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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb mit einem elektrischen Antriebsmotor, einem Planetengetriebe sowie ein Differenzial gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Bei elektrischen Antriebsachsen sind Untersetzungsgetriebe, insbesondere Planetengetriebe bekannt, welche eine vergleichsweise hohe Drehzahl eines elektrischen Antriebsmotors in eine geringere Drehzahl zum Antrieb einer Antriebsachse eines Kraftfahrzeuges reduzieren und gleichzeitig das Drehmoment entsprechend erhöhen. Dabei umfasst die elektrische Antriebsachse einen elektrischen Antriebsmotor, ein Untersetzungsgetriebe und ein Differenzial, um das Antriebsmoment des elektrischen Antriebsmotors auf die angetriebenen Räder der Antriebsachse zu verteilen.
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Aus der
DE 10 2010 054 544 A1 ist ein Übersetzungs- und Ausgleichsgetriebe mit einer Eingangswelle und zwei koaxial zu der Eingangswelle angeordneten Ausgangswellen bekannt. Das Getriebe umfasst ein Gehäuse, in dem ein wenigstens eine Planetenstufe umfassender Übersetzungsabschnitt und ein als Stirnraddifferenzial ausgebildeter Ausgleichsabschnitt angeordnet sind. Der Übersetzungsabschnitt weist zwei Planetenstufen auf. Dabei ist die erste Stufe als eine Eingangsstufe ausgeführt, deren Sonnenrad mit einer Eingangswelle des Übersetzungsgetriebes verbunden ist. Die zweite Stufe ist als Laststufe ausgeführt, welche ein drehfest mit dem Gehäuse verbundenes Hohlrad aufweist. Das Ausgleichsgetriebe ist als Stirnraddifferenzial ausgeführt.
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Aus der
DE 10 2017 108 001 A1 ist eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsmaschine, einem Übersetzungsgetriebe und einem Differenzial bekannt. Dabei ist das Differenzial dazu vorgesehen, eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine auf eine erste und eine zweite Abtriebswelle zu verteilen. Ferner ist eine Kupplung zwischen der Antriebsmaschine und dem Übersetzungsgetriebe angeordnet, um das Übersetzungsgetriebe von der Antriebsmaschine entkoppeln zu können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen mehrgängigen, elektrischen Achsantrieb vorzuschlagen, welcher ein hohes Übersetzungsverhältnis aufweist und mit vergleichsweise geringem Bauraum auskommt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen elektrischen Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor, welcher über eine erste Eingangswelle und eine zweite Eingangswelle mit einem Planetengetriebe verbunden ist, gelöst. Dabei sind die erste Eingangswelle mit einem ersten Sonnenrad und die zweite Eingangswelle mit einem zweiten Sonnenrad verbunden, wobei das erste Sonnenrad mit einer ersten Planetenstufe und das zweite Sonnenrad mit einer weiteren Planetenstufe eines gestuften Planetenträgers in Eingriff stehen. Das Planentengetriebe umfasst ein erstes Hohlrad, welches drehfest in einem Gehäuse des Planetengetriebes fixiert ist. Der elektrische Achsantrieb umfasst ferner ein Differenzial, welches dem Planetengetriebe nachgeschaltet ist und das Antriebsmoment des elektrischen Antriebsmotors auf eine erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle verteilt. Es ist vorgesehen, dass der Abtrieb aus dem Planentengetriebe über eine Abtriebsstufe des gestuften Planetenrades erfolgt, welches ein zweites Hohlrad antreibt, welches seinerseits ein Antriebsmoment auf einen Eingang des Differenzials überträgt. Ein solches Planetengetriebe mit einem feststehenden Hohlrad und einem Abtriebshohlrad wird auch als Wolfromgetriebe bezeichnet. Durch ein solches Getriebe können bei geringem Bauraumbedarf und hohem Übersetzungsverhältnis zwei schaltbare Gänge dargestellt werden. Dadurch kann die Drehzahl des elektrischen Antriebsmotors reduziert werden, was die Dauerhaltbarkeit des elektrischen Antriebsmotors erhöht. Ferner kann durch die reduzierte Drehzahl die Reibung verringert werden, was die Effizienz des elektrischen Achsantriebs erhöht. Zudem können die Verluste verringert werden, da der elektrische Antriebsmotor nicht so oft in einem Feldschwächebereich betrieben werden muss. Durch eine Reduzierung der Taktfrequenz können zudem die Verluste in einem Umrichter zur Erzeugung der elektrischen Spannung zum Betrieb des elektrischen Antriebsmotors minimiert werden. Zudem können einfachere und günstigere Bauteile in der Leistungselektronik verwendet werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen elektrischen Achsantriebs möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Eingangswellen als Hohlwellen ausgeführt sind und koaxial zueinander und koaxial zu den Abtriebswellen des Differenzials angeordnet sind. Dadurch ist eine besonders kompakte Bauweise des elektrischen Achsantriebs möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und den Eingangswellen des Planetengetriebes eine schaltbare Kupplung angeordnet ist. Durch eine schaltbare Kupplung kann der elektrische Antriebsmotor von dem Planetengetriebe getrennt werden, wodurch die Schleppverluste minimiert werden können. Zudem kann die mechanische und thermische Belastung auf die Komponenten des elektrischen Antriebsmotors gesenkt werden, wenn dieser von den angetriebenen Rädern entkoppelt ist.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die schaltbare Kupplung als Doppelkupplung ausgeführt ist. Durch eine Doppelkupplung ist ein besonders einfaches und schnelles Umschalten zwischen zwei Gängen des Planetengetriebes möglich. Zudem kann der Schaltvorgang ohne Zugkraftunterbrechung erfolgen, wodurch Schaltschläge im Antriebsstrang vermieden werden und der Fahrkomfort des Kraftfahrzeuges erhöht werden kann. Besonders bevorzugt ist eine nass laufende Doppelkupplung ausgeführt ist. Durch eine nasslaufende Lammellenkupplung können im Vergleich zu einer trocken laufenden Einscheibenkupplung höhere Drehmomente übertragen werden. Zudem kann die Wärme leichter abgeführt werden, was die Dauerhaltbarkeit der Doppelkupplung erhöht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in einer ersten Schaltstellung der schaltbaren Kupplung das Antriebsmoment des elektrischen Antriebsmotors über die erste Eingangswelle und das erste Sonnenrad, und in einer zweiten Schaltstellung der schaltbaren Kupplung über die zweite Eingangswelle und das zweite Sonnenrad in das Planetengetriebe eingeleitet wird. Dadurch können auf einfache Art und Weise zwei schaltbare Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen dargestellt werden. Bei beiden Schaltstellungen erfolgt der Abtrieb jeweils über die Abtriebsstufe des gestuften Planetenrads und das zweite Hohlrad, so dass sich die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse aus der Größe der Sonnenräder und den mit den Sonnenrädern in Eingriff stehenden Stufen des Planetenrads ergeben.
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Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Planetengetriebe eine dritte Eingangswelle aufweist, welche mit der schaltbaren Kupplung verbunden ist, wobei ein Antrieb des Planetengetriebes in einer ersten Schaltstellung der schaltbaren Kupplung über die erste Eingangswelle und das erste Sonnenrad, in einer zweiten Schaltstellung über die zweite Eingangswelle und das zweite Sonnenrad und in einer dritten Schaltstellung über die dritte Eingangswelle und das dritte Sonnenrad erfolgt. Dadurch kann in kompakter Bauweise ein leistungsstarkes Getriebe mit einem hohen Übersetzungsverhältnis und drei schaltbaren Gängen realisiert werden. Dabei weisen die drei Planetenradstufen des gestuften Planetenrads unterschiedliche Durchmesser auf. Durch die Anordnung des dritten Sonnenrads in der Abtriebsverzahnungsebene kann die axiale Baulänge beibehalten werden, sodass der zusätzliche Gang ohne einen erhöhten Bauraumbedarf realisiert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe mindestens zwei unterschiedliche Verzahnungsebenen aufweist, wobei in einer ersten Verzahnungsebene ein Antriebsmoment von einem der Sonnenräder auf das gestufte Planetenrad und in einer Abtriebsebene von einer Abtriebsstufe des gestuften Planetenrads auf das zweite Hohlrad übertragen wird. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine axiale Abstützung des Drehmoments durch das fest im Gehäuse fixierte erste Hohlrad erfolgen, wodurch die Steifigkeit des Planetengetriebes erhöht werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des elektrischen Achsantriebs weist das erste Hohlrad einen größeren Innendurchmesser als das zweite Hohlrad auf. Dadurch kann das drehbare zweite Hohlrad auf einfache Art und Weise in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem ersten Hohlrad angeordnet und darin drehbar gelagert werden. Dies erleichtert zudem die Montage des Planetengetriebes, da die Anzahl an Bauteilen reduziert werden kann und insbesondere das Gehäuse des Planetengetriebes vergleichsweise einfach gestaltet werden kann.
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In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des elektrischen Achsantriebs ist vorgesehen, dass die schaltbare Kupplung einen hydraulischen Betätigungsmechanismus aufweist. Durch einen hydraulischen Betätigungsmechanismus ist eine einfache und funktionssichere Betätigung der schaltbaren Kupplung möglich. Dabei kann der Betätigungsmechanismus eine smarte Hydraulik mi einer elektrischen Hydraulikpumpe und entsprechenden Steuerventilen aufweisen, um eine automatisierte Betätigung der schaltbaren Kupplung zu ermöglichen.
