DE102022209069A1

DE102022209069A1 - Elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102022209069A1
Application number: DE102022209069.1A
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: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, aufweisend eine einzige elektrische Maschine, die über eine Getriebeeingangswelle mit einem schaltbaren Planetengetriebe antriebswirksam verbunden ist, wobei das Planetengetriebe drei Schaltelemente zum Schalten von drei Gängen sowie drei Planetenradsätze jeweils mit einer Sonnenradwelle, einer Hohlradwelle und einer Stegwelle aufweist, wobei die Sonnenradwelle des ersten Planetenradsatzes mit der Stegwelle des zweiten Planetenradsatzes und mit der Hohlradwelle des dritten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei die Hohlradwelle des ersten Planetenradsatzes mit der Hohlradwelle des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist und mittels des dritten Schaltelements mit der Sonnenradwelle des dritten Planetenradsatzes drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle des ersten Planetenradsatzes mittels des ersten Schaltelements mit einem Gehäuse drehfest verbindbar ist, wobei die Sonnenradwelle des zweiten Planetenradsatzes mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist, wobei die Sonnenradwelle des dritten Planetenradsatzes mittels des zweiten Schaltelements mit dem Gehäuse drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle des dritten Planetenradsatzes mit einer Getriebeausgangswelle drehfest verbunden ist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle, die Getriebeausgangswelle und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse angeordnet sind.

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 3-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 jeweiligen Merkmalen der Patentansprüche 1 bis 3. 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 antriebswirksam verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement zum Schalten eines ersten Ganges, ein zweites Schaltelement zum Schalten eines zweiten Ganges, ein drittes Schaltelement zum Schalten eines dritten Ganges, sowie einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz jeweils mit einer Sonnenradwelle, einer Hohlradwelle und einer Stegwelle, die mehrere Planetenräder drehbar aufnimmt, aufweist, wobei die Sonnenradwelle des ersten Planetenradsatzes mit der Stegwelle des zweiten Planetenradsatzes und mit der Hohlradwelle des dritten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei die Hohlradwelle des ersten Planetenradsatzes mit der Hohlradwelle des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist und mittels des dritten Schaltelements mit der Sonnenradwelle des dritten Planetenradsatzes drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle des ersten Planetenradsatzes mittels des ersten Schaltelements mit einem Gehäuse drehfest verbindbar ist, wobei die Sonnenradwelle des zweiten Planetenradsatzes mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist, wobei die Sonnenradwelle des dritten Planetenradsatzes mittels des zweiten Schaltelements mit dem Gehäuse drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle des dritten Planetenradsatzes mit einer Getriebeausgangswelle drehfest verbunden ist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle, die Getriebeausgangswelle und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse angeordnet sind.
Eine weitere erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst eine einzige elektrische Maschine, die über eine Getriebeeingangswelle mit einem schaltbaren Planetengetriebe antriebswirksam verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement zum Schalten eines ersten Ganges, ein zweites Schaltelement zum Schalten eines zweiten Ganges, ein drittes Schaltelement zum Schalten eines dritten Ganges, sowie einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz jeweils mit einer Sonnenradwelle, einer Hohlradwelle und einer Stegwelle, die mehrere Planetenräder drehbar aufnimmt, aufweist, wobei die Sonnenradwelle des ersten Planetenradsatzes mit der Stegwelle des zweiten Planetenradsatzes und mit der Hohlradwelle des dritten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei die Hohlradwelle des ersten Planetenradsatzes mittels des ersten Schaltelements mit der Hohlradwelle des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle des ersten Planetenradsatzes mit einem Gehäuse drehfest verbunden ist, wobei die Sonnenradwelle des zweiten Planetenradsatzes mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist, wobei die Hohlradwelle des zweiten Planetenradsatzes mittels des dritten Schaltelements mit der Sonnenradwelle des dritten Planetenradsatzes drehfest verbindbar ist, wobei die Sonnenradwelle des dritten Planetenradsatzes mittels des zweiten Schaltelements mit dem Gehäuse drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle des dritten Planetenradsatzes mit einer Getriebeausgangswelle drehfest verbunden ist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle, die Getriebeausgangswelle und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse angeordnet sind.
Eine weitere erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst eine einzige elektrische Maschine, die über eine Getriebeeingangswelle mit einem schaltbaren Planetengetriebe antriebswirksam verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement zum Schalten eines ersten Ganges, ein zweites Schaltelement zum Schalten eines zweiten Ganges, ein drittes Schaltelement zum Schalten eines dritten Ganges, sowie einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz jeweils mit einer Sonnenradwelle, einer Hohlradwelle und einer Stegwelle, die mehrere Planetenräder drehbar aufnimmt, aufweist, wobei die Sonnenradwelle des ersten Planetenradsatzes mittels des ersten Schaltelements mit der Stegwelle des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist, wobei die Hohlradwelle des ersten Planetenradsatzes mit der Hohlradwelle des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist und mittels des dritten Schaltelements mit der Sonnenradwelle des dritten Planetenradsatzes drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle des ersten Planetenradsatzes mit einem Gehäuse drehfest verbunden ist, wobei die Sonnenradwelle des zweiten Planetenradsatzes mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist, wobei die Stegwelle des zweiten Planetenradsatzes mit der Hohlradwelle des dritten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei die Sonnenradwelle des dritten Planetenradsatzes mittels des zweiten Schaltelements mit dem Gehäuse drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle des dritten Planetenradsatzes mit einer Getriebeausgangswelle drehfest verbunden ist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle, die Getriebeausgangswelle und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse angeordnet sind.
Mithin weisen alle drei 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, und wobei die elektrische Maschine mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden. Ferner ist die Sonnenradwelle des zweiten Planetenradsatzes stets mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbunden, wobei die Stegwelle des dritten Planetenradsatzes mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden ist. Die Variation der Anordnung des ersten Schaltelements an den Wellen des ersten Planetenradsatzes und die daraus resultierenden Anbindungsmöglichkeiten der Wellen des ersten Planetenradsatzes führen zu den drei erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtungen.
Unter einer „mittelbaren Verbindung“ oder eine „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 drei 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 drei Aktuatoren zum Schalten der drei Schaltelemente benötigt. Die Schaltelemente sind als Gangschaltelemente ausgebildet und somit zum Schalten von Gängen eingerichtet.
Der jeweilige Planetenradsatz ist vorzugsweise als Minusplanetenradsatz ausgebildet und setzt sich jeweils 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.
Durch die Kombination der elektrischen Maschine mit drei Planetenradsätzen und drei Schaltelementen wird eine besonders effiziente Antriebsvorrichtung mit drei Gängen und einer erhöhten Wandlung und Spreizung geschaffen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind alle drei Schaltelemente als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Beispielsweise ist kein Schaltelement axial überlappend mit einem Planetenradsatz angeordnet. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung insbesondere in radialer Richtung kompakter ausgebildet. 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 beispielsweise axial zwischen der elektrischen Maschine und dem ersten Planetenradsatz angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste und das dritte Schaltelement jeweils als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, wobei das erste und das dritte Schaltelement beispielsweise axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz angeordnet sind. Bevorzugt ist das zweite Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, wobei das zweite Schaltelement beispielsweise axial angrenzend an dem dritten Planetenradsatz angeordnet. 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 ist der erste Planetenradsatz zumindest teilweise oder vollständig radial innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet. Die elektrische Maschine ist auf der ersten Rotationsachse 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 des integralen Differentials ist mit der Getriebeausgangswelle, mit dem zweiten Planetenradsatz des integralen Differentials sowie zumindest mittelbar mit der ersten Differentialausgangswelle antriebswirksam verbunden. Der zweite Planetenradsatz des integralen Differentials 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; und
13 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zwölften 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 ersten Planetenradsatz P1, einem zweiten Planetenradsatz P2, einem dritten Planetenradsatz P3 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, ein drittes Schaltelement C zum Schalten eines dritten Ganges, einen ersten Planetenradsatz P1, einen zweiten Planetenradsatz P2, einen dritten Planetenradsatz P3 und eine Getriebeausgangswelle 2 auf.
Der erste Planetenradsatz P1 ist als Minusplanetenradsatz ausgebildet und umfasst die Elemente Sonnenradwelle SR1, Hohlradwelle HR1 und Stegwelle ST1, wobei an der Stegwelle ST1 des ersten Planetenradsatzes P1 mehrere Planetenräder drehbar angeordnet sind, wobei jedes Planetenrad mit der Sonnenradwelle SR1 und der Hohlradwelle HR1 des ersten Planetenradsatzes P1 im Zahneingriff steht.
Der zweite Planetenradsatz P2 ist als Minusplanetenradsatz ausgebildet und umfasst die Elemente Sonnenradwelle SR2, Hohlradwelle HR2 und Stegwelle ST2, wobei an der Stegwelle ST2 des zweiten Planetenradsatzes P2 mehrere Planetenräder drehbar angeordnet sind, wobei jedes Planetenrad mit der Sonnenradwelle SR2 und der Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 im Zahneingriff steht.
Der dritte Planetenradsatz P3 ist als Minusplanetenradsatz ausgebildet und umfasst die Elemente Sonnenradwelle SR3, Hohlradwelle HR3 und Stegwelle ST3, wobei an der Stegwelle ST3 des dritten Planetenradsatzes P3 mehrere Planetenräder drehbar angeordnet sind, wobei jedes Planetenrad mit der Sonnenradwelle SR3 und der Hohlradwelle HR3 des dritten Planetenradsatzes P3 im Zahneingriff steht.
Die Sonnenradwelle SR1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit der Stegwelle ST2 des zweiten Planetenradsatzes P2 und mit der Hohlradwelle HR3 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest verbunden. Die Hohlradwelle HR1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit der Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest verbunden und mittels des dritten Schaltelements C mit der Sonnenradwelle SR3 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest verbindbar. Die Stegwelle ST1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mittels des ersten Schaltelements A mit einem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbindbar. Die Sonnenradwelle SR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit der Getriebeeingangswelle 1 drehfest verbunden. Die Sonnenradwelle SR3 des dritten Planetenradsatzes P3 ist mittels des zweiten Schaltelements B mit dem Gehäuse G drehfest verbindbar. Die Stegwelle ST3 des dritten Planetenradsatzes P3 ist mit einer Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden. Die elektrische Maschine EM, die Getriebeeingangswelle 1, die Getriebeausgangswelle 2 und das schaltbare Planetengetriebe sind auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse A1 angeordnet.
Vorliegend sind alle drei Schaltelemente A, B, C als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Das erste Schaltelement A ist axial zwischen der elektrischen Maschine EM und dem ersten Planetenradsatz P1 angeordnet. Das dritte Schaltelement C ist axial zwischen dem dritten Planetenradsatz P3 und dem zweiten Schaltelements B angeordnet. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist das erste Schaltelement A an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz P1 an dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet ist, wobei der zweite Planetenradsatz P2 an dem ersten Planetenradsatz P1 axial angrenzend angeordnet ist, wobei der dritte Planetenradsatz P3 an dem zweiten Planetenradsatz P2 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das dritte Schaltelement C an dem dritten Planetenradsatz P3 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das zweite Schaltelement B an dem dritten Schaltelement C axial angrenzend angeordnet ist. Mit anderen Worten grenzen die drei Planetenradsätzen unmittelbar aneinander, wobei keine Schaltelemente oder andere Bauteile, die keine Elemente dieser drei Planetenradsätze P1, P2, P3 sind, dazwischen angeordnet sind. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung besonders kompakt ausgebildet.
Dadurch, dass alle drei Schaltelemente A, B, C als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind, beispielsweise als Lamellenkupplungen, wird eine Lastschaltbarkeit in Zug- und Schubrichtung ermöglicht. Vorliegend sind das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement jeweils als Bremsen ausgebildet und zum stationären Festlegen der jeweiligen Welle vorgesehen.
Wenn das erste Schaltelement A und das dritte Schaltelement C geschlossen sind sowie das zweite Schaltelement B geöffnet ist, ist ein erster Gang mit einer ersten Übersetzung realisiert, wobei dann die Stegwelle ST1 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbunden ist und die Hohlradwelle HR1 des ersten Planetenradsatzes P1 mit der Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 und mit der Sonnenradwelle SR3 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest verbunden ist.
Wenn das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B geschlossen sind sowie das dritte Schaltelement C geöffnet ist, ist ein zweiter Gang mit einer zweiten Übersetzung realisiert, wobei dann die Stegwelle ST1 des ersten Planetenradsatzes P1 und die Sonnenradwelle SR3 des dritten Planetenradsatzes P3 jeweils mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbunden sind.
Wenn das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C geschlossen sind sowie das erste Schaltelement A geöffnet ist, ist ein dritter Gang mit einer dritten Übersetzung realisiert, wobei dann die Hohlradwelle HR1 des ersten Planetenradsatzes P1, die Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 und die Sonnenradwelle SR3 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbunden sind.
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 ersten und zweiten Planetenradsatzes P1, P2 und der Anordnung des ersten Schaltelements A besteht. Vorliegend ist das erste Schaltelement A nicht zwischen dem Gehäuse G des Planetengetriebes und der Stegwelle ST1 des ersten Planetenradsatzes P1 angeordnet, sondern radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes P1 an der Hohlradwelle HR1 des ersten Planetenradsatzes P1. Mithin ist die Hohlradwelle HR1 des ersten Planetenradsatzes P1 mittels des ersten Schaltelements A mit der Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest verbindbar, wobei die Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 mittels des dritten Schaltelements C mit der Sonnenradwelle SR3 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest verbindbar ist. Die Stegwelle ST1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbunden.
Wenn das erste Schaltelement A und das dritte Schaltelement C geschlossen sind sowie das zweite Schaltelement B geöffnet ist, ist ein erster Gang mit einer ersten Übersetzung realisiert, wobei dann die die Hohlradwelle HR1 des ersten Planetenradsatzes P1, die Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 und die Sonnenradwelle SR3 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest verbunden sind.
Wenn das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B geschlossen sind sowie das dritte Schaltelement C geöffnet ist, ist ein zweiter Gang mit einer zweiten Übersetzung realisiert, wobei dann die Hohlradwelle HR1 des ersten Planetenradsatzes P1 mit der Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest verbunden ist und die Sonnenradwelle SR3 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbunden ist.
Wenn das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C geschlossen sind sowie das erste Schaltelement A geöffnet ist, ist ein dritter Gang mit einer dritten Übersetzung realisiert, wobei dann die Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 und die Sonnenradwelle SR3 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbunden sind.
Gemäß einer axialen Reihenfolge sind das erste Schaltelement A und der erste Planetenradsatz P1 an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei der zweite Planetenradsatz P2 an dem ersten Planetenradsatz P1 und dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet ist, wobei der dritte Planetenradsatz P3 an dem zweiten Planetenradsatz P2 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das dritte Schaltelement C an dem dritten Planetenradsatz P3 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das zweite Schaltelement B an dem dritten Schaltelement C 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 ersten und zweiten Planetenradsatzes P1, P2 und der Anordnung des ersten Schaltelements A besteht. Vorliegend ist das erste Schaltelement A nicht zwischen dem Gehäuse G des Planetengetriebes und der Stegwelle ST1 des ersten Planetenradsatzes P1 angeordnet, sondern zwischen der Sonnenradwelle SR1 des ersten Planetenradsatzes P1 und der Stegwelle ST2 des zweiten Planetenradsatzes P2. Mithin ist die Sonnenradwelle SR1 des ersten Planetenradsatzes P1 mittels des ersten Schaltelements A mit der Stegwelle ST2 des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Hohlradwelle HR3 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest verbindbar. Die Stegwelle ST1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbunden.
Wenn das erste Schaltelement A und das dritte Schaltelement C geschlossen sind sowie das zweite Schaltelement B geöffnet ist, ist ein erster Gang mit einer ersten Übersetzung realisiert, wobei dann die die Sonnenradwelle SR1 des ersten Planetenradsatzes P1 mit der Stegwelle ST2 des zweiten Planetenradsatzes P2 und mit der Hohlradwelle HR3 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest verbunden ist sowie die Hohlradwelle HR1 des ersten Planetenradsatzes P1 mit der Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 und mit der Sonnenradwelle SR3 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest verbunden ist.
Wenn das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B geschlossen sind sowie das dritte Schaltelement C geöffnet ist, ist ein zweiter Gang mit einer zweiten Übersetzung realisiert, wobei dann die die Sonnenradwelle SR1 des ersten Planetenradsatzes P1 mit der Stegwelle ST2 des zweiten Planetenradsatzes P2 und mit der Hohlradwelle HR3 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest verbunden ist sowie die Sonnenradwelle SR3 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbunden ist.
Wenn das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C geschlossen sind sowie das erste Schaltelement A geöffnet ist, ist ein dritter Gang mit einer dritten Übersetzung realisiert, wobei dann die Hohlradwelle HR1 des ersten Planetenradsatzes P1, die Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 und die Sonnenradwelle SR3 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbunden sind.
Gemäß einer axialen Reihenfolge ist der erste Planetenradsatz P1 an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei das erste Schaltelement A an dem ersten Planetenradsatz P1 axial angrenzend angeordnet ist, wobei der zweite Planetenradsatz P2 an dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet ist, wobei der dritte Planetenradsatz P3 an dem zweiten Planetenradsatz P2 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das dritte Schaltelement C an dem dritten Planetenradsatz P3 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das zweite Schaltelement B an dem dritten Schaltelement C 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 des ersten Schaltelements A besteht. Vorliegend ist das erste Schaltelement A als formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Klauenschaltelement, ausgebildet. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kosteneffizienter und kompakter. 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 3, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung und Anordnung des ersten Schaltelements A und des dritten Schaltelements C besteht. Das erste Schaltelement A und das dritte Schaltelement C sind jeweils als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet und axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist der erste Planetenradsatz P1 an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei das erste Schaltelement A an dem ersten Planetenradsatz P1 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das dritte Schaltelement C an dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet ist, wobei der zweite Planetenradsatz P2 an dem dritten Schaltelement C axial angrenzend angeordnet ist, wobei der dritte Planetenradsatz P3 an dem zweiten Planetenradsatz P2 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das zweite Schaltelement B an dem dritten Planetenradsatz P3 axial angrenzend angeordnet ist. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 6 dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, auf das Bezug genommen wird.
7 zeigt eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 7 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 3, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung aller drei Schaltelemente A, B, C als formschlüssige Schaltelemente besteht. Ferner sind das erste Schaltelement A und das dritte Schaltelement C axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet. Beispielsweise sind alle drei Schaltelemente A, B, C als Klauenkupplungen ausgebildet. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kosteneffizienter und kompakter. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist der erste Planetenradsatz P1 an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei das erste Schaltelement A an dem ersten Planetenradsatz P1 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das dritte Schaltelement C an dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet ist, wobei der zweite Planetenradsatz P2 an dem dritten Schaltelement C axial angrenzend angeordnet ist, wobei der dritte Planetenradsatz P3 an dem zweiten Planetenradsatz P2 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das zweite Schaltelement B an dem dritten Planetenradsatz P3 axial angrenzend angeordnet ist. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 7 dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, 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 erste Schaltelement A an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz P1 an dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet ist, wobei der zweite Planetenradsatz P2 an dem ersten Planetenradsatz P1 axial angrenzend angeordnet ist, wobei der dritte Planetenradsatz P3 an dem zweiten Planetenradsatz P2 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das dritte Schaltelement C an dem dritten Planetenradsatz P3 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das zweite Schaltelement B an dem dritten Schaltelement C axial angrenzend angeordnet ist, wobei das Differential 3 an dem zweiten Schaltelement B axial angrenzend angeordnet ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kompakt ausgebildet. Alternativ kann zumindest das erste Schaltelement A 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 und in der Anordnung des ersten Planetenradsatzes P1 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 ist der erste Planetenradsatz P1 radial innerhalb der elektrischen Maschine EM angeordnet. Mithin überlappt die elektrische Maschine EM den ersten Planetenradsatz P1 in axialer Richtung vollständig. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung in axialer Richtung kompakter ausgebildet. Das erste Schaltelement A ist axial zwischen der elektrischen Maschine EM und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist das erste Schaltelement A an der elektrischen Maschine EM und dem ersten Planetenradsatz P1 axial angrenzend angeordnet, wobei der zweite Planetenradsatz P2 an dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet ist, wobei der dritte Planetenradsatz P3 an dem zweiten Planetenradsatz P2 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das dritte Schaltelement C an dem dritten Planetenradsatz P3 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das zweite Schaltelement B an dem dritten Schaltelement C axial angrenzend angeordnet ist, wobei das Differential 3 an dem zweiten Schaltelement B axial angrenzend angeordnet ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kompakt ausgebildet. Alternativ kann zumindest das erste Schaltelement A als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ferner alternativ kann der erste Planetenradsatz P1 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 des ersten Planetenradsatzes P1 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 erste Planetenradsatz P1 ist axial zwischen dem ersten Schaltelement A und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet und überlappt axial somit nicht mit der elektrischen Maschine EM. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist das erste Schaltelement A an der elektrischen Maschine EM und dem Differential 3 axial angrenzend angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz P1 an dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet ist, wobei der zweite Planetenradsatz P2 an dem ersten Planetenradsatz P1 axial angrenzend angeordnet ist, wobei der dritte Planetenradsatz P3 an dem zweiten Planetenradsatz P2 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das dritte Schaltelement C an dem dritten Planetenradsatz P3 axial angrenzend angeordnet ist, wobei das zweite Schaltelement B an dem dritten Schaltelement C axial angrenzend angeordnet ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kompakt ausgebildet. Alternativ kann zumindest das erste Schaltelement A 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 des integralen Differentials 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 des integralen Differentials radial übereinander angeordnet, wodurch axialer Bauraum eingespart wird. Ein Sonnenrad 31 des ersten Planetenradsatzes 30 des integralen Differentials ist als Differentialeingang 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 des integralen Differentials mit der ersten Differentialausgangswelle 5 drehfest verbunden ist, wobei ein Hohlrad 42 des zweiten Planetenradsatzes 40 des integralen Differentials mit der zweiten Differentialausgangswelle 6 drehfest verbunden ist. Das Sonnenrad 41 des zweiten Planetenradsatzes 40 des integralen Differentials ist drehfest mit dem Hohlrad 32 des ersten Planetenradsatzes 30 des integralen Differentials ausgebildet und vorliegend als Zwischenrad mit Innenverzahnung und Außenverzahnung ausgebildet. Die Stegwelle 43 des zweiten Planetenradsatzes 40 des integralen Differentials 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 des integralen Differentials mehrere Planetenräder 34, die mit dem Sonnenrad 31 und dem Hohlrad 32 kämmen.
Mittels des ersten Planetenradsatzes 30 des integralen Differentials 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 zumindest das erste Schaltelement A 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 9, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anordnung des Differentials 3 besteht. Vorliegend 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 zumindest das erste Schaltelement A als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 12 dem Ausführungsbeispiel gemäß 9, auf das Bezug genommen wird.
13 zeigt eine zwölfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung gemäß 13 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 12, 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 12 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 zumindest das erste Schaltelement A als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 13 dem Ausführungsbeispiel gemäß 12, 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 des integralen Differentials
31: Sonnenrad
32: Hohlrad
33: Stegwelle
34: Planetenrad
40: zweiter Planetenradsatz des integralen Differentials
41: Sonnenrad
42: Hohlrad
43: Stegwelle
44: Planetenrad
G: Gehäuse
P1: erster Planetenradsatz
SR1: Sonnenradwelle
HR1: Hohlradwelle
ST1: Stegwelle
P2: zweiter Planetenradsatz
SR2: Sonnenradwelle
HR2: Hohlradwelle
ST2: Stegwelle
P3: dritter Planetenradsatz
SR3: Sonnenradwelle
HR3: Hohlradwelle
ST3: Stegwelle
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
C: drittes Schaltelement
A1: erste Rotationsachse
A2: zweite Rotationsachse
A3: dritte Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014139744 A1 [0002]

Claims

Elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug (100), aufweisend eine einzige elektrische Maschine (EM), die über eine Getriebeeingangswelle (1) mit einem schaltbaren Planetengetriebe antriebswirksam verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement (A) zum Schalten eines ersten Ganges, ein zweites Schaltelement (B) zum Schalten eines zweiten Ganges, ein drittes Schaltelement (C) zum Schalten eines dritten Ganges, sowie einen ersten Planetenradsatz (P1), einen zweiten Planetenradsatz (P2) und einen dritten Planetenradsatz (P3) jeweils mit einer Sonnenradwelle (SR1, SR2, SR3), einer Hohlradwelle (HR1, HR2, HR3) und einer Stegwelle (ST1, ST2, ST3), die mehrere Planetenräder drehbar aufnimmt, aufweist, wobei die Sonnenradwelle (SR1) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der Stegwelle (ST2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und mit der Hohlradwelle (HR3) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest verbunden ist, wobei die Hohlradwelle (HR1) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der Hohlradwelle (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest verbunden ist und mittels des dritten Schaltelements (C) mit der Sonnenradwelle (SR3) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle (ST1) des ersten Planetenradsatzes (P1) mittels des ersten Schaltelements (A) mit einem Gehäuse (G) drehfest verbindbar ist, wobei die Sonnenradwelle (SR2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit der Getriebeeingangswelle (1) drehfest verbunden ist, wobei die Sonnenradwelle (SR3) des dritten Planetenradsatzes (P3) mittels des zweiten Schaltelements (B) mit dem Gehäuse (G) drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle (ST3) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit einer Getriebeausgangswelle (2) drehfest verbunden ist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle (1), die Getriebeausgangswelle (2) und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse (A1) angeordnet sind.
Elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug (100), aufweisend eine einzige elektrische Maschine (EM), die über eine Getriebeeingangswelle (1) mit einem schaltbaren Planetengetriebe antriebswirksam verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement (A) zum Schalten eines ersten Ganges, ein zweites Schaltelement (B) zum Schalten eines zweiten Ganges, ein drittes Schaltelement (C) zum Schalten eines dritten Ganges, sowie einen ersten Planetenradsatz (P1), einen zweiten Planetenradsatz (P2) und einen dritten Planetenradsatz (P3) jeweils mit einer Sonnenradwelle (SR1, SR2, SR3), einer Hohlradwelle (HR1, HR2, HR3) und einer Stegwelle (ST1, ST2, ST3), die mehrere Planetenräder drehbar aufnimmt, aufweist, wobei die Sonnenradwelle (SR1) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der Stegwelle (ST2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und mit der Hohlradwelle (HR3) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest verbunden ist, wobei die Hohlradwelle (HR1) des ersten Planetenradsatzes (P1) mittels des ersten Schaltelements (A) mit der Hohlradwelle (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle (ST1) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem Gehäuse (G) drehfest verbunden ist, wobei die Sonnenradwelle (SR2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit der Getriebeeingangswelle (1) drehfest verbunden ist, wobei die Hohlradwelle (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mittels des dritten Schaltelements (C) mit der Sonnenradwelle (SR3) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest verbindbar ist, wobei die Sonnenradwelle (SR3) des dritten Planetenradsatzes (P3) mittels des zweiten Schaltelements (B) mit dem Gehäuse (G) drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle (ST3) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit einer Getriebeausgangswelle (2) drehfest verbunden ist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle (1), die Getriebeausgangswelle (2) und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse (A1) angeordnet sind.
Elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug (100), aufweisend eine einzige elektrische Maschine (EM), die über eine Getriebeeingangswelle (1) mit einem schaltbaren Planetengetriebe antriebswirksam verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement (A) zum Schalten eines ersten Ganges, ein zweites Schaltelement (B) zum Schalten eines zweiten Ganges, ein drittes Schaltelement (C) zum Schalten eines dritten Ganges, sowie einen ersten Planetenradsatz (P1), einen zweiten Planetenradsatz (P2) und einen dritten Planetenradsatz (P3) jeweils mit einer Sonnenradwelle (SR1, SR2, SR3), einer Hohlradwelle (HR1, HR2, HR3) und einer Stegwelle (ST1, ST2, ST3), die mehrere Planetenräder drehbar aufnimmt, aufweist, wobei die Sonnenradwelle (SR1) des ersten Planetenradsatzes (P1) mittels des ersten Schaltelements (A) mit der Stegwelle (ST2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, wobei die Hohlradwelle (HR1) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der Hohlradwelle (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest verbunden ist und mittels des dritten Schaltelements (C) mit der Sonnenradwelle (SR3) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle (ST1) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem Gehäuse (G) drehfest verbunden ist, wobei die Sonnenradwelle (SR2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit der Getriebeeingangswelle (1) drehfest verbunden ist, wobei die Stegwelle (ST2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit der Hohlradwelle (HR3) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest verbunden ist, wobei die Sonnenradwelle (SR3) des dritten Planetenradsatzes (P3) mittels des zweiten Schaltelements (B) mit dem Gehäuse (G) drehfest verbindbar ist, wobei die Stegwelle (ST3) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit einer Getriebeausgangswelle (2) drehfest verbunden ist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle (1), die Getriebeausgangswelle (2) und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse (A1) angeordnet sind.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest das erste Schaltelement (A) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste und das dritte Schaltelement (A, C) jeweils als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sind.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Schaltelement (B) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei alle drei Schaltelemente (A, B, C) als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind.
Elektrische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Planetenradsatz (P1) 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.