DE102019216012A1

DE102019216012A1 - Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019216012A1
Application number: DE102019216012.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Laile; Christian Gürlich; Christopher Allnoch; Stephan Demmerer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2021-04-22
Also published as: WO2021074305A1

Abstract

Es wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine (EM) mit einer Rotorwelle (1), die mit zumindest einem Planetengetriebe (PG) gekoppelt ist, welches mit einem Abtriebsdifferential (2) zum Antrieb von zumindest zwei Abtriebswellen (3, 4) gekoppelt ist vorgeschlagen, wobei zumindest zum Realisieren einer ersten Gangstufe ein erstes Schaltelement (B1) und zum Realisieren einer zweiten Gangstufe ein zweites Schaltelement (K2) vorgesehen sind und wobei die Rotorwelle (1) und das Planetengetriebe (PG) sowie die Abtriebswellen (3, 4) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei zumindest das erste Schaltelement (B1) und das zweite Schaltelement (K2) axial versetzt zu der Rotorwelle (1) der elektrischen Maschine (EM) angeordnet sind und dass die Schaltelemente (B1, K2) mit dem Planetengetriebe (PG) radial geschaltet angeordnet sind. Ferner wird ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2010 031 746 B4 ist eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor und mit einem Abtriebsdifferential für zwei Abtriebswellen sowie mit einem im Leistungsfluss zwischen dem Elektromotor und dem Abtriebsdifferential angeordneten Planetengetriebe bekannt. Die Antriebswelle des Elektromotors und das Planetengetriebe sowie die Abtriebswelle sind koaxial zueinander angeordnet. Die Antriebseinheit umfasst mehrere Schaltelemente zum Realisieren einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe. Zum Realisieren der Mehrgängigkeit sind zusätzliche Bauteile erforderlich, die auch zusätzlichen Bauraum benötigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen elektrischen Antrieb der eingangs beschriebenen Gattung sowie ein Fahrzeug mit dem Antrieb vorzuschlagen, welche einen möglichst geringen Bauraumbedarf benötigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beziehungsweise 12 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
Somit wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer angetriebenen Rotorwelle vorgeschlagen, die mit zumindest einem Planetengetriebe gekoppelt ist. Das Planetengetriebe ist mit einem Abtriebsdifferential zum Antrieb von zumindest zwei Abtriebswellen gekoppelt, wobei zumindest zum Realisieren einer ersten Gangstufe ein erstes Schaltelement und zum Realisieren einer zweiten Gangstufe ein zweites Schaltelement vorgesehen sind. Die Rotorwelle und das Planetengetriebe sowie die Abtriebswellen sind koaxial zueinander angeordnet. Um den Bauraumbedarf bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb zu minimieren, ist vorgesehen, dass zumindest das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement axial versetzt zu der Rotorwelle der elektrischen Maschine angeordnet sind und dass die Schaltelemente mit dem Planetengetriebe radial geschaltet angeordnet sind.
Auf diese Weise wird der Raum radial innerhalb der Schaltelemente, die axial zu der Rotorwelle versetzt angeordnet sind, optimal ausgenutzt, indem dieser Raum zur Anordnung der Bauteile des Planetengetriebes genutzt wird. Demzufolge wird das Planetengetriebe quasi in die Schaltelemente integriert, indem zum Beispiel das Planetengetriebe radial innerhalb der Schaltelemente angeordnet ist.
Die vorgesehene radial verschachtelte Bauweise kann auf verschiedene Arten erfolgen. Beispielsweise kann das zweite Schaltelement radial innerhalb des ersten Schaltelements und das Planetengetriebe radial innerhalb des zweiten Schaltelements angeordnet werden. Es ist aber auch eine andere radiale Reihenfolge denkbar.
