EP4638162A1 - Antriebseinheit und fahrzeug - Google Patents

Antriebseinheit und fahrzeug

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Publication number
EP4638162A1
EP4638162A1 EP23833326.4A EP23833326A EP4638162A1 EP 4638162 A1 EP4638162 A1 EP 4638162A1 EP 23833326 A EP23833326 A EP 23833326A EP 4638162 A1 EP4638162 A1 EP 4638162A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gear
drive unit
main
vehicle
gears
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23833326.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Kayran
Frank Steffens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler Truck Holding AG
Original Assignee
Daimler Truck AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Truck AG filed Critical Daimler Truck AG
Publication of EP4638162A1 publication Critical patent/EP4638162A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/02—Arrangement or mounting of electrical propulsion units comprising more than one electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H2003/0811—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts using unsynchronised clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H2200/0004—Transmissions for multiple ratios comprising a power take off shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/089—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears all of the meshing gears being supported by a pair of parallel shafts, one being the input shaft and the other the output shaft, there being no countershaft involved
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/04—Combinations of toothed gearings only
    • F16H37/042—Combinations of toothed gearings only change gear transmissions in group arrangement
    • F16H37/046—Combinations of toothed gearings only change gear transmissions in group arrangement with an additional planetary gear train, e.g. creep gear, overdrive

Definitions

  • the invention relates to a drive unit for a vehicle according to the preamble of claim 1 and a vehicle according to claim 9.
  • DE 102013218454 A1 describes a transmission, in particular a dual-clutch transmission, for a motor vehicle, comprising at least two partial transmissions, each of the partial transmissions comprising at least one input shaft, and an output shaft being arranged as the output shaft of both partial transmissions, the at least one input shaft being arranged on an input shaft axis and the output shaft being arranged on the input shaft axis or on a countershaft axis, in particular parallel to the input shaft axis, and a countershaft being arranged with at least one countershaft, the at least one countershaft being arranged on the countershaft axis, and a plurality of switching devices being arranged and at least one of the input shafts being connectable to the output shaft by means of at least two gear planes and/or at least one switching element of one of the switching devices, two solid shafts being able to be coupled directly to the input shaft axis via a switching element, and either a) a switching device comprising a single switching element is arranged on the
  • the invention is based on the object of specifying a novel drive unit for a vehicle and a novel vehicle.
  • the object is achieved according to the invention by a drive unit for a vehicle having the features of claim 1 and by a vehicle having the features of claim 9.
  • a drive unit for a vehicle has a reduction group and a main transmission, with at least two electric machines mounted on the reduction group, each of which acts on its own torque path, which is in engagement with one of two main shafts in the main transmission, with at least two idler gears running on each of the main shafts, which are configured to engage with one of at least two fixed gears running on a countershaft of the main transmission, with each of the fixed gears being configured to engage with one of the idler gears of each of the main shafts.
  • each of the fixed gears is configured to engage with one of the idler gears of each of the main shafts with the same gear ratio.
  • the even-numbered gears of the main transmission can be realized on one of the main shafts and the odd-numbered gears on the other.
  • the solution according to the invention enables the multiple use of the same gear variants, with main shafts of the same design being able to be used.
  • the gear ratio of one of the idler gears of each of the main shafts to the respective associated fixed gear is the reciprocal of the gear ratio of the other of the idler gears of the same main shaft to the respective associated fixed gear. In this way, the number of gear wheel variants used can be further reduced.
  • the ratio of a gear jump lies between the two torque paths of the reduction group.
  • the overall gear ratio from one of the electric machines to the countershaft differs from the overall gear ratio from the other electric machine to the countershaft, so that despite the same gear ratios of idler gears of both main shafts assigned to the same fixed gear, different overall gear ratios are achieved by switching these idler gears, for example for a first and a second gear, or for a third and a fourth gear.
  • both torque paths have an identically designed drive pinion, with the electric machines engaging the respective drive pinion with output pinions of different sizes. This results in just five gear wheel variants.
  • the countershaft is connected to a rear-mounted group that has at least two shift positions with different gear ratios. In this way, the number of gears that can be switched is doubled. This can be used to differentiate the type of use, for example off-road and on-road.
  • the rear-mounted group has a planetary gear with a sun gear, a ring gear and a planetary gear set, with the sun gear being locked to the ring gear in one of the switching positions so that the planetary gear set rotates with a gear ratio of one.
  • This switching position can be used in particular for on-road use. Since no gears are rotating in the rear-mounted group, the drive unit is very efficient in terms of power transmission.
  • At least one power take-off can be arranged on the drive unit, in particular on an output gear of at least one of the electrical machines and/or on a drive gear of at least one of the torque paths of the reduction group and/or on one of the idler gears of the main transmission.
  • a retarder can be connected to the drive unit, in particular to a propeller shaft at an output of the drive unit.
  • a vehicle comprising at least one driven axle and a drive unit as described above, wherein the drive unit is connected to the axle via a cardan shaft at an output of the drive unit.
  • the vehicle may be designed as a commercial vehicle.
  • the drive unit according to the invention covers two application cases differentiated by the rear-mounted group, for example off-road, characterized by driving characteristics, and on-road, characterized by efficiency.
  • the drive unit according to the invention is suitable, for example, for construction site vehicles of different sizes (high variance, for example 20t to 120t).
  • the drive unit can be sequentially power-shifted in the respective application.
  • Fig. 1 is a schematic view of an embodiment of a drive unit for a vehicle
  • Fig. 2 is a schematic view of another embodiment of a drive unit for a vehicle.
  • Fig. 3 is a schematic view of a vehicle.
  • Figure 1 is a schematic view of an embodiment of a drive unit 1 for a vehicle 20 (shown in Figure 3), which is particularly suitable for heavy commercial vehicles that can drive both off-road and on-road.
  • the drive unit 1 is mounted via a cardan shaft 2 to an axle 3, for example the rear axle, of the vehicle 20 with the appropriate gear ratio.
  • the drive unit 1 can drive vehicles with a total mass of 20 to 120 t, for example.
  • the axle 3 can, for example, have a differential gear 14.
  • the drive unit 1, for example, is geometrically stepped and has three subassemblies, namely a reduction group 4, a main gearbox 5 and a secondary group 6.
  • At least two electrical machines 7.1, 7.2 are mounted on the reduction group 4.
  • the outputs of these electrical machines 7.1, 7.2 are guided by the reduction group 4 in two separate torque paths 8.1, 8.2 and transformed to a desired speed/torque ratio.
  • the two separate torque paths 8.1, 8.2 then lead to the main gearbox 5.
  • the main gearbox 5 has two main shafts 9.1, 9.2 and a countershaft 10.
  • the main shafts 9.1, 9.2 differ in that all even or even-numbered gears G2, G4 are located on one of the main shafts 9.2 and all odd or odd-numbered gears G1, G3 are located on the other main shaft 9.1.
  • pairs of one of the even gears G2 and G4 and one of the odd gears G1 and G3 have the same gear ratio and engage with the same fixed gear Z5, Z6 on the countershaft 10. This arrangement allows the main gearbox 5 to be shifted completely sequentially and without any interruption in the load.
  • Both main shafts 9.1, 9.2 can be designed exactly the same so that identical parts can be used.
  • the countershaft 10 then transfers the shared torque to the rear-mounted group 6.
  • the rear-mounted group 6 has two shift positions: Low (short gear ratio) and High (long gear ratio).
  • the Low switching position is intended for off-road operation and for operation with high tonnages for starting.
  • the High switching position is mainly intended for on-road use.
  • the rear-mounted group 6 has a planetary gear with a sun gear 11, a ring gear 12 and a planetary gear set 13. In the High switching position, the sun gear 11 is locked to the ring gear 12 and the planetary gear set 13 rotates with a gear ratio of one.
  • two electrical machines 7.1, 7.2 of the same design can be provided.
  • the electrical machines 7.1, 7.2 can be designed to directly drive the reduction group 4 or with a reduction gear to drive it. It is also conceivable that one of the electrical machines 7.1 is designed to directly drive and the other with a reduction gear to drive it.
  • the characteristics of the electrical machines 7.1, 7.2 can be designed such that their peak power corresponds to approximately 70% of their continuous power.
  • the reduction group 4 transforms torques and speeds to an input of the main gear 5.
  • the special feature here is that there is a ratio of a gear jump between the two torque paths 8.1, 8.2 of the reduction group 4.
  • the same gear ratio of the first and second gears G1, G2 on the one hand and the third and fourth gears G3, G4 on the other hand enables double tooth engagement in the fixed gear Z5, Z6 with an identical center distance. In this way, two gears are saved. The remaining six gears are represented by only two gear wheel variants.
  • the countershaft 10 leads to the switchable planetary gear set 13. This serves to cover the required range of the required driving characteristics for a vehicle 20 that is to be driven in off-road and on-road operation.
  • the Low gear position (short gear ratio) covers off-road use, especially for starting on loose surfaces, at high slope angles and/or high gradients.
  • the drive unit 1 can be used with five gear wheel variants and a planetary gear to produce eight gears, including four off-road gears and four road gears.
  • gears with the following number of teeth n are used, which lead to the corresponding gear ratios i:
  • Figure 2 is a schematic view of the drive unit 1 with exemplary power take-offs mPTO.
  • the drive unit 1 can be provided with one or more power take-offs mPTO (in particular engine, transmission, side, axial PTO), which can be engaged with:
  • a retarder R can be provided, which can, for example, be in engagement with the propeller shaft 2.
  • Figure 3 is a schematic view of a vehicle 20, for example a commercial vehicle, in particular a heavy commercial vehicle, which has the driven Axle 3 and the drive unit 1 described above, wherein the drive unit 1 is connected to the axle 3 via the universal joint shaft 2.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (1) für ein Fahrzeug (20), aufweisend eine Reduziergruppe (4) und ein Hauptgetriebe (5), wobei an der Reduziergruppe (4) mindestens zwei elektrische Maschinen (7.1, 7.2) montiert sind, die auf je einen eigenen Drehmomentpfad (8.1, 8.2) wirken, der mit jeweils einer von zwei Hauptwellen (9.1, 9.2) im Hauptgetriebe (5) im Eingriff ist, wobei auf jeder der Hauptwellen (9.1, 9.2) mindestens zwei Losräder (Z1 bis Z4) laufen, die zum Eingriff in ein auf einer Vorgelegewelle (10) des Hauptgetriebes (5) laufendes Festrad (Z5, Z6) konfiguriert sind, wobei jedes der Festräder (Z5, Z6) zum Eingriff mit jeweils einem der Losräder (Z1 bis Z4) jeder der Hauptwellen (9.1, 9.2) konfiguriert ist, wobei jedes der Festräder (Z5, Z6) zum Eingriff mit jeweils einem der Losräder (Z1 bis Z4) jeder der Hauptwellen (9.1, 9.2) mit demselben Übersetzungsverhältnis konfiguriert ist.

Description

Daimler Truck AG Kanmogne Kwouossu
12.12.2023
Antriebseinheit und Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeug gemäß Anspruch 9.
DE 102013218454 A1 beschreibt ein Getriebe, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe, für ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest zwei Teilgetriebe, wobei jedes der Teilgetriebe zumindest eine Eingangswelle umfasst, und wobei eine Ausgangswelle als Abtriebswelle beider Teilgetriebe angeordnet ist, wobei die zumindest eine Eingangswelle auf einer Eingangswellenachse und die Abtriebswelle auf der Eingangswellenachse oder auf einer, insbesondere zur Eingangswellenachse parallelen, Vorgelegewellenachse angeordnet ist, und wobei ein Vorgelege mit zumindest einer Vorgelegewelle angeordnet ist, wobei die zumindest eine Vorgelegewelle auf der Vorgelegewellenachse angeordnet ist, und wobei mehrere Schalteinrichtungen angeordnet sind und wobei zumindest eine der Eingangswellen mittels zumindest zweier Radebenen und/oder zumindest einem Schaltelement einer der Schalteinrichtungen mit der Abtriebswelle verbindbar ist, wobei zwei Vollwellen auf der Eingangswellenachse direkt über ein Schaltelement koppelbar sind, und wobei auf der Vorgelegewellenachse entweder a) eine Schalteinrichtung, umfassend ein einzelnes Schaltelement, angeordnet ist oder wobei b) eine Schalteinrichtung, umfassend zwei Schaltelemente, angeordnet ist, die mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Vorgelegewelle verbunden ist, wobei die Vorgelegewelle mit zumindest zwei Radebenen zusammenwirkt, die Übertragungselemente auf der gleichen Welle auf der Eingangswellenachse aufweist, oder dass c) zwei oder mehr Schalteinrichtungen angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Antriebseinheit für ein Fahrzeug sowie ein neuartiges Fahrzeug anzugeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Antriebseinheit für ein Fahrzeug weist eine Reduziergruppe und ein Hauptgetriebe auf, wobei an der Reduziergruppe mindestens zwei elektrische Maschinen montiert sind, die auf je einen eigenen Drehmomentpfad wirken, der mit jeweils einer von zwei Hauptwellen im Hauptgetriebe im Eingriff ist, wobei auf jeder der Hauptwellen mindestens zwei Losräder laufen, die zum Eingriff in eines von mindestens zwei auf einer Vorgelegewelle des Hauptgetriebes laufenden Festräder konfiguriert sind, wobei jedes der Festräder zum Eingriff mit jeweils einem der Losräder jeder der Hauptwellen konfiguriert ist. Erfindungsgemäß ist jedes der Festräder zum Eingriff mit jeweils einem der Losräder jeder der Hauptwellen mit demselben Übersetzungsverhältnis konfiguriert. Beispielsweise können so auf einer der Hauptwellen die geradzahligen Gänge und auf der anderen die ungeradzahligen Gänge des Hauptgetriebes realisiert werden. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Mehrfachverwendung von gleichen Zahnradvarianten, wobei gleichartig ausgebildete Hauptwellen verwendet werden können.
In einer Ausführungsform ist das Übersetzungsverhältnis des einen der Losräder jeder der Hauptwellen zum jeweils zugeordneten Festrad der Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses des anderen der Losräder derselben Hauptwelle zum jeweils zugeordneten Festrad. Auf diese Weise kann die Anzahl verwendeter Zahnradvarianten weiter reduziert werden.
In einer Ausführungsform liegt zwischen den beiden Drehmomentpfaden der Reduziergruppe das Verhältnis eines Gangsprungs. Somit unterscheidet sich das Gesamt-Übersetzungsverhältnis von einer der elektrischen Maschinen bis zur Vorgelegewelle von dem Gesamt-Übersetzungsverhältnis von der anderen elektrischen Maschine bis zur Vorgelegewelle, so dass trotz derselben Übersetzungsverhältnisse von demselben Festrad zugeordneten Losrädern beider Hauptwellen durch Schalten dieser Losräder unterschiedliche Gesamt-Übersetzungsverhältnisse realisiert werden, beispielsweise für einen ersten und einen zweiten Gang, oder für einen dritten und einen vierten Gang. In einer Ausführungsform weisen beide Drehmomentpfade hierfür jeweils ein gleich ausgebildetes Antriebsritzel auf, wobei die elektrischen Maschinen mit unterschiedlich großen Abtriebsritzeln in das jeweilige Antriebsritzel eingreifen. Somit ergeben sich lediglich fünf Zahnradvarianten.
In einer Ausführungsform ist die Vorgelegewelle mit einer Nachschaltgruppe verbunden, die mindestens zwei Schaltpositionen mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen aufweist. Auf diese Weise wird die Zahl der schaltbaren Gänge verdoppelt. Dies kann zur Differenzierung der Einsatzart genutzt werden, beispielsweise Off-Road und On-Road.
In einer Ausführungsform weist die Nachschaltgruppe ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Planetenradsatz auf, wobei das Sonnenrad in einer der Schaltpositionen mit dem Hohlrad verblockt ist, so dass der Planetenradsatz sich mit dem Übersetzungsverhältnis eins dreht. Diese Schaltposition kann insbesondere im On- Road-Einsatz verwendet werden. Dadurch, dass dann in der Nachschaltgruppe keine Zahnräder wälzen, ist die Antriebseinheit sehr effizient in der Kraftübertragung.
In einer Ausführungsform kann mindestens ein Nebenabtrieb an der Antriebseinheit, insbesondere an einem Abtriebsrad mindestens einer der elektrischen Maschinen und/oder an einem Antriebsrad mindestens eines der Drehmomentpfade der Reduziergruppe und/oder an einem der Losräder des Hauptgetriebes, angeordnet sein.
In einer Ausführungsform kann ein Retarder mit der Antriebseinheit, insbesondere mit einer Gelenkwelle an einem Ausgang der Antriebseinheit, verbunden sein.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend mindestens eine angetriebene Achse und eine Antriebseinheit wie oben beschrieben, wobei die Antriebseinheit über eine Gelenkwelle an einem Ausgang der Antriebseinheit mit der Achse verbunden ist.
In einer Ausführungsform kann das Fahrzeug als ein Nutzfahrzeug ausgebildet sein.
Durch Anpassung der Reduziergruppe können elektrische Maschinen mit unterschiedlicher Charakteristik und Baugröße appliziert werden, ohne die gesamte Antriebseinheit neu zu erstellen. Durch die erfindungsgemäße Lösung können Zahnradtypen mehrfach verwendet werden. Insbesondere können beide Hauptwellen identisch ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit deckt zwei durch die Nachschaltgruppe differenzierte Einsatzfälle ab, beispielsweise Off-Road, geprägt durch Fahreigenschaft, und On-Road, geprägt durch Effizienz.
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit eignet sich beispielsweise für verschieden große Baustellenfahrzeuge (hohe Varianz, beispielsweise 20t bis 120t). Die Antriebseinheit ist im jeweiligen Anwendungsfall sequentiell lastschaltbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Antriebseinheit für ein Fahrzeug,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Antriebseinheit für ein Fahrzeug, und
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Antriebseinheit 1 für ein Fahrzeug 20 (dargestellt in Figur 3), die insbesondere für schwere Nutzfahrzeuge geeignet ist, die sowohl Off-Road als auch On-Road fahren können. Die Antriebseinheit 1 wird über eine Gelenkwelle 2 an eine Achse 3, beispielsweise Hinterachse, des Fahrzeugs 20 mit der passenden Übersetzung montiert. In diesem Verbund kann die Antriebseinheit 1 beispielsweise Fahrzeuge 20 bis 120t Gesamtmasse antreiben.
Die Achse 3 kann beispielsweise ein Differenzialgetriebe 14 aufweisen. Die Antriebseinheit 1 ist beispielsweise geometrisch gestuft und weist drei Unterbaugruppen auf, nämlich eine Reduziergruppe 4, ein Hauptgetriebe 5 und eine Nachschaltgruppe 6. An der Reduziergruppe 4 sind mindestens zwei elektrische Maschinen 7.1, 7.2 montiert. Die Leistungen dieser elektrischen Maschinen 7.1, 7.2 werden durch die Reduziergruppe 4 in zwei getrennten Drehmomentpfaden 8.1 , 8.2 geführt und auf ein gewünschtes Drehzahl/Drehmoment-Verhältnis transformiert. Die zwei getrennten Drehmomentpfade 8.1 , 8.2 führen dann in das Hauptgetriebe 5. Das Hauptgetriebe 5 weist zwei Hauptwellen 9.1 , 9.2 und eine Vorgelegewelle 10 auf.
Die Hauptwellen 9.1 , 9.2 unterscheiden sich dadurch, dass auf einer der Hauptwellen 9.2 alle geraden oder geradzahligen Gänge G2, G4 und auf der anderen Hauptwelle 9.1 alle ungeraden oder ungeradzahligen Gänge G1, G3 liegen. Im Hauptgetriebe 5 haben Paare jeweils eines der geraden Gänge G2 und G4 und eines der ungeraden Gänge G1 und G3 die gleiche Übersetzung und greifen in das gleiche Festrad Z5, Z6 auf der Vorgelegewelle 10 ein. Das Hauptgetriebe 5 lässt sich durch diese Anordnung komplett sequentiell und lastkraftunterbrechungsfrei schalten. Beide Hauptwellen 9.1 , 9.2 können völlig gleich ausgebildet sein, so dass Gleichteile verwendet werden können. Die Vorgelegewelle 10 führt das gemeinsame Moment dann zur Nachschaltgruppe 6. Die Nachschaltgruppe 6 hat zwei Schaltpositionen: Low (kurze Übersetzung) und High (lange Übersetzung). Die Schaltposition Low ist für den Off-Road-Betrieb sowie für den Betrieb mit hohen Tonnagen zum Anfahren vorgesehen. Die Schaltposition High ist hauptsächlich für den On-Road-Einsatz vorgesehen. Die Nachschaltgruppe 6 weist ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad 11, einem Hohlrad 12 und einem Planetenradsatz 13 auf. In der Schaltposition High ist das Sonnenrad 11 mit dem Hohlrad 12 verblockt und der Planetenradsatz 13 dreht sich mit dem Übersetzungsverhältnis eins.
Insbesondere können zwei gleich ausgebildete elektrische Maschinen 7.1 , 7.2 vorgesehen sein. Ferner können die elektrischen Maschinen 7.1 , 7.2 zum direkten Antrieb der Reduziergruppe 4 oder mit einer Untersetzung zu deren Antrieb ausgebildet sein. Ebenso ist denkbar, dass eine der elektrischen Maschinen 7.1 zum direkten Antrieb und die andere mit einer Untersetzung zu deren Antrieb ausgebildet ist. Die Charakteristik der elektrischen Maschinen 7.1 , 7.2 kann so ausgebildet sein, dass deren Spitzenleistung etwa 70% ihrer Dauerleistung entspricht. Die Reduziergruppe 4 transformiert Drehmomente und Drehzahlen an einen Eingang des Hauptgetriebes 5. Das besondere hierbei ist, dass zwischen den beiden Drehmomentpfaden 8.1 , 8.2 der Reduziergruppe 4 das Verhältnis eines Gangsprungs liegt. Das heißt, dass bei identischen Antriebsritzeln der Drehmomentpfade 8.1 , 8.2 die Abtriebsritzel der elektrischen Maschinen 7.1 , 7.2 unterschiedlich groß (in Summe drei Unterschiedliche Zahnräder) sind. Dies hat den Effekt, dass im Hauptgetriebe 5 die Übersetzung des ersten und des zweiten Gangs G1, G2 zum einen und die Übersetzung des dritten und des vierten Gangs G3, G4 zum anderen identisch sind, wobei die Übersetzung des dritten und des vierten Gangs G3, G4 der Kehrwert der Übersetzung des ersten und zweiten Gangs G1, G2 sein kann. Die vier Gänge G1, G2, G3, G4 weisen jeweils eine Paarung von zwei Zahnrädern auf, von denen eines als Losrad Z1 bis Z4 auf der jeweiligen Hauptwelle 9.1 , 9.2 und ein anderes als Festrad Z5, Z6 auf der Vorgelegewelle 10 läuft. Dies ergibt theoretisch acht Zahnräder, deren Anzahl sich jedoch auf sechs reduzieren lässt, indem auf der Vorgelegewelle 10 einerseits ein und dasselbe als Festrad Z5 ausgebildete Zahnrad mit einem als Losrad Z1 ausgebildeten Zahnrad für den ersten Gang G1 und einem als Losrad Z2 ausgebildeten Zahnrad für den zweiten Gang G2 und andererseits ein und dasselbe als Festrad Z6 ausgebildete Zahnrad mit einem als Losrad Z3 ausgebildeten Zahnrad für den dritten Gang G3 und einem als Losrad Z4 ausgebildeten Zahnrad für den vierten Gang G4 verwendet wird. Die gleiche Übersetzung des ersten und zweiten Gangs G1, G2 einerseits und des dritten und vierten Gangs G3, G4 andererseits ermöglicht einen doppelten Zahneingriff im Festrad Z5, Z6 bei identischem Achsabstand. Auf diese Weise werden zwei Zahnräder eingespart. Die verbleibenden sechs Zahnräder werden nur durch zwei Zahnradvarianten dargestellt.
Dies bedeutet, dass drei Zahnradvarianten für die Reduziergruppe 4 und zwei Zahnradvarianten für das Hauptgetriebe 5 in Summe fünf Zahnradvarianten ergeben. Die Vorgelegewelle 10 führt bis in den schaltbaren Planetenradsatz 13. Dieser dient dazu, die benötigte Bandbreite der geforderten Fahreigenschaften für ein Fahrzeug 20, welches im Off-Road-Betrieb und On-Road-Betrieb bewegt werden soll, abzudecken.
Mit der Schaltposition Low (kurze Übersetzung) wird der Off-Road-Einsatz abgedeckt, insbesondere zum Anfahren auf losem Untergrund, bei hohen Böschungswinkeln und/oder hohen Steigungen. Die Schaltposition High (lange Übersetzung = 1) wird insbesondere im On-Road-Einsatz verwendet. Dadurch, dass dann hier keine Zahnräder mehr wälzen, ist die Antriebseinheit 1 sehr effizient in der Kraftübertragung.
Durch die erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 lassen sich mit fünf Zahnradvarianten und einem Planetengetriebe acht Gänge darstellen, davon vier Geländegänge und vier Straßengänge. In einer beispielhaften Ausführungsform werden Zahnräder mit folgenden Zähnezahlen n verwendet, die zu den dazugehörigen Übersetzungsverhältnissen i führen:
- Abtriebsrad der elektrischen Maschine 7.1: n=27
- Antriebsrad des Drehmomentpfads 8.1: n=102
Übersetzungsverhältnis des Drehmomentpfads 8.1: i=3,788
- Abtriebsrad der elektrischen Maschine 7.2: n=27
- Antriebsrad des Drehmomentpfads 8.2: n=53
Übersetzungsverhältnis des Drehmomentpfads 8.2: i=1 ,988
- Losrad Z1 , Z2: n=26
Festrad Z5: n=49
Übersetzungsverhältnis der Gänge G1 und G2: i=1 ,884
Losrad Z3, Z4: n=49
Festrad Z5: n=26
Übersetzungsverhältnis der Gänge G3 und G4: i=0,510
- Hohlrad 12: n=90
Sonnenrad: 11: n=25
Planetenradsatz: n=31
Übersetzungsverhältnis in Schaltposition Low: i=4,6
Übersetzungsverhältnis in Schaltposition High: i=1
Figur 2 ist eine schematische Ansicht der Antriebseinheit 1 mit beispielhaften Nebenabtrieben mPTO.
Die Antriebseinheit 1 kann mit einem oder mehreren Nebenabtrieben mPTO (insbesondere Motor-, Getriebe-, Side-, Axial-PTO) versehen sein, die im Eingriff sein können mit:
- einem Abtriebsrad mindestens einer der elektrischen Maschinen 7.1, 7.2,
- einem Antriebsrad mindestens eines der Drehmomentpfade 8.1 , 8.2 der Reduziergruppe 4, und/oder
- einem der Losräder Z1 bis Z4 des Hauptgetriebes 5.
Ferner kann ein Retarder R vorgesehen sein, der beispielsweise im Eingriff mit der Gelenkwelle 2 sein kann.
Figur 3 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 20, beispielsweise eines Nutzfahrzeugs, insbesondere eines schweren Nutzfahrzeugs, das die angetriebene Achse 3 und die oben beschriebene Antriebseinheit 1 aufweisen kann, wobei die Antriebseinheit 1 über die Gelenkwelle 2 mit der Achse 3 verbunden ist.
Bezugszeichenliste
1 Antriebseinheit Gelenkwelle Achse Reduziergruppe Hauptgetriebe Nachschaltgruppe
7.1 elektrische Maschine
7.2 elektrische Maschine
8.1 Drehmomentpfad
8.2 Drehmomentpfad
9.1 Hauptwelle
9.2 Hauptwelle
10 Vorgelegewelle
11 Sonnenrad
12 Hohlrad
13 Planetenradsatz
14 Differenzialgetriebe
20 Fahrzeug
G1 Gang
G2 Gang
G3 Gang
G4 Gang mPTO Nebenabtrieb
R Retarder
Z1 bis Z4 Losrad
Z5, Z6 Festrad

Claims

Patentansprüche
1. Antriebseinheit (1) für ein Fahrzeug (20), aufweisend eine Reduziergruppe (4) und ein Hauptgetriebe (5), wobei an der Reduziergruppe (4) mindestens zwei elektrische Maschinen (7.1 , 7.2) montiert sind, die auf je einen eigenen Drehmomentpfad (8.1, 8.2) wirken, der mit jeweils einer von zwei Hauptwellen (9.1 , 9.2) im Hauptgetriebe (5) im Eingriff ist, wobei auf jeder der Hauptwellen (9.1 , 9.2) mindestens zwei Losräder (Z1 bis Z4) laufen, die zum Eingriff in ein auf einer Vorgelegewelle (10) des Hauptgetriebes (5) laufendes Festrad (Z5, Z6) konfiguriert sind, wobei jedes der Festräder (Z5, Z6) zum Eingriff mit jeweils einem der Losräder (Z1 bis Z4) jeder der Hauptwellen (9.1, 9.2) konfiguriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Festräder (Z5, Z6) zum Eingriff mit jeweils einem der Losräder (Z1 bis Z4) jeder der Hauptwellen (9.1 , 9.2) mit demselben Übersetzungsverhältnis konfiguriert ist.
2. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis des einen der Losräder (Z1 bis Z4) jeder der Hauptwellen (9.1 , 9.2) zum jeweils zugeordneten Festrad (Z5, Z6) der Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses des anderen der Losräder (Z1 bis Z4) derselben Hauptwelle (9.1, 9.2) zum jeweils zugeordneten Festrad (Z5, Z6) ist.
3. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Drehmomentpfaden (8.1, 8.2) der Reduziergruppe (4) das Verhältnis eines Gangsprungs liegt.
4. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Drehmomentpfade (8.1 , 8.2) jeweils ein gleich ausgebildetes Antriebsritzel aufweisen, wobei die elektrischen Maschinen (7.1 , 7.2) mit unterschiedlich großen Abtriebsritzeln in das jeweilige Antriebsritzel eingreifen.
5. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgelegewelle (10) mit einer Nachschaltgruppe (6) verbunden ist, die mindestens zwei Schaltpositionen mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen aufweist.
6. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachschaltgruppe (6) ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad (11), einem Hohlrad (12) und einem Planetenradsatz (13) aufweist, wobei das Sonnenrad (11) in einer der Schaltpositionen mit dem Hohlrad (12) verblockt ist, so dass der Planetenradsatz (13) sich mit dem Übersetzungsverhältnis eins dreht.
7. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Nebenabtrieb (mPTO) an der Antriebseinheit (1), insbesondere an einem Abtriebsrad mindestens einer der elektrischen Maschinen (7.1 , 7.2) und/oder an einem Antriebsrad mindestens eines der Drehmomentpfade (8.1 , 8.2) der Reduziergruppe (4) und/oder an einem der Losräder (Z1 bis Z4) des Hauptgetriebes (5), angeordnet ist.
8. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Retarder (R) mit der Antriebseinheit (1), insbesondere mit einer Gelenkwelle (2) an einem Ausgang der Antriebseinheit (1), verbunden ist.
9. Fahrzeug (20), umfassend mindestens eine angetriebene Achse (3) und eine Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (1) über eine Gelenkwelle (2) an einem Ausgang der Antriebseinheit (1) mit der Achse (3) verbunden ist.
10. Fahrzeug (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (20) als ein Nutzfahrzeug ausgebildet ist.
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