DE102022208155A1

DE102022208155A1 - Elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102022208155A1
Application number: DE102022208155.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Wechs; Fabian Kutter; Thomas Martin; Peter Ziemer; Martin Brehmer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-08-05
Filing date: 2022-08-05
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2042-08-06
Also published as: DE102022208155B4

Abstract

Elektrische Antriebsvorrichtung aufweisend eine einzige elektrische Maschine (EM), die über eine Getriebeeingangswelle (1) mit einem schaltbaren Planetengetriebe verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement (A) zum Schalten eines ersten Ganges, ein zweites Schaltelement (B) zum Schalten eines zweiten Ganges, einen Stufenplanetenradsatz (SP) mit einer ersten Sonnenradwelle (SR1), einer zweiten Sonnenradwelle (SR2), einer Hohlradwelle (HR1) und einer Stegwelle (ST1) mit mehreren Stufenplanetenrädern, und einen Planetenradsatz (MP) mit den Elementen Sonnenradwelle (SR), Hohlradwelle (HR) und Stegwelle (ST) aufweist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle (1), die Getriebeausgangswelle (2) und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse (A1) angeordnet sind, wobei ein erstes Zahnrad (Z1) des jeweiligen Stufenplanetenrades mit der ersten Hohlradwelle (HR1) und der Sonnenradwelle (SR1) des Stufenplanetenradsatzes (SP) im Zahneingriff steht, wobei ein zweites Zahnrad (Z2) des jeweiligen Stufenplanetenrades mit dem ersten Zahnrad (Z1) des jeweiligen Stufenplanetenrades drehfest verbunden ist und mit der zweiten Sonnenradwelle (SR2) des Stufenplanetenradsatzes (SP) im Zahneingriff steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Antriebsvorrichtung.
Aus der Druckschrift WO 2014/139 744 A1 ist ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug bekannt, mit zumindest einem elektrischen Antrieb, der über eine Antriebswelle mit zumindest einer ersten Übersetzungsstufe und einer zweiten Übersetzungsstufe koppelbar ist. Zumindest eine Schalteinrichtung ist zum Schalten der Übersetzungsstufen vorgesehen, wobei die Schalteinrichtung zum Ausführen von Lastschaltungen zumindest ein formschlüssiges Schaltelement und zumindest ein reibschlüssiges Schaltelement umfasst. Jede der Übersetzungsstufen ist mit dem formschlüssigen Schaltelement schaltbar, wobei zumindest eine der Übersetzungsstufen sowohl mit dem formschlüssigen Schaltelement als auch mit dem reibschlüssigen Schaltelement schaltbar ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Antriebsvorrichtung mit einem 2-Gang-Getriebe vorzuschlagen. Insbesondere soll die Antriebsvorrichtung effizient und kompakt ausgebildet sein, wobei das Getriebe der Antriebsvorrichtung eine erhöhte Wandlung sowie Spreizung aufweisen soll. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 4. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst eine einzige elektrische Maschine, die über eine Getriebeeingangswelle mit einem schaltbaren Planetengetriebe verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement zum Schalten eines ersten Ganges, ein zweites Schaltelement zum Schalten eines zweiten Ganges, einen Stufenplanetenradsatz mit einer ersten Sonnenradwelle, einer zweiten Sonnenradwelle, einer Hohlradwelle und einer Stegwelle mit mehreren Stufenplanetenrädern, und einen Planetenradsatz mit den Elementen Sonnenradwelle, Hohlradwelle und Stegwelle aufweist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle, die Getriebeausgangswelle und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse angeordnet sind, wobei ein erstes Zahnrad des jeweiligen Stufenplanetenrades mit der ersten Hohlradwelle und der Sonnenradwelle des Stufenplanetenradsatzes im Zahneingriff steht, wobei ein zweites Zahnrad des jeweiligen Stufenplanetenrades mit dem ersten Zahnrad des jeweiligen Stufenplanetenrades drehfest verbunden ist und mit der zweiten Sonnenradwelle des Stufenplanetenradsatzes im Zahneingriff steht, wobei ein erstes Element des Planetenradsatzes mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist, wobei ein zweites Element des Planetenradsatzes über das erste Schaltelement entweder mit einem Gehäuse des Planetengetriebes drehfest verbindbar ist, wobei dann ein drittes Element des Planetenradsatzes mit der ersten Sonnenradwelle des Stufenplanetenradsatzes drehfest verbunden ist, oder mit der ersten Sonnenradwelle des Stufenplanetenradsatzes drehfest verbindbar ist, wobei dann ein drittes Element des Planetenradsatzes mit dem Gehäuse des Planetengetriebes drehfest verbunden ist, wobei die Hohlradwelle des Stufenplanetenradsatzes mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist, wobei die zweite Sonnenradwelle des Stufenplanetenradsatzes mittels des zweiten Schaltelements mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle des Stufenplanetenradsatzes mit einer Getriebeausgangswelle drehfest verbunden ist.
Beispielsweise ist das erste Element des Planetenradsatzes die Hohlradwelle, wobei das zweite Element des Planetenradsatzes die Sonnenradwelle ist, wobei das dritte Element des Planetenradsatzes die Stegwelle ist.
Alternativ ist das erste Element des Planetenradsatzes die Sonnenradwelle, wobei das zweite Element des Planetenradsatzes die Hohlradwelle ist, wobei das dritte Element des Planetenradsatzes die Stegwelle ist.
Eine weitere erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst eine einzige elektrische Maschine, die über eine Getriebeeingangswelle mit einem schaltbaren Planetengetriebe verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement zum Schalten eines ersten Ganges, ein zweites Schaltelement zum Schalten eines zweiten Ganges, einen Stufenplanetenradsatz mit einer ersten Sonnenradwelle, einer zweiten Sonnenradwelle, einer Hohlradwelle und einer Stegwelle mit mehreren Stufenplanetenrädern, und einen Planetenradsatz mit den Elementen Sonnenradwelle, Hohlradwelle und Stegwelle aufweist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle, die Getriebeausgangswelle und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse angeordnet sind, wobei ein erstes Zahnrad des jeweiligen Stufenplanetenrades mit der ersten Hohlradwelle und der Sonnenradwelle des Stufenplanetenradsatzes im Zahneingriff steht, wobei ein zweites Zahnrad des jeweiligen Stufenplanetenrades mit dem ersten Zahnrad des jeweiligen Stufenplanetenrades drehfest verbunden ist und mit der zweiten Sonnenradwelle des Stufenplanetenradsatzes im Zahneingriff steht, wobei die Sonnenradwelle des Planetenradsatzes über das erste Schaltelement mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbindbar ist, wobei die Hohlradwelle des Planetenradsatzes mit einem Gehäuse des Planetengetriebes drehfest verbunden ist, wobei die Stegwelle des Planetenradsatzes mit der ersten Sonnenradwelle des Stufenplanetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei die Hohlradwelle des Stufenplanetenradsatzes mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist, wobei die zweite Sonnenradwelle des Stufenplanetenradsatzes mittels des zweiten Schaltelements mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle des Stufenplanetenradsatzes mit einer Getriebeausgangswelle drehfest verbunden ist.
Mithin weisen beide erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtungen jeweils genau eine elektrische Maschine, die als Antriebsmotor zum Antrieb des Fahrzeugs und als Generator zur Rekuperation von elektrischer Energie betreibbar ist, wobei die elektrische Maschine einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei der Rotor antriebswirksam mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist. Ferner ist die elektrische Maschine mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden.
Unter einer „antriebswirksamen Verbindung“ einer Welle oder einer Vorrichtung mit einer anderen Welle oder mit einer anderen Vorrichtung ist zu verstehen, dass diese Wellen oder Vorrichtungen entweder unmittelbar miteinander verbunden sind, beispielsweise drehfest miteinander verbunden sind, oder mittelbar über mindestens ein weiteres Bauteil, insbesondere über weitere Wellen und Zahnräder miteinander verbunden sein können.
Beispielsweise ist die Rotorwelle der elektrischen Maschine direkt oder über mindestens eine weitere Welle mit der Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Beispielsweise ist die Rotorwelle der elektrischen Maschine über mindestens eine weitere Welle, über mehrere Zahnräder und/oder über ein Zugmittel mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Die elektrische Maschine kann auf der ersten Rotationsachse angeordnet sein und somit koaxial zu der Getriebeeingangswelle ausgebildet sein, wobei dann die Rotorwelle mit der Getriebeeingangswelle vorzugsweise drehfest verbunden ist. Alternativ kann die elektrische Maschine achsparallel zu der Getriebeeingangswelle ausgebildet sein, wobei dann die Rotorwelle mit der Getriebeeingangswelle mittelbar verbunden ist.
Unter einer „Welle“ ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Getriebeelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden. Zwei drehfest miteinander verbundene Wellen können einteilig ausgebildet sein.
Die elektrische Antriebsvorrichtung weist genau zwei Schaltelemente auf. Unter einem „Schaltelement“ ist eine schaltbare Vorrichtung zu verstehen, die in einem geschlossenen Zustand zwei Wellen oder eine Welle und ein drehfestes Bauteil drehfest miteinander verbindet und in einem geöffneten Zustand die beiden Wellen oder die Welle und das drehfeste Bauteil voneinander entkoppelt. Zwei Wellen können dann relativ zueinander rotieren. Unter einem „drehfesten Bauteil“ ist ein Bauteil zu verstehen, dass stationär festgelegt ist, insbesondere drehfest oder einteilig mit einem Teil eines Gehäuses drehfest verbunden ist. Jedes Schaltelement ist von einem jeweiligen Aktuator schaltbar. Mithin werden zwei Aktuatoren zum Schalten der beiden Schaltelemente benötigt. Die Schaltelemente sind als Gangschaltelemente ausgebildet und somit zum Schalten von Gängen eingerichtet.
Der Planetenradsatz ist vorzugsweise als Minusplanetenradsatz ausgebildet und setzt sich aus den Elementen Sonnenradwelle, Hohlradwelle und Stegwelle zusammen, wobei die Stegwelle mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit der Sonnenradwelle als auch mit der Hohlradwelle kämmen, also im Zahneingriff stehen. Insbesondere kann ein Minusplanetenradsatz durch Vertauschung der Anbindungen von Hohlradwelle und Stegwelle sowie der betragsmäßigen Erhöhung der Standübersetzung um Eins zu einem Plusplanetenradsatz umgeformt werden. Beispielsweise kann der Planetenradsatz als Plusplanetenradsatz ausgebildet sein, wobei dann ebenfalls die Elemente Sonnenradwelle, Hohlradwelle und Stegwelle vorhanden sind, wobei die Stegwelle mindestens ein Planetenradpaar führt, bei welchem das eine Planetenrad mit der innenliegenden Sonnenradwelle und das andere Planetenrad mit der umliegenden Hohlradwelle im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen.
Der Stufenplanetenradsatz setzt sich aus den Elementen erste Sonnenradwelle, zweite Sonnenradwelle, Hohlradwelle und Stegwelle zusammen, wobei die Stegwelle mehrere Stufenplanetenräder drehbar gelagert führt, wobei jedes Stufenplanetenrad zwei miteinander drehfest verbundene Zahnräder aufweist. Mit anderen Worten weist jedes Stufenplanetenrad zwei drehfest miteinander verbundene Verzahnungsabschnitte auf, die unterschiedliche Durchmesser haben. Der erste Verzahnungsabschnitt bzw. das erste Zahnrad kämmt mit der Hohlradwelle und der ersten Sonnenradwelle, wobei der zweite Verzahnungsabschnitt bzw. das zweite Zahnrad mit der zweiten Sonnenradwelle kämmt. Bevorzugt weist das zweite Zahnrad einen größeren Durchmesser als das erste Zahnrad auf, wodurch eine höhere Übersetzung erzielbar ist.
Durch die Kombination der elektrischen Maschine mit dem Planetenradsatz, dem Stufenplanetenradsatz und den beiden Schaltelementen wird eine besonders effiziente Antriebsvorrichtung mit zwei Gängen und einer erhöhten Wandlung und Spreizung geschaffen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest das erste Schaltelement als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet, wobei das erste Schaltelement radial außerhalb des Planetenradsatzes angeordnet ist. Mithin ist das erste Schaltelement axial überlappend mit den Planetenradsatz angeordnet, wodurch die Antriebsvorrichtung axial kompakter ausgebildet werden kann. Beispielsweise ist auch das zweite Schaltelement als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Insbesondere ist das zweite Schaltelement axial zwischen der elektrischen Maschine und dem Planetenradsatz angeordnet. Beispielsweise ist ein reibschlüssiges Schaltelement als Lamellenschaltelement oder Konuskupplung ausgebildet. Durch reibschlüssige Schaltelemente können Lastschaltungen realisiert werden, also ein Schließen und Öffnen des Schaltelements während an mindestens einer Welle eine Antriebsleistung, insbesondere ein Drehmoment anliegt. Sofern das reibschlüssige Schaltelement zur Kopplung einer Welle mit einem Gehäuse vorgesehen ist, wird die Welle beim Schließen des reibschlüssigen Schaltelements am Gehäuse abgebremst, bis die Welle keine Drehzahl mehr aufweist. Wenn das reibschlüssige Schaltelement zur Kopplung zweier Welle vorgesehen ist, werden die Drehzahlen der Wellen beim Schließen des reibschlüssigen Schaltelements synchronisiert, sodass die beiden Wellen im geschlossenen Zustand mit derselben Drehzahl rotieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest das erste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, wobei das erste Schaltelement axial zwischen der elektrischen Maschine und dem Planetenradsatz angeordnet ist. Alternativ ist das erste Schaltelement axial zwischen dem Stufenplanetenradsatz und dem Planetenradsatz angeordnet. Beispielsweise ist auch das zweite Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Vorzugsweise ist das zweite Schaltelement axial zwischen der elektrischen Maschine und dem Planetenradsatz angeordnet ist. Beispielsweise ist ein formschlüssiges Schaltelement als Klauenkupplung ausgebildet. Durch formschlüssige Schaltelemente kann die Effizienz der Antriebsvorrichtung aufgrund verminderter Schleppverluste erhöht werden. Insbesondere sind formschlüssige Schaltelemente kompakter sowie wirkungsgradoptimiert ausgebildet und haben einen Kostenvorteil gegenüber reibschlüssigen Schaltelementen. Jedoch ist eine Lastschaltung mit formschlüssigen Schaltelementen nicht möglich. Daher muss vor dem Schließen eines formschlüssigen Schaltelements eine Synchronisation erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement als formschlüssiges Doppelschaltelement ausgebildet, wobei das Doppelschaltelement axial zwischen der elektrischen Maschine und dem Planetenradsatz angeordnet ist. Unter einem „Doppelschaltelement“ ist zu verstehen, dass zwei Schaltelemente axial direkt nebeneinanderliegend angeordnet sind und zu einer Einheit zusammengefasst sind, die mittels eines einzigen Aktuators schaltbar ist. Dadurch kann ein Aktuator eingespart werden, wodurch die Antriebsvorrichtung kompakter und effizienter wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Planetenradsatz zumindest teilweise oder vollständig radial innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet. Dazu ist die elektrische Maschine auf der ersten Rotationsachse angeordnet. Ferner bevorzugt ist auch das zweite Schaltelement zumindest teilweise oder vollständig radial innerhalb der elektrischen Maschine sowie axial angrenzend an dem Planetenradsatz angeordnet. Insbesondere wird die Antriebsvorrichtung dadurch axial kompakter ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die elektrische Antriebsvorrichtung ein Differential mit einem Differentialeingang und zwei Differentialausgangswellen auf, wobei der Differentialeingang zumindest mittelbar mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist. Beispielsweise ist der Differentialeingang als Differentialeingangswelle ausgebildet und drehfest mit der Getriebeausgangswelle verbunden. Die über den Differentialeingang in das Differential eingespeiste Antriebsleistung wird auf die beiden Differentialausgangswellen verteilt, wobei die jeweilige Differentialausgangswelle mit einem jeweiligen Antriebsrad einer elektrischen Antriebsachse des Fahrzeugs antriebswirksam verbunden ist.
Vorzugsweise ist das Differential als Kegelraddifferential ausgebildet. Ein als Kegelraddifferential ausgebildetes Differential weist zwei radseitige Abtriebselemente auf, insbesondere ein erstes Abtriebsrad und zweites Abtriebsrad. Die beiden Abtriebsräder kämmen jeweils mit einem Ausgleichselement. Die Ausgleichselemente sind in einem Differentialkorb um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Das jeweilige Abtriebsrad ist mit der jeweiligen Abtriebswelle drehfest verbunden. Der Antrieb des Differentials erfolgt über den Differentialkorb. Ferner sind auch alternative Ausbildungsformen des Differentials denkbar, beispielsweise als Stirnraddifferential bzw. Planetendifferential, insbesondere Plusplanetendifferential.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differential auf der ersten Rotationsachse angeordnet, wobei die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle als Hohlwellen ausgebildet sind, und wobei sich eine der beiden Differentialausgangswellen axial durch das Planetengetriebe erstreckt. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung insbesondere in radialer Richtung kompakter ausgebildet. Bevorzugt ist das Differential zumindest teilweise oder vollständig radial innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung insbesondere in axialer Richtung kompakter ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differential auf einer zweiten Rotationsachse angeordnet, wobei die zweite Rotationsachse achsparallel zur ersten Rotationsachse ausgebildet ist, wobei der Differentialeingang über eine Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung insbesondere in axialer Richtung kompakter ausgebildet, wobei über die Stirnradstufe eine Übersetzung erhöht werden kann. Insbesondere weist die Stirnradstufe zwei miteinander im Zahneingriff stehende Stirnräder auf, wobei das eine Stirnrad auf der ersten Rotationsachse angeordnet ist, wobei das andere Stirnrad auf der anderen Rotationsachse angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differential auf einer zweiten Rotationsachse angeordnet, wobei die zweite Rotationsachse achsparallel zur ersten Rotationsachse ausgebildet ist, wobei eine Zwischenwelle auf einer dritten Rotationsachse angeordnet ist, wobei die Zwischenwelle achsparallel zur ersten und zweiten Rotationsachse ausgebildet ist, wobei der Differentialeingang über eine erste Stirnradstufe mit der Zwischenwelle verbunden ist, wobei die Zwischenwelle über eine zweite Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung insbesondere in axialer Richtung kompakter ausgebildet, wobei über die beiden Stirnradstufen eine Übersetzung stärker erhöht werden kann als über eine Stirnradstufe. Insbesondere weist jede der beiden Stirnradstufen zwei miteinander im Zahneingriff stehende Stirnräder auf, wobei ein jeweiliges Stirnrad der jeweiligen Stirnradstufe mit der Zwischenwelle drehfest verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differential als integrales Differential ausgebildet. Unter einem „integralen Differential“ ist ein Differential mit einem ersten Planetenradsatz und einem mit dem ersten Planetenradsatz wirkverbundenen zweiten Planetenradsatz zu verstehen. Der erste Planetenradsatz ist mit der Getriebeausgangswelle, mit dem zweiten Planetenradsatz sowie zumindest mittelbar mit der ersten Differentialausgangswelle antriebswirksam verbunden. Der zweite Planetenradsatz ist zudem mit der zweiten Differentialausgangswelle antriebswirksam verbunden und stützt sich an einem ortsfesten Bauelement, insbesondere an einem Gehäusebauteil ab. Mittels eines solchen integralen Differentials ist das Eingangsmoment an der Getriebeausgangswelle wandelbar und in einem definierten Verhältnis auf die beiden Differentialausgangswellen aufteilbar. Vorzugsweise wird das Eingangsmoment hälftig auf die Differentialausgangswellen übertragen.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung. Insbesondere ist das Fahrzeug als Elektrofahrzeug ausgebildet und weist eine elektrische Antriebsachse mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung auf. Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Fahrzeug.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei gleiche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

1 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung;
2 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
5 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
6 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
7 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform;
8 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform;
9 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform;
10 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform,
11 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform;
12 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform;
13 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zwölften Ausführungsform; und
14 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform.

1 zeigt das Fahrzeug 100 mit einer ersten Antriebsachse 101 mit zwei Rädern R1, R2 und einer zweiten Antriebsachse 102 mit zwei Rädern R3, R4. Vorliegend ist die erste Antriebsachse 101 als Frontachse des Fahrzeugs 100 ausgebildet und mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung ausgestattet, die eine einzige elektrische Maschine EM und ein Planetengetriebe mit einem Stufenplanetenradsatz SP, einem Planetenradsatz MP und einem Differential 3 aufweist. Mithin ist das Fahrzeug 100 als elektrisches Fahrzeug ausgebildet. Die Antriebsvorrichtung ist quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet und mit den Rädern R1, R2 der ersten Antriebsachse 101 antriebswirksam verbunden. Vorliegend ist an der zweiten Antriebsachse 102, also an der Heckachse des Fahrzeugs 100, keine weitere Antriebsvorrichtung angeordnet, wodurch Kosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden. Zur Realisierung eines Allradantriebsystems kann an der zweiten Achse eine weitere Antriebsvorrichtung angeordnet und mit den Rädern R3, R4 der zweiten Antriebsachse 102 antriebswirksam verbunden sein.
2 zeigt schematisch eine elektrische Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei die Antriebsvorrichtung eine einzige elektrische Maschine EM, die über eine Getriebeeingangswelle 1 mit einem schaltbaren Planetengetriebe verbunden ist, aufweist. Das Planetengetriebe weist ein erstes Schaltelement A zum Schalten eines ersten Ganges, ein zweites Schaltelement B zum Schalten eines zweiten Ganges, einen Stufenplanetenradsatz SP, einen als Minusplanetenradsatz ausgebildeten Planetenradsatz MP und eine Getriebeausgangswelle 2 auf.
Der als Minusplanetenradsatz ausgebildete Planetenradsatz MP umfasst die Elemente Sonnenradwelle SR, Hohlradwelle HR und Stegwelle ST, wobei an der Stegwelle ST mehrere Planetenräder drehbar angeordnet sind, wobei jedes Planetenrad mit der Sonnenradwelle SR und der Hohlradwelle HR im Zahneingriff steht. Die Sonnenradwelle SR des Planetenradsatzes MP ist mit der Getriebeeingangswelle 1 drehfest verbunden. Die Hohlradwelle HR des Planetenradsatzes MP ist über das erste Schaltelement A mit einem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbindbar.
Die elektrische Maschine EM, die Getriebeeingangswelle 1, die Getriebeausgangswelle 2 und das schaltbare Planetengetriebe sind auf einer gemeinsamen Rotationsachse A1 angeordnet und somit koaxial zueinander ausgebildet.
Der Stufenplanetenradsatz SP weist eine erste Sonnenradwelle SR1, eine zweite Sonnenradwelle SR2, eine Hohlradwelle HR1 und eine Stegwelle ST1 mit mehreren Stufenplanetenrädern auf. An der Stegwelle ST1 des Stufenplanetenradsatzes SP sind mehrere Stufenplanetenräder drehbar angeordnet. Ein erstes Zahnrad Z1 des jeweiligen Stufenplanetenrades steht mit der ersten Hohlradwelle HR1 und der Sonnenradwelle SR1 des Stufenplanetenradsatzes SP im Zahneingriff, wobei ein zweites Zahnrad Z2 des jeweiligen Stufenplanetenrades mit dem ersten Zahnrad Z1 des jeweiligen Stufenplanetenrades drehfest verbunden ist und mit der zweiten Sonnenradwelle SR2 des Stufenplanetenradsatzes SP im Zahneingriff steht. Das zweite Zahnrad Z2 weist einen größeren Durchmesser als das erste Zahnrad Z1 auf. Die Hohlradwelle HR1 des Stufenplanetenradsatzes SP ist mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbunden. Die erste Sonnenradwelle SR1 des Stufenplanetenradsatzes SP ist mit der Stegwelle ST des Planetenradsatzes MP drehfest verbunden. Die zweite Sonnenradwelle SR2 des Stufenplanetenradsatzes SP ist mittels des zweiten Schaltelements B mit der Sonnenradwelle SR des Planetenradsatzes MP drehfest verbindbar. Die Stegwelle ST1 des Stufenplanetenradsatzes SP ist mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden.
Das erste Schaltelement A ist als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet und radial außerhalb des Planetenradsatzes MP angeordnet, somit axial überlappend mit dem Planetenradsatz MP angeordnet. Das zweite Schaltelement B ist ebenfalls als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet und axial zwischen der elektrischen Maschine EM und dem Planetenradsatz MP angeordnet.
Gemäß einer axialen Reihenfolge ist das zweite Schaltelement B an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei der Planetenradsatz MP und das erste Schaltelement A an dem zweiten Schaltelement B axial angrenzend angeordnet sind, wobei der Stufenplanetenradsatz SP an dem Planetenradsatz MP und dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet sind. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kompakt ausgebildet.
Dadurch, dass beide Schaltelemente A, B als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind, beispielsweise als Lamellenkupplungen, wird eine Lastschaltbarkeit in Zug- und Schubrichtung ermöglicht. Wenn das erste Schaltelement A geschlossen ist und das zweite Schaltelement B geöffnet ist, ist ein erster Gang mit einer ersten Übersetzung realisiert, wobei dann die Hohlradwelle HR des Planetenradsatzes MP mit dem Gehäuse G drehfest verbunden ist. Wenn das erste Schaltelement A geöffnet ist und das zweite Schaltelement B geschlossen ist, ist ein zweiter Gang mit einer zweiten Übersetzung realisiert, wobei dann die zweite Sonnenradwelle SR2 des Stufenplanetensatzes SP mit der Sonnenradwelle SR des Planetenradsatzes MP drehfest verbunden ist.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 3 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anbindung des Planetenradsatzes MP und Anordnung des ersten Schaltelements A besteht. Vorliegend ist das erste Schaltelement A nicht axial überlappend mit dem Planetenradsatz MP angeordnet, sondern axial angrenzend zwischen dem Planetenradsatz MP und dem Stufenplanetenradsatz SP angeordnet. Dadurch kann die Antriebsvorrichtung insbesondere radial kompakter ausgebildet werden. Ferner ist die Sonnenradwelle SR des Planetenradsatzes MP über das erste Schaltelement A mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbindbar, wobei die Hohlradwelle HR des Planetenradsatzes MP über das zweite Schaltelement B mit der zweiten Sonnenradwelle SR2 des Stufenplanetensatzes SP drehfest verbindbar ist. Wenn das erste Schaltelement A geschlossen ist und das zweite Schaltelement B geöffnet ist, ist der erste Gang mit der ersten Übersetzung realisiert, wobei dann die Sonnenradwelle SR des Planetenradsatzes MP mit dem Gehäuse G drehfest verbunden ist. Wenn das erste Schaltelement A geöffnet ist und das zweite Schaltelement B geschlossen ist, ist der zweite Gang mit der zweiten Übersetzung realisiert, wobei dann die zweite Sonnenradwelle SR2 des Stufenplanetensatzes SP mit der Hohlradwelle HR des Planetenradsatzes MP drehfest verbunden ist. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist das zweite Schaltelement B an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei der Planetenradsatz MP an dem zweiten Schaltelement B axial angrenzend angeordnet ist, wobei das erste Schaltelement A an dem Planetenradsatz MP axial angrenzend angeordnet ist, wobei der Stufenplanetenradsatz SP an dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kompakt ausgebildet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 3 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 4 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anbindung des Planetenradsatzes MP und Anordnung des ersten Schaltelements A besteht. Vorliegend ist das erste Schaltelement A nicht axial überlappend mit dem Planetenradsatz MP angeordnet, sondern axial angrenzend zwischen dem Planetenradsatz MP und dem Stufenplanetenradsatz SP angeordnet. Dadurch kann die Antriebsvorrichtung insbesondere radial kompakter ausgebildet werden. Ferner ist die Stegwelle ST des Planetenradsatzes MP über das erste Schaltelement A mit der ersten Sonnenradwelle SR1 des Stufenplanetensatzes SP drehfest verbindbar, wobei die Hohlradwelle HR des Planetenradsatzes MP mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbunden ist. Wenn das erste Schaltelement A geschlossen ist und das zweite Schaltelement B geöffnet ist, ist der erste Gang mit der ersten Übersetzung realisiert, wobei dann die erste Sonnenradwelle SR1 des Stufenplanetensatzes SP mit der Stegwelle ST des Planetenradsatzes MP drehfest verbunden ist. Wenn das erste Schaltelement A geöffnet ist und das zweite Schaltelement B geschlossen ist, ist der zweite Gang mit der zweiten Übersetzung realisiert, wobei dann die zweite Sonnenradwelle SR2 des Stufenplanetensatzes SP mit der Sonnenradwelle SR des Planetenradsatzes MP drehfest verbunden ist. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist das zweite Schaltelement B an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei der Planetenradsatz MP an dem zweiten Schaltelement B axial angrenzend angeordnet ist, wobei das erste Schaltelement A an dem Planetenradsatz MP axial angrenzend angeordnet ist, wobei der Stufenplanetenradsatz SP an dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kompakt ausgebildet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 4 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 5 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung und Anordnung des ersten Schaltelements A besteht. Vorliegend ist das erste Schaltelement A nicht axial überlappend mit dem Planetenradsatz MP angeordnet, sondern axial zwischen der elektrischen Maschine EM und dem Planetenradsatz MP angeordnet. Ferner ist das erste Schaltelement A als formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Klauenkupplung, ausgebildet. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist das zweite Schaltelement B an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei das erste Schaltelement A an dem zweiten Schaltelement B axial angrenzend angeordnet ist, wobei der Planetenradsatz MP an dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet ist, wobei der Stufenplanetenradsatz SP an dem Planetenradsatz MP axial angrenzend angeordnet ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kompakt ausgebildet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 5 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 6 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 5, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung des zweiten Schaltelements B besteht. Vorliegend ist das zweite Schaltelement B als formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Klauenkupplung, ausgebildet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 6 dem Ausführungsbeispiel gemäß 5, auf das Bezug genommen wird.
7 zeigt eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 7 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 6, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung des ersten Schaltelements A und des zweiten Schaltelements B als formschlüssiges Doppelschaltelement DS besteht. Das Doppelschaltelement DS ist axial zwischen der elektrischen Maschine EM und dem Planetenradsatz MP angeordnet und wird von einem einzigen Aktuator betätigt, sodass nur ein einziger Aktuator zum Schalten der beiden Gänge benötigt wird. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 7 dem Ausführungsbeispiel gemäß 6, auf das Bezug genommen wird.
8 zeigt eine siebte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 8 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anordnung eines Differentials 3 an der Getriebeausgangswelle 2 besteht. Das Differential 3 weist einen Differentialeingang 4 und zwei Differentialausgangswellen 5, 6 auf, wobei der Differentialeingang 4 drehfest mit der Getriebeausgangswelle 2 verbunden ist. Beispielsweise kann das Differential 3 als Stirnraddifferential ausgebildet sein. Ferner ist das Differential 3 auf der ersten Rotationsachse A1 angeordnet, wobei die Getriebeeingangswelle 1 und die Getriebeausgangswelle 2 als Hohlwellen ausgebildet sind, und wobei sich die erste Differentialausgangswelle 5 axial durch das Planetengetriebe und die elektrische Maschine EM erstreckt. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist das zweite Schaltelement B an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei der Planetenradsatz MP und das erste Schaltelement A an dem zweiten Schaltelement B axial angrenzend angeordnet sind, wobei der Stufenplanetenradsatz SP an dem Planetenradsatz MP und dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet sind, wobei das Differential 3 axial angrenzend an dem Stufenplanetenradsatz SP angeordnet ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kompakt ausgebildet. Alternativ kann das erste Schaltelement A und/oder das zweite Schaltelement B als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 8 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
9 zeigt eine achte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 9 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 8, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung des Differentials 3 sowie in der Anordnung des Minusplanetenradsatzes MP und des zweiten Schaltelements B besteht. Das Differential 3 ist vorliegend als Kegelraddifferential ausgebildet. Das Kegelraddifferential weist zwei radseitige Abtriebselemente auf, die als ein erstes Abtriebsrad 3a und ein zweites Abtriebsrad 3b ausgebildet sind. Die Abtriebsräder 3a, 3b kämmen jeweils mit einem Ausgleichselement 3c, 3d. Die Ausgleichselemente 3c, 3d sind an einem als Differentialkorb ausgebildeten Differentialeingang 4 um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Das erste Abtriebsrad 3a ist mit der ersten Differentialausgangswelle 5 drehfest verbunden und das zweite Abtriebsrad 3b ist mit der zweiten Differentialausgangswelle 6 drehfest verbunden. Der Differentialkorb ist mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden. Ferner sind der Planetenradsatz MP und das zweite Schaltelement B vollständig radial innerhalb der elektrischen Maschine EM angeordnet. Mithin überlappt die elektrische Maschine EM den Planetenradsatz MP und das zweite Schaltelement B in axialer Richtung vollständig. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung insbesondere in axialer Richtung kompakter ausgebildet. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist das erste Schaltelement A axial angrenzend an dem Planetenradsatz MP und der elektrischen Maschine EM angeordnet, wobei der Stufenplanetenradsatz SP axial angrenzend an dem ersten Schaltelement A angeordnet ist, wobei das Differential 3 axial angrenzend an dem Stufenplanetenradsatz SP angeordnet ist. Dadurch ist die Antriebsvorrichtung kompakt ausgebildet. Alternativ kann das erste Schaltelement A und/oder das zweite Schaltelement B als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ferner alternativ kann der Planetenradsatz MP nur teilweise axial überlappend mit der elektrischen Maschine EM angeordnet sein, also nur teilweise axial in die elektrische Maschine EM hineinragen. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 9 dem Ausführungsbeispiel gemäß 8, auf das Bezug genommen wird.
10 zeigt eine neunte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 10 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 9, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anordnung des Differentials 3 sowie in der Anordnung des Planetenradsatzes MP und des zweiten Schaltelements B besteht. Vorliegend ist das Differential 3 vollständig radial innerhalb der elektrischen Maschine EM angeordnet. Mithin überlappt die elektrische Maschine EM das Differential 3 in axialer Richtung vollständig. Ferner erstreckt sich nicht die erste Differentialausgangswelle 5, sondern die zweite Differentialausgangswelle 6 axial durch das Planetengetriebe. Der Minusplanetenradsatz MP und das zweite Schaltelement B sind axial zwischen der elektrischen Maschine EM und dem Stufenplanetenradsatz SP angeordnet und somit nicht axial überlappend mit der elektrischen Maschine EM. Das erste Schaltelement A ist radial außerhalb des Planetenradsatzes MP angeordnet, somit axial überlappend mit dem Planetenradsatzes MP angeordnet. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kompakt ausgebildet. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist das zweite Schaltelement B axial angrenzend an dem Differential 3 und der elektrischen Maschine EM angeordnet, wobei der Planetenradsatz MP und das erste Schaltelement A axial angrenzend an dem zweiten Schaltelement B angeordnet sind, wobei der Stufenplanetenradsatz SP axial angrenzend an dem Planetenradsatz MP und dem ersten Schaltelement A angeordnet sind. Alternativ kann das erste Schaltelement A und/oder das zweite Schaltelement B als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ferner alternativ kann das Differential 3 nur teilweise axial überlappend mit der elektrischen Maschine EM angeordnet sein, also nur teilweise axial in die elektrische Maschine EM hineinragen. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 10 dem Ausführungsbeispiel gemäß 9, auf das Bezug genommen wird.
11 zeigt eine zehnte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 11 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 8, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung des Differentials 3 besteht. Vorliegend ist das Differential 3 als integrales Differential mit einem ersten Planetenradsatz 30 und einem zweiten Planetenradsatz 40 ausgebildet, wobei das integrale Differential die Endübersetzung erhöht und eine Differentialfunktion ermöglicht. Die beiden Planetenradsätze 30, 40 können je nach Anforderung an das integrale Differential, insbesondere an die zu realisierende Übersetzung des integralen Differentials, entweder axial nebeneinander oder radial übereinander, also radial gestapelt angeordnet sein. Vorliegend sind die Planetenradsätze 30, 40 radial übereinander angeordnet, wodurch axialer Bauraum eingespart wird. Ein Sonnenrad 31 des ersten Planetenradsatzes 30 ist als Eingangswelle des integralen Differentials ausgebildet und mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden. Der Abtrieb am integralen Differential erfolgt über die zwei Differentialausgangswellen 5, 6, wobei eine Stegwelle 33 des ersten Planetenradsatzes 30 mit der ersten Differentialausgangswelle 5 drehfest verbunden ist, wobei ein Hohlrad 42 des zweiten Planetenradsatzes 40 mit der zweiten Differentialausgangswelle 6 drehfest verbunden ist. Das Sonnenrad 41 des zweiten Planetenradsatzes 40 ist drehfest mit dem Hohlrad 32 des ersten Planetenradsatzes 30 ausgebildet und vorliegend als Zwischenrad mit Innenverzahnung und Außenverzahnung ausgebildet. Die Stegwelle 43 des zweiten Planetenradsatzes 40 trägt mehrere Planetenräder 44, die mit dem Sonnenrad 41 und dem Hohlrad 42 kämmen, und ist mit dem Gehäuse G drehfest verbunden. Ferner trägt die Stegwelle 33 des ersten Planetenradsatzes 30 mehrere Planetenräder 34, die mit dem Sonnenrad 31 und dem Hohlrad 32 kämmen.
Mittels des ersten Planetenradsatzes 30 ist ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Differentialausgangswelle 5 übertragbar. Ein dem ersten Abtriebsmoment entgegengesetzt wirkendes Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes 30 wird auf den zweiten Planetenradsatz 40 übertragen und ist im zweiten Planetenradsatz 40 derart wandelbar, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Differentialausgangswelle 6 übertragbar ist. Mit anderen Worten wird mittels des integralen Differentials eine über das Sonnenrad 31 des ersten Planetenradsatzes 30 eingespeiste Antriebsleistung auf die beiden Differentialausgangswellen 5, 6 aufgeteilt. Vorliegend erstreckt sich die erste Differentialausgangswelle 5 durch das Planetengetriebe und die elektrische Maschine EM. Die zweite Differentialausgangswelle 6 erstreckt sich von der Antriebsvorrichtung weg in die entgegengesetzte Richtung. Alternativ kann das erste Schaltelement A und/oder das zweite Schaltelement B als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 11 dem Ausführungsbeispiel gemäß 8, auf das Bezug genommen wird.
12 zeigt eine elfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 12 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anbindung des Planetenradsatzes MP und Anordnung des ersten Schaltelements A besteht. Vorliegend ist das erste Schaltelement A nicht axial überlappend mit dem Planetenradsatz MP angeordnet, sondern axial angrenzend zwischen dem Planetenradsatz MP und dem zweiten Schaltelement B angeordnet. Dadurch kann die Antriebsvorrichtung insbesondere radial kompakter ausgebildet werden.
Das Sonnenrad SR des Planetenradsatzes MP ist über das erste Schaltelement A mit der Getriebeeingangswelle 1 drehfest verbindbar. Die Hohlradwelle HR des Planetenradsatzes MP ist mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbunden. Die Stegwelle ST des Planetenradsatzes MP ist mit der ersten Sonnenradwelle SR1 des Stufenplanetenradsatzes SP drehfest verbunden. Die zweite Sonnenradwelle SR2 des Stufenplanetenradsatzes SP ist mittels des zweiten Schaltelements B mit der Getriebeeingangswelle 1 drehfest verbindbar.
Wenn das erste Schaltelement A geschlossen ist und das zweite Schaltelement B geöffnet ist, ist der erste Gang mit der ersten Übersetzung realisiert, wobei dann die Sonnenradwelle SR des Planetensatzes MP mit der Getriebeeingangswelle 1 drehfest verbunden ist. Wenn das erste Schaltelement A geöffnet ist und das zweite Schaltelement B geschlossen ist, ist der zweite Gang mit der zweiten Übersetzung realisiert, wobei dann die zweite Sonnenradwelle SR2 des Stufenplanetensatzes SP mit der Getriebeeingangswelle 1 drehfest verbunden ist. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist das zweite Schaltelement B an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei das erste Schaltelement A an dem zweiten Schaltelement B axial angrenzend angeordnet ist, wobei der Planetenradsatz MP an dem ersten Schaltelement B axial angrenzend angeordnet ist, wobei der Stufenplanetenradsatz SP an dem Planetenradsatz MP axial angrenzend angeordnet ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kompakt ausgebildet. Ferner kann ein Differential mit der Getriebeausgangswelle 2 antriebswirksam verbunden sein. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 12 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
13 zeigt eine zwölfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 13 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 9, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anordnung des Differentials 3 sowie in der Anordnung des Planetenradsatzes MP und des zweiten Schaltelements B besteht. Vorliegend sind der Planetenradsatz MP und das zweite Schaltelement axial zwischen der elektrischen Maschine EM und dem Stufenplanetenradsatz SP angeordnet und somit nicht radial innerhalb der elektrischen Maschine EM. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung in radialer Richtung kompakter ausgebildet. Ferner ist das Differential 3 auf einer zweiten Rotationsachse A2 angeordnet, die achsparallel zu der ersten Rotationsachse A1 ausgebildet ist, wobei der Differentialeingang 4 über eine Stirnradstufe 7 mit der Getriebeausgangswelle 2 verbunden ist. Mithin sind die beiden Differentialausgangswellen 5, 6 achsparallel zum Planetengetriebe und zur elektrischen Maschine EM angeordnet, wodurch die Antriebsvorrichtung in axialer Richtung kompakter ausgebildet ist. Die Stirnradstufe 7 besteht aus einem ersten Festrad F1, das auf der ersten Rotationsachse A1 angeordnet und mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden ist, und einem zweiten Festrad F2, das auf der zweiten Rotationsachse A2 angeordnet und mit dem Differentialeingang 4 drehfest verbunden ist. Das Differential 3 ist wie in der Ausführungsform gemäß 9 als Kegelraddifferential ausgebildet, wobei das zweite Festrad F2 vorteilhafterweise als Verzahnung am Differentialkorb ausgebildet ist. Über die Durchmesser der Festräder F1, F2 kann nicht nur eine Übersetzung der Stirnradstufe 7 eingestellt werden, sondern auch der Achsabstand zwischen den beiden Rotationsachsen A1, A2. Alternativ kann das erste Schaltelement A und/oder das zweite Schaltelement B als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 13 dem Ausführungsbeispiel gemäß 9, auf das Bezug genommen wird.
14 zeigt eine dreizehnte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 14 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 13, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anordnung einer Zwischenwelle 10 besteht. Vorliegend ist das Differential 3 auf der zweiten Rotationsachse A2 angeordnet, die achsparallel zur ersten Rotationsachse A1 ausgebildet ist, wobei die Zwischenwelle 10 auf einer dritten Rotationsachse A3 angeordnet ist, die achsparallel zu der ersten und zweiten Rotationsachse A1, A2 ausgebildet ist. Der Differentialeingang 4 ist über eine erste Stirnradstufe 8 mit der Zwischenwelle 10 verbunden, wobei die Zwischenwelle 10 über eine zweite Stirnradstufe 9 mit der Getriebeausgangswelle 2 verbunden ist. Die beiden Differentialausgangswellen 5, 6 sind achsparallel zum Planetengetriebe, zur elektrischen Maschine EM und zur Zwischenwelle 10 angeordnet, wodurch die Antriebsvorrichtung in axialer Richtung kompakter ausgebildet ist und eine höhere Abtriebsübersetzung ermöglicht wird.
Die erste Stirnradstufe 8 besteht aus einem ersten Festrad F11, das auf der dritten Rotationsachse A3 angeordnet und mit der Zwischenwelle 10 drehfest verbunden ist, und einem zweiten Festrad F12, das auf der zweiten Rotationsachse A2 angeordnet und mit dem Differentialeingang 4 drehfest verbunden ist. Das Differential 3 ist wie in der Ausführungsform gemäß 9 als Kegelraddifferential ausgebildet, wobei das zweite Festrad F12 der ersten Stirnradstufe 8 vorteilhafterweise als Verzahnung am Differentialkorb ausgebildet ist. Über die Durchmesser der Festräder F11, F12 kann nicht nur eine Übersetzung der ersten Stirnradstufe 8 eingestellt werden, sondern auch der Achsabstand zwischen der zweiten und dritten Rotationsachse A2, A3. Die zweite Stirnradstufe 9 besteht aus einem ersten Festrad F21, das auf der dritten Rotationsachse A3 angeordnet und mit der Zwischenwelle 10 drehfest verbunden ist, und einem zweiten Festrad F22, das auf der ersten Rotationsachse A1 angeordnet und mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden ist. Über die Durchmesser der Festräder F21, F22 kann nicht nur eine Übersetzung der zweiten Stirnradstufe 9 eingestellt werden, sondern auch der Achsabstand zwischen der ersten und dritten Rotationsachse A1, A3. Alternativ kann das erste Schaltelement A und/oder das zweite Schaltelement B als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 14 dem Ausführungsbeispiel gemäß 13, auf das Bezug genommen wird.
Bezugszeichen

1: Getriebeeingangswelle
2: Getriebeausgangswelle
3: Differential
3a: erstes Abtriebsrad
3b: zweites Abtriebsrad
3c: erstes Ausgleichselement
3d: zweites Ausgleichselement
4: Differentialeingang
5: Differentialausgangswelle
6: Differentialausgangswelle
7: Stirnradstufe
8: erste Stirnradstufe
9: zweite Stirnradstufe
10: Zwischenwelle
30: erster Planetenradsatz
31: Sonnenrad
32: Hohlrad
33: Stegwelle
34: Planetenrad
40: zweiter Planetenradsatz
41: Sonnenrad
42: Hohlrad
43: Stegwelle
44: Planetenrad
G: Gehäuse
MP: Planetenradsatz
SR: Sonnenradwelle
HR: Hohlradwelle
ST: Stegwelle
SP: Stufenplanetenradsatz
SR1: erste Sonnenradwelle
SR2: zweite Sonnenradwelle
HR1: Hohlradwelle
ST1: Stegwelle
Z1: erstes Zahnrad
Z2: zweites Zahnrad
100: Fahrzeug
101: erste Antriebsachse
102: zweite Antriebsachse
R1: Rad
R2: Rad
R3: Rad
R4: Rad
EM: elektrische Maschine
F1: erstes Festrad
F2: zweites Festrad
F11: erstes Festrad
F12: zweites Festrad
F21: erstes Festrad
F22: zweites Festrad
A: erstes Schaltelement
B: zweites Schaltelement
A1: erste Rotationsachse
A2: zweite Rotationsachse
A3: dritte Rotationsachse

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 2014/139744 A1 [0002]

Claims

Elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug (100), aufweisend eine einzige elektrische Maschine (EM), die über eine Getriebeeingangswelle (1) mit einem schaltbaren Planetengetriebe verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement (A) zum Schalten eines ersten Ganges, ein zweites Schaltelement (B) zum Schalten eines zweiten Ganges, einen Stufenplanetenradsatz (SP) mit einer ersten Sonnenradwelle (SR1), einer zweiten Sonnenradwelle (SR2), einer Hohlradwelle (HR1) und einer Stegwelle (ST1) mit mehreren Stufenplanetenrädern, und einen Planetenradsatz (MP) mit den Elementen Sonnenradwelle (SR), Hohlradwelle (HR) und Stegwelle (ST) aufweist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle (1), die Getriebeausgangswelle (2) und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse (A1) angeordnet sind, wobei ein erstes Zahnrad (Z1) des jeweiligen Stufenplanetenrades mit der ersten Hohlradwelle (HR1) und der Sonnenradwelle (SR1) des Stufenplanetenradsatzes (SP) im Zahneingriff steht, wobei ein zweites Zahnrad (Z2) des jeweiligen Stufenplanetenrades mit dem ersten Zahnrad (Z1) des jeweiligen Stufenplanetenrades drehfest verbunden ist und mit der zweiten Sonnenradwelle (SR2) des Stufenplanetenradsatzes (SP) im Zahneingriff steht, wobei ein erstes Element des Planetenradsatzes (MP) mit der Getriebeeingangswelle (1) drehfest verbunden ist, wobei ein zweites Element des Planetenradsatzes (MP) über das erste Schaltelement (A) entweder mit einem Gehäuse (G) des Planetengetriebes drehfest verbindbar ist, wobei dann ein drittes Element des Planetenradsatzes (MP) mit der ersten Sonnenradwelle (SR1) des Stufenplanetenradsatzes (SP) drehfest verbunden ist, oder mit der ersten Sonnenradwelle (SR1) des Stufenplanetenradsatzes (SP) drehfest verbindbar ist, wobei dann ein drittes Element des Planetenradsatzes (MP) mit dem Gehäuse (G) des Planetengetriebes drehfest verbunden ist, wobei die Hohlradwelle (HR1) des Stufenplanetenradsatzes (SP) mit dem Gehäuse (G) drehfest verbunden ist, wobei die zweite Sonnenradwelle (SR2) des Stufenplanetenradsatzes (SP) mittels des zweiten Schaltelements (B) mit der Getriebeeingangswelle (1) drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle (ST1) des Stufenplanetenradsatzes (SP) mit einer Getriebeausgangswelle (2) drehfest verbunden ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Element des Planetenradsatzes (MP) die Hohlradwelle (HR) ist, wobei das zweite Element des Planetenradsatzes (MP) die Sonnenradwelle (SR) ist, wobei das dritte Element des Planetenradsatzes (MP) die Stegwelle (ST) ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Element des Planetenradsatzes (MP) die Sonnenradwelle (SR) ist, wobei das zweite Element des Planetenradsatzes (MP) die Hohlradwelle (HR) ist, wobei das dritte Element des Planetenradsatzes (MP) die Stegwelle (ST) ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug (100), aufweisend eine einzige elektrische Maschine (EM), die über eine Getriebeeingangswelle (1) mit einem schaltbaren Planetengetriebe verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement (A) zum Schalten eines ersten Ganges, ein zweites Schaltelement (B) zum Schalten eines zweiten Ganges, einen Stufenplanetenradsatz (SP) mit einer ersten Sonnenradwelle (SR1), einer zweiten Sonnenradwelle (SR2), einer Hohlradwelle (HR1) und einer Stegwelle (ST1) mit mehreren Stufenplanetenrädern, und einen Planetenradsatz (MP) mit den Elementen Sonnenradwelle (SR), Hohlradwelle (HR) und Stegwelle (ST) aufweist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle (1), die Getriebeausgangswelle (2) und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse (A1) angeordnet sind, wobei ein erstes Zahnrad (Z1) des jeweiligen Stufenplanetenrades mit der ersten Hohlradwelle (HR1) und der Sonnenradwelle (SR1) des Stufenplanetenradsatzes (SP) im Zahneingriff steht, wobei ein zweites Zahnrad (Z2) des jeweiligen Stufenplanetenrades mit dem ersten Zahnrad (Z1) des jeweiligen Stufenplanetenrades drehfest verbunden ist und mit der zweiten Sonnenradwelle (SR2) des Stufenplanetenradsatzes (SP) im Zahneingriff steht, wobei die Sonnenradwelle (SR) des Planetenradsatzes (MP) über das erste Schaltelement (A) mit der Getriebeeingangswelle (1) drehfest verbindbar ist, wobei die Hohlradwelle (HR) des Planetenradsatzes (MP) mit einem Gehäuse (G) des Planetengetriebes drehfest verbunden ist, wobei die Stegwelle (ST) des Planetenradsatzes (MP) mit der ersten Sonnenradwelle (SR1) des Stufenplanetenradsatzes (SP) drehfest verbunden ist, wobei die Hohlradwelle (HR1) des Stufenplanetenradsatzes (SP) mit dem Gehäuse (G) drehfest verbunden ist, wobei die zweite Sonnenradwelle (SR2) des Stufenplanetenradsatzes (SP) mittels des zweiten Schaltelements (B) mit der Getriebeeingangswelle (1) drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle (ST1) des Stufenplanetenradsatzes (SP) mit einer Getriebeausgangswelle (2) drehfest verbunden ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest das erste Schaltelement (A) als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist, wobei das erste Schaltelement (A) radial außerhalb des Planetenradsatzes (MP) angeordnet ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest das erste Schaltelement (A) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist, wobei das erste Schaltelement (A) axial zwischen der elektrischen Maschine (EM) und dem Planetenradsatz (MP) angeordnet ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Schaltelement (A) und das zweite Schaltelement (B) als formschlüssiges Doppelschaltelement (DS) ausgebildet sind, wobei das Doppelschaltelement (DS) axial zwischen der elektrischen Maschine (EM) und dem Planetenradsatz (MP) angeordnet ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Planetenradsatz (MP) zumindest teilweise radial innerhalb der elektrischen Maschine (EM) angeordnet ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Differential (3) mit einem Differentialeingang (4) und zwei Differentialausgangswellen (5, 6), wobei der Differentialeingang (4) zumindest mittelbar mit der Getriebeausgangswelle (2) verbunden ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Differential (3) auf der ersten Rotationsachse (A1) angeordnet ist, wobei die Getriebeeingangswelle (1) und die Getriebeausgangswelle (2) als Hohlwellen ausgebildet sind, und wobei sich eine der beiden Differentialausgangswellen (5, 6) axial durch das Planetengetriebe erstreckt.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Differential (3) zumindest teilweise radial innerhalb der elektrischen Maschine (EM) angeordnet ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Differential (3) auf einer zweiten Rotationsachse (A2) angeordnet ist, die achsparallel zur ersten Rotationsachse (A1) ausgebildet ist, wobei der Differentialeingang (4) über eine Stirnradstufe (7) mit der Getriebeausgangswelle (2) verbunden ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Differential (3) auf einer zweiten Rotationsachse (A2) angeordnet ist, die achsparallel zur ersten Rotationsachse (A1) ausgebildet ist, wobei eine Zwischenwelle (10) auf einer dritten Rotationsachse (A3) angeordnet ist, die achsparallel zur ersten und zweiten Rotationsachse (A1, A2) ausgebildet ist, wobei der Differentialeingang (4) über eine erste Stirnradstufe (8) mit der Zwischenwelle (10) verbunden ist, wobei die Zwischenwelle (10) über eine zweite Stirnradstufe (9) mit der Getriebeausgangswelle (2) verbunden ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Differential (3) als Kegelraddifferential oder als integrales Differential ausgebildet ist.
Fahrzeug (100) mit einer Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.