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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Elektrofahrzeug (E-Achs-System), welcher ein Drehmoment von einem Elektromotor über ein Differentialgetriebe auf Antriebsräder des Elektrofahrzeugs überträgt, wobei im Drehmomentfluss vom Elektromotor zum Differentialgetriebe ein Hauptplanetengetriebe angeordnet ist, welchem eine Kupplungsvorrichtung vorgelagert ist
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Antriebsstränge für Elektrofahrzeuge (auch E-Achs-Systeme genannt) bekannt. Insbesondere offenbart die
JP 2002-104001 A ein Untersetzungsgetriebe eines Elektrofahrzeugs, welches das Drehmoment von einem Elektromotor über das Untersetzungsgetriebe und ein Differentialgetriebe auf Antriebsräder überträgt. Dabei weist das Untersetzungsgetriebe ein Sonnenrad, an welches das Drehmoment von dem Elektromotor eingegeben wird, einen Doppelplanetenträger mit einem ersten und zweiten Planetenrad, wobei eines der beiden Planetenräder mit dem Sonnenrad in Eingriff steht, einen Planetenträger zur Abstützung des Doppelplanetenträgers und ein zweites Hohlrad, welches mit dem anderen der beiden Planetenräder in Eingriff steht und mit dem Differentialgetriebe verbunden ist, auf. Darüber hinaus kann zwischen dem Elektromotor und dem Untersetzungsgetriebe eine Doppelkupplung angeordnet sein, so dass das Drehmoment von dem Elektromotor wahlweise an ein erstes Sonnenrad oder ein zweites Sonnenrad eingegeben wird. Das erste und das zweite Sonnenrad stehen dabei jeweils mit dem ersten oder dem zweiten Planetenrad in Eingriff.
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Auch offenbart ein anderes Dokument, insbesondere die
US 5 751 081 A ein weiteres Untersetzungsgetriebe eines Antriebsstrangs für ein Elektrofahrzeug. Hierbei wird das Drehmoment eines Elektromotors über das Untersetzungsgetriebe auf ein Differentialgetriebe und Antriebsräder übertragen, ohne die Möglichkeit der wahlweisen Eingabe des Drehmoments an das Untersetzungsgetriebe mittels einer als Doppelkupplung ausgeführten Kupplungsvorrichtung.
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Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass aufgrund der direkten Kopplung des Elektromotors und der Kupplungsvorrichtung bzw. des Untersetzungsgetriebes die an der Kupplungsvorrichtung bzw. dem Untersetzungsgetriebe anliegende Drehzahl zu hoch ist, was zu erhöhten Reibungsverlusten führt und den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs verringert.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll ein Antriebsstrang für ein Elektrofahrzeug bereitgestellt werden, welcher eine Entkopplung der Kupplungsvorrichtung bzw. des Untersetzungsgetriebes und des Elektromotors ermöglicht, ohne den für den Antriebsstrang benötigten Bauraum entscheidend zu vergrößern.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Elektromotor und der Kupplungsvorrichtung ein wenigstens eine Vorplanetenstufe aufweisendes Vorplanetengetriebe angeordnet ist.
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Dies hat den Vorteil, dass ein drehzahloptimierter Betrieb des Elektromotors ermöglicht wird. Zusätzlich kann daher ein kleinerer Elektromotor mit geringerem Ausgangsdrehmoment verwendet werden, was das Gewicht und den benötigten Bauraum verringert.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Bei einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang kann die Kupplungsvorrichtung als Doppelkupplung ausgebildet sein, was den Vorteil hat, dass auf einfache Weise zwei unterschiedliche Drehzahlen modelliert werden können und über den gesamten Antriebsstrang ein breites Übersetzungsverhältnis realisiert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs kann das Vorplanetengetriebe ein Übersetzungsverhältnis i ≤ 2 aufweisen. Die wirkungsgradoptimierte Universaleinsetzbarkeit wird dadurch erheblich gesteigert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können das Hauptplanetengetriebe, die Kupplungsvorrichtung und/oder das Vorplanetengetriebe koaxial zueinander angeordnet sein. Dadurch kann ein Bauraum des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs beschränkt werden und der Antriebsstrang kann an einem Unterboden des Elektrofahrzeugs zwischen den Antriebsrädern angeordnet werden, ohne die Bodenfreiheit einzuschränken.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Vorplanetengetriebe zumindest ein erstes Planetenrad, welches mit einem mit der ersten Motorausgangswelle verbundenen ersten Sonnenrad in Eingriff steht, zumindest ein zweites Planetenrad, welches mit einem mit der zweiten Motorausgangswelle verbundenen zweiten Sonnenrad in Eingriff steht, und einen das zumindest eine erste Planetenrad und das zumindest eine zweite Planetenrad abstützenden Planetenträger aufweisen. Dabei ist von Vorteil, dass in dem Vorplanetengetriebe kein teures Hohlrad notwendig ist und somit die Kosten bei der Herstellung verringert werden können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das Vorplanetengetriebe zumindest ein erstes Planetenrad, welches mit einem mit der ersten Motorausgangswelle verbundenen ersten Sonnenrad in Eingriff steht, und zumindest ein zweites Planetenrad, welches mit einem mit der zweiten Motorausgangswelle verbundenen Sonnenrad und mit einem mit dem Gehäuse verbundenen Hohlrad in Eingriff steht, aufweisen.
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In einer anderen weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das Vorplanetengetriebe zumindest ein erstes Planetenrad, welches mit einem mit der ersten Motorausgangswelle verbundenen ersten Sonnenrad in Eingriff steht, und zumindest ein zweites Planetenrad, welches mit einem mit der zweiten Motorausgangswelle verbundenen Sonnenrad und dem zumindest einem ersten Planetenrad in Eingriff steht, aufweisen. Daher ist weder ein teures Hohlrad noch ein teurer Doppelplanet notwendig, was eine zusätzliche Kostenreduzierung bei der Herstellung ermöglicht.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ein E-Achs-System mit einer Vorplanetenstufe, welche die Drehzahl eines Elektromotors und eines Dreifachplanetengetriebes entkoppelt, und somit die Verwendung eines Elektromotors mit geringerem Drehmoment und eine bessere Ausnutzung des Drehzahlbereichs des Elektromotors ermöglicht.
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In noch anderen Worten ausgedrückt, betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Elektrofahrzeug (E-Achs-System), welcher ein Drehmoment von einem Elektromotor über ein Differentialgetriebe auf Antriebsräder des Elektrofahrzeugs überträgt, mit einem Gehäuse, dem das Drehmoment auf eine erste Motorausgangswelle übertragenden Elektromotor, einer Kupplungsvorrichtung, welche eine zweite Motorausgangswelle wahlweise mit einer ersten Eingangswelle und einer zweiten Eingangswelle eines Untersetzungsgetriebes koppelt, und dem Differentialgetriebe, welches das Drehmoment einer Ausgangswelle des Untersetzungsgetriebes auf mit den Antriebsrädern verbundenen Antriebswellen überträgt, wobei zwischen der ersten Motorausgangswelle und der zweiten Motorausgangswelle eine Vorplanetenstufe angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Aufbau eines Antriebsstrangs für ein Elektrofahrzeug nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 einen schematischen Aufbau eines Antriebsstrangs für das Elektrofahrzeug nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 3 einen schematischen Aufbau eines Antriebsstrangs für das Elektrofahrzeug nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Antriebsstrangs / E-Achs-Systems 1 für ein Elektrofahrzeug 2 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Antriebsstrang 1 überträgt ein Drehmoment von einem Elektromotor 3 über ein Differentialgetriebe 4 auf Antriebsräder 5 (nur ein Antriebsrad in 1 dargestellt) des Elektrofahrzeugs 2, wobei im Drehmomentfluss vom Elektromotor 3 zum Differentialgetriebe 4 ein Hauptplanetengetriebe / Untersetzungsgetriebe 6 angeordnet ist, welchem eine Doppelkupplung 7 vorgelagert ist. Zwischen dem Elektromotor 3 und der Doppelkupplung 7 ein Vorplanetengetriebe 8 angeordnet. Dabei ist die Doppelkupplung 7 ein Beispiel für eine „Kupplungsvorrichtung“.
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Wie in 1 zu erkennen, ist in dem ersten Ausführungsbeispiel eine Ausgangswelle 9 des Elektromotors 3 drehfest mit einem ersten Sonnenrad 10 des Vorplanetengetriebes 8 verbunden. Das erste Sonnenrad 10 steht dabei in Eingriff mit einem ersten Planetenrad 11 des Vorplanetengetriebes 8. Ein zweites Planetenrad 12 des Vorplanetengetriebes 8 steht wiederum in Eingriff mit einem zweiten Sonnenrad 13 des Vorplanetengetriebes 8. Dabei sind das erste Planetenrad 11 und das zweite Planetenrad 12 integral als ein Doppelplanet 14 ausgebildet. Der Doppelplanet 14 ist auf einem Planetenträger 15, welcher drehfest mit einem Gehäuse 16 des Antriebsstrangs 1 aufgenommen ist, abgestützt / gelagert. Das zweite Sonnenrad 13 ist über eine Kupplungseingangswelle 17 drehfest mit der Doppelkupplung 7 verbunden. Eine Anzahl der Zähne des ersten Sonnenrads 10, des ersten Planetenrads 11, des zweiten Planetenrads 12 und des zweiten Sonnenrads 13 ist in dem ersten Ausführungsbeispiel so gewählt, dass sich für das Vorplanetengetriebe 8 ein Übersetzungsverhältnis i kleiner oder gleich zwei ergibt (i ≤ 2).
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Die Doppelkupplung 7 koppelt die Kupplungseingangswelle 17 wahlweise drehfest mit einer ersten Kupplungsausgangswelle 18 oder einer zweiten Kupplungsausgangswelle 19. Die erste Kupplungsausgangswelle 18 ist drehfest mit einem ersten Sonnenrad 20 des Hauptplanetengetriebes 6 verbunden und die zweite Kupplungsausgangswelle 19 ist drehfest mit einem zweiten Sonnenrad 21 des Hauptplanetengetriebes 6 verbunden. Das erste Sonnenrad 20 steht in Eingriff mit einem ersten Planetenrad 22 des Hauptplanetengetriebes 6, wohingegen das zweite Sonnenrad mit einem zweiten Planetenrad 23 des Hauptplanetengetriebes 6 in Eingriff steht. Das erste Planetenrad 22 und das zweite Planetenrad 23 sind integral mit einem dritten Planetenrad 24 auf einem gemeinsamen Dreifachplanet 25 ausgebildet, wobei das dritte Planetenrad 24 mit einem in dem Gehäuse 16 drehfest aufgenommenen Hohlrad 26 in Eingriff steht.
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Der Dreifachplanet 25 ist auf einem Planetenträger 27 abgestützt / gelagert, welcher drehfest mit einer Differentialeingangswelle 28 des Differentialgetriebes 4 verbunden ist. Das Differentialgetriebe 4 ist ein gewöhnliches Planetengetriebe und koppelt die Differentialeingangswelle 28 mit einer Antriebswelle 29, welche mit den Antriebsrädern 5 verbunden ist.
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Wie in 1 zu erkennen, sind der Elektromotor 3, das Vorplanetengetriebe 8, die Doppelkupplung 7, das Hauptplanetengetriebe 6 und das Differentialgetriebe 4 koaxial zu der Antriebswelle 29 angeordnet. Dafür sind die Ausgangswelle 9 des Elektromotors 3, die Kupplungseingangswelle 17 und die beiden Kupplungsausgangswellen 18, 19 als Hohlwellen ausgeführt, so dass der für den Antriebsstrang 1 an dem Elektrofahrzeug 2 notwendige Bauraum minimiert werden kann.
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Mit anderen Worten, das im Betrieb durch den Elektromotor 3 erzeugte Drehmoment wird bei dem Antriebsstrang 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel über die Ausgangswelle 9, das mit der Ausgangswelle 9 verbundene erste Sonnenrad 10, das mit dem ersten Sonnenrad 10 in Eingriff stehende erste Planetenrad 11, das mit dem ersten Planetenrad 11 integral verbundene zweite Planetenrad 12 und das mit dem zweiten Planetenrad 12 in Eingriff stehende zweite Sonnenrad 13 auf die Kupplungseingangswelle 17 übertragen.
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Die Doppelkupplung 7 koppelt, wie vorstehend beschrieben, wahlweise die Kupplungseingangswelle 17 mit der ersten Kupplungsausgangswelle 20 oder der zweiten Kupplungsausgangswelle 21, so dass je nach Schaltzustand der Doppelkupplung 7 das Drehmoment von der Kupplungseingangswelle 17 auf die erste Kupplungsausgangswelle 20 oder die zweite Kupplungsausgangswelle 21 übertragen wird. Die jeweilige Kupplungsausgangswelle 21, 22 überträgt das Drehmoment über das Hauptplanetengetriebe 6 auf die Differentialeingangswelle 28 und schließlich über das Differentialgetriebe 4 auf die Antriebswelle 29 und die Antriebsräder 5.
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2 zeigt einen schematischen Aufbau eines Antriebsstrangs 1 für das Elektrofahrzeug 2 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Bis auf das Vorplanetengetriebe 1 ist der Antriebsstrang 1 dabei ähnlich konzipiert als der Antriebsstrang 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel, weshalb sich bei der nachfolgenden Beschreibung auf das Vorplanetengetriebe 8 fokussiert wird und eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten weggelassen wird.
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Wie vorstehend beschrieben, überträgt die Ausgangswelle 9 des Elektromotors 3 das Drehmoment von dem Elektromotor 3 auf das Vorplanetengetriebe. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein erstes Sonnenrad 10 des Vorplanetengetriebes 8 mit der Ausgangswelle 9 des Elektromotors 3 verbunden und steht in Eingriff mit einem ersten Planetenrad 11 des Vorplanetengetriebes 8. Ein zweites Planetenrad 12 des Vorplanetengetriebes 8 steht in Eingriff mit einem zweiten Sonnenrad 13 des Vorplanetengetriebes 8. Das erste Planetenrad 11 und das zweite Planetenrad 12 sind dabei integral als ein Doppelplanet 14, welcher auf einem Planetenträger 15 abgestützt / gelagert ist, ausgebildet. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Planetenträger 15 in dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht drehfest in dem Gehäuse 16 aufgenommen. Zur Abstützung des Vorplanetengetriebes 8 in dem Gehäuse 16 steht das zweite Planetenrad 12 auf einer dem zweiten Sonnenrad 13 abgewandten radialen Außenseite mit einem Hohlrad 30 in Eingriff, was zusätzlich den Wirkungsgrad des Vorplanetengetriebes 8 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel erhöht. Eine Anzahl der Zähne des ersten Sonnenrads 10, des ersten Planetenrads 11, des zweiten Planetenrads 12 und des zweiten Sonnenrads 13 ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel so gewählt, dass sich für das Vorplanetengetriebe 8 ein Übersetzungsverhältnis i kleiner oder gleich zwei ergibt (i ≤ 2).
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Das zweite Sonnenrad 13 des Vorplanetengetriebes 8 ist drehfest mit der Kupplungseingangswelle 17 verbunden, so dass das von dem Elektromotor 3 an das Vorplanetengetriebe 8 eingegebene Drehmoment über die Kupplungseingangswelle 17 auf die Doppelkupplung 7 übertragen wird und im Anschluss daran, wie vorstehend beschrieben, in Abhängigkeit des Schaltzustands der Doppelkupplung 7 auf eine der beiden Kupplungsausgangswellen 18, 19, das Hauptplanetengetriebe 6, das Differentialgetriebe 4 und die Antriebsräder 5 übertragen wird.
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3 zeigt einen schematischen Aufbau eines Antriebsstrangs 1 für das Elektrofahrzeug 2 nach einem dritten Ausführungsbeispiel. Bis auf das Vorplanetengetriebe 8 ist der Antriebsstrang 1 dabei ähnlich konzipiert als der Antriebsstrang 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel und der Antriebsstrang 1 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, weshalb sich bei der nachfolgenden Beschreibung auf das Vorplanetengetriebe 8 fokussiert wird und eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten weggelassen wird.
