DE102019217155A1 - Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Es wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine (EM), die eine Antriebswelle (1) antreibt, die über ein erstes Planetengetriebe (PG1) und ein zweites Planetengetriebe (PG2) zum Realisieren zumindest einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe mit einem Abtriebsdifferential (2) zum Antrieb von zumindest zwei Abtriebswellen (3, 4) gekoppelt ist vorgeschlagen, wobei die Antriebswelle (1) und die Abtriebswellen (3, 4) koaxial angeordnet sind, wobei die Antriebswelle (1) mit einem Sonnenrad (6) des ersten Planetengetriebes (PG1) und mit einem Sonnenrad (6A) des zweiten Planetengetriebes (PG2) gekoppelt sind, wobei ein Planetenradträger (7) des ersten Planetengetriebes (PG1) und des zweiten Planetengetriebes (PG2) über ein drittes Planetengetriebe (PG3) mit dem Abtriebsdifferential (2) gekoppelt ist, wobei ein Hohlrad (8) des ersten Planetengetriebes (PG1) über ein erstes Schaltelement (B1) zum Schalten der ersten Gangstufe mit einem Gehäuse (9) verbindbar ist und wobei ein Hohlrad (10) des zweiten Planetengetriebes (PG2) über ein zweites Schaltelement (B2) zum Schalten der zweiten Gangstufe mit dem Gehäuse (9) verbindbar ist. 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.
  • Aus der Druckschrift EP 2 669 548 B1 ist ein zweistufiges Getriebe für elektrische Fahrzeuge bekannt, bei dem eine Primärwelle und eine Sekundärwelle vorgesehen sind, die achsparallel angeordnet sind und über Stirnradstufen miteinander gekoppelt sind, um Abtriebswellen über ein Abtriebsdifferential anzutreiben. Zum Realisieren der beiden Gangstufen sind eine Kupplung und eine Freilaufkupplung vorgesehen. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine aufwändige Bauweise und ein hoher Bauraumbedarf, sondern auch ein geringerer Wirkungsgrad bei dem elektrischen Antrieb.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen elektrischen Antrieb der eingangs beschriebenen Gattung sowie ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb vorzuschlagen, bei denen der Bauraumbedarf minimiert und der Wirkungsgrad optimiert ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beziehungsweise 10 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
  • Somit wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, die eine Antriebswelle antreibt, die über ein erstes Planetengetriebe und ein zweites Planetengetriebe zum Realisieren zumindest einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe mit einem Abtriebsdifferential zum Antrieb von zumindest zwei Abtriebswellen gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle und die Abtriebswellen koaxial zueinander angeordnet sind. Eine besonders bauraumsparende und einen hohen Wirkungsgrad aufweisende Anordnung wird dadurch realisiert, dass die Antriebswelle mit einem Sonnenrad des ersten Planetengetriebes und mit einem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt sind, wobei ein Planetenradträger des ersten Planetengetriebes und des zweiten Planetengetriebes über ein drittes Planetengetriebe mit dem Abtriebsdifferential gekoppelt sind, wobei ein Hohlrad des ersten Planetengetriebes über ein erstes Schaltelement zum Schalten der ersten Gangstufe mit einem Gehäuse verbindbar ist und wobei ein Hohlrad des zweiten Planetengetriebes über ein zweites Schaltelement zum Schalten der zweiten Gangstufe mit dem Gehäuse verbindbar ist.
  • Auf diese Weise wird ohne die Verwendung von Stirnradstufen ausschließlich mit Planetengetrieben ein besonders bauraumsparender und leistungseffizienter elektrischer Antrieb mit zumindest zwei Gangstufen realisiert. Hierbei bilden die beiden ersten Planetengetriebe ein miteinander gekoppeltes Getriebe, während das dritte Planetengetriebe quasi als Reduziergetriebe beziehungsweise als Reduzierstufe eingesetzt wird.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführung wird dadurch realisiert, dass der Planetenradträger des ersten Planetengetriebes und des zweiten Planetengetriebes mit einem Sonnenrad des dritten Planetengetriebes verbunden sind, wobei ein Hohlrad des dritten Planetengetriebes mit dem Gehäuse verbunden ist und ein Planetenradträger des dritten Planetengetriebes mit dem Abtriebsdifferential gekoppelt ist. Auf diese Weise wird eine besonders bauraumfreundliche Anordnung bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb realisiert und zudem werden leistungseffiziente Übersetzungen durch das dritte Planetengetriebe als Reduzierstufe ermöglicht.
  • Besonders bauraumgünstig ist es, wenn die Sonnenräder des ersten Planetengetriebes und des zweiten Planetengetriebes als gemeinsames Sonnenrad ausgeführt sind, welches mit der Antriebswelle verbunden ist. Auf diese Weise wird nicht nur Bauraum, sondern auch die Anzahl der notwendigen Bauteile reduziert.
  • Ebenso bauraumgünstig ist es bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb, dass die gekoppelten Planetengetriebe beziehungsweise Planetenradsätze über den gemeinsamen Planetenradträger verbunden sind, wobei der gemeinsame Planetenradträger über das dritte Planetengetriebe oder dergleichen mit dem Abtriebsdifferential gekoppelt ist. Es wäre jedoch denkbar, dass anstelle des gemeinsamen Planetenradträgers auch separate mit einander verbundene Planetenradträger eingesetzt werden.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführung bei der vorliegenden Erfindung ist, dass als erstes Schaltelement als Bremse eine Schaltklaue, also ein formschlüssiges Schaltelement und als zweites Schaltelement als Bremse ein Reibschaltelement vorgesehen sind. Durch die Verwendung eines formschlüssigen Schaltelementes kann der Wirkungsgrad bei dem elektrischen Antrieb deutlich verbessert werden, da Schleppmomente minimiert werden.
  • Es ist jedoch auch denkbar, dass bei dem elektrischen Antrieb ein Freilauf als erstes Schaltelement und ein Reibschaltelement als zweites Schaltelement vorgesehen sind. Ebenso können als erstes und zweites Schaltelement auch Schaltklauen oder Reibschaltelemente vorgesehen werden.
  • Hinsichtlich der Betätigung der vorgesehenen Schaltelemente kann bevorzugt zum Reduzieren der notwendigen Bauteile und auch des Bauraumbedarfs ein gemeinsamer Aktor zum unabhängigen Betätigen der Schaltelemente verwendet werden.
  • Wenn Reibschaltelemente beziehungsweise Lamellenbremsen als Schaltelemente eingesetzt werden, können vorzugsweise normally open beziehungsweise im unbetätigten Zustand offene Schaltelemente eingesetzt werden. Es wäre jedoch auch möglich normally closed beziehungsweise im unbetätigten Zustand geschlossene Schaltelemente zu verwenden.
  • Bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb kann vorzugsweise als Abtriebsdifferential ein Stirnraddifferential oder auch ein Kegelraddifferential eingesetzt werden. Es hat sich gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist bei einer koaxialen Anordnung von Antriebswelle und Abtriebswellen bevorzugt ein Stirnraddifferential als Abtriebsdifferential zu verwenden.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Fahrzeug mit dem vorbeschriebenen elektrischen Antrieb vorzuschlagen. Hierbei ergeben sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Schnittansicht einer möglichen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes; und
    • 2 eine schematische Prinzipansicht des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes.
  • In den 1 und 2 ist eine mögliche Ausführungsvariante eines elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug beispielhaft dargestellt.
  • Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst der vorgeschlagene elektrische Antrieb für ein Fahrzeug zumindest eine elektrische Maschine EM, die als Motor aber auch als Generator betrieben werden kann. Die elektrische Maschine EM treibt mit deren Rotor eine Antriebswelle 1 an, die über ein erstes Planetengetriebe PG1, ein zweites Planetengetriebe PG2 und ein drittes Planetengetriebe PG3 als Reduzierstufe zum Realisieren einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe mit einem Abtriebsdifferential 2 zum Antrieb von zumindest zwei Abtriebswellen 3, 4 gekoppelt ist. Die Antriebswelle 1 kann dazu selbst als Rotorwelle ausgebildet oder mit dieser gekoppelt sein. Die Antriebswelle 1, das erste Planetengetriebe PG1, das zweite Planetengetriebe PG2 und das dritte Planetengetriebe PG3 sind koaxial zu den Abtriebswellen 3, 4 angeordnet. Somit kann zumindest eine der Abtriebswellen 3, 4 beispielsweise bauraumsparend durch die Antriebswelle 1, das erste Planetengetriebe PG1, das zweite Planetengetriebe PG2 und das dritte Planetengetriebe PG3 geführt werden.
