WO2013013841A1 - Antriebseinrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2013013841A1
WO2013013841A1 PCT/EP2012/057122 EP2012057122W WO2013013841A1 WO 2013013841 A1 WO2013013841 A1 WO 2013013841A1 EP 2012057122 W EP2012057122 W EP 2012057122W WO 2013013841 A1 WO2013013841 A1 WO 2013013841A1
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drive device
planetary
planetenstirnradabschnitt
planetary gear
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PCT/EP2012/057122
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Tomas Smetana
Frank Steiner
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion
    • F16H57/082—Planet carriers

Definitions

  • the invention relates to a drive device for a motor vehicle which, as such, comprises an axle differential gear and an epicyclic gearbox upstream of this axle differential.
  • the planetary gear is designed so that this allows a central shaft passage, so that a to be connected to the axle differential drive shaft can be guided centrally through this epicyclic gear.
  • the invention relates to an electromechanical drive device in which the branched over the axle differential on the Radantriebswellen drive power is generated by an electric motor which is coupled via the aforementioned epicyclic gear with the axle differential.
  • an electromechanical drive device for a motor vehicle of the aforementioned type is known.
  • the axle differential is designed there as a bevel gear differential.
  • the planetary gear stage comprises a planet carrier whose main body also forms part of the differential cage of the bevel gear differential.
  • the electric motor itself is designed as an external rotor motor, the power take-off from the external rotor via a hollow shaft journal having a spur gear portion which dips into the planetary gear stage and thereby acts as a sun gear of the planetary gear stage.
  • the invention has for its object to provide a drive device for a motor vehicle, which is characterized by a compact design, a low weight and an advantageous mechanical performance and is also inexpensive to produce.
  • a drive device for a motor vehicle with:
  • a differential gear which is designed as a spur gear and has a circulation housing, a first spur gear received therein and a second spur gear also received in the circulation housing, and
  • a planetary gear stage kinematically coupled to the rotary housing and having a sun gear, planetary gears and a ring gear, wherein
  • the planetary gears of the planetary gear stage are formed stepped and each form a first Planetenstirnradabrough and a coaxially and axially offset to this arranged second Planetenstirnradabites,
  • the planetary gear stage and the spur gear differential are summarized such that the peripheral housing of the spur gear differential acts as a planet carrier of the planetary gear stage.
  • the orbit radii of the axes of the stepped planetary gears of the planetary gear stage as well as the orbit radii of the differential planets of the spur gear differential identically.
  • the differential planets can be mounted on journals which form axially projecting over the circulation housing axial projections on which then the planet gears of the planetary gear stage are stored.
  • These components can be arranged so that the operating forces and load deformations compensate structurally advantageous.
  • the planetary gear stage is configured such that the first Planetenstirnradabrough, i. That Planetenradabrough which is in engagement with the sun gear is located in an intermediate region between the second Planetenstirnradabites and the circulation housing of the spur gear differential.
  • the first Planetenstirnradabites is in this case according to the invention designed so that it has a larger diameter than the second Planetenradstirnradabites.
  • gear ratios in the range of 1/7 to 1/17, in particular of 1/9 can advantageously be realized via the planetary gear stage.
  • differential gear in particular a spur gear received therein forms a hub portion in which a wheel drive shaft, for example via a toothing rotatably inserted.
  • the drive device is constructed such that it comprises an electric motor, wherein this electric motor is arranged gleichach- sig to the axis of rotation of the planetary gear stage.
  • the electric motor can in this case be constructed such that whose rotor is seated on a hollow shaft, wherein the above-mentioned wheel drive shaft in the manner of a plug shaft in this hollow shaft inserted axially and in the corresponding inserted state of the toothed portion thereof with the hub of the spur gear differential engages.
  • This pre-stage may include a switching device by which the precursor can be selectively activated or bypassed.
  • This switching device may comprise an electromechanical actuator, a positioning cylinder, a cable or lever mechanism, or other adjusting mechanisms.
  • the switching device preferably comprises a friction and a claw clutch.
  • the planet carrier of the precursor can be positively coupled to the sun gear of the seated on Stirnraddifferential planetary gear stage.
  • the dog clutch thus transmits high torques.
  • the input shaft of the precursor may be directly, i. not translated with the sun gear of the planetary gear stage are frictionally coupled.
  • the drive device preferably comprises sensor devices that provide information about the instantaneous rotational states, wherein this information can be taken into account when changing a switching state.
  • the electric motor can also be designed as an external rotor motor.
  • the power input into the precursor via the Ring gear done in this variant then rotates with the external rotor rotor.