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Um eine besonders leichte und kompakte Bauweise des elektrischen Achsantriebs zu realisieren, ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Differenzial als Stirnraddifferenzial ausgeführt ist. Durch ein Stirnraddifferenzial kann im Vergleich zu einem Kegelraddifferenzial Bauraum und Gewicht eingespart werden, wodurch sich der Bauraumbedarf und das Gewicht des elektrischen Achsantriebs minimieren lassen.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Achsantriebs mit einem elektrischen Antriebsmotor, einem Planetenradgetriebe sowie einem Differenzial;
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Achsantriebs mit einem elektrischen Antriebsmotor, einem Planetengetriebe sowie einem Differenzial;
- 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel für einen elektrischen Achsantrieb mit einem elektrischen Antriebsmotor, einer Kupplung, einem Planetengetriebe sowie einem Differenzial; und
- 4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Achsantriebs für ein Kraftfahrzeug.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Achsantriebs 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Der elektrische Achsantrieb 1 umfasst einen elektrischen Antriebsmotor 2, eine Kupplung 3, ein Planetengetriebe 20 sowie ein dem Planetengetriebe 20 nachgeschaltetes Differenzial 17. Der elektrische Antriebsmotor 2 ist über eine schaltbare Kupplung 3, vorzugsweise über Doppelkupplung, insbesondere eine nasslaufende Doppelkupplung mit einer ersten Eingangswelle 4 oder einer zweiten Eingangswelle 5 des Planetengetriebes 20 verbindbar. Die erste Eingangswelle 4 und die zweite Eingangswelle 5 sind dabei koaxial zueinander angeordnet. Dabei ist die erste Eingangswelle 4 drehfest mit einem ersten Sonnenrad 7 verbunden, welches in einer ersten Verzahnungsebene I mit einer ersten Planetenstufe 11 eines gestuften Planetenrades 10 in Eingriff steht. Die erste Planentenstufe 11 steht in der ersten Verzahnungsebene I zudem mit einem ersten Hohlrad 14 in Eingriff, welches drehfest mit einem Gehäuse 16 des Planetengetriebes 20 verbunden ist. Die zweite Eingangswelle 5 ist drehfest mit einem zweiten Sonnenrad 8 verbunden, welches in einer zweiten Verzahnungsebene III mit einer Abtriebsstufe 13 des gestuften Planetenrades 10 in Eingriff steht. Die Abtriebsstufe 13 treibt in der zweiten Verzahnungsebene ein zweites Hohlrad 15 an, welches mit einem Differenzial 17 verbunden ist. Das Differenzial 17 überträgt das Antriebsmoment des elektrischen Antriebsmotors 2 auf eine ersten Abtriebswelle 18 und einer zweite Abtriebswelle 19, welche jeweils mit einem angetriebenen Rad eines Kraftfahrzeuges in Verbindung stehen.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Achsantriebes 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Der elektrische Achsantrieb 1 umfasst einen elektrischen Antriebsmotor 2, eine Kupplung 3, ein Planetengetriebe 20 sowie ein dem Planetengetriebe 20 nachgeschaltetes Differenzial 17. Der elektrische Antriebsmotor 2 ist über eine schaltbare Kupplung 3, vorzugsweise eine Doppelkupplung mit einer ersten Eingangswelle 4 oder einer zweiten Eingangswelle 5 des Planetengetriebes 20 verbindbar. Die erste Eingangswelle 4 und die zweite Eingangswelle 5 sind koaxial zueinander angeordnet. Dabei ist die erste Eingangswelle 4 drehfest mit einem ersten Sonnenrad 7 verbunden, welches in einer ersten Verzahnungsebene I mit einer ersten Planetenstufe 11 eines gestuften Planetenrades 10 in Eingriff steht. Die zweite Eingangswelle 5 ist drehfest mit einem zweiten Sonnenrad 8 verbunden, welches in einer zweiten Verzahnungsebenen II mit einer zweiten Planetenradstufe 12 des gestuften Planetenrads 10 in Eingriff steht. Die zweiten Planetenradstufe 12 steht in der zweiten Verzahnungsebene ferner mit einem ersten Hohlrad 14 in Eingriff, welches drehfest in einem Gehäuse 16 des Planetengetriebes 20 fixiert ist. Das gestufte Planetenrad 10 weist eine dritte Planetenradstufe 13 auf, welche auch als Abtriebsstufe 13 bezeichnet wird, welche in einer dritten Verzahnungsebene III mit einem zweiten Hohlrad 15 in Eingriff steht und dieses zweite Hohlrad 15 antreibt. Das zweite Hohlrad ist mit einem Differenzial 17 verbunden, wobei das Differenzial das Antriebsmoment des elektrischen Antriebsmotors 2 auf eine erste Abtriebswelle 18 und eine zweite Abtriebswelle 19 überträgt, welche jeweils mit einem angetriebenen Rad eines Kraftfahrzeuges in Verbindung stehen.
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In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Achsantriebs 1 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleicher Ausführung wie zu 2 beschrieben ist in diesem Ausführungsbeispiel das erste Hohlrad 14, welches drehfest in einem Gehäuse 16 des Planetengetriebes 20 fixiert ist, in der ersten Verzahnungsebene I angeordnet und steht mit der ersten Planetenstufe 11 des gestuften Planetenrads 10 in Eingriff. Der Antrieb erfolgt wiederum über die Sonnenräder 4, 5 in der ersten Verzahnungsebene I oder in der zweiten Verzahnungsebene II, während der Abtrieb über die Abtriebsstufe 13 des gestuften Planetenrads 10 und das zweite Hohlrad 15 in der dritten Verzahnungsebene erfolgt.
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In 4 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Achsantriebs 1 dargestellt. Der elektrische Achsantrieb 1 umfasst einen elektrischen Antriebsmotor 2, eine Kupplung 3, ein Planetengetriebe 20 sowie ein dem Planetengetriebe 20 nachgeschaltetes Differenzial 17. Der elektrische Antriebsmotor 2 ist über eine schaltbare Kupplung 3 mit einer ersten Eingangswelle 4, einer zweiten Eingangswelle 5 oder einer dritten Eingangswelle 6 des Planetengetriebes 20 verbindbar. Dabei sind die ersten Eingangswelle 4, die zweite Eingangswelle 5 und die dritte Eingangswelle 6 koaxial zueinander angeordnet. Dabei steht ein drehfest mit der ersten Eingangswelle 4 des Planetengetriebes 20 verbundenes erstes Sonnenrad 7 in einer ersten Verzahnungsebene I mit einer ersten Planetenstufe 11 eines gestuften Planetenrades 10 in Eingriff. In einer zweiten Verzahnungsebene II steht ein mit der zweiten Eingangswelle 5 verbundenes zweites Sonnenrad 8 mit einer zweiten Planetenstufe 12 des gestuften Planetenrads 10 in Eingriff. Ferner ist in der zweiten Verzahnungsebenen ein erstes Hohlrad 14 angeordnet, welches drehfest mit dem Gehäuse 16 des Planetengetriebes 20 verbunden ist und das gestufte Planetenrad 10 in radialer Richtung abstützt. In einer dritten Verzahnungsebene III steht ein mit der dritten Eingangswelle 6 verbundenes drittes Sonnenrad 9 mit einer Abtriebsstufe 13 des gestuften Planetenrads 10 in Eingriff. Die Abtriebsstufe 13 treibt ein zweites Hohlrad 15 an, welches ebenfalls in der dritten Verzahnungsebene III angeordnet ist und ein Antriebsmoment des elektrischen Antriebsmotors 2 auf ein Differenzial 17 überträgt.
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In allen Ausführungsbeispielen sind die Abtriebswellen 18, 19 des Differenzials 17 koaxial zu den Eingangswellen 4, 5, 6 des Planetengetriebes 20 angeordnet. Ferner sind die Eingangswellen 4, 5, 6 als Hohlwellen ausgeführt und koaxial zueinander angeordnet. Durch die schaltbare Kupplung 3 zwischen dem elektrischen Antriebsmotor 2 und dem Planetengetriebe 20 können zwei oder drei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse gewählt werden, wodurch durch den Abtrieb über das zweite Hohlrad 15 ein hohes Übersetzungsverhältnis in Richtung niedrigere Drehzahl und höheres Drehmoment erreicht werden können. Somit kann eine hohe Drehzahl des elektrischen Antriebsmotors 2 in eine vergleichsweise geringe Eingangsdrehzahl für Differenzial 17 erreicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrischer Achsantrieb
- 2
- Elektrischer Antriebsmotor
- 3
- Kupplung
- 4
- Erste Eingangswelle
- 5
- Zweite Eingangswelle
- 6
- Dritte Eingangswelle
- 7
- Erstes Sonnenrad
- 8
- Zweites Sonnenrad
- 9
- Drittes Sonnenrad
- 10
- Gestuftes Planetenrad
- 11
- Erste Planetenradstufe
- 12
- Zweite Planetenradstufe
- 13
- Abtriebsstufe
- 14
- Erstes Hohlrad
- 15
- Zweites Hohlrad
- 16
- Gehäuse
- 17
- Differenzial
- 18
- Erste Abtriebswelle
- 19
- Zweite Abtriebswelle
- 20
- Planetengetriebe
- I
- erste Verzahnungsebene
- II
- zweite Verzahnungsebenen
- III
- dritte Verzahnungsebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010054544 A1 [0003]
- DE 102017108001 A1 [0004]
