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Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung für eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse und einem Planetengetriebe, aufweisend einen in dem Gehäuse aufgenommenen Planetengetrieberadsatz, welcher ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad aufweist, mittels welchem ein Parksperrbetrieb für die Antriebsvorrichtung bereitstellbar ist.
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Eine Fahrzeugparksperrfunktion wird typischerweise durch ein formschlüssiges Blockieren wenigstens einer Komponente innerhalb eines Fahrzeugantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs realisiert, um ein unbeabsichtigtes Wegrollen des Fahrzeugs zu verhindern. Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren mit Getriebe kann diese zusätzliche Parksperre realisiert werden, indem neben der Betätigung einer eigentlichen Feststellbremse noch ein niedriger Gang, beispielsweise der Rückwärtsgang oder dergleichen, eingelegt wird. Statt eines eingelegten Gangs wird bei Automatikgetrieben auf separate Parksperren zurückgegriffen.
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Es ist wünschenswert eine Parksperrenfunktion auch für elektrisch angetriebene Fahrzeuge bereitzustellen.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Parksperrenfunktion für eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Insbesondere soll eine Antriebsvorrichtung dahingehend verbessert werden, um neben einer Parksperrfunktion weitere Betriebsmodi für die elektrische Antriebsvorrichtung zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Getriebeeinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 7. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Getriebeeinrichtung für eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse und einem Planetengetriebe angegeben, aufweisend (a) einen in dem Gehäuse aufgenommenen Planetengetrieberadsatz, welcher ein Sonnenrad, einen Planetenträger mit mehreren daran drehbar gelagerten Planetenrädern sowie ein Hohlrad aufweist und (b) eine Schalteinrichtung, welche zwischen drei Schaltpositionen verstellbar ist, um in einer ersten Schaltposition einen Abkoppelbetrieb, in einer zweiten Schaltposition einen Normalbetrieb und in einer dritten Schaltposition einen Sperrbetrieb für die Antriebsvorrichtung bereitzustellen bzw. in diesen Schaltpositionen den jeweiligen Betrieb bereitstellt.
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Hierbei ist die Schalteinrichtung insbesondere als Synchronschalteinrichtung ausgebildet und an dem Gehäuse des Planetengetriebes angeordnet bzw. mit diesem verbunden. Die Schalteinrichtung weist dabei ein Schaltelement auf, welches zwischen den drei Schaltpositionen verstellbar gelagert ist und ein Schaltpositionswechsel insbesondere durch eine Verschiebung das Schaltelements entlang einer Achse parallel zu einer Drehachse des Planetengetriebes, erfolgen kann. Durch eine solche Getriebeeinrichtung ist insbesondere eine bauraumreduzierte Integration dreier unterschiedlicher Betriebsfunktionen für die Antriebsvorrichtung bzw. den Antriebsstrang ermöglicht. Zudem kann ein einziges Schaltelement bzw. eine Schaltmuffe zur Bereitstellung der drei Funktionsmodi genutzt werden bzw. ausreichen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend eine Getriebeeinrichtung gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform sowie eine elektrische Maschine, mittels welcher Drehmomente bereitstellbar sind, eine Eingangswelle, über welche Drehmomente in das Planetengetriebe bzw. die Getriebeeinrichtung einleitbar sind und eine Ausgangswelle, mittels welcher Drehmomente aus dem Planetengetriebe bzw. der Getriebeeinrichtung ableitbar und insbesondere an wenigstens ein Rad und/ oder ein Achsgetriebe des Kraftfahrzeugs übertragbar sind.
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Durch eine solche elektrische Antriebsvorrichtung bzw. Getriebeeinrichtung können drei, jeweils insbesondere einer Schaltposition zugeordnete, Betriebsmodi für einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Unter dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges werden insbesondere alle Komponenten verstanden, die im Kraftfahrzeug die Leistung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs generieren und über die Fahrzeugräder bis auf die Straße übertragen.
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Eine elektrische Antriebsvorrichtung weist hierbei die elektrische Maschine auf, welche zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/ oder umgekehrt ausgebildet ist. Die elektrische Maschine weist hierbei typischerweise einen ortsfest gelagerten Stator und einen zur diesem relativ bewegbar angeordneten Rotor auf, um ein Antriebsdrehmoment, welches insbesondere ein Hauptantriebsdrehmoment für das Kraftfahrzeug ist, für das Kraftfahrtzeug bereitzustellen. Die Getriebeeinrichtung ist insbesondere mit der elektrischen Maschine gekoppelt bzw. koppelbar und kann so einen Leistungsfluss zwischen der elektrischen Maschine und wenigstens einem mittels dieser Antriebsvorrichtung antreibbaren Rad in Abhängigkeit der drei unterschiedlichen Schaltpositionen beeinflussen bzw. verändern.
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Die Getriebeeinrichtung weist dabei das, insbesondere in dem Gehäuse angeordnete, Planetengetriebe auf. Hierbei kann der Planetengetrieberadsatz des Planetengetriebes insbesondere koaxial zur Eingangswelle bzw. einer Abtriebswelle der elektrischen Maschine angeordnet sein und weist ein Sonnenrad, ein eine Innen- und eine Außenverzahnung aufweisendes Hohlrad und einen auf einem Planetenträger bzw. Steg, auf dem ein Satz Planetenräder, die einerseits mit der Sonne und andererseits mit der Innenverzahnung des Hohlrades kämmen, drehbar gelagert sind, auf.
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Die Schalteinrichtung ist eingerichtet, insbesondere in Abhängigkeit der jeweiligen Schaltposition, eine formschlüssige Verbindung an bzw. mit dem Gehäuse und/ oder einem an dem Gehäuse angeordneten ersten Synchronkörper, an bzw. mit der Außenverzahnung des Hohlrads und/ oder einem mit dem Hohlrad kämmenden Kupplungskörper und/ oder an bzw. mit dem Planetenträger bzw. einem an dem Planetenträger angeordneten zweiten Synchronkörper auszubilden. Dabei kann das Schaltelement ein Teil einer Synchronschalteinrichtung sein, welche zudem den ersten Synchronkörper, den Kupplungskörper und/ oder den zweiten Synchronkörper, welche insbesondere als Synchronringe ausgebildet sein können, aufweist.
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Ein Wechsel von einer Schaltposition in eine weitere Schaltposition kann durch eine achsparallele Verschiebung des Schaltelements relativ zu einer Drehachse des Planetengetriebes erfolgen, um das Hohlrad bzw. der Planetenträger mittels des Schaltelements an dem Gehäuse festzusetzen. Hierdurch kann beispielsweise eine Drehbewegung des Hohlrads und/ oder des Planetenträgers um die Drehachse blockiert werden, um den Leistungsfluss der von der elektrischen Maschine abgegebenen Leistung zu verändern, wobei sich durch das Festsetzen eines oder mehrerer Komponenten das Planetengetrieberadsatzes jeweils ein entsprechender Betriebsmodus ergibt. Eine Betätigung des Schaltelements kann beispielsweise mechanisch, elektrisch und/oder hydraulisch oder vollautomatisch durch die Fahrzeugsteuerung oder durch einen Fahrer erfolgen.
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Ein Abkoppelbetrieb kann insbesondere ein Abkoppelsystem für die elektrische Antriebsvorrichtung funktional abbilden, wobei die elektrische Maschine und eine radseitige Drehmoment- bzw. Leistungsabnahme voneinander getrennt sind, sodass ein Freilauf für die antreibbaren Räder des Fahrzeugs ermöglicht ist und somit, insbesondere wenn die elektrische Antriebsvorrichtung eine permanent erregte Synchronmaschine aufweist, Schleppverluste vermieden oder reduziert werden können. Ein Sperrbetrieb kann insbesondere ein Fahrzeugparksperrsystem für das Kraftfahrzeug abbilden, wobei ein oder mehrere Räder und/ oder ein Achsgetriebe für die Räder festgesetzt werden, um in dem Sperrbetrieb ein Wegrollen des Fahrzeugs zu verhindern. Daneben wird mittels des Schaltelements auch ein Normalbetrieb ermöglicht, in welchem ein Leistungsfluss von der Antriebsvorrichtung bzw. der elektrischen Maschine zu dem oder den antreibbaren Rädern ermöglicht ist.
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Hierdurch kann eine Integration einer Abkoppeleinrichtung und einer Parksperreinrichtung in den Antriebsstrang bzw. in die elektrische Antriebsvorrichtung erfolgen, wodurch eine Komplexität des Gesamtsystems gegenüber einem Vorsehen einzelner die jeweilige Funktion erfüllende Systeme reduziert ausfallen kann. Zudem kann ein benötigter Bauraum optimiert genutzt werden, da mehrere Funktionen mittels der Getriebeeinrichtung übernommen bzw. ausgeführt werden können.
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Bei einer Ausführungsform sind Drehmomente über das Sonnenrad in das Planetengetriebe einleitbar. Hierbei kann die Eingangswelle mit dem Sonnenrad verbunden sein, um die Leistung der elektrischen Maschine in das Planetengetriebe zu übertagen. Hierdurch kann ein Leistungsfluss auf nutzwertige Weise in die Getriebeeinrichtung eingebracht werden.
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Bei einer Ausführungsform sind Drehmomente über den Planetenträger bzw. den Steg aus dem Planetengetriebe ableitbar. Hierbei ist die Ausgangswelle einerseits mit dem Planetenträger und andererseits mit dem wenigstens einen antreibbaren Rad, insbesondere über ein zwischengeschaltetes Getriebe oder Achsgetriebe, verbunden. Hierdurch kann eine Leistungsübertragung zum Fahrtantrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht werden.
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Bei einer Ausführungsform sind das Hohlrad und der Planetenträger mittels des Schaltelements, insbesondere in der ersten Schaltposition, von dem Gehäuse abkoppelbar. Dabei kann sich das Hohlrad relativ zu dem Gehäuse frei drehen, wodurch ein Durchtriebsmoment verhindert wird und keine Leistungsübertragung zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle des Planetengetriebes erfolgt. Hierdurch kann die elektrische Maschine vom Fahrzeugabtrieb bzw. von den Komponenten, welche die elektrisch generierte Leistung über die Fahrzeugräder auf die Straße übertragen, abgekoppelt werden.
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Bei einer Ausführungsform ist das Hohlrad mittels des Schaltelements, insbesondere in der zweiten Schaltposition, drehfest mit dem Gehäuse verbindbar. Hierbei erfolgt der Antrieb des Planetengetriebes, also die Leistungsaufnahme, über das Sonnenrad und wird über den Planetenträger abgegeben. Ist das Hohlrad mittels des Schaltelements bzw. der Schalteinrichtung an dem Gehäuse festgesetzt, kann ein Leistungsfluss von der Eingangswelle zur Ausgangswelle erfolgen und somit ein Normalbetrieb bzw. ein elektrisch generierter Fahrbetrieb des Fahrzeugs erfolgen.
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Bei einer Ausführungsform ist der Planetenträger mittels des Schaltelements, insbesondere in der dritten Schaltposition, drehfest mit dem Gehäuse verbindbar. Hierbei wird der Planetenträger bzw. Steg und damit der Planetensatz festgesetzt, wodurch ein Abtrieb bzw. der Leistungsfluss gesperrt ist. Damit kann die Ausgangswelle der Getriebeeinrichtung derart blockiert werden, dass ihre Blockierung zuverlässig eine Bewegung der Antriebsräder des Kraftfahrzeugs verhindert.
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Bei einer Ausführungsform ist die Ausgangswelle permanent drehfest mit wenigstens einem antreibbaren Rad oder einem zwischengeschalteten Getriebe des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Hierdurch kann die mittels der Getriebeeinrichtung ermöglichte Sperrfunktion, welche eine formschlüssige Verrieglung innerhalb des Fahrzeugantriebsstrangs erzeugt, zur Blockierung der angetriebenen Fahrzeugräder genutzt werden.
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Bei einer Ausführungsform ist das Schaltelement zur Abkopplung des Hohlrads und des Planetenträgers von einem von der elektrischen Antriebsmaschine bzw. der Eingangswelle zu dem Ausgangswelle verlaufenden Leistungsfluss eingerichtet, um einen Abkoppelbetrieb bzw. einen Freilauf für die Fahrzeugräder zu ermöglichen.
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Bei einer Ausführungsform ist das Schaltelement eingerichtet, derart mit dem Hohlrad zu koppeln, dass ein Leistungsfluss von der elektrischen Antriebsmaschine bzw. der Eingangswelle zu der Ausgangswelle erfolgt bzw. erfolgen kann, um einen Normalbetrieb bzw. einen betriebsmäßigen Antrieb des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
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Bei einer Ausführungsform ist das Schaltelement eingerichtet, den Planetenträger derart zu sperren, dass ein Leistungsfluss von der elektrischen Antriebsmaschine bzw. der Eingangswelle zu der Ausgangswelle unterbrochen bzw. blockiert ist, um Sperrbetrieb bzw. eine Parksperrenfunktion für das Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Die hierin beschriebenen Ausführungsformen und Vorteile gelten entsprechend für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine solche Antriebsvorrichtung und/ oder eine Getriebeeinrichtung.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/ oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar. Weitere Vorteile und Anwendungs-möglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
- 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung für eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
- 2 zeigt ein Kraftfahrzeug aufweisend eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen elektrische Antriebsvorrichtung.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer Getriebeeinrichtung 30 für eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß eines hierin beschriebenen Ausführungsbeispiels in einer schematischen Schnittdarstellung.
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Die Getriebeeinrichtung 30 weist ein Gehäuse 41 und ein Planetengetriebe 42 auf, wobei das Planetengetriebe 42 wenigstens teilweise in dem Gehäuse 41 aufgenommen ist. Das Planetengetriebe 42 weist einen Planetengetrieberadsatz 43 mit einem Sonnenrad 44, einem Planetenträger 45 und ein Hohlrad 46 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind Drehmomente über das Sonnenrad 44 in das Planetengetriebe 42 bzw. die Getriebeeinrichtung 30 einleitbar. Dabei stehen mehrere Planetenräder 451 mit dem Sonnenrad 44 mittels einer Laufverzahnung 60 in Eingriff, wobei die in dem Planetenradträger 45 drehbar gelagerten Planetenräder 451 sich rotatorisch um das Sonnenrad 44 bewegen können. Drehmomente können über den Planetenträger 45 aus dem Planetengetriebe 42 bzw. der Getriebeeinrichtung 30 abgeleitet werden und zum Antrieb von antreibbaren Rädern des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Koaxial zum Sonnenrad 44 ist das Hohlrad 46 drehbar angeordnet, in welchem die Planetenräder 451 mittels einer Laufverzahnung 60 wälzen, wobei das erste Hohlrad 46 eine Außensteckverzahnung 61 aufweist.
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Eine (Synchron-)Schalteinrichtung 50 weist ein Schaltelement 51 auf, welches insbesondere über einen Aktor ansteuerbar ist, und zwischen drei Schaltpositionen verstellbar gelagert ist, derart dass in einer ersten Schaltposition A ein Abkoppelbetrieb, in einer zweiten Schaltposition B ein Normalbetrieb und in einer dritten Schaltposition C ein Sperrbetrieb für die Antriebsvorrichtung bereitgestellt werden kann. Die Schalteinrichtung 50 weist dabei einen ersten Synchronkörper 52, einen Kupplungskörper 53, einen zweiten Synchronkörper 54, welche als Synchronringe ausgebildet sein können, und zwei Sperrringe 55 auf.
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In der ersten Schaltposition A sind das Hohlrad 46 und der Planetenträger 45 mittels der Schalteinrichtung 50 von dem Gehäuse 41 abkoppelbar, sodass sich das Hohlrad 46 relativ zu dem Gehäuse 41 frei drehen kann, wodurch eine Leistungsübertragung zwischen dem Sonnenrad 44 und dem Planetenträger 45 ausbleibt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel greift das Schaltelement 51 hierzu in der ersten Schaltposition A, illustriert durch eine gestrichelte Darstellung, mittels einer Steckverzahnung 61 in den ersten Synchronkörper 52 ein, wobei dieser mittels einer weiteren Steckverzahnung 61 an dem Gehäuse 41 gelagert ist, um beispielsweise eine elektrische Maschine und eine radseitige Drehmoment- bzw. Leistungsabnahme voneinander zu trennen, sodass ein Freilauf für das oder die antreibbaren Räder des Fahrzeugs ermöglicht ist.
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In der zweiten Schaltposition B ist das Hohlrad 46 mittels der Schalteinrichtung 50 drehfest mit dem Gehäuse 41 verbindbar, sodass das Hohlrad 46 an dem Gehäuse 41 festgesetzt ist, wodurch ein Leistungsfluss von dem Sonnenrad 44 zum Planetenträger erfolgt bzw. erfolgen kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel greift das Schaltelement 51 hierzu in der zweiten Schaltposition B, illustriert durch eine Liniendarstellung, mittels einer Steckverzahnung 61 in den mit dem Hohlrad 46 ebenfalls mittels Steckverzahnung 61 verbundenen Kupplungskörper 53 ein, sodass ein Leistungsfluss zwischen Sonnenrad 44 und Planetenträger 45 und somit von einer Antriebsvorrichtung bzw. einer elektrischen Maschine zu dem oder den antreibbaren Rädern ermöglicht ist.
