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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Übertragen einer Drehung einer Elektromaschine auf Räder eines Kraftfahrzeugs.
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Mit einer Antriebsanordnung ist es möglich, mechanische Energie, die von einer Maschine eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, auf dessen Räder zu übertragen.
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Ein Differentialgetriebe mit einer regelbaren Sperre ist aus der Druckschrift
DE 10 2008 063 596 A1 bekannt.
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Eine Elektroachse für ein Fahrzeug ist aus der Druckschrift
US 9 527 382 B2 bekannt.
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In der Druckschrift
DE 10 2009 013 293 A1 ist ein Differentialgetriebe mit einer Torque Vectoring Funktionalität beschrieben.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, Energie einer Elektromaschine effektiv auf Räder eines Kraftfahrzeugs zu übertragen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Antriebsanordnung und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
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Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei das Kraftfahrzeug eine Elektromaschine, an der ein um eine Maschinenachse drehbares Maschinenzahnrad angeordnet ist, eine Antriebsachse mit zwei um die Antriebsachse drehbaren Antriebszahnrädern und Räder zum Antreiben bzw. Fortbewegen des Kraftfahrzeugs aufweist, wobei sich die Räder mit einem von dem Kraftfahrzeug befahrbaren bzw. zu befahrenden Untergrund in Kontakt befinden. Dabei ist jeweils einem Antriebszahnrad ein Rad zugeordnet sind, wobei jeweils ein Antriebszahnrad mit einem Rad drehbar verbunden ist. Die Antriebsanordnung weist als Komponenten zumindest ein auf einer Zwischenachse des Kraftfahrzeugs angeordnetes Differentialgetriebe, ein um die Zwischenachse drehbares Eingangszahnrad und zwei um die Zwischenachse drehbare Ausgangszahnräder auf, wobei das Eingangszahnrad und die Ausgangszahnräder über das Differentialgetriebe drehbar verbunden sind. Das sich drehende Maschinenzahnrad ist dazu ausgebildet, eine Drehung der Elektromaschine auf das Eingangszahnrad zu übertragen. Das Differentialgetriebe auf der Zwischenachse ist dazu ausgebildet, eine Drehung bzw. Rotation des Eingangszahnrads auf die beiden Ausgangszahnräder zu übertragen, bspw. zu verteilen. Jeweils ein sich drehendes Ausgangszahnrad ist dazu ausgebildet, eine jeweilige Drehung auf jeweils ein Antriebszahnrad zu übertragen. Jeweils ein sich drehendes Antriebszahnrad ist dazu ausgebildet, eine jeweilige Drehung auf jeweils ein Rad zu übertragen.
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Weiterhin ist die Zwischenachse zwischen der Maschinenachse und der Antriebsachse angeordnet, wobei die Zwischenachse, die Maschinenachse und die Antriebsachse zueinander parallel angeordnet sind.
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In Ausgestaltung der Antriebsanordnung ist das Maschinenzahnrad an einer Maschinenwelle angeordnet, die um eine Maschinenachse drehbar ist.
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Außerdem ist für die Antriebsanordnung vorgesehen, dass jedes Ausgangszahnrad an einer Zwischenwelle angeordnet ist, wobei jede Zwischenwelle um die Zwischenachse drehbar und auch mit dem Differentialgetriebe verbunden ist. Hierbei ist es möglich, dass beide Zwischenwellen entlang der Zwischenachse axial hintereinander angeordnet sind. Alternativ ist es möglich, dass eine der beiden Zwischenwellen als Hohlwelle ausgebildet ist und die andere Zwischenwelle koaxial umschließt.
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Es ist zudem vorgesehen, dass jedes Antriebszahnrad an einer Antriebswelle angeordnet ist, wobei jede Antriebswelle um die Antriebsachse drehbar ist. Dabei ist jede Antriebswelle einem Rad zugeordnet und/oder mit einem Rad drehbar verbunden.
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Außerdem ist es möglich, dass auf der Antriebsachse zwischen den beiden Antriebszahnrädern und/oder Antriebswellen ein zusätzliches Bauteil angeordnet ist, das dazu ausgebildet ist, eine zusätzliche Funktion durchzuführen, bspw. eine Funktion zur Dämpfung und/oder zur Stabilisierung einer Fahrt des Kraftfahrzeugs.
