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Die Erfindung betrifft einen Elektroantrieb Getriebe für einen Elektroantrieb eines Fahrzeugs, einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe sowie ein Verfahren zum Schalten desselben.
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In der
CN 108240432 A wird ein Fahrzeugantrieb gezeigt mit einem Planetenradsatz ausgeführt als Stufenplanetenradsatz, wobei der Antriebsmotor über zwei Kupplungen wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Sonnenrad verbunden werden kann. Der Abtrieb erfolgt über den gemeinsamen Planetenträger der beiden Planetenradsätze. Ein Hohlrad ist fest mit dem Getriebegehäuse verbunden. Das Dokument zeigt eine 2- und eine 3-Gang-Variante, wobei der Motor über eine dritte Kupplung mit dem Steg verbunden werden kann
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Die
DE 10 2015 218 252 A1 beschreibt ein Zweiganggetriebe für ein Fahrzeug, welches Zweiganggetriebe Teil eines Antriebsstrangs ist, bestehend aus einem Stufenplanetensatz ohne Hohlrad, wobei die Motorwelle fest mit der ersten Sonne und die Abtriebswelle dauerhaft mit der zweiten Sonne in Verbindung stehen. Eine erste Kupplung kann den Steg drehfest mit dem Gehäuse verbinden. Diese Kupplung kann als reibschlüssige oder formschlüssige Bremseinrichtung ausgeführt sein. Über eine zweite Kupplung kann die Eingangswelle mit dem Steg verbunden werden, so dass der Planetensatz als Block umläuft. Dem Getriebe sind ein weiterer Planetensatz und ein Differential nachgeschaltet. Die Motorwelle wird mittels einer Elektromaschine angetrieben.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen alternativen Elektroantrieb für ein Kraftfahrzeug sowie einen alternativen Antriebsstrang bereitzustellen. Insbesondere soll ein Elektroantrieb bzw. ein Antriebsstrang bereitgestellt werden, der axial kurz baut. Zudem soll ein Verfahren zum Schalten des Elektroantriebs bereitgestellt werden.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Elektroantrieb für ein Fahrzeug bereitgestellt. Der Elektroantrieb umfasst eine Elektromaschine, deren Rotor mit einer Eingangswelle eines Stufenplanetenradsatzes verbunden ist, eine koaxial zur Eingangswelle angeordnete Ausgangswelle, sowie zwei Schaltelemente zum Einlegen von Gangstufen.
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An einem Planetenträger gelagerte Planetenräder weisen zwei unterschiedliche große Wirkdurchmesser auf. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes steht mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder in Zahneingriff. Ein Hohlrad des Planetenradsatzes steht mit dem größeren Wirkdurchmesser in Zahneingriff. Das Sonnenrad ist mit der Eingangswelle drehfest verbunden. Der Planetenträger ist mit der Ausgangswelle drehfest verbunden. Ein erstes Schaltelement ist angeordnet und ausgebildet, das Hohlrad an einem drehfesten Bauteil festzusetzen, während ein zweites Schaltelement angeordnet und ausgebildet ist, den Planetenradsatz zu verblocken.
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Es hat sich herausgestellt, dass durch die Verwendung eines Stufenplanetenradsatzes statt eines einfachen Minusplanetenradsatzes und der vorstehend genannten Anbindung der Elektromaschine an den Stufenplanetenradsatz ein 2-Gang-Elektroantrieb bereitgestellt werden kann, der einen Gangsprung i von 1,7 größer i größer 2,5 ermöglicht, besonders einen Gangsprung von i gleich 2,0 ermöglicht.
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Es hat sich ferner herausgestellt, dass durch die Verwendung des vorstehend beschriebenen Planetenradsatz ein Elektroantrieb ohne das sogenannte „kleine Hohlrad“ und ohne das sogenannte „kleine Sonnenrad“ bereitstellen. Ein solcher Elektroantrieb weist wenig bzw. weniger Bauteile auf und baut besonders leichter.
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Ein Festsetzen erfolgt insbesondere durch drehfestes Verbinden mit einem drehfesten Bauelement des Elektroantriebs, bei welchem es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handelt, bevorzugt um ein Gehäuse, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement.
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Die einzelnen Schaltelemente können sowohl als ein kraftschlüssiges als auch als ein formschlüssiges Schaltelement vorliegen. Kraftschlüssige oder reibschlüssige Schaltelemente sind bspw. Lamellenschaltelemente, insbesondere in der Form von Lamellenkupplungen. Formschlüssige Schaltelemente sind bspw. Klauenschaltelemente und Konusschaltelemente in der Form von Klauen- bzw. Konuskupplungen.
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Die Verblockung wird dadurch bewirkt, dass zwei Elemente des Stufenplanetenradsatzes drehfest miteinander verbunden werden. Ist ein Planetenradsatz verblockt so ist die Übersetzung unabhängig von der Zähnezahl stets Eins. Anders ausgedrückt läuft der Planetenradsatz als Block um. Bevorzugt ist es, wenn das zweite Schaltelement die Verblockung dadurch bewirkt, dass es im betätigten Zustand das Sonnenrad mit dem Hohlrad, das Hohlrad mit dem Planetenträger oder das Sonnenrad mit dem Planetenträger drehfest verbindet.
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Eine jeweilige drehfeste Verbindung der rotierbaren Komponenten des Elektroantriebs ist erfindungsgemäß bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen realisiert, die dabei bei räumlich dichter Lage der Komponenten auch als kurze Zwischenstücke vorliegen können. Konkret können die Komponenten, die permanent drehfest miteinander verbunden sind, dabei jeweils entweder als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Im zweitgenannten Fall werden dann die jeweiligen Komponenten und die ggf. vorhandene Welle durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, wobei dies insbesondere eben dann realisiert wird, wenn die jeweiligen Komponenten im Elektroantrieb räumlich dicht beieinander liegen.
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Bei Komponenten des Elektroantriebs, die erst durch Betätigung eines jeweiligen Schaltelements drehfest miteinander verbunden werden, wird eine Verbindung ebenfalls bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht.
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Unter der „Verbindung“ des Rotors der Elektromaschine mit der Eingangswelle ist im Sinne der Erfindung eine derartige Verbindung zu verstehen, dass zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Eingangswelle eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit vorherrscht.
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Durch selektives Betätigen der Schaltelemente lassen sich zwei Vorwärtsgänge darstellen, wobei zur Bildung der Gänge eines der zwei Schaltelemente betätigt sein muss, während das andere geöffnet ist. So lässt sich insbesondere ein erster Gang durch Schließen bzw. Betätigen des ersten Schaltelements darstellen. Ein zweiter Gang lässt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements darstellen.
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Der Elektroantrieb ermöglicht einen zu den Eingangswellen achsparallelen oder aber auch koaxialen Abtrieb. Der Elektroantrieb kann daher insbesondere für einen Front-Quer-Antriebsstrang eines Fahrzeuges verwendet werden.
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Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug bereitgestellt. Der Antriebsstrang umfasst einen Elektroantrieb nach dem ersten Aspekt der Erfindung und eine Differentialeinrichtung, die mit der Ausgangswelle des Planetenradsatzes verbunden ist. Die Differentialeinrichtung kann auf vielfache Weise gebildet sein. Die einzelnen Vorteile des Elektroantriebs treffen auf den Antriebsstrang mutatis mutandis zu.
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Bevorzugt ist ein Antriebsstrang, wobei die Differentialeinrichtung ein Kegelraddifferential und ein Übersetzungsgetriebe in Form eines zweiten Planetenradsatzes umfasst, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit dem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes verbunden ist, der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes mit einem Eingangselement des Kegelraddifferential verbunden ist, und das Hohlrad an dem drehfesten Bauteil festgesetzt ist.
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Bei dieser Ausführungsform kann insbesondere das Differential oder der Stufenplanetenradsatz radial innerhalb des Rotors der Elektromaschine angeordnet sein, um einen axial besonders kurz bauenden Elektroantrieb bereitzustellen.
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Ist das Differential radial innerhalb des Rotors angeordnet, so sind bevorzugt die Eingangswelle und das erste Sonnenrad sowie das Sonnenrad das zweite Sonnenrad und der zweite Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes insbesondere hohlförmig ausgeführt, sodass der Planetenträger hindurch das zweite Sonnenrad geführt und mit dem Differential verbunden ist.
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Alternativ dazu ist ein Antriebsstrang bevorzugt, wobei die Differentialeinrichtung ein Kegelraddifferential und ein Übersetzungsgetriebe in Form einer einstufigen Stirnradstufe mit einem ersten Stirnrad und einem zweiten Stirnrad umfasst, wobei das erste Stirnrad mit dem Planetenträger des Stufenplanetenradsatzes drehfest verbunden ist und mit dem zweiten Stirnrad in Zahneingriff steht, und das zweite Stirnrad mit einem Eingangselement des Kegelraddifferentials drehfest verbunden ist.
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Alternativ dazu ist ein Antriebsstrang bevorzugt, wobei die Differentialeinrichtung ein Kegelraddifferential und ein Übersetzungsgetriebe in Form einer zweistufigen Stirnradstufe mit einem ersten Stirnrad, einem zweiten Stirnrad, einem dritten Stirnrad und einem vierten Stirnrad umfasst, wobei das erste Stirnrad mit dem Planetenträger des Stufenplanetenradsatzes drehfest verbunden ist und mit dem dritten Stirnrad in Zahneingriff steht, das dritte Stirnrad drehfest mit dem vierten Stirnrad verbunden ist und mit dem zweiten Stirnrad in Zahneingriff steht, wobei das zweite Stirnrad mit einem Eingangselement des Kegelraddifferentials drehfest verbunden ist.
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Alternativ dazu ist ein Antriebsstrang bevorzugt, wobei die Differentialeinrichtung einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz umfasst, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit Planetenträger des Stufenplanetenradsatzes verbunden ist, der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes mit einer ersten Abtriebswelle verbunden ist, das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist, der Planetenträger des dritten Planetenradsatzes an dem drehfesten Bauteil festgesetzt ist, das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit einer zweiten Abtriebswelle verbunden ist.
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Die vorstehend genannten Antriebsstränge bauen axial besonders kurz, wenn der erste Planetenradsatz, also der Stufenplanetenradsatz radial innerhalb des Rotors angeordnet ist.
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Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Schalten des Elektroantriebs und/oder des Antriebsstrangs bereitgestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem ersten Gang das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement geschlossen werden und das dritte Schaltelement geöffnet wird, wobei in einem zweiten Gang das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement geschlossen werden und das erste Schaltelement geöffnet wird, und wobei in einem dritten Gang das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement geschlossen werden und das zweite Schaltelement geschlossen wird.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
- 1-3 jeweils eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs eines Fahrzeugs bei welchem der erfindungsgemäße Elektroantrieb oder Antriebsstrang zur Anwendung kommt;
- 4 eine schematische Ansicht eines Elektroantriebs in einer bevorzugten Ausführungsform;
- 5 eine schematische Ansicht eines Elektroantriebs in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
- 6 eine schematische Ansicht eines Elektroantriebs in einer bevorzugten Ausführungsform;
- 7 eine Schaltmatrix des Elektroantriebs aus 4, 5 und 6;
- 8 eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs in einer bevorzugten Ausführungsform;
- 9 eine Schaltmatrix des Antriebsstrangs aus 8;
- 10 eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
- 11 eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
- 12 eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform; und
- 13 eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
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1 bis 3 zeigen jeweils eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs 100 eines Fahrzeugs 1000. Bei dem Fahrzeug handelt es sich um einen PKW.
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Der Antriebsstrang 100 gemäß 1 zeigt einen Elektroantrieb, der die vordere Achse B des Fahrzeugs 1000 antreibt. Der Antriebsstrang 100 umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Elektromaschine EM auf zwei Abtriebswellen 30 und 40 aufteilt. Der Antriebsstrang 100 umfasst ferner eine Differentialeinrichtung, welche ein Kegelraddifferential 9 und ein nicht näher dargestelltes Übersetzungsgetriebe in Form einer Stirnradstufe. Getriebe G und Elektromaschine EM sind koaxial zu einer Achse A angeordnet. Achse A und Achse B sind achsparallel angeordnet, sodass demnach ein achsparalleler Abtrieb vorliegt. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 1 zu erkennen ist, sind das Getriebe 1 und die Elektromaschine 2 quer zu der Fahrtrichtung 99 des Fahrzeuges 1000 ausgerichtet.
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Der Antriebsstrang 100 gemäß 2 zeigt einen Elektroantrieb, der die vordere Achse B des Fahrzeugs 1000 antreibt. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Elektromaschine EM auf zwei Abtriebswellen 30 und 40 aufteilt. Der Antriebsstrang 100 umfasst ferner eine Differentialeinrichtung, welche ein Planetengetriebe 8 und ein Kegelraddifferential 9 umfasst. Getriebe G und Elektromaschine EM sind koaxial zu einer Achse A angeordnet, welche mit der Antriebsachse B zusammenfällt, sodass also ein koaxialer Abtrieb vorliegt. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 2 zu erkennen ist, sind das Getriebe G und die Elektromaschine EM quer zu der Fahrtrichtung 99 des Fahrzeuges 1000 ausgerichtet.
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Der Antriebsstrang 100 gemäß 3 zeigt einen Elektroantrieb, der die vordere Achse B des Fahrzeugs 1000 antreibt. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe G, welches das Antriebsmoment der Elektromaschine EM auf zwei Abtriebswellen 30 und 40 aufteilt. Der Antriebsstrang 100 umfasst ferner eine Differentialeinrichtung, welche zwei Planetengetriebe 8 und 13 umfasst. Getriebe G und Elektromaschine EM sind koaxial zu einer Achse A angeordnet, welche mit der Antriebsachse B zusammenfällt, sodass ein koaxialer Abtrieb vorliegt. Die Fahrtrichtung Vorwärts ist durch den Pfeil 99 dargestellt. Wie zudem in 3 zu erkennen ist, sind das Getriebe G und die Elektromaschine EM quer zu der Fahrtrichtung 99 des Fahrzeuges 1000 ausgerichtet.
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4 zeigt einen Elektroantrieb 10 in einer ersten Ausführungsform der Erfindung für einen Antriebsstrang 100 eines Fahrzeugs 1000. Der Elektroantrieb 10 umfasst ein Getriebe G mit einem Planetenradsatz 3 sowie einer Elektromaschine EM. Das Getriebe G umfasst eine Eingangswelle 1, die mit dem Rotor R der Elektromaschine EM verbunden ist, eine koaxial zur Eingangswelle 1 angeordnete Ausgangswelle 2 sowie zwei Schaltelemente A, B.
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Der erste Planetenradsatz 3 ist als ein Stufenplanetenradsatz ausgeführt, dessen an einem Planetenträger 3.3 zwei unterschiedlich große Wirkdurchmesser aufweisen. Ein Sonnenrad 3.1 des Stufenplanetenradsatzes 3 steht mit dem kleineren Wirkdurchmesser 3.3 in Zahneingriff. Ein Hohlrad 3.6 des Stufenplanetenradsatzes 3 steht mit dem größeren Wirkdurchmesser 3.4 in Zahneingriff. Das Sonnenrad 3.1 ist drehfest mit der Eingangswelle 1 verbunden, während der Planetenträger 3.5 drehfest mit der Ausgangswelle 2 verbunden ist. Ein erstes Schaltelement A ist angeordnet und ausgebildet, das Hohlrad 3.6 an einem drehfesten Bauteil 0 festzusetzen. Ein zweites Schaltelement B ist angeordnet und ausgebildet, den Planetenradsatz 3 zu verblocken. Gemäß dieser Ausführungsform erfolgt die Verblockung des Stufenplanetenradsatzes 3 dadurch, dass das zweite Schaltelement B im betätigten Zustand das Sonnenrad 3.1 mit dem Hohlrad 3.6 drehfest verbindet.
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Um den Elektroantrieb radial besonders kompakt zu bauen, sind die Elektromaschine EM und das Getriebe G zueinander axial beabstandet, wobei das Getriebe G axial zwischen dem zweiten Schaltelement B und dem ersten Schaltelement A angeordnet ist. Ausgehend von der Elektromaschine EM ergibt sich demnach eine axiale Reihenfolge Elektromaschine EM zweites Schaltelement B, Getriebe G und erstes Schaltelement A.
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Durch selektives Betätigen der zwei Schaltelemente A, B können insgesamt zwei Vorwärtsgänge bereitgestellt werden. Ist das erste Schaltelement A geschlossen, so ist ein erster Gang eingelegt, der eine Übersetzung von i > 1, vorliegend i = 2 erzeugt. Ist das zweite Schaltelement B geschlossen, während das erste Schaltelement A geöffnet ist, ist der zweite Gang mit einer Übersetzung von i = 1 eingelegt. Somit wird zwischen diesen beiden Gängen ein Stufensprung phi von 2,0 erreicht, der innerhalb des bevorzugten Bereichs von 1,7 < phi < 2,3 liegt.
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Das erste Schaltelement A ist als eine Klauenkupplung ausgeführt. Das zweite Schaltelement B ist als eine Lamellenkupplung ausgeführt. Hierdurch ist eine Zug-Lastschaltung vom ersten Gang in den zweiten Gang oder umgekehrt möglich.
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So kann ein Elektroantrieb mit hohen Wirkungsgraden bereitgestellt werden. Zudem hat sich herausgestellt, dass der Blockumlauf durch die Verbindung des großen Sonnenrads mit dem großen Hohlrad mit geringen Stützmomenten erzeugt werden kann. Die Verwendung eines Stufenplanetenradsatzes ist auch deswegen sinnvoll, da das kleine Hohlrad und das kleine Sonnenrad des Radsatzes komplett entfallen können.
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5 zeigt einen Elektroantrieb in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine sogenannte Verblockungsvariante der Ausführungsform gemäß 4. Gemäß der in 5 gezeigten Ausführungsform erfolgt die Verblockung des Stufenplanetenradsatzes 3 dadurch, dass das zweite Schaltelement B im betätigten Zustand das Hohlrad 3.6 drehfest mit dem Planetenträger 3.5 verbindet. Anders ausgedrückt erfolgt die Verblockung durch drehfestes Verbinden des großen Hohlrads mit dem Planetenträger. Diese Änderung führt ferner dazu, dass das zweite Schaltelement B axial nunmehr zwischen dem Stufenplanetenradsatz 3 und dem ersten Schaltelement A angeordnet ist.
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6 zeigt einen Elektroantrieb in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Ausführungsform gemäß 6 stellt eine weitere Verblockungsvariante dar, bei welcher die Verblockung des Stufenplanetenradsatzes 3 dadurch bewirkt wird, dass das zweite Schaltelement B im betätigten Zustand das Sonnenrad 3.1 mit dem Planetenträger 3.5 verbindet. Anders ausgedrückt erfolgt die Verblockung durch Verbinden des großen Sonnenrads mit dem Planetenträger.
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7 zeigt eine Schaltmatrix des Elektroantriebs der 4, 5 und 6. In den Zeilen der Matrix sind zwei Vorwärtsgänge E1 und E2 angeführt. In den Spalten der Schaltmatrix ist durch ein „X“ dargestellt, welche der Schaltelemente A und B in welchem Gang geschlossen sind. Durch Schließen des ersten Schaltelements A wird ein erster Gang E1 und durch Schließen des zweiten Schaltelements B wird ein zweiter Gang E2 dargestellt. Während des ersten Ganges E1 ist das zweite Schaltelement B geöffnet. Während des zweiten Ganges E2 ist das erste Schaltelement A geöffnet.
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Im ersten Gang E1 beträgt die Übersetzung i = 2. Im zweiten Gang E2 beträgt die Übersetzung i = 1. E2 ist demnach ein sogenannter Direktgang. Der Stufensprung zwischen diesen beiden Gängen beträgt phi = 2,0.
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Die nachfolgenden 8 bis 13 zeigen einen jeweiligen Antriebsstrang umfassend ein Getriebe G, eine Elektromaschine EM sowie eine Differentialeinrichtung, die mit der Ausgangswelle 2 des Stufenplanetenradsatzes 3 verbunden ist.
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8 zeigt demnach einen bevorzugten ersten Antriebsstrang umfassend die Ausführungsform gemäß 4 sowie eine Differentialeinrichtung, wobei die Differentialeinrichtung ein Kegelraddifferential 9 und ein Übersetzungsgetriebe umfasst, wobei das Übersetzungsgetriebe durch einen Planetenradsatz 8 gebildet ist. Antriebsachse A und Abtriebsachse B fallen zusammen. Es liegt demnach ein koaxialer Abtrieb vor.
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Das Kegelraddifferential 9 weist zwei radseitige Abtriebselemente auf, die als ein erstes Abtriebsrad 9.1 und zweites Abtriebsrad 9.2 ausgebildet sind. Die Abtriebsräder 9.1, 9.2 kämmen jeweils mit einem als Stirnrad ausgebildeten Ausgleichselement 9.3. Die Ausgleichselemente 9.3 sind in einem Differentialkäfig 9.4 um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Der Differentialkäfig 9.4 dient zugleich als ein Eingangselement des Kegelraddifferentials. Das erste Abtriebsrad 9.1 ist mit einer ersten Abtriebswelle 30 und das zweite Abtriebsrad 9.2 mit einer zweiten Abtriebswelle 40 drehfest verbunden. Die Ausgleichsräder 9.3, die zwischen dem Differentialkäfig 9.4 und den beiden Abtriebsrädern 9.1, 9.2 wirken, können eine Drehbewegung vom Differentialkäfig 9.4 zu den beiden Abtriebsrädern 9.1, 9.2 übertragen und eine Ausgleichsdrehbewegung zwischen den beiden Abtriebsrädern 9.1, 9.2 bereitstellen.
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Der als ein Minusplanetenradsatz ausgebildete zweite Planetenradsatz 8 umfasst ein am Getriebegehäuse 0 festgesetztes Hohlrad 8.3, einen Planetenträger 8.2 sowie ein Sonnenrad 8.1. Der Planetenträger 8.2 ist drehfest mit dem Differentialkäfig bzw. mit dem Eingangselement 9.4 verbunden. Das Sonnenrad 8.1 ist drehfest mit der Ausgangswelle 2 verbunden.
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Die Planetenradsätze 3 und 8 sowie das Kegelraddifferential 9 sind axial nebeneinander angeordnet, wobei der Stufenplanetenradsatz 3 axial zwischen dem Planetenradsatz 8 und dem Kegelraddifferential 9 angeordnet ist.
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Um einen axial besonders kompakt bauenden Antriebsstrang zu ermöglichen, ist das Kegelraddifferential radial innerhalb des Rotors R der Elektromaschine EM angeordnet. Um eine solche Anordnung zu ermöglichen, sind die Eingangswelle 1 und die Ausgangswelle 2 des Getriebes G als eine Hohlwelle ausgebildet. Ferner ist der mit dem Eingangselement 9.4 verbundene Planetenträger 8.2 des zweiten Planetenradsatzes 8 als eine Hohlwelle ausgeführt, welche durch die hohle Eingangswelle 1 und hohle Ausgangswelle 2 hindurchgeführt ist. Die zweite Abtriebswelle 40 schließlich ist durch den hohlförmigen Planetenträger 8.2 geführt.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Elektroantrieb, also die Elektromaschine EM und das Getriebe G weitestgehend dem Elektroantrieb aus 4 entsprechen, wobei im Unterschied zur Ausführungsform nach 4 das erste Schaltelement A axial zwischen Elektromaschine EM und dem zweiten Schaltelement B platziert ist. Im Übrigen entspricht der Elektroantrieb des Antriebsstrangs der 8 dem Elektroantrieb gemäß 4, sodass auf diese Ausführungen Bezug genommen wird.
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9 zeigt eine Schaltmatrix des Antriebsstrangs aus 8. Der zweite Planetenradsatz erzeugt eine höhere Gesamtübersetzung. Diese liegt bevorzugt zwischen 6 und 13,5. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 8 beträgt im ersten Gang E1 die Übersetzung i = 9,6. Im zweiten Gang E2 beträgt die Übersetzung i = 4,8. Der Stufensprung zwischen diesen beiden Gängen beträgt weiterhin phi = 2,0. Im Übrigen entspricht die Schaltmatrix der 9 der Schaltmatrix der 7, sodass auf diese verwiesen wird.
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10 zeigt einen bevorzugten zweiten Antriebsstrang. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 8 dadurch, dass die Schaltelemente A und B als ein Doppelschaltelement direkt nebeneinanderliegend angeordnet sind. Dies ist insbesondere dann (aber nicht ausschließlich) vorteilhaft, wenn beide Schaltelemente als Klauenschaltelemente ausgeführt werden sollen. Eine Lastschaltung ist dann jedoch nicht mehr möglich. Die Ausführungsform gemäß 10 unterscheidet sich ferner von der Ausführungsform gemäß 8 dadurch, dass statt des Kegelraddifferentials 9 nunmehr der Stufenplanetenradsatz 3 zumindest teilweise radial innerhalb des Rotors R angeordnet ist. Diese Anordnung hat weiterhin zur Folge, dass der Planetenträger 8.2 des zweiten Planetenradsatzes 8 nicht mehr durch die hohle Eingangswelle 1 und hohle Ausgangswelle 2 geführt ist. Ein solcher Elektroantrieb bzw. ein solcher Antriebsstrang baut axial ebenfalls besonders kompakt.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die als Doppelschaltelement ausgeführten Schaltelemente A, B auch bei einem Antriebsstrang wie er in 8 gezeigt ist, Anwendung finden kann.
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11 zeigt einen weiteren bevorzugten Antriebsstrang. Der Antriebsstrang umfasst einen leicht modifizierten Elektroantrieb wie er aus 4 bekannt ist sowie eine Differentialeinrichtung, wobei die Differentialeinrichtung durch einen zweiten Planetenradsatz 8 und einen dritten Planetenradsatz 13 gebildet ist. Antriebsachse A und Abtriebsachse B fallen zusammen, es liegt demnach ein koaxialer Abtrieb vor.
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Der zweite Planetenradsatz 8 umfasst ein Sonnenrad 8.1, einen Planetenträger 8.2 sowie ein Hohlrad 8.3. Der dritte Planetenradsatz 13 umfasst ein Sonnenrad 13.1, einen Planetenträger 13.2 sowie ein Hohlrad 13.3. Die Planetenradsätze 8 und 13 sind radial übereinander angeordnet, wobei der Planetenradsatz 8 radial innerhalb des Planetenradsatzes 13 angeordnet ist. Das Hohlrad 8.3 ist drehfest mit dem Sonnenrad 13.1 verbunden. Hohlrad 8.3 und Sonnenrad 13.1 sind gemäß dieser Ausführung einstückig ausgebildet. Der Planetenträger 13.2 ist festgesetzt und damit permanent an einer Drehbewegung gehindert. Das Sonnenrad 8.1 ist mit der Ausgangswelle 2 verbunden. Der Planetenträger 8.2 ist mit einer ersten Abtriebswelle 30 verbunden.
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Das Hohlrad 13.1 ist mit einer zweiten Abtriebswelle 40 verbunden. Die Eingangswelle 1 und Ausgangswelle 2 sind jeweils als eine Hohlwelle ausgeführt, durch welche die erste Abtriebswelle 30 hindurchgeführt ist. Die Abtriebswelle 30 ist an einem axialen Ende mit dem Planetenträger 8.2 verbunden.
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Anders ausgedrückt, wird bei dieser Ausführung ein sogenanntes integriertes Differential eingesetzt. Dabei wird über diesen Differentialradsatz gleichzeitig die Funktion der Erzeugung der Gesamtübersetzung und die Differentialfunktion dargestellt.
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Als Unterschied zum Elektroantrieb nach der Ausführungsform gemäß 4 sind die Schaltelemente A und B jeweils als ein Klauenschaltelement ausgebildet. Die Schaltelemente A, B sind durch den Stufenplanetenradsatz 3 axial voneinander getrennt und können gleichzeitig eingelegt werden. Sind die Schaltelemente A und B gleichzeitig eingelegt, so wird die Elektromaschine EM und damit auch der Abtrieb gegen das Gehäuse 0 abgebremst bzw. blockiert. Hierdurch kann eine sogenannte Parksperrenfunktion dargestellt werden. Anders als in 4 ist der Stufenplanetenradsatz 3 radial innerhalb des Rotors R angeordnet.
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Ein solcher Antriebsstrang baut ebenfalls axial besonders kompakt.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Schaltelemente A und B auch als ein Doppelschaltelement wie beispielsweise in 10 dargestellt ausgeführt sein können. Zudem kann das zweite Schaltelement B als ein Reibschaltelement ausgeführt sein, wie beispielsweise in 8 gezeigt. Darüber hinaus ist es auch denkbar, die Schaltelemente A und B jeweils als ein Reibschaltelement auszuführen.
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12 zeigt einen weiteren bevorzugten Antriebsstrang. Der Antriebsstrang 100 umfasst den Elektroantrieb 10 aus 4 sowie eine Differentialeinrichtung, wobei die Differentialeinrichtung ein Kegelraddifferential 9 und ein Übersetzungsgetriebe umfasst. Das Übersetzungsgetriebe wird durch eine einstufige Stirnradstufe 14 gebildet. Die Abtriebsachse B ist achsparallel zur Antriebsachse A angeordnet. Es liegt demnach ein achsparalleler Abtrieb vor.
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Die einstufige Übersetzung der Stirnradstufe 14 bewirkt die Gesamtübersetzung von der Achse A des Antriebs zur Achse B des Abtriebs. Die Stirnradstufe 14 umfasst zwei Stirnräder 14.1 und 14.2. Das Stirnrad 14.1 ist drehfest mit der Ausgangswelle 2 verbunden und steht mit dem Stirnrad 14.2 in Zahneingriff. Das Stirnrad 14.2 wiederum ist drehfest mit dem Eingangselement 9.4 des Kegelraddifferentials verbunden und kann dieses antreiben.
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Im Unterschied zur 4 weist der Elektroantrieb 10 des Antriebsstrangs 100 zwei Reibschaltelemente auf, die vorliegend als Lamellenschaltelemente ausgeführt sind. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, eine lastschaltbare Zug- und Schubschaltung vom ersten in den zweiten Gang sowie vom zweiten Gang in den ersten Gang. Die Antriebselemente sind axial neben der Elektromaschine EM angeordnet. Dies ermöglicht eine Elektromaschine EM mit geringem Außendurchmesser und somit einem geringen Achsabstand zwischen der Antriebsachse A und Abtriebsachse B. Hinsichtlich des Kegelraddifferentials 9 kann auf die vorstehend beschriebenen Ausführungen verwiesen werden.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Schaltelemente A und B wie in den vorstehend beschriebenen Figuren gezeigt, ausgeführt sein können.
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13 zeigt einen weiteren bevorzugten Antriebsstrang. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 12 dadurch, dass das Übersetzungsgetriebe durch eine zweistufige Stirnradstufe 14 gebildet ist. Die zweistufige Übersetzung der Stirnradstufe bewirkt die Gesamtübersetzung von der Achse A des Antriebs zur Achse B des Abtriebs. Die Stirnradstufe umfasst vier Stirnräder 14.1, 14.2, 14.3 und 14.4. Das Stirnrad 14.1 ist drehfest mit der Ausgangswelle 12 verbunden. Das Stirnrad 14.2 ist drehfest mit dem Differentialkäfig 9.4 des Kegelraddifferentials 9 verbunden und kann dieses antreiben. Zwischen dem Stirnrad 14.1 und 14.2 sind zwei drehfest miteinander verbundene Stirnräder 14.3 und 14.4 als weitere Stufe angeordnet. Das Stirnrad 14.3 steht mit dem Stirnrad 14.1 in Zahneingriff. Das Stirnrad 14.4 steht mit dem Stirnrad 14.2 in Zahneingriff. Im Übrigen wird auf die Ausführungen gemäß 12 verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- G
- Getriebe
- EM
- Elektromaschine
- R
- Rotor
- S
- Stator
- A
- Schaltelement
- B
- Schaltelement
- 1
- Eingangswelle
- 2
- Ausgangswelle
- 3
- Stufenplanetenradsatz, Planetenradsatz, erster,
- 3.1
- Sonnenrad, großes Sonnenrad
- 3.3
- Planetenrad, kleiner Wirkdurchmesser
- 3.4
- Planetenrad, großer Wirkdurchmesser
- 3.5
- Planetenträger
- 3.6
- Hohlrad, großes Hohlrad
- 8
- Planetenradsatz, zweiter
- 8.1
- Sonnenrad
- 8.2
- Planetenträger
- 8.3
- Hohlrad
- 9
- Kegelraddifferential
- 9.1
- Abtriebsrad
- 9.2
- Abtriebsrad
- 9.3
- Ausgleichselement(e)
- 9.4
- Differentialkäfig, Eingangselement
- 10
- Elektroantrieb
- 30
- erste Abtriebswelle
- 40
- zweite Abtriebswelle
- 13
- Planetenradsatz, dritte
- 13.1
- Sonnenrad
- 13.2
- Planetenträger
- 13.3
- Hohlrad
- 14
- Stirnradstufe, einstufig, zweistufig
- 14.1
- Stirnrad
- 14.2
- Stirnrad
- 14.3
- Stirnrad
- 14.4
- Stirnrad
- 99
- Fahrtrichtung
- 100
- Antriebsstrang
- 1000
- Fahrzeug, PKW
- A
- Antriebsachse
- B
- Abtriebsachse
- E1
- erster Gang
- E2
- zweiter Gang
- i
- Übersetzung
- phi
- Stufensprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 108240432 A [0002]
- DE 102015218252 A1 [0003]
