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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen elektrifizierten Kraftfahrzeugantrieb, insbesondere eine E-Achse / elektrische Achsantriebseinheit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung für ein elektrifiziertes 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 erfindungsgemäß anhand der Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Demnach ist eine Antriebsvorrichtung für einen elektrifizierten Kraftfahrzeugantrieb, mit einer Eingangswelle, zumindest einer achsparallel zu der Eingangswelle angeordneten Ausgangswelle sowie einer, eine erste Planetengetriebestufe und eine zweite Planetengetriebestufe aufweisenden, zwischen der Eingangswelle und der zumindest einen Ausgangswelle wirkend eingesetzten Getriebeeinrichtung ausgestattet, wobei ein Sonnenrad einer der beiden Planetengetriebestufen mit einem Hohlrad der anderen Planetengetriebestufe permanent verbunden ist, und wobei ein Schaltelement derart zwischen den Planetengetriebestufen wirkend eingesetzt ist, dass in einer ersten Schaltstellung des Schaltelementes beide Planetenträger der beiden Planetengetriebestufen miteinander verbunden sind und in einer zweiten Schaltstellung des Schaltelementes der Planetenträger der ersten Planetengetriebestufe mit dem Sonnenrad der zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist oder das Sonnenrad der ersten Planetengetriebestufe mit dem Planetenträger der zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Demnach ist es auch von Vorteil, wenn das Schaltelement als eine Doppelkupplung oder eine Synchronisationseinheit umgesetzt ist. Dadurch lässt sich das Schaltelement möglichst kompakt anordnen.
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In diesem Zusammenhang ist es zudem zweckmäßig, wenn das Schaltelement axial zwischen zwei Planetenradsätzen der Planetengetriebestufen angeordnet ist. Dadurch ist das Schaltelement, das dann vorzugsweise als eine Doppelkupplung umgesetzt ist, in axialer Richtung möglichst kompakt ausgebildet.
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Alternativ hierzu ist es auch von Vorteil, wenn das Schaltelement zu einer gemeinsamen axialen Seite der beiden Planetengetriebestufen hin angeordnet ist.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Planetenträger der ersten Planetengetriebestufe oder der Planetenträger der zweiten Planetengetriebestufe direkt oder indirekt permanent über ein Differenzial mit zwei Ausgangswellen gekoppelt / drehverbunden ist.
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Ist das Differenzial als ein Stirnraddifferenzial ausgebildet, weist es ebenfalls eine kompakte axiale Bauweise auf.
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Eine bauraumoptimierte Anordnung wird auch erzielt, wenn die Eingangswelle über eine erste Stirnradstufe mit einem Bestandteil der ersten Planetengetriebestufe und/oder einem Bestandteil der zweiten Planetengetriebestufe direkt oder indirekt verbunden ist.
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Alternativ hierzu ist es auch zweckmäßig, wenn eine mit dem Planetenträger der ersten Planetengetriebestufe verbundene Zwischenwelle über eine zweite Stirnradstufe mit dem Differenzial verbunden ist.
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Ist das Differenzial axial zwischen der ersten Stirnradstufe und dem Planetenradsatz der ersten Planetengetriebestufe angeordnet, ist ein kompakter axialer Aufbau vorgesehen.
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Zweckmäßig ist es auch, wenn das Hohlrad der ersten Planetengetriebestufe oder das Hohlrad der zweiten Planetengetriebestufe gehäusefest abgestützt ist.
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Die Antriebsvorrichtung verfügt weiter bevorzugt unmittelbar über eine elektrische Antriebsmaschine, die mit der Eingangswelle wirkverbunden ist.
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Das Schaltelement ist gemäß einigen bevorzugten Ausführungen derart eingesetzt, dass in der ersten Schaltstellung beide Planetenträger der Planetengetriebestufen miteinander verbunden sind und in der zweiten Schaltstellung das Hohlrad der ersten Planetengetriebestufe mit dem Sonnenrad der zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist.
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Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungen ist das Schaltelement derart eingesetzt, dass in der ersten Schaltstellung der Planetenträger der ersten Planetengetriebestufe mit dem Planetenträger der zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist und in der zweiten Schaltstellung das Sonnenrad der ersten Planetengetriebestufe mit dem Planetenträger der zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn in der ersten Schaltstellung eine Gesamtübersetzung von 15 und in der zweiten Schaltstellung eine Gesamtübersetzung von 5 vorliegt.
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Weiter bevorzugt sind Planetenräder der ersten Planetengetriebestufe sowie Planetenräder der zweiten Planetengetriebestufe als Gleichteile ausgebildet.
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Mit anderen Worten, betrifft die Erfindung ein achsparalleles 2-Gang-Getriebe (Getriebeeinrichtung) für elektrische Achsen mit Doppelkupplung (Schaltelement). Erfindungsgemäß werden zwei Planetenradstufen (Planetengetriebestufen) mit einer Stirnradstufe kombiniert. Das Schaltelement kann alternativ zur Doppelkupplung auch als Synchroneinheit umgesetzt sein. Bevorzugt ist eine Grundstruktur mit Sonne-Hohlrad-Bindung. Bei einer ersten achsparallelen Ausgestaltung mit einem mittig angeordneten Schaltelement kann eine hohe Übersetzung bei hoher Spreizung erreicht werden. Eine Stirnradstufe kann vor- oder nachgeschaltet sein. Zudem ist ein Differenzial vorhanden, das auch als Stirnraddifferenzial umgesetzt ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand verschiedener Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nun ein Differenzial über eine Stirnradstufe mit einer (zweiten) Planetengetriebestufe verbunden ist,
- 3 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei ein als Doppelkupplung umgesetztes Schaltelement zwischen einem Sonnenrad einer ersten Planetengetriebestufe, einem Planetenträger der zweiten Planetengetriebestufe und einem Differenzial wirkend eingesetzt ist,
- 4 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach einem vierten Ausführungsbeispiel, wobei im Vergleich zu 3 das Differenzial über die nachgeschaltete Stirnradstufe mit dem Planetenträger der zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist,
- 5 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel, wobei im Vergleich zu 3 das Differenzial axial zwischen zwei Planetenradsätzen der beiden Planetengetriebestufen eingesetzt ist, sowie
- 6 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach einem sechsten Ausführungsbeispiel, wobei im Vergleich zu 5 das Differenzial als Stirnraddifferenzial ausgebildet ist.
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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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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 ist für ein für ein elektrifiziertes, vorzugsweise rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Antriebsvorrichtung 1 weist prinzipiell eine elektrische Antriebsmaschine 18 auf, die der Übersichtlichkeit halber lediglich hinsichtlich ihrer prinzipiellen Position angedeutet ist. Die Antriebsmaschine 18 weist auf typische Weise einen Rotor auf, der drehfest mit einer Eingangswelle 2 verbunden ist.
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Zudem weist die Antriebsvorrichtung 1 eine Getriebeeinrichtung 3 auf, die zwischen der Eingangswelle 2 und zumindest einer, hier gar zwei Ausgangswellen 13a, 13b wirkend eingesetzt ist. Im Betrieb wird eine Antriebsleistung (Drehmoment) der elektrischen Antriebsmaschine 18 über die Eingangswelle 2, die zwischen der elektrischen Antriebsmaschine 18 und der Getriebeeinrichtung 3 angeordnet und als Rotorwelle ausgebildet ist, in die Getriebeeinrichtung 3 eingeleitet.
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Die Getriebeeinrichtung 3 umfasst eine erste Planetengetriebestufe 4 und eine zweite Planetengetriebestufe 5. Die erste Planetengetriebestufe 4 weist einen ersten Planetenradsatz 15a mit mehreren ersten Planetenrädern 7a auf, welche drehbar an einem ersten Planetenträger 8a angeordnet sind und mit einem ersten Sonnenrad 9a sowie mit einem ersten Hohlrad 10a im Zahneingriff stehen. Die zweite Planetengetriebestufe 5 weist einen zweiten Planetenradsatz 15b mit mehreren zweiten Planetenrädern 7b auf, welche drehbar an einem zweiten Planetenträger 8b angeordnet sind und mit einem zweiten Sonnenrad 9b sowie mit einem zweiten Hohlrad 10b im Zahneingriff stehen.
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Des Weiteren ist ein Schaltelement 11 in der Getriebeeinrichtung 3 vorgesehen, das zum Ein- bzw. Auslegen der beiden unterschiedlichen Gänge der als 2-Gang-Getriebe ausgebildeten Getriebeeinrichtung 3 dient. Das Schaltelement 11 ist in dieser Ausführung als eine Doppelkupplung ausgeführt, in weiteren Ausführungen jedoch auf andere Weise, etwa als eine Synchronisationseinheit, umgesetzt.
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Demnach weist das Schaltelement 11 in dieser Ausführung eine erste Teilkupplung 12a und eine zweiten Teilkupplung 12b auf. Ein Schließen der ersten Teilkupplung 12a und ein Öffnen der zweiten Teilkupplung 12b (erste Schaltstellung) realisiert eine erste Getriebeübersetzung, wobei ein Schließen der zweiten Kupplung 12b und ein Öffnen der ersten Kupplung 12a (zweite Schaltstellung) eine zweite Getriebeübersetzung realisiert. Die erste Getriebeübersetzung ist ungleich der zweiten Getriebeübersetzung. In dieser Ausführung ist die erste Getriebeübersetzung vorzugsweise 15 und die zweite Getriebeübersetzung 5. Durch ein Öffnen beider Kupplungen 12a, 12b wird eine Leistungsabschaltung realisiert.
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Des Weiteren ist ein der Getriebeeinrichtung 3 zu einer der Eingangswelle 2 abgewandten Seite hin nachgeschaltetes Differenzial 6 vorhanden, welches Differenzial 6 prinzipiell auch als Bestandteil der Getriebeeinrichtung 3 angesehen werden kann.
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Durch Schalten des Schaltelementes 11 kann wahlweise das von der elektrischen Antriebsmaschine 18 über die Getriebeeinrichtung 3 auf das Differenzial 6 übertragene Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Getriebeübersetzung variiert werden. Das so übertragene Drehmoment wird schließlich von dem Differenzial 6 auf die Ausgangswellen 13a, 13b, welche bevorzugt mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs weiter verbunden sind, weitergeleitet. Die Getriebeeinrichtung 3 ermöglicht somit im Wesentlichen einen Zwei-Gang-Betrieb des Kraftfahrzeugs.
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In Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel ist mit 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass das erste Sonnenrad 9a über eine erste Stirnradstufe 16a indirekt mit der Eingangswelle 2 verbunden / gekoppelt ist. Das erste Hohlrad 10a ist gehäusefest, d.h. fest an einem Gehäuse 14 der Getriebeeinrichtung 3, abgestützt. Das erste Sonnenrad 9a ist zudem mit dem zweiten Hohlrad 10b der zweiten Planetengetriebestufe 5 verbunden.
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Hinsichtlich der zweiten Planetengetriebestufe 5 ist zu erkennen, dass der zweite Planetenträger 8b mit dem Differenzial 6, nämlich einem Eingang / Antriebsrad des Differenzials 6 verbunden ist. Das Differenzial 6 ist derart angeordnet, dass die beiden Ausgangswellen 13a, 13b koaxial zu einer Drehachse der Sonnenräder 9a, 9b der Planetengetriebestufen 4, 5 positioniert sind.
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Das Schaltelement 11 ist des Weiteren so positioniert, das seine erste Teilkupplung 12a zwischen dem ersten Planetenträger 8a und dem zweiten Planetenträger 8b wirkend eingesetzt ist. In einer ersten Schaltstellung des Schaltelementes 11, in der die erste Teilkupplung 12a geschlossen ist, sind folglich die beiden Planetenträger 8a, 8b fest miteinander verbunden.
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Die zweite Teilkupplung 12b ist zwischen dem ersten Planetenträger 8a und dem zweiten Sonnenrad 9b wirkend eingesetzt. In einer zweiten Schaltstellung des Schaltelementes 11, in der die zweite Teilkupplung 12b geschlossen ist, ist folglich der erste Planetenträger 8a mit dem zweiten Sonnenrad 9b fest verbunden.
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Das Schaltelement 11 ist des Weiteren in dieser Ausführung mittig zwischen den beiden Planetenradsätzen 15a, 15b positioniert. Somit befinden sich die beiden Teilkupplungen 12a, 12b, die hier als Reibungskupplungen realisiert sind, zueinander radial versetzt sowie axial auf gleicher Höhe. Zugleich sind die beiden Teilkupplungen 12a, 12b axial (d.h. entlang der Drehachse der Ausgangswellen 13a, 13b gesehen) zwischen den beiden Planetenradsätzen 15a, 15b positioniert.
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Das Differenzial 6 ist zu einer gemeinsamen axialen Seite beider Planetengetriebestufen 4, 5, nämlich einer der Eingangswelle 2 abgewandten axialen Seite hin versetzt angeordnet.
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Das zweite Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung des Differenzials 6. In dieser Ausführung ist der zweite Planetenträger 8b über eine zweite Stirnradstufe 16b mit dem Eingang des Differenzials 6 verbunden. Insbesondere ist der zweite Planetenträger 8b über eine Zwischenwelle 18 mit der zweiten Stirnradstufe 16b gekoppelt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass in weiteren Ausführungen auch sowohl die erste Stirnradstufe 16a als auch die zweite Stirnradstufe 16b eingesetzt sind. Die erste Stirnradstufe 16a, wie sie in dem ersten Ausführungsbeispiel eingesetzt ist, ist in 2 weggelassen, sodass die Eingangswelle 2 koaxial zu der Drehachse der Sonnenräder 9a, 9b, jedoch weiterhin achsparallel zu den Ausgangswellen 13a, 13b angeordnet ist. Der weitere Aufbau der Antriebsvorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Das dritte Ausführungsbeispiel nach 3 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung des Schaltelementes 11. das Schaltelement 11 ist nun zu einer gemeinsamen axialen Seite der beiden Planetengetriebestufen 4, 5 hin angeordnet. Das Schaltelement 11 befindet sich auf einer der Eingangswelle 2 abgewandten axialen Seite der beiden Planetengetriebestufen 4, 5. Des Weiteren ist der erste Planetenträger 8a permanent mit dem Eingang des Differenzials 6 verbunden. Auch ist nun das erste Hohlrad 10a nicht mehr fest mit dem Gehäuse 14 verbunden, sondern relativ zu diesem verdrehbar. Das erste Hohlrad 10a ist weiter mit dem zweiten Sonnenrad 9b permanent verbunden. Auch ist das erste Hohlrad 10a nun über die erste Stirnradstufe 16a mit der Eingangswelle 2 verbunden.
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Wie zudem hinsichtlich der zweiten Planetengetriebestufe 5 zu erkennen, ist nun das zweite Hohlrad 10b gehäusefest abgestützt. Die erste Teilkupplung 12a ist nun wirkend zwischen dem zweiten Planetenträger 8b sowie dem Eingang des Differenzials 6 / dem ersten Planetenträger 8a eingesetzt. In der ersten Schaltstellung des Schaltelementes 11 sind somit die beiden Planetenträger 8a, 8b fest miteinander sowie mit dem Eingang des Differenzials 6 verbunden.
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Die zweite Teilkupplung 12b ist nun wirkend zwischen dem zweiten Planetenträger 8b und dem ersten Sonnenrad 9a eingesetzt. Folglich ist in der zweiten Schaltstellung des Schaltelementes 11 das erste Sonnenrad 9a mit dem zweiten Planetenträger 8b verbunden.
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Das vierte Ausführungsbeispiel nach 4 ist wiederum unterschiedlich zu dem dritten Ausführungsbeispiel umgesetzt. In dieser Ausführung ist der erste Planetenträger 8a (unter Ausbildung der Zwischenwelle 17) über eine zweite Stirnradstufe 16b mit dem Eingang des Differenzials 6 verbunden. Die erste Stirnradstufe 16a, wie sie in dem dritten Ausführungsbeispiel eingesetzt ist, ist in 4 weggelassen, sodass die Eingangswelle 2 koaxial zu der Drehachse der Sonnenräder 9a, 9b, jedoch weiterhin achsparallel zu den Ausgangswellen 13a, 13b angeordnet ist. Der weitere Aufbau der Antriebsvorrichtung 1 des vierten Ausführungsbeispiels entspricht dem dritten Ausführungsbeispiel.
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Das fünfte Ausführungsbeispiel nach 5 ist wiederum unterschiedlich zu dem dritten Ausführungsbeispiel umgesetzt. Anders als in 3, ist in 5 das Schaltelement 11 mit seinen beiden Teilkupplungen 12a, 12b axial zwischen den beiden Planetenradsätzen 15a, 15b angeordnet, wie bereits in dem ersten Ausführungsbeispiel umgesetzt.
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Des Weiteren ist das Differenzial 6 axial zwischen der ersten Stirnradstufe 16a und dem Schaltelement 11, radial innerhalb des ersten Planetenradsatzes 15a, angeordnet. Der weitere Aufbau der Antriebsvorrichtung 1 des fünften Ausführungsbeispiels entspricht dem dritten Ausführungsbeispiel.
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Das sechste Ausführungsbeispiel der 6 baut im Wesentlichen auf das fünfte Ausführungsbeispiel der 5 auf. In dieser Ausführung ist das Differenzial 6 als Stirnraddifferenzial umgesetzt und axial zwischen dem ersten Planetenradsatz 15a und der ersten Stirnradstufe 16a angeordnet. Der weitere Aufbau der Antriebsvorrichtung 1 des sechsten Ausführungsbeispiels entspricht dem fünften Ausführungsbeispiel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsvorrichtung
- 2
- Eingangswelle
- 3
- Getriebeeinrichtung
- 4
- erste Planetengetriebestufe
- 5
- zweite Planetengetriebestufe
- 6
- Differenzial
- 7a
- erstes Planetenrad
- 7b
- zweites Planetenrad
- 8a
- erster Planetenträger
- 8b
- zweiter Planetenträger
- 9a
- erstes Sonnenrad
- 9b
- zweites Sonnenrad
- 10a
- erstes Hohlrad
- 10b
- zweites Hohlrad
- 11
- Schaltelement
- 12a
- erste Teilkupplung
- 12b
- zweite Teilkupplung
- 13a
- erste Ausgangswelle
- 13b
- zweite Ausgangswelle
- 14
- Gehäuse
- 15a
- erster Planetenradsatz
- 15b
- zweiter Planetenradsatz
- 16a
- erste Stirnradstufe
- 16b
- zweite Stirnradstufe
- 17
- Zwischenwelle
- 18
- Antriebsmaschine
