DE102022201821A1 - Getriebe für ein elektrisches Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs sowie elektrisches Antriebssystem mit einem solchen Getriebe - Google Patents

Getriebe für ein elektrisches Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs sowie elektrisches Antriebssystem mit einem solchen Getriebe Download PDF

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gear set
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Martin Brehmer
Christopher Allnoch
Markus Laile
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ZF Friedrichshafen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein elektrisches Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse (G) mit einem Mittenabschnitt (MG) sowie einem ersten und zweiten axialen Endabschnitt (E1, E2), wobei der Mittenabschnitt (MG) des Gehäuses (G) dazu eingerichtet ist, eine elektrische Maschine (EM) aufzunehmen, wobei im Bereich des zweiten Endabschnitts (E2) des Gehäuses (G) zumindest ein Differentialgetriebe (D) angeordnet ist, das antriebsseitig zumindest mit einem ersten Planetenradsatz (P1) wirkverbunden ist, und das abtriebsseitig mit einer ersten und zweiten Abtriebswelle (AB1, AB2) wirkverbunden ist, wobei die beiden Abtriebswellen (AB1, AB2) koaxial zueinander angeordnet sind, und wobei die zweite Abtriebswelle (AB2) zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle (AB1) zumindest teilweise in die zweite Abtriebswelle (AB2) hineinragt, wobei ein einziges erstes Lager (L1) zur drehbaren Lagerung der zweiten Abtriebswelle (AB2) radial zwischen der zweiten Abtriebswelle (AB2) und einem drehfesten Bauelement des Getriebes angeordnet ist, wobei zumindest ein zweites Lager (L2) zur drehbaren Lagerung der beiden Abtriebswellen (AB1, AB2) radial zwischen der ersten und zweiten Abtriebswelle (AB1, AB2) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes Getriebe und eine elektrische Maschine (EM).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein elektrisches Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens einen ersten Planetenradsatz, ein Differentialgetriebe sowie eine erste und zweite Abtriebswelle. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe und einer elektrischen Maschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist.
  • Die WO 2015/082168 A1 offenbart ein Getriebe mit einer Getriebe-Eingangswelle und einer Getriebe-Ausgangswelle, einem Hauptradsatz, einem Zusatzradsatz, und einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und einem Stator. Das Getriebe weist zumindest einen Leistungspfad zwischen der Getriebe-Eingangswelle und dem Hauptradsatz auf, wobei der Hauptradsatz einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen aufweist. Der zumindest eine Leistungspfad ist über zumindest ein Schaltelement mit zumindest einer der vier Wellen des Hauptradsatzes verbindbar. Die dritte Welle des Hauptradsatzes ist mit der Getriebe-Ausgangswelle verbunden. Der Zusatzradsatz weist einen Planetenradsatz mit einer ersten, zweiten und dritten Welle auf, wobei die erste Welle des Zusatzradsatzes mit dem Rotor ständig verbunden ist. Der erste Planetenradsatz des Hauptradsatzes ist als Plus-Radsatz und der zweite Planetenradsatz des Hauptradsatzes ist als Minus-Radsatz ausgebildet. Ein Steg des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes, ein Steg des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes und ein Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes sind miteinander verbunden. Ferner sind ein Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes und ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes miteinander verbunden. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes kämmt mit äußeren Planetenrädern des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein alternatives Getriebe für ein elektrisches Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs zu schaffen. Ferner soll auch ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug geschaffen werden. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 15. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein erfindungsgemäßes Getriebe für ein elektrisches Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs umfasst ein Gehäuse mit einem Mittenabschnitt sowie einem ersten und zweiten axialen Endabschnitt, wobei der Mittenabschnitt des Gehäuses dazu eingerichtet ist, eine elektrische Maschine aufzunehmen, wobei im Bereich des zweiten Endabschnitts des Gehäuses zumindest ein Differentialgetriebe angeordnet ist, das antriebsseitig zumindest mit einem ersten Planetenradsatz wirkverbunden ist, und das abtriebsseitig mit einer ersten und zweiten Abtriebswelle wirkverbunden ist, wobei die beiden Abtriebswellen koaxial zueinander angeordnet sind, und wobei die zweite Abtriebswelle zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle zumindest teilweise in die zweite Abtriebswelle hineinragt, wobei ein einziges erstes Lager zur drehbaren Lagerung der zweiten Abtriebswelle radial zwischen der zweiten Abtriebswelle und einem drehfesten Bauelement des Getriebes angeordnet ist, wobei zumindest ein zweites Lager zur drehbaren Lagerung der beiden Abtriebswellen radial zwischen der ersten und zweiten Abtriebswelle angeordnet ist.
  • Mithin kommt das erste Lager einerseits an einer Innenumfangsfläche des drehfesten Bauelements des Getriebes und andererseits an einer Außenumfangsfläche der zweiten Abtriebswelle zur Anlage. Demgegenüber kommt das zweite Lager einerseits an einer Innenumfangsfläche der zweiten Abtriebswelle und andererseits an einer Außenumfangsfläche der ersten Abtriebswelle zur Anlage.
