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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, die mindestens aus folgenden Baugruppen gebildet ist: aus einer ersten Antriebsmaschine, einem ersten Planetentrieb, einem Gehäuse, einem Verteilergetriebe und aus einer Torque-Vectoring-Einheit. Die Baugruppen stehen miteinander in Wirkverbindung.
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Hintergrund der Erfindung
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Beschreibung der Erfindung/Beschreibung der Zeichnungen
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Antriebsvorrichtung Die Antriebsvorrichtung 100 ist aus folgenden Baugruppen gebildet: mindestens aus einer ersten Antriebsmaschine 1, einem ersten Planetentrieb 2, einem Gehäuse 3, und einem Verteilergetriebe 4 und aus einer Torque-Vectoring-Einheit 7. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Torque-Vectoring-Einheit wenigstens aus einer zweiten Antriebsmaschine 5 und einem zweiten Planetentrieb 6 gebildet ist.
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Erster Planetentrieb Der erste Planetentrieb 2 ist erfindungsgemäß mit einem ersten Hohlrad 10 und einem zweiten Hohlrad 11 versehen. Jedes Hohlrad 10 oder 11 ist jeweils mit einer Feststellvorrichtung 12 oder 13 mit dem Gehäuse 3 so drehfest verbindbar, dass diese nicht mehr um ihre Rotationsachse relativ zum Gehäuse 3 drehbar sind. Die Rotationsachse der Hohlräder entspricht in diesem Falle der Zentralachse 14 des ersten Planetentriebs 2.
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Ausgestaltungen des ersten Planetentriebs Der erste Planetentrieb 2 weist wenigstens einen aber vorzugsweise mehr als zwei Stufenplaneten 23 auf. Jeder der Stufenplaneten 23 ist aus einem ersten Planetenrad 24 und aus einem zweiten Planetenrad 25 gebildet. An jedem der Stufenplaneten 23 ist jeweils ein erstes Planetenrad 24 um die Planetenachse 26 drehfest mit einem zweiten Planetenrad 25 verbunden. Jedes erste Planetenrad 24 steht im Zahneingriff mit dem ersten Hohlrad 10 und jedes zweite Planetenrad 25 mit dem zweiten Hohlrad 11. Ein erstes Sonnenrad 17 steht im Zahneingriff mit jedem der ersten Planetenräder 24.
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Erfindungsgemäße Wirkverbindung zwischen der ersten Antriebsmaschine 1 und dem ersten Planetentrieb 2 Die koaxial auf der Zentralachse 14 liegende Rotorwelle 15 der ersten Antriebsmaschine 1 ist vorzugsweise eine Hohlwelle, da diese gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung als Durchführung für eine Abtriebswelle 16 dient. Die Rotorwelle 15 ist mit dem ersten Sonnenrad 17 des ersten Planetentriebs 2 drehfest wirkverbunden.
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Erfindungsgemäße Wirkverbindung zwischen dem ersten Planetentrieb 2 und dem Verteilergetriebe 4 Ein erster Planetenträger 18 des ersten Planetentriebs 2 ist drehfest mit einem Eingangsglied 19 des Verteilergetriebes 4 wirkverbunden. Das Eingangsglied des Verteilergetriebes 4 ist vorzugsweise ein zweiter Planetenträger 19, welcher zugleich einen Differenzialkorb 20 bildet.
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Aufbau des Verteilergetriebes Das Verteilergetriebe 4 weist den Differenzialkorb 20 und drei Planetensätze auf, die mindestens ein aber vorzugsweise mehr als zwei Planetenräder pro Satz aufweisen und im Folgenden für den einen Satz als dritte Planetenräder 26, den zweiten Satz als vierte Planetenräder 27 und den dritten Satz als fünfte Planetenräder 28 bezeichnet werden. Die Planetenräder 26, 27 und 28 sind als Ausgleichsräder ausgeführt. Das Verteilergetriebes 4 weist außerdem ein zweites Sonnenrad 29 und ein drittes Sonnenrad 30 auf. Außerdem greift in das Verteilergetriebe 4 ein als viertes Sonnenrad 31 bezeichnetes und als Stellrad der Torque-Vectoring-Einheit 7 ausgeführtes Sonnenrad 31 ein. Das zweite Sonnenrad 29 steht mit jedem der dritten Planetenräder 26 im Zahneingriff und das dritte Sonnenrad 30 steht mit jedem der vierten Planetenräder 27 im Zahneingriff. Jedes der dritten Planetenräder 26 steht jeweils mit einem der fünften Planetenräder 28 im Zahneingriff und jedes der vierten Planetenräder 27 steht auch jeweils mit einem der fünftem Planet 28 im Zahneingriff so, dass zwischen dem zweiten Sonnenrad 29 und dem dritten Sonnenrad 30 in dem Verteilergetriebe 4 eine Ausgleichs-Wirkverbindung des Differenzials über die Planetenräder 26, 27 und 28 hergestellt ist. Das zweite Sonnenrad 29 ist dabei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über die erste Abtriebswelle 16 mit dem ersten Fahrzeugrad 8 und das vierte Sonnenrad 31 über eine zweite Abtriebswelle 32 mit dem zweiten Fahrzeugrad 9 wirkverbunden. Über das dritte Sonnenrad 30 ist eine Wirkverbindung zwischen dem Verteilergetriebe 4 und einem im Folgenden als dritten Planetenträger 38 des Koppelgetriebes 21 bezeichneten Planetenträger 38 hergestellt.
