DE102021205443A1

DE102021205443A1 - Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021205443A1
Application number: DE102021205443.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Ruider; Bastian Schuh; Christian Gürlich
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2022-12-01

Abstract

Es wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug in einem Gehäuse (3) mit zumindest einer elektrischen Maschine (1) mit einer Rotorwelle (2) als Antriebswelle vorgeschlagen, die über ein Getriebe mit zwei Schaltelementen (B1, B2) zum Realisieren von einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe mit einem Abtriebsdifferential (4) zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle (5) und einer zweiten Abtriebswelle (6) verbunden ist, wobei die Rotorwelle (2) und die Abtriebswellen (5, 6) achsparallel zueinander angeordnet sind, wobei als Getriebe eine Stirnradstufe (7) und ein Planetengetriebe (8) vorgesehen sind, wobei als Planetengetriebe (8) ein erster Planetenradsatz und ein mit dem ersten Planetenradsatz gekoppelter zweiter Planetenradsatz vorgesehen sind und wobei ein gemeinsames Hohlrad (9) und ein gemeinsamer Planetenradträger (10) mit äußeren Planetenrädern (11) und inneren Planetenrädern (12) sowie ein erstes Sonnenrad (13) und ein zweites Sonnenrad (14) vorgesehen sind. Ferner wird ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit zumindest einem elektrischen Antrieb.
Aus der noch nicht veröffentlichten Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2020 201 093.5 ist ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine bekannt, die über ein Getriebe mit zwei Schaltelementen zum Realisieren von zwei Gangstufen mit einem Abtriebsdifferential zum Antrieb von Abtriebswellen verbunden ist. Das Getriebe umfasst zwei Stirnradstufen und ein Planetengetriebe, wobei das Planetengetriebe als Summiergetriebe zum Realisieren eines leistungsverzweigten Getriebes ausgeführt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb der eingangs beschriebenen Gattung sowie ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb vorzuschlagen, welche bei möglichst geringer Belastung der Schaltelemente und bei möglichst geringen Herstellungskosten eine besonders hohe Spreizung bei dem Getriebe realisieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 9 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung sowie der Zeichnung.
Somit wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug in einem Gehäuse mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle als Antriebswelle vorgeschlagen. Die Rotorwelle ist über ein Getriebe mit zwei Schaltelementen zum Realisieren einer ersten und einer zweiten Gangstufe mit einem Abtriebsdifferential oder dergleichen zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle verbunden. Bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb sind die Rotorwelle und die Abtriebswellen achsparallel zueinander angeordnet, wobei als Getriebe eine Stirnradstufe und ein Planetengetriebe vorgesehen sind. Um eine besonders hohe Spreizung hinsichtlich der Übersetzung des Getriebes und zugleich möglichst geringe Herstellungskosten bei dem Antrieb zu realisieren, ist vorgesehen, dass als Planetengetriebe ein erster Planetenradsatz und ein mit dem ersten Planetenradsatz gekoppelter zweiter Planetenradsatz vorgesehen sind. Die beiden Planetenradsätze sind derart miteinander gekoppelt, dass ein gemeinsames Hohlrad und ein gemeinsamer Planetenradträger mit äußeren Planetenrädern und inneren Planetenrädern sowie mit einem ersten Sonnenrad und einem zweiten Sonnenrad vorgesehen sind.
Die beiden miteinander gekoppelten bzw. verschachtelten Planetenradsätze bilden einen sogenannten Ravigneaux-Radsatz, welcher in Verbindung mit der Stirnradstufe eine besonders hohe Spreizung bei konstruktiv einfachem und kostengünstigem Aufbau ermöglicht. Die gewünschte Übersetzung des Getriebes kann beispielsweise durch entsprechende Veränderung der Stirnradstufe konstruktiv einfach angepasst werden, sodass mit dem elektrischen Antrieb ein Baukastenprinzip für verschiedene Anwendungen bereitgestellt wird.
Auf diese Weise sind mit dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb bei einer kleindimensionierten elektrischen Maschinen Übersetzungen beispielsweise für die erste Gangstufe von zum Beispiel 14 und für die zweite Gangstufe von zum Beispiel 7 bei einer Drehzahl der elektrischen Maschine zum Beispiel von 9000 Umdrehungen/min ohne weiteres möglich. Es sind auch andere Übersetzungen ohne weiteres realisierbar, in dem z. B. die Stirnradstufe entsprechend angepasst wird.
Bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb wird im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass zum Beispiel das erste Sonnenrad den Antrieb des Planetengetriebes bzw. des Ravigneaux-Radsatzes und das gemeinsame Hohlrad den Abtrieb des Planetengetriebes bildet, wobei der gemeinsame Planetenradträger zum Realisieren der ersten Gangstufe über das erste Schaltelement mit dem Gehäuse verbindbar ist und wobei das zweite Sonnenrad des Planetengetriebes zum Realisieren der zweiten Gangstufe über das zweite Schaltelement mit dem Gehäuse verbindbar ist.
Im Rahmen dieser vorgesehenen Verschaltung ist die Rotorwelle über die Stirnradstufe mit dem ersten Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden und das gemeinsame Hohlrad des Planetengetriebes ist mit dem Abtriebsdifferential verbunden. Dies stellt eine besonders konstruktiv einfache Anbindung zwischen der elektrischen Maschine und dem vorgesehenen Getriebe dar, die die vorgenannten Vorteile erbringt.
Ein weiterer besonderer Vorteil ergibt sich bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb dadurch, dass als Schaltelemente ausschließlich Bremsen vorgesehen sind. Bremsen haben grundsätzlich den Vorteil, dass sie durch ihre gehäuseseitige Anordnung von außen zur Aktuierung leicht zugänglich sind. Ferner ergeben sich bei Bremsen als Schaltelemente besonders geringe Betriebskosten aufgrund ihrer einfachen Funktionsweise und zudem auch sehr geringe Herstellungskosten aufgrund ihres einfachen konstruktiven Aufbaus.
Hinsichtlich der Ausführung der verwendeten Bremsen als Schaltelemente gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise können beide Bremsen als reibschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein. Dies können beispielsweise Lamellenbremsen oder auch synchronisierte Klauenbremse sein. Bei der Verwendung von ausschließlich reibschlüssigen Schaltelementen wird eine vollständige Lastschaltbarkeit bei dem Getriebe des vorgeschlagenen elektrischen Antriebes realisiert.
Eine weitere Ausführung im Rahmen der Erfindung kann vorsehen, dass eine reibschlüssige Bremse und eine formschlüssige Bremse als Schaltelemente vorgesehen sind. Als formschlüssige Bremse kann beispielsweise eine Bremsklaue oder auch eine Freilaufbremse verwendet werden. Wenn beispielsweise die reibschlüssige Bremse zum Realisieren der zweiten Gangstufe eingesetzt wird, ist ebenso eine Lastschaltbarkeit möglich, da für die erste Gangstufe keine Lastschaltfähigkeit unbedingt erforderlich sein muss, da das Anfahren in der ersten Gangstufe über die elektrische Maschine ermöglicht wird. Ferner ergibt sich bei der Verwendung von Freilaufbremsen der Vorteil, dass freilaufgestützte Schaltungen möglich sind.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Beanspruchung eines Fahrzeuges mit zumindest einem vorbeschriebenen elektrischen Antrieb. Der elektrische Antrieb kann auch beispielsweise als Achsantrieb bei dem Fahrzeug ausgeführt sein.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Die einzige Figur der Erfindung zeigt eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug.
Der erfindungsgemäße elektrische Antrieb umfasst eine elektrische Maschine 1 mit einer Rotorwelle 2 als Antriebswelle in einem Gehäuse 3. Die Rotorwelle 2 der elektrischen Maschine 1 ist über ein Getriebe mit zwei Schaltelementen B1, B2 zum Realisieren einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe mit einem Abtriebsdifferential 4 zum Antrieb einer ersten Abtriebswelle 5 und einer zweiten Abtriebswelle 6 verbunden. Die Rotorwelle 2 und die Abtriebswelle 5, 6 sind achsparallel zueinander angeordnet. Das Getriebe umfasst eine Stirnradstufe 7 und ein Planetengetriebe 8, welches als sogenannter Ravigneaux-Radsatz ausgeführt ist.
Dies bedeutet, dass das Planetengetriebe einen ersten Planetenradsatz und ein zweiten Planetenradsatz umfasst, die als Ravigneaux-Radsatz miteinander verschachtelt bzw. gekoppelt sind. Demzufolge umfasst das Planetengetriebe 8 ein gemeinsames Hohlrad 9 und einen gemeinsamen Planetenradträger 10 mit äußeren Planetenrädern 11 und inneren Planetenrädern 12 sowie ein erstes Sonnenrad 13 und ein zweites Sonnenrad 14. Bei dem Ravigneaux-Radsatz stehen die äußeren Planetenräder 11 einerseits mit dem gemeinsamen Hohlrad 9 und andererseits mit dem zweiten größeren Sonnenrad 14 in Eingriff. Zudem kämmen die äußeren Planetenräder 11 mit den inneren Planetenräder 12, während die inneren Planetenräder 12 ferner mit dem ersten kleineren Sonnenrad 13 in Eingriff stehen.
Bei dem Planetengetriebe 8 ist vorgesehen, dass das erste Sonnenrad 13 den Antrieb und das gemeinsame Hohlrad 9 den Abtrieb des Planetengetriebes 8 bilden. Zum Realisieren der beiden Gangstufen ist bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb vorgesehen, dass der gemeinsame Planetenradträger 10 zum Schalten des ersten Ganges über das erste Schaltelement B1 mit dem Gehäuse 3 verbunden wird und dass zum Schalten des zweiten Ganges das zweite Sonnenrad 14 des Planetengetriebes 8 über das zweite Schaltelement B2 mit dem Gehäuse 3 verbunden wird. Als erstes Schaltelement B1 und als zweites Schaltelement B2 sind jeweils Lamellenbremsen als reibschlüssige Schaltelemente in der Figur beispielhaft dargestellt. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass eines der reibschlüssigen Schaltelemente B1, B2 als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt wird.
Die achsparallel zu den Abtriebswellen 5, 6 angeordnete Rotorwelle 2 der elektrischen Maschine 1 ist über die Stirnradstufe 7 mit dem ersten Sonnenrad 13 des Planetengetriebes 8 verbunden. Das gemeinsame Hohlrad 9 des Planetengetriebes 8 ist bei dem dargestellten elektrischen Antrieb mit dem Abtriebsdifferential 4 verbunden, um die Abtriebswelle 5, 6 des Fahrzeuges anzutreiben.
Das in der Figur angedeutete Fahrzeug ist beispielhaft mit einem Achsantrieb als elektrischer Antrieb ausgeführt. Beispielsweise kann zumindest an einer der Abtriebswellen 5, 6 eine sogenannte Disconnect-Einheit 15 vorgesehen sein, mit der der Abtrieb vom Antrieb entkoppelbar ist, wie dies beispielsweise in der Figur an der ersten Abtriebswelle 5 dargestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Maschine
2: Rotorwelle
3: Gehäuse
4: Abtriebsdifferential
5: erste Abtriebswelle
6: zweite Abtriebswelle
7: Stirnradstufe
8: Planetengetriebe bzw. Ravigneaux-Radsatz
9: gemeinsames Hohlrad
10: gemeinsamer Planetenradträger
11: äußere Planetenräder
12: innere Planetenräder
13: erstes Sonnenrad
14: zweites Sonnenrad
15: Disconnect-Einheit bzw. Entkopplungseinheit
B1: erstes Schaltelement
B2: zweites Schaltelement