  • Zur drehbaren Lagerung der zweiten Abtriebswelle gegenüber dem drehfesten Bauelement des Getriebes, das bevorzugt als Gehäusedeckel ausgebildet ist, ist nur ein einziges Lager vorgesehen, nämlich das erste Lager. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Lager als Kugellager ausgebildet. Das Kugellager weist zumindest einen Innenring, der an der zweiten Abtriebswelle angeordnet ist, einen Außenring, der an dem drehfesten Bauelement des Getriebes angeordnet ist, und kugelförmige Wälzkörper auf, die zwischen dem Innenring und dem Au-ßenring abrollen. Optional kann ein Käfig zur Führung der Wälzkörper vorgesehen sein. Insbesondere ist das erste Lager als Rillenkugellager ausgebildet.
  • Zur drehbaren Lagerung der ersten Abtriebswelle gegenüber der zweiten Abtriebswelle, die nur in bestimmten Fällen eine Differenzdrehzahl zueinander aufweisen, beispielsweise bei Kurvenfahrt, ist mindestens ein Lager vorgesehen, nämlich das zweite Lager. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Lager entweder als Wälzlager oder als Gleitlager ausgebildet. Das Wälzlager weist zumindest einen Innenring, der an der ersten Abtriebswelle angeordnet ist, einen Außenring, der an der zweiten Abtriebswelle angeordnet ist, und Wälzkörper auf, die zwischen dem Innenring und dem Außenring abrollen. Optional kann ein Käfig zur Führung der Wälzkörper vorgesehen sein. Insbesondere ist das zweite Lager als Nadellager bzw. Nadelkranz oder als Zylinderrollenlager ausgebildet, wobei zumindest eine oder beide Laufflächen für die Wälzkörper unmittelbar an eine oder beide Abtriebswellen ausgebildet ist bzw. sind. Bei der Ausführung des zweiten Lagers als radiales Gleitlager kann insbesondere Bauraum und Gewicht eingespart werden, wobei die Schmierung des Gleitlagers gegenüber des Wälzlagers angepasst werden sollte.
  • Der Mittenabschnitt des Gehäuses ist axial zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Endabschnitt des Gehäuses angeordnet. Insbesondere ist am jeweiligen axialen Endabschnitt des Gehäuses ein jeweiliger Gehäusedeckel angeordnet, der drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist.
  • Unter einer Wirkverbindung zwischen dem Differentialgetriebe und dem zumindest ersten Planetenradsatz, ist zu verstehen, dass das Differentialgetriebe entweder direkt mit dem ersten Planetenradsatz verbunden ist oder zumindest mittelbar über mehrere Wellen, insbesondere über weitere Planetenradsätze mit dem ersten Planetenradsatz verbunden ist. Mithin kann zumindest ein weiterer Planetenradsatz im Leistungsfluss zwischen dem Differentialgetriebe und dem ersten Planetenradsatz angeordnet sein. Ferner ist unter einer Wirkverbindung zwischen der ersten und zweiten Abtriebswelle mit dem Differentialgetriebe zu verstehen, dass die jeweilige Abtriebswelle entweder direkt mit einer Welle bzw. einem Element des Differentialgetriebes verbunden ist bzw. im Zahneingriff steht oder zumindest eine weitere Welle oder ein weiteres Element zwischen der jeweiligen Abtriebswelle und der Welle oder dem Element des Differentialgetriebes angeordnet ist. Die jeweilige Abtriebswelle ist bevorzugt mit einem Rad einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs wirkverbunden.
  • Unter einer Welle ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest mit-einander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements hergestellt wird. Die Welle kann beispielsweise als Zahnrad, Hohlrad, Sonnenrad oder Planetensteg ausgebildet sein.
  • Die elektrische Maschine ist als Elektromotor ausgebildet und umfasst einen Stator sowie einen Rotor. Über den Rotor und eine damit drehfest verbundene Rotorwelle wird die Antriebsleistung erzeugt und in das Getriebe bzw. in die drehbeweglichen Getriebekomponenten eingeleitet. Insbesondere ist die elektrische Maschine Teil des Getriebes und zusammen mit dem zumindest ersten Planetenradsatz und dem Differentialgetriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
  • Unter einer zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildeten zweiten Abtriebswelle ist zu verstehen, dass die zweite Abtriebswelle entweder vollständig oder nur teilweise als Hohlwelle, also rohrförmig ausgebildet ist. Die erste Abtriebswelle erstreckt sich teilweise in den als Hohlwelle ausgebildeten Bereich der zweiten Abtriebswelle, wobei das zweite Lager in den als Hohlwelle ausgebildeten Bereich der zweiten Abtriebswelle radial zwischen der ersten und zweiten Abtriebswelle angeordnet ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein drittes Lager zur drehbaren Lagerung der beiden Abtriebswellen radial zwischen der ersten und zweiten Abtriebswelle angeordnet. Die erste und zweite Abtriebswelle weisen nur in bestimmten Fällen eine Differenzdrehzahl zueinander auf, beispielsweise bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs. Gemäß dieser Ausführungsform sind zumindest zwei Lager, insbesondere genau zwei Lager, nämlich das zweite und dritte Lager, zur drehbaren Lagerung der beiden Abtriebswellen vorgesehen, wobei beide Lager radial zwischen der ersten und zweiten Abtriebswelle angeordnet sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das dritte Lager entweder als Wälzlager oder als Gleitlager ausgebildet. Das Wälzlager weist zumindest einen Innenring, der an der ersten Abtriebswelle angeordnet ist, einen Außenring, der an der zweiten Abtriebswelle angeordnet ist, und Wälzkörper auf, die zwischen dem Innenring und dem Außenring abrollen. Optional kann ein Käfig zur Führung der Wälzkörper vorgesehen sein. Insbesondere ist das zweite Lager als Nadellager bzw. Nadelkranz oder als Zylinderrollenlager ausgebildet, wobei zumindest eine oder beide Laufflächen für die Wälzkörper unmittelbar an eine oder beide Abtriebswellen ausgebildet ist bzw. sind. Bei der Ausführung des dritten Lagers als radiales Gleitlager kann insbesondere Bauraum und Gewicht eingespart werden, wobei die Schmierung des Gleitlagers gegenüber des Wälzlagers angepasst werden sollte.
  • Beispielsweise ist das erste Lager in einem Bereich axial innerhalb des zweiten und dritten Lagers angeordnet. Mit anderen Worten ist das erste Lager entweder auf einer gemeinsamen ersten Achse, die orthogonal zu einer Drehachse der beiden Abtriebswellen ausgebildet ist, mit dem zweiten Lager angeordnet, oder auf einer gemeinsamen zweiten Achse, die orthogonal zu einer Drehachse der beiden Abtriebswellen ausgebildet ist, mit dem dritten Lager angeordnet, oder in einer beliebigen Position zwischen der ersten und zweiten Achse angeordnet. Der axiale Abstand zwischen dem zweiten und dritten Lager ist die Lagerbasis. Je größer die Länge der Lagerbasis ist, umso geringer ist eine radiale Kraftkomponente, die auf dem ersten Lager wirkt. Somit kann durch Längeneinstellung der Lagerbasis eine Kraftverteilung auf die drei Lager beeinflusst werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Abtriebswelle zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet, wobei ein Lagerzapfen zumindest teilweise in die erste Abtriebswelle und zumindest teilweise in die zweite Abtriebswelle hineinragt, wobei zumindest ein drittes Lager zur drehbaren Lagerung der ersten Abtriebswellen radial zwischen der ersten Abtriebswelle und dem Lagerzapfen angeordnet ist, wobei der Lagerzapfen drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbunden ist. Unter einer zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildeten ersten Abtriebswelle ist zu verstehen, dass die erste Abtriebswelle entweder vollständig oder nur teilweise als Hohlwelle, also rohrförmig ausgebildet ist. Unter einem Lagerzapfen ist eine Welle, insbesondere ein zylindrisches Element zu verstehen, das vorzugsweise aus Vollmaterial, alternativ rohrförmig, also als Hohlwelle ausgebildet ist.
  • Der Lagerzapfen erstreckt sich zum einen teilweise in den als Hohlwelle ausgebildeten Bereich der ersten Abtriebswelle und zum anderen in den als Hohlwelle ausgebildeten Bereich der zweiten Abtriebswelle, wobei das dritte Lager in den als Hohlwelle ausgebildeten Bereich der ersten Abtriebswelle radial zwischen der ersten Abtriebswelle und dem Lagerzapfen angeordnet ist. Mithin kommt das dritte Lager an einer Außenumfangsfläche des Lagerzapfens und an einer Innenumfangsfläche der ersten Abtriebswelle zur Anlage. Dadurch, dass der Lagerzapfen drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbunden ist, rotiert der Lagerzapfen stets mit der gleichen Drehzahl wie die zweite Abtriebswelle. Der Lagerzapfen weist nur in bestimmten Fällen eine Differenzdrehzahl zu der ersten Abtriebswelle auf, beispielsweise bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das dritte Lager entweder als Wälzlager oder als Gleitlager ausgebildet. Das Wälzlager weist zumindest einen Innenring, der an dem Lagerzapfen angeordnet ist, einen Außenring, der an der ersten Abtriebswelle angeordnet ist, und Wälzkörper auf, die zwischen dem Innenring und dem Außenring abrollen. Optional kann ein Käfig zur Führung der Wälzkörper vorgesehen sein. Insbesondere ist das dritte Lager als Nadellager bzw. Nadelkranz oder als Zylinderrollenlager ausgebildet, wobei zumindest eine oder beide Laufflächen für die Wälzkörper unmittelbar an dem Lagerzapfen und/oder der ersten Abtriebswelle ausgebildet ist bzw. sind. Bei der Ausführung des dritten Lagers als radiales Gleitlager kann insbesondere Bauraum und Gewicht eingespart werden, wobei die Schmierung des Gleitlagers gegenüber des Wälzlagers angepasst werden sollte.
  • Beispielsweise sind das erste und zweite Lager radial gestapelt angeordnet, wobei das dritte Lager in einem Bereich des Lagerzapfens axial außerhalb des ersten und zweiten Lagers angeordnet ist. Mit anderen Worten sind das erste und zweite Lager auf einer gemeinsamen Achse angeordnet, wobei diese Achse orthogonal zu einer Drehachse der beiden Abtriebswellen ausgebildet ist. Demgegenüber ist das dritte Lager nicht auf dieser gemeinsamen Achse, sondern axial dazu versetzt angeordnet. Der axiale Abstand zwischen der Achse, auf dem das erste und zweite Lager gemeinsam angeordnet sind, und dem dritten Lager ist die Lagerbasis. Je größer die Länge der Lagerbasis ist, umso geringer ist eine radiale Kraftkomponente, die auf dem ersten und zweiten Lager wirkt. Somit kann durch Längeneinstellung der Lagerbasis eine Kraftverteilung auf die drei Lager beeinflusst werden.
  • Bevorzugt ist das dritte Lager an einem Endbereich des Lagerzapfens angeordnet. Dadurch wird die Lagerbasis maximiert, wobei die radiale Kraftkomponente, die auf dem ersten und zweiten Lager wirkt, minimiert wird. Insbesondere ist das dritte Lager an dem Endbereich des Lagerzapfens in einer dafür vorgesehenen Nut an dem Lagerzapfen angeordnet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das drehfeste Bauelement des Getriebes als Gehäusedeckel ausgebildet. Der Gehäusedeckel ist drehfest mit dem Gehäuse des Getriebes verbunden, insbesondere verschraubt. Bevorzugt erstreckt sich der Gehäusedeckel im Bereich des zweiten Endabschnitts des Gehäuses derart, dass das gesamte Differentialgetriebe innerhalb des Gehäusedeckels angeordnet ist.
  • Vorzugsweise weist das Differentialgetriebe ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen ersten und zweiten Planetensteg sowie ein Zwischenrad auf, wobei das Sonnenrad dazu eingerichtet ist, eine Antriebsleistung von der elektrischen Maschine in das Differentialgetriebe einzuleiten, wobei der erste Planetensteg drehfest mit der ersten Abtriebswelle verbunden ist, wobei der zweite Planetensteg drehfest mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden ist, und wobei das Hohlrad drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbunden ist. Insbesondere ist das Zwischenrad als Hohlrad-Sonne ausgebildet und weist an einer Innenumfangsfläche eine erste Verzahnung auf, die den Planetenrädern am ersten Planetensteg als Hohlrad dient, wobei die Hohlrad-Sonne an einer Außenumfangsfläche eine zweite Verzahnung aufweist, die den Planetenrädern am zweiten Planetensteg als Sonnenrad dient. Mithin kämmen die jeweiligen Planetenräder am ersten und zweiten Planetensteg mit dem Zwischenrad bzw. mit der Hohlrad-Sonne. Insbesondere sind die Planetenräder am ersten Planetensteg und die Planetenräder am zweiten Planetensteg radial übereinander angeordnet.
  • Bevorzugt ist ein viertes Lager zur drehbaren Lagerung der zweiten Abtriebswelle gegenüber dem ersten Planetensteg axial zwischen der zweiten Abtriebswelle und dem ersten Planetensteg angeordnet. Mithin kommt das vierte Lager zum einen an dem ersten Planetensteg und zum anderen an der zweiten Abtriebswelle zur Anlage. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das vierte Lager entweder als Wälzlager oder als Gleitlager ausgebildet. Insbesondere ist das vierte Lager als Nadellager bzw. Nadelkranz oder als Zylinderrollenlager ausgebildet, wobei zumindest eine oder beide Laufflächen für die Wälzkörper unmittelbar an der zweiten Abtriebswelle und/oder an dem ersten Planetensteg ausgebildet ist bzw. sind. Bei der Ausführung des vierten Lagers als axiales Gleitlager kann insbesondere Bauraum und Gewicht eingespart werden, wobei die Schmierung des Gleitlagers gegenüber des Wälzlagers angepasst werden sollte.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind im Bereich des ersten Endabschnitts des Gehäuses ein erstes und zweites Schaltelement sowie der mindestens eine erste Planetenradsatz angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz ein erstes, zweites und drittes Element aufweist. Die Elemente des ersten Planetenradsatzes liegen insbesondere in der Form von Sonnenrad, Planetensteg sowie Hohlrad vor. Insbesondere ist der erste Planetenradsatz als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Ein Minus-Planetenradsatz setzt sich aus den Elementen Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad zusammen, wobei der Planetensteg mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die jeweils sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem umliegenden Hohlrad kämmen. Wenn Zahnräder miteinander kämmen, befinden sich diese im Zahneingriff miteinander.
  • Unter einem Schaltelement ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweist, wobei die Vorrichtung im geöffneten Zustand kein Drehmoment zwischen zwei mit dieser Vorrichtung bzw. dem Schaltelement zusammenwirkenden Elementen übertragen kann, und wobei die Vorrichtung im geschlossenen Zustand ein Drehmoment zwischen zwei mit dieser Vorrichtung bzw. dem Schaltelement zusammenwirkenden Elementen übertragen kann. Eine Verbindung zwischen zwei Elementen ist dazu vorgesehen, Drehmomente und Kräfte bzw. eine Drehbewegung von einem Getriebeelement auf das andere Getriebeelement zu übertragen.
  • Insbesondere ist der erste Planetenradsatz dazu eingerichtet, mit der elektrischen Maschine wirkverbunden zu sein, um eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine in das Getriebe einzuleiten, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes über das erste Schaltelement mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes drehfest verbindbar ist, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes über das zweite Schaltelement mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbindbar ist, und wobei das zweite Element des ersten Planetenradsatzes dazu eingerichtet ist, die Antriebsleistung der elektrischen Maschine aus dem ersten Planetenradsatz auszuleiten.
  • Das erste und zweite Schaltelement sind dazu eingerichtet, eine erste und zweite Gangstufe zu realisieren, wobei in einem geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements und einem geöffneten Zustand des zweiten Schaltelements die erste Gangstufe realisiert wird, wobei in einem geöffneten Zustand des ersten Schaltelements und einem geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements die zweite Gangstufe realisiert wird. Mithin wird bei geschlossenem ersten Schaltelement das erste Element des ersten Planetenradsatzes stationär an dem drehfesten Bauelement des Getriebes festgelegt, insbesondere an einem Gehäusedeckel abgebremst. Das erste Schaltelement ist als Bremse ausgebildet. Ist ein Element festgesetzt, also mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes drehfest verbunden, so ist es an einer Drehbewegung gehindert. Bei dem drehfesten Bauelement des Getriebes, kann es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handeln, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein Gehäusedeckel, der drehfest mit dem Gehäuse des Getriebes verbunden ist.
  • Demgegenüber wird bei geschlossenem zweiten Schaltelement das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden, wobei in einem geöffneten Zustand des zweiten Schaltelements das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes relativ zueinander rotieren können. Mithin ist das zweite Schaltelement als Kupplung ausgebildet. Vorzugsweise sind beide Schaltelemente in einem nicht-betätigten Zustand geöffnet. Vorzugsweise weist das jeweilige Schaltelement mehrere Innen- und Außenlamellen auf. Mithin ist das jeweilige Schaltelement als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet.
  • Ein erfindungsgemäßes elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Getriebe und eine elektrische Maschine. Insbesondere ist die elektrische Maschine derart im Gehäuse integriert, dass das Getriebe zusammen mit der elektrischen Maschine das Antriebssystem des Kraftfahrzeugs bilden. Der Stator der elektrischen Maschine ist drehfest an dem Gehäuse angeordnet, wobei zu einer ersten Stirnseite der elektrischen Maschine zumindest der erste Planetenradsatz mit den beiden Schaltelementen angeordnet sind, und wobei zu einer zweiten Stirnseite der elektrischen Maschine zumindest das Differentialgetriebe angeordnet ist. Mithin ist das Kraftfahrzeug als elektrisches Fahrzeug ausgebildet und umfasst das erfindungsgemäße Getriebe und die elektrische Maschine, die zusammen das elektrische Antriebssystem bilden.
  • Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
    • 1 ein stark vereinfachtes Schema eines nur hälftig dargestellten elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs,
    • 2 eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts des elektrischen Antriebssystems gemäß 1, und
    • 3 eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts des elektrischen Antriebssystems gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels.
  • Gemäß 1 weist ein erfindungsgemäßes elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug ein Getriebe G und eine elektrische Maschine EM mit einem Stator S und einen Rotor R auf, wobei das Getriebe G und die elektrische Maschine EM in einem gemeinsamen Gehäuse GG angeordnet sind. Das Getriebe G umfasst einen ersten Planetenradsatz P1, ein Differentialgetriebe D, das mit dem ersten Planetenradsatz P1 wirkverbunden ist, sowie eine erste und zweite Abtriebswelle AB1, AB2, die mit dem Differentialgetriebe D wirkverbunden sind. Die beiden Abtriebswellen AB1, AB2 sind koaxial zu dem ersten Planetenradsatz P1 und dem Differentialgetriebe D ausgebildet, wobei sich die erste Abtriebswelle AB1 axial durch das gesamte Getriebe G erstreckt. Das Gehäuse GG weist einen Mittenabschnitt MG sowie einen ersten und zweiten axialen Endabschnitt E1, E2 auf. In dem Mittenabschnitt MG des Gehäuses GG ist die elektrische Maschine EM angeordnet, wobei der Stator S drehfest mit dem Gehäuse GG verbunden ist, und wobei der Rotor R drehbeweglich innerhalb des Stators S angeordnet ist. Im Bereich des zweiten Endabschnitts E2 des Gehäuses GG ist das Differentialgetriebe D angeordnet. Ferner sind im Bereich des ersten Endabschnitts E1 des Gehäuses GG der erste Planetenradsatz P1 sowie ein erstes und zweites Schaltelement B, K angeordnet. Mithin grenzt die elektrische Maschine EM zur einen Stirnseite an den erste Planetenradsatz P1 an und zur anderen Stirnseite an das Differentialgetriebe D an. Der Rotor R ist über eine Rotorwelle RW mit dem Getriebe G verbunden.
  • Der erste Planetenradsatz P1 ist antriebstechnisch mit der elektrischen Maschine EM und abtriebstechnisch mit dem Differentialgetriebe D wirkverbunden. Mit anderen Worten wird eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine EM über den ersten Planetenradsatz P1 in das Getriebe G eingeleitet und dann über das Differentialgetriebe D auf die beiden Abtriebswellen AB1, AB2 verteilt. Der erste Planetenradsatz P1 weist ein erstes, zweites und drittes Element E11, E21, E31 auf. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist über das erste Schaltelement B mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes G drehfest verbindbar. Das drehfesten Bauelement des Getriebes G ist vorliegend als Gehäusedeckel ausgebildet, wobei der Gehäusedeckel drehfest mit dem Gehäuse GG verbunden ist. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist über das zweite Schaltelement K mit dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest verbindbar. Das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ist als Planetensteg ausgebildet und zum Abtrieb eingerichtet, wobei an dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 mehrere Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils sowohl mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 als auch mit dem dritten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 kämmen. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist als Sonnenrad ausgebildet, wobei das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 als Hohlrad ausgebildet ist. Vorliegend ist das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit einem Sonnenrad SR des Differentialgetriebes D verbunden.
  • Das erste und zweite Schaltelement B, K sind dazu eingerichtet, eine erste und zweite Gangstufe zu realisieren. In einem geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements B, das als Bremse ausgebildet ist, und einem geöffneten Zustand des zweiten Schaltelements K, das als Kupplung ausgebildet ist, wird die erste Gangstufe realisiert. In einem geöffneten Zustand des ersten Schaltelements B und einem geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements K wird die zweite Gangstufe realisiert. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist in der ersten Gangstufe dazu eingerichtet, die Antriebsleistung von der elektrischen Maschine EM in den ersten Planetenradsatzes P1 einzuleiten, wobei das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 über das erste Schaltelement B drehfest mit dem stationär festgelegten Gehäusedeckel verbunden ist. Demgegenüber sind das erste und dritte Element E11, E31 des ersten Planetenradsatzes P1 in der zweiten Gangstufe drehfest miteinander verbunden und dazu eingerichtet, im Block umzulaufen, sodass dabei die Antriebsleistung von der elektrischen Maschine EM in den ersten Planetenradsatzes P1 eingeleitet wird. Die beiden Schaltelemente B, K sind innerhalb des ersten axialen Endabschnitts E1 des Gehäuses GG angeordnet, wobei das Differentialgetriebe D innerhalb des zweiten axialen Endabschnitts E2 des Gehäuses GG angeordnet ist.
  • Das Differentialgetriebe D weist neben dem Sonnenrad SR, ein Hohlrad HR, einen ersten und zweiten Planetensteg PS1, PS2 sowie ein Zwischenrad ZR auf, wobei das Zwischenrad ZR als Sonnen-Hohlrad ausgebildet und frei drehbar ist. An dem ersten Planetensteg PS1 sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert, die jeweils sowohl mit dem Sonnenrad SR als auch mit einer Innenverzahnung des umliegenden Zwischenrads ZR kämmen. An dem zweiten Planetensteg PS2 sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert, die jeweils sowohl mit einer Außenverzahnung des Zwischenrads ZR als auch mit dem Hohlrad HR kämmen. Der erste Planetensteg PS1 ist drehfest mit der ersten Abtriebswelle AB1 verbunden. Der zweite Planetensteg PS2 ist drehfest mit dem Gehäuse GG des Getriebes G verbunden. Ferner ist das Hohlrad HR drehfest mit der zweiten Abtriebswelle AB2 verbunden.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt aus 1 gemäß einer Schnittdarstellung. Gemäß 1 und 2 ist die zweite Abtriebswelle AB2 teilweise als Hohlwelle ausgebildet, wobei die erste Abtriebswelle AB1 teilweise in die zweite Abtriebswelle AB2 hineinragt. Ein einziges erstes Lager L1 ist zur drehbaren Lagerung der zweiten Abtriebswelle AB2 radial zwischen der zweiten Abtriebswelle AB2 und einem Gehäusedeckel GD im Bereich des zweiten Endabschnitts E2 des Gehäuses GG angeordnet. Ferner sind ein zweites und drittes Lager L2, L3 zur drehbaren Lagerung der beiden Abtriebswellen AB1, AB2 radial zwischen der ersten und zweiten Abtriebswelle AB1, AB2 angeordnet. Vorliegend ist das erste Lager L1 in einem Bereich axial innerhalb des zweiten und dritten Lagers L2, L3 angeordnet. Bei einer auf die zweite Abtriebswelle AB2 wirkenden Radialkraft teilt sich aufgrund der Anordnung der drei Lager L1, L2, L3 die Radialkraft derart auf, dass auf dem ersten Lager L1 eine größere Radialkraftkomponente wirkt als auf das zweite und dritte Lager L2, L3.
  • In dem Ausschnitt gemäß 2 sind aufgrund der Schnittdarstellung mehrere Details erkennbar als in 1. Gemäß 2 ist der Gehäusedeckel GD mit dem Gehäuse GG axial verschraubt. Das erste Lager L1 ist als Kugellager ausgebildet, wobei ein Außenring des ersten Lagers L1 drehfest an dem Gehäusedeckel GD angeordnet ist, wobei ein Innenring des ersten Lagers L1 drehfest an der zweiten Abtriebswelle AB2 angeordnet ist, und wobei die Wälzkörper des ersten Lagers L1 zwischen dem Au-ßenring und dem Innenring abwälzen. Das erste Lagers L1 ist mittels zwei Sicherungsringen axial gesichert und durch Dichtungsringe, die radial zwischen dem Gehäusedeckel GD und der zweiten Abtriebswelle AB2 angeordnet sind, abgedichtet. Das zweite und dritte Lager L2, L3 sind jeweils als Nadelkranz ausgebildet und kommen radial an der ersten und zweiten Abtriebswelle AB1, AB2 zur Anlage, wobei die erste Abtriebswelle AB1 drehfest mit dem ersten Planetensteg PS1 verbunden ist, und wobei die zweite Abtriebswelle AB2 drehfest mit dem Hohlrad HR verbunden ist. Ein viertes Lager L4 ist zur drehbaren Lagerung der zweiten Abtriebswelle AB2 gegenüber dem ersten Planetensteg PS1 axial zwischen der zweiten Abtriebswelle AB2 und dem ersten Planetensteg PS1 angeordnet. Das vierte Lager L4 ist als Nadelkranz ausgebildet und kommt axial an dem ersten Planetensteg PS1 und an der zweiten Abtriebswelle AB2 zur Anlage.
  • In 3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gemäß 3 sind die erste Abtriebswelle AB1 und die zweite Abtriebswelle AB2 teilweise als Hohlwellen ausgebildet. Ein einziges erstes Lager L1 ist zur drehbaren Lagerung der zweiten Abtriebswelle AB2 radial zwischen der zweiten Abtriebswelle AB2 und einem Gehäusedeckel GD im Bereich des zweiten Endabschnitts E2 des Gehäuses GG angeordnet. Ferner ist ein zweites Lager L2 zur drehbaren Lagerung der beiden Abtriebswellen AB1, AB2 radial zwischen der ersten und zweiten Abtriebswelle AB1, AB2 angeordnet. Ein Lagerzapfen LZ dringt teilweise in die erste Abtriebswelle AB1 und teilweise in die zweite Abtriebswelle AB2 ein. Der Lagerzapfen LZ ist drehfest mit der zweiten Abtriebswelle AB2 verbunden. Ein drittes Lager L3 ist zur drehbaren Lagerung der ersten Abtriebswellen AB1 gegenüber dem Lagerzapfen LZ radial zwischen der ersten Abtriebswelle AB1 und dem Lagerzapfen LZ angeordnet. Das erste und zweite Lager L1, L2 sind radial gestapelt angeordnet, wobei das dritte Lager L3 in einem Bereich des Lagerzapfens LZ axial außerhalb des ersten und zweiten Lagers L1, L2 angeordnet ist. Vorliegend ist das dritte Lager L3 an einem Endbereich des Lagerzapfens LZ angeordnet, wobei das zweite Lager L2 an einem Endbereich der ersten Abtriebswelle AB1 angeordnet ist, sodass eine maximale Lagerbasis ermöglicht wird. Bei einer auf die zweite Abtriebswelle AB2 wirkenden Radialkraft teilt sich aufgrund der Anordnung der drei Lager L1, L2, L3 die Radialkraft derart auf, dass auf das erste und zweite Lager L1, L2 eine größere Radialkraftkomponente wirkt als auf das dritte Lager L3.
  • Das erste Lager L1 ist als Kugellager ausgebildet, wobei ein Außenring des ersten Lagers L1 drehfest an dem Gehäusedeckel GD angeordnet ist, wobei ein Innenring des ersten Lagers L1 drehfest an der zweiten Abtriebswelle AB2 angeordnet ist, und wobei die Wälzkörper des ersten Lagers L1 zwischen dem Außenring und dem Innenring abwälzen. Das erste Lagers L1 ist mittels zwei Sicherungsringen axial gesichert und durch Dichtungsringe, die radial zwischen dem Gehäusedeckel GD und der zweiten Abtriebswelle AB2 angeordnet sind, abgedichtet. Das zweite und dritte Lager L2, L3 sind jeweils als Nadelkranz ausgebildet. Das zweite Lager L2 kommt radial an der ersten und zweiten Abtriebswelle AB1, AB2 zur Anlage, wobei die erste Abtriebswelle AB1 drehfest mit dem ersten Planetensteg PS1 verbunden ist, und wobei die zweite Abtriebswelle AB2 drehfest mit dem Hohlrad HR verbunden ist. Das dritte Lager L3 kommt radial an der ersten Abtriebswelle AB1 und in einer umlaufenden Nut an dem Lagerzapfen LZ zur Anlage. Ein viertes Lager L4 ist zur drehbaren Lagerung der zweiten Abtriebswelle AB2 gegenüber dem ersten Planetensteg PS1 axial zwischen der zweiten Abtriebswelle AB2 und dem ersten Planetensteg PS1 angeordnet. Das vierte Lager L4 ist als Nadelkranz ausgebildet und kommt axial an dem ersten Planetensteg PS1 und an der zweiten Abtriebswelle AB2 zur Anlage.
  • Bezugszeichenliste
    • EM
    Elektromaschine
    S
    Stator
    R
    Rotor
    RW
    Rotorwelle
    B
    erstes Schaltelement
    K
    zweites Schaltelement
    L1
    erstes Lager
    L2
    zweites Lager
    L3
    drittes Lager
    L4
    viertes Lager
    P1
    erster Planetenradsatz
    D
    Differentialgetriebe
    SR
    Sonnenrad
    HR
    Hohlrad
    PS1
    erster Planetensteg
    PS2
    zweiter Planetensteg
    ZR
    Zwischenrad
    E11
    erstes Element des ersten Planetenradsatzes
    E21
    zweites Element des ersten Planetenradsatzes
    E31
    drittes Element des ersten Planetenradsatzes
    AB1
    erste Abtriebswelle
    AB2
    zweite Abtriebswelle
    G
    Getriebe
    GG
    Gehäuse
    GD
    Gehäusedeckel
    MG
    Mittenabschnitt
    E1
    erster Endabschnitt
    E2
    zweiter Endabschnitt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2015082168 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Getriebe (G) für ein elektrisches Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse (GG) mit einem Mittenabschnitt (MG) sowie einem ersten axialen Endabschnitt (E1) und einem zweiten axialen Endabschnitt (E2), wobei der Mittenabschnitt (MG) des Gehäuses (GG) dazu eingerichtet ist, eine elektrische Maschine (EM) aufzunehmen, wobei im Bereich des zweiten Endabschnitts (E2) des Gehäuses (GG) zumindest ein Differentialgetriebe (D) angeordnet ist, das antriebsseitig zumindest mit einem ersten Planetenradsatz (P1) wirkverbunden ist, und das abtriebsseitig mit einer ersten Abtriebswelle (AB1) und mit einer zweiten Abtriebswelle (AB2) wirkverbunden ist, wobei die beiden Abtriebswellen (AB1, AB2) koaxial zueinander angeordnet sind, und wobei die zweite Abtriebswelle (AB2) zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle (AB1) zumindest teilweise in die zweite Abtriebswelle (AB2) hineinragt, wobei ein einziges erstes Lager (L1) zur drehbaren Lagerung der zweiten Abtriebswelle (AB2) radial zwischen der zweiten Abtriebswelle (AB2) und einem drehfesten Bauelement des Getriebes (G) angeordnet ist, wobei zumindest ein zweites Lager (L2) zur drehbaren Lagerung der beiden Abtriebswellen (AB1, AB2) radial zwischen der ersten und zweiten Abtriebswelle (AB1, AB2) angeordnet ist.
  2. Getriebe (G) nach Anspruch 1, wobei zumindest ein drittes Lager (L3) zur drehbaren Lagerung der beiden Abtriebswellen (AB1, AB2) radial zwischen der ersten und zweiten Abtriebswelle (AB1, AB2) angeordnet ist.
  3. Getriebe (G) nach Anspruch 2, wobei das erste Lager (L1) in einem Bereich axial innerhalb des zweiten und dritten Lagers (L2, L3) angeordnet ist.
  4. Getriebe (G) nach Anspruch 1, wobei die erste Abtriebswelle (AB1) zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei ein Lagerzapfen (LZ) zumindest teilweise in die erste Abtriebswelle (AB1) und zumindest teilweise in die zweite Abtriebswelle (AB2) hineinragt, wobei zumindest ein drittes Lager (L3) zur drehbaren Lagerung der ersten Abtriebswellen (AB1) gegenüber dem Lagerzapfen (LZ) radial zwischen der ersten Abtriebswelle (AB1) und dem Lagerzapfen (LZ) angeordnet ist, wobei der Lagerzapfen (LZ) drehfest mit der zweiten Abtriebswelle (AB2) verbunden ist.
  5. Getriebe (G) nach Anspruch 4, wobei das erste und zweite Lager (L1, L2) radial gestapelt angeordnet sind, wobei das dritte Lager (L3) in einem Bereich des Lagerzapfens (LZ) axial außerhalb des ersten und zweiten Lagers (L1, L2) angeordnet ist.
  6. Getriebe (G) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das dritte Lager (L3) an einem Endbereich des Lagerzapfens (LZ) angeordnet ist.
  7. Getriebe (G) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Lager (L1) als Kugellager ausgebildet ist.
  8. Getriebe (G) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Lager (L2) als Wälzlager oder Gleitlager ausgebildet ist.
  9. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das dritte Lager (L3) als Wälzlager oder Gleitlager ausgebildet ist.
  10. Getriebe (G) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das drehfeste Bauelement des Getriebes (G) als Gehäusedeckel (GD) ausgebildet ist.
  11. Getriebe (G) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Differentialgetriebe (D) ein Sonnenrad (SR), ein Hohlrad (HR), einen ersten Planetensteg (PS1) und einen zweiten Planetensteg (PS2) sowie ein Zwischenrad (ZR) aufweist, wobei das Sonnenrad (SR) dazu eingerichtet ist, eine Antriebsleistung von der elektrischen Maschine (EM) in das Differentialgetriebe (D) einzuleiten, wobei der erste Planetensteg (PS1) drehfest mit der ersten Abtriebswelle (AB1) verbunden ist, wobei der zweite Planetensteg (PS2) drehfest mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes (G) verbunden ist, und wobei das Hohlrad (HR) drehfest mit der zweiten Abtriebswelle (AB2) verbunden ist.
  12. Getriebe (G) nach Anspruch 11, wobei ein viertes Lager (L4) zur drehbaren Lagerung der zweiten Abtriebswelle (AB2) gegenüber dem ersten Planetensteg (PS1) axial zwischen der zweiten Abtriebswelle (AB2) und dem ersten Planetensteg (PS1) angeordnet ist.
  13. Getriebe (G) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Bereich des ersten Endabschnitts (E1) des Gehäuses (GG) ein erstes und zweites Schaltelement (B, K) sowie der mindestens eine erste Planetenradsatz (P1) angeordnet sind, wobei der erste Planetenradsatz (P1) ein erstes Element (E11), ein zweites Element (E21) und ein drittes Element (E31) aufweist.
  14. Getriebe (G) nach Anspruch 13, wobei der erste Planetenradsatz (P1) dazu eingerichtet ist, mit der elektrischen Maschine (EM) wirkverbunden zu sein, um eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine (EM) in das Getriebe (G) einzuleiten, wobei das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) über das erste Schaltelement (B) mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes (G) drehfest verbindbar ist, wobei das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) über das zweite Schaltelement (K) mit dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest verbindbar ist, und wobei das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) dazu eingerichtet ist, die Antriebsleistung der elektrischen Maschine (EM) aus dem ersten Planetenradsatz (P1) auszuleiten.
  15. Elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und eine elektrische Maschine (EM).
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