DE102021200351B4 - Getriebe und Antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug - Google Patents

Getriebe und Antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug, umfassend eine erste Antriebswelle sowie mindestens eine zweite Antriebswelle, wobei die erste Antriebswelle dazu eingerichtet ist, mit einer ersten elektrischen Maschine wirkverbunden zu sein, und die zweite Antriebswelle dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine wirkverbunden zu sein, wobei die erste Antriebswelle zumindest mittelbar über eine erste Übersetzungsstufe und die zweite Antriebswelle zumindest mittelbar über eine zweite Übersetzungsstufe mit einem ersten Planetengetriebe antriebswirksam verbindbar ist, wobei das erste Planetengetriebe im Leistungsfluss zwischen der jeweiligen Übersetzungsstufe und einer Abtriebswelle angeordnet ist, wobei das erste Planetengetriebe einen ersten Planetenradsatz und einen damit zweifach gekoppelten zweiten Planetenradsatz aufweist, wobei die Planetenradsätze die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger aufweisen, wobei zur Realisierung von mindestens zwei unterschiedlichen Betriebszuständen des Getriebes eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes und/oder eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes in wenigstens eine Rotationsrichtung mit einem Gehäuse des Getriebes drehfest verbindbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung für ein solches Fahrzeug sowie ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug jeweils mit einem solchen Getriebe.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung für ein solches Fahrzeug sowie ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer solchen Antriebsvorrichtung oder einem solchen Getriebe.
  • Aus der EP 2 821 671 A1 geht ein Radnabenantrieb mit zwei koaxial zur Radnabe angeordneten elektrischen Maschinen hervor, wobei die beiden elektrischen Maschinen über zwei gekoppelte Planetenradsätze, die zwei Betriebszustände ermöglichen, direkt oder über einen Reduzierplanetenradsatz mit einem Rad wirksam verbunden sind. Die beiden gekoppelten Planetenradsätze bestehen aus einem Einzelplanetenradsatz und einen Doppelplanetenradsatz, wobei deren Sonnenräder gekoppelt und mit der ersten elektrischen Maschine verbunden sind. Ein Planetenträger des Einzelplanetenradsatzes ist über eine Bremse oder einen Bremsenfreilauf zumindest in eine Richtung festsetzbar, wobei ein Hohlrad des Einzelplanetenradsatzes mit einem Planetenträger des Doppelplanetenträger gekoppelt und mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist. Ein Hohlrad des Doppelplanetenradsatzes ist mit dem Abtrieb verbunden.
  • Aus der DE 10 2007 032 773 A1 geht eine Drehmomentübertragungsvorrichtung hervor, umfassend einen Planetenradsatz, der drei koaxiale Elemente aufweist. Eines dieser Elemente ist ein Planetenträger mit Planetenrädern, wobei die Planetenräder mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad in einer einzigen Ebene kämmen. Der Planetenradsatz weist mehrere Eingangsknoten und einen Ausgangsknoten auf; wobei der erste Eingangsknoten funktional mit einer Antriebswelle für das Getriebe verbunden ist und der zweite Eingangsknoten funktional mit einer ersten Elektromaschine verbunden ist. Mehrere Eingangsknoten sind selektiv funktional mit einer zweiten Elektromaschine verbindbar. Der Ausgangsknoten ist funktional mit einer Abtriebswelle des Getriebes verbunden. Aus der DE 10 2018 116 613 A1 und der DE 10 2011 005 621 A1 gehen weitere gattungsgemäße Antriebsvorrichtungen hervor.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches und effizientes Getriebe sowie eine bauraumökonomische Antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
  • Ein erfindungsgemäßes Getriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine erste Antriebswelle sowie mindestens eine zweite Antriebswelle, wobei die erste Antriebswelle dazu eingerichtet ist, mit einer ersten elektrischen Maschine wirkverbunden zu sein, und die zweite Antriebswelle dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine wirkverbunden zu sein, wobei die erste Antriebswelle zumindest mittelbar über eine erste Übersetzungsstufe und die zweite Antriebswelle zumindest mittelbar über eine zweite Übersetzungsstufe mit einem ersten Planetengetriebe antriebswirksam verbindbar ist, wobei das erste Planetengetriebe im Leistungsfluss zwischen der jeweiligen Übersetzungsstufe und einer Abtriebswelle angeordnet ist, wobei das erste Planetengetriebe einen ersten Planetenradsatz und einen damit zweifach gekoppelten zweiten Planetenradsatz aufweist, wobei die Planetenradsätze die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger aufweisen, wobei zur Realisierung von mindestens zwei unterschiedlichen Betriebszuständen des Getriebes eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes und/oder eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes in wenigstens eine Rotationsrichtung mit einem Gehäuse des Getriebes drehfest verbindbar ist. Mit anderen Worten ist das Getriebe mehrstufig sowie leistungsverzweigt ausgeführt und ist zudem Teil einer Multimotortopologie, bei der jede Antriebswelle mit einer dazugehörigen elektrischen Maschine antriebswirksam verbunden ist, wobei die elektrischen Maschinen je nach Betriebssituation und/oder Betriebsstrategie des Fahrzeugs einzeln oder in Kombination eine Antriebsleistung mit einer bestimmten Übersetzung auf die jeweilige Abtriebswelle übertragen können. Durch Aufteilung auf mehrere elektrische Maschinen erhöht sich je nach Betriebspunkt des Fahrzeugs der Teillastfaktor an der jeweiligen antreibenden elektrischen Maschine, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Getriebes als Gesamtsystem optimiert wird.
  • Die jeweilige elektrische Maschine besteht zumindest aus einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor, der in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln.
  • Die Antriebswellen sind als Rotorwellen zu verstehen, die bevorzugt einteilig mit dem relativ zu dem gehäusefesten Stator der jeweiligen elektrischen Maschine rotierbaren Rotor verbunden sind. Auch eine mehrteilige Verbindung zum Beispiel über einen Reduzierplanetenradsatz ist denkbar. Die Antriebswellen sind vorzugsweise parallel zueinander sowie parallel zu einer Radnabenachse angeordnet. Die jeweilige Antriebswelle dient in einem Rotorbetrieb als Ausgangswelle der jeweiligen elektrischen Maschine. Die jeweilige Antriebswelle ist im Rotorbetrieb der elektrischen Maschine Eingangswelle des Getriebes, wobei beispielsweise von einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie, elektrische Energie in die jeweilige elektrische Maschine gespeist wird, die resultierend eine Rotation des Rotors bzw. der Rotorwelle zur Erzeugung einer Antriebsleistung bewirkt. Die Antriebsleistung ist mittelbar zum Drehantrieb der jeweiligen Abtriebswelle vorgesehen. Die jeweilige Abtriebswelle der Antriebsvorrichtung fungiert somit als Ausgangswelle des Getriebes und überträgt die Antriebsleistung auf ein zumindest mittelbar mit der jeweiligen Abtriebswelle antriebstechnisch verbundenes Rad des Fahrzeugs. Die jeweilige Abtriebswelle ist bevorzugt koaxial zur Radnabenachse angeordnet. Über die jeweilige Abtriebswelle wird somit wenigstens ein Rad des Fahrzeugs durch die mit den antriebstechnisch damit verbundenen oder verbindbaren elektrischen Maschinen erzeugte sowie durch die zumindest mit dem ersten Planetengetriebe gewandelte Antriebsleistung zumindest mittelbar drehangetrieben. Die Antriebsleistung der jeweiligen elektrischen Maschine kann zudem durch die jeweilige mit der dazugehörigen Antriebswelle wirkverbundene Übersetzungsstufe gewandelt und in das erste Planetengetriebe geleitet werden.
  • In einem Generatorbetrieb der jeweiligen elektrischen Maschine fungiert die jeweilige Abtriebswelle als Eingangswelle des Getriebes, wohingegen die Antriebswelle bzw. Rotorwelle der jeweiligen elektrischen Maschine dementsprechend als Ausgangswelle des Getriebes ausgebildet ist. Eine Antriebsleistung des Fahrzeugs wird zumindest über das erste Planetengetriebe sowie die jeweilige Übersetzungsstufe in die dazugehörige elektrische Maschine geleitet, sodass mit der jeweiligen elektrischen Maschine elektrische Energie erzeugt wird, die in eine Batterie zur Speicherung eingespeist werden kann. Im Generatorbetrieb wird die Leistung beispielsweise aus einem oder mehreren sich drehenden Rädern des Fahrzeugs über das erste Planetengetriebe und die jeweilige Übersetzungsstufe auf die Antriebswellen aufgeteilt und in die elektrischen Maschinen eingeleitet. Es kann eine Batterie vorgesehen sein, die im Rotorbetrieb die elektrischen Maschinen mit elektrischer Energie speist bzw. im Generatorbetrieb elektrische Energie speichert. Ferner kann für jede elektrische Maschine eine separate Batterie vorgesehen sein, die im Rotorbetrieb die jeweilige elektrische Maschine mit elektrischer Energie speist bzw. im Generatorbetrieb elektrische Energie speichert.
  • Die elektrischen Maschinen sind vorzugsweise hochdrehend ausgeführt und sind von einer Leistungselektronik steuer- bzw. regelbar. Die elektrischen Maschinen können grundsätzlich mit einer beliebigen Dauerleistung und/oder einem beliebigen Maximaldrehmoment ausgebildet sein. Die elektrischen Maschinen können somit sowohl identisch als auch unterschiedlich ausgebildet sein, wobei je mehr elektrische Maschinen vorgesehen sind, desto kleiner können sie jeweils ausgebildet sein, um auf die erforderliche Gesamtleistung der Antriebsvorrichtung zu gelangen. Zudem wird ein Wirkungsgrad jeder elektrischen Maschine erhöht.
  • Vorzugsweise sind die elektrischen Maschinen zusammen mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Getriebegehäuse angeordnet. Durch die Anordnung mehrerer elektrischer Maschinen in einem gemeinsamen Hauptgehäuse können die elektrischen Maschinen vergleichsweise klein, das heißt mit relativ geringem Durchmesser ausgebildet sein, sodass in der Folge eine höhere Maschinendrehzahl bzw. Rotorumfangsgeschwindigkeit der jeweiligen elektrischen Maschine realisierbar ist. Je größer die Anzahl der elektrischen Maschinen in der Getriebeanordnung, desto besser kann zudem ein Drehmomentverlust aufgrund des vergleichsweise geringeren Maschinendurchmessers kompensiert werden. Die elektrischen Maschinen können dabei identisch, das heißt in gleicher Größe, Leistung, Bauart und/oder mit gleichem Verlustkennfeld ausgebildet sein. Alternativ ist denkbar, dass die elektrischen Maschinen je nach Anforderung an die Getriebeanordnung unterschiedliche Leistungen, erforderliche Bauraumvolumen, Bauarten und/oder Verlustkennfelder aufweisen. Die elektrischen Maschinen können insbesondere eine Leistung zwischen 1 Kilowatt (kW) und 35 kW aufweisen. Auch eine höhere Leistung ist je nach Anwendungsfall, Anforderung und/oder Größe des Fahrzeugs möglich. Durch eine geeignete Kombination von elektrischen Maschinen mit unterschiedlichen Leistungen kann ein breites Spektrum von Betriebszuständen abgedeckt werden, bei denen die jeweilige elektrische Maschine oder, wenn mehrere elektrische Maschinen miteinander kombiniert werden, die elektrischen Maschinen jeweils mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad betrieben werden.
