DE102021206652A1

DE102021206652A1 - Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021206652A1
Application number: DE102021206652.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Ruider; Bastian Schuh; Christian Gürlich
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2022-12-29
Also published as: WO2023274824A1

Abstract

Es wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine (1) mit einer Rotorwelle (2) als Antriebswelle vorgeschlagen, die über ein leistungsverzweigtes Getriebe mit zumindest einem ersten Schaltelement (B) und einem zweiten Schaltelement (K) zum Realisieren von zumindest zwei Gangstufen mit einem Abtriebsdifferential (3) zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle (4) und einer zweiten Abtriebswelle (5) verbunden ist, wobei die Rotorwelle (2) und die Abtriebswellen (4, 5) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei als Getriebe zumindest eine Stirnradstufe (6) und ein Planetengetriebe (7) mit einem Stufenplaneten (8) vorgesehen sind und wobei das Planetengetriebe (7) über ein erstes Element mit der Rotorwelle (2), über ein zweites Element mit dem Abtriebsdifferential (3) und über ein drittes Element mit einer Zwischenwelle (9) verbunden ist. Ferner wird ein Fahrzeug mit dem 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 wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine beschrieben, 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 und wobei die elektrische Maschine und Abtriebswellen achsparallel zueinander angeordnet sind.
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 eine besonders bauraumgünstige Anordnung realisieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 11 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Somit wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle als Antriebswelle vorgeschlagen, die über ein leistungsverzweigtes Getriebe mit zumindest mit einem ersten Schaltelement und einem zweiten Schaltelement zum Realisieren von zumindest zwei Gangstufen mit einem Abtriebsdifferential zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle verbunden ist. Um eine besonders bauraumgünstige und die Schaltelemente möglichst gering belastende Anordnung bei dem elektrischen Antrieb zu realisieren, ist vorgesehen, dass die Rotorwelle und die Abtriebswelle koaxial zueinander angeordnet sind, dass als leistungsverzweigtes Getriebe zumindest eine Stirnradstufe und ein Planetengetriebe mit einem Stufenplaneten vorgesehen sind und wobei das Planetengetriebe über ein erstes Element mit der Rotorwelle, über ein zweites Element mit dem Abtriebsdifferential und über ein drittes Element mit einer Zwischenwelle verbunden ist.
Bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb ergibt sich aufgrund der koaxial Anordnung von elektrischer Maschine und Abtriebswellen eine radial bauraumsparende Anordnung und zum anderen aufgrund des bei dem leistungsverzweigten Getriebe verwendeten Stufenplaneten eine vorteilhaft große Spreizung hinsichtlich der zu realisierenden Übersetzungen. Damit wird eine Variation der Übersetzung mit nur einer Stirnradstufe kostengünstig bei dem elektrischen Antrieb realisiert und zugleich geringe Belastungen an den Schaltelementen sichergestellt, sodass diese entsprechend kostengünstig dimensioniert und aktuiert werden können.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltelemente der Zwischenwelle zugeordnet sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Schaltelemente radial außen bei dem Antrieb angeordnet sind und somit vorteilhaft einfach zugänglich sind.
Das leistungsverzweigte Getriebe wird bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb dadurch realisiert, dass im geschlossenen Zustand des ersten Schaltelement zum Realisieren der ersten Gangstufe die Zwischenwelle mit dem Gehäuse verbindbar ist, wodurch das Drehmoment der Rotorwelle über das Planetengetriebe auf das Abtriebsdifferential übertragen wird, während im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelement zum Realisieren der zweiten Gangstufe ein erstes als Losrad ausgeführtes Stirnrad der Stirnradstufe mit der Zwischenwelle verbindbar ist, wodurch eine Aufteilung des Drehmomentes zur Leistungsverweigerung realisiert wird, in dem ein Teil des Drehmomentes über die erste Stirnradstufe und die Zwischenwelle auf das Planetengetriebe und ein anderer Teil des Drehmomentes von der Rotorwelle über das Planetengetriebe auf das Abtriebsdifferential übertragen wird.
