbar ist, wobei das Hohlrad (12) des zweiten Planetenradsatzes (7) an ein Gehäuse (G) gekoppelt ist, wobei der Abtrieb des Getriebes (2) über den Steg (13) des zweiten Planetenradsatzes (7) erfolgt und wobei ein zweites Schaltelement (15) vorgesehen ist, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (6) des Getriebes (2) verblockbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, bei leichten und mittelschweren Bussen und LKWs elektrisch mittels Elektromaschinen angetriebene Achsen einzusetzen, die eine oder zwei Getriebestufen aufweisen, wobei die zweistufigen elektrisch angetriebenen Achsen schaltbar ausgeführt sein können.
Elektromaschinen werden in der Regel bei hohen Drehzahlen, beispielsweise zwischen 10.000 - 20.000 U/min betrieben, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen. Um das hohe Drehzahlniveau bei elektrisch angetriebenen Achsen eines Kraftfahrzeugs für Fahrzeuge nutzen zu können, sind mehrstufige Getriebe notwendig, welche aus Bauraumgründen so kompakt wie möglich gestaltet werden müssen.
Aus der EP 0 966 361 B1der Anmelderin ist ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem Fahrzeugchassis und Fahrzeugachsen, die über Lenker mit dem Chassis verbunden sind, mit jedem Antriebsrad zugehörigem Einzelradantrieb und mit jedem Antriebsrad zugehöriger Bremsbetätigung bekannt. Hierbei ist vorgesehen, dass der jeweilige Einzelradantrieb in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor oder hinter dem Antriebsrad angeordnet ist und mit dem Antriebsrad über eine Stirnräderkette verbunden ist, wobei das Gehäuse der Stirnräderkette als ein Verbundlenker ein Teil der Aufhängung der das Antriebsrad tragenden Achse bildet. Die Elektromotoren treiben über je eine aus vier außenverzahnten Zahnrädern bestehende Stirnräderkette auf je eine Planetengetriebestufe, die koaxial zur Raddrehachse angeordnet ist.
Aus der WO 12007829 A2 geht eine Achsenanordnung mit einem Motor, einer Differentialanordnung, einem Gehäuse, einem Getriebe und einem Untersetzungszahnradsatz hervor, wobei das Getriebe einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz umfasst, wobei die Planetenradsätze zugeordnete (d. h. erste und zweite) Hohlräder, Planetenträger und Sonnenräder umfassen. Bei der bekannten Achsenanordnung ist der erste Planetenträger mit einem Differentialträger der Differentialanordnung für eine gemeinsame Drehung gekoppelt, wobei das zweite Hohlrad mit dem Gehäuse drehfest gekoppelt ist, der zweite Planetenträger mit dem zweiten Differentialausgang für eine gemeinsame Drehung gekoppelt ist und wobei das zweite Sonnenrad mit dem ersten Sonnenrad für eine gemeinsame Drehung gekoppelt ist. Ferner ist der Untersetzungszahnradsatz zwischen einer Ausgangswelle des Motors und dem ersten Hohlrad angeordnet und umfasst ein erstes Zahnrad, das mit der Ausgangswelle für eine gemeinsame Drehung gekoppelt ist, und ein zweites Zahnrad, das mit dem ersten Hohlrad für eine gemeinsame Drehung gekoppelt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird eine Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welche zumindest eine Elektromaschine und ein der zumindest einen Elektromaschine in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb nachgeschaltetes schaltbares Getriebe aufweist, welches an ein Differential zur Verteilung des Antriebsmomentes auf die Räder der Achse gekoppelt ist, wobei das Getriebe einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz aufweist, welche als Minus- oder Plusplanetenradsätze ausgeführt sein können, die hintereinander geschaltet sind, umfassend jeweils ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Steg, wobei der Antrieb des Getriebes über eine Außenverzahnung des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes erfolgt, wobei der Abtrieb des ersten Planetenradsatzes über den Steg erfolgt, der mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes über ein erstes Schaltelement an ein Gehäuse lösbar ankoppelbar ist, wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes an ein Gehäuse gekoppelt ist und wobei der Abtrieb des Getriebes über den Steg des zweiten Planetenradsatzes erfolgt. Ferner ist ein zweites Schaltelement vorgesehen, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz verblockbar ist.
Das zweite Schaltelement kann als Schaltelement ausgeführt sein, durch dessen Schließen das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Steg lösbar drehfest verbindbar ist oder durch dessen Schließen das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad lösbar drehfest verbindbar ist oder durch dessen Schließen das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Steg lösbar drehfest verbindbar ist.
Die Außenverzahnung des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes, in die ein entsprechend ausgeführtes Antriebsritzel der zumindest einen Elektromaschine eingreift, ist vorzugsweise als Schrägverzahnung ausgeführt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erfindungsgemäß außenverzahnt ausgeführte Hohlrad des ersten Planetenradsatzes durch zwei Lager, die jeweils axial betrachtet an den Enden des Hohlrades angeordnet sind, am Steg doppelt gelagert.
Auf diese Weise wird das Hohlrad hinsichtlich der Radialkräfte, die von der ersten Übersetzungsstufe, nämlich der Übersetzungsstufe des ersten Planetenradsatzes erzeugt werden, stabilisiert. Zudem wird eine ovale Verformung des Hohlrades verhindert, wobei aus der Schrägverzahnung des Hohlrades resultierende Axialkräfte aufgenommen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die zumindest eine Elektromaschine, das Getriebe und das Differential in Reihe quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet, was auch durch die kompakte axiale Bauweise des Getriebes ermöglicht wird, wobei das Getriebe und das Differential konzentrisch zu einer Abtriebswelle des Differentials angeordnet sind, derart, dass die Abtriebswelle des Differentials durch das Getriebe zu einem Rad der elektrisch angetriebenen Achse geführt wird.
Für den Fall, dass zwei Elektromaschinen vorgesehen sind, sind diese vorzugsweise in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet hintereinander an je einer Seite der Abtriebswelle des Differentials angeordnet, wobei deren Längsachsen parallel zur Abtriebswelle des Differentials verlaufen. Für den Fall, dass eine Elektromaschine vorgesehen ist, verläuft deren Längsachse parallel zur Abtriebswelle des Differentials.
Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass sich in Fahrzeuglängsrichtung eine sehr kompakte Bauweise ergibt. Darüber hinaus wird in vorteilhafter Weise die Breite innerhalb des Leiterrahmens optimal ausgenutzt.
Das Getriebe weist vorzugsweise zwei Gänge auf. Der erste Gang des Getriebes wird durch Schließen des ersten Schaltelementes und Koppeln des Sonnenrades des ersten Planetenradsatzes an das Gehäuse geschaltet, wobei der zweite Gang durch Schließen des zweiten Schaltelementes und somit durch Verblocken des ersten Planetenradsatzes realisiert wird. Die Rückwärtsgänge werden durch Drehrichtungsumkehr der zumindest einen Elektromaschine realisiert. Die Kupplungen können als Lamellenkupplungen ausgebildet werden, so dass das Getriebe voll lastschaltbar geschaltet werden kann. Wird die Kupplung für den ersten Gang als Klaue und die Kupplung für den zweiten Gang als Lamellenkupplung ausgeführt, sind Zugschaltungen lastschaltbar. Werden beide Kupplungen als Klauen ausgeführt ist lediglich mit Zugkraftunterbrechung schaltbar.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird auf einfache und kostengünstige Weise eine Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt, welche eine sehr kompakte Bauweise in Fahrzeuglängsrichtung ermöglicht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren, beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1: Eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der Erfindung; und
2: Eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der doppelten Lagerung des außenverzahnten Hohlrades des ersten Planetenradsatzes des Getriebes.

Bezugnehmend auf die beigefügte 1 weist eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs zwei Elektromaschinen EM1, EM2 und ein den Elektromaschinen EM1, EM2 in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb nachgeschaltetes schaltbares Getriebe 2 auf, welches an ein Differential 3 zur Verteilung des Antriebsmomentes auf die Räder 4 der Achse 5 gekoppelt ist.
