WO2013041145A1

WO2013041145A1 - Antriebseinheit mit einem elektromotor

Info

Publication number: WO2013041145A1
Application number: PCT/EP2011/066533
Authority: WO
Inventors: Tomas Smetana; Philip Wurzberger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-03-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (1) mit einem Elektromotor (2), einem ersten Planetentrieb (7), mit einer ersten Kupplung (11) zum Schalten einer ersten Verbindung zwischen dem Elektromotor (2) und einem mit dem um die Rotationsachse einer Rotorwelle des Elektromotors rotierbaren Abtriebselement (6) der Antriebseinheit (1), mit einer zweiten Kupplung (3) zum Schalten einer zweiten Verbindung zwischen dem Elektromotor (2) und dem Abtriebselement (6), wobei mittels des ersten Planetentriebs (7) eine getriebliche Verbindung zwischen dem Elektromotor (2) und der ersten Kupplung (3) gebildet ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Antriebseinheit mit einem Elektromotor

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor, einem ersten Planetentrieb, mit einer ersten Kupplung zum Schalten einer ersten Verbindung zwischen dem Elektromotor und einem mit dem um die Rotationsachse einer Rotorwelle des Elektromotors rotierbaren Abtriebselement der Antriebseinheit, mit einer zweiten Kupplung zum Schalten einer zweiten Verbindung zwischen dem Elektromotor und dem Abtriebselement, wobei mittels des ersten Planetentriebs eine getriebliche Verbindung zwischen dem Elektromotor und der ersten Kupplung gebildet ist.

Hintergrund der Erfindung

DE 10 2008 029 287 B4 zeigt einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer elektromotorischen Antriebseinheit. Die elektromotorische Antriebseinheit weist einen Planetensatz und ein Schaltkupplungspaket auf und ist mit einem Differenzial wirkverbunden. Die als Ausgangswelle bezeichnete Rotorwelle des Elektromotors ist mit dem Sonnenrad des Planetensatzes gekoppelt. Das Schaltkupplungspaket weist eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung auf, die beide als Schaltkupplungen ausgelegt sind. Die Schaltkupplungen sind ein- und ausrückbar, wobei mit der ersten Schaltkupplung eine erste Übersetzung zwischen der Rotorwelle des Elektromotors und einem als Ausgang bezeichneten Abtriebselement und mit der zweiten Schaltkupplung eine zweite Übersetzung zwischen der Rotorwelle des Elektromotors und dem gleichen Abtriebselement herstellbar ist.

Die Antriebseinheit weist einen Planetentrieb mit einem Planetenträger auf. Der Planetenträger ist relativ zur Rotorwelle rotierbar. Der Planetentrieb weist weiterhin Planetenräder auf, von denen jedes jeweils um eine eigene Drehachse drehbar am Planetenträger sitzt. Die Planetenräder stehen im Zahneingriff mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad. Das Hohlrad ist an einem Gehäuseabschnitt des Elektromotors bzw. an der elektromotorischen Antriebseinheit festgelegt. Eine Ausgangswelle des Elektromotors ist mit einem Sonnenrad rotationsfest gekoppelt.

Der Planetenträger ist über die erste Schaltkupplung mit dem Ausgang verbindbar. Der ersten Schaltkupplung ist eine erste Aktuatoranordnung zugeordnet, welche eine Schiebemuffe aufweist. Der Ausgang ist mit einer hohlen Getriebewelle verbunden, an der die Schiebemuffe rotationsfest axial verschiebbar sitzt. Die Schaltmuffe weist eine Verzahnung auf, die mit einer Gegenverzahnung am dem Planetenträger korrespondiert um den Planetenträger drehfest mit dem Ausgang zu kuppeln. Dazu wird die erste Schiebemuffe aus einer Neutralstellung heraus axial mit der Gegenverzahnung in Eingriff geschoben.

Der zweiten Schaltkupplung ist eine zweite elektromagnetische Aktuatoranordnung mit einer zweiten Schiebemuffe zugeordnet, mittels der die Ausgangswelle des Elektromotors und der Ausgang drehmomentfest miteinander gekuppelt werden können.

Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und wenig Bauraum beanspruchende Antriebseinheit zu schaffen.

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Antriebseinheit mit einem Elektromotor und Kupplungen, mit denen wahlweise eine Verbindung zwischen einer Ausgangswelle des Elektromotors mit einem Abtriebselement ein- und ausrückbar ist. Die Ausgangswelle ist die Rotorwelle des Elektromotors oder ist eine mit der Rotorwelle drehmomentfest gekoppelte Welle.

Rotationsfest gekoppelt heißt in jedem mit der Erfindung beschriebenen Fall, dass Drehrichtung und Drehzahl der miteinander gekoppelten und um die Rotationsachse rotierbaren Glieder immer gleich sind und diese zur Übertragung von Drehmomenten drehmomentfest miteinander in Wirkverbindung stehen, also verbunden sind.

Die Antriebseinheit weist einen ersten Planetentrieb mit einem ersten Planetenträger auf. Der erste Planetenträger ist um die Rotationsachse relativ zur Rotorwelle rotierbar. An dem Planetenträger sind erste Planetenräder mit radialem Abstand zur Rotationsachse der Antriebseinheit abgestützt, von denen jedes jeweils um eine eigene Drehachse drehbar am ersten Planetenträger sitzt. Die Rotationsachse der Antriebseinheit entspricht der Rotationsachse der Rotorwelle des Elektromotors. Die Drehachsen sind mit radialem Abstand und parallel zu der Rotationsachse angeordnet. Die ersten Planetenräder stehen im Zahneingriff mit einem ersten Sonnenrad und mit einer ersten Verzahnung eines ersten Hohlrades. Das erste Hohlrad ist an einem Gehäuseabschnitt des Elektromotors bzw. an der elektromotorischen Antriebseinheit festgelegt, so dass der Stator und das erste Hohlrad ortsfest miteinander gekoppelt sind. Das erste Hohlrad kann alternativ auch nur durch die erste Verzahnung gebildet sein. Die Rotorwelle des Elektromotors ist mit dem ersten Sonnenrad rotationsfest gekoppelt. Das Sonnenrad sitzt bevorzugt fest an der Rotorwelle bzw. an der Ausgangswelle.

Die erste Kupplung ist erfindungsgemäß eine selbsttätig einrückende und ausrückende Freilaufkupplung.

Die Freilaufkupplung ist eine durch Reibung kraftschlüssig arbeitende Sperrkupplung, die nach dem Prinzip des Rollengesperres oder Reibgesperres arbeitet. Die Freilaufkupplung weist wenigstens ein Antriebskupplungsteil und ein Abtriebskupplungsteil auf. Das Antriebskupplungsteil sitzt an einem Glied des ersten Planetentriebs und ist bei laufendem Elektromotor durch die Rotorwelle des Elektromotors über den Planetentrieb angetrieben. Das Abtriebskupplungsteil ist, bei Gleichlauf der Kupplungsteile und des Gliedes, durch das Antriebskupplungsteil im Drehsinn des um die Rotationsachse der Rotorwelle rotierenden Gliedes angetrieben. Überholt das Abtriebskupplungsteil das Antriebskupplungsteil, d.h. ist die Drehzahl des Abtriebskupplungsteils bei gleichem Drehsinn der Kupplungsteile größer als die des Antriebskupplungsteils, wird die Freilaufkupplung gelöst. Letzteres gilt auch, wenn sich der Drehsinn des Antriebskupplungsteils gegenüber dem des Abtriebskupplungsteils ändern sollte.

Zwischen einander gegenüberliegenden Bahnen der Kupplungsteile sind Klemmelemente, beispielsweise Klemmkörper bzw. Klemmrollen oder -Kugeln angeordnet. Die Bahnen sind optional an Ringen ausgebildet, welche wellen- bzw. gehäuseseitig auf- oder eingepresst, sind, oder sind direkt an der Welle (z.b. am Planetenträger) oder am Gehäuse (beispielsweise an der Getriebewelle oder am Abtriebselement) ausgebildet. Bei Gleichlauf sind die beiden Kupplungsteile über die Klemmelemente drehmomentfest miteinander verbunden und Drehmomente können übertragen werden.

Die Bahn des Antriebskupplungsteils der Freilaufkupplung ist vorzugsweise dem Planetenträger des ersten Planetentriebs rotationsfest zugeordnet und ist beispielsweise außen an einem Rotationsabschnitt des Planetenträgers oder an einem auf den Rotationsabschnitt aufgepressten Ring ausgebildet. Die zweite Bahn ist dem Abtriebselement bzw. der mit dem Abtriebselement verbundenen Getriebewelle drehmomentfest zugeordnet. Da die erste Bahn drehmomentfest mit dem ersten Planetenträger und das erste Sonnenrad drehmomentfest mit der Rotorwelle bzw. Ausgangswelle verbunden ist, ist die Rotorwelle über den ersten Planetentrieb mit der Freilaufkupplung getrieblich wirkverbunden. Die zweite Bahn der Freilaufkupplung ist, wie zuvor schon beschrieben, mit dem Abtriebselement drehfest verbunden.

Die Freilaufkupplung sperrt, wenn die erste Bahn der Freilaufkupplung mit dem von der Rotorwelle über den Planetentrieb angetriebenen Planetenträger in Antriebsrotationsrichtung des Planetenträgers rotiert. Der Drehsinn und Drehzahl von An- und Abtriebskupplungsteil sind gleich dem des Planetenträgers (Gleichlauf). Dabei ist über die Klemmkörper- bzw. Rollen eine drehmomentfeste Verbindung zwischen der ersten Bahn und der zweiten Bahn und somit eine drehmomentfeste Verbindung zwischen dem Glied des Planetenträgers und der Getriebewelle bzw. dem Abtriebselement direkt gekuppelt. Da die Rotorwelle über das erste Sonnenrad und über die ersten Planetenräder mit dem ersten Planetenträger wirkverbunden ist, wobei sich die ersten Planetenräder an dem ersten Hohlrad abstützen, ist mittels der Freilaufkupplung eine erste Verbindung, eine Wirkverbindung, zwischen der Rotorwelle und dem Abtriebselement selbsttätig herstellbar oder lösbar, wobei über das Getriebe des Planetentriebs eine getriebliche Verbindung zwischen der Rotorwelle und der Freilaufkupplung ausgebildet ist. Die Freilaufkupplung wird selbsttätig ausgekuppelt, d.h. läuft frei, wenn das Abtriebkupplungsteil den Planetenträger bzw. das Antriebskupplungsteil in Rotationsrichtung überholt.

Die zweite Kupplung ist eine Schaltkupplung. Die Rotorwelle ist mit wenigstens einem Kupplungsglied der Schaltkupplung rotationsfest gekoppelt. Die zweite Kupplung ist ein- und ausrückbar und aus dem wenigsten ersten Kupplungsglied und einem wenigstens zweiten Kupplungsglied gebildet. Das zweite Kupplungsglied ist rotationsfest mit dem Abtriebselement gekoppelt. Weiterhin ist der zweiten Kupplung ein Aktuatorglied einer Aktuatoranordnung zugeordnet, mit dem die zweite Kupplung betätigt wird. Das Aktuatorglied ist zum Ein- und Ausrücken der zweiten Schaltkupplung vorgesehen.

Die zweite Kupplung ist vorzugsweise eine Reibkupplung, in welcher das erste Kupplungsglied und das zweite Kupplungsglied mittels des Aktuatorglieds wiederholt miteinander kraft-reibschlüssig in Wirkverbindung bringbar und trennbar sind.

Das erste Kupplungsglied ist vorzugsweise wellenseitig mit der Rotorwelle bzw. Ausgangswelie und das zweite Kupplungsglied ist gehäuseseitig mit dem Abtriebselement, z.B. über die Getriebewelle oder direkt mit dem Abtriebselement, um die Rotationsachse rotationsfest gekoppelt. Bei eingerückter zweiter Kupplung sind die Rotorwelle und das Abtriebselement, beispielsweise miteinander über die Getriebewelle oder direkt miteinander, sowie mit oder ohne Schlupf, zu einer zweiten Verbindung, einer weiteren Wirkverbindung, rotationsfest gekuppelt. Bei ausgerückter zweiter Kupplung ist die zweite Wirkverbindung wieder getrennt.

Wellenseitig heißt in jedem mit der Erfindung beschriebenen Fall, an/auf einer Welle oder Zapfen o.ä. sitzend bzw. außen aufgenommen und gehäuseseitig heißt dementsprechend innen sitzend bzw. innen aufgenommen oder an einem Gehäuse sitzend.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht in der Antriebseinheit eine dritte Kupplung vor. Ein drittes Kupplungsglied der als Schaltkupplung ausgebildeten dritten Kupplung ist mit einem Glied des ersten Planetentriebs um die Rotationsachse rotationsfest gekoppelt oder verbunden. Das Glied ist der Planetenträger. Die dritte Kupplung ist ein- und ausrückbar und weist das dritte Kupplungsglied und wenigstens ein viertes Kupplungsglied auf. Außerdem ist der dritten Kupplung, dasselbe Aktuatorglied zugeordnet wie das, mit dem die zweite Kupplung aus- und einrückbar ist. Das dritte Kupplungsglied und das vierte Kupplungsglied sind mittels des Aktuatorglieds wiederholt miteinander kraft-reibschlüssig in Wirkverbindung bringbar und trennbar.

Das vierte Kupplungsglied ist rotationsfest mit dem Abtriebselement, beispielsweise mittels einer Getriebewelle, gekoppelt oder ist direkt mit dem Abtriebselement verbunden. Dementsprechend sind bei eingerückter dritter Kupplung der erste Planetenträger und die Getriebewelle bzw. der erste Planetenträger und das Abtriebselement direkt rotationsfest miteinander gekuppelt und bei ausgerückter dritter Kupplung wieder voneinander getrennt. Da die Ausgangswelle über das erste Sonnenrad und über die ersten Planetenräder mit dem ersten Planetenträger getrieblich wirkverbunden ist, wobei sich die Planetenräder im Zahneingriff an dem ersten Hohlrad abstützen, ist über das Getriebe des Planetentriebs und mittels der dritten Schaltkupplung eine getriebliche dritte Verbindung, die eine Wirkverbindung ist, zwischen der Rotorwelle bzw. dem Planetenträger und dem Abtriebselement ein- und ausrückbar, also schaltbar.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht die Betätigung beider Schaltkupplungen mit nur einer Aktuatoranordnung und mit nur einem Aktuatorglied vor. Das Aktuatorglied ist zweiseitig, zur einen Seite auf die zweite Kupplung und zu anderen Seite auf die dritte Kupplung wirkend, ausgelegt. Dazwischen ist das Aktuatorglied optional in eine Neutralstellung beweglich, aus der es wahlweise zur Betätigung der zweiten Schaltkupplung oder der drittem Schaltkupplung zur einen oder anderen Seite bewegbar ist. Das Aktuatorglied ist dementsprechend in zwei Wirkrichtungen jeweils auf eine der Schaltkupplungen wirkend ausgebildet. Die Wirkrichtungen sind vorzugsweise axial mit der Rotationsachse gleichgerichtet, so dass das Aktuatorglied axial zwischen der dritten Kupplung und einem Kupplungsglied der zweiten Kupplung axial verschiebbar ist.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit mit der Rotationsachse des Elektromotors quer zur Fahrtrichtung im Fahrzeug, beispielsweise an einer Hinterachse, verbaut ist. Alternativ ist die Antriebseinheit mit der Rotationsachse des Elektromotors längs im Fahrzeug ausgerichtet eingebaut. Weiterhin kann eine Verbindung zwischen Abgangsglied und weiteren getrieblichen Anordnungen über eine Winkeltrieb erfolgen. Darüber hinaus können zuverlässige und Energie sparende Konzepte zum Antrieb des Aktuatorglieds vorgesehen werden. Der Antrieb des Aktuatorglieds ist vorzugsweise elektromotorisch, wahlweise elektromagnetisch, mechanisch oder hydraulisch. Zwischen dem Antrieb des Aktuatorglieds und dem Aktuatorglied kann eine getriebliche Verbindung ausgebildet sein.