Aufgrund der vorgesehenen Leistungsverzweigung und der damit verbundenen Aufteilung der zu übertragenen Leistung auf z. B. zwei Leistungspfade wird eine hohe Leistungsdichte und hohe Spreizungen bei dem Getriebe sowie gleichzeitig geringe Belastungen an den Schaltelementen realisiert und damit in vorteilhafter Weise nur geringe Schaltkräfte bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb benötigt, sodass die vorgesehenen Schaltelemente vorzugsweise besonders kostengünstig elektrisch aktuiert werden können. Zudem ist es möglich auf einfachste Weise weitere Übersetzungen beziehungsweise Gangstufen zu realisieren, um dadurch den vorgeschlagenen elektrischen Antrieb universell einsetzbar zu machen. Es sind auch andere Arten der Aktuierung bei den Schaltelementen einsetzbar.
Vorzugsweise kann das erste Schaltelement als reibschlüssiges Bremselement und das zweite Schaltelement als kostengünstiges formschlüssiges Kupplungselement ausgeführt sein. Es ist auch denkbar, dass eines der Schaltelemente als Freilauf ausgeführt ist, um bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb auch freilaufgestützte Schaltungen in vorteilhafter Weise zu ermöglichen.
Um bei dem elektrischen Antrieb die Spreizung des Getriebes weiter zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass eine weitere Stirnradstufe und ein weiteres Schaltelement der Zwischenwelle zugeordnet sind, sodass zum Schalten einer dritten Gangstufe das weitere Schaltelement geschlossen ist und das Drehmoment über einen ersten Leistungspfad von der Rotorwelle über die weitere Stirnradstufe und die Zwischenwelle auf das Hohlrad des Planetengetriebes sowie über einen zweiten Leistungspfad von der Rotorwelle über das Sonnenrad des Planetengetriebes und den Planetenradträger des Planetengetriebes auf das Abtriebsdifferential und die Abtriebswellen übertragen wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Fahrzeug mit zumindest einem vorbeschriebenen Antrieb gelöst. Der elektrische Antrieb kann auch beispielsweise als Achsantrieb bei dem Fahrzeug ausgeführt sein. Hierdurch ergeben sich die bereits beschriebenen Vorteile und weitere Vorteile.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematisch geschnittene Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug; und
2 eine schematische Querschnittansicht durch das Getriebe des elektrischen Antriebes.

In den 1 und 2 sind verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug beispielhaft dargestellt.
Der elektrische Antrieb umfasst eine elektrische Maschine 1 mit einer Rotorwelle 2 als Antriebswelle. Die Rotorwelle 2 ist über ein leistungsverzweigtes Getriebes mit einem ersten Schaltelement B und einem zweiten Schaltelement K zum Realisieren von zwei Gangstufen mit einem Abtriebsdifferential 3 zum Antrieb einer ersten Abtriebswelle 4 und einer zweiten Abtriebswelle 5 verbunden. Die Rotorwelle 2 und die Abtriebswellen 4, 5 sind bei dem elektrischen Antrieb koaxial zueinander angeordnet.
Als leistungsverzweigtes Getriebe sind eine Stirnradstufe 6 und ein Planetengetriebe 7 mit einem Stufenplaneten 8 vorgesehen, wobei das Planetengetriebe 7 über ein erstes Element mit der Rotorwelle 2, über ein zweites Element mit dem Abtriebsdifferential 3 und über ein drittes Element mit einer Zwischenwelle 9 verbunden ist. Die Zwischenwelle 9 ist achsparallel zur Rotorwelle 2 und den Abtriebswellen 4, 5 angeordnet. Der Zwischenwelle 9 sind sowohl das erste Schaltelement B als auch das zweite Schaltelement K zugeordnet. Im geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements B ist zum Realisieren der ersten Gangstufe die Zwischenwelle 9 mit einem Gehäuse 15 des Antriebes verbunden, während im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements K zum Realisieren der zweiten Gangstufe ein erstes als Losrad ausgeführtes Stirnrad 16 der Stirnradstufe 6 mit der Zwischenwelle 9 verbunden ist.
Das erste Schaltelement B ist als reibschlüssiges Bremselement ausgeführt, während das zweite Schaltelement K als formschlüssiges Kupplungselement zum Beispiel als Schaltklaue ausgeführt ist.