Das Getriebe 2 weist hierbei einen ersten und einen zweiten Minus-Planetenradsatz 6, 7 auf, die hintereinander geschaltet sind, umfassend jeweils ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Steg, wobei der Antrieb des Getriebes 2 über eine Außenverzahnung des Hohlrades 8 des ersten Planetenradsatzes 6 erfolgt, wobei der Abtrieb des ersten Planetenradsatzes 6 über den Steg 9 erfolgt, der mit dem Sonnenrad 11 des zweiten Planetenradsatzes 7 drehfest verbunden ist. In die Außenverzahnung des Hohlrades 8 des ersten Planetenradsatzes 6, die vorzugsweise als Schrägverzahnung ausgeführt ist, greift jeweils ein entsprechend ausgeführtes Antriebsritzel 17, 18 der Elektromaschinen EM1, EM2 ein.
Ferner ist das Sonnenrad 10 des ersten Planetenradsatzes 6 über ein erstes Schaltelement 14 an ein Gehäuse G lösbar ankoppelbar, wobei das Hohlrad 12 des zweiten Planetenradsatzes an ein Gehäuse G gekoppelt ist und wobei der Abtrieb des Getriebes 2 über den Steg 13 des zweiten Planetenradsatzes 7 erfolgt.
Ferner ist ein zweites Schaltelement 15 vorgesehen, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz 6 verblockbar ist. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist das zweite Schaltelement als Schaltelement ausgeführt, durch dessen Schließen das Sonnenrad 10 des ersten Planetenradsatzes 6 mit dem Steg 9 lösbar drehfest verbindbar ist.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind die Elektromaschinen EM1, EM2 in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet hintereinander an je einer Seite einer Abtriebswelle 16 des Differentials 3 angeordnet, wobei deren Längsachsen parallel zur Abtriebswelle 16 des Differentials 3 verlaufen. Ferner sind die Elektromaschinen EM1, EM2 (als eine Einheit betrachtet), das Getriebe 2 und das Differential 3 in Reihe quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet, wobei das Getriebe 2 und das Differential 3 konzentrisch zur Abtriebswelle 16 des Differentials 3 angeordnet sind.
Zu diesem Zweck sind der Steg 9, 13 und das Sonnenrad 10, 11 des ersten und des zweiten Planetenradsatzes 6, 7 hohl ausgeführt, so dass die Abtriebswelle 16 des Differentials 3 durch das Getriebe 2 zu einem Rad 4 der elektrisch angetriebenen Achse 5 geführt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung und bezugnehmend auf 2 ist das erfindungsgemäß außenverzahnt ausgeführte Hohlrad 8 des ersten Planetenradsatzes 6 des Getriebes 2 durch zwei Radiallager 19, 20, die jeweils axial betrachtet an den Enden des Hohlrades 8 angeordnet sind, am Steg 9 des ersten Planetenradsatzes 6 doppelt gelagert. Dadurch wird das Hohlrad 8 hinsichtlich der Radialkräfte, die von der Übersetzungsstufe des ersten Planetenradsatzes 6 erzeugt werden, stabilisiert.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsvorrichtung
2: Getriebe
3: Differential
4: Rad
5: elektrisch angetriebene Achse
6: erster Planetenradsatz
7: zweiter Planetenradsatz
8: Hohlrad
9: Steg
10: Sonnenrad
11: Sonnenrad
12: Hohlrad
13: Steg
14: erstes Schaltelement
15: zweites Schaltelement
16: Abtriebswelle
17: Antriebsritzel
18: Antriebsritzel
19: Lager
20: Lager
G: Gehäuse
EM1: Elektromaschine
EM2: Elektromaschine

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

EP 0966361 [0004]
WO 12007829 A2 [0005]

Claims