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Üblicherweise greifen das Maschinenzahnrad auf der Maschinenwelle und das Eingangszahnrad des Differentialgetriebes drehbar ineinander. Außerdem greift jeweils ein Ausgangszahnrad auf einer Zwischenwelle drehbar in ein Antriebszahnrad auf einer Antriebswelle.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Übertragen einer Drehung einer Elektromaschine auf Räder eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Dabei ist an der Elektromaschine ein um eine Maschinenachse drehbares Maschinenzahnrad angeordnet. Das Kraftfahrzeug weist eine Antriebsachse mit zwei um die Antriebsachse drehbaren Antriebszahnrädern und Räder auf, die sich mit dem Untergrund in Kontakt befinden, auf dem das Kraftfahrzeug fährt. Außerdem ist jeweils einem Antriebszahnrad ein Rad zugeordnet. Eine Antriebsanordnung für das Kraftfahrzeug weist auf einer Zwischenachse ein Differentialgetriebe, ein um die Zwischenachse drehbares Eingangszahnrad und zwei um die Zwischenachse drehbare Ausgangszahnräder auf, wobei das Eingangszahnrad und die Ausgangszahnräder über das Differentialgetriebe drehbar verbunden sind. Zum Antreiben bzw. Fortbewegen des Kraftfahrzeugs wird von dem Maschinenzahnrad eine Drehung der Elektromaschine auf das Eingangszahnrad übertragen. Von dem Differentialgetriebe auf der Zwischenachse wird eine Drehung bzw. Rotation des Eingangszahnrads auf die Ausgangszahnräder übertragen, bspw. verteilt, wobei von jeweils einem sich drehenden Ausgangszahnrad eine jeweilige Drehung auf jeweils ein Antriebszahnrad übertragen wird, wobei weiterhin von jeweils einem sich drehenden Antriebszahnrad eine jeweilige Drehung auf jeweils ein Rad übertragen wird.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens wird mit einer Ausführungsform des Antriebssystems durchgeführt.
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Bei der Antriebsanordnung ist vorgesehen, dass das Differential bzw. Differentialgetriebe auf der Zwischenachse zwischen der Maschinenachse der Elektromaschine und der Antriebsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die Elektromaschine ist dazu ausgebildet, das Maschinenzahnrad um die Maschinenachse herum in Rotation zu versetzen, wobei bzw. wodurch auch das Eingangszahnrad des Differentialgetriebes um die Zwischenachse herum in Rotation bzw. Drehung versetzt wird. Das Differentialgetriebe ist dazu ausgebildet, die Drehung des Eingangszahnrads auf die beiden Zwischenwellen und somit auf die Ausgangszahnräder zu übertragen, die sich ebenfalls um die Zwischenachse drehen. Eine Drehung eines jeweiligen Ausgangszahnrads wird auf ein jeweiliges Ausgangszahnrad bzw. eine jeweilige Antriebswelle übertragen, die sich um die Antriebsachse drehen, wobei die Räder durch die Antriebswellen in Rotation versetzt werden, wodurch wiederum das Kraftfahrzeug angetrieben und/oder fortbewegt wird. Hierbei ist für die Elektromaschine ein Stirnradantrieb vorgesehen.
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Mit der Antriebsanordnung kann ein Drehmoment am Differentialgetriebe reduziert werden, was auch bei hoher Drehzahl möglich ist. Außerdem kann das Differentialgetriebe auf der Zwischenachse klein bzw. kleinbauend, günstig und kompakt ausgebildet sein. Das Differentialgetriebe verteilt bei einer Übersetzungsstufe die Drehung des Eingangszahnrads auf die beiden Ausgangszahnräder. Mit der Antriebsanordnung ist es auch möglich, eine Breite eines jeweiligen Zahnrads, bspw. des Maschinenzahnrads, jeweils eines Ausgangszahnrads und/oder jeweils eines Antriebszahnrads zu reduzieren.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Antriebsanordnung.
- 2 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung.