  • the sun gear would then be stationary.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the drive device according to the invention with a spur gear differential, whose planetary gear housing acts as a planet gear carrier for stepped planetary gears;
  • Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of the drive device according to the invention also with a spur gear whose circulating housing acts as a planet carrier for stepped planetary gears, with a switchable activatable precursor.
  • FIG. 1 shows a drive device according to the invention for a motor vehicle.
  • This drive device comprises a differential gear which is designed as a spur gear differential and has a circulation housing 2, and a first spur gear 3 accommodated therein and a second spur gear 4 accommodated therein.
  • the drive device comprises a planetary gear stage 5 which is kinematically coupled to the circulation housing 2 and has a sun gear 6, planet wheels 7 and a ring gear 8.
  • the planetary gears 7 of the planetary gear stage 5 are stepped and each form a first planetary spur gear portion 7a and a coaxially and axially offset to this arranged second Planetenstirnradabexcellent 7b.
  • the first planetary spur gear portion 7a is connected to the sun gear 6 and the second planetary spur gear.
  • Section 7b is engaged with the ring gear 8.
  • the planet gears 7 are mounted on a journal 9 which is anchored to the circulation housing 2. The planet gears 7 thus rotate together with the circulation housing 2 about the transmission main axis X.
  • the spur gear differential 1 and the differential gear 5 are arranged coaxially to the transmission main axis.
  • These spur gears 3, 4 form here not more constructively illustrated hub sections to which a left edge drive shaft 10 and a right wheel drive shaft 1 1 are coupled.
  • the circulating housing 2 of the spur gear differential 1 acts as the planet gear carrier of the planetary gear stage 5.
  • the spur gear differential 5 has differential planets 2 a, 2 b which are mounted in the circulating housing 2 via said journal 9. These journal 9 are designed so that they have axial overhangs on which the planet gears 7 of the planetary gear stage 5 are mounted.
  • the first Planetenstirnradabrough 7 a which is in engagement with the sun gear 6, located in an intermediate region between the second Planetenstirnradabites 7 b and the circulation housing 2.
  • This first Planetenstirnradabites 7 a has a larger diameter than the second Planetenradstirnradabites 7 b.
  • the differential gear 5 forms a shaft passage through which the wheel drive shaft 10 is passed, which is here coupled to the spur gear 3 of the spur gear differential 1.
  • This shaft passage is formed here by an axial bore 12 which extends coaxially to the transmission axis X in a rotor shaft 13.
  • This rotor shaft forms part of an electric motor 14 which is arranged in the same way as the spur gear 1 and the inventively designed planetary gear stage 5 to the transmission axis X coaxially.
  • the stator 16 carries a plurality of windings which can be acted upon by a power electronics with voltage to generate the required to drive the rotor 15 rotating field.
  • the electric motor 14 is constructed and electrically connected in such a way that it can also be operated temporarily as a generator in a recuperation mode. Due to the design of the drive device according to the invention, it is achieved that the rotor 15 rotates with correspondingly high rotational speeds due to the large gear ratio achievable by the special planetary gear stage 5 and thus offers a high electrical efficiency.
  • a precursor 16 is provided in the variant of Figure 2 in the drive train between the electric motor 14 and the connected to the spur gear planetary gear 5.
  • This pre-stage 16 is coupled to a switching device 17 which enables selective activation of the pre-stage 16.
  • the precursor 16 includes a sun gear
  • Switching device 17 comprises a dog clutch K1 and friction clutch K2.
  • the switching device 17 is constructed such that selectively via the clutches K1, K2 the planet carrier 20 or the rotor shaft 1 3 with the Son NEN 6 of the planetary gear stage 5 can be coupled.
  • the actuation of the clutches K1, K2 takes place in the variant shown here via an adjusting mechanism 22.
  • This adjusting mechanism 22 here comprises an electromechanical actuator 23 through which a switching claw 24 is displaceable.
  • the shift claw 24 engages via a release bearing 15 on a circumferential structure of the switching device 17.
  • the claw coupling K1 comprises a coupling claw 26 which can be engaged in a counter-structure of the planetary carrier 20.
  • the planet carrier 20 is then coupled to the sun gear 6 of the planetary gear stage 5.
  • the second clutch device K2 is activated.
  • This coupling device is designed as a friction clutch. The clutch torque generated by this friction clutch is proportional to the clutch engagement force.
  • the rotor shaft 13 can be coupled directly to the sun gear 6. In this coupling state exists between the spur gear 1 and the rotor 15 of the electric motor 14 caused by the special planetary gear 5 gear ratio.
  • the inventive concept results in comparison to previous designs a significant reduction in complexity, the weight and space requirements.
  • the drive device according to the invention can be used as a so-called. Electric axis in coaxial design in corresponding vehicles.