Antriebsvorrichtung (1) für eine elektrisch angetriebene Achse (5) eines Kraftfahrzeugs aufweisend zumindest eine Elektromaschine (EM1, EM2) und ein der zumindest einen Elektromaschine (EM1, EM2) in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb nachgeschaltetes schaltbares Getriebe (2), welches an ein Differential (3) zur Verteilung des Antriebsmomentes auf die Räder (4) der elektrisch angetriebenen Achse (5) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2) einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz (6, 7) aufweist, die hintereinander geschaltet sind, umfassend jeweils ein Hohlrad (8, 12), ein Sonnenrad (10, 11) und einen Steg (9, 13), wobei der Antrieb des Getriebes (2) über eine Außenverzahnung des Hohlrades (8) des ersten Planetenradsatzes (6) erfolgt, wobei der Abtrieb des ersten Planetenradsatzes (6) über den Steg (9) erfolgt, der mit dem Sonnenrad (11) des zweiten Planetenradsatzes (7) drehfest verbunden ist, wobei das Sonnenrad (10) des ersten Planetenradsatzes (6) über ein erstes Schaltelement (14) an ein Gehäuse (G) lösbar ankoppelbar ist, wobei das Hohlrad (12) des zweiten Planetenradsatzes (7) an ein Gehäuse (G) gekoppelt ist, wobei der Abtrieb des Getriebes (2) über den Steg (13) des zweiten Planetenradsatzes (7) erfolgt und wobei ein zweites Schaltelement (15) vorgesehen ist, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (6) des Getriebes (2) verblockbar ist.
Antriebsvorrichtung (1) für eine elektrisch angetriebene Achse (5) eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (15) als Schaltelement ausgeführt ist, durch dessen Schließen das Sonnenrad (10) des ersten Planetenradsatzes (6) mit dem Steg (9) des ersten Planetenradsatzes (6) lösbar drehfest verbindbar ist oder durch dessen Schließen das Sonnenrad (10) des ersten Planetenradsatzes (6) mit dem Hohlrad (8) des ersten Planetenradsatzes (6) lösbar drehfest verbindbar ist oder durch dessen Schließen das Hohlrad (8) des ersten Planetenradsatzes (6) mit dem Steg (9) des ersten Planetenradsatzes (6) lösbar drehfest verbindbar ist.
Antriebsvorrichtung (1) für eine elektrisch angetriebene Achse (5) eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung des Hohlrades (8) des ersten Planetenradsatzes (6) als Schrägverzahnung ausgeführt ist.
Antriebsvorrichtung (1) für eine elektrisch angetriebene Achse (5) eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das außenverzahnt ausgeführte Hohlrad (8) des ersten Planetenradsatzes (6) durch zwei Lager (19, 20), die jeweils axial betrachtet an den Enden des Hohlrades (8) angeordnet sind, am Steg (9) doppelt gelagert ist.
Antriebsvorrichtung (1) für eine elektrisch angetriebene Achse (5) eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2) zwei Gänge aufweist, wobei sich der erste Gang wird bei geschlossenem ersten Schaltelement (14) ergibt und wobei sich der zweite Gang bei geschlossenem zweiten Schaltelement (15) ergibt.
Antriebsvorrichtung (1) für eine elektrisch angetriebene Achse (5) eines Kraftfahrzeugs nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Elektromaschine (EM1, EM2), das Getriebe (2) und das Differential (3) in Reihe quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind, wobei das Getriebe (2) und das Differential konzentrisch zu einer Abtriebswelle (16) des Differentials (3) angeordnet sind, wobei der Steg (9, 13) und das Sonnenrad (10, 11) des ersten und des zweiten Planetenradsatzes (6, 7) hohl ausgeführt sind, so dass die Abtriebswelle (16) des Differentials (3) durch das Getriebe (3) zu einem Rad (4) der elektrisch angetriebenen Achse (5) geführt wird.
Antriebsvorrichtung (1) für eine elektrisch angetriebene Achse (5) eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenn zwei Elektromaschinen (EM1, EM2) vorgesehen sind, diese in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet hintereinander an je einer Seite der Abtriebswelle (16) des Differentials (3) angeordnet sind, wobei deren Längsachsen parallel zur Abtriebswelle (16) des Differentials (3) verlaufen, wobei wenn eine Elektromaschine vorgesehen ist, deren Längsachse parallel zur Abtriebswelle (16) des Differentials (3) verläuft.