DE102019132224A1

DE102019132224A1 - Schaltbarer Antrieb III

Info

Publication number: DE102019132224A1
Application number: DE102019132224.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rosenwald; Juergen Fenzel; Jochen Loeffelmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-06-02

Abstract

Bei einem Antrieb (1) mit einem mehrstufigen Schaltgetriebe (4) ist ein insbesondere Elektromotor (2) vorgesehen, der zusammen mit einem Differentialgetriebe (3) auf einer Antriebsachse (6) angeordnet ist, wobei das Schaltgetriebe (4) je Gangstufe eine Zwischenwelle (12, 16) aufweist, die von der Antriebsachse (6) radial beabstandet und parallel zu dieser stationär angeordnet ist. Vorgesehene Stirnräder (11, 14) des Schaltgetriebes (3) sind mittels unabhängig voneinander schaltbaren einfachwirkenden Lamellenkupplungen (13, 17) mit der jeweiligen Zwischenwelle (12, 16) kuppelbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein, vorzugsweise elektromotorisch antreibbares, Schaltgetriebe für eine Räderachse eines Kraftfahrzeuges und ein Verfahren zum Betreiben des schaltbaren Antriebes.
Bei elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen wurden bislang oftmals eingängige Antriebsstränge mit einem festen Übersetzungsverhältnis zwischen einem Elektromotor und der Antriebsachse verwendet. Derartige einfache Antriebsstränge weisen jedoch noch immer die notwendige Flexibilität auf, die von heutigen Antrieben verlangt werden.
Durch einen Stand der Technik nach der DE 10 20 15 21 82 52 A1 ist ein mehrere Gangstufen aufweisender Antrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem mehrere Antriebskomponenten vorgesehen sind, die koaxial um eine Antriebsachse herum angeordnet sind. Die Antriebskomponenten sind ein Elektromotor, ein Planetengetriebe und ein Differentialgetriebe, welche in Reihe entlang der Antriebsachse angeordnet sind. Durch diese ausschließliche Reihenanordnung sämtlicher Antriebskomponenten ist der benötigte Bauraum, insbesondere in Achsrichtung entsprechend groß. Darüber hinaus verursacht der Einsatz eines Planetenradgetriebes hohe Herstellungskosten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb mit einem schaltbaren Getriebe zu schaffen, bei welchem ein vorhandener radialer Bauraum ausgenutzt wird und ein Verfahren zum Betreiben des schaltbaren Antriebes anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 gelöst.
Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass das Schaltgetriebe mehrere Getriebestufen mit unterschiedlichen Übersetzungen aufweist, wobei je Getriebestufe eine, parallel zur Antriebsachse stationär angeordnete, Zwischenwelle vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme kann der benötigte axiale Bauraum verkürzt und der zur Verfügung stehende radiale Bauraum besser ausgenutzt werden.
Bei ausreichend zur Verfügung stehendem radialen Bauraum können beliebig viele Getriebestufen vorgesehen sein, wobei die jeweiligen Zwischenwellen in einem radialen Abstand zur Antriebswelle angeordnet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des schaltbaren Antriebes sind zwei Schaltstufen mit unterschiedlichen Übersetzungen vorgesehen, wobei diese jeweils durch ein auf der Antriebsachse drehfest angeordnetes Antriebsritzel und ein auf der Zwischenwelle frei drehbar angeordnetes Stirnrad realisiert sind. Die Stirnräder sind jeweils mittels einer einfach wirkenden Lamellenkupplung mit der jeweiligen Zwischenwelle koppelbar. Durch diese Maßnahme kann eine im Normalfall auf der Antriebsachse vorzusehende Lamellendoppelkupplung eingespart werden, wodurch der benötigte axiale Bauraum verkürzt werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind die Antriebsritzel auf einer die Antriebsachse koaxial umfassenden Hohlwelle angeordnet, die direkt von einem Motor, insbesondere einem Elektromotor, antreibbar ist.
Die Zwischenwellen stehen jeweils über eine Getriebeendstufe, bestehend aus einem Antriebsritzel und einem Stirnrad des Differentialgetriebes mit der Antriebsachse in Antriebsverbindung. Die Getriebeendstufen können hierbei unterschiedliche Übersetzungen aufweisen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es jedoch aufgrund auf einer Gleichverteilung vorgesehen, dass die Übersetzungen identisch ausgeführt sind.
