DE102021004159B3 - Electric drive device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung (10a) für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest zwei Schaltelementen (B03, B04) zur Schaltung von drei Getriebegängen (G1, G2, G3) der Antriebsvorrichtung (10a), mit einer elektrischen Maschine (12), mit einem ersten Planetenradsatz (22), welcher ein erstes Sonnenrad (26), einen ersten Planetenträger (28) und ein erstes Hohlrad (30) aufweist, mit einem zweiten Planetenradsatz (24), welcher ein zweites Sonnenrad (34), einen zweiten Planetenträger (36) und ein zweites Hohlrad (38) aufweist, und mit einem Differentialgetriebe (42), welches eine Differentialeingangswelle (46) und zwei Abtriebswellen (52) aufweist, wobei das erste Sonnenrad (26) drehfest mit einem Rotor (16) der elektrischen Maschine (12) verbunden ist, und wobei der erste Planetenträger (28), der zweite Planetenträger (36) und die Differentialeingangswelle (46) drehfest miteinander verbunden sind, wobei das zweite Sonnenrad (34) drehfest mit dem ersten Sonnenrad (26) verbunden ist.

Figure DE102021004159B3_0000
The invention relates to an electric drive device (10a) for a motor vehicle, with at least two shifting elements (B03, B04) for shifting three gears (G1, G2, G3) of the drive device (10a), with an electric machine (12), with a first planetary gear set (22), which has a first sun gear (26), a first planet carrier (28) and a first ring gear (30), with a second planetary gear set (24), which has a second sun gear (34), a second planet carrier (36 ) and a second ring gear (38), and with a differential gear (42) which has a differential input shaft (46) and two output shafts (52), the first sun gear (26) being non-rotatably connected to a rotor (16) of the electrical machine ( 12) is connected, and wherein the first planetary carrier (28), the second planetary carrier (36) and the differential input shaft (46) are non-rotatably connected to one another, the second sun gear (34) being non-rotatably connected to the first sun gear (26) v is bound.
Figure DE102021004159B3_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an electric drive device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.

Eine solche elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der DE 10 2013 225 519 A1 als bekannt zu entnehmen. Die elektrische Antriebsvorrichtung weist zumindest zwei Schaltelemente zur Schaltung von zumindest zwei Getriebegängen der Antriebsvorrichtung auf. Außerdem weist die elektrische Antriebsvorrichtung eine elektrische Maschine, sowie einen ersten Planetenradsatz auf, welcher ein erstes Sonnenrad, einen ersten Planetenträger und ein erstes Hohlrad aufweist. Des Weiteren umfasst die elektrische Antriebsvorrichtung einen zweiten Planetenradsatz, welcher ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad aufweist. Darüber hinaus ist ein Differentialgetriebe vorgesehen, welches eine Differentialeingangswelle und zwei Abtriebswellen aufweist. Das erste Sonnenrad ist drehfest mit einem Rotor der elektrischen Maschine verbunden, und der erste Planetenträger, der zweite Planetenträger und die Differentialeingangswelle sind drehfest miteinander verbunden.Such an electric drive device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, is, for example, already DE 10 2013 225 519 A1 to be taken as known. The electric drive device has at least two shifting elements for shifting at least two transmission gears of the drive device. In addition, the electric drive device has an electric machine and a first planetary gear set, which has a first sun gear, a first planet carrier and a first ring gear. Furthermore, the electric drive device includes a second planetary gear set, which has a second sun gear, a second planet carrier and a second ring gear. In addition, a differential gear is provided which has a differential input shaft and two output shafts. The first sun gear is connected to a rotor of the electric machine in a rotationally fixed manner, and the first planet carrier, the second planet carrier and the differential input shaft are connected to one another in a rotationally fixed manner.