Im Rahmen einer nächsten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der elektrische Antrieb als Schaltelemente reibschlüssige Schaltelemente aufweist. Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer Lamellenbremse und einer Lamellenkupplung. Um Schleppmomente zu reduzieren ist es ebenso denkbar, dass zumindest eines der Schaltelemente auch als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt wird.
Eine weitere bauraumsparende Anordnung wird im Rahmen einer nächsten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, bei der Außenlamellen des ersten Schaltelementes an einer Innenwand eines Gehäuses befestigt sind. Auf diese Weise wird ein Außenlamellenträger als zusätzliches Bauteil eingespart, wodurch neben dem Bauraumvorteil auch Kosten eingespart werden können.
Eine nächste vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass Innenlamellen des ersten Schaltelementes und Außenlamellen des zweiten Schaltelementes an einem gemeinsamen Lamellenträger befestigt sind, wobei der gemeinsame Lamellenträger mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden ist. Somit wird ein zusätzlicher Lamellenträger eingespart, wodurch sich wiederum Bauraumvorteile und Kostenvorteile ergeben.
Um eine antriebsseitige Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und dem Planetengetriebe zu realisieren, ist im Rahmen einer nächsten Weiterbildung vorgesehen, dass ein Innenlamellenträger des zweiten Schaltelements mit der Rotorwelle direkt oder indirekt gekoppelt ist. Da vorzugsweise der Innenlamellenträger des zweiten Schaltelements und ein Hohlrad des Planetengetriebes ein gemeinsames Bauteil bilden, wird somit die Antriebsleistung auf das Planetengetriebe über nur ein gemeinsames Bauteil übertragen.
Zum Abtrieb bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb ist vorgesehen, dass ein Planetenradträger des Planetengetriebes mit dem Abtriebsdifferential gekoppelt ist. Als Abtriebsdifferential können verschiedene Ausführungen, wie zum Beispiel ein Stirnraddifferential, ein Kegelraddifferential oder dergleichen vorgesehen werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beansprucht ein Fahrzeug mit dem vorbeschriebenen elektrischen Antrieb. Besonders vorteilhaft ist die Ausführung eines Achsantriebes als elektrischer Antrieb bei einem Kraftfahrzeug.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert. Die einzige Figur der Erfindung zeigt eine mögliche Ausführungsvariante eines elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug beziehungsweise an einem Fahrzeug.
Der vorgeschlagene elektrische Antrieb umfasst eine elektrische Maschine EM mit einer angetriebenen Rotorwelle 1 als Antriebswelle, die mit zumindest einem Planetengetriebe PG gekoppelt ist. Das Planetengetriebe PG ist mit einem Abtriebsdifferential 2 zum Antrieb von zumindest zwei Abtriebswellen 3, 4 gekoppelt, wobei ein beliebig gestaltetes Abtriebsdifferential 2 zum Beispiel als Stirnraddifferential oder als Kegelraddifferential ausgeführt sein kann.
Zum Realisieren einer ersten Gangstufe ist ein erstes Schaltelement B1 und zum Realisieren einer zweiten Gangstufe ist ein zweites Schaltelement K2 vorgesehen. Die Rotorwelle 1 und das Planetengetriebe PG sowie die Abtriebswellen 3, 4 sind koaxial zueinander angeordnet. Dies bedeutet, dass diese einer gemeinsamen zentralen Rotationsachse zugeordnet sind, die gleichzeitig die Drehachse der Abtriebswellen 3, 4 ist.
Um eine möglichst bauraumsparende Anordnung zu realisieren, ist bei dem elektrischen Antrieb vorgesehen, dass das erste Schaltelement B1 und das zweite Schaltelement K2 axial versetzt zu der Rotorwelle 1 der elektrischen Maschine EM angeordnet sind, wobei die Schaltelemente B1, K2 mit dem Planetengetriebe PG radial geschachtelt angeordnet sind.
Demzufolge ist das Planetengetriebe PG mit seinen Bauteilen radial innerhalb der Schaltelemente B1, K2 angeordnet. Hierzu ist das zweite Schaltelement K2 radial innerhalb des ersten Schaltelements B1 angeordnet und das Planetengetriebe PG radial innerhalb des zweiten Schaltelements K2 angeordnet.
Bei der beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes ist vorgesehen, dass das erste Schaltelement B1 als Lamellenbremse und das zweite Schaltelement K2 als Lamellenkupplung ausgeführt sind.
Ferner ist bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb vorgesehen, dass Außenlamellen 5 des ersten Schaltelements B1 an einer Innenwand eines Gehäuses 13 befestigt sind. Somit ist kein zusätzlicher Lamellenträger erforderlich.
Darüber hinaus sind Innenlamellen 6 des ersten Schaltelements B1 und Außenlamellen 7 des zweiten Schaltelements K2 an einem gemeinsamen Lamellenträger 8 befestigt, wobei der gemeinsame Lamellenträger 8 mit einem Sonnenrad SR des Planetengetriebes PG verbunden ist. Ferner ist bei dem elektrischen Antrieb vorgesehen, dass ein Innenlamellenträger 9 des zweiten Schaltelements K2 mit der Rotorwelle 1 gekoppelt ist.
Bei der hier gezeigten Ausführungsvariante ist der Innenlamellenträger 9 des zweiten Schaltelements K2 über ein Antriebsrad 10 mit der Rotorwelle 1 gekoppelt, wobei das Antriebsrad 10 eine Übergabestelle für die Ölversorgung zum Schmieren und Kühlen der in dem Gehäuse 13 enthaltenen Bauteile aufweist. Die Übergabestelle ist als Bohrung 11 ausgeführt und mit einer Bohrung der Abtriebswelle 3 deckungsgleich angeordnet, sodass Öl aus dem Inneren der Abtriebswelle 3 durch die Übergabestelle in den Innenraum des Gehäuses 13 einströmen kann.
Ferner ist vorgesehen, dass der Innenlamellenträger 9 des zweiten Schaltelements K2 und ein Hohlrad HR des Planetengetriebes PG ein gemeinsames Bauteil bilden, welches den Antrieb des Planetengetriebes PG realisiert. Ein Planetenradträger PT des Planetengetriebes PG ist zum Abtrieb mit dem Abtriebsdifferential 2 gekoppelt.
Axial zwischen den Schaltelementen B1, K2 und dem Planetengetriebe PG einerseits und dem Abtriebsdifferential 2 andererseits ist eine Parksperre 12 vorgesehen, die mit dem Planetenradträger PT des Planetengetriebes PG gekoppelt ist. Mit der Parksperre 12 kann der Abtrieb blockiert oder freigegeben werden.
Bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb für ein Kraftfahrzeug, der beispielsweise als Achsantrieb ausgebildet ist, kann durch das radial innerhalb der Schaltelemente B1, K2 angeordnete Planetengetriebe PG ein besonders bauraumsparender Antrieb realisiert werden.
Zusammenfassend wird ein elektrischer Antrieb vorgeschlagen, bei dem die Schaltelemente B1, K2 axial hinter der Rotorwelle 1 angeordnet sind, sodass dadurch ein größerer Durchmesser für die jeweiligen Lamellen der Schaltelemente B1, K2 ermöglicht wird. Außerdem wird eine bauraumsparende Anordnung des Planetengetriebes PG realisiert, da dieses radial innerhalb der Schaltelemente B1, K2 angeordnet wird. Darüber hinaus kann durch die vorgeschlagene Anordnung die Kühlung und Schmierung des gesamten Radsatzes technisch günstiger umgesetzt werden.
Bei dem vorgeschlagenen Zweiganggetriebe, welches durch den Planetenradsatz beziehungsweise durch das Planetengetriebe PG und die zugeordneten Schaltelemente B1, K2 realisiert wird, erfolgt der Antrieb über das Hohlrad HR des Planetengetriebes PG und der Abtrieb über den Planetenradträger PT beziehungsweise über den Steg des Planetengetriebes PG.
Für den ersten Gang beziehungsweise für die erste Gangstufe wird das Sonnenrad SR des Planetengetriebes PG über das Gehäuse 13 durch das Schließen des ersten Schaltelements B1 gehäusefest gesetzt und damit abgebremst. Hierbei ergibt sich eine Übersetzung i=1-i₀. Zum Schalten des zweiten Ganges beziehungsweise der zweiten Gangstufe wird das Planetengetriebe PG verblockt, indem das Hohlrad HR mit dem Sonnenrad SR des Planetengetriebes PG über das geschlossene zweite Schaltelement K2 verbunden wird. Damit ergibt sich die Übersetzung i = 1 bei dem Planetengetriebe PG.
Bezugszeichenliste

