DE102022212580A1 - Electric axle drive and vehicle with such a - Google Patents

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Abstract

Elektrischer Achsantrieb (10) für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse (G), einer Elektromaschine (12), die eine Rotorwelle (32) aufweist, und einem Mehrgang-Stufengetriebe (14), das eingangsseitig mit der Rotorwelle (32) verbunden ist und das ausgangsseitig mit einem Abtrieb (16) verbunden ist, wobei das Mehrgang-Stufengetriebe (14) wenigstens einen Stirnradsatz (36, 38) und ein Planetengetriebe (24) aufweist, wobei die Rotorwelle (32) der Elektromaschine mit einem ersten Glied (26) des Planetengetriebes (24) verbunden ist, wobei ein zweites Glied (28) des Planetengetriebes (24) über ein erstes Schaltelement (44) mit dem Gehäuse (G) verbindbar ist, wobei zwei Glieder (26, 28) des Planetengetriebes (24) über ein zweites Schaltelement (46) miteinander verbindbar ist, wobei ein drittes Glied (30) des Planetengetriebes (24) mit dem Abtrieb (16) verbunden ist, und wobei die Elektromaschine (12) koaxial zu dem ersten Glied (26) angeordnet ist.

Figure DE102022212580A1_0000
Electric axle drive (10) for a vehicle, with a housing (G), an electric machine (12) which has a rotor shaft (32), and a multi-speed step transmission (14) which is connected on the input side to the rotor shaft (32) and which is connected on the output side to an output (16), wherein the multi-speed step transmission (14) has at least one spur gear set (36, 38) and a planetary gear (24), wherein the rotor shaft (32) of the electric machine is connected to a first member (26) of the planetary gear (24), wherein a second member (28) of the planetary gear (24) can be connected to the housing (G) via a first switching element (44), wherein two members (26, 28) of the planetary gear (24) can be connected to one another via a second switching element (46), wherein a third member (30) of the planetary gear (24) is connected to the output (16) and wherein the electric machine (12) is arranged coaxially to the first member (26).
Figure DE102022212580A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse, einer Elektromaschine, die eine Rotorwelle aufweist, und einem Mehrgang-Stufengetriebe, das eingangsseitig mit der Rotorwelle verbunden ist und das ausgangsseitig mit einem Abtrieb verbunden ist, wobei das Mehrgang-Stufengetriebe wenigstens einen Stirnradsatz und ein Planetengetriebe aufweist, wobei die Rotorwelle der Elektromaschine mit einem ersten Glied des Planetengetriebes verbunden ist, wobei ein zweites Glied des Planetengetriebes über ein erstes Schaltelement mit dem Gehäuse verbindbar ist und wobei zwei Glieder des Planetengetriebes über ein zweites Schaltelement miteinander verbindbar sind.The present invention relates to an electric axle drive for a vehicle, with a housing, an electric machine which has a rotor shaft, and a multi-speed step transmission which is connected to the rotor shaft on the input side and which is connected to an output on the output side, wherein the multi-speed step transmission has at least one spur gear set and a planetary gear, wherein the rotor shaft of the electric machine is connected to a first member of the planetary gear, wherein a second member of the planetary gear can be connected to the housing via a first switching element and wherein two members of the planetary gear can be connected to one another via a second switching element.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem elektrischen Achsantrieb der genannten Art.Furthermore, the present invention relates to a vehicle with an electric axle drive of the type mentioned.

Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge ist es bekannt, als Antriebseinheit einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor oder eine Kombination hiervon (Hybridantrieb) zu verwenden.In the field of motor vehicles, it is known to use an internal combustion engine, an electric motor or a combination thereof (hybrid drive) as the drive unit.

Bei einem reinen Elektroantrieb und bei einem Hybridantrieb ist es generell bekannt, eine Achse des Kraftfahrzeugs mittels einer Elektromaschine anzutreiben. Die Elektromaschine ist in diesem Fall häufig in unmittelbarer Nachbarschaft zu der angetriebenen Achse angeordnet. In diesem Fall spricht man häufig auch von einem elektrischen Achsantrieb. Bei reinen Elektrofahrzeugen kann dies die einzige angetriebene Achse sein. Ein derartiger elektrischer Achsantrieb kann jedoch an beiden Achsen eines Kraftfahrzeuges wie einem Personenkraftwagen angeordnet sein, um einen Allradantrieb zu realisieren. Bei einem Hybridantrieb kann eine Achse mittels eines Verbrennungsmotors angetrieben sein, und eine zweite Achse mittels eines elektrischen Achsantriebs.In a purely electric drive and a hybrid drive, it is generally known to drive an axle of the motor vehicle using an electric machine. In this case, the electric machine is often arranged in the immediate vicinity of the driven axle. In this case, one often speaks of an electric axle drive. In purely electric vehicles, this can be the only driven axle. However, such an electric axle drive can be arranged on both axles of a motor vehicle such as a passenger car in order to realize an all-wheel drive. In a hybrid drive, one axle can be driven by an internal combustion engine and a second axle by an electric axle drive.

Zwischen der Rotorwelle und Abtriebswellen der angetriebenen Achse wird häufig eine feste Übersetzung eingerichtet. In vielen Fällen ist ein hierzu verwendetes Stufengetriebe als Eingang-Getriebe ausgebildet.A fixed gear ratio is often set up between the rotor shaft and the output shaft of the driven axle. In many cases, a stepped gearbox used for this purpose is designed as a single-speed gearbox.

Der eingangs beschriebene elektrische Achsantrieb weist jedoch ein Mehrgang-Stufengetriebe auf, das wenigstens zwei unterschiedliche Übersetzungen zwischen der Rotorwelle der Elektromaschine und den Abtriebswellen ermöglicht.However, the electric axle drive described above has a multi-speed transmission that enables at least two different gear ratios between the rotor shaft of the electric machine and the output shafts.

Ein derartiger Achsantrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine ist aus dem Dokument DE 10 2020 201 093 A1 bekannt. Eine Rotorwelle als Antriebswelle ist über ein Getriebe mit zumindest zwei Schaltelementen zum Realisieren von zumindest zwei Gangstufen mit einem Abtriebsdifferential zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle verbunden. Die Rotorwelle und die Abtriebswellen sind achsparallel zueinander angeordnet. Als Getriebe sind zumindest eine Stirnradstufe sowie zumindest ein Planetengetriebe vorgesehen. Das Planetengetriebe ist als Summiergetriebe zum Realisieren eines leistungsverzweigten Getriebes ausgeführt. Die Rotorwelle ist zum Realisieren eines ersten Leistungspfades über eine erste Stirnradstufe mit einem Element des Planetengetriebes verbunden. Mehrere schaltbare Leistungspfade sind über das zugeordnete Schaltelement vorgesehen.Such an axle drive for a vehicle with at least one electric machine is known from the document EN 10 2020 201 093 A1 known. A rotor shaft as a drive shaft is connected via a transmission with at least two shifting elements for realizing at least two gear stages to an output differential for driving at least a first output shaft and a second output shaft. The rotor shaft and the output shafts are arranged axially parallel to one another. At least one spur gear stage and at least one planetary gear are provided as a transmission. The planetary gear is designed as a summing gear for realizing a power-split transmission. The rotor shaft is connected to an element of the planetary gear via a first spur gear stage to realize a first power path. Several switchable power paths are provided via the associated shifting element.

Es ist vor diesem Hintergrund eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten elektrischen Achsantrieb und ein Fahrzeug mit einem solchen verbesserten elektrischen Achsantrieb anzugeben.Against this background, it is an object of the invention to provide an improved electric axle drive and a vehicle with such an improved electric axle drive.

Die obige Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Achsantrieb für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse, einer Elektromaschine, die eine Rotorwelle aufweist, und einem Mehrgang-Stufengetriebe, das eingangsseitig mit der Rotorwelle verbunden ist und das ausgangsseitig mit einem Abtrieb verbunden ist, wobei das Mehrgang-Stufengetriebe wenigstens einen Stirnradsatz und ein Planetengetriebe aufweist, wobei die Rotorwelle der Elektromaschine mit einem ersten Glied des Planetengetriebes verbunden ist, wobei ein zweites Glied des Planetengetriebes über ein erstes Schaltelement mit dem Gehäuse verbindbar ist, wobei zwei Glieder des Planetengetriebes über ein zweites Schaltelement miteinander verbindbar sind, wobei ein drittes Glied des Planetengetriebes mit dem Abtrieb verbunden ist, und wobei die Elektromaschine koaxial zu dem ersten Glied bzw. zu einem Planetenradsatz des Planetengetriebes angeordnet ist.The above object is achieved by an electric axle drive for a vehicle, with a housing, an electric machine which has a rotor shaft, and a multi-speed step transmission which is connected to the rotor shaft on the input side and which is connected to an output on the output side, wherein the multi-speed step transmission has at least one spur gear set and a planetary gear, wherein the rotor shaft of the electric machine is connected to a first member of the planetary gear, wherein a second member of the planetary gear can be connected to the housing via a first switching element, wherein two members of the planetary gear can be connected to one another via a second switching element, wherein a third member of the planetary gear is connected to the output, and wherein the electric machine is arranged coaxially to the first member or to a planetary gear set of the planetary gear.

Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug mit einem solchen Achsantrieb.Furthermore, the above object is achieved by a vehicle with such an axle drive.

Heute bekannte Getriebetopologien basieren typischerweise auf dem Einsatz eines Verbrennungsmotors. Diese sind speziell auf die Charakteristik von Verbrennungskraftmaschinen ausgelegt. An Übersetzungsgetriebe für elektrische Maschinen werden jedoch aufgrund der unterschiedlichen Charakteristik andere Anforderungen gestellt. Die Kennlinie einer elektrischen Maschine besitzt typischerweise ein hohes Drehmoment über einen langen Drehzahlbereich. Im oberen Drehzahlbereich sinkt dieses dann linear zur Drehzahl ab.Today's known transmission topologies are typically based on the use of an internal combustion engine. These are specifically designed for the characteristics of internal combustion engines. However, transmission gears for electric machines have different requirements due to the different characteristics. The characteristic curve of an electric machine typically has a high torque over a long speed range. In the upper speed range, this then decreases linearly with the speed.

Klassische Stirnradgetriebe zur Lösung des Problems sind bekannt, haben jedoch den Nachteil, dass sie sehr viel Bauraum benötigen. Die Leistungsdichte der bekannten Getriebetopologien sinkt daher. Darüber hinaus eignen sie sich nicht für einen skalierbaren Ansatz. Dies ist erforderlich, da hierdurch auf unterschiedliche Kundenanforderungen bzw. unterschiedliche Fahrzeuge eingegangen werden kann. Auslegungsrelevant für einen elektrischen Achsantrieb sind das Anfahrmoment und die geforderte Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs.Classic spur gears are known to solve the problem, but have the disadvantage that they require a lot of installation space. The power density of the known gear topologies therefore decreases. In addition, they are not suitable for a scalable approach. This is necessary because it allows different customer requirements or different vehicles to be addressed. The starting torque and the required maximum speed of the vehicle are relevant for the design of an electric axle drive.

Mit dem vorliegenden elektrischen Achsantrieb können vorzugsweise alle Anforderungen erfüllt werden.With the present electric axle drive, all requirements can preferably be met.

Der elektrische Antrieb weist ein Mehrgang-Stufengetriebe auf, das beispielsweise zwei oder mehr Gangstufen zwischen der Rotorwelle und den Abtriebswellen der angetriebenen Achse ermöglicht. Der erste Gang wird so ausgelegt, damit das gewünschte Anfahrmoment realisiert werden kann. Die Übersetzung für den zweiten bzw. letzten Gang wird so gewählt, dass die Höchstgeschwindigkeit erreicht werden kann. Liegen die beiden Gänge zu weit auseinander, d.h. ist die erforderliche Spreizung zu hoch für zwei Gänge, lässt sich das Getriebeschema auf drei bzw. mehr Gänge erweitern.The electric drive has a multi-speed transmission that allows, for example, two or more gears between the rotor shaft and the output shafts of the driven axle. The first gear is designed so that the desired starting torque can be achieved. The gear ratio for the second or last gear is selected so that the maximum speed can be achieved. If the two gears are too far apart, i.e. the required spread is too high for two gears, the transmission scheme can be expanded to three or more gears.

Heute bekannte Mehrganggetriebe für elektrische Fahrzeugantriebe weisen jedoch eine erhebliche Schwierigkeit hinsichtlich der Schaltelemente auf. Die zum Wechsel von Gangstufen notwendigen Schaltelemente sind so angeordnet, dass die gesamte Antriebsleistung von diesen übertragen werden muss. Dies macht die Schaltelemente groß und teuer. Ein weiterer erheblicher Nachteil ist die damit einhergehende Betätigungsenergie, insbesondere bei Reibschaltelementen. Schaltelemente zur Übertragung der heute bekannten Antriebsleistungen von 150 bis 300 kW lassen sich nicht mit einer effizienten elektromechanischen Betätigung realisieren. Typischerweise wird dann auf eine hydraulische Betätigung zurückgegriffen, die deutlich ineffizienter ist und die Vorteile eines Mehrganggetriebes zu Nichte machen kann.However, the multi-speed transmissions for electric vehicle drives known today have a significant difficulty with regard to the switching elements. The switching elements required to change gears are arranged in such a way that the entire drive power must be transmitted by them. This makes the switching elements large and expensive. Another significant disadvantage is the associated actuation energy, especially with friction switching elements. Switching elements for transmitting the drive powers of 150 to 300 kW known today cannot be implemented with efficient electromechanical actuation. Typically, hydraulic actuation is then used, which is significantly less efficient and can negate the advantages of a multi-speed transmission.

Der vorliegend offenbarte elektrische Achsantrieb ermöglicht, dass in wenigstens einer Gangstufe nur ein Teil der am Abtrieb zur Verfügung gestellten Leistung über das zweite Schaltelement fließt. In einer Gangstufe, bei der das zweite Glied des Planetengetriebes über ein erstes Schaltelement mit dem Gehäuse verbindbar ist, fließt vorzugsweise gar keine Leistung über das zweite Schaltelement. Das erste Schaltelement muss hierbei die Leistung vorzugsweise ebenfalls nicht übertragen, sondern lediglich ein Glied (das zweite Glied) des Planetengetriebes gegen das Gehäuse abstützen.The electric axle drive disclosed here makes it possible for only a portion of the power provided at the output to flow through the second shifting element in at least one gear stage. In a gear stage in which the second member of the planetary gear can be connected to the housing via a first shifting element, preferably no power at all flows through the second shifting element. The first shifting element preferably does not have to transmit the power either, but rather merely support one member (the second member) of the planetary gear against the housing.

Die Elektromaschine ist bei dem elektrischen Achsantrieb koaxial zu dem ersten Glied bzw. zu einem Planetenradsatz des Planetengetriebes angeordnet. Vorzugsweise ist die Elektromaschine achsparallel versetzt zu einem Ausgleichsgetriebe angeordnet, mittels dessen die Antriebsleistung auf zwei Abtriebswellen und damit auf zwei angetriebene Räder der angetriebenen Achse verteilbar ist.In the electric axle drive, the electric machine is arranged coaxially to the first member or to a planetary gear set of the planetary gear. The electric machine is preferably arranged parallel to the axis and offset from a differential gear, by means of which the drive power can be distributed to two output shafts and thus to two driven wheels of the driven axle.

Bei dem elektrischen Achsantrieb können Vorteile hinsichtlich des Bauraums und hinsichtlich der Ausführung der Wellen realisiert werden.With the electric axle drive, advantages can be realized in terms of installation space and the design of the shafts.

Das Planetengetriebe weist vorzugsweise genau einen Planetenradsatz auf, der drei Glieder beinhaltet. Die Elektromaschine ist vorzugsweise als Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug realisiert und weist daher in der Regel eine Antriebsleistung von wenigstens 30 kW auf, in der Regel jedoch Antriebsleistungen von 100 kW und deutlich mehr.The planetary gear preferably has exactly one planetary gear set that includes three elements. The electric machine is preferably implemented as a drive machine for a motor vehicle and therefore generally has a drive power of at least 30 kW, but generally drive powers of 100 kW and significantly more.

Eine maximale Drehzahl der Elektromaschine liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 8000 U/Min. und 12000 U/Min.The maximum speed of the electric motor is preferably in a range between 8000 rpm and 12000 rpm.

Die Schaltelemente sind vorzugsweise so gewählt, dass ein Schaltvorgang von einer ersten Gangstufe (Anfahrgangstufe) in eine zweite Gangstufe unter Last möglich ist. Eine Rückschaltung ist jedoch ggf. auch mit Zugkrafteinbruch (also kein Rückschalten unter Last) realisierbar.The shifting elements are preferably selected so that a shift from a first gear (starting gear) to a second gear is possible under load. However, a downshift can also be implemented with a drop in traction (i.e. no downshift under load).

In manchen Ausführungsformen kann ein Schaltelement einen Freilauf beinhalten.In some embodiments, a switching element may include a freewheel.

Die Elektromaschine ist vorzugsweise auch dazu verwendbar, um einen Rückwärtsfahrbetrieb einzurichten, und zwar durch Umkehrung der Drehrichtung der Rotorwelle. Ferner ist die Elektromaschine vorzugsweise dazu ausgebildet, neben einem motorischen Betrieb auch einen generatorischen Betrieb zu realisieren, um eine Rekuperation durchführen zu können.The electric machine can preferably also be used to set up a reverse drive mode by reversing the direction of rotation of the rotor shaft. Furthermore, the electric machine is preferably designed to implement a generator mode in addition to a motor mode in order to be able to carry out recuperation.

Die folgenden Begriffe lassen sich im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insbesondere wie folgt verstehen.In the context of the present disclosure, the following terms can be understood in particular as follows.

Eine Radpaarung beinhaltet genau zwei Zahnräder, die miteinander in Eingriff stehen, insbesondere miteinander kämmen. Die Zahnräder einer Radpaarung weisen vorzugsweise jeweils eine Stirnverzahnung auf, sind vorzugsweise in einer radialen Ebene angeordnet und sind vorzugsweise jeweils einer anderen Welle zugeordnet. Die Zahnräder der Radpaarung können zwei Festräder sein (sogenannte Konstanten-Radpaarung). Bei einer schaltbaren Radpaarung können die zwei Zahnräder ein Festrad und ein Losrad (siehe unten) sein, die vorzugsweise gemeinsam eine Gangstufe (siehe unten) definieren.A gear pair contains exactly two gears that are in engagement with one another, in particular that mesh with one another. The gears of a gear pair preferably each have a spur gear, are preferably arranged in a radial plane and are preferably each assigned to a different shaft. The gears of the gear pair can be two fixed gears (so-called constant gear pair). In a switchable gear pair, the two gears can be a fixed gear and an idler gear (see below), which preferably together define a gear stage (see below).

Ein Radsatz (Stirnradsatz) beinhaltet wenigstens zwei miteinander in Eingriff stehende (insbesondere kämmende) Zahnräder und kann eine oder mehrere Radpaarungen beinhalten, die vorzugsweise in einer gemeinsamen radialen Radsatzebene liegen. Sofern ein Radsatz ein Festrad aufweist, das mit zwei unterschiedlichen Zahnrädern in Eingriff steht, spricht man auch von einer Doppelnutzung des Festrades. Ein Radsatz kann schaltbar sein oder kann nicht schaltbar sein (sogenannter Konstanten-Radsatz).A gear set (spur gear set) contains at least two meshing (in particular The gear train consists of two (or more) meshing gears and can contain one or more gear pairs, which preferably lie in a common radial gear set plane. If a gear set has a fixed gear that meshes with two different gears, this is also referred to as dual use of the fixed gear. A gear set can be switchable or non-switchable (so-called constant gear set).

Ein Losrad ist ein drehbar an einer Welle gelagertes Zahnrad, das mittels eines Schaltelementes mit der Welle verbindbar oder davon entkoppelbar ist. Ein Festrad ist ein an einer Welle drehfest festgelegtes Zahnrad.An idler gear is a gear that is mounted on a shaft and can be connected to or decoupled from the shaft using a switching element. A fixed gear is a gear that is fixed to a shaft so that it cannot rotate.

Ein Schaltelement dient zum Verbinden oder Lösen von Gliedern, wie einem Losrad und einer Welle oder einer Welle und einem Gehäuse.A switching element is used to connect or disconnect elements, such as an idler gear and a shaft or a shaft and a housing.

Ein Lastschaltelement ist ein Schaltelement, das einen Wechsel zwischen Gangstufen unter Last, also vorzugsweise zugkraftunterbrechungsfrei, ermöglicht. In der Regel ist ein Lastschaltelement eine Reibkupplung, die mittels einer Kraft angedrückt wird, um die miteinander zu verbindenden Glieder drehfest miteinander zu verbinden. Eine Reibkupplung ermöglicht in der Regel auch das Einstellen eines Schlupfzustandes zwischen den Gliedern bzw. ein allmähliches Verbinden oder Lösen der Glieder. Eine Reibkupplung kann als Lamellenkupplung ausgebildet sein.A power shift element is a switching element that enables a change between gears under load, i.e. preferably without interruption of traction. A power shift element is usually a friction clutch that is pressed by means of a force in order to connect the links to be connected in a rotationally fixed manner. A friction clutch usually also enables a slip state to be set between the links or a gradual connection or release of the links. A friction clutch can be designed as a multi-disk clutch.

Bei Planetengetrieben wird in der Regel zwischen Bremsen und Kupplungen unterschieden. Eine Bremse ist in der Regel ein Lastschaltelement, das dazu ausgebildet ist, ein drehbares Glied eines Planetenradsatzes mit einem Gehäuse zu verbinden. Eine Kupplung ist in der Regel ein Lastschaltelement, das dazu ausgelegt ist, zwei drehbare Glieder von einem oder von unterschiedlichen Planetenradsätzen miteinander zu verbinden.In planetary gears, a distinction is usually made between brakes and clutches. A brake is usually a power shift element that is designed to connect a rotating member of a planetary gear set to a housing. A clutch is usually a power shift element that is designed to connect two rotating members of one or different planetary gear sets to one another.

Zwei relativ zueinander drehbare Glieder sind verbunden, wenn sie zwangsläufig mit einer proportionalen Drehzahl drehen. Der Begriff „verbunden“ ist gleichzusetzen mit „wirkverbunden“. Unter einer „drehfesten Verbindung“ ist zu verstehen, dass die zwei Glieder mit der gleichen Drehzahl drehen. Zwei Glieder sind dann verbindbar, wenn sie entweder miteinander verbunden oder voneinander entkoppelt sein können. Vorzugsweise sind die zwei Glieder dabei mittels eines Schaltelementes (z.B. einer Kupplung oder einer Bremse) miteinander verbindbar.Two members that rotate relative to one another are connected if they inevitably rotate at a proportional speed. The term "connected" is equivalent to "operably connected". A "rotationally fixed connection" means that the two members rotate at the same speed. Two members are connectable if they can either be connected to one another or decoupled from one another. The two members can preferably be connected to one another using a switching element (e.g. a clutch or a brake).

Eine Anbindung verbindet zwei Drehglieder, insbesondere zwei Wellen, die auf unterschiedlichen Achsen liegen. Die Anbindung kann durch ein Zugmittel oder einen Konstanten-Stirnradsatz gebildet sein, der eine oder mehrere Radpaarungen beinhaltet.A connection connects two rotating elements, in particular two shafts that are located on different axes. The connection can be formed by a traction device or a constant spur gear set that contains one or more gear pairs.

Zwei Elemente sind axial ausgerichtet, wenn sie sich in axialer Richtung zumindest teilweise überlappen und/oder wenn sie in einer gemeinsamen Radialebene liegen. Der Begriff der Radialebene ist vorzugsweise funktional zu verstehen und nicht geometrisch. Folglich können auch zwei Schaltelemente eines Doppelschaltelementes in einer gemeinsamen Radialebene liegen.Two elements are axially aligned if they at least partially overlap in the axial direction and/or if they lie in a common radial plane. The term radial plane is preferably to be understood functionally and not geometrically. Consequently, two switching elements of a double switching element can also lie in a common radial plane.

Die Aufgabe wird vollkommen gelöst.The task is completely solved.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Glied des Planetengetriebes über einen ersten Stirnradsatz und das erste Schaltelement mit dem Gehäuse verbindbar.According to a preferred embodiment, the second member of the planetary gear can be connected to the housing via a first spur gear set and the first switching element.

In diesem Fall ist das erste Schaltelement vorzugsweise auf einer Achse angeordnet, die achsparallel versetzt zu der Achse des Planetengetriebes angeordnet ist.In this case, the first switching element is preferably arranged on an axis which is arranged parallel to the axis of the planetary gear.

Alternativ oder akkumulativ hierzu ist ein Glied des Planetengetriebes, vorzugsweise das zweite Glied, über einen ersten Stirnradsatz und das zweite Schaltelement sowie einen zweiten Stirnradsatz mit der Rotorwelle der Elektromaschine verbindbar.Alternatively or additionally, a member of the planetary gear, preferably the second member, can be connected to the rotor shaft of the electric machine via a first spur gear set and the second switching element as well as a second spur gear set.

Insgesamt ist es bevorzugt, wenn entweder das erste Schaltelement geschlossen ist, um eine erste Gangstufe einzurichten, oder das zweite Schaltelement geschlossen ist, um eine zweite Gangstufe einzurichten.Overall, it is preferred if either the first switching element is closed to establish a first gear stage or the second switching element is closed to establish a second gear stage.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Glied mit einer Getriebewelle verbunden, die achsparallel versetzt zu der Elektromaschine angeordnet ist.According to a particularly preferred embodiment, the second member is connected to a transmission shaft which is arranged axially parallel to the electric machine.

Vorzugsweise ist das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement koaxial zu der Getriebewelle angeordnet.Preferably, the first switching element and/or the second switching element is arranged coaxially to the transmission shaft.

Die Getriebewelle ist vorzugsweise auch achsparallel versetzt zu einem Ausgleichsgetriebe des elektrischen Achsantriebs.The transmission shaft is preferably also offset axially parallel to a differential gear of the electric axle drive.

Insgesamt ist es folglich bevorzugt, wenn der elektrische Achsantrieb im Wesentlichen auf zwei Achsen realisiert ist, nämlich einer ersten Achse, die koaxial zu der Elektromaschine und zu dem Planetengetriebe angeordnet ist, und einer zweiten Achse, die koaxial zu der Getriebewelle angeordnet ist.Overall, it is therefore preferred if the electric axle drive is implemented essentially on two axes, namely a first axis which is arranged coaxially to the electric machine and to the planetary gear, and a second axis which is arranged coaxially to the gear shaft.

Ein Ausgleichsgetriebe, mit dem der Abtrieb des Achsantriebs verbunden ist, liegt vorzugsweise auf einer dritten Achse, die zudem vorzugsweise koaxial ist zu den Abtriebswellen der angetriebenen Achse.A differential gear, to which the output of the axle drive is connected, is preferably located on a third axis, which is preferably coaxial with the output shafts of the driven axle.

Bei dieser Ausführungsform kann eine Betätigung der Schaltelemente vergleichsweise einfach realisiert werden. Zudem kann ein in axialer Richtung kompakter Achsantrieb realisiert werden.In this embodiment, the switching elements can be operated relatively easily. In addition, an axle drive that is compact in the axial direction can be realized.

Wie oben erwähnt, ist es bevorzugt, wenn das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement koaxial zu der Getriebewelle angeordnet sind.As mentioned above, it is preferred if the first switching element and/or the second switching element are arranged coaxially to the transmission shaft.

Ferner ist es hierbei vorteilhaft, wenn die Rotorwelle der Elektromaschine über wenigstens einen zweiten Stirnradsatz mit der Getriebewelle verbindbar ist.Furthermore, it is advantageous if the rotor shaft of the electric machine can be connected to the transmission shaft via at least a second spur gear set.

Der zweite Stirnradsatz ist in axialer Richtung vorzugsweise zwischen der Elektromaschine und dem Planetengetriebe angeordnet. Vorzugsweise ist der zweite Radsatz axial überlappend mit einem Ausgleichsgetriebe des elektrischen Achsantriebs ausgerichtet.The second spur gear set is preferably arranged in the axial direction between the electric machine and the planetary gear. The second gear set is preferably aligned axially overlapping with a differential gear of the electric axle drive.

Die Getriebewelle ist vorzugsweise über das erste Schaltelement mit dem Gehäuse verbindbar. Ferner ist die Getriebewelle vorzugsweise über das zweite Schaltelement mit einem Losrad des zweiten Stirnradsatzes verbindbar.The transmission shaft can preferably be connected to the housing via the first switching element. Furthermore, the transmission shaft can preferably be connected to an idler gear of the second spur gear set via the second switching element.

Folglich ist es bevorzugt, wenn die Rotorwelle der Elektromaschine über den zweiten Stirnradsatz und das zweite Schaltelement mit der Getriebewelle verbindbar ist.Consequently, it is preferred if the rotor shaft of the electric machine can be connected to the transmission shaft via the second spur gear set and the second switching element.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Rotorwelle der Elektromaschine über zumindest einen weiteren zweiten Stirnradsatz und ein weiteres zweites Schaltelement mit der Getriebewelle verbindbar ist.Furthermore, it is advantageous if the rotor shaft of the electric machine can be connected to the transmission shaft via at least one further second spur gear set and a further second switching element.

In diesem Fall ist mittels des ersten Schaltelementes, mittels des zweiten Schaltelementes und mittels des weiteren zweiten Schaltelementes eine Anzahl von wenigstens drei unterschiedlichen Gangstufen schaltbar. Die Übersetzungen der zwei zweiten Stirnradsätze sind vorzugsweise unterschiedlich, um die unterschiedlichen Übersetzungen einzurichten.In this case, a number of at least three different gear stages can be switched by means of the first switching element, by means of the second switching element and by means of the further second switching element. The gear ratios of the two second spur gear sets are preferably different in order to set up the different gear ratios.

Ferner ist es bevorzugt, wenn das zweite Glied des Planetengetriebes ein Hohlrad ist und wenn der erste Stirnradsatz ein an der Getriebewelle festgelegtes Stirnrad und ein drehfest mit dem Hohlrad verbundenes Stirnrad aufweist.Furthermore, it is preferred if the second member of the planetary gear is a ring gear and if the first spur gear set has a spur gear fixed to the gear shaft and a spur gear connected in a rotationally fixed manner to the ring gear.

In anderen Ausführungsformen könnte der erste Stirnradsatz auch durch ein an der Getriebewelle festgelegtes Stirnrad und ein anderes Glied des Planetengetriebes eingerichtet sein.In other embodiments, the first spur gear set could also be configured by a spur gear fixed to the transmission shaft and another member of the planetary gear.

Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn das drehfest mit dem Hohlrad verbundene Stirnrad durch eine an dem Hohlrad ausgebildete Außenverzahnung des Hohlrades gebildet ist.However, it is particularly advantageous if the spur gear which is connected in a rotationally fixed manner to the ring gear is formed by an external toothing of the ring gear formed on the ring gear.

Hierdurch kann eine axial kompakte Bauweise realisiert werden.This allows an axially compact design to be realized.

Generell können die Schaltelemente auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein.In general, the switching elements can be designed in any way.

Von besonderem Vorzug ist es, wenn das erste Schaltelement eine formschlüssige Kupplung und/oder einen Freilauf aufweist.It is particularly advantageous if the first switching element has a positive clutch and/or a freewheel.

Die formschlüssige Kupplung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Getriebewelle drehfest mit dem Gehäuse zu verbinden.The positive coupling is preferably designed to connect the transmission shaft to the housing in a rotationally fixed manner.

Das erste Schaltelement weist vorzugsweise einen Freilauf auf, so dass die formschlüssige Abstützung in einer Drehrichtung möglich ist, nicht jedoch in der anderen Drehrichtung. Dies erleichtert das Einrichten von Lastschaltwechseln zwischen einer ersten Gangstufe, bei der das erste Schaltelement geschlossen ist, und einer zweiten Gangstufe, bei der das zweite Schaltelement (oder ein weiteres zweites Schaltelement) geschlossen ist.The first shifting element preferably has a freewheel so that the positive support is possible in one direction of rotation, but not in the other direction of rotation. This facilitates the setting up of powershift changes between a first gear stage in which the first shifting element is closed and a second gear stage in which the second shifting element (or another second shifting element) is closed.

In diesem Fall ist es ferner von besonderem Vorzug, wenn das zweite Schaltelement durch eine Reibkupplung gebildet ist, wie beispielsweise eine Lamellenkupplung.In this case, it is also particularly advantageous if the second switching element is formed by a friction clutch, such as a multi-plate clutch.

In dieser Ausführungsform ist es vergleichsweise einfach, einen Gangwechsel von der ersten Gangstufe in die zweite Gangstufe unter Last durchzuführen, indem das zweite Schaltelement geschlossen wird. Anschließend kann das erste Schaltelement geöffnet werden, um den Freilauf zu entlasten.In this embodiment, it is comparatively easy to change gear from the first gear to the second gear under load by closing the second switching element. The first switching element can then be opened to relieve the load on the freewheel.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erste Schaltelement mittels einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung betätigbar. Alternativ oder akkumulativ hierzu ist das zweite Schaltelement mittels einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung betätigbar. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Schaltelement mittels einer kombinierten elektromechanischen Betätigungseinrichtung betätigbar.According to a further preferred embodiment, the first switching element can be actuated by means of an electromechanical actuating device. Alternatively or additionally, the second switching element can be actuated by means of an electromechanical actuating device. Preferably, the first and second switching elements can be actuated by means of a combined electromechanical actuating device.

Eine elektromechanische Betätigungseinrichtung kann beispielsweise einen elektrischen Schaltmotor beinhalten.An electromechanical actuating device can, for example, include an electric switching motor.

Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn der Abtrieb einen Abtriebs-Stirnradsatz aufweist, über den das dritte Glied des Planetengetriebes mit einem Eingangsglied eines Ausgleichsgetriebes zur Verteilung von Antriebsleistung auf angetriebene Räder verbunden ist.Overall, it is advantageous if the output has an output spur gear set, via which the third element of the planetary gear is connected to an input element of a differential gear for distributing drive power to driven wheels.

Das Ausgleichsgetriebe ist vorzugsweise koaxial zu Abtriebswellen der angetriebenen Achse angeordnet, die mit den angetriebenen Rädern drehfest verbunden sind.The differential gear is preferably arranged coaxially to the output shafts of the driven axle, which are connected in a rotationally fixed manner to the driven wheels.

Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn durch Schließen des ersten Schaltelementes eine erste Übersetzung zwischen einer Rotorwelle der Elektromaschine und einer Abtriebswelle des Abtriebs in einem Bereich von 9,0 bis 14,0 eingerichtet wird, insbesondere in einem Bereich von 10,5 bis 13,5.Overall, it is advantageous if, by closing the first switching element, a first gear ratio between a rotor shaft of the electric machine and an output shaft of the output is established in a range from 9.0 to 14.0, in particular in a range from 10.5 to 13.5.

Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn durch Schließen des zweiten Schaltelementes eine zweite Übersetzung zwischen einer Rotorwelle der Elektromaschine und einer Abtriebswelle des Abtriebs in einem Bereich von 4,0 bis 8,5 eingerichtet wird. Diese Übersetzung ist vorzugsweise kleiner als die Übersetzung, die mittels des ersten Schaltelementes einrichtbar ist. Vorzugsweise liegt die zweite Übersetzung in einem Bereich von 5,5 bis 7,5.Furthermore, it is advantageous overall if, by closing the second switching element, a second gear ratio is set between a rotor shaft of the electric machine and an output shaft of the output in a range from 4.0 to 8.5. This gear ratio is preferably smaller than the gear ratio that can be set using the first switching element. The second gear ratio is preferably in a range from 5.5 to 7.5.

Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn eine Spreizung des Mehrgang-Stufengetriebes zwischen einer höchsten Übersetzung und einer niedrigsten Übersetzung in einem Bereich von 1,3 bis 2,4 liegt.Furthermore, it is advantageous overall if the spread of the multi-speed transmission between a highest gear ratio and a lowest gear ratio is in a range of 1.3 to 2.4.

Bei dem elektrischen Achsantrieb sind vorzugsweise genau zwei unterschiedliche Übersetzungsstufen einrichtbar, die mit zwei Schaltelementen realisierbar sind. Bei einer derartigen Anordnung kann eine Leistungsverzweigung eingerichtet werden, insbesondere über den zweiten Stirnradsatz. Das Planetengetriebe kann dabei als Summiergetriebe wirken und die beiden Leistungspfade wieder zusammenführen.With the electric axle drive, it is preferable to set up exactly two different gear ratios, which can be implemented with two switching elements. With such an arrangement, a power split can be set up, in particular via the second spur gear set. The planetary gear can act as a summing gear and bring the two power paths together again.

Im ersten Gang erfolgt vorzugsweise eine Übertragung des Drehmomentes über die Sonne eines Planetenradsatzes und über den Planetenträger bzw. Steg des Planetenradsatzes direkt auf das Ausgleichsgetriebe, wobei das Hohlrad gegen das Gehäuse festgelegt ist. Mit anderen Worten ist vorzugsweise das Hohlrad des Planetenradsatzes durch das erste Schaltelement gegen das Gehäuse blockiert.In first gear, the torque is preferably transmitted via the sun of a planetary gear set and via the planet carrier or web of the planetary gear set directly to the differential, with the ring gear being fixed against the housing. In other words, the ring gear of the planetary gear set is preferably blocked against the housing by the first shift element.

Das erste Schaltelement ist vorzugsweise durch eine Kombination aus einem Freilauf und einer formschlüssigen Klauenkupplung realisiert. Dies ermöglicht bei geschlossener Klauenkupplung eine Übertragung von Drehmoment in beiden Richtungen, um beispielsweise auch einen Rückwärtsfahrbetrieb einzurichten.The first switching element is preferably implemented by a combination of a freewheel and a positive-locking claw clutch. This enables torque to be transmitted in both directions when the claw clutch is closed, for example to enable reversing.

Um in die zweite Gangstufe zu schalten, kann die Klauenkupplung zunächst geöffnet werden. Der Freilauf übernimmt in diesem Moment die Momentenübertragung in Vorwärtsrichtung. Ein Schalten in den zweiten Gang während einer Rückwärtsfahrt ist in der Regel nicht möglich.To switch to second gear, the dog clutch must first be opened. At this point, the freewheel takes over the torque transfer in the forward direction. Switching to second gear while reversing is generally not possible.

Durch das Schließen des zweiten Schaltelementes erfolgt das Ansynchronisieren der Getriebewelle in Freilaufrichtung. Hierfür wird lediglich ein Teil der Antriebsleistung über das zweite Schaltelement übertragen, das vorzugsweise als reibschlüssige Kupplung realisiert ist.By closing the second switching element, the transmission shaft is synchronized in the freewheeling direction. For this purpose, only part of the drive power is transmitted via the second switching element, which is preferably implemented as a friction clutch.

Das Drehmoment an der Getriebewelle wird vorzugsweise über den zweiten Stirnradsatz auf das Hohlrad übertragen.The torque on the transmission shaft is preferably transmitted to the ring gear via the second spur gear set.

Sobald das zweite Schaltelement geschlossen ist, befindet sich das Mehrgang-Stufengetriebe in der zweiten Gangstufe. Eine Rückschaltung kann hierbei in der Regel nicht ohne Zugkraftunterbrechung erfolgen. Durch Öffnen des zweiten Schaltelementes wird die Drehzahl der Getriebewelle reduziert. Sobald eine Drehzahl von Null erreicht wird, übernimmt der Freilauf und blockiert die Getriebewelle gegen das Gehäuse, um wieder die erste Gangstufe einzurichten.As soon as the second switching element is closed, the multi-speed transmission is in the second gear. A downshift is usually not possible without interrupting traction. By opening the second switching element, the speed of the transmission shaft is reduced. As soon as a speed of zero is reached, the freewheel takes over and blocks the transmission shaft against the housing in order to set the first gear again.

Das zweite Schaltelement wird in der zweiten Gangstufe vorzugsweise nicht mit der gesamten Antriebsleistung belastet. Durch die reduzierte Leistungsübertragung kann das zweite Schaltelement deutlich kleiner ausgeführt werden. Dies ermöglicht vorzugsweise den Einsatz einer effizienten elektromechanischen Betätigung. Unter einer elektromechanischen Betätigung wird hierbei vorzugsweise die direkte Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie verstanden, die dann für die Aktuierung des Schaltelements verwendet wird. Darüber hinaus können die beiden Gangstufen durch die Anordnung wahlweise mit nur einem Aktuator betätigt werden. Dies kann die Bauteilkosten und den Sicherheitsaufwand reduzieren. Merkmale wie eine Parksperre und/oder eine Abkuppelfunktion („disconnect“) können optional implementiert werden.The second shifting element is preferably not loaded with the entire drive power in the second gear. Due to the reduced power transmission, the second shifting element can be made significantly smaller. This preferably enables the use of efficient electromechanical actuation. Electromechanical actuation is preferably understood here as the direct conversion of electrical energy into mechanical energy, which is then used to actuate the shifting element. In addition, the two gears can be actuated with just one actuator thanks to the arrangement. This can reduce component costs and safety requirements. Features such as a parking lock and/or a decoupling function (“disconnect”) can be implemented optionally.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines elektrischen Achsantriebs in einem Fahrzeug;
  • 2 eine Darstellung des elektrischen Achsantriebs der 1 bei eingerichteter erster Gangstufe; und
  • 3 eine Darstellung des elektrischen Achsantriebs der 1 bei eingerichteter zweiter Gangstufe.
Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. They show:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of an electric axle drive in a vehicle;
  • 2 a representation of the electric axle drive of the 1 with first gear engaged; and
  • 3 a representation of the electric axle drive of the 1 with second gear engaged.

In 1 ist ein elektrischer Achsantrieb für ein schematisch angedeutetes Kraftfahrzeug F generell mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug F kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug sein.In 1 An electric axle drive for a schematically indicated motor vehicle F is generally designated 10. The motor vehicle F can be, for example, a passenger car or a commercial vehicle.

Der elektrische Achsantrieb beinhaltet eine Elektromaschine 12, die auf einer ersten Achse A1 angeordnet ist. Ferner beinhaltet der elektrische Achsantrieb 10 ein Mehrgang-Stufengetriebe 14 zur Einrichtung von wenigstens zwei unterschiedlichen Gangstufen. Das Mehrgang-Stufengetriebe 14 ist eingangsseitig mit der Rotorwelle verbunden. Ausgangsseitig ist das Mehrgang-Stufengetriebe 14 mit einem Abtrieb 16 verbunden, der ein Ausgleichsgetriebe 18 aufweist. Das Ausgleichsgetriebe 18 ist dazu ausgebildet, eingespeiste Antriebsleistung auf zwei Abtriebswellen 20l, 20r zu verteilen, die mit jeweiligen angetriebenen Rädern L bzw. R des Fahrzeugs F drehfest verbunden sind.The electric axle drive includes an electric machine 12, which is arranged on a first axle A1. The electric axle drive 10 also includes a multi-speed step transmission 14 for setting up at least two different gear stages. The multi-speed step transmission 14 is connected to the rotor shaft on the input side. On the output side, the multi-speed step transmission 14 is connected to an output 16, which has a differential gear 18. The differential gear 18 is designed to distribute the input drive power to two output shafts 20l, 20r, which are connected in a rotationally fixed manner to the respective driven wheels L and R of the vehicle F.

Die angetriebene Achse ist in 1 mit A3 bezeichnet, wobei das Ausgleichsgetriebe 18 koaxial zu der Achse A3 angeordnet ist.The driven axle is in 1 designated A3, wherein the differential gear 18 is arranged coaxially to the axis A3.

Das Mehrgang-Stufengetriebe 14 beinhaltet ein Planetengetriebe 24 in Form eines einzelnen Planetenradsatzes. Das Planetengetriebe 24 beinhaltet eine Sonne 26, ein Hohlrad 28 und einen Steg (Planetenträger) 30.The multi-speed step transmission 14 includes a planetary gear 24 in the form of a single planetary gear set. The planetary gear 24 includes a sun 26, a ring gear 28 and a web (planet carrier) 30.

Eine Rotorwelle 32 der Elektromaschine 12 ist drehfest mit der Sonne 26 verbunden. Das Planetengetriebe 24 ist koaxial zu der ersten Achse A1 angeordnet.A rotor shaft 32 of the electric machine 12 is connected in a rotationally fixed manner to the sun 26. The planetary gear 24 is arranged coaxially to the first axis A1.

Das Mehrgang-Stufengetriebe 14 beinhaltet ferner eine Getriebewelle 34, die auf einer zweiten Achse A2 angeordnet ist, die achsparallel versetzt zu der ersten Achse A1 und zu der dritten Achse A3 angeordnet ist.The multi-speed transmission 14 further includes a transmission shaft 34 which is arranged on a second axis A2 which is arranged axially parallel to the first axis A1 and offset from the third axis A3.

Das Planetengetriebe 24 ist über einen ersten Stirnradsatz 36 mit der Getriebewelle 34 verbunden.The planetary gear 24 is connected to the gear shaft 34 via a first spur gear set 36.

Genauer gesagt ist der erste Stirnradsatz 36 durch ein mit der Getriebewelle 34 drehfest verbundenes Festrad und ein Rad des Planetengetriebes 24 gebildet. Vorliegend ist der erste Stirnradsatz 36 durch das an der Getriebewelle 34 festgelegte Festrad und das Hohlrad 28 des Planetengetriebes 24 gebildet, indem das Hohlrad 28 an seinem Außenumfang mit einer Stirnradverzahnung versehen ist, die in Eingriff steht (kämmt) mit dem an der Getriebewelle 34 festgelegten Festrad des ersten Stirnradsatzes 36.More precisely, the first spur gear set 36 is formed by a fixed gear connected to the gear shaft 34 in a rotationally fixed manner and a gear of the planetary gear 24. In the present case, the first spur gear set 36 is formed by the fixed gear fixed to the gear shaft 34 and the ring gear 28 of the planetary gear 24, in that the ring gear 28 is provided on its outer circumference with a spur gear toothing which engages (meshes) with the fixed gear of the first spur gear set 36 fixed to the gear shaft 34.

Das Mehrgang-Stufengetriebe 14 weist ferner einen zweiten Stirnradsatz 38 auf. Der zweite Stirnradsatz 38 ist in axialer Richtung zwischen der Elektromaschine 12 und dem Planetengetriebe 24 angeordnet.The multi-speed transmission 14 further comprises a second spur gear set 38. The second spur gear set 38 is arranged in the axial direction between the electric machine 12 and the planetary gear 24.

Der zweite Stirnradsatz 38 beinhaltet ein mit der Rotorwelle 32 drehfest verbundenes Festrad und ein Losrad, das drehbar an der Getriebewelle 34 gelagert ist und das mit dem Festrad in Eingriff steht (kämmt).The second spur gear set 38 includes a fixed gear that is connected in a rotationally fixed manner to the rotor shaft 32 and an idler gear that is rotatably mounted on the gear shaft 34 and that meshes with the fixed gear.

Ferner beinhaltet das Mehrgang-Stufengetriebe 14 einen Abtriebs-Stirnradsatz 40. Der Abtriebs-Stirnradsatz 40 ist als Konstanten-Radsatz ausgebildet und beinhaltet ein mit dem Steg (Planetenträger) 30 drehfest verbundenes Festrad und ein drehfest mit einem Eingangsglied des Ausgleichsgetriebes 18 verbundenes Festrad. Der Abtriebs-Stirnradsatz 40 ist in axialer Richtung zwischen dem zweiten Stirnradsatz 38 und dem Planetengetriebe 24 angeordnet.The multi-speed step transmission 14 also includes an output spur gear set 40. The output spur gear set 40 is designed as a constant gear set and includes a fixed gear connected in a rotationally fixed manner to the carrier (planet carrier) 30 and a fixed gear connected in a rotationally fixed manner to an input member of the differential gear 18. The output spur gear set 40 is arranged in the axial direction between the second spur gear set 38 and the planetary gear 24.

Das Mehrgang-Stufengetriebe 14 beinhaltet ein erstes Schaltelement 44 und ein zweites Schaltelement 46.The multi-speed transmission 14 includes a first switching element 44 and a second switching element 46.

Das erste Schaltelement 44 ist dazu ausgelegt, die Getriebewelle 34 mit einem Gehäuse G zu verbinden.The first switching element 44 is designed to connect the transmission shaft 34 to a housing G.

Wie oben ausgeführt, ist das erste Schaltelement 44 vorzugsweise durch eine Kombination einer Klauenkupplung und eines Freilaufes gebildet.As stated above, the first switching element 44 is preferably formed by a combination of a dog clutch and a freewheel.

Das zweite Schaltelement 46 ist vorzugsweise als Reibkupplung ausgebildet, insbesondere als Lamellenkupplung.The second switching element 46 is preferably designed as a friction clutch, in particular as a multi-plate clutch.

Zur Betätigung des ersten Schaltelementes 44 ist eine erste elektromechanische Betätigungseinrichtung 48 vorgesehen. Zur Betätigung des zweiten Schaltelementes 46 ist eine zweite elektromechanische Betätigungseinrichtung 50 vorgesehen.A first electromechanical actuating device 48 is provided for actuating the first switching element 44. A second electromechanical actuating device 50 is provided for actuating the second switching element 46.

Das erste Schaltelement 44 liegt vorzugsweise in einer ersten Radialebene R1, die vorzugsweise in axialer Richtung überlappend mit der Elektromaschine 12 angeordnet ist.The first switching element 44 is preferably located in a first radial plane R1, which is preferably arranged overlapping the electric machine 12 in the axial direction.

Das zweite Schaltelement 46 ist vorzugsweise in einer zweiten Radialebene R2 angeordnet.The second switching element 46 is preferably arranged in a second radial plane R2.

Der zweite Stirnradsatz 38 ist in einer dritten Radialebene R3 angeordnet.The second spur gear set 38 is arranged in a third radial plane R3.

Der Abtriebs-Stirnradsatz 40 ist in einer vierten Radialebene R4 angeordnet.The output spur gear set 40 is arranged in a fourth radial plane R4.

Das Planetengetriebe 24 und der erste Stirnradsatz 36 sind in einer fünften Radialebene R5 angeordnet.The planetary gear 24 and the first spur gear set 36 are arranged in a fifth radial plane R5.

Das Ausgleichsgetriebe 18 ist vorzugsweise axial auf einer Seite des Abtriebs-Stirnradsatzes 40 angeordnet, die dem Planetengetriebe 24 gegenüberliegt.The differential gear 18 is preferably arranged axially on a side of the output spur gear set 40 which is opposite the planetary gear 24.

Das Ausgleichsgetriebe 18 ist vorzugsweise in der dritten Radialebene R3 angeordnet.The differential gear 18 is preferably arranged in the third radial plane R3.

Die Radialebenen R1 bis R5 liegen in axialer Richtung zwischen dem linken Rad L und dem rechten Rad R.The radial planes R1 to R5 lie in the axial direction between the left wheel L and the right wheel R.

Wie es bei 38a gezeigt ist, kann der elektrische Achsantrieb 10 ein Mehrgang-Stufengetriebe 14 beinhalten, das einen oder mehrere weitere zweite Stirnradsätze 38a und eine entsprechende Anzahl von weiteren zweiten Schaltelementen 46a aufweist, um beispielsweise ein Dreiganggetriebe einzurichten.As shown at 38a, the electric axle drive 10 may include a multi-speed transmission 14 having one or more additional second spur gear sets 38a and a corresponding number of additional second shift elements 46a to establish, for example, a three-speed transmission.

2 zeigt den elektrischen Achsantrieb 10 bei eingelegter erster Gangstufe. 2 shows the electric axle drive 10 with the first gear engaged.

In diesem Zustand ist das erste Schaltelement 44 geschlossen und das zweite Schaltelement 46 ist geöffnet. Vorzugsweise ist eine formschlüssige Klauenkupplung des ersten Schaltelementes 1 geschlossen, so dass die Getriebewelle 34 in beiden Drehrichtungen gegen das Gehäuse G abgestützt ist.In this state, the first switching element 44 is closed and the second switching element 46 is open. Preferably, a positive-locking claw clutch of the first switching element 1 is closed, so that the gear shaft 34 is supported against the housing G in both directions of rotation.

Dadurch, dass die Getriebewelle 34 mit dem Gehäuse G verbunden ist, ist das Hohlrad 28 des Planetengetriebes 24 gegen das Gehäuse G festgesetzt. Because the gear shaft 34 is connected to the housing G, the ring gear 28 of the planetary gear 24 is fixed against the housing G.

Antriebsleistung der Elektromaschine 12 fließt in diesem Fall von der Rotorwelle 32 über das Sonnenrad in den Steg 30, und von dort direkt in den Abtrieb, genauer über den Abtriebs-Stirnradsatz 40 zu dem Ausgleichsgetriebe 18. Der hierdurch eingerichtete Leistungsfluss ist in 2 mit LF1 bezeichnet. Die Festsetzung des Hohlrades 28 in Bezug auf das Gehäuse G ist als Abstützung am Gehäuse AB1 bezeichnet.In this case, the drive power of the electric machine 12 flows from the rotor shaft 32 via the sun gear into the web 30, and from there directly into the output, more precisely via the output spur gear set 40 to the differential gear 18. The power flow established in this way is in 2 designated LF1. The fixing of the ring gear 28 in relation to the housing G is designated as support on the housing AB1.

3 zeigt den elektrischen Achsantrieb 10 in der zweiten Gangstufe. 3 shows the electric axle drive 10 in the second gear.

Hierbei ist das zweite Schaltelement 46 geschlossen (insbesondere reibschlüssig geschlossen), und das erste Schaltelement 44 ist geöffnet.Here, the second switching element 46 is closed (in particular frictionally closed), and the first switching element 44 is open.

In diesem Fall fließt ein Teil der Leistung von der Rotorwelle 32 zum einen wie in der ersten Gangstufe in Form eines Leistungsflusses LF1 über das Sonnenrad 26 und den Steg 30 hin zu dem Abtriebs-Stirnradsatz 40 und dem Ausgleichsgetriebe 18.In this case, part of the power flows from the rotor shaft 32, as in the first gear stage, in the form of a power flow LF1 via the sun gear 26 and the web 30 to the output spur gear set 40 and the differential gear 18.

Durch das geschlossene zweite Schaltelement 46 fließt Leistung jedoch auch von der Rotorwelle 32 über den zweiten Stirnradsatz 38 in die Getriebewelle 34 und von dort über den ersten Stirnradsatz 36 in das Planetengetriebe 24, das in diesem Fall als Summiergetriebe wirkt. Mit anderen Worten wird die von der Elektromaschine 12 bereitgestellte Antriebsleistung in einen ersten Leistungsfluss LF1 und einen zweiten Leistungsfluss LS2 aufgeteilt, wobei die Leistungsflüsse LF1 und LF2 in dem Planetengetriebe 24 aufsummiert werden, um einen Summenfluss LFS bereitzustellen, der von dem Steg 30 des Planetengetriebes 24 über den Abtriebs-Stirnradsatz 40 hin zu dem Ausgleichsgetriebe 18 fließt. Das zweite Schaltelement 46 überträgt nur einen Teil der von der Elektromaschine 12 bereit gestellten Leistung.However, due to the closed second switching element 46, power also flows from the rotor shaft 32 via the second spur gear set 38 into the transmission shaft 34 and from there via the first spur gear set 36 into the planetary gear 24, which in this case acts as a summing gear. In other words, the drive power provided by the electric machine 12 is divided into a first power flow LF1 and a second power flow LS2, with the power flows LF1 and LF2 being summed in the planetary gear 24 to provide a total flow LFS that flows from the web 30 of the planetary gear 24 via the output spur gear set 40 to the differential gear 18. The second switching element 46 transmits only part of the power provided by the electric machine 12.

Gangwechsel von der ersten Gangstufe (2) in die zweite Gangstufe (3) können unter Last durchgeführt werden.Gear change from first gear ( 2 ) into second gear ( 3 ) can be performed under load.

Hierzu wird zunächst die formschlüssige Klauenkupplung des ersten Schaltelements 44 geöffnet. Im Vorwärtsfahrbetrieb wird das anstehende Moment dann nach wie vor durch den Freilauf des ersten Schaltelementes 44 abgestützt. Das Hohlrad 28 bleibt folglich in Bezug auf das Gehäuse G festgelegt.To do this, the positive-locking claw clutch of the first switching element 44 is first opened. In forward driving mode, the torque present is then still supported by the freewheel of the first switching element 44. The ring gear 28 therefore remains fixed in relation to the housing G.

Anschließend wird das zweite Schaltelement 46 allmählich geschlossen. Hierdurch wird die Getriebewelle in Freilaufrichtung synchronisiert.The second switching element 46 is then gradually closed. This synchronizes the transmission shaft in the freewheel direction.

Sofern möglich, kann der Freilauf ggf. geöffnet werden, kann jedoch auch geschlossen bleiben.If possible, the freewheel can be opened, but can also remain closed.

Ein Rückschalten ist nur mit Zugkraftunterbrechung möglich, wie oben beschrieben. Hierzu wird das zweite Schaltelement 46 geöffnet, bis die Getriebewelle 34 eine Drehzahl von 0 hat. Anschließend greift der Freilauf des ersten Schaltelementes 44 und kann wiederum das anstehende Drehmoment an der Getriebewelle 34 abstützen, um wiederum in der ersten Gangstufe zu fahren. Anschließend kann die formschlüssige Klauenkupplung des ersten Schaltelementes 44 geschlossen werden.Downshifting is only possible with an interruption in traction, as described above. To do this, the second shifting element 46 is opened until the transmission shaft 34 has a speed of 0. The freewheel of the first shifting element 44 then engages and can again support the torque on the transmission shaft 34 in order to drive in the first gear. the positive claw clutch of the first switching element 44 can be closed.

Das zweite Schaltelement 46 kann vergleichsweise klein dimensioniert werden. Denn in der ersten Gangstufe fließt gar keine Leistung über das zweite Schaltelement 46. In der zweiten Gangstufe fließt nur ein Teil der Antriebsleistung der Elektromaschine 12 über das zweite Schaltelement 46.The second switching element 46 can be made comparatively small. This is because in the first gear no power flows through the second switching element 46. In the second gear only a portion of the drive power of the electric machine 12 flows through the second switching element 46.

BezugszeichenReference symbols

1010
Elektrischer AchsantriebElectric axle drive
1212
ElektromaschineElectric machine
1414
Mehrgang-StufengetriebeMulti-speed transmission
1616
AbtriebDownforce
1818
AusgleichsgetriebeDifferential gear
20l,20r20l,20r
AbtriebswellenOutput shafts
2424
Planetengetriebe (Planetenradsatz)Planetary gear (planetary gear set)
2626
SonneSun
2828
HohlradRing gear
3030
Steg/PlanetenträgerBridge/planet carrier
3232
RotorwelleRotor shaft
3434
GetriebewelleGear shaft
3636
erster Stirnradsatzfirst spur gear set
3838
zweiter Stirnradsatzsecond spur gear set
38a38a
weiterer zweiter Stirnradsatzadditional second spur gear set
4040
Abtriebs-StirnradsatzOutput spur gear set
4444
erstes Schaltelementfirst switching element
4646
zweites Schaltelementsecond switching element
46a46a
weiteres zweites Schaltelementadditional second switching element
4848
erste elektromechanische Betätigungseinrichtungfirst electromechanical actuation device
5050
zweite elektromechanische Betätigungseinrichtung second electromechanical actuating device
FF
Fahrzeugvehicle
LL
Linkes RadLeft wheel
RR
Rechtes RadRight wheel
GG
Gehäuse (10)Housing (10)
A1-A3A1-A3
AchsenAxles
R1-R5R1-R5
RadialebenenRadial planes
LF1LF1
erster Leistungsflussfirst power flow
AB1AB1
Abstützung am GehäuseSupport on the housing
LF2LF2
zweiter Leistungsflusssecond power flow
LFSLFS
SummenflussTotal flow

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102020201093 A1 [0007]DE 102020201093 A1 [0007]

Claims (15)

Elektrischer Achsantrieb (10) für ein Fahrzeug, mit - einem Gehäuse (G), - einer Elektromaschine (12), die eine Rotorwelle (32) aufweist, und - einem Mehrgang-Stufengetriebe (14), das eingangsseitig mit der Rotorwelle (32) verbunden ist und das ausgangsseitig mit einem Abtrieb (16) verbunden ist, - wobei das Mehrgang-Stufengetriebe (14) wenigstens einen Stirnradsatz (36, 38) und ein Planetengetriebe (24) aufweist, - wobei die Rotorwelle (32) der Elektromaschine mit einem ersten Glied (26) des Planetengetriebes (24) verbunden ist, - wobei ein zweites Glied (28) des Planetengetriebes (24) über ein erstes Schaltelement (44) mit dem Gehäuse (G) verbindbar ist, - wobei zwei Glieder (26, 28) des Planetengetriebes (24) über ein zweites Schaltelement (46) miteinander verbindbar sind, - wobei ein drittes Glied (30) des Planetengetriebes (24) mit dem Abtrieb (16) verbunden ist, und - wobei die Elektromaschine (12) koaxial zu dem ersten Glied (26) angeordnet ist.Electric axle drive (10) for a vehicle, with - a housing (G), - an electric machine (12) which has a rotor shaft (32), and - a multi-speed step transmission (14) which is connected to the rotor shaft (32) on the input side and which is connected to an output (16) on the output side, - wherein the multi-speed step transmission (14) has at least one spur gear set (36, 38) and a planetary gear (24), - wherein the rotor shaft (32) of the electric machine is connected to a first member (26) of the planetary gear (24), - wherein a second member (28) of the planetary gear (24) can be connected to the housing (G) via a first switching element (44), - wherein two members (26, 28) of the planetary gear (24) can be connected to one another via a second switching element (46), - wherein a third member (30) of the planetary gear (24) is connected to the output (16), and - wherein the electric machine (12) is arranged coaxially to the first member (26). Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 1, wobei - das zweite Glied (28) des Planetengetriebes (24) über einen ersten Stirnradsatz (36) und das erste Schaltelement (44) mit dem Gehäuse (G) verbindbar ist und/oder wobei - ein Glied (28) des Planetengetriebes (24) über einen ersten Stirnradsatz (36) und das zweite Schaltelement (46) sowie einen zweiten Stirnradsatz (38) mit der Rotorwelle (32) der Elektromaschine verbindbar ist.Electric axle drive according to Claim 1 , wherein - the second member (28) of the planetary gear (24) is connectable to the housing (G) via a first spur gear set (36) and the first switching element (44) and/or wherein - a member (28) of the planetary gear (24) is connectable to the rotor shaft (32) of the electric machine via a first spur gear set (36) and the second switching element (46) as well as a second spur gear set (38). Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Glied (28) mit einer Getriebewelle (34) verbunden ist, die achsparallel versetzt zu der Elektromaschine (12) angeordnet ist.Electric axle drive according to Claim 1 or 2 , wherein the second member (28) is connected to a transmission shaft (34) which is arranged axially parallel to the electric machine (12). Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 3, wobei das erste Schaltelement (44) und/oder das zweite Schaltelement (46) koaxial zu der Getriebewelle (46) angeordnet sind.Electric axle drive according to Claim 3 , wherein the first switching element (44) and/or the second switching element (46) are arranged coaxially to the transmission shaft (46). Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Rotorwelle (32) der Elektromaschine über wenigstens einen zweiten Stirnradsatz (38) mit der Getriebewelle (34) verbindbar ist.Electric axle drive according to Claim 3 or 4 , wherein the rotor shaft (32) of the electric machine is connectable to the transmission shaft (34) via at least one second spur gear set (38). Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 5, wobei die Rotorwelle (32) der Elektromaschine über den zweiten Stirnradsatz (38) und das zweite Schaltelement (46) mit der Getriebewelle (34) verbindbar ist.Electric axle drive according to Claim 5 , wherein the rotor shaft (32) of the electric machine is connectable to the transmission shaft (34) via the second spur gear set (38) and the second switching element (46). Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Rotorwelle (32) der Elektromaschine über zumindest einen weiteren zweiten Stirnradsatz (38a) und ein weiteres zweites Schaltelement (46a) mit der Getriebewelle (34) verbindbar ist.Electric axle drive according to Claim 5 or 6 , wherein the rotor shaft (32) of the electric machine is connectable to the transmission shaft (34) via at least one further second spur gear set (38a) and a further second switching element (46a). Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 3-7, wobei das zweite Glied des Planetengetriebes ein Hohlrad (28) ist und wobei der erste Stirnradsatz (36) ein an der Getriebewelle (34) festgelegtes Stirnrad und ein drehfest mit dem Hohlrad (28) verbundenes Stirnrad aufweist.Electric axle drive according to one of the Claims 3 - 7 , wherein the second member of the planetary gear is a ring gear (28) and wherein the first spur gear set (36) has a spur gear fixed to the gear shaft (34) and a spur gear connected in a rotationally fixed manner to the ring gear (28). Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 8, wobei das drehfest mit dem Hohlrad (28) verbundene Stirnrad durch eine an dem Hohlrad (28) ausgebildete Außenverzahnung des Hohlrades (28) gebildet ist.Electric axle drive according to Claim 8 , wherein the spur gear which is connected in a rotationally fixed manner to the ring gear (28) is formed by an external toothing of the ring gear (28) formed on the ring gear (28). Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1-9, wobei das erste Schaltelement (44) eine formschlüssige Kupplung und/oder einen Freilauf aufweist.Electric axle drive according to one of the Claims 1 - 9 , wherein the first switching element (44) has a positive clutch and/or a freewheel. Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1-10, wobei das zweite Schaltelement (46) durch eine Reibkupplung gebildet ist.Electric axle drive according to one of the Claims 1 - 10 , wherein the second switching element (46) is formed by a friction clutch. Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1-11, wobei das erste Schaltelement (44) mittels einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung (48) betätigbar ist und/oder wobei das zweite Schaltelement (46) mittels einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung (50) betätigbar ist.Electric axle drive according to one of the Claims 1 - 11 , wherein the first switching element (44) can be actuated by means of an electromechanical actuating device (48) and/or wherein the second switching element (46) can be actuated by means of an electromechanical actuating device (50). Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1-12, wobei der Abtrieb (16) einen Abtriebs-Stirnradsatz (40) aufweist, über den das dritte Glied (30) des Planetengetriebes mit einem Eingangsglied eines Ausgleichsgetriebes (18) zur Verteilung von Antriebsleistung auf angetriebene Räder (L, R) verbunden ist.Electric axle drive according to one of the Claims 1 - 12 , wherein the output (16) has an output spur gear set (40) via which the third member (30) of the planetary gear is connected to an input member of a differential gear (18) for distributing drive power to driven wheels (L, R). Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1-13, wobei - durch Schließen des ersten Schaltelementes (44) eine erste Übersetzung zwischen einer Rotorwelle (32) der Elektromaschine und einer Abtriebswelle (20l,20r) des Abtriebs (16) in einem Bereich von 9,0 bis 14,0 eingerichtet wird und/oder wobei - durch Schließen des zweiten Schaltelementes (46) eine zweite Übersetzung zwischen einer Rotorwelle (32) der Elektromaschine und einer Abtriebswelle (20l,20r) des Abtriebs (16) in einem Bereich von 4,0 bis 8,5 eingerichtet wird und/oder wobei - eine Spreizung zwischen einer höchsten Übersetzung und einer niedrigsten Übersetzung in einem Bereich von 1,3 bis 2,4 liegt.Electric axle drive according to one of the Claims 1 - 13 , wherein - by closing the first switching element (44) a first gear ratio is established between a rotor shaft (32) of the electric machine and an output shaft (20l,20r) of the output (16) in a range from 9.0 to 14.0 and/or wherein - by closing the second switching element (46) a second gear ratio is established between a rotor shaft (32) of the electric machine and an output shaft (20l,20r) of the output (16) in a range from 4.0 to 8.5 and/or wherein - a spread between a highest gear ratio and a lowest gear ratio is in a range from 1.3 to 2.4. Fahrzeug (F) mit einem elektrischen Achsantrieb (10) nach einem der Ansprüche 1-14.Vehicle (F) with an electric axle drive (10) according to one of the Claims 1 - 14 .
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