DE102019217156A1

DE102019217156A1 - Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019217156A1
Application number: DE102019217156.7A
Authority: DE
Inventors: Christopher Allnoch; Christian Gürlich; Matthias Winkel; Markus Laile; Stephan Demmerer; Christoph Margraf; Andreas Geiger; Peter Ziemer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2021-05-12
Also published as: WO2021089468A1

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) achsparallel angeordnet sind, wobei die Antriebswelle (1) mit Sonnenrädern (6, 6A) des ersten Planetengetriebes (PG1) und des zweiten Planetengetriebes (PG2) gekoppelt sind, wobei der gemeinsame Planetenradträger (7) des ersten Planetengetriebes (PG1) und des zweiten Planetengetriebes (PG2) über zumindest eine Stirnradstufe (5) 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 11 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. Ferner sind die Antriebswelle und die Abtriebswellen achsparallel zueinander angeordnet. Um eine besonders bauraumsparende und einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweisenden elektrischen Antrieb zu realisieren, ist vorgesehen, dass die Antriebswelle mit Sonnenrädern des ersten Planetengetriebes und des zweiten Planetengetriebes gekoppelt sind, dass der gemeinsame Planetenradträger des ersten Planetengetriebes und des zweiten Planetengetriebes mit dem Abtriebsdifferential gekoppelt ist, dass ein Hohlrad des ersten Planetengetriebes über ein erstes Schaltelement zum Schalten der ersten Gangstufe mit einem Gehäuse verbindbar ist und dass ein Hohlrad des zweiten Planetengetriebes über ein zweites Schaltelement zum Schalten der zweiten Gangstufe mit dem Gehäuse verbindbar ist.
Mit dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb wird über die Antriebswelle ein gekoppelter beziehungsweise doppelter Planetenradsatz angetrieben, der über die zumindest eine Stirnradstufe als Reduziergetriebe beziehungsweise als Reduzierstufe mit dem Abtriebsdifferential gekoppelt ist, wobei sich nicht nur eine sehr bauraumgünstige, sondern auch wirkungsgradgünstige Bauweise ergibt.
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 werden, wobei der gemeinsame Planetenradträger über die zumindest eine Stirnradstufe oder dergleichen mit dem Abtriebsdifferential gekoppelt ist. Es wäre jedoch denkbar, dass anstelle des gemeinsamen Planetenradträgers auch separate mit einander verbundene Planetenradträger eingesetzt werden.
Bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Stirnradstufe direkt oder indirekt über eine Zwischenwelle oder dergleichen mit dem Abtriebsdifferential verbunden ist. Durch die Möglichkeit einer indirekten Verbindung über zum Beispiel eine Zwischenwelle ergibt sich der Vorteil, dass gegebenenfalls die Durchmesser bei den Bauteilen der Planetengetriebe variiert werden können, um bestimmte Übersetzungsverhältnisse realisieren zu können. Demzufolge kann auf diese Weise der Einsatzbereich des vorgeschlagenen elektrischen Antriebes erweitert werden.
Eine besonders bevorzugte Ausführung bei der vorliegenden Erfindung sieht vor, 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.
Um bei dem elektrischen Antrieb auch eine Parksperre zu realisieren, kann im Rahmen einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgesehen sein, dass beispielsweise die Stirnradstufe mit einer betätigbaren Parksperre gekoppelt ist.
Bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb ist es möglich als Abtriebsdifferential ein Kegelraddifferential oder ein Stirnraddifferential einzusetzen. Es hat sich gezeigt, dass bei der achsparallelen Anordnung von Antriebswelle und Abtriebswellen ein Kegelraddifferential als Abtriebsdifferential besonders vorteilhaft ist.
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 erläutert.
Es zeigen:

1 eine geschnittene Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug; und
2 eine schematische Prinzipdarstellung des 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 und ein zweites Planetengetriebe PG2 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 und das zweite Planetengetriebe PG2 sind koaxial zueinander angeordnet, wobei die Antriebswelle 1 und die Abtriebswellen 3, 4 achsparallel zueinander angeordnet sind, da die Planetengetriebe PG1, PG2 über eine Stirnradstufe 5 mit dem Abtriebsdifferential 2 gekoppelt sind.
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 beispielhaft als gemeinsamer Planetenradträger 7 ausgeführt, wobei der gemeinsame Planetenradträger 7 mit dem Abtriebsdifferential 2 über die Stirnradstufe 5 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.
Durch die Verwendung einer Stirnradstufe 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.
Als Abtriebsdifferential 2 kann vorzugsweise ein Kegelraddifferential verwendet werden, welches in 1 beispielhaft dargestellt ist.
Ferner ist in den 1 und 2 eine Anbindung einer Parksperre P vorgesehen. Die Parksperre P kann vorzugsweise der Stirnradstufe 5 zugeordnet sein und diese gehäusefest setzen, um die Parksperre P zu aktivieren und das Fahrzeug im Stillstand zu halten.
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
5: Stirnradstufe
6: Sonnenrad des ersten Planetengetriebes
6A: Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes
7: gemeinsamer 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 Planetengetriebes und des zweiten Planetengetriebes
P: Parksperre
B1: erstes Schaltelement als Bremse
B2: zweites Schaltelement als Bremse
EM: elektrische Maschine
PG1: erstes Planetengetriebe
PG2: zweites Planetengetriebe

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

EP 2669548 B1 [0002]

Claims

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) achsparallel angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) mit einem Sonnenrad (6) des ersten Planetengetriebes (PG1) und einem Sonnenrad (6A) des zweiten Planetengetriebes (PG2) gekoppelt sind, dass ein Planetenradträger (7) des ersten Planetengetriebes (PG1) und des zweiten Planetengetriebes (PG2) über zumindest eine Stirnradstufe (5) 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.
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.
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 die zumindest eine Stirnradstufe (5) mit dem Abtriebsdifferential (2) gekoppelt sind.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnradstufe (5) direkt oder indirekt über eine Zwischenwelle mit dem Abtriebsdifferential (2) verbunden ist.
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.
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.
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.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnradstufe (5) mit einer betätigbaren Parksperre (P) gekoppelt ist.
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.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Abtriebsdifferential (2) ein Stirnraddifferential oder ein Kegelraddifferential vorgesehen sind.
Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche.