WO2012076238A1 - Antriebsvorrichtung - Google Patents

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WO2012076238A1
WO2012076238A1 PCT/EP2011/068553 EP2011068553W WO2012076238A1 WO 2012076238 A1 WO2012076238 A1 WO 2012076238A1 EP 2011068553 W EP2011068553 W EP 2011068553W WO 2012076238 A1 WO2012076238 A1 WO 2012076238A1
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pinion
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Tomas Smetana
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (1, 10, 11, 12, 20) mit wenigstens einem ersten Antrieb (2) und einem zweiten Antrieb (3), einem Differenzial (4), mit einer Leistung übertragenden ersten Wirkverbindung über einen Winkeltrieb (6) zwischen dem ersten Antrieb (2) und dem Differenzial (4), mit einer zweiten Wirkverbindung zwischen dem zweiten Antrieb (3) und dem Differenzial (4) und mit einem Planetengetriebe (14, 28), wobei der Winkeltrieb (6) wenigstens eine Ritzelwelle (6a) mit einem Ritzelkopf (6b) und ein mit dem Ritzelkopf (6b) im Zahneingriff stehendes Tellerrad (6c) an dem Differenzial (4) aufweist, und dabei die Wirkverbindung zwischen dem ersten Antrieb (2) und der Ritzelwelle (6a) ausgebildet ist und wobei der zweite Antrieb (3) und das Differenzial (4) mittels wenigstens eines Planetengetriebess (14, 28) miteinander wirkverbunden sind, wobei die Rotationsachsen (27) der Ritzelwelle (6a), einer Antriebswelle (3b) des zweiten Antriebs (3) und einer Sonne (15, 22) des Planetengetriebes (14, 28) parallel zueinander ausgerichtet sind.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Antriebsvorrichtung Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Antriebsvorrichtung mit wenigstens einem ersten Antrieb und einem zweiten Antrieb, einem Differenzial, mit einer Leistung übertragenden ersten Wirkverbindung über einen ersten Winkeltrieb zwischen dem ersten Antrieb und dem Differenzial, mit einer zweiten Wirkverbindung zwischen dem zweiten Antrieb und dem Differenzial und mit einem Planetengetriebe, wobei der Winkeltrieb wenigstens eine Ritzelwelle mit einem Ritzelkopf und ein mit dem Ritzelkopf im Zahneingriff stehendes Tellerrad an dem Differenzial aufweist, und dabei die Wirkverbindung zwischen dem ersten Antrieb und der Ritzelwelle ausgebildet ist und wobei der zweite Antrieb und das Differenzial mittels wenigstens eines Planetentriebs miteinander wirkverbunden sind. Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Anordnung ist in DE 10 2009 003 388A1 beschrieben. Der zweite Antrieb ist ein Elektromotor. Der Elektromotor ist so in die Fahrzeugachse eingebaut, dass die Rotationsachse seiner Rotorwelle mit einer Rotationsachse einer zu einem Fahrzeugrad führenden Abtriebswelle übereinstimmt. Dementsprechend ist der Einbau des zweiten Antriebs quer zum Fahrzeug, während der erste Antrieb die längs zum Fahrzeug ausgerichtete Ritzelwelle antreibt. Die Queranordnung ist insbesondere dann, wenn die Antriebsvorrichtung in einer Vorderachse nachteilig, da diese bezogen auf die Fahrzeugbreite viel axialen Bauraum benötigt. Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der gattungsbildenden Art zu schaffen, die variabler einsetzbar ist und mit der weniger Bauraum beansprucht wird.
Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rotationsachsen der Ritzelwelle, einer Antriebswelle des zweiten Antriebs und einer Sonne des Planetentriebs parallel zueinander ausgerichtet sind. Mit anderen Worten, der zweite Antrieb und das Planetengetriebe sind wie die Ritzelwelle längs im Fahrzeug ausgerichtet. Dabei sind die Rotationsachsen der Ritzelwelle, der Antriebswelle des zweiten Antriebs und die der Sonne des Planetentriebs koaxial zueinander ausgerichtet oder teils konzentrisch. Durch eine derartige Anordnung ist Bauraum an der jeweiligen mit der Antriebsvorrichtung angetriebenen Achse, die eine Vorderachse oder eine Hinterachse sein kann, eingespart.
Die zweite Leistung übertragende Wirkverbindung, also die Wirkverbindung zwischen dem zweiten Antrieb und der Ritzelwelle, weist wenigstens eine steuerbare Leistungsübertragungseinheit zwischen dem zweiten Antrieb und der Ritzelwelle auf, mit welchem zugleich oder wahlweise Größen des Leistungsflusses, wie Drehzahlen und Drehmomente einstellbar oder Leistungsflüsse ganz zu unterbrechen und wieder zuschaltbar sind.
Der zweite Antrieb ist vorzugsweise ein Elektromotor, so dass dessen Antriebswelle die Rotorwelle ist.
Eine Unterbrechung des Leistungsflusses, die durch eine Trennung der Wirk- Verbindung erzielt wird, kann sich in bestimmten Betriebszuständen günstig auswirken, wenn ein permanentes Mitschleppen der Antriebswelle des abgeschalteten zweiten Antriebs sich eher energietechnisch oder aus anderen Gründen als nachteilig auswirkt. Durch Einsatz von getrieblichen Verbindungen in der Leistungsübertragungseinheiten können bei geeigneten Unter- oder Ü- bersetzungen Drehmomente so beeinflusst werden, dass kleinere Elektromotoren als zweite Antriebe eingesetzt werden können. Der zweite Antrieb kann entsprechend Platz sparend und kostengünstiger ausgelegt werden, was sich insgesamt auf den durch die Antriebsvorrichtung beanspruchten Bauraum und die Gesamtenergiebilanz des Fahrzeugs günstig auswirkt.
Es sind folgende Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen: Die Leistungsübertragungseinheit ist wahlweise eine nach mechanischen, hydraulischen oder elektrischen Prinzipien funktionierende Einheit, oder eine Mischform dieser, die wahlweise mechanisch, hydraulisch oder elektronisch steuerbar ist. Leistungsübertragungseinheiten sind wahlweise Kupplungen, Bremsen oder getriebliche Verbindungen oder Mischformen dieser. Getriebliche Verbindungen sind Verbindungen über Endlostriebe, Reibgetriebe oder Zahnrädergetriebe. Endlostriebe sind beispielsweise Riemen- oder Kettentriebe mit variabler oder fester Übersetzung. Reibgetriebe sind beispielsweise Reibradgetriebe mit variabler Übersetzung. Zahnradgetriebe sind vorzugsweise Planetengetriebe mit mindestens einem Planetentrieb. Über die getrieblichen Verbindungen sind permanente Wirkverbindungen zwischen dem zweiten Antrieb und der Ritzelwelle hergestellt. Alternativ sind die getrieblichen Verbindungen mit einer oder mehreren Kupplungen kombiniert, über die die Wirkverbindung trennbar oder getriebliche Verbindungen mit mehr als einem Gang schaltbar sind.
Kupplungen sind beispielsweise hydraulisch oder elektromechanisch betätigte Lamellenkupplungen, über welche die Wirkverbindung mittels der Leistungsübertragungseinheit wiederholt trennbar und wieder herstellbar ist und/oder durch die mit und ohne Zugkraftunterbrechung getriebliche Verbindungen schaltbar werden. Kupplungen sind einfache oder schaltbare Freiläufe oder Reib- und Lamellenkupplungen. Zahnrädergetriebe sind vorzugsweise Planetentriebe, die wenigstens aus einer Sonne, einem Satz Planetenräder und einem Träger für den Satz Planetenräder aufweisen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Getriebe in der Leistungsübertragungseinheit ein wenigstens zweigängiges Schaltgetriebe ist. Das Getriebe ist mittels der Kupplung von dem zweiten Antrieb wiederholt trennbar und zuschaltbar, wobei das Schaltgetriebe mit der Ritzelwelle verbunden ist. Die Kupplung ist zwischen der Antriebswelle des zweiten Antriebs und dem Schaltgetriebe angeordnet.
Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Rotationsachsen oder deren gedachte Verlängerungen der Ritzelwelle, des Sonnenrades und einer Antriebswelle des zweiten Antriebs parallel in einer gemeinsamen Ebene oder in beliebigen Ebenen zueinander angeordnet sind. Dabei sind die Rotationsachsen vorzugsweise wiederum so zueinander ausgerichtet, dass die Rotationsachsen oder deren gedachte Verlängerungen der Ritzelwelle, des Sonnenrades und einer Antriebswelle des zweiten Antriebs zueinander koaxial angeordnet sind. Die bevorzugte Anordnung ist dabei eine konzentrische Anordnung der Ritzelwelle bzw. der Kardanwelle in einer hohlen Rotorwelle des zweiten Antriebs, wodurch beide Wellen eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen. Der Rotorwelle liegt eine Welle, Wellenstumpf usw. der Sonne koaxial gegenüber. Alternativ steckt die Rotorwelle zumindest teilweise konzentrisch in einem Wellenabschnitt der Sonne oder umgekehrt. Alternativ setzt sich die Rotorwelle in der Sonne axial fort, so dass die Rotationsachse der Rotorwelle zugleich die Rotationsachse der Sonne ist. Differenziale sind die klassischen Kegelraddifferenziale oder Planetendifferen- ziale mit natürlicher Ausgleichsfunktion,. Alternativ sind die Differenziale Verteilergetriebe mit Torque - Vectoring - Funktion. Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend durch Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Figur 1 zeigt mit einer stark vereinfachten schematischen Darstellung eine An- triebsvorrichtung 1 mit einem nicht näher beschriebenen ersten Antrieb 2, einem zweiten Antrieb 3 und mit einem Differenzial 4.
Der erste Antrieb 2 kann eine Antriebseinheit aus einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe eines Hybridfahrzeugs sein. Mit dem ersten Antrieb 2 ist eine Kardanwelle 5 gekoppelt, die in der Darstellung nach Figur 1 in eine Ritzelwelle 6a übergeht und so eine Leistung übertragende erste Wirkverbindung zwischen dem ersten Antrieb 2 über die Ritzelwelle 6a mit dem Winkeltrieb 6 herstellt. Die Ritzelwelle 6a und ein an der Ritzelwelle 6a sitzender Ritzelkopf 6b sind wie ein Tellerrad 6c Bestandteil dieses Winkeltriebs 6.
Das Tellerrad 6c sitzt an einem Differenzialkorb 4a des Differenzials 4, welcher Leistungseingang des Differenzials 4 ist. Das Differenzial 4 ist ein klassisches Differenzial mit Ausgleichsrädern 4b, die drehbar an dem Differenzialkorb 4a gelagert sind. Mit den Ausgleichsrädern 4b stehen Abtriebsräder 4c in Zahn- eingriff, die mit Abtriebswellen 7 verbunden sind. Über die Abtriebswellen 7 ist eine Wirkverbindung zu Fahrzeugrädern 8 einer Fahrzeugachse hergestellt, die entweder eine Vorderachse oder eine Hinterachse eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs sein kann. Der zweite Antrieb 3 ist ein Elektromotor, dessen Rotor 3a auf einer hohlen Rotorwelle 3b sitzt. Die Rotorwelle 3b ist mit einer Leistungsübertragungsein- heit 18 in Form einer Kupplung 9 verbunden. Über die Kupplung 9 ist die Rotorwelle 3b der Ritzelwelle 6a wiederholt zuschaltbar und trennbar wirkverbun- den, so dass die zweite Leistung übertragende Wirkverbindung wiederholt unterbrochen oder hergestellt werden kann.
Die Rotationsachsen 27 oder deren gedachte Verlängerungen der Ritzelwelle 6a, der Rotorwelle 3a des zweiten Antriebs 3 liegen aufeinander und sind in dem Sinne auch parallel und koaxial zueinander ausgerichtet. Dabei sitzt die Kardanwelle 5 bzw. die Ritzelwelle 6a konzentrisch in der Rotorwelle 3a.
Figur 2: Die in Figur 2 gezeigte Antriebsvorrichtung 10 weist im Wesentlichen den gleichen Aufbau auf wie die Antriebseinheit 1 nach Figur 1 , jedoch ist die Leistungsübertragungseinheit 18 in der zweiten Wirkverbindung zwischen dem zweiten Antrieb 3 und der Ritzelwelle 6a eine getriebliche Verbindung 13, die als Zahnrädergetriebe ausgebildet sein kann. Die Leistungsübertragungseinheit 18 bildet in diesem Fall eine permanente nicht trennbare Leistung übertra- gende zweite Wirkverbindung zwischen dem zweiten Antrieb 3 und der Ritzelwelle 6a. Die getriebliche Verbindung 13 ist permanent einfach über- oder vorzugsweise untersetzt.
Figur 3: Die in Figur 3 gezeigte Antriebseinheit 1 1 weist den gleichen Grund- aufbau auf, wie die Antriebsvorrichtungen 1 und 10, jedoch weist die Leistungsübertragungseinheit 18 in diesem Fall die getriebliche Verbindung 13 und die Kupplung 9 auf, so das die Leistung übertragende zweite Wirkverbindung zwischen dem zweiten Antrieb 3 und der Ritzelwelle 6a der Leistungsübertragungseinheit 18 wiederholt trennbar und zuschaltbar ist. Über die getriebliche Verbindung 13 mit konstanter Über- oder Untersetzung sind Rotorwelle 3b und Ritzelwelle 6a unter Zwischenschaltung der Kupplung 9a Leistung übertragend wirkverbunden.
Figur 4 zeigt mit einer stark vereinfachten schematischen Darstellung eine Antriebsvorrichtung 12 mit einem nicht näher beschriebenen ersten Antrieb 2, einem zweiten Antrieb 3 und mit einem Differenzial 4. Der erste Antrieb 2 kann eine Antriebseinheit aus einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe eines Hybridfahrzeugs sein. Mit dem ersten Antrieb 2 ist eine Kardanwelle 5 gekoppelt, die in der Darstellung nach Figur 4 in eine Ritzelwelle 6a übergeht und so eine Leistung übertragende erste Wirkverbindung zwischen dem ersten Antrieb 2 über die Ritzelwelle 6a mit dem Winkeltrieb 6 herstellt. Die Ritzelwelle 6a und ein an der Ritzelwelle 6a sitzender Ritzelkopf 6b sind wie ein Tellerrad 6c Bestandteil dieses Winkeltriebs 6.
Das Tellerrad 6c sitzt an einem Differenzialkorb 4a des Differenzials 4, welcher Leistungseingang des Differenzials 4 ist. Das Differenzial 4 ist ein klassisches Differenzial mit Ausgleichsrädern 4b, die drehbar an dem Differenzialkorb 4a gelagert sind. Mit den Ausgleichsrädern 4b stehen Abtriebsräder 4c in Zahneingriff, die mit Abtriebswellen 7 verbunden sind. Über die Abtriebswellen 7 ist eine Wirkverbindung zu Fahrzeugrädern 8 einer Fahrzeugachse hergestellt, die entweder eine Vorderachse oder eine Hinterachse eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs sein kann.
Der zweite Antrieb 3 ist ein Elektromotor, dessen Rotor 3a auf einer hohlen Rotorwelle 3b sitzt. Die Rotorwelle 3b ist mit einer Leistungsübertragungsein- heit 18 verbunden. Die Leistungsübertragungseinheit 18 weist eine Kupplung 9 und ein Planetengetriebe 14 auf. Das Planetengetriebe 14 ist aus zwei Planetenstufen 16 und 17 gebildet. Die erste Planetenstufe 16 ist mit einer Sonne 15, einem Satz Planetenräder 19, mit einem Träger 21 für den Satz Planetenräder 19 und mit einem Hohlrad 25 versehen. Die zweite Planetenstufe 17 weist eine Sonne 22, einen Satz Planetenräder 23 und einen Träger 24 für den Satz Planetenräder 23 und ein Hohlrad 27 auf.
Der Träger 21 der ersten Planetenstufe 16 ist mit der Sonne 22 der zweiten Planetenstufe 17 um die Rotationsachse 27 drehfest verbunden, über die An- triebsleistung in die zweite Planetenstufe 17 eingebracht wird. Das Hohlrad 27 ist gegenüber der Umgebung 26 fest, so dass sich die Planetenräder 23 an dem Hohlrad 27 abstützen und die Antriebsleistung an den drehfest mit der Ritzelwelle 6a verbundenen Träger 24 und somit an die Ritzelwelle 6a weitergegeben.
Die Rotationsachsen 27 oder deren gedachte Verlängerungen der Ritzelwelle 6a, der Rotorwelle 3b des zweiten Antriebs 3 und der Sonne 15 sowie der Sonne 22 sind eins und damit auch in diesem Sinne parallel zueinander und teils koaxial zueinander ausgerichtet oder liegen konzentrisch aufeinander.
Die Leistungsübertragungseinheit 18 mit der Kupplung 9 und dem Planetenge- triebe 14 ist ein schaltbares Zweiganggetriebe als Leistung übertragende zweite Wirkverbindung. Das Hohlrad 25 der ersten Planetenstufe 16 ist über die Kupplung 9 wahlweise entweder gegenüber der Umgebung 26 feststellbar oder mit der Rotorwelle 3b verbindbar bzw. von der Rotorwelle 3b und der Umgebung 26 trennbar. Die Umgebung 26 ist beispielsweise ein fahrzeugfestes Ge- häuse der Leistungsübertragungseinheit 18.
Die Sonne 15 ist permanent mit der Rotorwelle 3b verbunden, so dass bei Zu- schaltung des Hohlrades 25 mittels der Kupplung 9 die von dem Elektromotor abgehende Leistung auf die Sonne 15 und das Hohlrad 25 verzweigt und über die Planetenräder 19 wieder am Träger 21 zusammengeführt wird. Im anderen Fall, wenn das Hohlrad 25 mittels der Kupplung 9 vom Elektromotor getrennt wird, wird die Antriebsleistung nur über die Sonne 15 in den ersten Planetensatz 16 eingeleitet. Das Hohlrad 25 ist dabei mittels der Kupplung 9 gegenüber der Umgebung 26 festgehalten.
Figur 5: Die in Figur 5 gezeigte Antriebsvorrichtung 20 ist eine favorisierte Antriebsvorrichtung und weist im Wesentlichen den gleichen Grundaufbau auf, wie die in Figur 4 dargestellte Antriebsvorrichtung 12, jedoch ist die Leistungsübertragungseinheit 18 aus der Kupplung 9 und einem Planetengetriebe 28 gebildet. Das Planetengetriebe 28 weist nur die Planetenstufe 16 auf. In diesem Fall ist der Träger 21 mit der Ritzelwelle 6a drehfest verbunden. Die Leistungsübertragungseinheit 18 mit der Kupplung 9 und dem Planetenge- triebe 28 ist ein schaltbares Zweiganggetriebe als Leistung übertragende zweite Wirkverbindung. Das Hohlrad 25 der Planetenstufe 16 ist über die Kupplung 9 wahlweise entweder gegenüber der Umgebung 26 feststellbar oder mit der Rotorwelle 3b verbindbar bzw. von der Rotorwelle 3b und der Umgebung 26 trennbar. Die Umgebung 26 ist beispielsweise ein fahrzeugfestes Gehäuse der Leistungsübertragungseinheit 18.
Die Sonne 15 ist permanent mit der Rotorwelle 3b verbunden, so dass bei Zu- Schaltung des Hohlrades 25 mittels der Kupplung 9 die von dem Elektromotor abgehende Leistung auf die Sonne 15 und das Hohlrad 25 verzweigt und über die Planetenräder 19 wieder am Träger 21 und damit an der Ritzelwelle 6a zusammengeführt wird. Im anderen Fall, wenn das Hohlrad 25 mittels der Kupplung 9 vom Elektromotor getrennt wird, wird die Antriebsleistung nur über die Sonne 15 in den Planetensatz 16 eingeleitet. Das Hohlrad 25 ist dabei mittels der Kupplung 9 gegenüber der Umgebung 26 festgehalten. Die Planetenräder 19 stützen sich an dem Hohlrad 25 ab und die Leistung wird an den Träger 21 und damit an die Ritzelwelle 6a weitergegeben.
Bezugszeichen
Antriebsvorrichtung 13 getriebliche Verbindung erster Antrieb 14 Planetengetriebe
zweiter Antrieb 15 Sonne
a Rotor 16 erste Planetenstufe
b Rotorwelle 17 zweite Planetenstufe
Differenzial 18 Leistungsübertragungseinheita Differenzialkorb 19 Planetenrad
b Ausgleichsräder 20 Antriebsvorrichtung
c Abtriebsräder 21 Träger
Kardanwelle 22 Sonne
Winkeltrieb 23 Planetenrad
a Ritzelwelle 24 Träger
b Ritzelkopf 25 Hohlrad
c Tellerrad 26 Umgebung
Abtriebswelle 27 Rotationsachse
Fahrzeugrad 28 Planetengetriebe
Kupplung
0 Antriebsvorrichtung
1 Antriebsvorrichtung
2 Antriebsvorrichtung

Claims

Patentansprüche
Antriebsvorrichtung (1 , 10, 1 1 , 12, 20) mit wenigstens einem ersten Antrieb (2) und einem zweiten Antrieb (3), einem Differenzial (4), mit einer Leistung übertragenden ersten Wirkverbindung über einen Winkeltrieb (6) zwischen dem ersten Antrieb (2) und dem Differenzial (4), mit einer zweiten Wirkverbindung zwischen dem zweiten Antrieb (3) und dem Differenzial (4) und mit einem Planetengetriebe (14, 28), wobei der Winkeltrieb (6) wenigstens eine Ritzelwelle (6a) mit einem Ritzelkopf (6b) und ein mit dem Ritzelkopf (6b) im Zahneingriff stehendes Tellerrad (6c) an dem Differenzial (4) aufweist, und dabei die Wirkverbindung zwischen dem ersten Antrieb (2) und der Ritzelwelle (6a) ausgebildet ist und wobei der zweite Antrieb (3) und das Differenzial (4) mittels wenigstens eines Planetengetriebess (14, 28) miteinander wirkverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachsen (27) der Ritzelwelle (6a), einer Antriebswelle (3b) des zweiten Antriebs (3) und einer Sonne (15, 22) des Planetengetriebes (14, 28) parallel zueinander ausgerichtet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachsen (27) der Ritzelwelle (6a) , einer Antriebswelle (3b) des zweiten Antriebs (3) und einer Sonne (15, 22) des Planetengetriebes (14, 28) koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzelwelle (6a) und Rotorwelle (3b) konzentrisch sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (14, 28) eine Leistung übertragende zweite Wirkverbindung zwischen dem zweiten Antrieb (3) und der Ritzelwelle (6a) bildet.
5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Antriebswelle (3b) des zweiten Antriebs (3) und dem Planetengetriebe (14, 28) wenigstens eine Kupplung (9) angeordnet ist, mittels der eine Leistung übertragende Wirkverbindung zwischen dem zweiten Antrieb (3) und dem Differenzial (4) wiederholt trennbar und wieder herstellbar ist.
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