- 3 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
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Die in 1 schematisch dargestellte Antriebsanordnung 100 für ein Kraftfahrzeug ist aus dem Stand der Technik bekannt und umfasst eine Elektromaschine 102 mit einer Maschinenwelle 104, an der ein erstes Zahnrad 106 angeordnet ist, eine Zwischenwelle 108, an der ein zweites Zahnrad 110 und ein drittes Zahnrad 112 angeordnet sind, und eine Achswelle 114, an der ein Differential 116 mit einem vierten Zahnrad 118 und zwei Räder 120 angeordnet sind. Das erste Zahnrad 106 ist hier als Stirnrad ausgebildet bzw. zu bezeichnen. Die Antriebsanordnung 100 bzw. ein entsprechendes Übersetzungsgetriebe umfasst hier das Differential 116 auf der Achswelle 114 und bildet mit der Elektromaschine 102 einen elektrischen Achsantrieb.
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Die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 2 ist in 2 schematisch dargestellt und für ein als Kraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug vorgesehen, das weiterhin eine Elektromaschine 4 und eine Antriebsachse 6 mit zwei daran angeordneten Rädern 8a, 8b aufweist. Dabei weist die Elektromaschine 4 eine Maschinenwelle 10 auf, die sich um eine Maschinenachse dreht und an der ein Maschinenzahnrad 16 angeordnet ist. Die Antriebsanordnung 2 umfasst eine Zwischenachse 12 mit einer ersten Zwischenwelle 20a und einer zweiten Zwischenwelle 20b, die sich um die Zwischenachse 12 koaxial drehen und axial hintereinander angeordnet sind. Beide Zwischenwellen 20a, 20b können als Hohlwellen oder als kompakte stabförmige Wellen ausgebildet sein.
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Die Antriebsanordnung 2 umfasst zudem auf der Zwischenachse 12 ein Differential bzw. Differentialgetriebe 14, dem ein Eingangszahnrad 17, ein erstes Ausgangszahnrad 18a und ein zweites Ausgangszahnrad 18b zugeordnet sind, wobei sich das Eingangszahnrad 17 und die beiden Ausgangszahnräder 18a, 18b auf den Zwischenwellen 20a, 20b um die Zwischenachse 12 drehen. Ferner umfasst die Antriebsanordnung 2 ein erstes Antriebszahnrad 22a und ein zweites Antriebszahnrad 22b, wobei das erste Antriebszahnrad 22a auf einer ersten Antriebswelle 24a und das zweite Antriebszahnrad 22b auf einer zweiten Antriebswelle 24b angeordnet ist, die sich beide um die Antriebsachse 6 hier koaxial drehen.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Maschinenzahnrad 16 auf der Maschinenwelle 10 angeordnet ist und mit dem Eingangszahnrad 17 des Differentialgetriebes 14 drehbar verbunden ist, wobei Zähne des Maschinenzahnrads 16 und des Eingangszahnrads 17 ineinander greifen.
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Das Differentialgetriebe 14 ist einerseits mit der ersten Zwischenwelle 20a, auf der das erste Ausgangszahnrad 18a angeordnet ist, und andererseits mit der zweiten Zwischenwelle 20b, auf der das zweite Ausgangszahnrad 18b angeordnet ist, verbunden. Das erste Ausgangszahnrad 18a ist mit dem ersten Antriebszahnrad 22a auf der ersten Antriebswelle 24a drehbar verbunden, wohingegen das zweite Ausgangszahnrad 18b mit dem zweiten Antriebszahnrad 22b auf der zweiten Antriebswelle 24b drehbar verbunden ist, wobei jeweils Zähne eines Ausgangszahnrads 18a, 18b in Zähne eines Antriebszahnrads 22a, 22b greifen. Weiterhin ist die erste Antriebswelle 24a mit dem ersten Rad 8a und die zweite Antriebswelle 24b mit dem zweiten Rad 8b verbunden.
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Das Maschinenzahnrad 16 ist hier als Stirnrad ausgebildet bzw. zu bezeichnen und außerhalb eines Gehäuses der Elektromaschine 4 angeordnet. Die Antriebsanordnung 2 bzw. ein entsprechendes Getriebe, bspw. Übersetzungsgetriebe, umfasst hier das Differentialgetriebe 14, das im Unterschied zum Stand der Technik nicht auf der Antriebsachse 6 sondern auf der Zwischenachse 12 zwischen der Maschinenachse bzw. Maschinenwelle 10 und der Antriebsachse 6 angeordnet ist, und bildet mit der Elektromaschine 4 einen elektrischen Achsantrieb. Dabei wird zwischen dem Maschinenzahnrad 16 und dem Eingangszahnrad 17 eine erste Übersetzungsstufe bereitgestellt. Außerdem wird jeweils zwischen einem Ausgangszahnrad 18a, 18b und einem Antriebszahnrad 22a, 22b eine zweite Übersetzungsstufe bereitgestellt.
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Bei einem Betrieb der Elektromaschine 4 werden die Maschinenwelle 10 und das Maschinenzahnrad 16 in Rotation versetzt und somit gedreht, wodurch wiederum auch das Eingangszahnrad 17 gedreht wird. Eine Drehung bzw. Rotation des Eingangszahnrads 17 wird durch das Differentialgetriebe 14 auf beide Zwischenwellen 20a, 20b und somit auch auf beide Ausgangszahnräder 18a, 18b verteilt. Eine Drehung des ersten Ausgangszahnrads 18a wird auf das erste Antriebszahnrad 22a und weiterhin auf die erste Antriebswelle 24a und das erste Rad 8a übertragen. Entsprechend wird eine Rotation des zweiten Ausgangszahnrads 18b auf das zweite Antriebszahnrad 22b und weiterhin auf die zweite Antriebswelle 24b und das zweite Rad 8b übertragen.
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Die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 32 ist in 3 schematisch dargestellt und für ein als Kraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug vorgesehen, das weiterhin eine Elektromaschine 34 und eine Antriebsachse 36 mit zwei daran angeordneten Rädern 38a, 38b aufweist. Dabei weist die Elektromaschine 34 eine Maschinenwelle 40 auf, die sich um eine Maschinenachse dreht und an der ein Maschinenzahnrad 46 angeordnet ist.
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Die Antriebsanordnung 32 umfasst eine Zwischenachse 42 mit einer ersten Zwischenwelle 50a und einer zweiten Zwischenwelle 50b, wobei die erste Zwischenwelle 50a hier als Hohlwelle ausgebildet ist und die zweite Zwischenwelle 50b sowie die Zwischenachse 42 koaxial umschließt, die zweite Zwischenwelle 50b kann auch als Hohlwelle oder als kompakte stabförmige Welle ausgebildet sein. Beide Zwischenwellen 50a, 50b drehen sich um die Zwischenachse 42.
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Die Antriebsanordnung 32 umfasst zudem ein Differential bzw. Differentialgetriebe 44, dem ein Eingangszahnrad 47, ein erstes Ausgangszahnrad 48a und ein zweites Ausgangszahnrad 48b zugeordnet sind, wobei sich das Eingangszahnrad 47 und die beiden Ausgangszahnräder 48a, 48b auf den Zwischenwellen 50a, 50b um die Zwischenachse 42 drehen. Ferner umfasst die Antriebsanordnung 32 ein erstes Antriebszahnrad 52a und ein zweites Antriebszahnrad 52b, wobei das erste Antriebszahnrad 52a auf einer ersten Antriebswelle 54a und das zweite Antriebszahnrad 52b auf einer zweiten Antriebswelle 54b angeordnet sind, die sich beide um die Antriebsachse 36 drehen und axial versetzt angeordnet sind.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Maschinenzahnrad 46 auf der Maschinenwelle 40 angeordnet ist und mit dem Eingangszahnrad 47 des Differentialgetriebes 44 drehbar verbunden ist, wobei Zähne des Maschinenzahnrads 46 und des Eingangszahnrads 47 ineinander greifen. Das Differentialgetriebe 44 ist einerseits mit der ersten Zwischenwelle 40a, auf der das erste Ausgangszahnrad 48a angeordnet ist, und andererseits mit der zweiten Zwischenwelle 40b, auf der das zweite Ausgangszahnrad 48b angeordnet ist, verbunden. Das erste Ausgangszahnrad 48a ist mit dem ersten Antriebszahnrad 52a auf der ersten Antriebswelle 54a drehbar verbunden, wohingegen das zweite Ausgangszahnrad 48b mit dem zweiten Antriebszahnrad 52b auf der zweiten Antriebswelle 54b drehbar verbunden ist, wobei jeweils Zähne eines Ausgangszahnrads 48a, 48b in Zähne eines Antriebszahnrads 52a, 52b greifen. Weiterhin ist die erste Antriebswelle 54a mit dem ersten Rad 38a und die zweite Antriebswelle 54b mit dem zweiten Rad 38b verbunden.
