-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrische Maschine mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor und einer schaltbaren Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die schaltbare Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und der Rotor unter Zwischenschaltung einer Schaltvorrichtung drehmomentübertragend an die schaltbare Getriebeanordnung angebunden ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug.
-
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
-
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.
-
Da der Bauraum für elektrisch betreibbare Achsantriebsstränge in einem Fahrzeug regelmäßig begrenzt ist, besteht ein anhaltendes Bedürfnis darin, derartige Achsantriebsstränge möglichst kompakt und an gegebene Bauraumsituationen anpassbar auszuführen.
-
Daher ist es die Aufgabe der Erfindung einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang bereit zu stellen, der einen kompakten und gleichzeitig an gegebene Bauraumsituationen anpassbaren Aufbau aufweist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrische Maschine mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor und einer schaltbaren Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die schaltbare Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und der Rotor unter Zwischenschaltung einer Schaltvorrichtung drehmomentübertragend an die schaltbare Getriebeanordnung angebunden ist, wobei die Getriebeanordnung ein erstes Planetengetriebe mit einem ersten Sonnenrad und mehreren mit dem ersten Sonnenrad in Eingriff stehenden und in einem ersten Planetenradträger drehbar gelagerten ersten Planetenrädern, die sich rotatorisch um das erste Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad drehfest angeordnetes erstes Hohlrad, in welchem die ersten Planetenräder wälzen, und ein zweites Planetengetriebe mit einem zweiten Sonnenrad und mehreren mit dem zweiten Sonnenrad in Eingriff stehenden und in einem zweiten Planetenradträger drehbar gelagerten zweiten Planetenrädern, die sich rotatorisch um das zweite Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad drehbar angeordnetes zweites Hohlrad, in welchem die zweiten Planetenräder wälzen, umfasst, wobei der erste Planetenradträger und der zweite Planetenradträger drehfest miteinander verbunden und drehbar gegenüber den Sonnenrädern, gelagert sind, und jeweils ein erstes Planetenrad und ein zweites Planetenrad zu einem gemeinsamem, gestuften Planetenrad zusammengefasst sind, wobei ferner und die Schaltvorrichtung in einer ersten Schaltstellung den Rotor drehmomentübertragend mit dem ersten Sonnenrad und/oder in einer zweiten Schaltstellung den Rotor drehmomentübertragend mit dem zweiten Sonnenrad koppelt, wobei das zweite Hohlrad drehmomentübertragend mit wenigstens einem Rad des Kraftfahrzeugs koppelbar ist.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Achsantriebsstrang kann dieser mit einer sehr kompakt bauenden Getriebeanordnung bestehend aus einem reduzierten Planetenkoppelsatz realisiert werden. Ferner erlaubt die Ausgestaltung der Getriebeanordnung eine große Freiheit in der Übersetzungswahl, da die Planetenträger frei drehen, so dass auch bei freier Übersetzungswahl die Getriebeanordnung mit sehr kompakten Außendurchmessern realisiert werden kann.
-
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
-
Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden.
-
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
-
Die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung können auch in einem Antriebsstranggehäuse aufgenommen sein. Das Antriebsstranggehäuse ist zumindest zur Aufnahme der elektrischen Maschine und der Getriebeanordnung vorgesehen.
-
Das Antriebsstranggehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, das Antriebsstranggehäuse aus einem Kunststoff zu bilden.
-
Das Antriebsstranggehäuse kann insbesondere bevorzugt eine topfartige Grundform aufweisen, so dass die elektrische Maschine und das Getriebe über die offene Stirnseite des Antriebsstranggehäuses in dieses eingesetzt werden können.
-
Eine elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil.
-
Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken.
-
Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine als Radial- oder Axialflussmaschine ausgebildet sein. Um einen axial besonders kompakt bauende Achsantriebsstrang auszubilden, sind Axialflussmaschinen zu bevorzugen.
-
Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
-
Die Getriebeanordnung des elektrischen Achsantriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das zweite Hohlrad unter Zwischenschaltung eines Differentialgetriebes mit wenigstens zwei Rädern einer Fahrzeugachse koppelbar ist. Ein Differentialgetriebe kann insbesondere ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben sein. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.
-
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Differentialgetriebe als Stirnraddifferentialgetriebe ausgebildet ist. Alternativ hierzu kann es des Weiteren gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Differentialgetriebe als Kegelraddifferentialgetriebe ausgebildet ist.
-
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Schaltvorrichtung eine erste Kupplungsanordnung und eine zweite Kupplungsanordnung aufweist, wobei die erste Kupplungsanordnung den Rotor mit dem ersten Sonnenrad lösbar einkuppelt sowie auskuppelt und die zweite Kupplungsanordnung den Rotor mit dem zweiten Sonnenrad lösbar einkuppelt sowie auskuppelt.
-
Besonders bevorzugt ist es, dass die erste und/oder die zweite Kupplungsanordnung als Lamellenkupplung ausgebildet ist. Eine oder beide der Kupplungsanordnungen können auch als Bremse konfiguriert sein, wobei dann die Innenlamellen oder die Außenlamellen des Lamellenpakets der jeweiligen Kupplungsanordnung drehfest gegenüber dem Rotor, beispielsweise an einem Gehäusebauteil, gelagert sind.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einem ersten elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang nach Anspruch 1 und einem zweiten elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der erste elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang ein erstes Rad einer Fahrzeugachse und der zweite elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang ein zweites Rad derselben Fahrzeugachse antreibt.
-
In diesem Zusammenhang kann in einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der erste elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang und der zweite elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang baugleich ausgestaltet sind, wodurch ein kostengünstiger radselektiver Antrieb einer Fahrzeugachse bereitgestellt werden kann.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
-
Es zeigen:
- 1 ein schematisches Schaltbild eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs,
- 2 ein schematisches Schaltbild einer Fahrzeugachse mit zwei elektrisch betreibbaren Achsantriebssträngen, und
- 3 ein Kraftfahrzeug mit elektrisch betreibbaren Achsantriebssträngen in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
-
Die 1 zeigt einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 2, wie es beispielhaft in der 3 gezeigt ist.
-
Der elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang 1 umfasst eine elektrische Maschine 3 mit einem relativ zu einem Stator 9 drehbar gelagerten Rotor 10 und einer schaltbaren Getriebeanordnung 4, wobei die elektrische Maschine 3 und die schaltbare Getriebeanordnung 4 eine bauliche Einheit 5 bilden.
-
Der Rotor 3 ist unter Zwischenschaltung einer Schaltvorrichtung 6 drehmomentübertragend an die schaltbare Getriebeanordnung 4 angebunden. Die Getriebeanordnung 4 umfasst ein erstes Planetengetriebe 40 mit einem ersten Sonnenrad 50 und mehreren mit dem ersten Sonnenrad 50 in Eingriff stehenden und in einem ersten Planetenradträger 60 drehbar gelagerten ersten Planetenrädern 70, die sich rotatorisch um das erste Sonnenrad 50 bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad 50 drehfest angeordnetes erstes Hohlrad 80, in welchem die ersten Planetenräder 70 wälzen.
-
Die Getriebeanordnung 4 besitzt ferner ein zweites Planetengetriebe 41 mit einem zweiten Sonnenrad 51 und mehreren mit dem zweiten Sonnenrad 51 in Eingriff stehenden und in einem zweiten Planetenradträger 61 drehbar gelagerten zweiten Planetenrädern 71, die sich rotatorisch um das zweite Sonnenrad 51 bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad 51 drehbar angeordnetes zweites Hohlrad 81, in welchem die zweiten Planetenräder 71 wälzen.
-
Wie gut aus der 1 zu erkenn ist, sind der erste Planetenradträger 60 und der zweite Planetenradträger 61 drehfest miteinander verbunden und drehbar gegenüber den Sonnenrädern 51,52 gelagert. Jeweils ein erstes Planetenrad 70 und ein zweites Planetenrad 71 sind zu einem gemeinsamem, gestuften Planetenrad 70,71 zusammengefasst.
-
Die Schaltvorrichtung 6 koppelt in einer ersten Schaltstellung den Rotor 3 drehmomentübertragend mit dem ersten Sonnenrad 50 oder in einer zweiten Schaltstellung den Rotor 3 drehmomentübertragend mit dem zweiten Sonnenrad 51. Die Schaltvorrichtung 6 weist eine erste Kupplungsanordnung 13 und eine zweite Kupplungsanordnung 14 auf, wobei die erste Kupplungsanordnung 13 den Rotor 3 mit dem ersten Sonnenrad 51 lösbar einkuppelt sowie auskuppelt und die zweite Kupplungsanordnung 14 den Rotor 3 mit dem zweiten Sonnenrad 52 lösbar einkuppelt sowie auskuppelt.
-
Aus der 1 ist ferner ersichtlich, dass das zweite Hohlrad 81 unter Zwischenschaltung eines Differentialgetriebes 8 mit wenigstens zwei Rädern 7 einer Fahrzeugachse 12 koppelbar ist. Das Differentialgetriebe 8 kann als Stirnraddifferentialgetriebe oder als Kegelraddifferentialgetriebe ausgebildet sein.
-
2 zeigt ein Kraftfahrzeug 2 mit einem ersten elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 und einem zweiten elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 11, wobei der erste elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang 1 ein erstes Rad 7 einer Fahrzeugachse 12 und der zweite elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang 11 ein zweites Rad 7 derselben Fahrzeugachse 12 antreibt. Hierdurch kann auf ein Differentialgetriebe, wie es in dem elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 verwendet wurde, verzichtet werden. Das zweite Hohlrad 81 ist in der Ausführungsform der 2 direkt drehmomentübertragend mit wenigstens einem Rad 7 des Kraftfahrzeugs 2 ohne Zwischenschaltung eines Differentialgetriebes koppelbar. Der erste elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang 1 und der zweite elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang 11 sind in der gezeigten Ausführungsform der 2 baugleich ausgestaltet.
-
3 zeigt die aus den 1 und 2 bekannten Konfigurationen in einem Kraftfahrzeug 2. Der aus der 1 bekannte elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang 1 ist in der linken Fahrzeugachse 12 des Kraftfahrzeugs 2 verbaut während die aus der 2 bekannte Konfiguration an der rechten Fahrzeugachse 12 des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet ist. Es versteht sich, dass jeweils auch nur eine der beiden Fahrzeugachsen 12 einen oder mehrere elektrisch betreibbare Achsantriebsstränge 1,11 aufweisen kann. Ferner können die beiden Fahrzeugachsen 12 auch identische Konfigurationen von einer oder mehreren elektrisch betreibbaren Achsantriebssträngen 1,11 besitzen.
-
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Achsantriebsstrang
- 2
- Kraftfahrzeugs
- 3
- elektrische Maschine
- 4
- Getriebeanordnung
- 5
- Bauliche Einheit
- 6
- Schaltvorrichtung
- 7
- Rad
- 8
- Differentialgetriebe
- 9
- Stator
- 10
- Rotor
- 11
- Achsantriebsstrang
- 12
- Fahrzeugachse
- 13
- Kupplungsanordnung
- 14
- Kupplungsanordnung
- 40
- Planetengetriebe
- 41
- Planetengetriebe
- 50
- Sonnenrad
- 51
- Sonnenrad
- 60
- Planetenradträger
- 61
- Planetenradträger
- 70
- Planetenräder
- 71
- Planetenräder
- 80
- Hohlrad
- 81
- Hohlrad