Claims

Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug in einem Gehäuse (3) mit zumindest einer elektrischen Maschine (1) mit einer Rotorwelle (2) als Antriebswelle, die über ein Getriebe mit zwei Schaltelementen (B1, B2) zum Realisieren von einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe mit einem Abtriebsdifferential (4) zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle (5) und einer zweiten Abtriebswelle (6) verbunden ist, wobei die Rotorwelle (2) und die Abtriebswellen (5, 6) achsparallel zueinander angeordnet sind und wobei als Getriebe eine Stirnradstufe (7) und ein Planetengetriebe (8) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Planetengetriebe (8) ein erster Planetenradsatz und ein mit dem ersten Planetenradsatz gekoppelter zweiter Planetenradsatz vorgesehen sind, wobei ein gemeinsames Hohlrad (9) und ein gemeinsamer Planetenradträger (10) mit äußeren Planetenrädern (11) und inneren Planetenrädern (12) sowie ein erstes Sonnenrad (13) und ein zweites Sonnenrad (14) vorgesehen sind.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (13) den Antrieb des Planetengetriebes (8) und das gemeinsame Hohlrad (9) den Abtrieb des Planetengetriebes (8) bilden, dass der gemeinsame Planetenradträger (10) zum Realisieren der ersten Gangstufe über das erste Schaltelement (B1) mit dem Gehäuse (3) verbindbar ist und dass das zweite Sonnenrad (14) des Planetengetriebes (8) zum Realisieren der zweiten Gangstufe über das zweite Schaltelement (B2) mit dem Gehäuse (3) verbindbar ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (2) über die Stirnradstufe (7) mit dem ersten Sonnenrad (13) des Planetengetriebes (8) verbunden ist und dass das gemeinsame Hohlrad (9) des Planetengetriebes (8) mit dem Abtriebsdifferential (4) verbunden ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (B1) und das zweite Schaltelement (B2) jeweils als Bremse ausgeführt sind.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schaltelemente (B1, B2) als reibschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind.
Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Schaltelemente (B1, B2) als reibschlüssiges Schaltelement (B1, B2) und das andere Schaltelement (B1, B2) als formschlüssiges Schaltelement (B1, B2) ausgeführt ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als reibschlüssiges Schaltelement (B1, B2) eine Lamellenbremse oder eine synchronisierte Klauenbremse vorgesehen ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als formschlüssiges Schaltelement (B1, B2) eine Bremsklaue oder eine Freilaufbremse vorgesehen ist.
Fahrzeug mit zumindest einem elektrischen Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Fahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb als Achsantrieb ausgeführt ist.