  • the drive device according to the invention provides a relatively high gear ratio which makes it possible to carry out the electric motor as a relatively compact, space-saving engine.
  • a planetary set with stepped double planets is used for the planetary gear stage 5.
  • the planetary gearset points two planets 7a, 7b connected to each other rotate on identical bolts 9, the one larger planetary gear 7a meshing with the sun 6, the other smaller planetary gear 7b meshing with the ring gear 8 of the planetary gear 5.
  • the larger of the two planet gears can be located directly next to the differential 1 (as shown in the picture).
  • the position of the two planets 7a, 7b can also be reversed, ie the smaller planetary gear 7b is located next to the differential 1.
  • the first variant shown here is more favorable with regard to the overall system deformations.
  • the tilting moments between the hollow wheel 8 and the sun 6 resulting from the position of the two planets 7a, 7b counteract the deformations of the differential basket 2. This results in a reduced tendency for the planet pins 9 to tilt.
  • the bolts 9 of the planetary gearset 7a, 7b are identical to the bolts of the differential 1 (same pitch circle, same position in the circumferential direction).
  • the drive device according to the invention can furthermore be constructed so that its center of gravity lies substantially centrally between the Radantriebswellenflanschen 31, 32, since the system weight and the axial space requirement of the Stirnraddifferentiales 1 and the planetary gear stage 5 correspond approximately to the system weight and the space requirement of the electric motor 14 ,
  • the pre-stage 16 is located in the vicinity of the center of gravity and contributes only slightly to the position of the center of gravity in the direction of the system axis X.
  • the spur gear differential 1, the special planetary gear stage 5 and - as far as provided - the precursor 16 can be accommodated in a housing which also stores a lubricant sump in which these system components can dive sufficiently.
  • This housing can be manufactured as a pot structure which can be attached to a corresponding flange portion of the electric motor 14.
  • the position of the Radantriebswellenflansche 31, 32 is preferably adjusted so that when integrated into a corresponding vehicle for the left and the right Radantriebsgelenkwelle same dimensions result, so that these components can be made identical.
  • the drive device according to the invention is suitable both for steered front drive axles, as well as for non-steered rear drive axles.
  • the drive device according to the invention can be designed so that it also forms connection points for components of the suspension.
  • the arranged in the variant of Figure 2 between the electric motor 14 and the differential gear 5 precursor may also be arranged on a differential gear 5 facing away from the front side of the electric motor 14.
  • the switching device 17 can be divided such that the coupling device K1 sits on the side of the precursor 16 and the coupling device K2, i. that coupling device which causes a direct coupling of the rotor 15 to the sun gear 6 is furthermore located between the electric motor 14 and the planetary gear stage 5.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug die als solche ein Achsdifferentialgetriebe (1) und ein diesem Achsdifferentialgetriebe vorgelagertes Umlaufrädergetriebe (5) umfasst. Das Umlaufrädergetriebe ist als Planetenradstufe ausgeführt deren Planetenräder (7) gestuft ausgebildet sind und jeweils einen ersten Planetenstirnradabschnitt (7a) und einen gleichachsig und axial zu diesem versetzt angeordneten zweiten Planetenstirnradabschnitt (7b) bilden. Der erste Planetenstirnradabschnitt steht mit dem Sonnenrad (6) und der zweite Planentenstirnradabschnitt steht mit dem Hohlrad (8) in Eingriff. Die gestuft ausgebildeten Planetenräder laufe gemeinsam mit dem Umlaufgehäuse (2) um eine Getriebeachse.

Description

Bezeichnung der Erfindung Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug die als solche ein Achsdifferentialgetriebe und ein diesem Achsdifferentialgetriebe vorgelagertes Umlaufrädergetriebe umfasst. Das Umlaufrädergetriebe ist derart gestaltet, dass dieses eine zentrale Wellendurchführung ermöglicht, so dass eine an das Achsdifferential anzuschließende Antriebswelle zentral durch dieses Umlaufrädergetriebe hindurch geführt werden kann. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine elektromechanische Antriebseinrichtung bei welcher die über das Achsdifferential auf die Radantriebswellen verzweigte Antriebsleistung durch einen Elektromotor generiert wird welcher über das vorgenannte Umlaufrädergetriebe mit dem Achsdifferentialgetriebe gekoppelt ist.