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Aufbau des Koppelgetriebes Das Koppelgetriebe 21 ist aus einem dritten Hohlrad 33, einem vierten Sonnenrad 31, einem fünften Sonnenrad 36, einem sechsten Sonnenrad 37, zwei Planetenträgern 38 und 39 sowie aus zwei Planetensätzen gebildet. Das vierte Sonnenrad 31 greift in das Verteilergetriebe 4 ein und steht dort im Zahneingriff mit dem fünften Planetenrad 28. Sechste Planetenräder 40 eines der Planetensätze sind an einem dritten Planetenträger 38 gelagert und stehen im Zahneingriff mit einer ersten Innenverzahnung 34 des dritten Hohlrads 33 und mit dem fünften Sonnenrad 36. Siebente Planetenräder 41 des zweitem Planetensatzes sind an einem vierten Planetenträger 39 gelagert und stehen mit einer zweiten Innenverzahnung 35 des dritten Hohlrads 33 sowie mit dem sechsten Sonnenrad 37 im Zahneingriff. Die Innenverzahnungen 34 und 35 gleichen einander. Der dritte Planetenträger 38 ist mit einem Leistungsausgang/Leistungseingang des Verteilergetriebes 4 wirkverbunden, nämlich mit dem dritten Sonnenrad 30. Das fünfte Sonnenrad 36 ist drehfest am Gehäuse 3 festgelegt. Das sechste Sonnenrad 37 ist drehfest mit der zweiten Rotorwelle 42 der zweiten Antriebsmaschine 5 verbunden. Die zweite Rotorwelle 42 ist eine Hohlwelle und dient als Drehdurchführung für die zweite Abtriebswelle 32. Der vierter Planetenträger 39 ist drehfest mit dem vierten Sonnenrad 31 bzw. mit der zweiten Abtriebswelle 32 wirkverbunden.
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Generelle Festlegungen und Definitionen der Erfindung Leistungseingang des ersten Planetengetriebes ist ein Sonnenrad. Leistungsausgang des ersten Planetengetriebes ist der Planetenträger des ersten Planetengetriebes. Leistungseingang des Verteilergetriebes ist der Planetenträger des Verteilergetriebes (Differenzialkorb). Direkte Leistungsausgänge des Verteilergetriebes sind die Sonnenräder, welche mit den Abtriebswellen verbunden sind. Als indirekter Leistungsausgang des Verteilergetriebes können, je nach Momenten-Richtung, auch das als Stellrad der Torque-Vectoring-Einheit agierende dritte Sonnenrad oder das mit dem Koppelgetriebe wirkverbundene dritte Sonnenrad in dem Verteilergetriebe angesehen werden.
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Der zweite Planetenträger und der Differenzialkorb sind wahlweise selbstständig jeder für sich aber alternativ auch in einer gemeinsamen Einheit ausgebildet sein.
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Drehfest wirkverbunden ist in dem Sinne definiert, dass die drehfest Verbindung permanent oder alternativ aber auch ein- und abschaltbar sein kann.
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Die Zentralachse des zweiten Planetentriebs entspricht der Zentralachse der Antriebseinheit genauso wie die Zentralachsen des Verteilergetriebes und der Torque-Vectoring-Einheit so, dass sich eine koaxiale Anordnung der einzelnen Baugruppen ergibt.
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Antriebsmaschine sind alle geeigneten Maschinen und Motoren, die geeignet sind, in wenigstens einem Betriebszustand Antriebsleistung zum Antrieb von Fahrzeugrädern zu erzeugen. Gegebenenfalls dienen diese wahlweise auch als Arbeitsmaschine, zum Beispiel zum Erzeugen von elektrischen Strom. Es sind deshalb vorzugsweise elektrische Maschinen und hier wiederum vorzugsweise Axialflussmaschinen. Die Vorteile einer Axialflussmaschine gegenüber dem üblichen Elektromotor besteht unter anderem in ihrer verkürzten axialen Länge. Außerdem sind sie effizienter. Bei gleichem Außendurchmesser wird zum Beispiel eine höhere Drehmoments-bzw. Leistungsdichte erreicht. Aufgrund geringeren Materialeinsatzes, wie zum Beispiel Eisen als Werkstoff, ergeben sich über einem weiteren Drehzahlbereich höhere Wirkungsgrade.
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In dem axialen Bauraum ist wahlweise auch der jeweilige Inverter (koaxial) für die jeweilige Axialflussmaschine untergebracht, und somit eine kompakte Antriebseinheit bzw. modulare Torque-Vectoring-Einheit geschaffen. Unter einem Inverter (nicht dargestellt) ist in diesem Sinne eine elektrische/elektronische Einheit zu verstehen, die Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt.
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Erster Planetentrieb Der erste Planetentrieb ist vorzugsweise ein 2-stufiges Getriebe. Das 2-stufige Getriebe weist zwei Hohlräder auf. Die Hohlräder sind mit einem Gehäuse beispielsweise über hier genannte Feststellvorrichtung, also Kupplungen und/oder Bremsen, koppelbar. Mit dem ersten Hohlrad steht ein erster Planetensatz im Zahneingriff. Der erste Planetensatz ist aus mindestens einem ersten Planetenrad gebildet, weist aber vorzugsweise mehr als zwei Planetenräder auf. Gleiches gilt für den zweiten Planetensatz.
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Die Planetenräder sind wie üblich um die eigene Achse auf an dem Planetenträger bzw. Differenzialgehäuse sitzenden Planetenbolzen drehbar gelagert oder weisen alternativ Zapfen auf, mit denen diese drehbar in dem jeweiligen Planetengetriebe bzw. Differenzialkorb drehbar gelagert sind. Jeder Satz an Planetenrädern der genannten Planetengetriebe (erster Planetentrieb, Verteilergetriebe und Koppelgetriebe) weist mindestens ein Planetenrad aber vorzugsweise mehr als zwei mit radialem Abstand zur Zentralachse und in Umfangsrichtung zueinander beabstandet und benachbarte Planetenräder auf.
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Drehfest verbindbar bzw. drehfest verbunden zwei Maschinenteile, Baugruppen usw. sind drehfest miteinander verbunden, wenn diese gemeinsam um eine gemeinsame Rotationsachse aber gegeneinander nicht relativ um diese Rotationsachse verdrehbar miteinander verbunden sind.
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Zentralachsen sind wahlweise oder zugleich Symmetrieachsen oder Rotationsachsen bzw. Umlaufachsen - Symmetrieachsen zum Beispiel für alle im Wesentlichen rotationssymmetrischen Bauteile wie Planetenräder bzw. bzw. Stufenplaneten, Sonnenräder, Hohlräder oder Planetenträger, Rotorwellen usw.. Umlaufachsen sind die Achsen, zu denen die Planetenräder bzw. Planetensätze oder Stufenplaneten mit radialem Abstand umlaufen. Rotationsachsen sind die eigenen Achsen von Maschinenteilen bzw. Baugruppen, um die die einzelnen Maschinenteile bzw. Baugruppen rotieren beispielsweise die der Rotorwellen, Sonnenräder, der Planetenträger oder die der Hohlräder oder die Planetenachsen von Planetenrädern. Alle die zuvor genannten Achsen sind in diesem Fall als axial ausgerichtet zu betrachten, was nicht ausschließt, dass diese auch beliebig quer im Raum ausgerichtet sein können. Radial ist damit senkrecht zu der jeweiligen Zentral- bzw. Rotationsachse.
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Das wenigstens eine dritte Hohlrad des Koppelgetriebes kann eine Innenverzahnung aufweisen, mit welcher sowohl die sechsten Planetenräder des einen Planetensatzes als auch die siebenten Planetenräder des anderen Planetensatzes des Koppelgetriebes im Zahneingriff stehen. Alternativ weist das Hohlrad zwei Innenverzahnungen auf, wobei die sechsten Planetenräder mit der einen Innenverzahnung im Zahneingriff stehen und die siebenten Planetenräder mit der anderen Innenverzahnung. Das wenigstens eine dritte Hohlrad ist alternativ aus zwei Hohlrädern gebildet, welche zwei zueinander separate Innenverzahnung in aufweisen, die jedoch vorzugsweise identisch sind. Jedes der Hohlräder ist dabei drehfest mit dem anderen Hohlrad verbunden.
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Über die Abtriebswellen wird bei Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt Leistung auf die Abtriebsräder des Fahrzeuges eingebracht. Über die Abtriebswellen kann allerdings auch, z.B. bei Schubbetrieb des Fahrzeugs, Leistung in die Antriebsvorrichtung eingebracht werden.
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Figurenliste
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- 1 schematisch vereinfachte Darstellung einer Antriebsvorrichtung 100. Die Antriebsvorrichtung 100 gebildet aus einer ersten Antriebsmaschine 1, einem ersten Planetentrieb 2, einem Verteilergetriebe 4, einer Torque-Vectoring-Einheit 7 und einem Gehäuse 3 und aus angetriebenen Fahrzeugrädern 8 und 9. Die Torque-Vectoring-Einheit 7 ist vereinfacht als Blackbox dargestellt.
- 2 schematisch vereinfachte Darstellung einer Antriebsvorrichtung 101. Der Grundaufbau der Antriebsvorrichtung 101 entspricht identisch dem der zuvor beschriebenen Antriebsvorrichtung 100, d. h., sie ist aus der ersten Antriebsmaschine 1, dem ersten Planetentrieb 2, den Verteilergetriebe 4, dem Gehäuse 3 und aus den angetriebenen Fahrzeugrädern 8 und 9 gebildet. Im Beispiel der Antriebsvorrichtung 101 ist jedoch ein Ausführungsbeispiel einer Torque-Vectoring-Einheit 7 detailliert dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Antriebsmaschine
- 2
- erster Planetentrieb
- 3
- Gehäuse
- 4
- Verteilergetriebe
- 5
- zweite Antriebsmaschine
- 6
- zweiter Planetentrieb
- 7
- Torque-Vectoring-Einheit
- 8
- erstes Fahrzeugrad
- 9
- zweites Fahrzeugrad
- 10
- erstes Hohlrad des ersten Planetentriebs
- 11
- zweites Hohlrad des ersten Planetentriebs
- 12
- erste Feststellvorrichtung
- 13
- zweite Feststellvorrichtung
- 14
- Zentralachse
- 15
- Rotorwelle der ersten Antriebsmaschine
- 16
- erste Abtriebswelle
- 17
- erstes Sonnenrad (des ersten Planetentriebs)
- 18
- erster Planetenträger (erster Planetentrieb = 2-stufiges Getriebe)
- 19
- zweiter Planetenträger (des Verteilergetriebes)
- 20
- Differenzialkorb des Verteilergetriebes
- 21
- Koppelgetriebe der Torque-Vectoring-Einheit
- 22
- zweite Antriebsmaschine
- 23
- Stufenplaneten des ersten Planetentriebs
- 24
- erstes Planetenrad des Stufenplaneten
- 25
- zweites Planetenrad des Stufenplaneten
- 26
- drittes Planetenrad des Verteilergetriebes
- 27
- viertes Planetenrad des Verteilergetriebes
- 28
- fünftes Planetenrad des Verteilergetriebes
- 29
- zweites Sonnenrad des Verteilergetriebes
- 30
- drittes Sonnenrad des Verteilergetriebes
- 31
- viertes Sonnenrad des Koppelgetriebes
- 32
- zweite Abtriebswelle
- 100
- Antriebsvorrichtung
- 101
- Antriebsvorrichtung
- 33
- drittes Hohlrad
- 34
- erste Innenverzahnung des dritten Hohlrads
- 35
- zweite Innenverzahnung des dritten Hohlrads
- 36
- fünftes Sonnenrad des Koppelgetriebes
- 37
- sechstes Sonnenrad des Koppelgetriebes
- 38
- dritter Planetenträger des Koppelgetriebes
- 39
- vierter Planetenträger des Koppelgetriebes
- 40
- sechstes Planetenrad des Koppelgetriebes
- 41
- siebentes Planetenrad des Koppelgetriebes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018117206 A1 [0002]
- DE 102009049856 B4 [0002]