  • In 1 ist die Antriebswelle 1 mit einem Sonnenrad 6 des ersten Planetengetriebes PG1 und mit einem Sonnenrad 6A des zweiten Planetengetriebes PG2 verbunden, wobei das Sonnenrad 6 des ersten Planetengetriebes PG1 und das Sonnenrad 6A des zweiten Planetengetriebes PG2 miteinander verbunden sind. In 2 ist alternativ vorgesehen, dass die Sonnenräder 6, 6A als ein gemeinsames Sonnenrad 11 des ersten Planetengetriebes PG1 und des zweiten Planetengetriebes PG2 ausgeführt ist und mit der Antriebswelle 1 verbunden ist.
  • Unabhängig von der jeweiligen Ausführung bildet das gemeinsame Sonnenrad 11 beziehungsweise bilden die Sonnenräder 6, 6A des ersten Planetengetriebes PG1 und des zweiten Planetengetriebes PG2 den Antrieb der miteinander gekoppelten Planetengetriebe PG1, PG2. Die Planetenräder des ersten Planetengetriebes PG1 und des zweiten Planetengetriebes PG2 sind als gemeinsamer Planetenradträger 7 ausgeführt, wobei der gemeinsame Planetenradträger 7 mit dem Abtriebsdifferential 2 über das dritte Planetengetriebe PG3 gekoppelt ist.
  • Um die beiden Gangstufen bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb zu realisieren, ist vorgesehen, dass ein Hohlrad 8 des ersten Planetengetriebes PG1 über ein erstes Schaltelement B1 als Bremse zum Schalten der ersten Gangstufe mit einem Gehäuse 9 verbindbar ist und dass ein Hohlrad 10 des zweiten Planetengetriebes PG2 über ein zweites Schaltelement B2 als Bremse zum Schalten der zweiten Gangstufe mit dem Gehäuse 9 verbindbar ist.
  • Bei der beispielhaft gezeigten Ausführungsvariante ist das erste Schaltelement B1 als formschlüssiges Schaltelement beziehungsweise als Schaltklaue ausgeführt, während das zweite Schaltelement B2 als Reibschaltelement beziehungsweise Lamellenbremse ausgeführt ist.
  • Die beiden Schaltelemente B1, B2 können elektromechanisch aktuiert werden, vorzugsweise über einen gemeinsamen Aktor.
  • Bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb ist zur Kopplung der beiden ersten und zweiten Planetengetriebe PG1 und PG2 mit dem beispielhaft als Stirnraddifferential ausgeführten Abtriebsdifferential 2 vorgesehen, dass der gemeinsame Planetenradträger 7 des ersten und zweiten Planetengetriebes PG1, PG2 mit einem Sonnenrad 12 des dritten Planetengetriebes PG3 verbunden ist, wobei ein Hohlrad 13 des dritten Planetengetriebes PG3 mit dem Gehäuse 9 verbunden ist und wobei ein Planetenradträger 14 des dritten Planetengetriebes PG3 mit dem Stirnraddifferential gekoppelt ist.
  • Hierzu ist vorgesehen, dass der Planetenradträger 14 des dritten Planetengetriebes PG3 mit einem Planetenradträger 17 des zum Beispiel als Abtriebsdifferential 2 ausgeführten Stirnraddifferentials verbunden ist. Auf dem Planetenradträger 17 lagern Planetenräder 15, 15A des Stirnraddifferentials, die einerseits miteinander kämmen und andererseits jeweils mit einem zugeordneten Sonnenrad 16, 16A kämmen. Die beiden Sonnenräder 16, 16A des Stirnraddifferentials sind jeweils mit einer der Abtriebswellen 3, 4 verbunden.
  • Durch die Verwendung des dritten Planetengetriebes PG3 ergibt sich eine hohe Flexibilität bezüglich Gangsprung und Übersetzung bei dem zweigängigen elektrischen Antrieb. Der elektrische Antrieb ist für die zwei Gangstufen optimiert und kann beispielsweise Umdrehungen bis zu 10.000 Umdrehungen pro Minute bei einer Leistung von 170 kW aufbringen.
  • Im Rahmen der gezeigten Ausführungsvariante gemäß 1 und 2 wird somit auch ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb beansprucht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebswelle
    2
    Abtriebsdifferential
    3
    Abtriebswelle
    4
    Abtriebswelle
    6
    Sonnenrad des ersten Planetengetriebes
    6A
    Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes
    7
    Planetenradträger des ersten Planetengetriebes und des zweiten Planetengetriebes
    8
    Hohlrad des ersten Planetengetriebes
    9
    Gehäuse
    10
    Hohlrad des zweiten Planetengetriebes
    11
    gemeinsames Sonnenrad des ersten und zweiten Planetengetriebes
    12
    Sonnenrad des dritten Planetengetriebes
    13
    Hohlrad des dritten Planetengetriebes
    14
    Planetenradträger des dritten Planetengetriebes
    15,15A
    Planetenräder des Stirnraddifferentials
    16,16A
    Sonnenräder des Stirnraddifferentials
    17
    Planetenradträger des Stirnraddifferentials
    B1
    erstes Schaltelement als Bremse
    B2
    zweites Schaltelement als Bremse
    EM
    elektrische Maschine
    PG1
    erstes Planetengetriebe
    PG2
    zweites Planetengetriebe
    PG3
    drittes Planetengetriebe
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2669548 B1 [0002]

Claims (10)

  1. Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine (EM), die eine Antriebswelle (1) antreibt, die über ein erstes Planetengetriebe (PG1) und ein zweites Planetengetriebe (PG2) zum Realisieren zumindest einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe mit einem Abtriebsdifferential (2) zum Antrieb von zumindest zwei Abtriebswellen (3, 4) gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle (1) und die Abtriebswellen (3, 4) koaxial angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) mit einem Sonnenrad (6) des ersten Planetengetriebes (PG1) und mit einem Sonnenrad (6A) des zweiten Planetengetriebes (PG2) gekoppelt sind, dass ein Planetenradträger (7) des ersten Planetengetriebes (PG1) und des zweiten Planetengetriebes (PG2) über ein drittes Planetengetriebe (PG3) mit dem Abtriebsdifferential (2) gekoppelt ist, dass ein Hohlrad (8) des ersten Planetengetriebes (PG1) über ein erstes Schaltelement (B1) zum Schalten der ersten Gangstufe mit einem Gehäuse (9) verbindbar ist und dass ein Hohlrad (10) des zweiten Planetengetriebes (PG2) über ein zweites Schaltelement (B2) zum Schalten der zweiten Gangstufe mit dem Gehäuse (9) verbindbar ist.
  2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Planetenradträger (7) des ersten Planetengetriebes (PG1) und des zweiten Planetengetriebes (PG2) mit einem Sonnenrad (12) des dritten Planetengetriebes (PG3) verbunden sind, dass ein Hohlrad (13) des dritten Planetengetriebes (PG3) mit dem Gehäuse (9) verbunden ist und dass ein Planetenradträger (14) des dritten Planetengetriebes (PG3) mit dem Abtriebsdifferential (2) gekoppelt ist.
  3. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (6) des ersten Planetengetriebes (PG1) und das Sonnenrad (6A) des zweiten Planetengetriebes (PG2) als ein gemeinsames Sonnenrad (11) ausgeführt sind, welches mit der Antriebswelle (1) verbunden ist.
  4. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Planetenradträger (7) des ersten Planetengetriebes (PG1) und des zweiten Planetengetriebes (PG2) als separate mit einander verbundene Planetenradträger ausgeführt ist, die über das dritte Planetengetriebe (PG3) mit dem Abtriebsdifferential (2) gekoppelt sind.
  5. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Schaltelement (B1) als Bremse eine Schaltklaue und als zweites Schaltelement (B2) als Bremse ein Reibschaltelement vorgesehen sind.
  6. Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Schaltelement (B1) als Bremse ein Freilauf und als zweites Schaltelement (B2) als Bremse ein Reibschaltelement vorgesehen sind.
  7. Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Schaltelement (B1) und als zweites Schaltelement (B2) jeweils als Bremse eine Schaltklaue oder ein Reibschaltelement vorgesehen sind.
  8. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (B1) und das zweite Schaltelement (B2) über einen gemeinsamen Aktor unabhängig voneinander betätigbar sind.
  9. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Abtriebsdifferential (2) ein Stirnraddifferential oder ein Kegelraddifferential vorgesehen sind.
  10. Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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