  • Die Übersetzungsstufe ist dazu eingerichtet, insbesondere eine parallel zur jeweiligen Abtriebswelle verlaufende Anordnung der elektrischen Maschinen, und damit auch der Antriebswellen, zu ermöglichen. Dadurch kann eine platzsparende, insbesondere entlang der jeweiligen Abtriebswelle axial kompaktbauende Ausgestaltung des Getriebes sowie der Antriebsvorrichtung realisiert werden.
  • In Rahmen dieser Erfindung ist unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen der jeweiligen Übersetzungsstufe und dem ersten Planetengetriebe und/oder zwischen dem ersten Planetengetriebe und der jeweiligen Abtriebswelle weitere Getriebeteile, insbesondere Wellen oder Übersetzungsstufen, angeordnet sein, die die von der jeweiligen elektrischen Maschine erzeugte und in das Getriebe eingeleitete Antriebsleistung wandeln und auf die jeweilige damit wirkverbundene Abtriebswelle übertragen können. Somit ist unter einer Wirkverbindung bzw. einer antriebswirksamen Verbindung zu verstehen, dass zwei Elemente oder Bauteile unmittelbar, also direkt miteinander verbunden sind, oder zumindest mittelbar über mindestens ein weiteres dazwischen angeordnetes Element oder Bauteile miteinander verbunden sind.
  • Unter einer Welle, sei es eine Antriebswelle, eine Zwischenwelle, eine Abtriebswelle oder dergleichen, ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes oder der Antriebsvorrichtung zum Übertragen von Drehmomenten zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten drehfest miteinander verbunden sind.
  • Unter miteinander zweifach gekoppelten Planetenradsätzen sind zwei Planetenradsätze zu verstehen, bei denen jeweils zwei der drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad oder Planetenträger eines Planetenradsatzes mit je einem der drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad oder Planetenträger des jeweils anderen Planetenradsatzes drehfest verbunden oder einteilig ausgebildet sind. Somit sind zwei unterschiedliche Elemente des ersten Planetenradsatzes mit zwei unterschiedlichen Elementen des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden bzw. einteilig ausgebildet. Eine zweifache Kopplung weist folglich eine erste Kopplung sowie eine zweite Kopplung auf. Im Fall von zwei im Leistungsfluss hintereinander geschalteten Einzelplanetenradsätzen kann eine erste Kopplung beispielsweise eine drehfeste Verbindung zwischen einem ersten Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und einem zweiten Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes sein, wobei eine zweite Kopplung beispielsweise eine drehfeste Verbindung zwischen einem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes und einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes sein kann. Im Fall eines Doppelplanetenradsatzes und einem im Leistungsfluss davor oder dahinter angeordneten Einzelplanetenradsatzes ist für die erste Kopplung eine drehfeste Verbindung der Planetenträger des ersten und zweiten Planetenradsatzes und für die zweite Kopplung eine drehfeste Verbindung der Hohlräder des ersten und zweiten Planetenradsatzes vorgesehen, wobei ein äußeres Planetenrad des Doppelplanetenradsatzes gleichzeitig ein Planetenrad des Einzelplanetenradsatzes darstellt. Mit anderen Worten ist ein je ein Planetenrad des Einzelplanetenradsatzes einteilig mit einem Planetenrad des Doppelplanetenradsatzes verbunden.
  • Unter dem Wortlaut „in wenigstens eine Rotationsrichtung mit einem Gehäuse des Getriebes drehfest verbindbar“ ist zu verstehen, dass eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes und/oder eines der Elemente zweiten Planetenradsatzes gehäusefest angebunden werden kann, wobei die gehäusefeste Anbindung insbesondere durch ein Bremselement erfolgen kann. Beispielsweise kann das jeweilige Element in eine erste Rotationsrichtung gehäuse- bzw. drehfest und gleichzeitig in eine zweite Rotationsrichtung drehbar angeordnet sein. Alternativ kann das jeweilige Element in die zweite Rotationsrichtung gehäusefest und gleichzeitig in die erste Rotationsrichtung drehbar angeordnet sein. Ferner alternativ ist durch den oben genannten Wortlaut umfasst, dass das jeweilige Element sowohl in die erste Rotationsrichtung als auch in die zweite Rotationsrichtung gehäuse- bzw. drehfest angebunden sein kann. Anders gesagt wird eine Rotation des jeweiligen Elements in beide Rotationsrichtungen blockiert.
  • Es versteht sich, dass nach einem Ausführungsbeispiel lediglich ein Element des ersten Planetenradsatzes in wenigstens eine Rotationsrichtung mit dem Gehäuse des Getriebes drehfest verbindbar ist. Alternativ ist lediglich ein Element des zweiten Planetenradsatzes in wenigstens eine Rotationsrichtung mit dem Gehäuse des Getriebes drehfest verbindbar. Ferner alternativ ist sowohl ein Element des ersten Planetenradsatzes als auch ein Element des zweiten Planetenradsatzes in wenigstens eine Rotationsrichtung mit dem Gehäuse des Getriebes drehfest verbindbar. Letztgenannte Ausführungsform eignet sich insbesondere für Element der Planetenradsätze, die gemäß den vorherigen Ausführungen zur Realisierung der ersten oder zweiten Kopplung miteinander gekoppelt sind.
  • Anhand einer gehäusefesten Anbindung eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes und/oder des zweiten Planetenradsatzes können je nach Ausgestaltung der beiden Planetenradsätze des ersten Planetengetriebes, insbesondere durch geeignete Einstellung einer jeweiligen Standgetriebeübersetzung, die Belastungen, insbesondere bei gleich großen bzw. identischen elektrischen Maschinen, im Wesentlichen gleichmäßig gestaltet werden. Ferner kann bei mindestens zwei möglichen Betriebszuständen der Wirkungsgrad der elektrischen Maschinen gegenüber Systemen mit nur einem möglichen Betriebszustand erheblich gesteigert werden.
  • Ein erster Betriebszustand wird realisiert, indem eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes und/oder eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes in wenigstens eine Rotationsrichtung mit dem Gehäuse des Getriebes drehfest verbunden wird. Ein zweiter Betriebszustand wird demgegenüber dadurch definiert, dass kein Element des jeweiligen Planetenradsatzes am Gehäuse festgesetzt sind. Des Weiteren wird der Betriebszustand dadurch definiert, dass mindestens zwei elektrische Maschinen eine jeweilige Antriebsleistung gemeinsam oder getrennt voneinander in das erste Planetengetriebe einleiten. Dabei wird eine erste Antriebsleistung einer oder mehrerer elektrischer Maschinen auf ein Element des ersten oder zweiten Planetenradsatzes eingeleitet, wobei eine zweite Antriebsleistung einer oder mehrerer weiterer elektrischer Maschinen auf ein anderes Element des ersten oder zweiten Planetenradsatzes eingeleitet wird. Die Antriebsleistungen werden im Planetengetriebe überlagert und können anhand eines jeweiligen Leistungspfades in Abhängigkeit davon, ob eine drehfeste Verbindung eines der Elemente des ersten und/oder zweiten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse vorliegt, zum Getriebeausgang und von dort auf die jeweilige Abtriebswelle übertragen werden.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel ist eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes zumindest mittelbar mit der ersten Antriebswelle oder der zweiten Antriebswelle drehfest verbunden, wobei eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes zumindest mittelbar oder über den zweiten Planetenradsatz zumindest mittelbar mit der jeweiligen Abtriebswelle antriebswirksam verbunden ist, und wobei eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes gehäusefest verbindbar und/oder mit einem der Elemente des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden, wobei eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes zumindest mittelbar mit der ersten Antriebswelle oder der zweiten Antriebswelle antriebswirksam verbunden ist, wobei eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes zumindest mittelbar mit der jeweiligen Abtriebswelle drehfest verbunden ist, und wobei eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes gehäusefest verbindbar und/oder mit einem der Elemente des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist. Die beiden Planetenradsätze sind in diesem Beispiel als Einzelplanetenradsätze ausgebildet.
  • Der erste Planetenradsatz weist ein erstes Sonnenrad, ein erstes Hohlrad sowie einen ersten Planetenträger auf, wobei am ersten Planetenträger erste Planetenräder drehbar angeordnet sind, die mit dem ersten Sonnenrad und dem ersten Hohlrad in Zahneingriff stehen. Der zweite Planetenradsatz weist ebenfalls ein zweites Sonnenrad, ein zweites Hohlrad sowie einen zweiten Planetenträger auf, wobei am zweiten Planetenträger zweite Planetenräder drehbar angeordnet sind, die mit dem zweiten Sonnenrad und dem zweiten Hohlrad in Zahneingriff stehen. Der erste Planetenradsatz ist eingangsseitig mit einem der vorstehend genannten Elemente zumindest mittelbar mit wenigstens einer der Antriebswellen antriebswirksam verbunden. Zudem ist der erste Planetenradsatz ausgangsseitig über zwei Elemente mit einem jeweiligen Element des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Beispielsweise ist das erste Hohlrad drehfest mit dem zweiten Planetenträger verbunden und der erste Planetenträger ist gleichzeitig drehfest mit dem zweiten Hohlrad verbunden. Jedenfalls ist eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes und/oder eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes in wengistens eine Rotationsrichtung drehfest mit dem Getriebegehäuse verbindbar. Zum Beispiel kann das mit dem ersten Planetenträger drehfest verbundene zweite Hohlrad über einen Freilauf, eine Bremse oder dergleichen in eine bzw. in beide Rotationsrichtungen gegenüber dem Gehäuse festsetzbar sein. Diese Festsetzung kann situationsabhängig wahlweise aktiviert oder deaktiviert werden. Es kann sich somit um eine lösbare drehfeste Verbindung handeln, über die zwischen einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand des Antriebs gewechselt werden kann.
  • Unter einer drehfesten Verbindung in die jeweilige Rotationsrichtung ist im Rahmen dieser Erfindung eine nicht lösbare Verbindung zwischen zwei Elementen zu verstehen, wobei die miteinander verbundenen Elemente einteilig ausgebildet sind oder eine in geeigneter Form ausgebildete, insbesondere eine formschlüssige Verbindung zur Blockierung einer Rotation des jeweiligen Elements aufweisen. Eine Verdrehung der Elemente relativ zueinander ist somit nicht möglich. Eine solche Verbindung liegt beispielsweise bei einem Freilauf vor, der in eine Rotationsrichtung sperrt und somit durch Formschluss eine drehfeste Verbindung erzeugt.
  • Demgegenüber ist bei einer drehfest verbindbaren Anordnung beispielsweise eine Bremse im Leistungsfluss zwischen dem jeweiligen Element und dem Gehäuse angeordnet, wobei wenigstens in eine Rotationsrichtung eines Elements relativ zum Gehäuse eine Rotation verhindert werden kann, indem beispielsweise die Bremse aktiviert wird. Somit ist im aktivierten Zustand der Bremse eine Rotation der beiden Elemente relativ zueinander in beide Rotationsrichtungen blockiert und in einem deaktivierten Zustand entsprechend in beide Rotationsrichtungen freigegeben.
  • Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel weist der erste Planetenradsatz des ersten Planetengetriebes ein erstes Sonnenrad, ein erstes Hohlrad sowie mehrere an einem ersten Planetenträger drehbar gelagerte innere Planentenräder auf, wobei der zweite Planetenradsatz des ersten Planetengetriebes ein zweites Sonnenrad, ein zweites Hohlrad sowie mehrere an einem zweiten Planetenträger drehbar gelagerte innere Planentenräder und äußere Planetenräder aufweist, wobei das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad einteilig ausgebildet sind, wobei der erste Planetenträger und der zweite Planetenträger einteilig ausgebildet sind, wobei die inneren Planentenräder mit den äußeren Planetenrädern sowie dem zweiten Sonnenrad in Zahneingriff stehen, wobei die äußeren Planetenräder mit dem zweiten Hohlrad sowie mit dem ersten Hohlrad und dem ersten Sonnenrad in Zahneingriff stehen. Damit sind die beiden Hohlräder miteinander gekoppelt bzw. drehfest verbunden. Ferner sind die beiden Planetenträger miteinander gekoppelt bzw. drehfest verbunden.
  • Der erste Planetenradsatz des ersten Planetengetriebes ist als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Ein Minus-Planetenradsatz beschreibt bevorzugt einen Einzelplanetenradsatz mit einem Planetenträger, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrads, als auch mit der Verzahnung des Hohlrads kämmt bzw. in Zahneingriff steht, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Planetenträger rotiert.
  • Der zweite Planetenradsatz des ersten Planetengetriebes ist als Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Ein Plus-Planetenradsatz unterscheidet sich von dem Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Planetenradsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Planetenträger gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrades und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrads. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Planetenträger das Hohlrad und das Sonnenrad in dieselbe Drehrichtung rotieren. In einem Ausführungsbeispiel steht jedes äußere Planetenrad ferner mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes in Zahneingriff, sodass die äußeren Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes als Planetenräder des ersten Planetenradsatzes fungieren. Mithin sind die äußeren Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes und die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes einteilig miteinander verbunden und somit miteinander gekoppelt bzw. drehfest verbunden. Die Ausbildung des ersten Planetengetriebes ist folglich derart zu verstehen, dass es aufgrund des miteinander kombinierten ersten und zweiten Hohlrades nur ein Hohlrad und aufgrund des miteinander kombinierten ersten und zweiten Planetenträgers nur einen Planetenträger aufweist, die jeweils die Funktionen beider Hohlräder bzw. Planetenträger in sich integrieren. Somit ist der erste Planetenträger des ersten Planetenradsatzes zugleich zweiter Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes, oder umgekehrt, und das erste Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist zugleich zweites Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes, oder umgekehrt.
  • Ferner ist eines der gekoppelten Elemente des Einzelplanetenradsatzes bzw. des Minus-Planetenradsatzes und eines der Elemente des Doppelplanetenradsatzes bzw. des Plus-Planetenradsatzes mit dem Gehäuse drehfest verbindbar.
  • Vorzugsweise ist eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes und/oder eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes über einen Freilauf in eine erste Rotationsrichtung mit dem Gehäuse des Getriebes drehfest verbindbar. Dies ist abhängig von der jeweiligen Kopplung der Elemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes. Unter einem Freilauf ist insbesondere ein Schaltelement zu verstehen, welches lediglich in einer Drehrichtung Drehmomente überträgt. Handelt es sich beispielsweise um einen Freilauf, der einseitig sperrt, ist eine Verdrehung einer radial inneren ersten Komponente (z.B. die Verdrehung eines Innenrings des Freilaufs), und einer radial äußeren Komponente (z.B. die Verdrehung eines Außenrings des Freilaufs) um eine gemeinsame Drehachse relativ zueinander in einer ersten Drehrichtung möglich, in einer zweiten Drehrichtung, welche der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, jedoch nicht. Auf die Drehzahl bezogen bedeutet dies, dass eine Seite schneller drehen kann als die andere. Mittels des Freilaufs ist eine Rotation des jeweiligen Elements des ersten und/oder zweiten Planetenradsatzes in eine erste Rotationsrichtung relativ zum Gehäuse freigegeben und in eine entgegengesetzt verlaufende zweite Rotationsrichtung blockiert bzw. gesperrt. Ein erster Betriebszustand liegt vor, wenn der Freilauf sperrt bzw. blockiert und dadurch eine kurze Übersetzung realisiert. Wenn der Freilauf im Überholbetrieb läuft, ist demgegenüber ein zweiter Betriebszustand mit einer gegenüber dem ersten Betriebszustand längeren Übersetzung realisierbar. Das Vorsehen eines Freilaufs hat den Vorteil, dass auf ein aktiv zu betätigendes Schaltelement, wie zum Beispiel eine Bremse, verzichtet werden kann.
  • Alternativ ist eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes und/oder eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes über eine erste Bremse oder eine vierte Bremse in beide Rotationsrichtungen mit dem Gehäuse des Getriebes drehfest verbindbar. Dies ist ebenfalls abhängig von der jeweiligen Kopplung der Elemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes. Die erste Bremse kann beispielsweise als Reibbremse zur Erzeugung einer kraftschlüssigen Verbindung ausgebildet sein. Die vierte Bremse kann auch als synchronisierte oder als unsynchronisierte Klauenbremse ausgebildet sein. In einem ersten Betriebszustand, bei dem die erste Bremse bzw. die vierte Bremse aktiviert ist, also in beide Rotationsrichtungen sperrt bzw. blockiert, ist in einem Schubbetrieb bzw. in einem Generatorbetrieb eine Rekuperation möglich. Zudem ist bei aktivierter erster Bremse bzw. vierter Bremse ein Rückwärtsantrieb des Fahrzeugs möglich.
  • Bevorzugt ist die erste Übersetzungsstufe als Stirnradtrieb, Planetengetriebe, Riemenantrieb oder Kettenantrieb ausgebildet. Alternativ oder ergänzend ist die zweite Übersetzungsstufe als Stirnradtrieb, Planetengetriebe, Riemenantrieb oder Kettenantrieb ausgebildet. Bei einem Stirnradtrieb kann die jeweilige Antriebswelle mit einem ersten Zahnrad verbunden sein, das mit einem zweiten Zahnrad in Zahneingriff steht, wobei das jeweilige zweite Zahnrad koaxial zur Radnabenachse angeordnet oder mit einem dritten Zahnrad, welches koaxial zur Radnabenachse angeordnet ist, in Zahneingriff stehen kann. Mittels des jeweiligen Stirnradtriebs kann ein Übersetzungsverhältnis realisiert werden. Eine als Planetengetriebe ausgebildete Übersetzungsstufe umfasst mindestens einen Planetenradsatz, wobei das Planetengetriebe ebenfalls ein Übersetzungsverhältnis einstellen kann. Dem Planetengetriebe kann zudem ein Stirnradtrieb, ein Riemenantrieb und/oder ein Kettenantrieb nachgeschaltet sein, um eine Parallelanordnung der Antriebswellen zur jeweiligen Abtriebswelle zu realisieren. Der Riemenantrieb und der Kettenantrieb weisen jeweils ein Zugmittel auf, um die Antriebsleistung von einer ersten Welle, insbesondere der jeweiligen Antriebswelle, auf eine zweite Welle, insbesondere eine Zwischenwelle oder eine Eingangswelle des ersten Planetengetriebes, zu übertragen. Mittels des jeweiligen Riemenantriebs bzw. des Kettenantriebs kann ebenfalls ein Übersetzungsverhältnis realisiert werden.
  • Vorzugsweise ist im Leistungsfluss zwischen dem ersten Planetengetriebe und der jeweiligen Abtriebswelle mindestens ein zweites Planetengetriebe mit mindestens einem dritten Planetenradsatz angeordnet. Das zweite Planetengetriebe kann neben dem dritten Planetenradsatz auch weitere Planetenradsätze aufweisen. Das zweite Planetengetriebe ist dazu eingerichtet, eine Gesamtübersetzung des Getriebes zu erhöhen, wobei je mehr Planetenradsätze in Reihe geschaltet sind, desto höhere Gesamtübersetzungen sind mit dem Getriebe erreichbar. Das zweite Planetengetriebe ist bevorzugt als Reduzierplanetengetriebe mit mindestens einem Reduzierplanetenradsatz ausgebildet. Mittels des Reduzierplanetengetriebes bzw. des jeweiligen Reduzierplanetenradsatzes wird eine eingangsseitige Drehzahl auf eine relativ dazu geringere Drehzahl am Ausgang des zweiten Planetengetriebes reduziert und anschließend zumindest mittelbar auf die jeweilige Abtriebswelle übertragen. Die jeweilige Abtriebswelle ist folglich zumindest mittelbar mit dem Getriebeausgang des zweiten Planetengetriebes antriebswirksam verbunden.
  • Bevorzugt umfasst das Getriebe eine zweite Bremse, die dazu eingerichtet ist, die Abtriebswelle zumindest mittelbar festzusetzen. Die zweite Bremse kann als Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein, die dazu vorgesehen ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu reduzieren. Das Festsetzen der Abtriebswelle kann ein Abbremsen der Abtriebswelle umfassen, sofern die Abtriebswelle rotiert. Mittels der zweiten Bremse wird eine Rotationsgeschwindigkeit wenigstens eines Bauteils des Getriebes, insbesondere der Abtriebswelle, reduziert bzw. abgebremst oder blockiert. Unter einem Abbremsen der Rotationsbewegung ist eine Reduzierung der Drehzahl des jeweiligen Bauteils zu verstehen. Die zweite Bremse ist als Betriebsbremse des Fahrzeugs zu verstehen und kann als Scheibenbremse ausgebildet sein, wobei ein Ring oder eine Scheibe zumindest mittelbar drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist, und wobei über vorzugsweise zwei gegeneinander axial verschiebbare Reibpartner, insbesondere Bremsklötze, bei Betätigung der zweiten Bremse ein Reibschluss zwischen einem gehäusefesten Bauteil und dem Summenstirnrad bzw. der Abtriebswelle erzeugbar ist. Als gehäusefestes Bauteil ist insbesondere das Fahrwerk des Fahrzeugs zu verstehen, wobei zwischen dem Fahrwerk und dem Reibpartner auch weitere Bauteile angeordnet sein können. In diesem Sinn ist die zweite Bremse zumindest mittelbar zwischen dem Fahrwerk und der Abtriebswelle, das heißt mit dem Abtrieb des Getriebes, wirksam angeordnet. Die zweite Bremse kann alternativ zwischen der jeweiligen Übersetzungsstufe und dem ersten Planetengetriebe angeordnet sein.
  • Ferner bevorzugt umfasst das Getriebe ferner eine dritte Bremse oder eine fünfte Bremse, die dazu eingerichtet ist, einen dritten Betriebszustand zu realisieren. Die dritte Bremse kann als Reibbremse zur Erzeugung einer kraftschlüssigen Verbindung ausgebildet sein. Die fünfte Bremse kann auch als synchronisierte oder als unsynchronisierte Klauenbremse ausgebildet sein. Die dritte Bremse oder die fünfte Bremse ist insbesondere mit einem der Elemente desjenigen Planetenradsatzes wirkverbunden, auf den eine Antriebsleistung des zweiten elektrischen Maschine übertragen wird. Durch geeignete Anordnung kann mittels der dritten Bremse bzw. der fünften Bremse alternativ oder ergänzend eine Parksperrenfunktion realisiert werden. In einer weiteren Ausgestaltung kann die dritte Bremse eine Bremswirkung des Fahrzeugs, die insbesondere durch die zweite Bremse realisiert wird, zumindest unterstützen.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Getriebe ferner mindestens eine dritte Antriebswelle, die zumindest mittelbar mit der Abtriebswelle antriebswirksam verbunden oder verbindbar ist. Die dritte Antriebswelle ist analog zur ersten und zweiten Antriebswelle über eine dritte Übersetzungsstufe mit dem ersten Planetengetriebe antriebswirksam verbunden oder verbindbar. Die dritte Übersetzungsstufe kann analog zur ersten oder zweite Übersetzungsstufe ausgebildet sein. Es sei insofern auf die vorherigen Ausführungen sowie die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele verwiesen. Die dritte Antriebsleistung einer mit der dritten Antriebswelle wirkverbundenen dritten elektrischen Maschine kann separat, überlagert mit der ersten Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine oder überlagert mit der zweiten Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine in das erste Planetengetriebe übertragen werden. Daher kann mittels der dritten Antriebsleistung ausgehend von der dritten elektrischen Maschine der erste und zweite Betriebszustand sowie gegebenenfalls wenigstens ein dritter Betriebszustand realisiert werden.
  • Vorzugsweise umfasst das Getriebe mindestens eine vierte Antriebswelle, die zumindest mittelbar mit der Abtriebswelle antriebswirksam verbunden oder verbindbar ist. Die vierte Antriebswelle kann analog zur ersten und zweiten Antriebswelle über eine vierte Übersetzungsstufe mit dem ersten Planetengetriebe antriebswirksam verbunden oder verbindbar sein. Die vierte Übersetzungsstufe kann analog zur ersten oder zweite Übersetzungsstufe ausgebildet sein. Es sei insofern auf die vorherigen Ausführungen sowie die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele verwiesen. Die vierte Antriebsleistung einer mit der vierten Antriebswelle wirkverbundenen vierten elektrischen Maschine kann separat, überlagert mit der ersten Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine, überlagert mit der zweiten Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine oder überlagert mit der dritten Antriebsleistung der dritten elektrischen Maschine in das erste Planetengetriebe übertragen werden. Daher kann mittels der vierten Antriebsleistung ausgehend von der vierten elektrischen Maschine der erste und zweite Betriebszustand sowie gegebenenfalls wenigstens ein dritter Betriebszustand realisiert werden.
  • Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst wenigstens zwei elektrische Maschinen, die über ein Getriebe gemäß der vorher beschriebenen Art eine jeweilige Antriebsleistung auf mindestens eine Abtriebswelle übertragen. Ein erfindungsgemäßes zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst wenigstens ein solches Getriebe gemäß der vorher beschriebenen Art. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Automobil (z.B. ein Personenkraftfahrwagen mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t), Bus oder Lastkraftwagen (Bus und Lastkraftwagen z. B. mit einem Gewicht von über 3,5 t).
  • Vorzugsweise ist das jeweilige Getriebe in einer Radnabe eines Rades des Fahrzeugs integriert. In diesem Fall weist das jeweilige Getriebe lediglich eine Abtriebswelle auf, die zumindest mittelbar mit einer Felge oder einem Reifen des jeweiligen Rades drehfest verbunden und koaxial zur Radnabenachse angeordnet ist. Durch Ausbildung von Radnabenmotoren bzw. -antrieben können getrennte Systeme für die linke und rechte Fahrzeugseite und/oder für die Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs, insbesondere für jedes Rad im Sinne eines Allradantriebes individuell bereitgestellt werden. Dadurch ist ein sogenanntes Torque Vectoring möglich, bei dem jedes Rad einzeln mit einem positiven oder negativen Drehmoment beaufschlagt werden kann, sodass die Fahrsicherheit des Fahrzeugs erhöht wird. Zudem können Teillastzustände weiter optimiert werden, beispielsweise indem die Räder nur einer Achse angetrieben werden, während die Räder der jeweils anderen Achse lastfrei mitgedreht werden.
  • Je nach Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist eine oder sind mehrere elektrische Maschinen in ihrer Antriebsleitung regelbar. Alternativ oder ergänzend ist eine oder sind mehrere elektrische Maschinen wahlweise aktivierbar oder deaktivierbar ausgeführt. Die jeweilige wahlweise aktivierbare oder deaktivierbare elektrische Maschine erzeugt im abgeschalteten bzw. deaktivierten Zustand keine Antriebsleistung. Im angeschalteten, aktivierten Zustand überträgt die zweite elektrische Maschine ihre maximal mögliche Antriebsleistung. Mithin läuft sie im aktivierten Zustand unter Volllast bzw. im Volllastbetrieb. Die jeweilige regelbare elektrische Maschine ist ebenfalls wahlweise aktivierbar oder deaktivierbar, jedoch ist eine Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine zwischen einer Nulllast und einer Volllast beliebig einstellbar oder von einem Steuerungssystem regelbar. Jede elektrische Maschine weist je nach Bauart vorzugsweise ein separates Wirkungsgradkennfeld auf, wobei für jeden Betriebspunkt der jeweiligen elektrischen Maschine ein jeweiliger Wirkungsgrad vorliegt. Wenn mehrere oder alle elektrische Maschinen gemeinsam zum Antrieb des Fahrzeugs beitragen bzw. ein Drehmoment an den Abtrieb übertragen, liegt ferner wenigstens ein weiteres Wirkungsgradkennfeld vor, das einen jeweiligen Wirkungsgrad der Getriebeanordnung zu jedem beliebigen Betriebspunkt des Fahrzeugs angibt. Bei unterschiedlich ausgebildeten elektrischen Maschinen kann dies, je nach Kombination der elektrischen Maschinen miteinander, jeweils zu unterschiedlichen Wirkungsgradkennfeldern und entsprechenden Wirkungsgraden für den jeweiligen Betriebspunkt führen. Durch geeignete Schaltung bzw. Deaktivierung oder Aktivierung lassen sich insbesondere die wahlweise aktivierbaren oder deaktivierbaren elektrischen Maschinen stets in einem wirkungsgradgünstigen Volllastbereich betreiben.
  • Beispielsweise in einem Kriechbetrieb kann es von Vorteil sein, wenn nur die erste elektrische Maschine betrieben wird bzw. eine Antriebsleistung erzeugt, wobei alle anderen elektrischen Maschinen, egal ob regelbar oder unregelbar, deaktiviert sind bzw. keine Antriebsleistung erzeugen. Dadurch kann das Fahrzeug nur über eine einzige elektrische Maschine in einem einzigem Rad angetrieben werden, weshalb weniger Energie verbraucht wird als beispielsweise bei einem Kriechbetrieb, bei dem in jedem Rad eine oder mehrere regelbare elektrischen Maschinen mit einer jeweils geringeren Einzelleistung, das heißt mit einem schlechteren Gesamtwirkungsgrad des Antriebs angetrieben wird bzw. werden.
  • Die jeweilige regelbare elektrischen Maschinen ist vorzugsweise als permanenterregter Elektromotor ausgebildet. Gegenüber Asynchronmotoren weisen permanenterregte Elektromotoren einen höheren Wirkungsgrad auf. Demgegenüber ist eine jeweilige unregelbare bzw. nicht regelbare bzw. wahlweise aktivierbare oder deaktivierbare elektrische Maschine bevorzugt als Asynchronmotor ausgebildet. Asynchronmotoren weisen gegenüber permanenterregten Elektromotoren niedrigere Schleppmomente auf, sodass Verlustleistungen minimiert werden.
  • Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes gelten sinngemäß ebenfalls für die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung sowie für das erfindungsgemäße zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeug, und umgekehrt. Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen ggf. auch kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte kumuliert umsetzen zu können.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
    • 1 eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit je einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung pro Hinterrad, jeweils umfassend ein erfindungsgemäßes Getriebe gemäß einer ersten Ausführungsform,
    • 2 eine schematische Querschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß 1,
    • 3 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß 1 und 2,
    • 4 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
    • 5 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform,
    • 6 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform,
    • 7 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform,
    • 8 eine schematische Längsschnittdarstellung der - hier nur teilweise dargestellten - erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform,
    • 9 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform,
    • 10 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform,
    • 11 eine schematische Querschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform, und
    • 12 eine schematische Querschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform.
  • 1 zeigt ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 1 mit zwei Achsen 19a, 19b, wobei jede Achse 19a zwei Räder 17 aufweist, in dem jeweils eine Antriebsvorrichtung 18 mit einem Getriebe 2 integriert ist. Damit ist jedes Rad 17 als sogenannter Radnabenmotor oder Radnabenantrieb ausgebildet. Die Ausbildung der jeweiligen Antriebsvorrichtung 18 ist in 2 bis 12 anhand von zehn exemplarischen Ausführungsbeispielen beschrieben. In diesen Figuren ist jedoch jeweils nur ein Rad 17 exemplarisch dargestellt. Das andere Rad 17 der ersten Achse 19a ist identisch ausgebildet. Es ist auch denkbar, dass alle Räder 17 des Fahrzeugs 1 eine darin integrierte Antriebsvorrichtung 18 mit einem solchen Getriebe 2 aufweisen, sodass ein Allradantrieb realisierbar ist. Es ist ebenfalls denkbar, für jedes Rad 17 unterschiedlich ausgebildete Antriebsvorrichtungen 18 vorzusehen, die aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen wählbar sind.
  • Nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 und 3 umfasst die als Radnabenmotor ausgebildete Antriebsvorrichtung 18 ein Getriebe 2 sowie eine erste elektrische Maschine 3a und eine zweite elektrische Maschine 3b, die jeweils einen ortsfesten Stator 20 und einen drehbar dazu angeordneten Rotor 21 aufweisen. Der Rotor 21 der jeweiligen elektrischen Maschine 3a, 3b ist mit einer jeweiligen Antriebswelle 5a, 5b einteilig verbunden, die somit als Rotorwelle der jeweiligen elektrische Maschine 3a, 3b zu verstehen ist. Die Antriebswellen 5a, 5b sind parallel zu einer Radnabenachse 6 angeordnet, wobei die Abtriebswelle 4 koaxial zu einer Radnabenachse 6 angeordnet ist. Die elektrischen Maschinen 3a, 3b sind vorliegend als permanenterregter Elektromotor ausgebildet und insbesondere hinsichtlich ihrer Dauerleistung identisch dimensioniert, wobei die elektrischen Maschinen 3a, 3b jeweils in der erzeugbaren Antriebsleistung zwischen einer Minimalleistung, vorliegend einer Leistung von 0, sowie einer Maximalleistung regelbar sind. Alternativ können eine oder beide elektrische Maschinen 3a, 3b als Asynchronmotor ausgebildet und nicht regelbar ausgeführt sein. Das heißt, dass die jeweilige elektrische Maschine 3a, 3b lediglich wahlweise aktivierbar oder deaktivierbar ist und im aktivierten Zustand unter Volllast läuft. Die Steuerung und Regelung der jeweiligen elektrischen Maschine 3a, 3b erfolgt mittels einer - hier nicht gezeigten - Leistungselektronik, die auf Motorkenndaten bzw. Motorkennfelder und weitere Verlustdaten des Fahrzeugs zurückgreifen kann. Zudem sind die elektrischen Maschinen 3a, 3b mit einer - hier ebenfalls nicht dargestellten - Batterie elektrisch verbunden, welche die elektrischen Maschinen 3a, 3b mit elektrischer Energie versorgt und in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschinen 3a, 3b elektrische Energie speichern kann.
  • Gemäß 3 ist die erste Antriebswelle 5a über eine erste Übersetzungsstufe 7a mit einem ersten Planetengetriebe 10 antriebswirksam verbunden. Die zweite Antriebswelle 5b ist über eine zweite Übersetzungsstufe 7b mit dem ersten Planetengetriebe 10 antriebswirksam verbunden. Die erste und zweite Übersetzungsstufe 7a, 7b sind vorliegend jeweils als Stirnradtrieb ausgebildet, wobei die erste Übersetzungsstufe 7a ein erstes Zahnrad 30a, das drehfest mit der ersten Antriebswelle 5a verbunden ist, sowie ein damit in Zahneingriff stehendes zweites Zahnrad 30b, das drehfest mit einer ersten Zwischenwelle 15a verbunden ist, aufweist. Die zweite Übersetzungsstufe 7b umfasst ein drittes Zahnrad 30c, das drehfest mit der zweiten Antriebswelle 5b verbunden ist, sowie ein damit in Zahneingriff stehendes viertes Zahnrad 30d, das drehfest mit einer zweiten Zwischenwelle 15b verbunden ist. Das zweite Zahnrad 30b weist vorliegend einen größeren Durchmesser auf als das erste Zahnrad 30a, um mittels der ersten Übersetzungsstufe 7a ein erstes Übersetzungsverhältnis zu erzeugen, wohingegen das vierte Zahnrad 30d einen größeren Durchmesser aufweist als das dritte Zahnrad 30c, um mittels der zweiten Übersetzungsstufe 7b ein zweites Übersetzungsverhältnis zu erzeugen. Das erste und zweite Übersetzungsverhältnis können identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein.
  • Das erste Planetengetriebe 10 ist im Leistungsfluss zwischen der jeweiligen Übersetzungsstufe 7a, 7b und der Abtriebswelle 4 angeordnet und weist vorliegend einen ersten Planetenradsatz 24a sowie einen damit gekoppelten zweiten Planetenradsatz 24b auf. Der erste Planetenradsatz 24a umfasst vorliegend die Elemente erstes Sonnenrad 8a, erstes Hohlrad 9a und erster Planetenträger 11a, wobei am ersten Planetenträger 11a mehrere erste Planetenräder 12a drehbar gelagert sind, die mit dem ersten Sonnenrad 8a und dem ersten Hohlrad 9a in Zahneingriff stehen. Der zweite Planetenradsatz 24b umfasst vorliegend die Elemente zweites Sonnenrad 8b, zweites Hohlrad 9b und zweiter Planetenträger 11b, wobei am zweiten Planetenträger 11b mehrere zweite Planetenräder 12b drehbar gelagert sind, die mit dem zweiten Sonnenrad 8b und dem zweiten Hohlrad 9b in Zahneingriff stehen.
  • Die erste Zwischenwelle 15a ist drehfest mit dem ersten Sonnenrad 8a des ersten Planetenradsatzes 24a verbunden und die zweite Zwischenwelle 15b ist drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 8b des zweiten Planetenradsatzes 24b verbunden. Die beiden Zwischenwellen 15a, 15b sind als Hohlwellen ausgebildet, wobei die zweite Zwischenwelle 15b radial innerhalb der ersten Zwischenwelle 15a angeordnet und drehbar dazu gelagert ist.
  • Der erste Planetenträger 11a ist vorliegend drehfest mit dem zweiten Hohlrad 9b verbunden und das erste Hohlrad 9a ist drehfest mit dem zweiten Planetenträger 11b verbunden, wobei das erste Hohlrad 9a und der zweite Planetenträger 11b zudem drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbunden sind, um die mittels der jeweiligen Übersetzungsstufe 7a bzw. 7b und des ersten Planetengetriebes 10 gewandelte Antriebsleistung auf die Felge 27 des Rades 17 zu übertragen. Die Abtriebswelle 4 ist über eine Lagerung 25 drehbar gegenüber dem Gehäuse 26 der Antriebsvorrichtung 18 gelagert und drehfest mit einer Felge 27 des Rades 17 verbunden. Mithin sind die beiden Planetenradsätze 24a, 24b doppelt miteinander gekoppelt. Zur Realisierung von zwei unterschiedlichen Betriebszuständen des Getriebes 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Rotationsbewegung des ersten Planetenträgers 11a und des zweiten Hohlrades 9b über einen Freilauf 29 in eine erste Rotationsrichtung R1 freigegeben und in eine zur ersten Rotationsrichtung R1 entgegengesetzte zweite Rotationsrichtung R2 blockiert. In der zweiten Rotationsrichtung R2 sind der erste Planetenträger 11a sowie das zweite Hohlrad 9b mit einem Gehäuse 26 des Getriebes 2 drehfest verbunden bzw. der erste Planetenträger 11a und das zweite Hohlrad 9b stützen sich am Gehäuse 26 ab. Der erste Betriebszustand liegt vor, wenn der Freilauf 29 in die zweite Rotationsrichtung R2 sperrt bzw. blockiert, wodurch eine kurze Übersetzung realisiert wird. Demgegenüber läuft der Freilauf 29 bei der entgegengesetzten ersten Rotationsrichtung R1 des ersten Planetenträgers 11a und des zweiten Hohlrades 9b im Überholbetrieb, sodass ein zweiter Betriebszustand mit einer gegenüber dem ersten Betriebszustand längeren Übersetzung erreicht wird.
  • Um gleichmäßige Belastungen bei den hier identisch ausgebildeten elektrischen Maschinen 3a, 3b zu realisieren, ist der erste Planetenradsatz 24a mit einer Standgetriebeübersetzung von -2 ausgeführt, wohingegen der zweite Planetenradsatz 24b mit einer Standgetriebeübersetzung von -3 ausgeführt ist. Eine Standgetriebeübersetzung liegt vor, wenn der jeweilige Planetenträger 11a, 11b festgesetzt ist, wobei das jeweilige Sonnenrad 8a, 8b im Gegensatz zum jeweiligen Hohlrad 9a, 9b bei der Standgetriebeübersetzung von -2 mit einer doppelten Drehzahl bzw. bei der Standgetriebeübersetzung von -3 mit einer dreifachen Drehzahl rotiert. Eine solche Verteilung der Standgetriebeübersetzungen ist vorteilhaft bei zwei oder vier in der Antriebsvorrichtung 18 eingesetzten elektrischen Maschinen 3a, 3b, 3c, 3d gemäß dieser Ausführungsform oder der Ausführungsform nach 12. Bei drei elektrischen Maschinen 3a, 3b, 3c analog zum Ausführungsbeispiel nach 11, bei der beispielsweise die erste elektrische Maschine 3a auf das erste Sonnenrad 8a einwirkt und die zweite und dritte elektrische Maschine 3b, 3c auf das zweite Sonnenrad 8b einwirkt, kann alternativ von Vorteil sein, den ersten Planetenradsatz 24a mit einer Standgetriebeübersetzung von -3 und den zweiten Planetenradsatz 24b mit einer Standgetriebeübersetzung von -2 auszubilden. In beiden Fällen ist das erste Planetengetriebe 10 gemäß den vorherigen Ausführungen ausgebildet. Unter dem Begriff „einwirken“ ist insofern eine Übertragung einer Antriebsleistung von der jeweiligen elektrischen Maschine 3a, 3b, 3c, 3d auf das jeweilige Sonnenrad 8a, 8b oder ein anderes der ersten Elemente 9a, 11a des ersten Planetenradsatzes 24a bzw. der zweiten Elemente 9b, 11b des zweiten Planetenradsatzes 24b zu verstehen.
  • Bei mehr als zwei elektrischen Maschinen 3a, 3b kann über das zweite Zahnrad 30b, das entsprechend mit weiteren mit Antriebswellen wirkverbundenen Zahnrädern in Zahneingriff stehen kann, die Antriebsleistung einer oder mehrerer weiterer elektrischen Maschinen über die erste Zwischenwelle 15a auf das erste Sonnenrad 8a des ersten Planetenradsatzes 24a übertragen werden. Analog dazu kann über das vierte Zahnrad 30d, das entsprechend mit weiteren mit Antriebswellen wirkverbundenen Zahnrädern in Zahneingriff stehen kann, die Antriebsleistung einer oder mehrerer weiterer elektrischen Maschinen über die zweite Zwischenwelle 15b auf das zweite Sonnenrad 8b des zweiten Planetenradsatzes 24b übertragen werden.
  • Die Felge 27 des Rades 17, die drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbunden ist, ist zudem drehfest mit einer Bremsscheibe 22 einer zweiten Bremse 16 verbunden. Mittels der zweiten Bremse 16 kann eine Rotationsbewegung der Abtriebswelle 4 abgebremst oder blockiert werden. Dazu weist die zweite Bremse 16 ferner einen in 2 gezeigten Bremssattel 23 auf, in dem beispielsweise zwei - hier nicht gezeigte - axial gegeneinander verlagerbare Bremsklötze angeordnet sein können, die bei Betätigung der zweiten Bremse 16 an der Bremsscheibe 22 axial zur Anlage kommen und dadurch einen Reibschluss zwischen der Bremsscheibe 22 und den in Umfangsrichtung unbeweglichen Bremsklötzen erzeugen.
  • Nachfolgend werden zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich Unterschiede zum Ausführungsbeispiel nach 1 bis 3 oder anderen ähnlichen Ausführungsformen gemäß den Ausführungsformen nach 4 bis 12 beschrieben. Es sei insofern explizit auf die vorherige Beschreibung verwiesen.
  • Die Antriebsvorrichtung 18 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 4 ist im Wesentlichen identisch zu 3 ausgeführt. Die wesentlichen Unterschiede bestehen vorliegend darin, dass die erste Zwischenwelle 15a drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 8b des zweiten Planetenradsatzes 24b sowie mit dem ersten Hohlrad 9a des ersten Planetenradsatzes 24a verbunden ist. Mithin ist das zweite Sonnenrad 8b drehfest mit dem ersten Hohlrad 9a verbunden. Die zweite Zwischenwelle 15b ist drehfest mit dem ersten Sonnenrad 8a des ersten Planetenradsatzes 24a verbunden. Die erste Zwischenwelle 15a ist vorliegend radial innerhalb der zweiten Zwischenwelle 15b angeordnet und drehbar dazu gelagert. Der erste Planetenträger 11a ist vorliegend drehfest mit dem zweiten Planetenträger 11b verbunden. Das zweite Hohlrad 9b ist drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbunden, um die mittels der jeweiligen Übersetzungsstufe 7a bzw. 7b und des ersten Planetengetriebes 10 gewandelte Antriebsleistung auf die Felge 27 des Rades 17 zu übertragen. Mithin sind die beiden Planetenradsätze 24a, 24b doppelt miteinander gekoppelt. Zur Realisierung von zwei unterschiedlichen Betriebszuständen des Getriebes 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Rotationsbewegung des ersten Planetenträgers 11a und des zweiten Sonnenrades 8b über eine erste Bremse 28 in die erste Rotationsrichtung R1 sowie die zweite Rotationsrichtung R2 festsetzbar. Die erste Bremse 28 ist vorliegend als Reibbremse zur Erzeugung einer kraftschlüssigen Verbindung ausgebildet. Um gleichmäßige Belastungen bei den hier identisch ausgebildeten elektrischen Maschinen 3a, 3b zu realisieren, sind beide Planetenradsätze 24a, 24b jeweils mit einer Standgetriebeübersetzung von -2 ausgeführt. Eine solche Standgetriebeübersetzung ist ebenso vorteilhaft für eine Ausführung der Antriebsvorrichtung 18 mit vier elektrischen Maschinen 3a, 3b, 3c, 3d durch entsprechende Anpassung der Ausführungsform nach 12, wobei je zwei elektrische Maschinen 3a, 3c antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle 15a und je zwei elektrische Maschinen 3b, 3d antriebswirksam mit der zweiten Zwischenwelle 15b verbunden sind. Analog gilt dies für eine Antriebsvorrichtung 18 mit drei elektrischen Maschinen 3a, 3b, 3c analog zu 11, wobei eine erste elektrische Maschine 3a antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle 15a und zwei elektrische Maschinen 3b, 3c antriebswirksam mit der zweiten Zwischenwelle 15b verbunden sind. Diesbezüglich sei auf die vorherigen Ausführungen zu 3 verwiesen.
  • Die Antriebsvorrichtung 18 gemäß 5 ist im Wesentlichen identisch zur Ausführungsform nach 4 ausgeführt. Es sei insofern auf die vorherige Beschreibung verwiesen. Die wesentlichen Unterschiede bestehen vorliegend darin, dass die erste Zwischenwelle 15a drehfest mit dem ersten Sonnenrad 8a des ersten Planetenradsatzes 24a verbunden ist. Die zweite Zwischenwelle 15b ist drehfest mit dem ersten Hohlrad 9a des ersten Planetenradsatzes 24a sowie drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 8b des zweiten Planetenradsatzes 24b verbunden. Mithin ist das zweite Sonnenrad 8b drehfest mit dem ersten Hohlrad 9a verbunden. Die zweite Zwischenwelle 15b ist vorliegend radial innerhalb der ersten Zwischenwelle 15a angeordnet und drehbar dazu gelagert. Der erste Planetenträger 11a ist vorliegend drehfest mit dem zweiten Planetenträger 11b sowie drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbunden, um die mittels der jeweiligen Übersetzungsstufe 7a bzw. 7b und des ersten Planetengetriebes 10 gewandelte Antriebsleistung auf die Felge 27 des Rades 17 zu übertragen. Mithin sind die beiden Planetenradsätze 24a, 24b doppelt miteinander gekoppelt. Zur Realisierung von zwei unterschiedlichen Betriebszuständen des Getriebes 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Rotationsbewegung des zweiten Hohlrades 9b über eine vierte Bremse 32 in die erste Rotationsrichtung R1 sowie die zweite Rotationsrichtung R2 festsetzbar, wobei die vierte Bremse 32 eine formschlüssige Verbindung erzeugt. Die vierte Bremse 32 ist vorliegend als Klauenbremse zur Erzeugung einer formschlüssigen Verbindung ausgebildet. Für diese Ausführungsform erweist sich eine Standgetriebeübersetzung von -2 für jeden Planetenradsatz 24a, 24b von Vorteil. Im Übrigen sei auf die Ausführungen zu 4 verwiesen.
  • Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Antriebsvorrichtung 18 eine fünfte Bremse 33 aufweist, die vorliegend dazu eingerichtet ist, eine Parksperrenfunktion zu realisieren. Diese wird sichergestellt, indem sowohl die fünfte Bremse 33, die vorliegend mit dem ersten Zahnrad 30a bzw. der ersten Antriebswelle 5a wirkverbunden ist, als auch die vierte Bremse 32 gleichzeitig aktiviert bzw. geschlossen sind, sodass zum einen eine Rotation des zweiten Hohlrades 9b sowie eine Rotation des ersten Zahnrades 30a blockiert ist. Die fünfte Bremse 33 ist vorliegend ebenfalls als Klauenbremse ausgebildet, wobei die fünfte Bremse 33 entweder formschlüssig mit dem ersten Zahnrad 30a oder, wie vorliegend gezeigt, formschlüssig mit einem fünften Zahnrad 30e verbindbar ist, welches in Verlängerung der ersten Antriebswelle 5a drehfest mit dem ersten Zahnrad 30a verbunden ist.
  • Ein Unterschied der Ausführungsform gemäß 6 zur Ausführungsform nach 1 bis 5 besteht darin, dass die beiden Übersetzungsstufen 7a, 7b als Kettenantriebe ausgebildet sind. Das erste und zweite Zahnrad 30a, 30b der ersten Übersetzungsstufe 7a sind über eine erste Kette 34a miteinander antriebswirksam verbunden, wobei das dritte und vierte Zahnrad 30c, 30d der zweiten Übersetzungsstufe 7b über eine zweite Kette 34b miteinander antriebswirksam verbunden sind. Die Zahnräder 30a, 30b, 30c, 30d sind in diesem Fall als Kettenritzel ausgebildet.
  • Das zweite Zahnrad 30b ist über die erste Zwischenwelle 15a drehfest mit dem ersten Hohlrad 9a des ersten Planetenradsatzes 24a verbunden. Demgegenüber ist das vierte Zahnrad 30d über die zweite Zwischenwelle 15b drehfest mit den beiden Sonnenrädern 8a, 8b verbunden. Mithin ist das erste Sonnenrad 8a und das zweite Sonnenrad 8b drehfest verbunden. Die erste Zwischenwelle 15a ist vorliegend radial außerhalb der zweiten Zwischenwelle 15b angeordnet und drehbar dazu gelagert. Der erste Planetenträger 11a des ersten Planetenradsatzes 24a ist vorliegend drehfest mit dem zweiten Hohlrad 9b des zweiten Planetenradsatzes 24b verbunden. Der zweite Planetenträger 11b ist drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbunden, um die mittels der jeweiligen Übersetzungsstufe 7a bzw. 7b und des ersten Planetengetriebes 10 gewandelte Antriebsleistung auf die Felge 27 des Rades 17 zu übertragen. Mithin sind die beiden Planetenradsätze 24a, 24b doppelt miteinander gekoppelt. Zur Realisierung von zwei unterschiedlichen Betriebszuständen des Getriebes 2 sind in diesem Ausführungsbeispiel eine Rotationsbewegung des ersten Planetenträgers 11a und des zweiten Hohlrades 9b über eine erste Bremse 28 in die erste Rotationsrichtung R1 sowie die zweite Rotationsrichtung R2 festsetzbar. Die erste Bremse 28 ist vorliegend als Reibbremse zur Erzeugung einer kraftschlüssigen Verbindung ausgebildet. Um gleichmäßige Belastungen bei den hier identisch ausgebildeten elektrischen Maschinen 3a, 3b zu realisieren, sind beide Planetenradsätze 24a, 24b jeweils mit einer Standgetriebeübersetzung von etwa -2,41 ausgeführt. Eine solche Standgetriebeübersetzung ist ebenso vorteilhaft für eine Ausführung der Antriebsvorrichtung 18 mit vier elektrischen Maschinen 3a, 3b, 3c, 3d durch entsprechende Anpassung der Ausführungsform nach 12, wobei je zwei elektrische Maschinen 3a, 3c antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle 15a und je zwei elektrische Maschinen 3b, 3d antriebswirksam mit der zweiten Zwischenwelle 15b verbunden sind. Bei drei elektrischen Maschinen 3a, 3b, 3c analog zu 11, bei der beispielsweise die erste elektrische Maschine 3a auf das erste Hohlrad 9a einwirkt und die zweite und dritte elektrische Maschine 3b, 3c auf die beiden Sonnenräder 8a, 8b einwirken, kann alternativ vorteilhaft sein, den ersten Planetenradsatz 24a mit einer Standgetriebeübersetzung von -3 und den zweiten Planetenradsatz 24b mit einer Standgetriebeübersetzung von -2 auszubilden. Im Übrigen sei auf die vorherigen Ausführungen, insbesondere zu 3, verwiesen.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 7 ist die erste Zwischenwelle 15a drehfest mit dem ersten Sonnenrad 8a des ersten Planetenradsatzes 24a und dem zweiten Sonnenrad 8b des zweiten Planetenradsatzes 24b verbunden. Mithin ist das erste Sonnenrad 8a drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 8b verbunden. Die zweite Zwischenwelle 15b ist drehfest mit dem zweiten Hohlrad 9b des zweiten Planetenradsatzes 24b verbunden und radial innerhalb der ersten Zwischenwelle 15a angeordnet sowie drehbar dazu gelagert. Das erste Hohlrad 9a ist vorliegend drehfest mit dem zweiten Planetenträger 11b sowie drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbunden, um die mittels der jeweiligen Übersetzungsstufe 7a bzw. 7b und des ersten Planetengetriebes 10 gewandelte Antriebsleistung auf die Felge 27 des Rades 17 zu übertragen. Mithin sind die beiden Planetenradsätze 24a, 24b doppelt miteinander gekoppelt. Zur Realisierung von zwei unterschiedlichen Betriebszuständen des Getriebes 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Rotationsbewegung des ersten Planetenträgers 11a über eine als Reibbremse ausgebildete erste Bremse 28 in die erste Rotationsrichtung R1 sowie die zweite Rotationsrichtung R2 festsetzbar, wobei die erste Bremse 28 eine kraftschlüssige Verbindung erzeugt. Die erste Bremse 28 ist vorliegend als Reibbremse zur Erzeugung einer kraftschlüssigen Verbindung ausgebildet. Um gleichmäßige Belastungen bei den hier identisch ausgebildeten elektrischen Maschinen 3a, 3b zu realisieren, sind beide Planetenradsätze 24a, 24b jeweils mit einer Standgetriebeübersetzung von etwa -2,41 ausgeführt. Eine solche Standgetriebeübersetzung ist ebenso vorteilhaft für eine Ausführung der Antriebsvorrichtung 18 mit vier elektrischen Maschinen 3a, 3b, 3c, 3d durch entsprechende Anpassung der Ausführungsform nach 12, wobei je zwei elektrische Maschinen 3a, 3c antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle 15a und je zwei elektrische Maschinen 3b, 3d antriebswirksam mit der zweiten Zwischenwelle 15b verbunden sind. Bei drei elektrischen Maschinen 3a, 3b, 3c analog zu 11, bei der beispielsweise die erste elektrische Maschine 3a auf das erste Hohlrad 9a einwirkt und die zweite und dritte elektrische Maschine 3b, 3c auf die beiden Sonnenräder 8a, 8b einwirken, kann alternativ vorteilhaft sein, den ersten Planetenradsatz 24a mit einer Standgetriebeübersetzung von -3 und den zweiten Planetenradsatz 24b mit einer Standgetriebeübersetzung von -2 auszubilden. Im Übrigen sei auf die vorherigen Ausführungen, insbesondere zu 3, verwiesen.
  • Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Antriebsvorrichtung 18 eine dritte Bremse 31 aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen dritten Betriebszustand zu realisieren. Die dritte Bremse 31 ist vorliegend an die zweite elektrische Maschine 3b gekoppelt, und zwar ist die dritte Bremse 31 mit dem vierten Zahnrad 30d der zweiten Übersetzungsstufe 7b sowie dem damit drehfest verbundenen zweiten Hohlrad 9b des zweiten Planetenradsatzes 24b wirkverbunden. Die dritte Bremse 31 ist vorliegend im Radnabenantrieb bzw. im Gehäuse 26 der Antriebsvorrichtung 18 integriert und ist somit wartungsfreundlich sowie flüssigkühlbar ausgeführt. Ferner ist die dritte Bremse 31 dem koaxial angeordneten ersten Planetengetriebe 10 vorgeschaltet, wodurch das an der dritten Bremse 31 vorhandene Bremsmoment im Vergleich zu einer an der Felge 27 des Rades 17 bzw. an der Antriebswelle 4 angeordneten zweiten Bremse 16 vergleichsweise klein ist.
  • Zudem ist das vorhandene Bremsmoment ebenfalls im Vergleich zur Ausführungsform nach 8 geringer. 8 zeigt eine alternative Anordnung der dritten Bremse 31, die vorliegend an Stelle der zweiten Bremse 16 gemäß 3 bis 6 ausgebildet und mit der Abtriebswelle 4 bzw. der Felge 27 wirkverbunden ist. Die dritte Bremse 31 kann auch ergänzend zur zweiten Bremse 16 vorgesehen sein, um eine Bremswirkung während eines Bremsvorgangs zu unterstützen, wobei die zweite Bremse 16 entsprechend kleiner dimensioniert werden kann. Im Übrigen ist die Antriebsvorrichtung 18 nach 8 identisch zum Beispiel nach 7 ausgebildet, weshalb die Antriebsvorrichtung 18 hier nur teilweise dargestellt ist.
  • Die Antriebsvorrichtung 18 gemäß 9 ist hinsichtlich der elektrischen Maschinen 3a, 3b, der beiden Übersetzungsstufen 7a, 7b sowie der zweiten Bremse 16 im Wesentlichen identisch zur Ausführungsform nach 3 ausgebildet. Es sei insofern auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen. Ein wesentlicher Unterschied besteht in der Ausbildung des ersten Planetengetriebes 10. Und zwar weist der erste Planetenradsatz 24a des ersten Planetengetriebes 10 ein erstes Sonnenrad 8a, ein erstes Hohlrad 9a sowie mehrere an einem ersten Planetenträger 11a drehbar angeordnete erste Planetenräder 12a auf. Der zweite Planetenradsatz 24b des ersten Planetengetriebes 10 weist demgegenüber ein zweites Sonnenrad 8b, ein zweites Hohlrad 9b sowie mehrere an einem zweiten Planetenträger 11b drehbar gelagerte innere Planentenräder 13 und äußere Planetenräder 14 auf, wobei die inneren Planentenräder 13 mit den äußeren Planetenrädern 14 sowie dem zweiten Sonnenrad 8b in Zahneingriff stehen, wobei die äußeren Planetenräder 14 zudem mit dem zweiten Hohlrad 9b sowie mit dem ersten Sonnenrad 8a und dem ersten Hohlrad 9a des ersten Planetenradsatzes 24a in Zahneingriff stehen. Das erste Hohlrad 9a und das zweite Hohlrad 9b sind einteilig miteinander verbunden, sodass sie ein einziges kombiniertes Hohlrad bilden. Der erste Planetenträger 11a und der zweite Planetenträger 11b sind ebenfalls einteilig miteinander verbunden, sodass sie einen einzigen kombinierten Planetenträger bilden.
  • Die erste Zwischenwelle 15a ist vorliegend drehfest mit dem ersten Sonnenrad 8a des ersten Planetenradsatzes 24a verbunden. Die zweite Zwischenwelle 15b ist drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 8b des zweiten Planetenradsatzes 24b verbunden. Die erste Zwischenwelle 15a ist vorliegend radial außerhalb der zweiten Zwischenwelle 15b angeordnet und drehbar dazu gelagert. Der erste bzw. zweite Planetenträger 11a, 11b lagert zum einen mehrere innere Planentenräder 13 und äußere Planetenräder 14 drehbar, wobei die inneren Planentenräder 13 mit den äußeren Planetenrädern 14 sowie dem zweiten Sonnenrad 8b in Zahneingriff stehen. Die äußeren Planetenräder 14 stehen zudem mit dem ersten Hohlrad 9a und dem ersten Sonnenrad 8a in Zahneingriff, wobei die äußeren Planetenräder 14 einteilig mit den ersten Planetenrädern 12a des ersten Planetenradsatzes 24a verbunden sind. Jedes äußere Planetenrad 14 des zweiten Planetenradsatzes 24b ist einteilig mit einem jeweiligen ersten Planetenrad 12a des ersten Planetenradsatzes 24a verbunden, sodass sie jeweils ein kombiniertes Planetenrad bilden. Der erste bzw. zweite Planetenträger 11a, 11b ist drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbunden, um die mittels der jeweiligen Übersetzungsstufe 7a bzw. 7b und des ersten Planetengetriebes 10 gewandelte Antriebsleistung auf die Felge 27 des Rades 17 zu übertragen.
  • Zur Realisierung von zwei unterschiedlichen Betriebszuständen des Getriebes 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Rotationsbewegung des ersten Hohlrades 9a über eine erste Bremse 28 in die erste Rotationsrichtung R1 sowie die zweite Rotationsrichtung R2 festsetzbar. Die erste Bremse 28 ist vorliegend als Reibbremse zur Erzeugung einer kraftschlüssigen Verbindung ausgebildet. Um gleichmäßige Belastungen bei den hier identisch ausgebildeten elektrischen Maschinen 3a, 3b zu realisieren, ist der erste Planetenradsatz 24a mit einer Standgetriebeübersetzung von -2 ausgeführt, wohingegen der zweite Planetenradsatz 24b mit einer Standgetriebeübersetzung von +2,1 ausgeführt ist. Eine solche Verteilung der Standgetriebeübersetzung ist vorteilhaft bei zwei oder vier in der Antriebsvorrichtung 18 eingesetzten elektrischen Maschinen 3a, 3b, 3c, 3d gemäß dieser Ausführungsform oder bei entsprechender Anpassung der Ausführungsform nach 12. Bei drei elektrischen Maschinen 3a, 3b, 3c durch entsprechende Anpassung der Ausführungsform nach 11, bei der beispielsweise die erste elektrische Maschine 3a auf das erste Sonnenrad 8a einwirkt und die zweite und dritte elektrische Maschine 3b, 3c auf das zweite Sonnenrad 8b einwirkt, kann alternativ vorteilhaft sein, den ersten Planetenradsatz 24a mit einer Standgetriebeübersetzung von -3 und den zweiten Planetenradsatz 24b mit einer Standgetriebeübersetzung von +3,1 auszubilden.
  • Wie 9 im Gegensatz zu den vorherigen Figuren deutlich zeigt, kann die Anordnung der Übersetzungsstufen 7a, 7b relativ zu den elektrischen Maschinen 3a, 3b innerhalb des Rades 17 beliebig ausgeführt sein. Die elektrischen Maschinen 3a, 3b können axial zwischen der Bremsscheibe 22 und den Übersetzungsstufen 7a, 7b angeordnet sein (vgl. 9). Alternativ können aber auch die Übersetzungsstufen 7a, 7b axial zwischen der Bremsscheibe 22 und den elektrischen Maschinen 3a, 3b angeordnet sein (vgl. z.B. 3 oder 10).
  • Das Ausführungsbeispiel nach 10 ist im Wesentlichen identisch zu der Ausführungsform nach 9 ausgebildet. Ein wesentlicher Unterschied besteht in der Ausbildung des ersten Planetengetriebes 10. Zwar sind auch hier die erste Zwischenwelle 15a drehfest mit dem ersten Sonnenrad 8a des ersten Planetenradsatzes 24a und die zweite Zwischenwelle 15b drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 8b des zweiten Planetenradsatzes 24b verbunden. Zur Realisierung von zwei unterschiedlichen Betriebszuständen des Getriebes 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel jedoch eine Rotationsbewegung des ersten bzw. zweiten Planetenträgers 11a, 11b über eine erste Bremse 28 in die erste Rotationsrichtung R1 sowie die zweite Rotationsrichtung R2 festsetzbar. Die erste Bremse 28 ist vorliegend als Reibbremse zur Erzeugung einer kraftschlüssigen Verbindung ausgebildet. Die Standgetriebeübersetzungen können analog zu 9 ausgeführt sein.
  • Der Abtrieb des ersten Planetengetriebes 10 erfolgt über das erste bzw. zweite Hohlrad 9a, 9b, welches mit einem im Leistungsfluss zwischen dem ersten Planetengetriebe 10 und der jeweiligen Abtriebswelle 4 angeordneten zweiten Planetengetriebe 35 mit einem dritten Planetenradsatz 36 wirksam verbunden ist. Der dritte Planetenradsatz 36 des als Reduzierplanetengetriebe ausgebildeten zweiten Planetengetriebes 35 umfasst ein drehfest mit dem ersten Hohlrad 9a verbundenes drittes Sonnenrad 37, ein gehäusefestes, vorliegend statorfestes drittes Hohlrad 38 sowie mehrere an einem dritten Planetenträger 39 drehbar gelagerte dritte Planentenräder 40, die mit dem dritten Sonnenrad 37 und dem dritten Hohlrad 38 in Zahneingriff stehen. Der dritte Planetenträger ist drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbunden, um die mittels der jeweiligen Übersetzungsstufe 7a bzw. 7b und des ersten und zweiten Planetengetriebes 10, 35 gewandelte Antriebsleistung auf die Felge 27 des Rades 17 zu übertragen.
  • 11 und 12 sollen lediglich verdeutlichen, dass die Antriebsvorrichtung 18 auch mehr als zwei elektrische Maschinen 3a, 3b aufweisen kann. Gemäß 11 umfasst die Antriebsvorrichtung 18 eine dritte elektrische Maschine 3c, die über eine dritte Antriebswelle 5c eine Antriebsleistung über eine - hier nicht gezeigte - dritte Übersetzungsstufe in das erste Planetengetriebe 10 überträgt. Nach 12 umfasst die Antriebsvorrichtung 18 eine vierte elektrische Maschine 3d, die über eine vierte Antriebswelle 5d eine Antriebsleistung über eine - hier nicht gezeigte - vierte Übersetzungsstufe in das erste Planetengetriebe 10 überträgt. Je mehr elektrische Maschinen 3a, 3b, 3c, 3d vorgesehen sind, desto kleiner können die einzelnen elektrischen Maschinen 3a, 3b, 3c, 3d ausgebildet sein, das heißt jeweils mit einer geringeren Dauerleistung und/oder mit einem geringeren Dauerantriebsdrehmoment.
  • Jede der zuvor gezeigten Ausführungsformen der Antriebsvorrichtungen 18 innerhalb eines Rades 17 kann über herkömmliche bekannte - hier nicht näher gezeigte - Radaufhängungen an ein - hier ebenfalls nicht gezeigtes - Fahrwerk des Fahrzeugs 1 angeschlossen werden. Insbesondere können derartig ausgebildete Räder 17 mit Radnabenantrieben mit Doppelquerlenker- oder Längslenkeraufhängungen, McPherson-Federbeinen oder Raumlenkeraufhängungen am Fahrzeug 1 angebunden werden. Ferner können derartige Antriebsvorrichtungen 18 ohne Weiteres in einem gelenkten Rad 17 eingesetzt werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass überall, wo eine erste Bremse 28 oder eine vierte Bremse 32 in den Figuren gezeigt und entsprechend beschrieben ist, auch ein Freilauf 29 gemäß 3 ohne weiteres einsetzbar ist. Ein Vorteil des Freilaufs 29 besteht insbesondere darin, dass auf zusätzliche, aktiv zu betätigende Schaltelemente, also insbesondere auf Bremsen, verzichtet und so der Aufbau der Antriebsvorrichtung 18 vereinfacht und kostengünstig gestaltet werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    2
    Getriebe
    3a
    Erste elektrische Maschine
    3b
    Zweite elektrische Maschine
    3c
    Dritte elektrische Maschine
    3d
    Vierte elektrische Maschine
    4
    Abtriebswelle
    5a
    Erste Antriebswelle
    5b
    Zweite Antriebswelle
    5c
    Dritte Antriebswelle
    5d
    Vierte Antriebswelle
    6
    Radnabenachse
    7a
    Erste Übersetzungsstufe
    7b
    Zweite Übersetzungsstufe
    8a
    Erstes Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
    8b
    Zweites Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
    9a
    Erstes Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
    9b
    Zweites Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
    10
    Erstes Planetengetriebe
    11a
    Planetenträger des ersten Planetenradsatzes
    11b
    Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes
    12a
    Planetenrad des ersten Planetenradsatzes
    12b
    Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
    13
    Inneres Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
    14
    Äußeres Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
    15a
    Erste Zwischenwelle
    15b
    Zweite Zwischenwelle
    16
    Zweite Bremse
    17
    Rad
    18
    Antriebsvorrichtung
    19a
    Erste Achse
    19b
    Zweite Achse
    20
    Stator
    21
    Rotor
    22
    Bremsscheibe
    23
    Bremssattel
    24a
    Erster Planetenradsatz des ersten Planetengetriebes
    24b
    Zweiter Planetenradsatz des ersten Planetengetriebes
    25
    Lagerung
    26
    Gehäuse
    27
    Felge
    28
    Erste Bremse
    29
    Freilauf
    30a
    Erstes Zahnrad
    30b
    Zweites Zahnrad
    30c
    Drittes Zahnrad
    30d
    Viertes Zahnrad
    30e
    Fünftes Zahnrad
    31
    Dritte Bremse
    32
    Vierte Bremse
    33
    Fünfte Bremse
    34a
    Erste Kette
    34b
    Zweite Kette
    35
    Zweites Planetengetriebe
    36
    Dritter Planetenradsatz des zweiten Planetengetriebes
    37
    Drittes Sonnenrad
    38
    Drittes Hohlrad
    39
    Dritter Planetenträger
    40
    Drittes Planetenrad
    R1
    Erste Rotationsrichtung
    R2
    Zweite Rotationsrichtung

Claims (14)

  1. Getriebe (2) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1), umfassend eine erste Antriebswelle (5a) sowie mindestens eine zweite Antriebswelle (5b), wobei die erste Antriebswelle (5a) dazu eingerichtet ist, mit einer ersten elektrischen Maschine (3a) wirkverbunden zu sein, und die zweite Antriebswelle (5b) dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine (3b) wirkverbunden zu sein, wobei die erste Antriebswelle (5a) zumindest mittelbar über eine erste Übersetzungsstufe (7a) und die zweite Antriebswelle (5b) zumindest mittelbar über eine zweite Übersetzungsstufe (7b) mit einem ersten Planetengetriebe (10) antriebswirksam verbindbar ist, wobei das erste Planetengetriebe (10) im Leistungsfluss zwischen der jeweiligen Übersetzungsstufe (7a, 7b) und einer Abtriebswelle (4) angeordnet ist, wobei das erste Planetengetriebe (10) einen ersten Planetenradsatz (24a) und einen damit zweifach gekoppelten zweiten Planetenradsatz (24b) aufweist, wobei die Planetenradsätze (24a, 24b) die Elemente Sonnenrad (8a, 8b), Hohlrad (9a, 9b) und Planetenträger (11a, 11b) aufweisen, wobei zur Realisierung von mindestens zwei unterschiedlichen Betriebszuständen des Getriebes (2) eines der Elemente (8a, 9a, 11a) des ersten Planetenradsatzes (24a) und/oder eines der Elemente (8b, 9b, 11b) des zweiten Planetenradsatzes (24b) in wenigstens eine Rotationsrichtung (R1, R2) mit einem Gehäuse (26) des Getriebes (2) drehfest verbindbar ist.
  2. Getriebe (2) nach Anspruch 1, wobei eines der Elemente (8a, 9a, 11a) des ersten Planetenradsatzes (24a) zumindest mittelbar mit der ersten Antriebswelle (5a) oder der zweiten Antriebswelle (5b) drehfest verbunden ist, eines der Elemente (8a, 9a, 11a) des ersten Planetenradsatzes (24a) zumindest mittelbar oder über den zweiten Planetenradsatz (24b) zumindest mittelbar mit der jeweiligen Abtriebswelle (4) antriebswirksam verbunden ist sowie eines der Elemente (8a, 9a, 11a) des ersten Planetenradsatzes (24a) gehäusefest verbindbar und/oder mit einem der Elemente (8b, 9b, 11b) des zweiten Planetenradsatzes (24b) drehfest verbunden ist, wobei eines der Elemente (8b, 9b, 11b) des zweiten Planetenradsatzes (24b) zumindest mittelbar mit der ersten Antriebswelle (5a) oder der zweiten Antriebswelle (5b) antriebswirksam verbunden ist, eines der Elemente (8b, 9b, 11b) des zweiten Planetenradsatzes (24b) zumindest mittelbar mit der jeweiligen Abtriebswelle (4) drehfest verbunden ist sowie eines der Elemente (8b, 9b, 11b) des zweiten Planetenradsatzes (24b) gehäusefest verbindbar und/oder mit einem der Elemente (8a, 9a, 11a) des ersten Planetenradsatzes (24a) drehfest verbunden ist.
  3. Getriebe (2) nach Anspruch 1, wobei der erste Planetenradsatz (24a) des ersten Planetengetriebes (10) ein erstes Sonnenrad (8a), ein erstes Hohlrad (9a) sowie mehrere an einem ersten Planetenträger (11a) drehbar gelagerte innere Planentenräder (12a) aufweist, wobei der zweite Planetenradsatz (24b) des ersten Planetengetriebes (10) ein zweites Sonnenrad (8b), ein zweites Hohlrad (9b) sowie mehrere an einem zweiten Planetenträger (11b) drehbar gelagerte innere Planentenräder (13) und äußere Planetenräder (14) aufweist, wobei das erste Hohlrad (9a) und das zweite Hohlrad (9b) einteilig ausgebildet sind, wobei der erste Planetenträger (11a) und der zweite Planetenträger (11b) einteilig ausgebildet sind, wobei die inneren Planentenräder (13) mit den äußeren Planetenrädern (14) sowie dem zweiten Sonnenrad (8b) in Zahneingriff stehen, wobei die äußeren Planetenräder (14) mit dem zweiten Hohlrad (9b) sowie mit dem ersten Hohlrad (9a) und dem ersten Sonnenrad (8a) in Zahneingriff stehen.
  4. Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Leistungsfluss zwischen dem ersten Planetengetriebe (10) und der jeweiligen Abtriebswelle (4) mindestens ein zweites Planetengetriebe (35) mit mindestens einem dritten Planetenradsatz (36) angeordnet ist.
  5. Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines der Elemente (8a, 9a, 11a) des ersten Planetenradsatzes (24a) und/oder eines der Elemente (8b, 9b, 11b) des zweiten Planetenradsatzes (24b) über einen Freilauf (29) in eine erste Rotationsrichtung (R1) mit dem Gehäuse (26) des Getriebes (2) drehfest verbindbar ist.
  6. Getriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eines der Elemente (8a, 9a, 11a) des ersten Planetenradsatzes (24a) und/oder eines der Elemente (8b, 9b, 11b) des zweiten Planetenradsatzes (24b) über eine erste Bremse (28) oder eine vierte Bremse (32) in beide Rotationsrichtungen (R1, R2) mit dem Gehäuse (26) des Getriebes (2) drehfest verbindbar ist.
  7. Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Übersetzungsstufe (7a) ein Stirnradtrieb, ein Planetengetriebe, einen Riemenantrieb oder einen Kettenantrieb umfasst.
  8. Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Übersetzungsstufe (7b) ein Stirnradtrieb, ein Planetengetriebe, einen Riemenantrieb oder einen Kettenantrieb umfasst.
  9. Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine zweite Bremse (16), die dazu eingerichtet ist, die Abtriebswelle (4) zumindest mittelbar festzusetzen.
  10. Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine dritte Bremse (31) oder eine fünfte Bremse (33), die dazu eingerichtet ist, einen dritten Betriebszustand zu realisieren.
  11. Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens eine dritte Antriebswelle (5c), die zumindest mittelbar mit der Abtriebswelle (4) antriebswirksam verbunden oder verbindbar ist.
  12. Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens eine vierte Antriebswelle (5d), die zumindest mittelbar mit der Abtriebswelle (4) antriebswirksam verbunden oder verbindbar ist.
  13. Antriebsvorrichtung (18) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1), umfassend wenigstens zwei elektrische Maschinen (3a, 3b), die über ein Getriebe (2), das nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, eine jeweilige Antriebsleistung auf mindestens eine Abtriebswelle (4) übertragen.
  14. Fahrzeug (1), umfassend wenigstens ein Getriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das jeweilige Getriebe (2) innerhalb eines Rades (17) des Fahrzeugs (1) integriert ist.
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