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Zwischen den beiden Antriebswellen 54a, 54b und den Ausgangszahnrädern 52a, 52b ist ein zusätzliches Bauteil 60 angeordnet, das dazu ausgebildet ist, eine zusätzliche Funktion durchzuführen. Dabei ist das zusätzliche Bauteil 60 bspw. dazu ausgebildet, die Antriebsachse 36 und somit die Antriebswellen 54a, 54b zu dämpfen, einen Schlupf, bspw. einen Schlupf zwischen den beiden Antriebswellen 54a, 54b zu begrenzen (limited slip) und/oder die beiden Antriebswellen 54a, 54b abzukoppeln und/oder voneinander zu entkoppeln.
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Auch bei der zweiten Ausführungsform ist das Maschinenzahnrad 46 hier als Stirnrad ausgebildet bzw. zu bezeichnen und außerhalb eines Gehäuses der Elektromaschine 34 angeordnet. Die Antriebsanordnung 32 bzw. ein entsprechendes Getriebe, bspw. Übersetzungsgetriebe, umfasst hier das Differentialgetriebe 44, das im Unterschied zum Stand der Technik nicht auf der Antriebsachse 36 sondern auf der Zwischenachse 42 zwischen der Maschinenwelle 40 und der Antriebsachse 36 angeordnet ist, und bildet mit der Elektromaschine 34 einen elektrischen Achsantrieb. Dabei wird zwischen dem Maschinenzahnrad 46 und dem Eingangszahnrad 47 eine erste Übersetzungsstufe bereitgestellt. Außerdem wird jeweils zwischen einem Ausgangszahnrad 48a, 48b und einem Antriebszahnrad 52a, 52b eine zweite Übersetzungsstufe bereitgestellt. Durch Verlegung des Differentials bzw. des Differentialgetriebes 44 von der Antriebsachse 36 auf die Zwischenachse 42 wird auf der Antriebsachse 36 für das zusätzliche Bauteil 60 Platz geschaffen.
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Bei einem Betrieb der Elektromaschine 34 werden die Maschinenwelle 40 und das Maschinenzahnrad 46 in Rotation versetzt und somit gedreht, wodurch wiederum auch das Eingangszahnrad 47 gedreht wird. Eine Drehung bzw. Rotation des Eingangszahnrads 47 wird durch das Differentialgetriebe 44 auf beide Zwischenwellen 50a, 50b und somit auch auf beide Ausgangszahnräder 48a, 48b verteilt. Eine Drehung des ersten Ausgangszahnrads 48a wird auf das erste Antriebszahnrad 52a und weiterhin auf die erste Antriebswelle 54a und das erste Rad 48a übertragen. Entsprechend wird eine Rotation des zweiten Ausgangszahnrads 48b auf das zweite Antriebszahnrad 52b und weiterhin auf die zweite Antriebswelle 54b und das zweite Rad 38b übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Antriebsanordnung
- 4
- Elektromaschine
- 6
- Antriebsachse
- 8a, 8b
- Rad
- 10
- Maschinenwelle
- 12
- Zwischenachse
- 14
- Differentialgetriebe
- 17
- Eingangszahnrad
- 18a, 18b
- Ausgangszahnrad
- 20a, 20b
- Zwischenwelle
- 22a, 22b
- Ausgangszahnrad
- 24a, 24b
- Antriebswelle
- 32
- Antriebsanordnung
- 34
- Elektromaschine
- 36
- Antriebsachse
- 38a, 38b
- Rad
- 40
- Maschinenwelle
- 42
- Zwischenachse
- 44
- Differentialgetriebe
- 47
- Eingangszahnrad
- 48a, 48b
- Ausgangszahnrad
- 50a, 50b
- Zwischenwelle
- 52a, 52b
- Ausgangszahnrad
- 54a, 54b
- Antriebswelle
- 60
- Bauteil
- 100
- Antriebsanordnung
- 102
- Elektromaschine
- 104
- Maschinenwelle
- 106
- Zahnrad
- 108
- Zwischenwelle
- 110, 112
- Zahnrad
- 114
- Achswelle
- 116
- Differential
- 118
- Zahnrad
- 120
- Rad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008063596 A1 [0003]
- DE 102011088892 A1 [0004]
- US 9527382 B2 [0005]
- DE 102009013293 A1 [0006]