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In der dritten Schaltposition C ist der Planetenträger 45 mittels des Schaltelements 51 drehfest mit dem Gehäuse 41 verbindbar, sodass der Planetenträger 45 bzw. Steg und damit der Planetensatz 46 festgesetzt ist, wodurch ein Abtrieb bzw. der Leistungsfluss zwischen Sonnenrad 44 und Planetenträger 45 gesperrt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel greift das Schaltelement 51 hierzu in der dritten Schaltposition C, illustriert durch eine punktierte Darstellung, mittels einer Steckverzahnung 61 in den zweiten Synchronkörper 54 ein, wobei dieser mittels einer weiteren Steckverzahnung 61 an dem Planetenträger 45 gelagert ist, um insbesondere ein Fahrzeugparksperrsystem für das Kraftfahrzeug zu bilden, wobei ein oder mehrere Räder und/ oder ein Achsgetriebe für die Räder festgesetzt werden, um in dem so ermöglichten Sperrbetrieb ein Wegrollen des Fahrzeugs zu verhindern.
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2 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einer elektrische Antriebsvorrichtung 20 für ein Kraftfahrzeug 10 gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer schematischen Darstellung.
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Die elektrische Antriebsvorrichtung 20 weist eine Getriebeeinrichtung 30 auf, die auf eine hierin beschriebene und im nachfolgenden näher erläuterten Weise ausgebildet ist. Die Getriebeeinrichtung 30 ist über eine Eingangswelle 31 mit einer elektrischen Maschine 33 verbunden, mittels welcher Drehmomente bereitstellbar sind. Dabei sind Drehmomente mittels der Eingangswelle 31 in die Getriebeeinrichtung 30 bzw. ein Planetengetriebe 42 der Getriebeeinrichtung 30 einleitbar.
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Die Getriebeeinrichtung 30 ist mittels einer Ausgangswelle 32, mittels welcher Drehmomente aus der Getriebeeinrichtung 30 bzw. dem Planetengetriebe 42 ableitbar sind, mit wenigstens einem Antriebsrad 40 des Kraftfahrzeugs verbunden. Hierbei ist die Ausgangswelle 33 permanent drehfest mit wenigstens einem antreibbaren Rad des Kraftfahrzeugs gekoppelt, um in dem Sperrbetrieb ein Wegrollen des Fahrzeugs zu vermeiden.
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Hierbei kann die Getriebeeinrichtung 30 entsprechend dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein. Die Schalteinrichtung 50 bzw. das Schaltelement 51 der Getriebeeinrichtung 30 ist dabei eingerichtet, insbesondere in einer ersten Schaltposition, das Hohlrads 46 und den Planetenträger 45 des Planetengetriebes 42 von einem von der elektrischen Antriebsmaschine 33 zu der Ausgangswelle 32 verlaufenden Leistungsfluss abzukoppeln und, insbesondere in einer dritten Schaltposition, den Planetenträger 45 derart zu sperren, dass ein Leistungsfluss von der elektrischen Antriebsmaschine 33 zu der Ausgangswelle 32 unterbrochen ist, eingerichtet. Insbesondere ist die Schalteinrichtung 50 bzw. das Schaltelement 51 eingerichtet, derart mit dem Hohlrad 46 des Planetengetriebes 42 zu koppeln, dass ein Leistungsfluss von der elektrischen Antriebsmaschine 33 zu der Ausgangswelle 32 bzw. dem Fahrzeugrad 40 erfolgt.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 20
- elektrische Antriebsvorrichtung
- 30
- Getriebeeinrichtung
- 31
- Eingangswelle
- 32
- Ausgangswelle
- 33
- elektrische Maschine
- 40
- antreibbares Fahrzeugrad
- 41
- Gehäuse
- 42
- Planetengetriebe
- 43
- Planetengetrieberadsatz
- 44
- Sonnenrad
- 45
- Planetenträger
- 451
- Planetenrad
- 46
- Hohlrad
- 50
- Synchronschalteinrichtung
- 51
- Schaltelement
- 52
- erster Synchronkörper
- 53
- Kupplungskörper
- 54
- zweiter Synchronkörper
- 55
- Sperrring
- 60
- Laufverzahnung
- 61
- Steckverzahnung
- A-C
- Schaltposition
