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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung mindestens eine erste und zweite Planetenradstufe sowie eine Differentialstufe aufweist, wobei die erste Planetenradstufe einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern aufweist, wobei die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes drehbar an einem ersten Planetenradträger angeordnet sind und mit einem ersten Sonnenrad sowie mit einem ersten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei die zweite Planetenradstufe einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern aufweist, wobei die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes drehbar an einem zweiten Planetenradträger angeordnet sind und mit einem zweiten Sonnenrad sowie mit einem zweiten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei die erste und die zweite Planetenradstufe mit einer Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten lastschaltbaren Kupplung wirkverbunden sind.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Antriebsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge bekannt. Beispielsweise zeigt
DE 10 2011 088 668 A1 eine Antriebsvorrichtung mit wenigstens einer elektrischen Antriebsmaschine, mit wenigstens einem ersten Planetentrieb mit einer Schaltkupplung und mit einem Differenzial hervor. Eine Rotorwelle der Antriebsmaschine ist mit einer ersten Anschlusswelle des aus wenigstens drei Anschlusswellen gebildeten Planetentriebs drehfest gekoppelt. Eine zweite Anschlusswelle des ersten Planetentriebs ist mittels einer Schaltmuffe der Schaltkupplung gegen ein Bauteil der Antriebsvorrichtung rotationsfest festlegbar. Eine dritte Anschlusswelle des ersten Planetentriebs ist mit einer Summenwelle des Differenzials wirkverbunden. Die Schaltmuffe ist in formschlüssigen Eingriff entweder mit der zweiten Anschlusswelle des ersten Planetentriebs oder in eine drehmomentenübertragende Wirkverbindung mit der Summenwelle des Differenzials verschiebbar.
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Des Weiteren zeigt auch die
DE 10 2013 225 519 A1 ein Planetengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer ein Sonnenrad bildenden Eingangswelle, mit einem Planetenradträger, der einen ersten Satz von Planetenrädern und einen zweiten Satz von Planetenrädern trägt, mit einem ersten Hohlrad, das dem ersten Satz von Planetenrädern zugeordnet ist, mit einem zweiten Hohlrad, das dem zweiten Satz von Planetenrädern zugeordnet ist, mit einem ersten Feststellmittel, mittels dessen das erste Hohlrad feststellbar ist, und mit einem zweiten Feststellmittel, mittels dessen das zweite Hohlrad feststellbar ist.
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Ein weiteres Beispiel einer Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge ist in der
DE 10 2013 220 068 A1 offenbart. Insbesondere ist darin eine Getriebevorrichtung mit einem CVT-Getriebe und mit einem Differenzial gezeigt, wobei das CVT-Getriebe eine CVT-Getriebestufe mit variabler Übersetzung zwischen einer Leistungseingangswelle und einer Leistungsausgangswelle aufweist und wobei die Leistungsausgangswelle und eine Eingangswelle des Differenzials miteinander gekoppelt sind und das Differenzial mit wenigstens eine ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle versehen ist.
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Die
WO 2019/ 098 218 A1 zeigt ein Fahrzeugantriebssteuersystem, welches einen Elektromotor, einen Differentialmechanismus, der an Räder angetrieben ist, und einen Planetengetriebemechanismus, der in einem Kraftübertragungsweg zwischen dem Elektromotor und den Differentialmechanismus eingebunden ist, umfasst.
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Die
DE 10 2019 107 517 B3 zeigt eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung mindestens eine erste und zweite Planetenradstufe sowie eine Differentialstufe aufweist, wobei die erste Planetenradstufe einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern aufweist, wobei die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes drehbar an einem ersten Planetenradträger angeordnet sind und mit einem ersten Sonnenrad sowie mit einem ersten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei die zweite Planetenradstufe einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern aufweist, wobei die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes drehbar an einem zweiten Planetenradträger angeordnet sind und mit einem zweiten Sonnenrad sowie mit einem zweiten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad miteinander drehfest verbunden sind und die Antriebswelle mit den beiden Sonnenrädern wirkverbunden ist, wobei das erste und das zweite Hohlrad miteinander drehfest verbunden sind und wobei der zweite Planetenradträger mit der Differentialstufe wirkverbunden ist, wobei die erste und die zweite Planetenradstufe mit einer Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten lastschaltbaren Kupplung wirkverbunden sind, wobei der erste Planetenradträger über die erste Kupplung mit dem Gehäuse drehfest verbindbar ist, und die beiden Hohlräder über die zweite Kupplung mit dem Gehäuse drehfest verbindbar sind.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug weiterzuentwickeln, wobei der Fokus auf einer möglichst einfachen Getriebestruktur mit vielen Gleichteilen und passender Übersetzungsaufteilung bzw. Spreizung liegt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist.
