WO2016004937A1 - Antriebsanordnung mit einem wälzenden differential - Google Patents

Antriebsanordnung mit einem wälzenden differential Download PDF

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Franz Kurth
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • B60K2001/001—Arrangement or mounting of electrical propulsion units one motor mounted on a propulsion axle for rotating right and left wheels of this axle

Definitions

  • the invention relates to a drive arrangement for a vehicle with an electric machine and a transmission device connected therewith, comprising a differential and a spur gear, which couple a first and a second output shaft getriebiich with the electric machine.
  • DE 102007055767 A1 discloses an electric drive for a vehicle with an electric motor which drives two outputs via a spur gear and a gearing.
  • the electric motor drives with its motor shaft to a first spur gear, which is in operative connection with a zwert spur gear, which is rotatably connected via an intermediate shaft with a third spur gear.
  • the third spur gear is in operative connection with a fourth spur gear, which is rotatably connected to a differential carrier of the differential gear.
  • the spur gear has a total of four spur gears.
  • the disadvantage of the aforementioned prior art is that the gear arrangement, in particular the spur gear, has many gear parts, in particular spur gears. As a result, the entire transmission assembly requires a relatively large amount of space. Furthermore, the efficiency of the transmission is lowered and the weight is increased due to the four spur gears.
  • the differential is designed as a rolling differential, wherein the first output shaft is connected in gear with the rolling differential and the second output shaft is connected in a gear with the spur gear. At least indirectly, a wheel for driving the vehicle is arranged at each of the two output shafts.
  • the first output shaft is a first power output and the second output shaft is a second power output of the drive assembly.
  • the electric machine is connected via a sun shaft with the rolling differential geared.
  • the sun shaft is advantageously connected directly to the electric machine.
  • the sun shaft can also be formed in two parts.
  • an electrical machine is used in particular an electric motor, comprising a rotor and a stator.
  • the sun shaft meshes with a rotatably mounted on a Pianetenough planetary gear set.
  • the planetary gear meshes radially between the sunfish and a Hohirad.
  • the rolling differential comprises the sun shaft serving as a power input and the planetary gearset rotatably mounted on the planet carrier, which is arranged radially between the sun shaft and the ring gear.
  • the rolling differential is made particularly compact.
  • the planet carrier is preferably coupled to the first output shaft.
  • the pianist carrier serves as a first power output of the rolling drift potential.
  • the invention includes the technical teaching that the ring gear has an external toothing and meshes with the spur gear
  • the ring gear meshes with both the planetary gear set of the rolling differential and with the spur gear.
  • the ring gear represents a second power output of the rolling differential.
  • the first and the second are
  • the two output shafts are not on a common axis, but are radially spaced from each other. This results, in particular a space savings in the axial direction of the output shafts.
  • the axial offset of the two output shafts can be compensated for by a respective drive shaft connected to the first and the second output shaft.
  • the two propeller shafts allow using simple and compact components compensation of the axial offset. Also conceivable, for example, the use of constant velocity joints or the like to compensate for the axial offset.
  • the first and the second output shaft are arranged on a common axis, wherein at least the transmission device has a rotation angle, which is based on the common axis of the two output shafts between 10 ° and 80 °. In other words, at least the transmission device is rotated by the angle of rotation, so that the two
  • Output shafts are arranged due to this rotation on a common axis. This eliminates the above-mentioned propeller shafts for compensating the axial offset.
  • a turning angle of 0 ° represents the transverse installation of the drive arrangement in the vehicle, wherein a rotation angle of 90 ° represents a longitudinal installation of the drive arrangement in the vehicle.
  • the Drehwinkei is based on the common axis of the two output shafts between 30 ° and 60 °. In particular, the Drehwinkei is based on the common axis of the two output shafts between 40 ° and 50 °.
  • Figure 1 is a schematic representation for illustrating the structure of a drive arrangement according to the invention according to a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation for illustrating the structure of a drive arrangement according to the invention according to a second embodiment.
  • a drive arrangement according to the invention for a vehicle has an electric machine 1 and a transmission device 2 connected thereto.
  • the transmission device 2 includes a rolling differential 3 and a spur gear 4, wherein the rolling differential 3 via a planet carrier 7 with a first output shaft 5 a drivingly cooperates and the spur gear 4 with a second
  • a sun shaft 6 connects the electric machine 1 with the rolling differential 3 and thus represents a power input of the rolling differential 3.