Bei der dargestellten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes ist vorgesehen, dass das erste Element als Sonnenrad 10, das zweite Element als Planetenradträger 11 und das dritte Element als Hohlrad 12 des Planetengetriebes 7 ausgeführt sind. Der Stufenplanet 8 weist ein erstes im Durchmesser größeres Stufenplanetenrad 13 und ein zweites im Durchmesser kleineres Stufenplanetenrad 14 auf, wobei das Sonnenrad 10 mit dem ersten Stufenplanetenrad 13 und das Hohlrad 12 mit dem zweiten Stufenplanetenrad 14 in Eingriff stehen.
Bei dem elektrischen Antrieb ist vorgesehen, dass die Rotorwelle mit einem zweiten Stirnrad 17 der Stirnradstufe 6 verbunden ist, welches mit dem ersten als Losrad ausgeführten Stirnrad 16 der Stirnradstufe 6 auf der Zwischenwelle 9 in Eingriff steht. Ferner ist vorgesehen, dass die Rotorwelle 2 mit dem Sonnenrad 10 des Planetengetriebes 7 verbunden ist, dass der Planetenradträger 11 des Planetengetriebes 7 mit dem Abtriebsdifferential 3 verbunden ist und dass das Hohlrad 12 mit einem Festrad 13 der Zwischenwelle 9 verbunden ist. Hierzu weist das Hohlrad 12 eine Innenverzahnung und eine Außenverzahnung auf und ist somit als doppelverzahntes Hohlrad 12 ausgeführt, wobei die Innenverzahnung des Hohlrades 12 mit dem zweiten Stufenplanetenrad 14 und die Außenverzahnung des Hohlrades 12 mit einem Festrad 18 der Zwischenwelle 9 in Eingriff steht.
Demnach wird zum Schalten der ersten Gangstufe das erste Schaltelement B geschlossen und das Drehmoment von der Rotorwelle 2 über das Sonnenrad 10 des Planetengetriebes 7 und über den Planetenradträger 11 bei gehäusefestem Hohlrad 12 des Planetengetriebes 7 aufgrund der gehäusefesten Zwischenwelle 9 auf das Abtriebsdifferential 3 und die Abtriebswellen 4, 5 übertragen.
Zum Schalten der zweiten Gangstufe wird das zweite Schaltelement K geschlossen und das Drehmoment über einen ersten Leistungspfad von der Rotorwelle 2 über die Stirnradstufe 6 und die Zwischenwelle 9 auf das Hohlrad 12 des Planetengetriebes 7 sowie über einen zweiten Leistungspfad von der Rotorwelle 2 über das Sonnenrad 10 des Planetengetriebes 7 und den Planetenradträger 11 des Planetengetriebes 7 auf das Abtriebsdifferential 3 und die Abtriebswellen 4, 5 übertragen.
In 2 ist eine quergeschnittene Teilansicht des vorgeschlagenen elektrischen Antriebes dargestellt, aus der die verschiedenen Drehachsen des Getriebes und die räumliche Anordnung der Getriebebauteile ersichtlich sind. Ferner ist die Fahrtrichtung des Fahrzeuges durch einen Pfeil angedeutet. Aus der räumlichen Anordnung ergibt sich eine bauraumgünstige Ausführung des elektrischen Antriebes bei der das Gehäuse 15 lediglich eine Höhe von 350 mm und eine Tiefe bezogen auf die Fahrrichtung von 390 mm aufweist.
