DE102020201027A1 - 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) mit einer Rotorwelle als Antriebswelle (1) vorgeschlagen, die über einen schaltbaren Planetenradsatz (2) mit einem Stufenplaneten (3) zum Realisieren zumindest einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe mit einem Abtriebsdifferential (4) zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle (5) und einer zweiten Abtriebswelle (6) gekoppelt ist, wobei zum Realisieren einer Parkbremse einem ersten Hohlrad (7) des Planetenradsatzes (2) ein erstes Bremsschaltelement (8, 8A) mit einem ersten Schaltaktor (9) und einem zweiten Hohlrad (10) des Planetenradsatzes (2) ein zweites Bremsschaltelement (11) mit einem zweiten Schaltaktor (12) zugeordnet sind, wobei zum Realisieren einer Parkbremsenfunktion das erste Bremsschaltelement (8, 8A) und das zweite Bremsschaltelement (11) zum Blockieren des Planetenradsatzes (2) geschlossen 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 mit einer Rotorwelle als Antriebswelle 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 11 2011 104 355 T5 ist ein Mehrstufengetriebe für Elektrofahrzeuge und Brennstoffzellenhybridfahrzeuge sowie Systeme zum Schalten derselben bekannt. Es wird ein von einer elektrischen Maschine angetriebenes Zweiganggetriebe mit einem schaltbaren Planetenradsatz mit einem Stufenplaneten beschrieben. Die beiden Hohlräder des Planetenradsatzes, die dem Stufenplaneten zugeordnet sind, sind über ein Schaltelement wechselseitig mit dem Gehäuse verbindbar. Unter einem Stufenplaneten werden zwei miteinander drehfest verbundene einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisende Planetenräder verstanden, welche in diesem Fall jeweils mit einem separat zugeordneten Hohlrad kämmen. Eine erste Gangstufe wird dadurch geschaltet, dass das kleinere Hohlrad des Stufenplaneten über das Schaltelement mit dem Gehäuse verbunden wird. Zum Schalten einer zweiten Gangstufe wird das größere Hohlrad des Stufenplaneten mit dem Gehäuse verbunden. Aufgrund dessen ergibt sich keine Lastschaltfähigkeit bei dem bekannten Mehrstufengetriebe.
  • Bei dem bekannten Mehrstufengetriebe ist eine formschlüssige Parksperre am Differentialkorb des Abtriebsdifferentials vorgesehen, sodass die Bremskräfte direkt vom Differentialkorb aufgenommen werden müssen. Aus Sicherheitsaspekten darf sich das Fahrzeug bei Betätigung der Parksperre nur einen vorgegebenen maximalen Weg bis zum Stillstand weiter bewegen. Um die auftretenden Belastungen bei Betätigung der Parksperre von dem Differentialkorb aufnehmen zu können, müssen die Zähne der Verzahnung des Parksperrenrades und der Sperrklinke der Parksperre derart groß dimensioniert werden, dass der vorgegebene maximale Weg überschritten wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen elektrischen Antrieb und ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb vorzuschlagen, bei denen konstruktiv einfach und kostengünstig eine sichere Parkbremsenfunktion realisiert wird.
  • 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 mit einer Rotorwelle als Antriebswelle vorgeschlagen, die über einen schaltbaren Planetenradsatz mit einem Stufenplanet zum Realisieren zumindest einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe mit einem Abtriebsdifferential zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle gekoppelt ist. Somit ist der elektrische Antrieb vorzugsweise als Achsantrieb ausführbar. Um eine sichere Parkbremsenfunktion einfach und kostengünstig zu realisieren, ist vorgesehen, dass einem ersten Hohlrad des Planetenradsatzes ein erstes Bremsschaltelement mit einem ersten Schaltaktor zugeordnet sind und dass einem zweiten Hohlrad des Planetenradsatzes ein zweites Bremsschaltelement mit einem zweiten Schaltaktor zugeordnet sind, wobei zum Realisieren einer Parkbremsenfunktion das erste Bremsschaltelement und das zweite Bremsschaltelement zum Blockieren des Planetenradsatzes geschlossen sind.
  • Demzufolge wird bei dem elektrischen Antrieb aufgrund der durch die Schaltaktoren zu betätigenden Bremsschaltelemente eine Parkbremsenfunktionalität ohne weitere Bauteile für eine Parksperre kostengünstig und besonders sicher realisiert. Die Parkbremsenfunktionalität wird dadurch erreicht, dass beide vorhandenen Bremsschaltelemente geschlossen werden und damit der Planetenradsatz blockiert wird. Auf diese Weise können die Abtriebswellen und damit das Fahrzeug nicht mehr bewegt werden.
  • Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebswelle mit einem Sonnenrad des Planetenradsatzes verbunden ist und ein Planetenradträger des Planetenradsatzes mit dem Abtriebsdifferential verbunden ist. Um eine besonders bauraumsparende Anordnung zu realisieren, ist vorgesehen, dass die Antriebswelle und die Abtriebswellen sowie der Planetenradsatz koaxial zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise kann auf eine sonst erforderliche Zwischenwelle verzichtet werden und ein besonders radial kompakt aufgebauter elektrischer Antrieb realisiert werden.
  • Um eine Redundanz zu der vorgeschlagenen Parkbremsenfunktionalität in vorteilhafter Weise vorzusehen, können z. B. jeder Abtriebswelle eine mechanische Feststellbremse zugeordnet werden. Auf diese Weise wird Betriebssicherheit bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb weiter erhöht.
  • Im Rahmen einer nächsten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste Bremsschaltelement und das zweite Bremsschaltelement jeweils als Lamellenbremse ausgeführt sind. Auf diese Weise wird eine reibschlüssige Parkbremse realisiert. Dadurch werden deutlich geringere Belastungen auf die Getriebebauteile des vorgeschlagenen elektrischen Antriebes realisiert. Des Weiteren entfallen sogenannte Einschaltstöße, die bei einer formschlüssigen Parksperre mit Sperrklinke auftreten. Ferner entfallen entsprechende Bewegungsspiele bei einer Parkbremse, da kein Weiterdrehen durch entsprechendes Einspuren der Sperrklinke auftritt. Ferner wird aufgrund der vorgesehenen Reibschaltelemente eine Überschneidungsschaltung ermöglicht, sodass der vorgeschlagene elektrische Antrieb in vorteilhafter Weise volllastschaltfähig ausgeführt ist.
  • Um eine besonders kostengünstige Ausführung des elektrischen Antriebes zu realisieren, kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass zumindest das erste Bremsschaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt ist. In vorteilhafterweise entfallen bei dem formschlüssigen Bremsschaltelement, welches z. B. als Schaltklaue bzw. Klauenbremse oder dergleichen ausgeführt sein kann, die bei reibschlüssigen Schaltelementen auftretenden Schleppverluste. Trotz alledem kann eine reibschlüssige Parkbremsenfunktion realisiert, wenn das weitere Bremsschaltelement reibschlüssig ausgeführt ist. Es wird zudem zumindest eine Teillastschaltfähigkeit bei dem elektrischen Antrieb ermöglicht.
  • Um die Schaltkräfte möglichst gering zu halten und somit vorzugsweise elektrisch angetriebene Schaltaktoren bei dem elektrischen Antrieb vorzusehen, können im Rahmen der Erfindung beispielsweise Kugelrampenmechanismen oder dergleichen eingesetzt werden, die die Kraft des Schaltaktors auf das Bremsschaltelement übertragen. Diese elektromechanischen Kugelrampenmechanismen können in vorteilhafter Weise über Elektromotoren betätigt werden. Beispielsweise ist es auch denkbar, dass diese Aktorik selbsthemmend ausgelegt ist, sodass im stromlosen Zustand die Parkbremsenfunktionalität aufrechterhalten werden kann.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Fahrzeug mit dem vorbeschriebenen elektrischen Antrieb vorzuschlagen. Insbesondere ist die Ausführung als Achsantrieb bei dem Fahrzeug bevorzugt. Bei dem vorgeschlagenen Fahrzeug ergeben sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes; und
    • 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes.
  • In den 1 und 2 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßer elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug, insbesondere als Achsantrieb, dargestellt.
  • Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten umfasst der elektrische Antrieb eine elektrische Maschine EM mit einer Rotorwelle als Antriebswelle 1, die über einen schaltbaren Planetenradsatz 2 mit einem Stufenplanet 3 zum Realisieren zumindest einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe mit einem Abtriebsdifferential 4 zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle 5 und einer zweiten Abtriebswelle 6 gekoppelt ist.
  • Um eine Parkbremsenfunktionalität kostengünstig und sicher zu realisieren, ist vorgesehen, dass einem ersten Hohlrad 7 des Planetenradsatzes 2 ein erstes Bremsschaltelement 8, 8A mit einem ersten Schaltaktor 9 und einem zweiten Hohlrad 10 des Planetenradsatzes 2 ein zweites Bremsschaltelement 11 mit einem zweiten Schaltaktor 12 zugeordnet sind, wobei zum Realisieren einer Parkbremsenfunktion das erste Bremsschaltelement 8, 8A und das zweite Bremsschaltelement 11 zum Blockieren des Planetenradsatzes 2 geschlossen sind. Durch das Schließen der beiden Bremsschaltelemente 8, 8A, 11 wird der Planetenradsatz 2 blockiert und die Parkbremse aktiviert. Somit kann die Parkbremsenfunktionalität durch die vorhandenen Bauteile zum Schalten der beiden Gangstufen realisiert werden. In vorteilhafter Weise können somit bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb auf die sonst erforderlichen Bauteile einer Parksperre verzichtet werden.
  • Die elektrische Maschine EM mit der Rotorwelle als Antriebswelle 1 und die Abtriebswellen 5, 6 sowie der Planetenradsatz 2 sind koaxial zueinander angeordnet. Auf diese Weise ergibt sich zudem eine besonders bauraumsparende Anordnung bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb, in dem auf eine Zwischenwelle verzichtet werden kann. Es ist jedoch denkbar, dass je nach Anforderungen und vorhandenem Bauraum auch eine achsparallele Anordnung z. B. durch die Verwendung einer Zwischenwelle realisierbar ist.
  • Unabhängig von den räumlichen Anordnungen der Wellen ist vorgesehen, dass die Antriebswelle 1 mit einem Sonnenrad 13 des Planetenradsatzes 2 verbunden ist und ein Planetenradträger 14 als Abtrieb des Planetenradsatzes 2 mit dem Abtriebsdifferential 4 verbunden ist. Als Abtriebsdifferential 4 kann ein Kegelraddifferential oder ein Stirnraddifferential vorgesehen sein.
  • Um eine Redundanz bei dem elektrischen Antrieb hinsichtlich der vorgesehenen Parkbremse zu realisieren, ist in den 1 und 2 vorgesehen, dass jeder Abtriebswelle 5, 6 eine mechanische Feststellbremse 15, 16 zugeordnet ist.
  • Unabhängig von den Ausführungsvarianten gemäß 1 und 2 ist vorgesehen, dass dem ersten Schaltaktor 9 ein erster Kugelrampenmechanismus 17 zum Betätigen des ersten Bremsschaltelements 8, 8A zugeordnet ist. Dem zweiten Schaltaktor 12 ist ein zweiter Kugelrampenmechanismus 18 zum Betätigen des zweiten Bremsschaltelements 11 zugeordnet. Durch die Verwendung der Kugelrampenmechanismen 17, 18 kann die erforderliche Schaltkraft deutlich verringert werden, sodass vorzugsweise auch eine elektromechanische Betätigung möglich ist, ohne dass eine zusätzliche hydraulische Betätigung bei dem elektrischen Antrieb vorgesehen werden muss.
  • In 1 ist die erste Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes dargestellt, bei der das erste Bremsschaltelement 8 und das zweite Bremsschaltelement 11 jeweils als Lamellenbremsen ausgeführt sind. Die Lamellenträger der Bremsschaltelemete 8, 11 werden durch die zugeordneten Kugelrampenmechanismen 17, 18 entsprechend zusammengepresst, um die zugeordneten Hohlräder 7, 10 des Planetenradsatzes 2 gegen das Gehäuse 19 des elektrischen Antriebes fest zu bremsen. Auf diese Weise wird ein vollastschaltfähiger elektrischer Antrieb realisiert.
  • In 2 ist die zweite Ausführungsvariante dargestellt, bei der im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante als erstes Bremsschaltelement 8A anstelle einer Lamellenbremse eine formschlüssige Schalt- bzw. Bremsklaue vorgesehen ist. Auch die Bremsklaue wird über den zugeordneten Kugelrampenmechanismus 17 betätigt, um das zugeordnete Hohlrad 7 mit dem Gehäuse 19 zu verbinden. Dadurch, dass das erste Bremsschaltelement 8A im geschlossenen Zustand die erste Gangstufe realisiert, ist auf diese Weise zumindest eine Teillastschaltbarkeit bei dem elektrischen Antrieb gegeben.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rotorwelle als Antriebswelle
    2
    Planetenradsatz
    3
    Stufenplanet
    4
    Abtriebsdifferential
    5
    erste Abtriebswelle
    6
    zweite Abtriebswelle
    7
    erstes Hohlrad
    8, 8A
    erstes Bremsschaltelement
    9
    erster Schaltaktor
    10
    zweites Hohlrad
    11
    zweites Bremsschaltelement
    12
    zweiter Schaltaktor
    13
    Sonnenrad
    14
    Planetenradträger
    15
    mechanische Feststellbremse
    16
    mechanische Feststellbremse
    17
    erster Kugelrampenmechanismus
    18
    zweiter Kugelrampenmechanismus
    19
    Gehäuse
    EM
    elektrische Maschine
  • 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 112011104355 T5 [0002]

Claims (10)

  1. Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine (EM) mit einer Rotorwelle als Antriebswelle (1), die über einen schaltbaren Planetenradsatz (2) mit einem Stufenplaneten (3) zum Realisieren zumindest einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe mit einem Abtriebsdifferential (4) zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle (5) und einer zweiten Abtriebswelle (6) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass einem ersten Hohlrad (7) des Planetenradsatzes (2) ein erstes Bremsschaltelement (8, 8A) mit einem ersten Schaltaktor (9) zugeordnet sind und dass einem zweiten Hohlrad (10) des Planetenradsatzes (2) ein zweites Bremsschaltelement (11) mit einem zweiten Schaltaktor (12) zugeordnet sind, wobei zum Realisieren einer Parkbremsenfunktion das erste Bremsschaltelement (8, 8A) und das zweite Bremsschaltelement (11) zum Blockieren des Planetenradsatzes (2) geschlossen sind.
  2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) mit einem Sonnenrad (13) des Planetenradsatzes (2) verbunden ist und dass ein Planetenradträger (14) des Planetenradsatzes (1) mit dem Abtriebsdifferential (4) verbunden ist.
  3. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) und die Abtriebswellen (5, 6) sowie der Planetenradsatz (2) koaxial zueinander angeordnet sind.
  4. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abtriebswelle (5, 6) eine mechanische Feststellbremse (15, 16) zugeordnet ist.
  5. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bremsschaltelemente (8, 11) als Lamellenbremse ausgeführt ist.
  6. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bremsschaltelemente (8A) als formschlüssige Schaltklaue ausgeführt ist.
  7. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Schaltaktor (9) ein erster Kugelrampenmechanismus (17) zum Betätigen des ersten Bremsschaltelements (8, 8A) zugeordnet ist und dass dem zweiten Schaltaktor (12) ein zweiter Kugelrampenmechanismus (18) zum Betätigen des zweiten Bremsschaltelements (11) zugeordnet ist.
  8. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein selbsthemmender Kugelrampenmechanismus vorgesehen ist.
  9. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Abtriebsdifferential (4) ein Kegelraddifferential oder ein Stirnraddifferential vorgesehen ist.
  10. Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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Title
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