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Die Getriebevorrichtung weist mindestens eine erste und zweite Planetenradstufe sowie eine Differentialstufe auf, wobei die erste Planetenradstufe einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern aufweist, wobei die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes drehbar an einem ersten Planetenradträger angeordnet sind und mit einem ersten Sonnenrad sowie mit einem ersten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei die zweite Planetenradstufe einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern aufweist, wobei die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes drehbar an einem zweiten Planetenradträger angeordnet sind und mit einem zweiten Sonnenrad sowie mit einem zweiten Hohlradrad im Zahneingriff stehen, und wobei die erste und die zweite Planetenradstufe mit einer Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten lastschaltbaren Kupplung wirkverbunden sind.
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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 bzw. kämmende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem Zahnrad sind beispielsweise ein Sonnenrad, ein Hohlrad sowie ein Planetenrad eines Planetenradsatzes zu verstehen.
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Unter einer Doppelkupplungsvorrichtung ist eine Vorrichtung mit zwei lastschaltbaren Kupplungen zu verstehen. Ferner ist unter dem Begriff „lastschaltbare Kupplung“ 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.
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Erfindungsgemäß kann der erste Planetenradträger drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden sein.
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Erfindungsgemäß ist der erste Planetenradträger und das zweite Sonnenrad mit der Differentialstufe wirkverbunden.
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Erfindungsgemäß ist das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad zum Bilden eines gemeinsamen Hohlrads starr miteinander verbunden.
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Erfindungsgemäß ist das erste Sonnenrad drehfest mit der Antriebswelle verbunden.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung kann das erste Hohlrad drehfest mit dem zweiten Planetenradträger verbunden sein.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Insbesondere können das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad bzw. das gemeinsame Hohlrad dabei dieselbe Verzahnung aufweisen. Wenn das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad das gemeinsame Hohlrad ausbilden, kann erfindungsgemäß das gemeinsame Hohlrad über die zweite Kupplung ortsfest an dem Gehäuse festgelegt werden.
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Des Weiteren kann eine vorteilhafte Ausführungsform zudem dadurch gekennzeichnet sein, dass im Drehmomentfluss zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der Differentialstufe ein zusätzliches Reduziergetriebe angeordnet ist. Dabei kann das Reduziergetriebe eingangsseitig zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der ersten Planetenradstufe oder ausgangsseitig zwischen der zweiten Planetenradstufe und der Differentialstufe angeordnet sein. Das zusätzliche Reduziergetriebe erhöht die Spreizung der Getriebevorrichtung und kann beispielsweise als Stirnradstufe oder als weitere Planetenradstufe ausgeführt sein.
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Die erste und zweite Kupplung der Doppelkupplungsvorrichtung können vorzugsweise als Reibkupplung ausgebildet sein. Ferner können die beiden Kupplungen bevorzugt koaxial zueinander angeordnet sein. Insbesondere kann die jeweilige Kupplung von einem jeweiligen Aktuator betätigt werden, um ein Öffnen oder Schließen der jeweiligen Kupplung einzuleiten. Der Aktuator kann hydraulisch, elektromechanisch, elektromagnetisch oder beispielsweise auch pneumatisch betätigbar ausgeführt sein.
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Dabei ist es zweckmäßig, wenn ein Öffnen beider Kupplungen zugleich eine Leistungsabschaltung realisieren kann. Ein Schließen der ersten Kupplung und ein Öffnen der zweiten Kupplung kann eine erste Getriebeübersetzung realisieren, wohingegen ein Schließen der zweiten Kupplung und ein Öffnen der ersten Kupplung eine zweite Getriebeübersetzung realisieren kann. Um einen weitestgehend zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgang von der einen Kupplung zur anderen Kupplung zu gewährleisten, kann die eine Kupplung in einem zeitlichen Übergangsbereich, während sich die andere schließt, öffnen. Über den Schlupf in den Kupplungen, ausgebildet als Reibkupplungen, kann so eine drehmomentunterbrechungsfreie Umschaltung zwischen zwei Getriebestufen stattfinden, welche als zugkraftunterbrechungsfreier Umschaltmodus zwischen zwei Getriebestufen vom Betreiber der Antriebsvorrichtung wahrgenommen werden kann, wodurch wiederum der Schaltkomfort für den Betreiber der Antriebvorrichtung gesteigert wird. Vorzugsweise ist die erste Getriebeübersetzung ungleich der zweiten Getriebeübersetzung. Beispielsweise kann die erste Getriebeübersetzung größer als die zweite Getriebeübersetzung sein. Alternativ kann die erste Getriebeübersetzung kleiner als die zweite Getriebeübersetzung sein.
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Ferner weist die elektrische Antriebsmaschine bevorzugt einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Die Antriebswelle kann als Rotorwelle ausgebildet sein oder es besteht ein Achsversatz zwischen der Antriebs- und der Rotorwelle, wobei eine Drehmomentübertragungsvorrichtung (Getriebe) zwischen beiden Wellen angeordnet ist.
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Ferner ist die Differentialstufe bevorzugt als Stirnraddifferential ausgebildet, wobei die Differentialstufe dazu vorgesehen ist, eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine auf eine erste und zweite Abtriebswelle zu verteilen.
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Die Antriebsmaschine kann koaxial oder achsparallel zur Differentialstufe angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Antriebswelle koaxial zu den beiden Abtriebswellen angeordnet. Insbesondere ist die Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet, wobei wenigstens eine der beiden Abtriebswellen axial durch die Antriebswelle geführt ist. Vorzugsweise sind die beiden Abtriebswellen auf einer gemeinsamen Antriebsachse angeordnet. Alternativ ist die Antriebwelle achsparallel zu den beiden Abtriebswellen angeordnet, wobei achsparallel bedeutet, dass ein Achsversatz zwischen Antriebswelle und Abtriebswellen vorhanden ist.
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Mit anderen Worten, betrifft die Erfindung ein achsparalleles Zwei-Gang-Getriebe für elektrische Achsen mit mittig eingebautem Schaltelement (Doppelkupplungsvorrichtung). Auf der Suche nach Getrieben für zwei Gänge mit vorteilhafter Übersetzungsaufteilung in achsparalleler Anordnung soll eine möglichst einfache Getriebestruktur mit vielen Gleichteilen und passender Übersetzungsaufteilung bzw. Spreizung durch eine Kombination zweier Planetenradstufen mit einer Stirnradstufe und einem als Doppelkupplung oder Synchroeinheit ausgestalteten Schaltelement bereitgestellt werden, wobei das Schaltelement für moderate Drehzahlen und Drehmomente mittig im Leistungsfluss angeordnet ist. Ein erstes Beispiel umfasst dabei ein gemeinsames Hohlrad, wobei die feste Welle wahlweise das Hohlrad oder der Planetenradträger der zweiten Planetenradstufe ist. Durch eine geringfügig andere Grundstruktur der Planetenradsätze kann das Beispiel erfindungsgemäß modifiziert werden.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Die Figuren zeigen jeweils eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus erfindungsgemäßer Antriebsvorrichtungen. Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in achsparalleler Bauweise,
- 2 eine erste Modifikation der Antriebsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in koaxialer Bauweise,
- 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in achsparalleler Bauweise, und
- 4 eine erste Modifikation der Antriebsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform in koaxialer Bauweise.
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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 Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 in achsparalleler Bauweise.
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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug weist eine - hier nicht dargestellte - elektrische Antriebsmaschine und eine Getriebevorrichtung 3 auf. Die elektrische Antriebsmaschine weist einen Stator sowie einen Rotor auf. Eine Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschine wird über eine Antriebswelle 2, die zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der Getriebevorrichtung 3 angeordnet und als Rotorwelle ausgebildet ist, in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet.
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Die Getriebevorrichtung 3 umfasst eine erste und zweite Planetenradstufe 4, 5 sowie eine Differentialstufe 6. Die erste Planetenradstufe 4 weist einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern 7a auf, welche drehbar an einem ersten Planetenradträger 8a angeordnet sind und mit einem ersten Sonnenrad 9a sowie mit einem ersten Hohlrad 10a im Zahneingriff stehen. Mithin kämmen die Planetenräder 7a des ersten Planetenradsatzes radial zwischen dem ersten Sonnenrad 9a und dem ersten Hohlrad 10a. Die zweite Planetenradstufe 5 weist einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern 7b auf, welche drehbar an einem zweiten Planetenradträger 8b angeordnet sind und mit einem zweiten Sonnenrad 9b sowie mit einem zweiten Hohlrad 10b im Zahneingriff stehen. Mithin kämmen die Planetenräder 7b des zweiten Planetenradsatzes radial zwischen dem zweiten Sonnenrad 9b und dem zweiten Hohlrad 10b.
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Des Weiteren ist eine Doppelkupplungsvorrichtung 11 mit einer ersten Kupplung 12a und einer zweiten Kupplung 12b vorgesehen. Ein Schließen der ersten Kupplung 12a und ein Öffnen der zweiten Kupplung 12b realisiert eine erste Getriebeübersetzung, wobei ein Schließen der zweiten Kupplung 12b und ein Öffnen der ersten Kupplung 12a eine zweite Getriebeübersetzung realisiert. Die erste Getriebeübersetzung ist ungleich der zweiten Getriebeübersetzung. Durch ein Öffnen beider Kupplungen 12a, 12b wird eine Leistungsabschaltung realisiert.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, kann durch Schalten der Doppelkupplungsvorrichtung 11 wahlweise das von der elektrischen Antriebsmaschine über die Getriebevorrichtung 3 auf die Differentialstufe 6 übertragene Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Getriebeübersetzung variiert werden. Das so übertragene Drehmoment wird schließlich von der Differentialstufe 6 auf Abtriebswellen 13a, 13b, welche beispielsweise mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbunden sind, weitergeleitet. Die Getriebevorrichtung 3 ermöglicht somit im Wesentlichen einen Zwei-Gang-Betrieb des Kraftfahrzeugs.
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In der ersten Ausführungsform ist ausgangsseitig zwischen der zweiten Planetenradstufe 5 und der Differentialstufe 6 ein zusätzliches, als Stirnradstufe ausgebildetes Reduziergetriebe 14 angeordnet, was eine erhöhte Spreizung der Getriebevorrichtung 3 ermöglicht.
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Eingangsseitig ist das erste Sonnenrad 9a drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden, weshalb das Drehmoment der Antriebswelle 2 immer über das erste Sonnenrad 9a in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet wird. Ferner ist der erste Planetenradträger 8a drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 9b verbunden, welches wiederum über das Reduziergetriebe 14 mit der Differentialstufe 6 wirkverbunden ist. In der ersten Ausführungsform bilden das erste Hohlrad 10a und das zweite Hohlrad 10b ein gemeinsames, einstückig/integral/einmaterialig ausgestaltetes Hohlrad mit derselben Verzahnung aus. Dieses gemeinsame Hohlrad kann über die zweite Kupplung 12b der gehäusefest angeordneten Doppelkupplungsvorrichtung 11 an einem Gehäuse 15 ortsfest festgestellt werden bzw. ortsfest verbunden werden. Die erste Kupplung 12a der Doppelkupplungsvorrichtung 11 ermöglicht ein wahlweises gehäusefestes Feststellen des zweiten Planetenradträgers 8b. Somit kann in Abhängigkeit der Schaltung der Kupplung jeweils die erste bzw. zweite Getriebeübersetzung eingestellt und somit der Zwei-Gang-Betrieb der Getriebevorrichtung 3 realisiert werden.
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2 zeigt eine erste Modifikation der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Nachstehend wird lediglich auf die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform eingegangen.
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Die in 2 dargestellte erste Modifikation stellt eine Antriebsvorrichtung 1 in koaxialer Bauweise dar. Dabei ist das Reduziergetriebe 14 eingangsseitig zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der Getriebevorrichtung 3, insbesondere der Antriebswelle 2, zwischengeschaltet. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung 1 in achsparalleler Bauweise ist hier die Antriebswelle 2 koaxial zu den beiden Abtriebswellen 13a, 13b angeordnet.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 in achsparalleler Bauweise. Nachstehend wird lediglich auf die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung 1 eingegangen.
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Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform bilden in der Antriebsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform das erste Hohlrad 10a und das zweite Hohlrad 10b kein gemeinsames Hohlrad aus, sondern sind vielmehr zwei voneinander getrennte / separate Bauteile. Erfindungsgemäß kann demnach das zweite Hohlrad 10b über die zweite Kupplung 12b in dem Gehäuse 15 ortsfest festgestellt werden. Das erste Hohlrad 10a ist drehfest mit dem zweiten Planetenradträger 8b verbunden, welcher wiederum, wie vorstehend beschrieben, über die erste Kupplung 12a gehäusefest geschaltet werden kann.
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4 zeigt eine erste Modifikation der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform. Nachstehend wird lediglich auf die Unterschiede zu der in 3 dargestellten Antriebsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform eingegangen.
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Die in 4 dargestellte erste Modifikation der zweiten Ausführungsform stellt eine Antriebsvorrichtung 1 in koaxialer Bauweise dar. Ähnlich wie bei der in 2 dargestellten Antriebsvorrichtung, ist das Reduziergetriebe 14 eingangsseitig zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der Getriebevorrichtung 3, insbesondere der Antriebswelle 2, zwischengeschaltet. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung 1 in achsparalleler Bauweise ist hier die Antriebswelle 2 koaxial zu den beiden Abtriebswellen 13a, 13b angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsvorrichtung
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Getriebevorrichtung
- 4
- erste Planetenradstufe
- 5
- zweite Planetenradstufe
- 6
- Differentialstufe
- 7a
- erstes Planetenrad/-räder
- 7b
- zweites Planetenrad/-räder
- 8a
- erster Planetenradträger
- 8b
- zweiter Planetenradträger
- 9a
- erstes Sonnenrad
- 9b
- zweites Sonnenrad
- 10a
- erstes Hohlrad
- 10b
- zweites Hohlrad
- 11
- Doppelkupplungsvorrichtung
- 12a
- erste Kupplung
- 12b
- zweite Kupplung
- 13a, 13b
- Abtriebswelle
- 14
- Reduziergetriebe
- 15
- Gehäuse