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Wie vorstehend beschrieben, überträgt die Ausgangswelle 9 des Elektromotors 3 das Drehmoment von dem Elektromotor 3 auf das Vorplanetengetriebe. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist ein erstes Sonnenrad 10 des Vorplanetengetriebes 8 mit der Ausgangswelle 9 des Elektromotors 3 verbunden und steht in Eingriff mit einem ersten Planetenrad 11 des Vorplanetengetriebes 8. Ein zweites Planetenrad 12 des Vorplanetengetriebes 8 steht in Eingriff mit einem zweiten Sonnenrad 13 des Vorplanetengetriebes 8. Im Gegensatz zu dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel steht das erste Planetenrad 11 mit dem zweiten Planetenrad 12 in Eingriff, wobei das zweite Planetenrad 12 auf einer radialen Außenseite des ersten Planetenrads 11 angeordnet ist. Das erste Planetenrad 11 ist auf einem ersten Planetenträger 31 abgestützt / gelagert und das zweite Planetenrad 12 ist auf einem zweiten Planetenträger 32 abgestützt /gelagert. Der erste Planetenträger 31 und der zweite Planetenträger 32 sind dabei jeweils drehfest in dem Gehäuse 16 aufgenommen. Eine Anzahl der Zähne des ersten Sonnenrads 10, des ersten Planetenrads 11, des zweiten Planetenrads 12 und des zweiten Sonnenrads 13 ist in dem dritten Ausführungsbeispiel so gewählt, dass sich für das Vorplanetengetriebe 8 ein Übersetzungsverhältnis i kleiner oder gleich zwei ergibt (i ≤ 2).
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Das zweite Sonnenrad 13 des Vorplanetengetriebes 8 ist drehfest mit der Kupplungseingangswelle 17 verbunden, so dass das von dem Elektromotor 3 an das Vorplanetengetriebe 8 eingegebene Drehmoment über die Kupplungseingangswelle 17 auf die Doppelkupplung 7 übertragen wird und im Anschluss daran, wie vorstehend beschrieben, in Abhängigkeit des Schaltzustands der Doppelkupplung 7 auf eine der beiden Kupplungsausgangswellen 18, 19, das Hauptplanetengetriebe 6, das Differentialgetriebe 4 und die Antriebsräder 5 übertragen wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben, ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann modifiziert und verändert werden, ohne von dem Kern der Erfindung abzuweichen.
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde als Differentialgetriebe 4 ein weiteres Planetengetriebe verwendet. Jedoch kann alternativ auch ein Kegelradgetriebe verwendet werden, um das Drehmoment auf die Antriebswelle zu übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang / E-Achs-System
- 2
- Elektrofahrzeug
- 3
- Elektromotor
- 4
- Differentialgetriebe
- 5
- Antriebsrad
- 6
- Hauptplanetengetriebe / Untersetzungsgetriebe
- 7
- Doppelkupplung
- 8
- Vorplanetengetriebe
- 9
- Ausgangswelle des Elektromotors
- 10
- erstes Sonnenrad des Vorplanetengetriebes
- 11
- erstes Planetenrad des Vorplanetengetriebes
- 12
- zweites Planetenrad des Vorplanetengetriebes
- 13
- zweites Sonnenrad des Vorplanetengetriebes
- 14
- Doppelplanet
- 15
- Planetenträger des Doppelplaneten
- 16
- Gehäuse
- 17
- Kupplungseingangswelle
- 18
- erste Kupplungsausgangswelle
- 19
- zweite Kupplungsausgangswelle
- 20
- erstes Sonnenrad des Hauptplanetengetriebes
- 21
- zweites Sonnenrad des Hauptplanetengetriebes
- 22
- erstes Planetenrad des Hauptplanetengetriebes
- 23
- zweites Planetenrad des Hauptplanetengetriebes
- 24
- drittes Planetenrad des Hauptplanetengetriebes
- 25
- Dreifachplanet
- 26
- Hohlrad des Hauptplanetengetriebes
- 27
- Planetenträger des Dreifachplaneten
- 28
- Differentialeingangswelle
- 29
- Antriebswelle
- 30
- Hohlrad des Vorplanetengetriebes
- 31
- erster Planetenträger des Vorplanetengetriebes
- 32
- zweiter Planetenträger des Vorplanetengetriebes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2002104001 A [0002]
- US 5751081 A [0003]