Die gattungsgemäße DE 10 2015 106 503 A1 zeigt neben den oben genannten Merkmalen unter anderem zusätzlich, dass das erste Sonnenrad drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden ist.The generic DE 10 2015 106 503 A1 shows, in addition to the features mentioned above, that the first sun gear is non-rotatably connected to the second sun gear.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.The object of the present invention is to improve an electric drive device of the type mentioned at the outset.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This problem is solved by an electric drive device with the features of patent claim 1 . Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Dabei wird, wie im Stand der Technik bekannt, davon ausgegangen, dass ein zweites Sonnenrad drehfest mit einem ersten Sonnenrad verbunden ist. Ferner wird davon ausgegangen, dass ein erstes Schaltelement dazu vorgesehen ist, ein erstes Hohlrad drehfest mit einem Gehäuse zu verbinden, und dass ein zweites Schaltelement dazu vorgesehen ist, ein zweites Hohlrad drehfest mit dem Gehäuse zu verbinden. Erfindungsgemäß ist ein drittes Schaltelement dazu vorgesehen, den ersten Planetenradsatz zu verblocken, wobei das erste Schaltelement ein Klauenschaltelement sowie ein Freilaufschaltelement aufweist und das zweite Schaltelement als eine Reibkupplung ausgebildet ist.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Merkmal, das zwei insbesondere drehbar gelagerte, das heißt beispielsweise um eine Drehachse relativ zu einem Gehäuse der elektrischen Antriebsvorrichtung drehbare Bauelemente drehfest miteinander verbunden sind, zu verstehen, dass die beiden Bauelemente koaxial zueinander angeordnet und derart miteinander verbunden sind, dass sie mit gleicher Winkelgeschwindigkeit insbesondere um die den Bauelementen gemeinsame Drehachse und relativ zu dem Gehäuse drehen, insbesondere wenn die Bauelemente angetrieben werden. Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Rotor der elektrischen Maschine koaxial zu den Planetenradsätzen angeordnet ist. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die auch als Planetensätze bezeichneten Planetenradsätze koaxial zueinander angeordnet sind.
As is known in the prior art, it is assumed that a second sun gear is connected to a first sun gear in a rotationally fixed manner. Furthermore, it is assumed that a first switching element is provided to connect a first ring gear to a housing in a rotationally fixed manner, and that a second switching element is provided to connect a second ring gear to the housing in a rotationally fixed manner. According to the invention, a third shifting element is provided to lock the first planetary gear set, the first shifting element having a claw shifting element and a freewheel shifting element, and the second shifting element being designed as a friction clutch.
In the context of the present disclosure, the feature that two components which are in particular rotatably mounted, i.e. rotatable about an axis of rotation relative to a housing of the electric drive device, are connected to one another in a rotationally fixed manner means that the two components are arranged coaxially with one another and connected to one another in this way are that they rotate at the same angular velocity, in particular about the axis of rotation common to the components and relative to the housing, in particular when the components are driven. Furthermore, it is preferably provided that the rotor of the electrical machine is arranged coaxially to the planetary gear sets. Furthermore, it is preferably provided that the planetary gear sets, also referred to as planetary gear sets, are arranged coaxially to one another.

Die Erfindung ermöglicht die Realisierung einer lastschaltfähigen Drei-Gang-Struktur zur Schaltung von drei Getriebegängen zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs, insbesondere in koaxialer Bauweise mit geringer Verlustleistung. Die Getriebegänge sind Fahrgänge, welche für eine Vorwärtsfahrt und für eine Rückwärtsfahrt verwendbar sind, das heißt eine Vorwärtsfahrt und eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs bewirken können. Unter der Schaltung der Getriebegänge ist zu verstehen, dass der jeweilige Getriebegang geschaltet, das heißt eingelegt und ausgelegt werden kann. Insbesondere sind die Getriebegänge Gänge eines Getriebes der Antriebsvorrichtung, über dessen Getriebe das Kraftfahrzeug mittels der elektrische Maschine, insbesondere rein elektrisch angetrieben werden kann. Das Getriebe umfasst die Planetenradsätze, wobei die Getriebegänge durch die Planetenradsätze realisiert sind.The invention enables the realization of a three-gear structure capable of power shifting for shifting three transmission gears for, in particular, purely electric driving of the motor vehicle, in particular in a coaxial design with low power loss. The transmission gears are driving gears which can be used for forward travel and reverse travel, that is to say can cause the motor vehicle to travel forward and backward. The shifting of the transmission gears means that the respective transmission gear can be shifted, that is to say it can be engaged and disengaged. In particular, the transmission gears are gears of a transmission of the drive device, via the transmission of which the motor vehicle can be driven by the electric machine, in particular purely electrically. The transmission includes the planetary gear sets, with the transmission gears being realized by the planetary gear sets.

Ein erster der Getriebegänge kann beispielsweise einen Anhängerbetrieb ermöglichen. Außerdem ist beispielsweise der erste Getriebegang für Kriechvorgänge verwendbar oder vorgesehen, um beispielsweise die elektrische Maschine und eine der elektrischen Maschine zugeordnete Leistungselektronik vor Überhitzung zu schützen.A first of the transmission gears can enable trailer operation, for example. In addition, for example, the first transmission gear can be used or provided for creeping operations, for example to protect the electric machine and power electronics associated with the electric machine from overheating.

Insbesondere dann, wenn auf Lastschaltbarkeit verzichtet wird, können die Schaltelemente oder alle Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein. Insbesondere ermöglicht die Erfindung eine geschickte Kopplung und Verschachtelung der Planetenradsätze und des einfach auch als Differential bezeichneten Differentialgetriebes. Durch die Erfindung können zumindest die folgenden Vorteile validiert werden:

  • - verlustoptimierte und kompakte Bauweise;
  • - mindestens eines der Schaltelemente kann zur weiteren Verlustreduzierung als Klauenschaltelement, insbesondere als eine Klauenbremse, das heißt als formschlüssiges Schaltelement oder aber auch als Freilaufschaltelement ausgeführt sein;
  • - geringe Relativdrehzahlen in den offen laufenden Schaltelementen;
  • - die Schaltelemente können sehr gut zugänglich sein, insbesondere dann, wenn die Schaltelemente als reibschlüssige Schaltelemente und somit beispielsweise als Bremsen, insbesondere als Reibbremsen ausgebildet sind;
  • - Belastungen der Schaltelemente niedrig;
  • - gute Verzahnungswirkungsgrade;
  • - Drehzahlen der elektrischen Maschine können bei hoher Geschwindigkeit gering gehalten werden, insbesondere durch die Mehrgängigkeit;
  • - Stufensprung sehr frei einstellbar.
In particular when power shifting is not possible, the shifting elements or all shifting elements can be designed as positive-locking shifting elements. In particular, the invention enables a clever coupling and nesting of the planetary gear sets and the differential gear, which is also simply referred to as a differential. At least the following advantages can be validated by the invention:
  • - loss-optimized and compact design;
  • - at least one of the shifting elements can be used as a claw shifting element, in particular as a claw brake, to further reduce losses, that is, be designed as a form-fit shifting element or as a freewheeling shifting element;
  • - Low relative speeds in the open-running switching elements;
  • - The switching elements can be very easily accessible, especially when the switching elements are designed as frictional switching elements and thus, for example, as brakes, in particular as friction brakes;
  • - low loads on switching elements;
  • - good gearing efficiencies;
  • - Speeds of the electrical machine can be kept low at high speeds, in particular due to the multi-speed;
  • - Increment very freely adjustable.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine schematische Darstellung eines nicht unter den Anspruch 1 fallenden Ausführungsbeispiels einer elektrischen Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen;
  • 2 eine Schalttabelle des nicht unter den Anspruch 1 fallenden Ausführungsbeispiels der elektrischen Antriebsvorrichtung gemäß 1;
  • 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der elektrischen Antriebsvorrichtung; und
  • 4 eine weitere Schalttabelle für das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel.
The drawing shows in:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of an electric drive device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, which does not fall under claim 1;
  • 2 a shift table of the not falling under claim 1 embodiment of the electric drive device according to 1 ;
  • 3 a schematic representation of an inventive embodiment of the electric drive device; and
  • 4 another switching table for the inventive embodiment.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein nicht unter den Anspruch 1 fallendes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Antriebsvorrichtung 10 aufweist und mittels der elektrischen Antriebsvorrichtung, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Das Kraftfahrzeug ist somit ein Elektrofahrzeug, insbesondere ein Batterieelektrisches Fahrzeug (BEV). Die elektrische Antriebsvorrichtung 10 umfasst zumindest oder genau zwei Schaltelemente B03 und B04, nämlich ein erstes Schaltelement B03 und ein zweites Schaltelement B04, zur Schaltung von zumindest oder genau zwei Getriebegängen der Antriebsvorrichtung 10. Die Getriebegänge werden auch als Fahrgänge oder Gänge bezeichnet und sind schaltbar, das heißt einlegbar und auslegbar. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an electric drive device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle such as a passenger car. This means that the motor vehicle has the electric drive device 10 in its completely manufactured state and can be driven electrically, in particular purely electrically, by means of the electric drive device. The motor vehicle is therefore an electric vehicle, in particular a battery electric vehicle (BEV). The electric drive device 10 comprises at least or exactly two shifting elements B03 and B04, namely a first shifting element B03 and a second shifting element B04, for shifting at least or exactly two gears of the drive device 10. The gears are also referred to as driving gears or gears and can be shifted, that is, insertable and interpretable.

2 zeigt eine Schalttabelle für das nicht unter den Anspruch 1 fallende Ausführungsbeispiel der elektrischen Antriebsvorrichtung 10. In der Schalttabelle ist ein erster Getriebegang der Getriebegänge mit G1 und ein zweiter Getriebegang der Getriebegänge mit G22 bezeichnet. Wenn oder während beispielsweise der erste Getriebegang G1 eingelegt ist, ist der zweite Getriebegang G2 ausgelegt und umgekehrt. Da die Antriebsvorrichtung 10 die mehreren Getriebegänge G1 und G2 aufweist, ist die Antriebsvorrichtung 10 eine mehrgängige, vorliegend eine zumindest zweigängige Struktur. 2 shows a shift table for the exemplary embodiment of the electric drive device 10 that does not fall under claim 1. In the shift table, a first gear of the gears is denoted by G1 and a second gear of the gears is denoted by G22. If or during, for example, the first gear G1 is engaged, the second gear G2 is designed and vice versa. Since the drive device 10 has the plurality of gears G1 and G2, the drive device 10 is a multi-gear structure, in the present case an at least two-gear structure.

Die elektrische Antriebsvorrichtung 10 umfasst eine elektrische Maschine 12, welche eine Stator 14 und einen Rotor 16 aufweist. Beispielsweise weist das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens oder genau zwei auch als Fahrzeugachsen bezeichnete Achsen auf, welche in Fahrzeuglängsrichtung aufeinanderfolgen, das heißt hintereinander angeordnet sind. Die jeweilige Achse weist beispielsweise wenigstens oder genau zwei einfach auch als Räder bezeichnete Fahrzeugräder auf. Die Fahrzeugräder sind Bodenkontaktelemente, über welche das Kraftfahrzeug in Fahrzeughochrichtung nach unten hin an einem Boden abstützbar oder abgestützt ist. Insbesondere können mittels der Antriebsvorrichtung 10, insbesondere mittels der elektrischen Maschine 12, die Fahrzeugräder genau einer der Achsen, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden, wodurch das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben wird. Die mittels der elektrischen Maschine 12 antreibbaren Fahrzeugräder werden auch als antreibbare Räder, antreibbare Fahrzeugräder, angetriebene Räder oder angetriebene Fahrzeugräder bezeichnet. Der Rotor 16 ist mittels des Stators 14 antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse 18 relativ zu dem Stator 14 und insbesondere relativ zu einem Gehäuse 20 der Antriebsvorrichtung 10 drehbar. Beispielsweise ist die elektrische Maschine 12 zumindest teilweise in dem Gehäuse 20 angeordnet.The electric drive device 10 includes an electric machine 12 which has a stator 14 and a rotor 16 . For example, in its fully manufactured state, the motor vehicle has at least or exactly two axles, also referred to as vehicle axles, which follow one another in the longitudinal direction of the vehicle, ie are arranged one behind the other. The respective axle has, for example, at least or exactly two vehicle wheels, also referred to simply as wheels. The vehicle wheels are ground contact elements, by means of which the motor vehicle can be or is supported on a ground downwards in the vertical direction of the vehicle. In particular, by means of the drive device 10, in particular by means of the electric machine 12, the vehicle wheels can be driven electrically, in particular purely, on exactly one of the axles, as a result of which the motor vehicle is driven, in particular purely electrically. The vehicle wheels that can be driven by the electric machine 12 are also referred to as drivable wheels, drivable vehicle wheels, driven wheels or driven vehicle wheels. The rotor 16 can be driven by the stator 14 and is therefore rotatable about a machine axis of rotation 18 relative to the stator 14 and in particular relative to a housing 20 of the drive device 10 . For example, the electrical machine 12 is at least partially arranged in the housing 20 .

Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst außerdem einen ersten Planetenradsatz 22 und einen zweiten Planetenradsatz 24, welche auch einfach als Planetensätze bezeichnet werden. Der erste Planetenradsatz 22 weist ein erstes Sonnenrad 26, einen ersten Planetenträger 28 und ein erstes Hohlrad 30 auf. Des Weiteren umfasst der erste Planetenradsatz 22 wenigstens ein erstes Planetenrad 32, welches drehbar an dem ersten Planetenträger 28, welcher auch als erster Steg bezeichnet wird, gelagert ist und gleichzeitig mit dem Sonnenrad 26 und mit dem Hohlrad 30 kämmt. Vorzugsweise weist der Planetenradsatz 22 mehrere erste Planetenräder auf.The drive device 10 also includes a first planetary gear set 22 and a second planetary gear set 24, which are also simply referred to as planetary gear sets. The first planetary gear set 22 has a first sun gear 26 , a first planet carrier 28 and a first ring gear 30 . Furthermore, the first planetary gearset 22 includes at least one first planetary gear 32, which is rotatably mounted on the first planet carrier 28, which is also referred to as the first carrier, and at the same time meshes with the sun gear 26 and with the ring gear 30. The planetary gear set 22 preferably has a plurality of first planetary gears.

Der zweite Planetenradsatz 24 weist ein zweites Sonnenrad 34, einen zweiten Planetenträger 36, welcher auch als zweiter Steg bezeichnet wird, und ein zweites Hohlrad 38 auf. Außerdem umfasst der zweite Planetenradsatz 24 wenigstens ein zweites Planetenrad 40, welches drehbar an dem zweiten Steg gelagert ist und gleichzeitig mit dem Sonnenrad 34 und mit dem Hohlrad 38 kämmt. Beispielsweise umfasst der zweite Planetenradsatz 24 mehrere zweite Planetenräder. Die Sonnenräder 26 und 34, die Planetenträger 28 und 36 und die Hohlräder 30 und 38 sind Getriebeelemente der Planetenradsätze 22 und 24. Das jeweilige Getriebeelement ist, wenn es nicht drehfest mit dem Gehäuse 20, in welchem die Planetenradsätze 22 und 24 jeweils zumindest teilweise angeordnet sind, verbunden ist, um eine Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse 20 drehbar. Vorliegend sind die Planetenradsätze 22 und 24 koaxial zueinander angeordnet, sodass die Getriebeelementdrehachse ein den beziehungsweise allen Getriebeelementen der Planetenradsätze 22 und 24 gemeinsame Getriebeelementdrehachse ist, um die das jeweilige Getriebeelement relativ zu dem Gehäuse 20 dann drehbar ist, wenn es nicht drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist.The second planetary gear set 24 has a second sun gear 34, a second planet carrier 36, which is also referred to as the second carrier, and a second ring gear 38. In addition, the second planetary gear set 24 includes at least one second planetary gear 40 which is rotatably mounted on the second carrier and simultaneously meshes with the sun gear 34 and with the ring gear 38 . For example, the second planetary gearset 24 includes a plurality of second planetary gears. The sun gears 26 and 34, the planet carriers 28 and 36 and the ring gears 30 and 38 are transmission elements of the planetary gear sets 22 and 24. The respective transmission element, if it is not rotationally fixed to the housing 20, in which the planetary gear sets 22 and 24 are each at least partially arranged are connected to be rotatable about a gear element axis of rotation relative to the housing 20 . In the present case, the planetary gear sets 22 and 24 are arranged coaxially with one another, so that the transmission element axis of rotation is a transmission element axis of rotation that is common to the or all transmission elements of the planetary gear sets 22 and 24, about which the respective transmission element can be rotated relative to the housing 20 when it is not rotationally fixed to the housing 20 connected is.

Vorteilhaft ist das erste Schaltelement B03 als ein erstes Bremsschaltelement ausgebildet, welches dazu vorgesehen ist, eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes 22 mit dem Gehäuse 20 drehfest zu verbinden. Besonders vorteilhaft ist das erste Schaltelement B03 dazu vorgesehen, das erste Hohlrad 30 drehfest mit dem Gehäuse zu verbinden. Vorteilhaft ist das zweite Schaltelement B04 als ein zweites Bremsschaltelement ausgebildet, welches dazu vorgesehen ist eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes 22 mit dem Gehäuse drehfest zu verbinden. Besonders vorteilhaft ist das zweite Schaltelement B04 dazu vorgesehen, das zweite Hohlrad 38 drehfest mit dem Gehäuse 20 zu verbinden.The first shifting element B03 is advantageously designed as a first brake shifting element, which is provided to connect one of the elements of the first planetary gear set 22 to the housing 20 in a torque-proof manner. The first switching element B03 is particularly advantageously provided for connecting the first ring gear 30 to the housing in a rotationally fixed manner. The second shifting element B04 is advantageously designed as a second brake shifting element, which is intended to connect one of the elements of the second planetary gearset 22 to the housing in a torque-proof manner. The second switching element B04 is particularly advantageously provided for connecting the second ring gear 38 to the housing 20 in a rotationally fixed manner.

Die elektrische Antriebsvorrichtung 10 umfasst außerdem ein einfach auch als Differential bezeichnetes Differentialgetriebe 42, welches insbesondere ein Bestandteil der Achse ist, deren Räder mittels der elektronischen Antriebsvorrichtung 10 und somit über die Planetenradsätze 22 und 24 mittels der elektrischen Maschine 12 und dabei ganz insbesondere mittels des Rotors 16 antreibbar sind. Die Planetenradsätze 22 und 24 sind Bestandteile eines auch als Planetengetriebe bezeichneten Getriebes, dessen Getriebegänge G1 und G2 durch die Planetenradsätze 22 und 24 realisiert sind. Das Getriebe kann ein Ausgangsdrehmoment bereitstellen, welches aus einem Eingangsdrehmoment resultiert, das mittels der elektrischen Maschine 12 über ihren Rotor 16 bereitgestellt und, insbesondere über den Planetenradsatz 22, in das Getriebe eingeleitet wird. Das von dem Getriebe bereitgestellte Ausgangsdrehmoment oder ein aus dem Ausgangsdrehmoment resultierendes Drehmoment kann auf das Differentialgetriebe 42 übertragen werden, wodurch das Differentialgetriebe 42 antreibbar ist oder angetrieben wird. Mittels des Differentialgetriebes 42 wird das Ausgangsdrehmoment oder ein aus dem Ausgangsdrehmoment resultierendes, weiteres Drehmoment - wie in 1 durch Pfeile 44 veranschaulicht ist - auf die antreibbaren Fahrzeugräder übertragen beziehungsweise aufgeteilt. Somit können die antreibbaren Fahrzeugräder von dem Differentialgetriebe 42 und über das Differentialgetriebe 42 von dem Getriebe und über das Getriebe von der elektrischen Maschine 12, insbesondere von dem Rotor 16, elektrisch angetrieben werden.
Das Differentialgetriebe 42 weist eine einfach auch als Eingangswelle bezeichnete Differentialeingangswelle 46 auf, über welche das Ausgangsdrehmoment oder das aus dem Ausgangsdrehmoment resultierende Drehmoment zum Antreiben des Differentialgetriebes 42 in das Differentialgetriebe 42 einleitbar ist, um dadurch das Differentialgetriebe 42 und über dieses die antreibbaren Fahrzeugräder anzutreiben. Das Differentialgetriebe 42 weist Ausgleichsräder 48 und mit den Ausgleichsrädern 48 direkt kämmende Abtriebsräder 50 auf, welche drehfest mit Abtriebswellen 52 des Differentialgetriebes 42 verbunden sind. Dabei ist das jeweilige, antreibbare Fahrzeugrad von der jeweiligen Abtriebswelle 52 antreibbar. Wie aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt ist, ist das Differentialgetriebe 42 insbesondere dazu ausgebildet, bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs unterschiedliche Drehzahlen der antreibbaren Fahrzeugräder zuzulassen, sodass sich das kurvenäußere, antreibbare Fahrzeugrad mit einer größeren Drehzahl dreht oder drehen kann als das kurveninnere, antreibbare Fahrzeugrad.
The electric drive device 10 also includes a differential gear 42, also referred to simply as a differential, which is in particular a component of the axle, the wheels of which are driven by the electronic drive device 10 and thus via the planetary gear sets 22 and 24 by the electric machine 12 and in particular by the rotor 16 can be driven. The planetary gear sets 22 and 24 are components of a transmission, also referred to as a planetary gear, whose gears G1 and G2 are implemented by the planetary gear sets 22 and 24 . The transmission can provide an output torque which results from an input torque which is provided by the electric machine 12 via its rotor 16 and, in particular via the planetary gear set 22, is introduced into the transmission. The output torque provided by the transmission or a torque resulting from the output torque can be transmitted to the differential gear 42, as a result of which the differential gear 42 can be driven or is driven. By means of the differential gear 42, the output torque or a further torque resulting from the output torque—as in FIG 1 illustrated by arrows 44 - transferred or divided to the drivable vehicle wheels. The drivable vehicle wheels can thus be driven electrically by the differential gear 42 and by the gear via the differential gear 42 and by the electric machine 12 , in particular by the rotor 16 , via the gear.
The differential gear 42 has a differential input shaft 46, also referred to simply as an input shaft, via which the output torque or the torque resulting from the output torque for driving the differential gear 42 can be introduced into the differential gear 42 in order to thereby drive the differential gear 42 and, via this, the drivable vehicle wheels. The differential gear 42 has differential gears 48 and output gears 50 meshing directly with the differential gears 48 and which are connected in a torque-proof manner to output shafts 52 of the differential gear 42 . The respective, drivable vehicle wheel can be driven by the respective output shaft 52 . As is already well known from the general state of the art, the differential gear 42 is designed in particular to allow different speeds of the drivable vehicle wheels when the motor vehicle is cornering, so that the drivable vehicle wheel on the outside of the curve rotates or can rotate at a higher speed than the inside of the curve , drivable vehicle wheel.

Es ist erkennbar, dass das erste Sonnenrad 26 drehfest mit dem Rotor 16 verbunden ist. Außerdem sind der ersten Planetenträger 28, der zweite Planetenträger 36 und die Differentialeingangswelle 46 drehfest miteinander verbunden. Darüber hinaus ist es bei der Antriebsvorrichtung 10 vorgesehen, dass das zweite Sonnenrad 34 drehfest mit dem ersten Sonnenrad 26 und somit drehfest mit dem Rotor 16 verbunden ist.It can be seen that the first sun gear 26 is connected to the rotor 16 in a torque-proof manner. In addition, the first planetary carrier 28, the second planetary carrier 36 and the differential input shaft 46 are non-rotatably connected to one another. In addition, it is provided in the drive device 10 that that the second sun gear 34 is non-rotatably connected to the first sun gear 26 and is thus non-rotatably connected to the rotor 16 .

Es ist denkbar, dass die Schaltelemente B03 und B04 als reibschlüssige Schaltelemente und somit vorteilhaft als Reibbremsen ausgebildet sind. Ferner ist es besonders vorteilhaft, dass das erste Schaltelement B03 als Klauenschaltelement ausgebildet ist und das zweite Schaltelement B04 als Reibkupplung ausgebildet ist.It is conceivable that the shifting elements B03 and B04 are designed as frictional shifting elements and thus advantageously as friction brakes. Furthermore, it is particularly advantageous that the first shifting element B03 is designed as a claw shifting element and the second shifting element B04 is designed as a friction clutch.

Die elektrische Antriebsvorrichtung 10 umfasst vorteilhaft eine zusätzlich zu den Schaltelementen B04 und B04 vorgesehene Parksperre 54, mittels welcher, insbesondere in einem eingelegten Zustand der Parksperre 54, die Differentialeingangswelle 46 und somit die Planetenträger 28 und 36 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar sind. Dadurch können die antreibbaren Fahrzeugräder an einer Drehung gehindert werden, wodurch beispielsweise dann, wenn das Kraftfahrzeug auf einem Gefälle abgestellt ist, ein unerwünschtes, schwerkraftbedingtes Wegrollen des Kraftfahrzeugs vermieden werden kann. Die Parksperre 54 umfasst ein Parksperrenrad 56, welches drehfest mit der Differentialeingangswelle 46 und mit den Stegen verbunden ist. Mittels des Parksperrenrads 56 können die Stege und die Differentialeingangswelle 46 formschlüssig drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden werden. Dabei ist das Parksperrenrad 56 drehfest mit dem zweiten Planetenträger 36 verbunden. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das Parksperrenrad 56 auf einer in axialer Richtung der Planetenradsätze 22 und 24 von dem ersten Planetenradsatz 22 abgewandten Seite des Planetenradsatzes 24 angeordnet ist. Anhand der in 2 gezeigten Schalttabelle der elektrischen Antriebsvorrichtung 10 ist erkennbar, dass zum Einlegen des ersten Getriebegangs G1 das erste Schaltelement B03 aktiviert, das heißt geschlossen ist, während das zweite Schaltelement B04 geöffnet ist. Dadurch ist mittels des ersten Schaltelements B03 das Hohlrad 30 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden, während das zweite Schaltelement B04 eine Drehung des Hohlrads 38 relativ zu dem Gehäuse 20 um die Getriebeelementdrehachse, welche vorliegend mit der Maschinendrehachse 18 zusammenfällt zulässt. Um den zweiten Getriebegang G2 einzulegen, während der erste Getriebegang G1 ausgelegt ist, ist das zweite Schaltelement B04 geschlossen, während das erste Schaltelement B03 geöffnet ist. Dadurch ist mittels des zweiten Schaltelements B04 das Hohlrad 38 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden, während das erste Schaltelement B03 eine Drehung des Hohlrads 30 relativ zum Gehäuse 20 um die Getriebeelementdrehachse, das heißt um die Maschinendrehachse 18 zulässt. Da bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel die elektrische Maschine 12, insbesondere ihr Rotor 16 koaxial zu den Planetenradsätzen 22 und 24 angeordnet ist, fällt die Getriebeelementdrehachse mit der Maschinendrehachse 18 zusammen.The electric drive device 10 advantageously comprises a parking lock 54 provided in addition to the switching elements B04 and B04, by means of which, in particular when the parking lock 54 is in an engaged state, the differential input shaft 46 and thus the planet carriers 28 and 36 can be connected to the housing 20 in a rotationally fixed manner. As a result, the drivable vehicle wheels can be prevented from rotating, as a result of which, for example when the motor vehicle is parked on a slope, an undesired rolling away of the motor vehicle caused by gravity can be avoided. The parking lock 54 includes a parking lock gear 56 which is non-rotatably connected to the differential input shaft 46 and to the webs. The webs and the differential input shaft 46 can be positively connected to the housing 20 in a torque-proof manner by means of the parking lock wheel 56 . The parking lock gear 56 is connected to the second planet carrier 36 in a torque-proof manner. This means in particular that the parking lock gear 56 is arranged on a side of the planetary gearset 24 that faces away from the first planetary gearset 22 in the axial direction of the planetary gearsets 22 and 24 . Based on the in 2 It can be seen from the switching table of the electric drive device 10 shown that the first switching element B03 is activated for engaging the first gear G1, that is to say it is closed, while the second switching element B04 is open. As a result, ring gear 30 is non-rotatably connected to housing 20 by means of first shifting element B03, while second shifting element B04 allows ring gear 38 to rotate relative to housing 20 about the transmission element axis of rotation, which in this case coincides with machine axis of rotation 18. In order to engage the second gear G2 while the first gear G1 is disengaged, the second shifting element B04 is closed while the first shifting element B03 is open. As a result, ring gear 38 is non-rotatably connected to housing 20 by means of second shifting element B04, while first shifting element B03 allows ring gear 30 to rotate relative to housing 20 about the transmission element axis of rotation, i.e. about machine axis of rotation 18. Since, in the exemplary embodiment shown in the figures, the electric machine 12, in particular its rotor 16, is arranged coaxially with the planetary gear sets 22 and 24, the axis of rotation of the transmission element coincides with the axis of rotation 18 of the machine.

Die 3 und 4 zeigen ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebsvorrichtung (10a), wobei Gegenstände, die bereits in der Ausführungsform der 1 und 2 gezeigt sind und hier unverändert verwendet werden, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.the 3 and 4 show an inventive embodiment of an electric drive device (10a), wherein objects that are already in the embodiment of 1 and 2 are shown and are used here unchanged are denoted by the same reference numerals.

Zum einen enthält das in der 3 und 4 gezeigte weitere Ausführungsbeispiel ein modifiziertes erstes Schaltelement B03a. Das modifizierte Schaltelement B03a weist ein Klauenschaltelement 57 sowie ein parallel zu dem Klauenschaltelement 57 angeordnetes Freilaufschaltelement 58 auf.For one thing, that contains in the 3 and 4 shown further embodiment, a modified first switching element B03a. The modified shifting element B03a has a claw shifting element 57 and a freewheeling shifting element 58 arranged parallel to the claw shifting element 57 .

Eine Verwendung des modifizierten Schaltelementes B03a kann auch in dem Ausführungsbeispiel der 1 vorteilhaft sein.A use of the modified switching element B03a can also in the embodiment of 1 be beneficial.

Das Klauenschaltelement 57 ist dazu ausgebildet, das erste Hohlrad 30 drehfest mit dem Gehäuse zu verbinden. Das Klauenschaltelement 57 weist hierzu einen nicht weiter dargestellten elektromechanischen oder hydraulischen oder pneumatischen Aktor auf. Das Freilaufschaltelement 58 ist dazu ausgebildet, das erste Hohlrad 30 bei einer bestimmten Drehrichtung des ersten Hohlrades 30 mit dem Gehäuse zu verbinden. The claw shifting element 57 is designed to connect the first ring gear 30 to the housing in a torque-proof manner. For this purpose, the claw switching element 57 has an electromechanical or hydraulic or pneumatic actuator which is not shown in more detail. The freewheel switching element 58 is designed to connect the first ring gear 30 to the housing when the first ring gear 30 rotates in a specific direction.

Zum anderen enthält das in den 3 und 4 gezeigte weitere Ausführungsbeispiel ein drittes Schaltelement K1, mittels welchem ein dritter Getriebegang G3 realisiert werden kann. Das dritte Schaltelement K1 ist dazu ausgebildet, den ersten Planetenradsatz 22 zu verblocken. Vorteilhaft ist das dritte Schaltelement K1 dazu ausgebildet, das erste Sonnenrad 26 drehfest mit dem ersten Planetenträger 28 zu verbinden. Bei geschlossenem dritten Schaltelement K1 sowie geöffnetem erstem Schaltelement B03a sowie geöffnetem zweitem Schaltelement B04 ist der dritte Getriebegang G3 realisiert. Die dargestellten Getriebegänge G1, G2, G3 haben in der hier genannten Reihenfolge eine geringer werdende Übersetzung.On the other hand, this includes in the 3 and 4 shown further embodiment, a third switching element K1, by means of which a third gear G3 can be realized. The third shifting element K1 is designed to block the first planetary gear set 22 . The third switching element K1 is advantageously designed to connect the first sun gear 26 to the first planet carrier 28 in a torque-proof manner. When the third shifting element K1 is closed and the first shifting element B03a is open and the second shifting element B04 is open, the third transmission gear G3 is implemented. The transmission gears G1, G2, G3 shown have a decreasing translation in the order mentioned here.

Bezugszeichenlistereference list

10, 10a10, 10a
elektrische Antriebsvorrichtungelectric drive device
1212
elektrische Maschineelectric machine
1414
Statorstator
1616
Rotorrotor
1818
Maschinendrehachsemachine axis of rotation
2020
GehäuseHousing
2222
erster Planetenradsatzfirst planetary gear set
2424
zweiter Planetenradsatzsecond planetary gear set
2626
erstes Sonnenradfirst sun wheel
2828
erster Planetenträgerfirst planet carrier
3030
erstes Hohlradfirst ring gear
3232
erstes Planetenradfirst planet wheel
3434
zweites Sonnenradsecond sun wheel
3636
zweiter Planetenträgersecond planet carrier
3838
zweites Hohlradsecond ring gear
4040
zweites Planetenradsecond planet gear
4242
Differenzialgetriebedifferential gear
4444
PfeilArrow
4646
Differentialeingangswelledifferential input shaft
4848
Ausgleichsradbalance wheel
5050
Abtriebsradoutput gear
5252
Abtriebswelleoutput shaft
5454
Parksperreparking lock
5656
Parksperrenradparking lock wheel
5757
Klauenschaltelementclaw shift element
5858
Freilaufschaltelementfreewheel switching element
B03B03
erstes Schaltelementfirst switching element
B03aB03a
modifiziertes erstes Schaltelementmodified first switching element
B04B04
zweites Schaltelementsecond switching element
G1G1
erster Getriebegangfirst gear
G2G2
zweiter Getriebegangsecond gear
G3G3
dritter Getriebegangthird gear
K1K1
drittes Schaltelementthird switching element

Claims (2)

Elektrische Antriebsvorrichtung (10a) für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse (20), mit einem ersten Schaltelement (B03a) und einem zweiten Schaltelement (B04) zur Schaltung von drei Getriebegängen (G1, G2, G3) der Antriebsvorrichtung (10a), mit einer elektrischen Maschine (12), mit einem ersten Planetenradsatz (22), welcher ein erstes Sonnenrad (26), einen ersten Planetenträger (28) und ein erstes Hohlrad (30) aufweist, mit einem zweiten Planetenradsatz (24), welcher ein zweites Sonnenrad (34), einen zweiten Planetenträger (36) und ein zweites Hohlrad (38) aufweist, und mit einem Differentialgetriebe (42), welches eine Differentialeingangswelle (46) und zwei Abtriebswellen (52) aufweist, wobei das erste Sonnenrad (26) drehfest mit einem Rotor (16) der elektrischen Maschine (12) verbunden ist, und wobei der erste Planetenträger (28), der zweite Planetenträger (36) und die Differentialeingangswelle (46) drehfest miteinander verbunden sind, wobei das zweite Sonnenrad (34) drehfest mit dem ersten Sonnenrad (26) verbunden ist, wobei das erste Schaltelement (B03a) dazu vorgesehen ist, das erste Hohlrad (30) drehfest mit dem Gehäuse (20) zu verbinden, wobei das zweite Schaltelement (B04) dazu vorgesehen ist, das zweite Hohlrad (38) drehfest mit dem Gehäuse (20) zu verbinden, gekennzeichnet durch ein drittes Schaltelement (K1), welches dazu vorgesehen ist, den ersten Planetenradsatz (22) zu verblocken, wobei das erste Schaltelement (B03a) ein Klauenschaltelement (57) sowie ein Freilaufschaltelement (58) aufweist und das zweite Schaltelement (B04) als eine Reibkupplung ausgebildet ist.Electrical drive device (10a) for a motor vehicle with a housing (20), with a first switching element (B03a) and a second switching element (B04) for shifting three gears (G1, G2, G3) of the drive device (10a), with an electrical Machine (12), with a first planetary gear set (22) which has a first sun gear (26), a first planet carrier (28) and a first ring gear (30), with a second planetary gear set (24) which has a second sun gear (34 ), a second planet carrier (36) and a second ring gear (38), and with a differential gear (42) which has a differential input shaft (46) and two output shafts (52), the first sun gear (26) being non-rotatably connected to a rotor (16) of the electrical machine (12), and wherein the first planet carrier (28), the second planet carrier (36) and the differential input shaft (46) are connected to one another in a rotationally fixed manner, the second sun gear (34) being rotationally fixed to de m first sun gear (26), the first shifting element (B03a) being provided to connect the first ring gear (30) to the housing (20) in a torque-proof manner, the second shifting element (B04) being provided to connect the second ring gear (38) to be connected to the housing (20) in a torque-proof manner, characterized by a third shifting element (K1), which is intended to block the first planetary gear set (22), the first shifting element (B03a) having a claw shifting element (57) and a Has freewheel switching element (58) and the second switching element (B04) is designed as a friction clutch. Elektrische Antriebsvorrichtung (10a) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Parksperrenrad (56), welches drehfest mit dem zweiten Planetenträger (36) verbunden ist.Electrical drive device (10a) after claim 1 , characterized by a parking lock wheel (56) which is non-rotatably connected to the second planet carrier (36).
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