Hintergrund der Erfindung
Aus DE 198 41 1 59 A1 ist eine elektromechanische Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug der vorgenannten Art bekannt. Das Achsdifferential ist dort als Kegelraddifferential ausgeführt. Die Einleitung des von einem Elektromotor generierten Antriebsmomentes in dieses Kegelraddifferential erfolgt über eine Planetengetriebestufe. Die Planetengetriebestufe umfasst einen Planetenrad- träger dessen Grundkörper auch Teil des Differentialkorbs des Kegelraddiffe- rentiales bildet. Der Elektromotor selbst ist als Aussenläufermotor ausgeführt, wobei der Leistungsabgriff vom Aussenläufer über einen Hohlwellenzapfen erfolgt, der einen Stirnradabschnitt aufweist welcher in die Planetengetriebestufe eintaucht und dabei als Sonnenrad der Planetengetriebestufe fungiert. Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die sich durch einen kompakten Aufbau, ein geringes Eigengewicht und ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet und zudem kostengünstig herstellbar ist.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit:
- einem Differentialgetriebe, das als Stirnraddifferential ausgebildet ist und ein Umlaufgehäuse, ein darin aufgenommenes erstes Stirnrad und ein ebenfalls in dem Umlaufgehäuse aufgenommenes zweites Stirnrad aufweist, und
- einer Planetengetriebestufe die mit dem Umlaufgehäuse kinematisch gekoppelt ist und ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad aufweist, wobei,
- die Planetenräder der Planetengetriebestufe gestuft ausgebildet sind und jeweils einen ersten Planetenstirnradabschnitt und einen gleichachsig und axial zu diesem versetzt angeordneten zweiten Planetenstirnradabschnitt bilden,
- der erste Planetenstirnradabschnitt mit dem Sonnenrad und der zweite Planentenstirnradabschnitt mit dem Hohlrad in Eingriff steht, und
- die gestuft ausgebildeten Planetenräder gemeinsam mit dem Umlaufgehäuse umlaufen. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen bei welcher gegenüber bisherigen Bauformen eine erhebliche Reduzierung der Komplexität, des Gewichts und auch des Bauraumbedarfes erreicht werden kann. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Planetengetriebestufe und das Stirnraddifferential derart zusammengefasst, dass das Umlaufgehäuse des Stirnraddifferentiales als Planetenradträger der Planetengetriebestufe fungiert. Bei dieser Bauweise wird es insbesondere möglich, die Umlaufbahnradien der Achsen der gestuften Planetenräder der Plane- tenradstufe sowie die Umlaufbahnradien der Differentialplaneten des Stirnraddifferentiales identisch zu bemessen. Bei dieser Gestaltung können die Differentialplaneten auf Achszapfen gelagert werden welche axial über das Umlaufgehäuse hervorkragende Axialüberstände bilden auf welchen dann auch die Planetenräder der Planetengetriebestufe gelagert sind. Diese Komponenten können dabei so angeordnet werden, dass sich die Betriebskräfte und Belastungsverformungen strukturmechanisch vorteilhaft kompensieren.
Vorzugsweise ist die Planetenradgetriebestufe derart gestaltet, dass sich der erste Planetenstirnradabschnitt, d.h. jener Planetenradabschnitt welcher mit dem Sonnenrad in Eingriff steht sich in einem Zwischenbereich zwischen dem zweiten Planetenstirnradabschnitt und dem Umlaufgehäuse des Stirnraddifferentiales befindet. Der erste Planetenstirnradabschnitt ist hierbei erfindungsgemäß so gestaltet, dass dieser einen größeren Durchmesser aufweist als der zweite Planetenradstirnradabschnitt. Bei dieser Gestaltung können über die Planetenradstufe Übersetzungsverhältnisse im Bereich von 1 /7 bis 1 /17 insbesondere von 1 /9 vorteilhaft realisiert werden.
Eine besonders kompakte und strukturmechanisch vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, dass das Differentialgetriebe insbesondere ein darin aufgenommenes Stirnrad einen Nabenabschnitt bildet in welchen eine Radantriebswelle beispielsweise über eine Verzahnung drehfest einsteckbar ist.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Antriebseinrichtung derart aufgebaut, dass diese einen Elektromotor umfasst, wobei dieser Elektromotor zur Umlaufachse der Planetengetriebestufe gleichach- sig angeordnet ist. Der Elektromotor kann hierbei derart aufgebaut sein, dass dessen Rotor auf einer Hohlwelle sitzt, wobei die oben genannte Radantriebswelle in der Art einer Steckwelle in diese Hohlwelle axial einschiebbar und in entsprechend eingeschobenem Zustand der Verzahnungsabschnitt derselben mit der Nabe des Stirnraddifferentiales in Eingriff gelangt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, in den Antriebsstrang zwischen dem Elektromotor und der an das Stirnraddifferential angebundenen Planetengetriebestufe eine Vorstufe einzufügen. Diese Vorstufe kann eine Schalteinrichtung umfassen durch welche die Vorstufe selektiv aktiviert, oder überbrückt werden kann. Diese Schalteinrichtung kann einen elektromechanischen Aktuator, einen Stellzylinder, eine Seil- oder Hebelmechanik, oder anderweitige Stellmechaniken umfassen. Die Schalteinrichtung umfasst vorzugsweise eine Reibungs- und eine Klauenkupplung. Über die Klauenkupplung kann dann der Planetenradträger der Vorstufe formschlüssig mit dem Sonnenrad der am Stirnraddifferential sitzenden Planetengetriebestufe gekoppelt werden. Die Klauenkupplung überträgt damit hohe Drehmomente. Bei Lösen der Klauenkupplung kann die Eingangswelle der Vorstufe direkt, d.h. nicht übersetzt mit dem Sonnenrad der Planetengetriebestufe reibschlüssig gekoppelt werden. Dieser reibschlüssige Koppelungszustand kann ohne besonderen Synchronisationsbedarf herbeigeführt werden. Vorzugsweise umfasst die Antriebseinrichtung jedoch Sensoreinrichtungen die Aufschluss über die momentanen Rotationszustände liefern, wobei diese Informationen bei der Änderung eines Schaltzustandes berücksichtigt werden können. So ist es insbesondere beim Einrücken der Klauenkupplung möglich, die Spannungsversorgung des Elektromotors so abzustimmen, dass hier eine hinreichende Synchronisation der Abschnitte des temporär aufgetrennten Antriebsstranges herbeigeführt wird und damit die Kupplung geräuscharm eingerückt werden kann.
Alternativ zu der favorisierten Ausführung des Elektromotors als Elektromotor mit einem innen umlaufenden Rotor, kann der Elektromotor auch als Aussen- läufermotor ausgebildet sein. Bei der vorangehend beschriebenen Variante mit einer Vorstufe kann hierbei die Leistungseinkoppelung in die Vorstufe über das Hohlrad erfolgen das bei dieser Variante dann mit dem Aussenläuferrotor umläuft. Das Sonnenrad wäre dann stationär.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt: Figur 1 eine Schemadarstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung mit einem Stirnraddifferential, dessen Umlaufgehäuse als Planetenradträger für gestuft ausgebildete Planetenräder fungiert; Figur 2 eine Schemadarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ebenfalls mit einem Stirnraddifferential, dessen Umlaufgehäuse als Planetenradträger für gestuft ausgebildete Planetenräder fungiert, mit einer schaltbar aktivierbaren Vorstufe.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Diese Antriebseinrichtung umfasst ein Differentialgetriebe, das als Stirnraddifferential ausgebildet ist und ein Umlaufgehäuse 2, und ein darin aufgenommenes erstes Stirnrad 3 und ein darin aufgenommenes zweites Stirnrad 4 aufweist. Weiterhin umfasst die Antriebseinrichtung eine Planetengetriebestufe 5 die mit dem Umlaufgehäuse 2 kinematisch gekoppelt ist und ein Sonnenrad 6, Planetenräder 7 und ein Hohlrad 8 aufweist. Die Planetenräder 7 der Planetengetriebestufe 5 sind gestuft ausgebildet und bilden jeweils einen ersten Pla- netenstirnradabschnitt 7a und einen gleichachsig und axial zu diesem versetzt angeordneten zweiten Planetenstirnradabschnitt 7b. Der erste Planetenstirn- radabschnitt 7a steht mit dem Sonnenrad 6 und der zweite Planentenstirnrad- abschnitt 7b steht mit dem Hohlrad 8 in Eingriff. Die Planetenräder 7 sind auf einem Achszapfen 9 gelagert welcher am Umlaufgehäuse 2 verankert ist. Die Planetenräder 7 rotieren damit gemeinsam mit dem Umlaufgehäuse 2 um die Getriebehauptachse X.
Das Stirnraddifferential 1 und das Differentialgetriebe 5 sind gleichachsig zur Getriebehauptachse angeordnet. Der Leistungsabgriff aus dem Stirnraddifferential 1 erfolgt über dessen innere Stirnräder 3, 4. Diese Stirnräder 3, 4 bilden hier nicht näher konstruktiv veranschaulichte Nabenabschnitte an welche eine linke Randantriebswelle 10 und eine rechte Radantriebswelle 1 1 angekoppelt sind.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel fungiert das Umlaufgehäuse 2 des Stirnraddifferentiales 1 wie bereits angesprochen als Planetenradträger der Planetengetriebestufe 5. Das Stirnraddifferential 5 weist Differentialplaneten 2a, 2b auf, die über den genannten Achszapfen 9 in dem Umlaufgehäuse 2 gelagert sind. Diese Achszapfen 9 sind so ausgelegt, dass diese Axialüberstände aufweisen auf welchen die Planetenräder 7 der Planetengetriebestufe 5 gelagert sind.
Der erste Planetenstirnradabschnitt 7a, welcher mit dem Sonnenrad 6 in Eingriff steht, befindet sich in einem Zwischenbereich zwischen dem zweiten Planetenstirnradabschnitt 7b und dem Umlaufgehäuse 2. Dieser erste Planetenstirnradabschnitt 7a weist einen größeren Durchmesser auf, als der zweite Planeten- radstirnradabschnitt 7b.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiels bildet das Differentialgetriebe 5 einen Wellendurchgang durch welchen die Radantriebswelle 10 hindurchgeführt ist, die hier mit dem Stirnrad 3 des Stirnraddifferentiales 1 gekoppelt ist. Dieser Wellendurchgang ist hier durch eine Axialbohrung 12 gebildet die sich koaxial zur Getriebeachse X in einer Rotorwelle 13 erstreckt. Diese Rotorwelle bildet Teil eines Elektromotors 14 der in gleicher Weise wie das Stirnraddifferential 1 und die erfindungsgemäß gestaltete Planetengetriebestufe 5 zur Getriebeachse X gleichachsig angeordnet ist. Auf der als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle 13 ist ein Rotor 1 5 fixiert. Dieser Rotor 15 wird über dein durch einen Stator 16 generiertes Drehfeld angetrieben. Der Stator 16 trägt mehrere Wicklungen die über eine Leistungselektronik mit Spannung beaufschlagt werden können um das zum Antriebs des Rotors 15 erforderliche Drehfeld zu generieren. Der Elektromotor 14 ist derart aufgebaut und elektrisch beschaltet, dass dieser temporär auch in einem Rekuperations- modus als Generator betreibbar ist. Durch den Aufbau der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung wird erreicht, dass der Rotor 15 aufgrund des großen durch die spezielle Planetengetriebestufe 5 erreichbaren Übersetzungsverhältnisses mit entsprechend hohen Drehzahlen rotiert und damit einen hohen elektrischen Wirkungsgrad bietet.
Für die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform gelten die Ausführungen zu Figur 1 sinngemäß. Abweichend von der Variante nach Figur 1 ist bei der Variante nach Figur 2 in dem Antriebsstrang zwischen dem Elektromotor 14 und der an das Stirnraddifferential angebundenen Planetengetriebestufe 5 eine Vorstufe 16 vorgesehen. Diese Vorstufe 16 ist mit einer Schalteinrichtung 17 gekoppelt die eine selektiven Aktivierung der Vorstufe 16 ermöglicht.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform umfasst die Vorstufe 16 ein Sonnenrad
18 das auf der Rotorwelle 13 sitzt. Dieses Sonnenrad steht mit Planetenrädern
19 in Eingriff. Diese Planetenräder 19 sind an einem Planetenradträger 20 gelagert welcher koaxial zur Getriebeachse X, insbesondere auf der Rotorwelle 13 gelagert ist. Die Planetenräder 19 stehen weiterhin mit einem Hohlrad 21 in Eingriff, dieses Hohlrad 21 ist mit dem Stator des Elektromotors 14 starr gekoppelt. Die Vorstufe ist vorzugsweise so ausgelegt, dass diese zwischen Sonnenrad 18 und dem Planetenradträger 20 eine Übersetzung im Bereich von 1 :3 bis 1 :7 realisiert.
Schalteinrichtung 17 umfasst eine Klauenkupplung K1 und Reibungskupplung K2. Die Schalteinrichtung 17 ist derart aufgebaut, dass über die Kupplungen K1 , K2 selektiv der Planetenradträger 20 oder die Rotorwelle 1 3 mit dem Son- nenrad 6 der Planetengetriebestufe 5 koppelbar sind. Die Betätigung der Kupplungen K1 , K2 erfolgt bei der hier gezeigten Variante über einen Stellmechanismus 22. Dieser Stellmechanismus 22 umfasst hier einen elektromechani- schen Aktuator 23 durch welchen eine Schaltklaue 24 verlagerbar ist. Die Schaltklaue 24 greift über ein Ausrücklager 15 an einer umlaufenden Struktur der Schalteinrichtung 17 an.
Die Klauenkupplung K1 umfasst eine Kupplungsklaue 26 die in eine Gegen- struktur des Planetenträgers 20 einrückbar ist. In eingerücktem Zustand ist dann der Planetenträger 20 mit dem Sonnenrad 6 der Planetengetriebestufe 5 gekoppelt. Zwischen dem Umlaufgehäuse 2 des Stirnraddifferentiales 1 und dem Rotor 15 des Elektromotors 14 besteht dann das durch Vorstufe 16 und die Planetengetriebestufe 5 generierte maximale Übersetzungsverhältnis. Durch Ausrücken der Klauenkupplung K1 wird dieser Koppelungszustand aufgehoben. Durch entsprechend weitere Verlagerung der Schaltklaue 24 (hier nach rechts) wird die zweite Kupplungseinrichtung K2 aktiviert. Diese Kupplungseinrichtung ist als Reibungskupplung ausgeführt. Das durch diese Reibungskupplung generierte Kupplungsmoment ist proportional zur Kupplungseinrückkraft. Über diese Reibungskupplung kann die Rotorwelle 13 direkt mit dem Sonnenrad 6 gekoppelt werden. In diesem Kupplungszustand besteht zwischen dem Stirnraddifferential 1 und dem Rotor 15 des Elektromotors 14 das durch die spezielle Planetengetriebestufe 5 verursachte Übersetzungsverhältnis.
Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich gegenüber bisherigen Bauformen eine erhebliche Reduzierung der Komplexität, des Gewichts- und des Bauraumbedarfes. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann als sog. Elektroachse in koaxialer Bauweise bei entsprechenden Fahrzeugen eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung bietet eine relativ hohe Übersetzung die es ermöglicht den Elektromotor als relativ kompakten, bauraumsparenden Motor auszuführen. Erfindungsgemäß wird für die Planetengetriebestufe 5 ein Plane- tensatz mit abgesetzten Doppelplaneten eingesetzt. Der Planetensatz weist zwei miteinander drehtest verbundene Planeten 7a, 7b auf gleichen Bolzen 9 auf, wobei das eine größere Planetenrad 7a mit der Sonne 6, das andere kleiner Planetenrad 7b mit dem Hohlrad 8 der Planetenstufe 5 kämmt. Das größere der beiden Planetenräder kann sich direkt neben dem Differenzial 1 befinden (wie im Bild dargestellt). Alternativ hierzu kann auch die Position der beiden Planeten 7a, 7b vertauscht sein, d.h. das kleinere Planetenrad 7b befindet sich neben dem Differenzial 1 . Die erste - hier gezeigte - Variante ist allerdings im Hinblick auf die Gesamtsystemverformungen günstiger. Die aus der Position der beiden Planeten 7a, 7b resultierenden Kippmomente zwischen dem Hohl- rad 8 und der Sonne 6 wirken entgegen den Verformungen des Differenzial- korbs 2. Daraus resultiert eine geringere Neigung zur Schiefstellung der Planetenbolzen 9.
Sowohl bei der Variante nach Figur 1 , als auch bei der Variante nach Figur 2 sind die Bolzen 9 des Planetensatzes 7a,7b identisch mit den Bolzen des Diffe- renzials 1 (gleicher Teilkreis, gleiche Lage in der Umfangsrichtung).
Bei einem 2 Gang Getriebe nach Figur 2 besteht ein breites Spektrum realisierbarer Übersetzungsverhältnisse. Durch den Einsatz der erfindungsgemäß ab- gestuften Doppelplaneten 7a, 7b in der zweiten Getriebestufe 5 ist es möglich die Zähnezahlen der Zahnräder in einem breiten Bereich festzulegen und damit gewünschte Übersetzungen im ersten sowie im zweiten Gang bei zumindest weitgehend gleicher Grundkonstruktion zu realisieren. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann weiterhin so aufgebaut werden, dass deren Schwerpunkt im wesentlichen mittig zwischen den Radantriebswellenflanschen 31 , 32 liegt, da das Systemgewicht und der axiale Bauraumbedarf des Stirnraddifferentiales 1 und der Planetengetriebestufe 5 in etwa dem Systemgewicht und dem Bauraumbedarf des Elektromotors 14 entspre- chen. Die Vorstufe 16 befindet sich im Umfeld des Schwerpunktes und trägt nur in geringem Maße zur Lage des Schwerpunktes in Richtung der Systemachse X bei. Das Stirnraddifferential 1 , die spezielle Planetengetriebestufe 5 und - soweit vorgesehen - die Vorstufe 16 können in einem Gehäuse aufgenommen werden das auch einen Schmierstoffsumpf bevorratet in welchen diese Systemkomponenten hinreichen eintauchen können. Dieses Gehäuse kann als Topfstruktur gefertigt werden die an einen entsprechenden Flanschabschnitt des Elektromotors 14 angesetzt werden kann. Die Lage der Radantriebswellenflansche 31 , 32 ist vorzugsweise so abgestimmt, dass sich bei Integration in ein entsprechendes Fahrzeug für die linke und die rechte Radantriebsgelenkwelle gleiche Abmessungen ergeben, so dass diese Bauteile baugleich ausgeführt werden kön- nen.
Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung eignet sich sowohl für gelenkte Frontantriebsachsen, als auch für nicht-gelenkte Heckantriebsachsen. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann so gestaltet werden, dass diese auch Anbindungspunkte für Komponenten der Radaufhängung bildet.
Bei der Variante nach Figur 2 ist es möglich, die Kupplungseinrichtungen K1 und K2 so zu gestalten, dass diese bei Stillstand des Fahrzeuges gleichzeitig eingerückt werden können. Hierdurch wird es möglich, die Vorstufen 16 in sich zu blockieren. Hierdurch wird es wiederum möglich, über die Vorstufe 16 und deren Kupplungen K1 , K2 eine Parksperrfunktion zu realisieren.
Die bei der Variante nach Figur 2 zwischen dem Elektromotor 14 und dem Differentialgetriebe 5 angeordnete Vorstufe kann auch auf einer dem Differential- getriebe 5 abgewandten Stirnseite des Elektromotors 14 angeordnet sein. Bei dieser Variante kann die Schalteinrichtung 17 derart aufgeteilt werden, dass die Kupplungseinrichtung K1 auf der Seite der Vorstufe 16 sitzt und sich die Kupplungseinrichtung K2, d.h. jene Kupplungseinrichtung welche eine Direktankop- pelung des Rotors 15 an das Sonnenrad 6 bewirkt weiterhin zwischen dem E- lektromotor 14 und der Planetengetriebestufe 5 befindet.

Claims

Patentansprüche
1 . Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit:
- einem Differentialgetriebe (1 ), das als Stirnraddifferential ausgebildet ist und ein Umlaufgehäuse (2), und ein darin aufgenommenes erstes Stirnrad (3) und ein darin aufgenommenes zweites Stirnrad (4) aufweist, und
- einer Planetengetriebestufe (5) die mit dem Umlaufgehäuse (2) kinematisch gekoppelt ist und ein Sonnenrad (6), Planetenräder (7) und ein Hohlrad (8) aufweist, wobei
- die Planetenräder (7) der Planetengetriebestufe gestuft ausgebildet sind und jeweils einen ersten Planetenstirnradabschnitt (7a) und einen glei- chachsig und axial zu diesem versetzt angeordneten zweiten Planetenstirnradabschnitt (7b) bilden,
- der erste Planetenstirnradabschnitt (7a) mit dem Sonnenrad (6) und der zweite Planentenstirnradabschnitt (7b) mit dem Hohlrad (8) in Eingriff steht, und
- die Planetenräder (7) gemeinsam mit dem Umlaufgehäuse (2) umlaufen.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufgehäuse (2) des Stirnraddifferentiales (1 ) als Planetenradträger der Planetengetriebestufe (5) fungiert.
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnraddifferential (1 ) Differentialplaneten (2a, 2b) aufweist die über Achszapfen (9) in dem Umlaufgehäuse (2) gelagert sind, und dass diese Achszapfen (9) Axialüberstände aufweisen auf welchen die Planetenräder (7) der Planetengetriebestufe (5) gelagert sind.
4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenstirnradabschnitt (7a) welcher mit dem Sonnenrad (6) in Eingriff steht sich in einem Zwischenbereich zwischen dem zweiten Planetenstirnrad- abschnitt (7b) und dem Umlaufgehäuse (2) befindet.
5. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenstirnradabschnitt (7a) einen größeren Durchmesser aufweist als der zweite Planetenstirnradabschnitt (7b).
6. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe (5) einen Wellendurchgang bildet durch welchen eine Radantriebswelle (10) hindurchgeführt ist, die mit einem der Stirnräder (3) des Stirnraddifferentiales (5) gekoppelt ist.
7. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung einen Elektromotor (14) umfasst, und dass dieser Elektromotor (14) zur Umlaufachse (X) der Planetengetriebestufe (5) gleichachsig angeordnet ist.
8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) eine Hohlwelle (13) umfasst, und dass die Radantriebswelle (10) durch diese Hohlwelle (13) axial hindurchgeführt ist.
9. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Elektromotor (14) und der an das Stirnraddifferential (1 ) angebundenen Planetengetriebestufe (5) eine Vorstufe vorgesehen ist, und dass eine Schalteinrichtung (17) vorgesehen ist, zur selektiven Einbindung, oder Überbrückung der Vorstufe.
10. Antriebseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung eine Reibungskupplung (K2) umfasst und dass durch diese Reibungskupplung (K2) der Elektromotor (14) selektiv direkt mit dem Sonnenrad (6) der Planetengetriebestufe 5 koppelbar ist.
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