Das Aktuatorglied ist zum Beispiel durch zwei axial bewegliche und mit Druckmittel antreibbare Druckkolben gebildet, von denen einer zur Betätigung der einen Schaltkupplung und ein anderer zur Betätigung der anderen Schaltkupplung vorgesehen ist. Bevorzugt ist das Aktuatorglied jedoch eine axial verschiebbare Schalt- oder Schiebemuffe, die in eine axiale Richtung zum Ein- oder Ausrücken der zweiten Kupplung beispielsweise auf das erste Kupplungselement oder auf das zweite Kupplungselement wirkt. In die andere entgegengesetzte Richtung wirkt die Schaltmuffe/Schiebemuffe auf das dritte oder das vierte Kupplungselement, um die dritte Kupplung ein- oder auszurücken. Dementsprechend ist die Sch/ebemuffe um die Rotationsachse rotationsfest aber axial verschiebbar dem ersten Planetenträger wahlweise vorzugsweise der Getriebewelle zugeordnet.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die zweite Schaltkupplung und die dritte Schaltkupplung Kupplungen, die sich vom Typ her untereinander unterscheiden, vorzugsweise zwei unterschiedliche Reibkupplungen, wobei die eine der Kupplung als eine Einscheiben oder Mehrscheibenreibkupplung ausgebildet ist und die andere als eine Konuskupplung. Damit kann sich vorteilhaft unterschiedlichen Anforderungen an Reibleistung und

Kupplungsgeschwindigkeiten bzw. an die Größe der zu übertragenden Drehmomente angepasst werden.

Die Mehrscheibenkupplung weist vorzugsweise Lamellen auf, von denen wenigstens eine zwecks Reibschiuss axial auf die andere verschiebbar ist. In diesem Fall ist das Abtriebselement oder die Getriebewelle mit einem Außenlamellenträger versehen und mit dem Planetenträger bzw. mit der Ausgangswelle bzw. Rotorwelle ein Innenlamellenträger verbunden.

In der Konuskupplung sind die Kupplungselemente Reibringe und wahlweise auch Klauen bzw. Verzahnungen. Die Konuskupplung ist wahlweise als Synchronkupplung mit einem oder mehr Reibkonen bzw. konischen Reibringen ausgebildet, mit der auch wahlweise über Klauen oder Verzahnungen Formschluss zwischen den Kupplungselementen hergestellt werden kann. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Reibkonus bzw. Klauen an dem Aktuatorglied ausgebildet bzw. rotationsfest befestigt sind.

Die dritte Schaltkupplung ist vorzugsweise die Konuskupplung und die zweite Schaltkupplung ist bevorzugt die Scheibenkupplung/Lamellenkupplung.

Das Abtriebselement ist vorzugsweise ein zweites Sonnenrad eines zweiten Planetentriebs, kann aber auch ein beliebiges anderes Zahnrad oder Element zur Übertragung von Leistung sein - z.B. eine Antriebswelle oder Abtriebswelle in einem Kraftfahrzeug. Mit dem Abtriebselement kann beispielsweise Leistung auf ein Differenzial oder ein beliebig anders gestaltetes Getriebe übertragen werden, von dem aus Drehmomente auf zwei Achswellen einer angetriebenen Fahrzeugachse verteilt werden. Das Abtriebselement kann auch mit einer durch eine weitere Antriebseinheit angetriebenen Welle gekoppelt werden und ist dann beispielsweise ein Stirnzahnrad oder ein Kegelrad. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht einen zweiten Planetentrieb mit dem zweiten Sonnenrad vor, der weiterhin aus einem zweiten Planetenträger, zweiten Planetenrädern und einem zweiten Hohlrad gebildet ist. Die zweiten Planetenräder sind mit radialem Abstand zur Rotationsachse um eigene Drehachsen drehbar an dem zweiten Planetenträger aufgenommen und stehen im Zahneingriff mit dem zweiten Sonnenrad und dem zweiten Hohlrad. Der zweite Planetenträger ist um die Rotationsachse rotierbar und ist mit einem Gehäuse eines Differenzials verbunden. Dementsprechend sind Elektromotor, erster Planetentrieb, die Schaltkupplungen und der zweite Planetentrieb koaxial zueinander angeordnet. Alternativ ist der Planetenträger das Gehäuse des Differenzials. Das Differenzial weist Ausgleichsräder auf, die drehbar in dem Gehäuse gelagert sind und die im Zahneingriff mit zwei Abtriebsrädern stehen. Jedes der Abtriebsräder ist jeweils drehmomentfest mit einer Achswelle verbunden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Differenzial ein Planetendifferenzial, dessen Gehäuse ein dritter Planetenträger ist. In dem Gehäuse stehen als Ausgleichsräder jeweils dritte Planetenräder im Zahneingriff mit einem der zwei Abtriebsräder und vierte Planetenräder im Zahneingriff mit dem anderen Abtriebsrad. Das jeweilig Abtriebsrad ist dementsprechend ein Sonnenrad.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur : Figur 1 zeigt ein Schema einer elektromotorischen Antriebseinheit 1 mit einem Elektromotor 2, einer ersten Kupplung 11 , einer zweiten Kupplung 3, einer dritten Kupplung 4, einem ersten Planetentrieb 7, einem zweiten Planetentrieb 12 und mit einem Differenzial 13. Mit den Schaltkupplungen 3 und 4 kann wahlweise eine Ausgangswelle 5 des Elektromotors 2 mit einem Abtriebselement 6 ein- und ausrückbar verbunden werden. Die Ausgangswelle 5 ist die Rotorwelle 5' des Elektromotors 2. Das Abtriebselement 6 ist entweder als eine Getriebewelle 9 ausgebildet oder an dieser befestigt. Die Getriebewelle 9 ist ein hohlzylindrisches Bauteil, in das zumindest die Kupplungen 3, 4 und 1 1 sowie ein Aktuatorglied 10a einer Aktuatoranordnung 0 integriert sind.

Die Antriebseinheit 1 weist einen ersten Planetentrieb 7 mit einem ersten Planetenträger 7a auf. Der erste Planetenträger 7a ist um die Rotationsachse 2a der Rotorwelle 5' relativ zur Rotorwelle 5' rotierbar. An dem Planetenträger 7a sind erste Planetenräder 7b mit radialem Abstand zur Rotationsachse 2a abgestützt. Von den Planetenrädern 7b ist jedes jeweils um eine eigene Drehachse 7b' drehbar. Die Drehachsen 7b' sind mit radialem Abstand und parallel zu der Rotationsachse 2a angeordnet. Die ersten Planetenräder 7b stehen im Zahneingriff mit einem ersten Sonnenrad 7c und mit einer ersten Verzahnung eines ersten Hohlrades 7d. Das erste Hohlrad 7d ist an einem Gehäuseabschnitt 8 des Elektromotors 2 festgelegt, so dass der Stator 2b und das erste Hohlrad 7d ortsfest miteinander gekoppelt sind. Die Rotorwelle 2a des Elektromotors 2 ist mit dem Rotor 2c verbunden und ist mit dem ersten Sonnenrad 7c rotationsfest gekoppelt. Das erste Sonnenrad 7c sitzt fest an der Ausgangswelle 5.

Ein Kupplungsglied 3a der Schaltkupplung 3 ist in Form einer konischen Reibfläche 3a', die auch an einem konischen Ring aus Blech ausgebildet sein kann, an dem ersten Planetenträger 7a fest. Ein Kupplungsglied 3b der Schaltkupplung 3 ist mit einer Getriebewelle 9 rotationsfest verbunden.

Der Schaltkupplung 3 ist das Aktuatorglied 10a der Aktuatoranordnung 10 zugeordnet, mit dem die Schaltkupplung 3 aus- und einrückbar ist. Das Aktuatorglied 10a ist eine Schiebemuffe, welche aus der in Figur 1 gezeigten Neutralstellung N in die Stellungen I und II axial verschoben werden kann.

Das Kupplungsglied 3b ist über das Aktuatorglied 10a rotationsfest mit dem Abtriebselement 6 über die Getriebewelle 9 gekoppelt und in diesem Fall eine konische Reibfläche 3b' welche an dem Aktuatorglied 10a entweder direkt ausgebildet ist oder an einem konischen Reibring aus Blech. Im zuletzt genannten Fall ist der Reibring am Aktuatorglied fest. Die Reibflächen 3a' und 3b' sind zwecks reibschlüssiger Verbindung bei eingerückter Schaltkupplung 3 hinsichtlich ihrer Abmessungen und Oberflächen aneinander angepasst. Das Kupplungsglied 3a und das Kupplungsglied 3b sind mittels des Aktuatorglieds 10a wiederholt miteinander kraft-reibschlüssig in Wirkverbindung bringbar und trennbar.

Die Rotorwelle 5' ist mit wenigstens einem Kupplungsglied 4a der Schaltkupplung 4 rotationsfest gekoppelt. Die Schaltkupplung 4 ist ein- und ausrückbar und aus dem wenigsten Kupplungsglied 4a in Form von Innenlamellen 4a' und einem wenigstens Kupplungsglied 4b gebildet. Das Kupplungsglied 4b sind rotationsfest mit dem Abtriebselement 6 gekoppelte Außenlamellen 4b'. Der Schaltkupplung 4 ist das gleiche Aktuatorglied 10a zugeordnet, mit dem auch die Schaltkupplung 3 betätigt wird. Das Aktuatorglied 10a ist demnach auch zum Ein- und Ausrücken der Schaltkupplung 3 und der Schaltkupplung 4 vorgesehen.

Die Freilaufkupplung 11 sitzt außen an einem Rotationsabschnitt 7e des Planetenträgers 7 und ist innen in der Getriebewelle 9 drehmomentfest angeordnet. Die Rotorwelle 5' ist über das Getriebe des ersten Planetentriebs 7 mit der Freilaufkupplung 11 getrieblich wirkverbunden.

Da die Rotorwelle 5' über das erste Sonnenrad 7c und die ersten Planetenräder 7b mit dem ersten Planetenträger 7a wirkverbunden ist, wobei sich die ersten Planetenräder 7b an dem ersten Hohlrad 7d abstützen, ist mittels der Freilaufkupplung 1 1 eine selbsttätig schaltende dritte Wirkverbindung zwischen der Rotorwelle 5' und dem Abtriebselement 6 herstellbar.

Figur 2: Figur 2 zeigt stark vereinfacht eine Prinzipdarstellung einer Freilaufkupplung 1 1 in der Antriebseinheit 1. Die Freilaufkupplung 11 weist ein Antriebskupplungsteil 1 a und ein Abtriebskupplungsteil 11b auf. Zwischen den Kupplungsteilen a und 1 b sind mit Federn 11 c vorgespannte Klemmrollen 1d angeordnet.

Figur 1 : Die Aktuatoranordnung 10 weist das Aktuatorglied 10a, eine Führung 10b, ein zur Rotationsachse 2a konzentrisches Führungslager 10c, ein Übertragungsglied 10d, eine Antriebswelle 10e mit Gewindetrieb 10f und einen Stellmotor 10g auf. Antriebswelle 10e kann mittels des Stellmotors 10g parallel zur Rotationsachse 2a rotierend oder schwenkbar angetrieben werden. Der Gewindetrieb ist zur Wandlung der Rotationen der Antriebswelle 10e in translatorische Bewegungen am Übertragungsglied 0d vorgesehen. Das Übertragungsglied 10d ist mittels des Gewindetriebs 10f axial verschiebbar, kann aber nicht rotieren. Die Führung 10b ist zusammen mit der Getriebewelle 9 um die Rotationsachse 2a rotierbar und gegenüber der Getriebewelle 9 axial verschiebbar an der Getriebewelle 9 bzw. an dem Abtriebselement 6 fest. An der Schnittstelle zwischen dem lediglich axial verschiebbaren Übertragungsglied 0d und der rotationsfähigen Führung 10b ist deshalb das Führungslager 10c angeordnet, über dass sich die rotierende Führung 10b an dem stehenden oder axial bewegten Übertragungsglied 10d abstützen kann. Das Übertragungsglied 10d kann beispielsweise eine Schaltgabel aufweisen. Mit der Führung 10b ist das Aktuatorglied 10a drehfest und mit dieser axial verschiebbar verbunden.

Das Abtriebselement 6 ist ein zweites Sonnenrad 12a eines zweiten Planetentriebs 12 oder ist mit diesem verbunden. Der zweite Planetentrieb 12 ist weiterhin aus einem zweiten Planetenträger 12b, zweiten Planetenrädem 12c und einem zweiten Hohlrad 12d gebildet ist. Die zweiten Planetenräder 12c sind mit radialem Abstand zur Rotationsachse 2a um eigene Drehachsen 12c' drehbar an dem zweiten Planetenträger 12b aufgenommen und stehen im Zahneingriff mit dem zweiten Sonnenrad 12a und dem zweiten Hohlrad 12d. Das zweite Hohlrad 12d ist an einem Gehäuseabschnitt 8 festgelegt. Der zweite Planetenträger 12b ist um die Rotationsachse 2a rotierbar und ist mit einem Gehäuse 13a, das der Differenzialkorb des Differenzials 13 ist, verbunden.

Elektromotor 2, erster Planetentrieb 7, die Kupplungen 3 und 4, sowie der zweite Planetentrieb 12 koaxial zueinander angeordnet.

Das Differenzial 3 ist ein Planetendifferenzial, dessen Differenzialkorb 13a ein dritter Planetenträger 3a ist. An dem Planetenträger 13a sind als Ausgleichsräder zwei Sätze dritte Planetenräder 13b und vierte Planetenräder 13c drehbar gelagert, welche im Zahneingriff miteinander stehen. Außerdem stehen die dritten Planetenräder 13b im Zahneingriff mit dem Abtriebsrad 13d und die vierten Planetenräder 13c im Zahneingriff mit dem Abtriebsrad 13e. Die Abtriebsräder 13d oder 13e sind Sonnenräder 13d oder 3e. Jedes Abtriebsrad 13d oder 13e ist mit einer Achswelle 14 bzw. 15 verbunden. Die jeweilige Achswelle 14 bzw. 15 führt zu einem nicht dargestellten Fahrzeugrad. Die Achswelle 14 ist durch den Elektromotor 2 und dabei durch die hohle Rotorwelle 5' hindurch geführt.

Im Folgenden werden fünf Betriebszustände der Antriebseinheit 1 beschrieben:

Betriebszustand 1 - Antrieb des Fahrzeugs durch eine andere Antriebsquelle oder Stillstand: Die Schaltkupplungen 4 und 5 sind geöffnet. Das Aktuatorglied 10a steht in der Stellung N. Die Freilaufkupplung 1 sperrt nicht. Der Elektromotor 2 ist abgestellt.

Betriebszustand 2 - 1. Gang: Die Freilaufkupplung 11 ist geschlossen. Das Aktuatorglied steht in der Stellung N. Die Schaltkupplungen 3 und 4 sind geöffnet. Eine Drehmomente übertragende Wirkverbindung zwischen der Rotorwelle 5' und dem Abtriebselement 6 ist dadurch hergestellt, dass die Freilaufkupplung 11 selbsttätig eingerückt ist, d.h. sperrt. Die Leistung des Elektromotors im Zugbetrieb von der Rotorwelle 5' über das erste Sonnenrad 7c auf die ersten Pianetenräder 7b übertragen, welche sich dabei am ersten Hohlrad 7d abstützen, und der erste Planetenträger 7a mitgenommen. Die Getriebewelle 9 und damit das Abtriebselement 6 werden durch die Rotorwelle über das zweite Planetengetriebe und über die Freilaufkupplung rotierend angetrieben. Die Leistung fließt über das zweite Sonnenrad 12a in den zweiten Planetentrieb 12 von dort in das Differenzial 3, wo die Drehmomente auf die Achswellen 14 und 15 verteilt werden.

Betriebszustand 3 - 2. Gang: Das Aktuatorglied steht in der Stellung II. Die Freilaufkupplung 11 und die Schaltkupplung 3 sind ausgerückt. Die Schaltkupplung 4 ist eingerückt. Eine Drehmomente übertragende Wirkverbindung zwischen der Rotorwelle 5' und dem Abtriebselement ist durch die eingerückte Schaltkupplung 4 hergestellt. Die Leistung des Elektromotors 2 fließt im Zugbetrieb von der Rotorwelle 5' über die geschlossene Schaltkupplung 4 auf das Abtriebselement und somit zum zweiten Sonnenrad 12a. Die Leistung fließt über das zweite Sonnenrad 12a in den zweiten Planetentrieb 12 und von dort in das Differenzial 13, wo die Drehmomente auf die Achswellen 14 und 15 verteilt werden.

Betriebszustand 4 - Schubbetrieb im 1. Gang: Das Aktuatorglied 10a steht in der Stellung I. Die Freilaufkupplung 1 1 steht frei und die Schaltkupplung 4 ist ausgerückt. Die Schaltkupplung 3 ist eingerückt. Drehmomente der Achswellen 14 und 15 werden mit dem Differenzial 3 zusammengeführt. Die Leistung fließt vom Differenzialkorb 13a rückwärts über den zweiten Planetentrieb 12 auf das Abtriebselement 6 und über die eingerückte Schaltkupplung 3 und über den ersten Planetentrieb 7 zur Rotorwelle 5', die somit zwecks Rekuperation angetrieben wird.

Betriebszustand 5 - Schubbetrieb im 2. Gang: Das Aktuatorglied 10a steht in der Stellung II. Drehmomente der Achswellen 14 und 15 werden mit dem Differenzial 13 zusammengeführt. Die Leistung fließt vom Differenzialkorb 13a rückwärts über den zweiten Planetentrieb 12 auf das Abtriebselement 6 und über die eingerückte Schaltkupplung 4 zur Rotorwelle 5', die somit zwecks Rekuperation angetrieben wird.

Beim Einrücken der Schaltkupplung 3 wird das Aktuatorglied 10a axial in die Stellung I verschoben. Zum Einrücken der Schaltkupplung 4 wird das Aktuatorglied 10a axial in die Stellung II bewegt. Zum Ausrücken wird in beiden Fällen das Aktuatorglied 10a wieder in die Stellung N zurück bewegt.

Das Aktuatorglied 10a wird mittels des Stellmotors 10g angetrieben. Dazu wird die Antriebswelle 10e des Stellmotors 10g rotierend angetrieben oder geschwenkt. Die Rotationen werden an dem Gewindetrieb 10f in Translationen gewandelt und über das Übertragungsglied 10d an die Führung 10b weitergegeben. Dadurch wird das Aktuatorglied 10a axial bewegt. In der Stellung I wird das Aktuatorglied 10a mittels der konischen Reibfläche 3b' auf die konische Reibfläche 3a' gepresst. In der Stellung II werden die Lamellen über Hebelmechanismen oder geradlinig unter Wirkung von Axialkräften des Aktuatorglieds 10a oder durch mittels des Aktuatorglieds 10a freigemachte Federkräfte aufeinander gepresst. Bezugszeichen

Antriebseinheit 10 Aktuatoranordnung

Elektromotor 10a Aktuatorglied

a Rotationsachse 10b Führung

b Stator 10c Führungslager

c Rotor 0d Übertragungsglied

zweite Kupplung/Schaltkupplung 10e Antriebswelle

a Kupplungsglied 10f Gewindetrieb

a' konische Reibfläche 10g Stellmotor

b Kupplungsglied 11 erste Kupplung/Freilaufkupplungb' konische Reibfläche 11a Antriebskupplungsteil

dritte Kupplung/Schaltkupplung 11b Abtriebskupplungsteila Kupplungsglied 11c Feder

a' Innenlamellen 1 1d Klemmrollen

b Kupplungsglied 12 zweiter Planetentrieb

b' Außenlamellen 12a zweites Sonnenrad

Ausgangswelle 12b zweiter Planetenträger

' Rotorwelle 12c zweites Planeten rad

Abtriebselement 12c' Drehachse

erster Planetentrieb 12d zweites Hohlrad

a erster Planetenträger 13 Differenzial

b erste Planetenräder 13a Gehäuse/Differenzialkorb/dritter

Planetenträger

b' Drehachse 13b Ausgleichsrad/drittes

Planetenrad

c erstes Sonnenrad 13c Ausgleichsrad/viertes

Planetenrad

d Hohlrad 13d Abtriebsrad/Sonnenrade Rotationsabschnitt 13e Abtriebsrad/Son nen rad

Gehäuseabschnitt 14 Achswelle

Getriebewelle 15 Achswelle

Claims

Patentansprüche

Antriebseinheit (1) mit einem Elektromotor (2), einem ersten Planetentrieb (7), mit einer ersten Kupplung (11) zum Schalten einer ersten Verbindung zwischen dem Elektromotor (2) und einem mit dem um die Rotationsachse einer Rotorwelle des Elektromotors rotierbaren Abtriebselement (6) der Antriebseinheit (1), mit einer zweiten Kupplung (3) zum Schalten einer zweiten Verbindung zwischen dem Elektromotor (2) und dem Abtriebselement (6), wobei mittels des ersten Planetentriebs (7) eine getriebliche Verbindung zwischen dem Elektromotor (2) und der ersten Kupplung (3) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung ( 1) eine selbsttätig wirkende Freilaufkupplung (1 1) ist.

Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufkupplung (11) wenigstens ein Antriebskupplungsteil (11a) und ein Abtriebskupplungsteil (11b) aufweist, wobei das Antriebskupplungsteil (1 1a) rotationsfest mit einem um die Rotationsachse (2a) rotierbaren und mittels der Rotorwelle (5') über den ersten Planetentrieb (7) antreibbaren Glied des ersten Planetentriebs (7) gekoppelt und das Abtriebkupplungsteil (1 1a) dem Abtriebselement (6) rotationsfest zugeordnet ist, wobei die Freilaufkupplung (1 1) in wenigstens einer durch gleichen Drehsinn und Drehzahlen des Gliedes, des Antriebskupplungsteils (1 1a) und des Abtriebskupplungsteiles (1 1 b) charakterisierten Betriebsart selbsttätig sperrend ausgeführt ist, wobei in der Betriebsart das Glied mittels des Elektromotors (2) über die Rotorwelle 85') und über den ersten Planetentrieb (7) um die Rotationsachse (2a) drehend angetrieben ist.

Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Antriebseinheit (1) eine dritte Kupplung (4) zum Einrichten einer dritten Verbindung zwischen dem Elektromotor (2) und dem Abtriebselement (6) vorgesehen ist.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des ersten Planetentriebs (7) eine getriebliche Verbindung zwischen dem Elektromotor (2) und der dritten Kupplung (4) gebildet ist

Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (3, 4) mittels eines gemeinsamen und wechselseitig auf beide Kupplungen (3, 4) wirkenden Aktuatorglieds (10a) einer Aktuato- ranordnung (10) ein- und ausrückbar sind.

Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetentrieb (7) einen ersten Planetenträger (7a) aufweist, wobei der erste Planetenträger (7a) erste Planetenräder (7b) trägt, welche im Zahneingriff mit einem ersten Sonnenrad (7c) stehen, welches drehfest auf einer Ausgangswelle (5) des Elektromotors (2) sitzt, und welche im Zahneingriff mit einem an einem Gehäuse (8) der Antriebseinheit (1 ) festgelegten ersten Hohlrad (7d) stehen, wobei der erste Planetenträger (7a) und das Abtriebselement (6) der dritten Kupplung (4) wirkver- bindbar und wieder trennbar sind.

7. Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (6) mit einem Zahnrad drehmomentfest verbunden ist, wobei über das Zahnrad eine getriebliche Verbindung zwischen den Kupplungen (3, 4, 1) und einem Differenzial (13) gebildet ist.

Antriebseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die getriebliche Verbindung durch einen zweiten Planetentrieb (12) gebildet ist, wobei das Zahnrad ein zweites Sonnenrad (12a) des zweiten Planetentriebs (12) ist, welches im Zahneingriff mit zweiten Planetenrädern (12c) steht, welche drehbar gelagert und an einem zweiten Planetenträger (12b) aufgenommen sind und welche im Zahneingriff mit einem an einem Gehäuse (8) der Antriebseinheit (8) festgelegten zweiten Hohlrad (12d) im Zahneingriff stehen.