  • the sun shaft 6 meshes with a planetary gear set 8 which is rotatably mounted on the planet carrier 7 and in turn meshes with a ring gear 9.
  • the ring gear 9 also has an outer toothing 10 and meshes therewith with the spur gear 4.
  • the drive arrangement thus permits a power output in the rolling differential 3, which is designed as a planetary gear. as well as a high gear ratio with a high efficiency.
  • the first and the second output shaft 5a. 5b arranged in parallel and have an axial offset. The axial offset of the two output shafts 5a.
  • 5b is compensated for by a respective drive shaft 11a, 11b connected to the first and the second output modes 5a, 5b.
  • the two propeller shafts 11a. 11b connect the two output shafts 5a, 5b, each with a - not shown here - arranged on a common axis 12 wheel of the vehicle.
  • the first and the second output shafts 5a, 5b are arranged on a common axis 12, wherein the gear device 2 and the electric machine 1 have a rotation angle 13, which relative to the common axis 12 of the two output shafts 5a.
  • 5b is 50 s .
  • the two output shafts 5a, 5b are each connected to a - not shown - wheel of the vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine (1) und eine damit verbundene Getriebevorrichtung (2), umfassend ein Differential (3) und ein Stirnrad (4), die eine erste und eine zweite Abtriebswelle (5a, 5b) getrieblich mit der elektrischen Maschine (1) koppeln. Erfindungsgemäss ist das Differential (3) als wälzendes Differential (3) ausgebildet, wobei die erste Abtriebswelle (5a) getrieblich mit dem wälzenden Differential (3) verbunden ist und die zweite Abtriebswelle (5b) getrieblich mit dem Stirnrad (4) verbunden ist.

Description

Titel
ANTRIEBSANORDNUNG MIT EINEM WÄLZENDEN DIFFERENTIAL
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine und eine damit verbundene Getriebevorrichtung, umfassend ein Differential und ein Stirnrad, die eine erste und eine zweite Abtriebswelle getriebiich mit der elektrischen Maschine koppeln.
Gebiet der Erfindung Aus der DE 102007055767 A1 geht ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Motor, welcher über e»n Stirnradgetriebe und ein Ausglelchsgetriebe zwei Abtriebe antreibt, hervor. Insbesondere treibt der elektrische Motor mit seiner Motorwelle ein erstes Stirnrad an, das in Wirkverbindung mit einem zwerten Stirnrad steht, welches über eine Zwischenwelle drehfest mit einem dritten Stirnrad verbunden ist. Das dritte Stirnrad ist in Wirkverbindung mit einem vierten Stirnrad, welches drehfest mit einem Differentialkorb des Ausgleichsgetriebes verbunden ist. Somit weist das Stirnradgetriebe insgesamt vier Stirnräder auf.
Der Nachteil des zuvor genannten Standes der Technik besteht darin, dass die Ge- triebeanordnung, insbesondere das Stirnradgetriebe viele Getriebeteile, insbesondere Stirnräder aufweist. Dadurch benötigt die gesamte Getriebeanordnung relativ viel Bauraum. Ferner wird aufgrund der vier Stirnräder der Wirkungsgrad des Getriebes gesenkt und das Gewicht erhöht.
Aufgabenstellung Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsanordnung mit einem Differential und einem Stirnrad zu schaffen, die kompaktbauend und gewichtsoptimiert ist sowie einen hohen Wirkungsgrad aufweist Erfindungsgemäße Lösung
Erfindungsgemäß ist das Differential ais wälzendes Differential ausgebildet, wobei die erste Abtriebswelle getrieblich mit dem wälzenden Differential verbunden ist und die zweite Abtriebswelle getrieblich mit dem Stirnrad verbunden ist. An den beiden Abtriebswellen ist zumindest mittelbar jeweils ein Rad zum Antrieb des Fahrzeugs angeordnet. Somit stellt die erste Abtriebswelle einen ersten Leistungsausgang und die zweite Abtriebswelle einen zweiten Leistungsausgang der Antriebsanordnung dar.
Vorzugsweise ist die elektrische Maschine über eine Sonnenwelle mit dem wälzenden Differential getrieblich verbunden. Die Sonnenwelle ist vorteilhafterweise unmittelbar mit der elektrischen Maschine verbunden. Ferner kann die Sonnenwelle aber auch zweiteilig ausgebildet sein. Als elektrische Maschine dient insbesondere ein Elektromotor, umfassend einen Rotor und einen Stator. Besonders bevorzugt kämmt die Sonnenwelle mit einem auf einem Pianetenträger drehbar gelagerten Planetensatz. Insbesondere kämmt der Planetensatz radial zwischen der Sonnenwelie und einem Hohirad. Mit anderen Worten umfasst das wälzende Differential die als Leistungseingang dienende Sonnenwelle sowie den auf den Planetenträger drehbar gelagerten Planetensatz, der radial zwischen der Sonnenwelie und dem Hohlrad angeordnet ist. Dadurch ist das walzende Differential besonders kompakt ausgebildet.
Des Weiteren bevorzugt ist der Planetenträger mit der ersten Abtriebswelle gekoppelt. Mithin dient der Pianetenträger ais ein erster Leistungsausgang des wälzenden Drffe- rentials.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Hohlrad eine Außenverzah- nung aufweist und mit dem Stirnrad kämmt Somit kämmt das Hohlrad sowohl mit dem Planetensatz des wälzenden Differentials als auch mit dem Stirnrad. Dabei stellt das Hohlrad einen zweiten Leistungsausgang des wälzenden Differentials dar.
Gemäß, einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite
Abtriebswelle parallel angeordnet und weisen einen Achsversatz auf. Mit anderen Worten befinden sich die beiden Abtriebswellen nicht auf einer gemeinsamen Achse, sondern sind radial voneinander beabstandet. Daraus resultiert, insbesondere eine Bauraumeinsparung in axialer Richtung der Abtriebswellen. Vorzugsweise ist der Achsversatz der beiden Abtriebswellen durch jeweils eine mit der ersten und mit der zweiten Abtriebswelle verbundene Gelenkwelle kompensierbar. Somit erlauben die beiden Gelenkwellen unter Verwendung einfacher und kompakter Bauteile die Kompensation des Achsversatzes. Ebenfalls denkbar ist beispielsweise die Verwendung von Gleichlaufgelenken oder dergleichen zur Kompensation des Achsversatzes.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite Abtriebswelle auf einer gemeinsamen Achse angeordnet, wobei zumindest die Getriebevorrichtung einen Drehwinkel aufweist, der bezogen auf die gemeinsame Achse der beiden Abtriebswellen zwischen 10° und 80° beträgt. Mit anderen Worten ist zumindest die Getriebevorrichtung um den Drehwinkel gedreht, so dass die beiden
Abtriebswellen aufgrund dieser Drehung auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Dadurch entfallen die zuvor genannten Gelenkwellen zur Kompensation des Achsversatzes Ferner ist es denkbar neben der Getriebevorrichtung auch die elektri- sche Maschine um den Drehwinkei zu drehen, so dass bis auf die beiden
Abtriebswellen die gesamte Antriebsanordnung gedreht wird. Ein Drehwinkei von 0° stellt dabei den Quereinbau der Antriebsanordnung im Fahrzeug dar, wobei ein Dreh« winkel von 90° einen Längseinbau der Antriebsanordnung im Fahrzeug darstellt. Besonders bevorzugt beträgt der Drehwinkei bezogen auf die gemeinsame Achse der beiden Abtriebswellen zwischen 30° und 60°. Insbesondere beträgt der Drehwinkei bezogen auf die gemeinsame Achse der beiden Abtriebswellen zwischen 40° und 50°.
Kurzbeschreibung der Zeichnung Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren naher dargestellt. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung zur Veranschauiichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und Figur 2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung gemäß einem zweiten Aus- führungsbeispiel.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Gemäß Figur 1 und 2 weist eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung für ein Fahrzeug eine elektrischen Maschine 1 und eine damit verbundene Getriebevorrichtung 2 auf. Die Getriebevorrichtung 2 beinhaltet ein wälzendes Differential 3 und ein Stirnrad 4, wobei das wälzende Differential 3 über einen Planetenträger 7 mit einer ersten Abtriebswelle 5a trieblich zusammenwirkt und das Stirnrad 4 mit einer zweiten
Antriebswelle 5b trieblich zusammenwirkt. Eine Sonnenwelle 6 verbindet die elektrische Maschine 1 mit dem wälzenden Differential 3 und stellt somit einen Leistungseingang des wälzenden Differentials 3 dar. Die Sonnenwelie 6 kämmt dabei mit einem auf dem Planetenträger 7 drehbar gelagerten Planetensatz 8, der seinerseits mit ei- nem Hohlrad 9 kämmt. Das Hohlrad 9 weist ferner eine Außenverzahnung 10 auf und kämmt darüber mit dem Stirnrad 4 Die Antriebsanordnung erlaubt somit eine Leis- tungsteiiung im wälzenden Differential 3, das als Pianetengetriebe ausgebildet ist. sowie eine hohe Übersetzung bei einem hohen Wirkungsgrad. Nach Figur 1 sind die erste und die zweite Abtriebswelle 5a. 5b parallel angeordnet und weisen einen Achsversatz auf. Der Achsversatz der beiden Abtriebswellen 5a. 5b wird jedoch durch jeweils eine mit der ersten und mit der zweiten Abtriebswelte 5a, 5b verbundene Gelenkwelle 11a, 11b kompensiert. Die beiden Gelenkwellen 11a. 11b verbinden die beiden Abtriebswellen 5a, 5b mit jeweils einem - hier nicht dargestellten - auf einer gemeinsamen Achse 12 angeordnetem Rad des Fahrzeugs.
Gemäß Figur 2 sind die erste und die zweite Abtriebswelle 5a, 5b auf einer gemeinsamen Achse 12 angeordnet, wobei die Getriebevorrichtung 2 und die elektrische Maschine 1 einen Drehwinkel 13 aufweisen, der bezogen auf die gemeinsame Achse 12 der beiden Abtriebswellen 5a. 5b 50s betragt. Die beiden Abtriebswellen 5a, 5b sind jeweils mit einem - hier nicht dargestellten - Rad des Fahrzeugs verbunden.
Bezugszeichenliste
1 elektrische Maschine
2 Getriebevorrichtung
3 Differential
4 Stirnrad
5a, 5b Abtriebswelle
6 Sonnenwelle
7 Planetenträger
8 Planetensatz
9 Hohlrad
10 Außenverzahnung
11a, 11b Gelenkwelle
12 Achse
Figure imgf000008_0001
13 Drehwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine (1 ) und eine damit verbundene Getriebevorrichtung (2), umfassend ein Differential (3) und ein Stirnrad (4), die eine erste und eine zweite Abtriebswelle (5a: 5b) getrieblich mit der elektrischen Maschine (1) koppeln,
dadurch gekennzeichnet, dass das Differential (3) als wälzendes Differential (3) ausgebildet ist, wobei die erste Abtriebswelle (5a) getrieblich mit dem wälzenden Dif~ ferentiaf (3) verbunden ist und die zweite Abtriebswelle (5b) getrieblich mit dem Stirnrad (4) verbunden ist,
2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) Uber eine Sonnenwelle (6) mit dem wälzenden Differential (3) getrieblich verbunden ist.
3 Antriebsanordnung nach Anspruch 2.
dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenwelle (6) mit einem auf einem Planetenträger (7) drehbar gelagerten Planetensatz (8) kämmt.
4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (7) mit der ersten Abtriebswefle (5a) gekoppelt ist.
5. Antriebsanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Planetensatz (8) radial zwischen der Sonnenweile (6) und einem Hohlrad (9) kämmt.
6. Antriebsanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Hohirad (9) eine Außenverzahnung (10) aufweist und mit dem Stirnrad (4) kömmt.
7. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Abtriebsweüe (5a, 5b) parallel angeordnet sind und einen Achsversatz aufweisen.
8. Antriebsanordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Achsversatz der beiden Abtriebswellen (5a, 5b) durch jeweils eine mit der ersten und mit der zweiten Abtriebsweüe (5a, 5b) verbundene Gelenkwelle (11a. 11b) kompensierbar ist.
9. Antriebsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Abtriebswelle (5a, 5b) auf einer gemeinsamen Achse (12) angeordnet sind, wobei zumindest die Getriebevorrichtung (2) einen Drehwinkel (13) aufweist, der bezogen auf die gemeinsame Achse (12) der beiden Abtriebswellen (5a, 5b) zwischen 10° und 80° betragt.
10. Antriebsanordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet dass der Drehwinkel (13) bezogen auf die gemeinsame Achse (12) der beiden Abtriebswellen (Sa, 5b) zwischen 30° und 60° beträgt.
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