Mit einem derartigen hinsichtlich der Abmessungen klein dimensionierten elektrischen Antrieb kann beispielsweise in der ersten Gangstufe bei einer Drehzahl der Rotorwelle 2 von etwa 9000 Umdrehungen/min bei einer Übersetzung von 11,07 eine Drehzahl der Abtriebswellen 4, 5 von etwa 813 Umdrehungen/min realisiert werden, während in der zweiten Gangstufe bei gleicher Drehzahl der Rotorwelle 2 eine Drehzahl an den Abtriebswellen 4, 5 von 1737 Umdrehungen/min bei einer Übersetzung von etwa 5,18 realisiert wird. Es sind auch andere Drehzahlen und Übersetzungen mit dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb realisierbar.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Maschine
2: Rotorwelle
3: Abtriebsdifferential
4: erste Abtriebswelle
5: zweite Abtriebswelle
6: Stirnradstufe
7: Planetengetriebe
8: Stufenplanet
9: Zwischenwelle
10: Sonnenrad
11: Planetenradträger
12: Hohlrad
13: erstes Stufenplanetenrad
14: zweites Stufenplanetenrad
15: Gehäuse
16: erstes Stirnrad bzw. Losrad
17: zweites Stirnrad
18: Festrad der Zwischenwelle
B: erstes Schaltelement bzw. Bremse
K: zweites Schaltelement bzw. Kupplung

Claims

Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine (1) mit einer Rotorwelle (2) als Antriebswelle, die über ein leistungsverzweigtes Getriebe mit zumindest einem ersten Schaltelement (B) und einem zweiten Schaltelement (K) zum Realisieren von zumindest zwei Gangstufen mit einem Abtriebsdifferential (3) zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle (4) und einer zweiten Abtriebswelle (5) verbunden ist, wobei die Rotorwelle (2) und die Abtriebswellen (4, 5) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei als Getriebe zumindest eine Stirnradstufe (6) und ein Planetengetriebe (7) mit einem Stufenplaneten (8) vorgesehen sind und wobei das Planetengetriebe (7) über ein erstes Element mit der Rotorwelle (2), über ein zweites Element mit dem Abtriebsdifferential (3) und über ein drittes Element mit einer Zwischenwelle (9) verbunden ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwelle (9) das erste Schaltelement (B) und das zweite Schaltelement (K) zugeordnet sind.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (2) mit einem zweiten Stirnrad (17) der Stirnradstufe (6) verbunden ist, welches mit einem ersten als Losrad ausgeführten Stirnrad (16) der Stirnradstufe (6) auf der Zwischenwelle (9) in Eingriff steht.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (2) mit einem Sonnenrad (10) als erstes Element des Planetengetriebes (7) verbunden ist, dass ein Planetenradträger (11) als zweites Element des Planetengetriebes (7) mit dem Abtriebsdifferential (3) verbunden ist und dass ein Hohlrad (12) als drittes Element mit einem Festrad (18) der Zwischenwelle (9) verbunden ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements (B) zum Realisieren der ersten Gangstufe die Zwischenwelle (9) mit einem Gehäuse (15) verbindbar ist und dass im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements (K) zum Realisieren der zweiten Gangstufe ein erstes als Losrad ausgeführtes Stirnrad (16) der Stirnradstufe (6) mit der Zwischenwelle (9) verbindbar ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (9) achsparallel zur Rotorwelle (2) und den Abtriebswellen (4, 5) angeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (B) als reibschlüssiges Bremselement und das zweite Schaltelement (K) als formschlüssiges Kupplungselement ausgeführt sind.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten der ersten Gangstufe das erste Schaltelement (B) geschlossen ist und das Drehmoment von der Rotorwelle (2) über das Sonnenrad (10) des Planetengetriebes (7) und über den Planetenradträger (11) des Planetengetriebes (7) bei gehäusefestem Hohlrad (12) des Planetengetriebes (7) auf das Abtriebsdifferential (3) und die Abtriebswellen (4, 5) übertragbar ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten der zweiten Gangstufe das zweite Schaltelement (K) geschlossen ist und das Drehmoment über einen ersten Leistungspfad von der Rotorwelle (2) über die Stirnradstufe (6) und die Zwischenwelle (9) auf das Hohlrad (12) des Planetengetriebes (7) sowie über einen zweiten Leistungspfad von der Rotorwelle (2) über das Sonnenrad (10) des Planetengetriebes (7) und den Planetenradträger (11) des Planetengetriebes (7) auf das Abtriebsdifferential (3) und die Abtriebswellen (4, 5) übertragbar ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Stirnradstufe und ein weiteres Schaltelement der Zwischenwelle (9) zugeordnet sind und dass zum Schalten einer dritten Gangstufe das weitere Schaltelement geschlossen ist und das Drehmoment über einen ersten Leistungspfad von der Rotorwelle (2) über die weitere Stirnradstufe und die Zwischenwelle (9) auf das Hohlrad (12) des Planetengetriebes (7) sowie über einen zweiten Leistungspfad von der Rotorwelle (2) über das Sonnenrad (10) des Planetengetriebes (7) und den Planetenradträger (11) des Planetengetriebes (7) auf das Abtriebsdifferential (3) und die Abtriebswellen (4,5) übertragbar ist.
Fahrzeug mit zumindest einem elektrischen Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche.