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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug, wobei die Antriebseinheit eine elektrische Maschine und ein Schaltgetriebe mit mehreren Gängen aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Antriebseinheit.
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Beispielsweise geht aus der
DE 10 2019 206 961 A1 eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug hervor, umfassend eine elektrische Maschine und ein Zweigang-Schaltgetriebe mit einem ersten Schaltelement, einem zweiten Schaltelement und zwei miteinander gekoppelten Planetensätzen. Der erste Planetensatz umfasst eine erste Sonnenwelle, eine erste Hohlradwelle und eine erste Stegwelle. Der zweite Planetensatz umfasst eine zweite Sonnenwelle, eine zweite Hohlradwelle und eine zweite Stegwelle. Die erste Hohlradwelle ist fest mit der zweiten Stegwelle verbunden. Die erste Sonnenwelle ist durch die elektrische Maschine antreibbar. Die zweite Sonnenwelle ist festgehalten. Die erste Stegwelle bildet die Getriebeabtriebswelle des Zweigang-Schaltgetriebes. Zur Schaltung des ersten Ganges ist das erste Schaltelement A betätigbar. Zur Schaltung des zweiten Ganges ist das zweite Schaltelement betätigbar.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Antriebseinheit für ein Fahrzeug bereitzustellen. Insbesondere soll die Antriebseinheit kompakt aufgebaut und in einer Achse eines Fahrzeugs integrierbar sein. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1, 7 und 8. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Antriebseinheit für ein Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine und ein Schaltgetriebe mit einem ersten Schaltelement, einem zweiten Schaltelement, einem dritten Schaltelement und drei miteinander gekoppelten Planetensätzen, wobei der erste Planetensatz eine erste Sonnenwelle, eine erste Hohlradwelle und eine erste Stegwelle aufweist, wobei der zweite Planetensatz eine zweite Sonnenwelle, eine zweite Hohlradwelle und eine zweite Stegwelle aufweist, wobei der dritte Planetensatz eine dritte Sonnenwelle, eine dritte Hohlradwelle und eine dritte Stegwelle aufweist, wobei die erste Sonnenwelle durch die elektrische Maschine antreibbar ist, wobei die dritte Stegwelle als Abtrieb des Schaltgetriebes eingerichtet ist, wobei die erste Hohlradwelle mit der zweiten Sonnenwelle drehfest verbunden ist, wobei die erste Stegwelle mit der dritten Sonnenwelle drehfest verbunden ist, wobei die zweite Stegwelle mit einem stationären Bauteil drehfest verbunden ist, wobei die dritte Hohlradwelle mit einem stationären Bauteil drehfest verbunden ist, wobei das erste Schaltelement in einem betätigten Zustand die erste Stegwelle mit der zweiten Hohlradwelle drehfest verbindet, um einen ersten Gang zu schalten, wobei das zweite Schaltelement in einem betätigten Zustand die dritte Stegwelle mit der zweiten Hohlradwelle drehfest verbindet, um einen zweiten Gang zu schalten, wobei das dritte Schaltelement in einem betätigten Zustand den zweiten Planetensatz verblockt, um einen dritten Gang zu schalten. Hierzu wird auf die Ausführungsformen gemäß 2 und 3 verwiesen.
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Eine weitere erfindungsgemäße Antriebseinheit für ein Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine und ein Schaltgetriebe mit einem ersten Schaltelement, einem zweiten Schaltelement und zumindest drei miteinander gekoppelten Planetensätzen, wobei der erste Planetensatz eine erste Sonnenwelle, eine erste Hohlradwelle und eine erste Stegwelle aufweist, wobei der zweite Planetensatz eine zweite Sonnenwelle, eine zweite Hohlradwelle und eine zweite Stegwelle aufweist, wobei der dritte Planetensatz eine dritte Sonnenwelle, eine dritte Hohlradwelle und eine dritte Stegwelle aufweist, wobei die erste Sonnenwelle durch die elektrische Maschine antreibbar ist, wobei die dritte Stegwelle als Abtrieb des Schaltgetriebes eingerichtet ist, wobei die erste Hohlradwelle mit der zweiten Sonnenwelle drehfest verbunden ist, wobei die erste Stegwelle mit der dritten Sonnenwelle drehfest verbunden ist, wobei die zweite Stegwelle mit einem stationären Bauteil drehfest verbunden ist, wobei die dritte Hohlradwelle mit einem stationären Bauteil drehfest verbunden ist, wobei das erste Schaltelement in einem betätigten Zustand die erste Stegwelle mit der zweiten Hohlradwelle drehfest verbindet, um einen ersten Gang zu schalten, wobei das zweite Schaltelement in einem betätigten Zustand den zweiten Planetensatz verblockt, um einen zweiten Gang zu schalten. Hierzu wird auf die Ausführungsform gemäß 4 verwiesen.
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Eine weitere erfindungsgemäße Antriebseinheit für ein Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine und ein Schaltgetriebe mit einem ersten Schaltelement, einem zweiten Schaltelement und zumindest drei miteinander gekoppelten Planetensätzen, wobei der erste Planetensatz eine erste Sonnenwelle, eine erste Hohlradwelle und eine erste Stegwelle aufweist, wobei der zweite Planetensatz eine zweite Sonnenwelle, eine zweite Hohlradwelle und eine zweite Stegwelle aufweist, wobei der dritte Planetensatz eine dritte Sonnenwelle, eine dritte Hohlradwelle und eine dritte Stegwelle aufweist, wobei die erste Sonnenwelle durch die elektrische Maschine antreibbar ist, wobei die dritte Stegwelle als Abtrieb des Schaltgetriebes eingerichtet ist, wobei die erste Hohlradwelle mit der zweiten Sonnenwelle drehfest verbunden ist, wobei die erste Stegwelle mit der dritten Sonnenwelle drehfest verbunden ist, wobei die zweite Stegwelle mit einem stationären Bauteil drehfest verbunden ist, wobei die dritte Hohlradwelle mit einem stationären Bauteil drehfest verbunden ist, wobei das erste Schaltelement in einem betätigten Zustand die dritte Stegwelle mit der zweiten Hohlradwelle drehfest verbindet, um einen ersten Gang zu schalten, wobei das zweite Schaltelement in einem betätigten Zustand den zweiten Planetensatz verblockt, um einen zweiten Gang zu schalten. Hierzu wird auf die Ausführungsform gemäß 5 verwiesen.
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Das Schaltgetriebe ermöglicht die Anbindung der elektrischen Maschine zur Einleitung einer Antriebsleistung über eine Antriebswelle. Insbesondere ist das Schaltgetriebe über eine Abtriebswelle, die vorzugsweise drehfest mit der dritten Stegwelle verbunden ist, mit einem Differential oder einem Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden. Der Antrieb des Schaltgetriebes erfolgt über die erste Sonnenwelle, wobei der Abtrieb über die dritte Stegwelle erfolgt. Die erste Sonnenwelle ist mit der elektrischen Maschine antriebswirksam verbunden. Beispielsweise wird eine einzige Antriebseinheit in einer elektrischen Antriebsachse für ein elektrisches Fahrzeug verwendet, wobei dann die Abtriebswelle mit einem Differential antriebswirksam verbunden ist. Das Schaltgetriebe weist bevorzugt drei Gänge auf, die mittels der Schaltelemente geschalten werden, wodurch eine hohe Energieeffizienz für elektrische Fahrzeuge geschaffen wird. Insbesondere eignet sich die Antriebseinheit für Nutzfahrzeuge mit hohen Zuganforderungen. Alternativ kann das Schaltgetriebe zwei Gänge aufweisen.
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Die Schaltelemente sind als Gangschaltelemente ausgebildet und somit zum Schalten von Gängen eingerichtet. Zur Schaltung des ersten Ganges ist das erste Schaltelement betätigbar. Zur Schaltung des zweiten Ganges ist das zweite Schaltelement betätigbar. Zur Schaltung des dritten Ganges ist das dritte Schaltelement betätigbar. Vorzugsweise verbindet das dritte Schaltelement in einem betätigten Zustand die zweite Hohlradwelle mit einem stationären Bauteil drehfest, um einen dritten Gang zu schalten. Alternativ verbindet das dritte Schaltelement in einem betätigten Zustand die zweite Sonnenwelle mit einem stationären Bauteil drehfest, um einen dritten Gang zu schalten. Somit wird der zweite Planetensatz mittels des dritten Schaltelements verblockt. Mit anderen Worten läuft dann der zweite Planetensatz im Block um und hat die Übersetzung 1.
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Unter einem „Schaltelement“ ist eine schaltbare Vorrichtung zu verstehen, die in einem geschlossenen Zustand zwei Wellen oder eine Welle und ein stationäres Bauteil drehfest miteinander verbindet und in einem geöffneten Zustand die beiden Wellen oder die Welle und das stationäre Bauteil voneinander entkoppelt. Zwei Wellen können dann relativ zueinander rotieren.
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Unter einem „stationären Bauteil“ ist ein Bauteil zu verstehen, das stationär festgelegt ist, insbesondere drehfest oder einteilig mit einem Teil eines Gehäuses verbunden ist. Die Schaltelemente sind als Gangschaltelemente ausgebildet und somit zum Schalten von Gängen eingerichtet.
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Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines der Schaltelemente hergestellt werden kann. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird. Der Begriff „Welle“ schließt dabei nicht aus, dass die zu verbindenden Komponenten einteilig ausgeführt sein können. Insbesondere können zwei oder mehrere drehfest miteinander verbundene Wellen einteilig ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. 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.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bilden das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement eine Schalteinheit mit fünf Schaltstellungen, wobei die Schalteinheit eine einzige axial verschiebbare Schiebemuffe aufweist, die in allen Schaltstellungen drehfest an der zweiten Hohlradwelle angeordnet ist. Die Schiebemuffe ist mittels eines einzigen Aktuators in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar. Bevorzugt weist die Schalteinheit zwischen zwei Gangstellungen eine Neutralstellung auf, sodass bei fünf Schaltstellungen drei Gangstellungen und zwei Neutralstellungen vorgesehen sind. In einer Neutralstellung werden zwei Wellen über die Schalteinheit voneinander entkoppelt, wobei dann die Schiebemuffe im Dreheingriff mit einer einzigen Welle ist, nämlich mit der zweiten Hohlradwelle.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bilden das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement eine Schalteinheit mit drei Schaltstellungen, wobei die Schalteinheit eine einzige axial verschiebbare Schiebemuffe aufweist, die in allen Schaltstellungen drehfest an der zweiten Hohlradwelle angeordnet ist. Die Schiebemuffe ist mittels eines einzigen Aktuators in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar. Bevorzugt weist die Schalteinheit zwischen den beiden Gangstellungen eine Neutralstellung auf, sodass bei drei Schaltstellungen zwei Gangstellungen und eine Neutralstellung vorgesehen sind.
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Insbesondere verschiebt der Aktuator die Schiebemuffe in die jeweilige Schaltstellung und schaltet dadurch bis zu drei Gänge sequentiell. Bevorzugt weist die Schiebemuffe formschlüssige Klauen auf, die in der jeweiligen Gangstellung mit einer jeweiligen entsprechenden Klauenverzahnung formschlüssig zusammenwirken, um eine drehfest Verbindung zwischen zwei Wellen oder einer Welle und dem Gehäuse einzustellen. Mithin ist die jeweilige Klauenverzahnung, mit der die Schiebemuffe formschlüssig zusammenwirkt, als Schaltelement zu verstehen. Insbesondere ist die Schiebemuffe in einer jeweiligen Neutralstellung axial zwischen zwei Gangstellungen angeordnet, sodass ein Wechsel zwischen den Gängen stets einen Durchlauf durch eine Neutralstellung erfordert. Bevorzugt umfasst die Schalteinheit eine unsynchronisierte Klauenkupplung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit ein Differential mit einer Differentialeingangswelle, die zumindest mittelbar mit der dritten Stegwelle verbunden ist, und zwei Differentialausgangswellen. Beispielsweise 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 Differentialausgangswelle drehfest verbunden. Der Antrieb des Differentials erfolgt über den Differentialkorb, der als Differentialeingangswelle eingerichtet ist. Die in das Differentialgetriebe eingespeiste Antriebsleistung, wird auf die Differentialausgangswellen verteilt und auf die Antriebsräder der Achse übertragen. Die Differentialausgangswellen sind dazu eingerichtet, mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs antriebswirksam verbunden zu sein. Die jeweilige Differentialausgangswelle kann direkt bzw. unmittelbar oder indirekt bzw. mittelbar über ein Gelenk, eine Gelenkwelle und/oder eine Radnabe mit dem dazugehörigen Fahrzeugrad verbunden sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die drei Platenradsätze, die elektrische Maschine und das Differential koaxial zueinander angeordnet und rotieren um eine gemeinsame Rotationsachse. Dadurch ist die Antriebseinheit insbesondere in radialer Richtung besonders kompaktbauend ausgebildet und vorteilhaft in eine elektrische Antriebsachse eines Fahrzeugs integrierbar.
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Beispielsweise erstreckt sich die zweite Differentialausgangswelle axial durch die drei Platenradsätze und die elektrische Maschine. Gemäß einer axialen Reihenfolge ist der dritte Planetensatz an dem Differential angeordnet, wobei der zweite Planetensatz an dem dritten Planetensatz angeordnet ist, wobei der erste Planetensatz an dem zweiten Planetensatz angeordnet ist, wobei die elektrische Maschine an dem ersten Planetensatz angeordnet ist. Bevorzugt ist die Schalteinheit mit zwei oder drei Schaltelementen axial zwischen dem zweiten und dem dritten Planetensatz angeordnet.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst zumindest eine erfindungsgemäße Antriebseinheit. Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Fahrzeug.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
- 1 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer Antriebsachse, die eine erfindungsgemäße Antriebseinheit aufweist;
- 2 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 3 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 4 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform; und
- 5 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform.
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1 zeigt ein Fahrzeug 100 mit einer ersten Achse 101 mit zwei Fahrzeugrädern R1, R2 und einer zweiten Achse 102 mit zwei Fahrzeugrädern R3, R4. Vorliegend ist die erste Achse 101 als hintere Antriebsachse des Fahrzeugs 100 ausgebildet und mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit ausgestattet. Die Antriebseinheit umfasst eine elektrische Maschine EM, die zum Generieren einer Antriebsleistung eingerichtet ist, ein Schaltgetriebe SG mit mehreren Gängen und ein Differential DG. Mithin ist das Fahrzeug 100 als elektrisches Fahrzeug, d. h. als elektrisch antreibbares Fahrzeug ausgebildet. Die Antriebseinheit ist quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet und über das Differential DG mit den Fahrzeugrädern R1, R2 der ersten Achse 101 antriebswirksam verbunden. Vorliegend ist an der zweiten Achse 102, also an der Frontachse des Fahrzeugs 100, keine weitere Antriebseinheit angeordnet, wodurch Kosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden. Alternativ kann die Antriebseinheit, anstatt an der Heckachse, an der Frontachse des Fahrzeugs 100 angeordnet sein. Zur Realisierung eines Allradantriebsystems kann an der zweiten Achse 102 eine weitere Antriebseinheit angeordnet und mit den Fahrzeugrädern R3, R4 dieser Achse 102 antriebswirksam verbunden sein.
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Gemäß 2 umfasst die Antriebseinheit die elektrische Maschine EM, die einen gehäusefesten Stator EMS und einem drehbeweglichen Rotor EMR aufweist, sowie ein Schaltgetriebe SG mit einem ersten Schaltelement A, einem zweiten Schaltelement B, einem dritten Schaltelement C und drei miteinander gekoppelten Planetensätzen PS1, PS2, PS3. Alle drei Schaltelemente A, B, C sind als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet, wodurch Bauraum eingespart und die Effizienz erhöht wird. Der erste Planetensatz PS1 umfasst drei Wellen, nämlich eine erste Sonnenwelle SO1, eine erste Hohlradwelle HR1 und eine erste Stegwelle ST1. Die erste Stegwelle ST1 trägt mehrere Planetenräder, die mit der ersten Sonnenwelle SO1 und mit der ersten Hohlradwelle HR1 kämmen, also im Zahneingriff stehen. Der zweite Planetensatz PS2 umfasst auch drei Wellen, nämlich eine zweite Sonnenwelle SO2, eine zweite Hohlradwelle HR2 und eine zweite Stegwelle ST2. Die zweite Stegwelle ST2 trägt mehrere Planetenräder, die mit der zweiten Sonnenwelle SO2 und mit der zweiten Hohlradwelle HR2 kämmen, also im Zahneingriff stehen. Der dritte Planetensatz PS3 umfasst drei Wellen, nämlich eine dritte Sonnenwelle SO3, eine dritte Hohlradwelle HR3 und eine dritte Stegwelle ST3. Die dritte Stegwelle ST3 trägt mehrere Planetenräder, die mit der dritten Sonnenwelle SO3 und mit der dritten Hohlradwelle HR3 kämmen, also im Zahneingriff stehen. Die drei Planetensätze PS1, PS2, PS3 sind axial aneinander angrenzend angeordnet.
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Die erste Sonnenwelle SO1 ist über eine Antriebswelle An mit dem als Innenläufer ausgebildeten Rotor EMR der elektrischen Maschine EM drehfest verbunden und somit von der elektrischen Maschine EM antreibbar. Die dritte Stegwelle ST3 ist als Abtrieb des Schaltgetriebes SG eingerichtet und mit einer Abtriebswelle Ab drehfest verbunden. Die erste Hohlradwelle HR1 ist mit der zweiten Sonnenwelle SO2 drehfest verbunden. Mithin bilden die erste Hohlradwelle HR1 und die zweite Stegwelle ST2 eine Koppelwelle zwischen dem ersten und dem zweiten Planetensatz PS1, PS2. Die erste Stegwelle ST1 ist mit der dritten Sonnenwelle SO3 drehfest verbunden. Mithin bilden die erste Stegwelle ST1 und die dritte Sonnenwelle SO3 eine Koppelwelle zwischen dem ersten und dem dritten Planetensatz PS1, PS3. Die zweite Stegwelle ST2 und die dritte Hohlradwelle HR3 sind mit einem jeweiligen als Gehäuse G ausgebildeten stationären Bauteil drehfest verbunden. Mithin sind die dritte Hohlradwelle HR3 und die zweite Stegwelle ST2 stationär festgelegt und somit an einer Rotation gehindert. Insbesondere ist das Gehäuse G als Einhausung des Schaltgetriebes SG vorgesehen.
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Die drei Platenradsätze PS1, PS2, PS3, die elektrische Maschine EM und das Differential DG sind koaxial zueinander angeordnet und rotieren um eine gemeinsame Rotationsachse R, die gleichzeitig die Symmetrieachse der Antriebseinheit ist. 2 bis 5 zeigen nur die „obere“ Hälfte der Antriebseinheit, wobei die „untere“, nicht dargestellte Hälfte symmetrisch zur „oberen“ Hälfte ausgebildet ist.
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Das Differential DG weist eine Differentialeingangswelle D1, die über die Abtriebswelle Ab drehfest mit der dritten Stegwelle ST3 verbunden ist, und zwei Differentialausgangswellen D2, D3 zur Verteilung der Antriebsleistung auf zwei Räder einer Antriebsachse des Fahrzeugs auf. Die beiden Differentialausgangswellen D2, D3 sind auf der Rotationsachse R angeordnet, wobei sich die zweite Differentialausgangselle D3 axial durch die drei Platenradsätze PS1, PS2, PS3 und die elektrische Maschine EM erstreckt.
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Das Differential DG ist als Kegelraddifferential ausgebildet und im Leistungsfluss nach dem dritten Planetensatz PS3 angeordnet. Das Kegelraddifferential weist ein erstes Abtriebsrad und ein zweites Abtriebsrad auf. 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 einer jeweiligen Differentialausgangswelle D2, D3 drehfest verbunden. Der Antrieb des Differentials DG erfolgt über den Differentialkorb, der als Differentialeingangswelle D1 eingerichtet ist. Die Differentialeingangswelle D1 ist mit der Abtriebswelle Ab drehfest verbunden. Die in das Differential DG eingespeiste Antriebsleistung, wird auf die Differentialausgangswellen D2, D3 verteilt und auf die Antriebsräder der Achse des Fahrzeugs übertragen. Die Differentialausgangswellen D2, D3 sind dazu eingerichtet, mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs antriebswirksam verbunden zu sein. Die jeweilige Differentialausgangswelle D2, D3 kann direkt bzw. unmittelbar oder indirekt bzw. mittelbar über ein Gelenk, eine Gelenkwelle und/oder eine Radnabe mit dem dazugehörigen Fahrzeugrad verbunden sein.
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Das erste Schaltelement A, das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C sind gemeinsam zu einer Schalteinheit mit fünf Schaltstellungen ausgebildet, wobei die Schalteinheit eine einzige axial verschiebbare Schiebemuffe SM aufweist, mit der die fünf Schaltstellungen realisiert werden. Die Schiebemuffe SM ist mittels eines einzigen Aktuators AK in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar. Mithin sind alle fünf Schaltstellungen der Schalteinheit linear angeordnet und setzen sich aus drei Gangstellungen und zwei Neutralstellungen zusammen, wobei die Schalteinheit zwischen zwei Gangstellungen genau eine Neutralstellung aufweist. Mithin werden die Gänge eins bis drei durch Verschieben der Schiebemuffe SM in eine axiale Richtung, jeweils über Neutralstellungen, nacheinander bzw. sequentiell geschaltet. Dadurch werden nicht nur Gewicht und Bauteile eingespart, sondern auch Kosten, Bauraum und Montageaufwand.
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Der erste Gang ist eingelegt, wenn die Schiebemuffe SM in einer ersten Gangstellung, also in einer ersten Schaltstellung angeordnet ist. Das erste Schaltelement A verbindet in einem betätigten Zustand, also in der ersten Schaltstellung der Schiebemuffe SM, die erste Stegwelle ST1 mit der zweiten Hohlradwelle HR2, um den ersten Gang zu schalten. Dadurch dreht die erste Hohlradwelle HR1 rückwärts und es entsteht eine hohe Übersetzung von der Antriebswelle An zur Abtriebswelle Ab.
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Der erste Gang wird ausgelegt, indem die Schiebemuffe SM axial in eine erste Neutralstellung, also in eine zweite Schaltstellung, verschoben wird. In der zweiten Schaltstellung der Schiebemuffe SM ist die Schiebemuffe SM nur in Dreheingriff mit der zweiten Hohlradwelle HR2. Kein Gang ist geschaltet, wobei die elektrische Maschine EM den Zielgang synchronisieren kann.
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Der zweite Gang wird eingelegt, indem die Schiebemuffe SM axial in eine zweite Gangstellung, also in eine dritte Schaltstellung, verschoben wird. Das zweite Schaltelement B verbindet in einem betätigten Zustand, also in der dritten Schaltstellung der Schiebemuffe SM, die dritte Stegwelle ST3 mit der zweiten Hohlradwelle HR2, um den zweiten Gang zu schalten. Vorliegend ist in 2 diese dritte Schaltstellung der Schiebemuffe SM dargestellt. Die erste Hohlradwelle HR1 dreht weniger schnell rückwärts als im ersten Gang.
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Der zweite Gang wird ausgelegt, indem die Schiebemuffe SM axial in eine zweite Neutralstellung, also in die vierte Schaltstellung, verschoben wird. In der vierten Schaltstellung der Schiebemuffe SM ist die Schiebemuffe SM nur in Dreheingriff mit der zweiten Hohlradwelle HR2. In der zweiten Neutralstellung ist die Schiebemuffe SM nur in Dreheingriff mit der ersten Hohlradwelle HR1. Kein Gang ist geschaltet, wobei die elektrische Maschine EM den Zielgang synchronisieren kann.
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Der dritte Gang wird eingelegt, indem die Schiebemuffe SM axial in eine dritte Gangstellung, also in eine fünfte Schaltstellung, verschoben wird. Das dritte Schaltelement C verbindet in einem betätigten Zustand, also in der fünften Schaltstellung der Schiebemuffe SM, die zweite Hohlradwelle HR2 mit einem stationären Bauteil, um den dritten Gang zu schalten. Dadurch wird der zweite Planetensatz PS2 verblockt. Mit anderen Worten läuft der zweite Planetensatz PS2 im Block um und hat die Übersetzung 1. Die erste Hohlradwelle HR1 kommt dabei zum Stillstand. In allen fünf Schaltstellungen ist die Schiebemuffe SM an der zweiten Hohlradwelle HR2 angeordnet.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit. Die Antriebseinheit gemäß 3 entspricht im Wesentlichen der Antriebseinheit gemäß 2, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung der Schalteinheit und Anordnung des dritten Schaltelements C besteht. Ferner wurde in der Ausführungsformen gemäß 3 auf die Darstellung des Differentials verzichtet, weil dieses auch entfallen kann. Die Abtriebswelle Ab kann entweder über ein Differential oder direkt mit einem Fahrzeugrad der Antriebsachse verbunden sein, wobei dies vereinfacht durch den Pfeil an der Abtriebswelle Ab dargestellt ist.
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Vorliegend sind in der Ausführungsform gemäß 3 das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B zu einer Schalteinheit mit drei Schaltstellungen zusammengefasst ausgebildet, wobei die Schalteinheit eine einzige axial verschiebbare Schiebemuffe SM aufweist, die in allen Schaltstellungen drehfest an der zweiten Hohlradwelle HR2 angeordnet ist. Die Schalteinheit weist zwischen zwei Gangstellungen eine Neutralstellung auf und ist axial zwischen dem zweiten und dem dritten Planetensatz angeordnet. Das dritte Schaltelement C ist als separates Schaltelement mit einem separaten Aktuator AK ausgebildet und axial zwischen dem ersten und dem zweiten Planetensatz PS1, PS2 angeordnet. Das dritte Schaltelement C verbindet in einem betätigten Zustand die zweite Sonnenwelle SO2 mit einem als Gehäuse G ausgebildeten stationären Bauteil drehfest, um einen dritten Gang zu schalten, wobei dazu die Schalteinheit in der Neutralstellung vorliegt. Vorliegend ist das dritte Schaltelement C in einem nicht betätigten Zustand dargestellt. Alternativ sowie hier nicht dargestellt, verbindet das dritte Schaltelement C in einem betätigten Zustand die zweite Sonnenwelle SO2 mit der zweiten Hohlradwelle HR2 drehfest, um einen dritten Gang zu schalten.
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Der erste Gang ist eingelegt, wenn die Schiebemuffe SM in einer ersten Gangstellung, also in einer ersten Schaltstellung angeordnet ist. Das erste Schaltelement A verbindet in einem betätigten Zustand, also in der ersten Schaltstellung der Schiebemuffe SM, die erste Stegwelle ST1 mit der zweiten Hohlradwelle HR2, um den ersten Gang zu schalten.
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Der erste Gang wird ausgelegt, indem die Schiebemuffe SM axial in eine erste Neutralstellung, also in eine zweite Schaltstellung, verschoben wird. In der zweiten Schaltstellung der Schiebemuffe SM ist die Schiebemuffe SM nur in Dreheingriff mit der zweiten Hohlradwelle HR2. Kein Gang ist geschaltet, wobei die elektrische Maschine EM den Zielgang synchronisieren kann. Vorliegend ist in 3 diese zweite Schaltstellung der Schiebemuffe SM dargestellt.
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Der zweite Gang wird eingelegt, indem die Schiebemuffe SM axial in eine zweite Gangstellung, also in eine dritte Schaltstellung, verschoben wird. Das zweite Schaltelement B verbindet in einem betätigten Zustand, also in der dritten Schaltstellung der Schiebemuffe SM, die dritte Stegwelle ST3 mit der zweiten Hohlradwelle HR2, um den zweiten Gang zu schalten.
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Mithin sind die Schaltstellungen eins bis drei ebenso wie die dazugehörigen Funktionen gegenüber der Ausführungsform gemäß 2 unverändert. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 3 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
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4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit. Die Antriebseinheit gemäß 4 entspricht im Wesentlichen der Antriebseinheit gemäß 2, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung der Schalteinheit besteht. Vorliegend sind ein erstes Schaltelement A` und ein zweites Schaltelement C' zu einer Schalteinheit mit drei Schaltstellungen zusammengefasst ausgebildet. Mithin ist gegenüber der Ausführungsform gemäß 2 ein Schaltelement entfallen, sodass das Schaltgetriebe SG als 2-Gang-Getriebe ausgebildet ist. Beide Schaltelemente A', C' sind als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Die Schalteinheit weist eine einzige axial verschiebbare Schiebemuffe SM auf, mit der die drei Schaltstellungen realisiert werden. Die Schiebemuffe SM ist mittels eines einzigen Aktuators AK in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar. Die drei Schaltstellungen der Schalteinheit sind linear angeordnet und setzen sich aus zwei Gangstellungen sowie einer Neutralstellung zusammen, wobei die Neutralstellung zwischen den beiden Gangstellungen angeordnet ist. Mithin werden die Gänge eins und zwei durch Verschieben der Schiebemuffe SM in eine axiale Richtung über die Neutralstellung geschaltet. Dadurch werden nicht nur Gewicht und Bauteile eingespart, sondern auch Kosten, Bauraum und Montageaufwand.
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Der erste Gang ist eingelegt, wenn die Schiebemuffe SM in einer ersten Gangstellung, also in einer ersten Schaltstellung angeordnet ist. Das erste Schaltelement A` verbindet in einem betätigten Zustand, also in der ersten Schaltstellung der Schiebemuffe SM, die erste Stegwelle ST1 mit der zweiten Hohlradwelle HR2, um den ersten Gang zu schalten.
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Der erste Gang wird ausgelegt, indem die Schiebemuffe SM axial in eine erste Neutralstellung, also in eine zweite Schaltstellung, verschoben wird. In der zweiten Schaltstellung der Schiebemuffe SM ist die Schiebemuffe SM nur in Dreheingriff mit der zweiten Hohlradwelle HR2. Kein Gang ist geschaltet, wobei die elektrische Maschine EM den Zielgang synchronisieren kann. Vorliegend ist in 4 diese zweite Schaltstellung der Schiebemuffe SM dargestellt.
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Der zweite Gang wird eingelegt, indem die Schiebemuffe SM axial in eine zweite Gangstellung, also in eine dritte Schaltstellung, verschoben wird. Das zweite Schaltelement C'' verbindet in einem betätigten Zustand, also in der dritten Schaltstellung der Schiebemuffe SM, die zweite Hohlradwelle HR2 mit einem als Gehäuse G ausgebildeten stationären Bauteil, um den zweiten Gang zu schalten. Dadurch wird der zweite Planetensatz PS2 verblockt.
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Mithin entsprechen die Schaltstellungen eins bis drei den Schaltstellungen eins, zwei und fünf der Ausführungsform gemäß 2. Somit sind gegenüber der Ausführungsform gemäß 2 die Schaltstellungen drei und vier entfallen. Vorteilhaft ist an dieser Ausführungsform gegenüber der Ausführungsform gemäß 2 der größere Gangsprung bei gleicher Spreizung. Ferner wird weniger Schaltweg benötigt, da die Schalteinheit dabei nur drei Schaltstellungen aufweist. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 4 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
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5 zeigt eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit. Die Antriebseinheit gemäß 5 entspricht im Wesentlichen der Antriebseinheit gemäß 2, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung der Schalteinheit besteht. Vorliegend sind ein erstes Schaltelement B'' und ein zweites Schaltelement C'' zu einer Schalteinheit mit drei Schaltstellungen zusammengefasst ausgebildet. Mithin ist gegenüber der Ausführungsform gemäß 2 ein Schaltelement entfallen, sodass das Schaltgetriebe SG als 2-Gang-Getriebe ausgebildet ist. Beide Schaltelemente B'', C'' sind als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Die Schalteinheit weist eine einzige axial verschiebbare Schiebemuffe SM auf, mit der die drei Schaltstellungen realisiert werden. Die Schiebemuffe SM ist mittels eines einzigen Aktuators AK in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar. Die drei Schaltstellungen der Schalteinheit sind linear angeordnet und setzen sich aus zwei Gangstellungen sowie einer Neutralstellung zusammen, wobei die Neutralstellung zwischen den beiden Gangstellungen angeordnet ist. Mithin werden die Gänge eins und zwei durch Verschieben der Schiebemuffe SM in eine axiale Richtung über die Neutralstellung geschaltet. Dadurch werden nicht nur Gewicht und Bauteile eingespart, sondern auch Kosten, Bauraum und Montageaufwand.
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Der erste Gang ist eingelegt, wenn die Schiebemuffe SM in einer ersten Gangstellung, also in einer ersten Schaltstellung angeordnet ist. Das erste Schaltelement B'' verbindet in einem betätigten Zustand, also in der ersten Schaltstellung der Schiebemuffe SM, die dritte Stegwelle ST2 mit der zweiten Hohlradwelle HR2, um den ersten Gang zu schalten.
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Der erste Gang wird ausgelegt, indem die Schiebemuffe SM axial in eine erste Neutralstellung, also in eine zweite Schaltstellung, verschoben wird. In der zweiten Schaltstellung der Schiebemuffe SM ist die Schiebemuffe SM nur in Dreheingriff mit der zweiten Hohlradwelle HR2. Kein Gang ist geschaltet, wobei die elektrische Maschine EM den Zielgang synchronisieren kann. Vorliegend ist in 5 diese zweite Schaltstellung der Schiebemuffe SM dargestellt.
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Der zweite Gang wird eingelegt, indem die Schiebemuffe SM axial in eine zweite Gangstellung, also in eine dritte Schaltstellung, verschoben wird. Das zweite Schaltelement C'' verbindet in einem betätigten Zustand, also in der dritten Schaltstellung der Schiebemuffe SM, die zweite Hohlradwelle HR2 mit einem als Gehäuse G ausgebildeten stationären Bauteil, um den zweiten Gang zu schalten. Dadurch wird der zweite Planetensatz PS2 verblockt.
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Mithin entsprechen die Schaltstellungen eins bis drei den Schaltstellungen drei bis fünf der Ausführungsform gemäß 2. Somit sind gegenüber der Ausführungsform gemäß 2 die Schaltstellungen eins und zwei entfallen.
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Vorteilhaft ist an dieser Ausführungsform gegenüber der Ausführungsform gemäß 2 die geringere Spreizung, wobei die beiden geringeren Übersetzungen verbleiben. Dies eignet sich beispielsweise für Fahrzeuge, die eine geringere Zugkraftanforderung haben, insbesondere bei einem Betrieb ohne Anhänger. Ferner wird weniger Schaltweg benötigt, da die Schalteinheit dabei nur drei Schaltstellungen aufweist. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 5 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
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Bezugszeichen
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- An
- Antriebswelle
- Ab
- Abtriebswelle
- SG
- Schaltgetriebe
- 100
- Fahrzeug
- 101
- erste Achse
- 102
- zweite Achse
- R1
- Fahrzeugrad
- R2
- Fahrzeugrad
- R3
- Fahrzeugrad
- R4
- Fahrzeugrad
- EM
- elektrische Maschine
- EMS
- Stator der elektrischen Maschine
- EMR
- Rotor der elektrischen Maschine
- PS1
- erster Planetensatz
- SO1
- erste Sonnenwelle
- HO1
- erste Hohlradwelle
- ST1
- erste Stegwelle
- PS2
- zweiter Planetensatz
- SO2
- zweite Sonnenwelle
- HO2
- zweite Hohlradwelle
- ST2
- zweite Stegwelle
- PS3
- dritter Planetensatz
- SO3
- dritte Sonnenwelle
- HO3
- dritte Hohlradwelle
- ST3
- dritte Stegwelle
- AK
- Aktuator
- G
- Gehäuse
- R
- Rotationsachse
- DG
- Differential
- D1
- Differentialeingangswelle
- D2
- erste Differentialausgangswelle
- D3
- zweite Differentialausgangswelle
- SM
- Schiebemuffe
- A
- erstes Schaltelement
- B
- zweites Schaltelement
- C
- drittes Schaltelement
- A'
- erstes Schaltelement
- C'
- zweites Schaltelement
- B''
- erstes Schaltelement
- C''
- zweites Schaltelement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019206961 A1 [0002]