Die Lamellenkupplungen sind im Betrieb derart schaltbar ausgebildet, dass nur jeweils eine Kupplung geschlossen werden kann, während die jeweils andere geöffnet bleibt. Mit der Öffnung beider Kupplungen wird eine Betriebsart „Leerlauf“ realisiert.
Das Schließen beider Kupplungen ist nur bei Motorstillstand möglich und bewirkt in vorteilhafter Weise eine Sperrstellung. Durch diese Maßnahme kann auf eine zusätzliche Parksperre verzichtet werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben des schaltbaren Antriebes sieht daher vor, dass sich der schaltbare Antrieb in einem Betriebsmodus „Leerlauf“ befindet, in welchem beide Kupplungen geöffnet sind.
Durch das Schließen der ersten Kupplung und geöffnet halten der zweiten Kupplung wird die Antriebsachse in der „Ersten Gangstufe“ angetrieben.
Bei einem Schließen der zweiten Kupplung und gleichzeitigem Öffnen der ersten Kupplung wird der schaltbare Antrieb in einer „Zweiten Gangstufe“ betrieben.
Im Stillstand des Motors können beide Kupplungen gleichzeitig geschlossen werden, wodurch sich der Antrieb dann in einer „Parkstellung“ befindet.
Weitere Vorteile sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden beschrieben. Die Figur zeigt
einen schaltbaren zweistufigen Antrieb in schematischer Darstellung.
Ein mehrstufiger schaltbarer Antrieb 1 weist einen Motor 2, insbesondere einen Elektromotor, ein Differentialgetriebe 3 und ein mehrstufiges Schaltgetriebe 4 auf. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Figur ist ein zweistufiges Schaltgetriebe 4 vorgesehen. Der Elektromotor 2 und das Differentialgetriebe 3 sind hintereinander auf einer Antriebsachse 6, z. B. zum Antrieb einer Räderachse eines Kraftfahrzeuges, angeordnet.
Eine Rotorwelle 7 des Elektromotors 2 ist als Hohlwelle ausgebildet und trägt drehfest nebeneinander angeordnete Antriebsritzel 8, 9 des Schaltgetriebes 4. Das erste Antriebsritzel 8 kämmt zur Drehmomentübertragung mit einem Stirnrad 11 der ersten Gangstufe, welches auf einer ersten Zwischenwelle 12 frei drehbar gelagert ist und mit einer schaltbaren, einfachwirkenden Lamellenkupplung 13 mit der Zwischenwelle 12 kuppelbar ist.
Das zweite Antriebsritzel 9 kämmt zur Drehmomentübertragung mit einem Stirnrad 14 der zweiten Gangstufe, welches auf einer zweiten Zwischenwelle 16 frei drehbar gelagert ist und mit einer schaltbaren, einfachwirkenden Lamellenkupplung 17 mit der Zwischenwelle 16 kuppelbar ist.
Die Zwischenwellen 12, 16 sind zur Antriebsachse 6 radial beabstandet und parallel zur Antriebsachse 6 stationär angeordnet. Beide Zwischenwellen 12, 16 weisen jeweils eine Getriebeendstufe 18, 19 auf, die jeweils aus einem Antriebsritzel 21; 22 und einem gemeinsamen Stirnrad 23 besteht, welches mit dem Differentialgetriebe 3, zur Drehmomentübertragung auf die Antriebsachse 6, in Antriebsverbindung steht.
Die Getriebeendstufen 18, 19 weisen im bevorzugten Ausführungsbeispiel identische Übersetzungen Ü1= Ü2 auf, um eine Gleichverteilung der Drehmomente auf das Differentialgetriebe 3 zu ermöglichen. Selbstverständlich können die Übersetzungen Ü1,Ü2 der Getriebeendstufen 18,19 in Sonderfällen auch unterschiedlich gewählt werden.
Im Betriebsmodus „Leerlauf“ sind beide Lamellenkupplungen 13, 17 geöffnet.
Im Betriebsmodus „Erste Gangstufe“ ist die Lamellenkupplung 13 geschlossen und die Lamellenkupplung 17 geöffnet, sodass der Antrieb der Antriebsachse 6 über das Stirnrad 11 erfolgt.
Im Betriebsmodus „Zweite Gangstufe“ ist die erste Kupplung 13 geöffnet und die zweite Kupplung 17 geschlossen, sodass der Antrieb der Antriebsachse 6 über das Stirnrad 14 erfolgt.
Im Betriebsmodus „Parksperre“ steht der Motor 2 still und die Kupplungen 13, 17 sind beide geschlossen. In diesem Betriebsmodus ist der Antrieb blockiert und dient somit als „Parksperre“, z. B. für eine Räderachse eines Kraftfahrzeuges.
Bezugszeichenliste

1: Schaltbarer Antrieb
2: Elektromotor
3: Differentialgetriebe
4: Schaltgetriebe
5
6: Antriebsachse
7: Rotorwelle / Hohlwelle
8: Antriebsritzel
9: Antriebsritzel
10
11: Stirnrad
12: Zwischenwelle
13: Lamellenkupplung
14: Stirnrad
15
16: Zwischenwelle
17: Lamellenkupplung
18: Getriebeendstufe
19: Getriebeendstufe
20
21: Antriebsritzel (18)
22: Antriebsritzel (19)
23: Stirnrad

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

DE 102015218252 A1 [0003]

Claims

Schaltbarer Antrieb (1) mit einem mehrstufigen Schaltgetriebe (3) für eine Antriebsachse (6) eines Kraftfahrzeuges, mit einem auf der Antriebsachse (6) angeordneten Motor (2) und einem auf der Antriebsachse (6) angeordneten Differentialgetriebe (3), dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Schaltgetriebe (4) je Gangstufe eine Zwischenwelle (12; 16) aufweist und dass die Zwischenwellen (12, 13) radial von der Antriebsachse (6) beabstandet, jeweils parallel zu dieser stationär angeordnet sind.
Schaltbarer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsachse (6) von einer mit dem Motor (2) in Antriebsverbindung stehender Hohlwelle (7) koaxial umfasst ist und dass je vorgesehener Gangstufe ein drehfest auf der Hohlwelle (7) angeordnetes Antriebsritzel (8; 9) vorgesehen ist.
Schaltbarer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsritzel (8, 9) zur Drehmomentübertragung jeweils mit einem Stirnrad (11, 14) des Schaltgetriebes (4) im Zahneingriff stehen.
Schaltbarer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnräder (11, 14) frei drehbar auf den Zwischenwellen (12; 16) angeordnet sind.
Schaltbarer Antrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stirnrad (11, 14) eine eigene schaltbare Kupplung (13, 17) aufweist und dass die Stirnräder (11, 14) mittels ihrer Kupplungen (13, 17) unabhängig voneinander mit ihren jeweiligen Zwischenwellen (12, 16) kuppelbar sind.
Schaltbarer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (13, 17) als einfachwirkende Lamellenkupplungen ausgebildet sind.
Schaltbarer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwellen (12, 16) jeweils eine Getriebeendstufe (18, 19) aufweisen und mittels vorgesehener Antriebsritzel (21, 22) mit einem gemeinsamen Stirnrad (23) des Differentialgetriebes (3) im Zahneingriff stehen.
Schaltbarer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzung (Ü1) der ersten Getriebeendstufe (18) gleich der Übersetzung (Ü2) der zweiten Getriebeendstufe (19) ist, mit Ü1 = Ü2.
Schaltbarer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (2) ein Elektromotor ist.
Verfahren zum Betreiben eines schaltbaren Antriebes (1) mit einem Motor (2), einem Differentialgetriebe (3) und einem Schaltgetriebe (4) mit zwei unabhängig voneinander wirkenden Kupplungen (13, 17), dadurch gekennzeichnet, dass der schaltbare Antrieb (1) durch das Öffnen der beiden Kupplungen (13, 17) in einem Betriebsmodus „Leerlauf“ betrieben wird, dass der Antrieb (1) durch ein Schließen der ersten Kupplung (13) und Geöffnet halten der zweiten Kupplung (17) in einem Betriebsmodus „erste Gangstufe“ betrieben wird, dass der schaltbare Antrieb (1) durch ein Schließen der zweiten Kupplung (17) bei gleichzeitigem Öffnen der ersten Kupplung (13) in einem Betriebsmodus „Zweite Gangstufe“ betrieben wird und dass der Antrieb (1) bei stehendem Motor (2) und geschlossenen Kupplungen (13, 17) in einem Betriebsmodus „Parksperre“ betrieben wird.