1: Rotorwelle
2: Abtriebsdifferential
3: Abtriebswelle
4: Abtriebswelle
5: Außenlamellen des ersten Schaltelements
6: Innenlamellen des ersten Schaltelements
7: Außenlamellen des zweiten Schaltelements
8: Lamellenträger
9: Innenlamellenträger des zweiten Schaltelements
10: Antriebsrad
11: Bohrung
12: Parksperre
13: Gehäuse
EM: elektrische Maschine
PG: Planetengetriebe
B1: erstes Schaltelement
K2: zweites Schaltelement
SR: Sonnenrad des Planetengetriebes
HR: Hohlrad des Planetengetriebes
PT: Planetenradträger des Planetengetriebes

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 102010031746 B4 [0002]

Claims

Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine (EM) mit einer Rotorwelle (1), die mit zumindest einem Planetengetriebe (PG) gekoppelt ist, welches mit einem Abtriebsdifferential (2) zum Antrieb von zumindest zwei Abtriebswellen (3, 4) gekoppelt ist, wobei zumindest zum Realisieren einer ersten Gangstufe ein erstes Schaltelement (B1) und zum Realisieren einer zweiten Gangstufe ein zweites Schaltelement (K2) vorgesehen sind und wobei die Rotorwelle (1) und das Planetengetriebe (PG) sowie die Abtriebswellen (3, 4) koaxial zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Schaltelement (B1) und das zweite Schaltelement (K2) axial versetzt zu der Rotorwelle (1) der elektrischen Maschine (EM) angeordnet sind und dass die Schaltelemente (B1, K2) mit dem Planetengetriebe (PG) radial geschaltet angeordnet sind.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (PG) radial innerhalb der Schaltelemente (B1, K2) angeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (K2) radial innerhalb des ersten Schaltelements (B1) angeordnet ist und dass das Planetengetriebe (PG) radial innerhalb des zweiten Schaltelements (K2) angeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (B1) als Lamellenbremse und dass das zweite Schaltelement (K2) als Lamellenkupplung ausgeführt sind.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Außenlamellen (5) des ersten Schaltelementes (B1) an einer Innenwand eines Gehäuses (13) befestigt sind.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Innenlamellen (6) des ersten Schaltelements (B1) und Außenlamellen (7) des zweiten Schaltelements (K2) an einem gemeinsamen Lamellenträger (8) befestigt sind, wobei der gemeinsame Lamellenträger (8) mit einem Sonnenrad (SR) des Planetengetriebes (PG) verbunden ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenlamellenträger (9) des zweiten Schaltelements (K2) mit der Rotorwelle (1) gekoppelt ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenlamellenträger (9) des zweiten Schaltelements (K2) über ein Antriebsrad (10) mit der Rotorwelle (1) gekoppelt ist, wobei das Antriebsrad (10) eine Übergabestelle für die Ölversorgung aufweist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenlamellenträger (9) des zweiten Schaltelements (K2) und ein Hohlrad (HR) des Planetengetriebes (PG) ein gemeinsames Bauteil bilden.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenradträger (PT) des Planetengetriebes (PG) zum Abtrieb mit dem Abtriebsdifferential (2) gekoppelt ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Parksperre (12) zum Blockieren und Freigeben des Abtriebes mit einem Planetenradträger (PT) des Planetengetriebes (PG) gekoppelt ist.
Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche.