WO2016150411A1 - Elektrischer achsantrieb für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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Dr Ing HCF Porsche AG
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    • F16H2200/2082—Transmissions using gears with orbital motion using freewheel type mechanisms, e.g. freewheel clutches one freewheel mechanisms

Definitions

  • the invention relates to an electric axle drive for a motor vehicle, comprising an electric machine for driving two output shafts of the axle of the motor vehicle, as well as two spur gears and a planetary gear, wherein the electric axle drive has two gears and in one of the gears, the planetary gear is connected as a block and in the other of the gears the ratio is switched in the planetary gear.
  • Such an electric final drive for a motor vehicle is known from DE 10 2013 102 161 AI.
  • a first spur gear stage is provided on the electrical machine side, wherein an intermediate shaft is connected as the output of this spur gear with a planet carrier of the planetary gear.
  • a ring gear of the planetary gear is connected to a spur gear of the second spur gear, the other spur gear via a differential gear driving two output shafts of the axis of the
  • Each output shaft is a wheel, thus impeller, associated with this axis.
  • the planetary gear shift means are assigned, which allow switching under load and condition that, in particular in a first course of the
  • the planetary gear is connected as a block, thus circulating in the block and is not in the power flow.
  • the second gear which is consequently the secondary gear, the transmission in the planetary gear is switched.
  • Object of the present invention is an alternative arrangement of two
  • an electric axle drive having the features of claim 1.
  • the transmission arrangement thus has two gears.
  • the final drive comprises an electric machine for driving two output shafts of the axle of the motor vehicle, further receiving a drivable by means of the electric machine first spur gear for driving an intermediate shaft and a fixedly connected to the intermediate shaft, planetary gears receiving
  • the planet carrier of a planetary gear further includes a ring gear and a sun gear.
  • the ring gear is used to drive a second spur gear.
  • the electric axle drive according to the invention also has switching elements for switching the two gears.
  • a first switching element is designed as a coupling with which the ring gear and the sun gear or the ring gear and the planet carrier or the sun gear and the planet carrier are connectable torque transfer.
  • a second switching element By means of a second switching element, the sun gear and a transmission housing of
  • Transmission arrangement rotatably connected to each other.
  • an output of the second spur gear is further connected to transmit torque transmitting a differential gear.
  • the two output shafts are assigned to the axis of the motor vehicle in the output of the differential gear.
  • the differential gear is connected to a torque vectoring unit and / or a transverse lock. By means of the torque vectoring unit, a differential torque between the two drive shafts can be generated.
  • Transverse lock which is particularly electronically controllable, can prevent a wheel with poorer grip of the axle of the motor vehicle rotates and the other wheel - and thus the vehicle as a whole - receives no more drive torque.
  • the clutch is opened in a first shift stage and closed in a second shift stage, and the second shift element in the first shift stage causes the attachment to a transmission housing and in the second shift stage the determination is canceled.
  • the second switching element may be designed in different ways to achieve the purpose of the invention.
  • the second switching element is designed as a freewheel and / or as a clutch, in particular a dog clutch, and / or as a brake.
  • the sun gear is stationary, so that the torque flow from the first spur gear via the planet carrier and the ring gear to the second spur gear is done.
  • the sun gear rotates and in this gear, the shiftable planetary gear unit rotates as a block.
  • the two spur gear stages are thus in the power flow and in motion. Since the electric axle drive can be operated in two gears, it is possible to drive the vehicle purely electrically over a wide speed range.
  • the clutch in the closed position connects the planet carrier and the ring gear rotatably with each other.
  • the coupling is frictionally engaged.
  • the planetary gearset of this planetary gear can be designed differently.
  • the planetary gear set has double planets.
  • first and second planetary gears are mounted in the planet carrier, wherein the first planetary gears mesh only with the ring gear and the second planetary gears and the second planetary gears with only the sun gear and the first planetary gears.
  • the respective planetary gear of the planetary gear meshes with both the ring gear and the sun gear.
  • a further clutch is preferably provided in the electric axle drive of the freewheel for train operation of the motor vehicle.
  • This clutch can basically replace the freewheel, thus according to the circuit of
  • Coupling be provided for train operation and overrun operation. It is preferably provided that in the first switching stage than the clutch
  • trained second switching element for fixing the sun gear to a housing of the planetary gear is closed and / or designed as a freewheel second switching element determines the sun gear to the housing of the planetary gear. Furthermore, it is preferably provided that in the second switching stage designed as a second clutch switching element for fixing the sun gear to the housing of the
  • Planetary gear is open and / or designed as a freewheel second
  • Switching element releases the sun gear to the housing.
  • the term of the further coupling is to be understood here comprehensively. It is in the broadest sense also a brake, which makes it possible to brake the rotating part relative to the housing or set in so far.
  • the planetary gear is arranged coaxially to the intermediate shaft is particularly advantageous. Furthermore, it is considered advantageous if the axes of the two spur gear and a center axis of the at least one output shaft are arranged axially parallel to each other.
  • the circuit of the planetary gear by means of a single actuator.
  • the differential gear is designed as a bevel gear differential or as a planetary differential.
  • this is especially designed with Ravigneaux set.
  • the training as bevel gear differential is particularly preferred in training the final drive with a transverse lock.
  • the torque vectoring unit provided in the electric axle drive has at least one further electric machine and at least one
  • This torque vectoring unit preferably consists of said further electric machine, a superposition gear and a
  • the differential gear and / or the torque vectoring unit or the transverse lock respectively within or outside of the transmission housing of
  • the control of the locking differential can be done in different ways.
  • an electromotive actuation in particular in a known manner via actuator, transmission and ball ramp possible.
  • Another variant is to electrohydraulically actuate the transverse lock, in particular by means of servomotor, pump, which can be designed with or without accumulator, valves and control pistons.
  • the differential gear is preferably designed as a spur gear differential or bevel gear differential.
  • the final drive is designed in a spur gear design.
  • the switching actuator is preferably carried out with only one actuator.
  • a schematic representation of the drive components of the electric axle drive a section through a differential formed as a differential for use in the final drive.
  • the electric axle drive is used in particular in a
  • Passenger cars By means of the electric axle drive two wheels are driven wheels of an axle of the motor vehicle.
  • FIG. 1 illustrates the basic structure of the electric axle drive 1. Illustrated is an electric machine 2 - traction electric machine - with its rotor 3 and connected to this output shaft 4. With this acts a spur gear 5 together. Specifically, with the output shaft 4, a spur gear 6 of the spur gear fifth rotatably connected, said spur gear 6 has a relatively small diameter. With this spur gear 6 meshes a spur gear 7 of this spur gear 5, wherein the spur gear 7 has a relatively large diameter.
  • the spur gear 7 is rotatably connected to an intermediate shaft 8.
  • This intermediate shaft 8 is rotatably connected to a planet carrier 9 of a planetary gear 10.
  • the planet carrier 9 receives double planets. Accordingly, the first planet gears 11 and second planet gears 12 are rotatably mounted in the planet carrier 9.
  • the first planet gears 1 1 mesh exclusively with a ring gear 13 of the planetary gear 10 and the second gear 10 mesh only with a sun gear 14 of the 10
  • the ring gear 13 forms part of a bell 15 which is rotatably connected radially inwardly with a hollow shaft 16 which is arranged coaxially to the intermediate shaft 8.
  • This spur gear 17 has a relatively small diameter and meshes with a spur gear 19 of the second spur gear stage 18, which has a relatively large diameter.
  • This spur gear 19 is used for the direct driving of a differential gear 20, which is in particular a planetary differential. Outputs of this differential gear
  • the axis of rotation of the spur gear 19 and a center axis of the differential gear 20 also represents the axis of rotation of the two output shafts 21, 22 of the electric axle drive 1.
  • the output shafts 21, 22 acts
  • the reference numeral 23 the transmission housing is designated.
  • the sun gear 14 is mounted in a coaxial with the intermediate shaft 8 arranged shaft 24 and fixedly connected thereto.
  • For rotationally fixed connection of two of the three components of the planetary gear 10 - planet carrier 9, ring gear 13, sun gear 14 - designed as a clutch first switching element 25 is provided.
  • the shaft 24 is further connected via a designed as a freewheel 29 second switching element to the transmission housing 23.
  • This freewheel 29 is effective in a gear of the electric final drive train operation.
  • Sun gear 14 is not coupled to each other, whereby no torque is transmitted via the clutch.
  • the freewheel 29 sets the sun gear 14 to the transmission housing 23.
  • the ring gear 13 and the planet carrier 9 and the sun gear 14 are coupled together, which is transmitted via the clutch torque.
  • the freewheel 29 releases the sun gear 14 to the transmission housing 23.
  • the clutch 25 In the first shift stage, in this case the first gear, the clutch 25 is opened and it blocks the freewheel 29, the sun gear 14. In the second shift stage, thus in second gear, this clutch 25 is closed, whereby the planetary gear 10 rotates as a whole. In this gear is due to the rotation of the
  • the electric axle drive 1 has various ball bearings 33 and needle bearings 34.
  • the electric axle drive is provided with a torque vectoring unit 31. This is flanged to the gear housing 23 and acts with the output of
  • the torque vectoring unit 31 is made Preferably from a superposition gear, a planetary gear set or a gear forming / gear ratio forming gear stages and an electric machine, thus with respect to the electric machine 2 additional electric machine.
  • the torque vectoring unit 31 may well also be arranged within the transmission housing 23.
  • Fig. 2 shows in a nomogram the speeds of planet carrier 9, ring gear 13 and sun gear 14 in the first and second gear of the motor vehicle. This also applies to the embodiments according to FIGS. 3 and 4.
  • Fig. 3 shows a preferred embodiment of the electric axle drive.
  • matching parts are designated for simplicity with the same reference numerals. Incidentally, this also applies to the further embodiment discussed below.
  • the first switching element 25 is formed as a coupling, which, in its closed position, the planet carrier. 9
  • Switching element 29 designed as a freewheel. Further, another coupling 30, which is designed as a dog clutch, is provided.
  • the shaft 24 is connected via the second switching element or the freewheel 29 and the further clutch or the dog clutch 30 to the transmission housing 23.
  • the freewheel 29 is effective in a gear of the electric axle drive in train operation.
  • the planet carrier 9 and the ring gear 13 are not coupled to each other, whereby no torque is transmitted via the clutch.
  • the freewheel 29 sets the sun gear 14 to the transmission housing 23.
  • the planet carrier 9 and the ring gear 13 are coupled together, which is transmitted via the clutch torque.
  • the freewheel 29 releases the sun gear 14 to the transmission housing 23.
  • the clutch 25 is the
  • Fig. 4 shows a further basic arrangement of the drive components of the 15 electric final drive, this basic arrangement differs from that of FIG. 3 only in that instead of the torque-Vecotring unit 31, a transverse lock 35 is provided which is electrically controlled and with the
  • Differential gear cooperates.
  • the differential may be connected to a torque vectoring unit 31 or a transverse lock 35 20.
  • Querblock 35 can be arranged either individually or together in each case inside or outside of the transmission housing 23.
  • an axle 37 is mounted, the pinion gears 38 of the differential gear 20 receives. These interact with gears 39, 40 together, the non-rotatable recording the output shafts 21, 22 serve.
  • a multi-plate clutch 41 is integrated. Inner fins 42 of the multi-plate clutch 41 are rotatably mounted in the gear 40 and outer plates 43 of the multi-plate clutch 41 rotatably mounted in the housing 36.
  • an actuator 28 is further mounted with actuator 44. The actuator 28 is electronically controlled and adjusted via the actuator 44th
  • this adjustment takes place via a ball ramp 32, the inner and outer plates 42, 43 of the multi-plate clutch 41 more or less compressed upon action of the actuator 44.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb (1) für ein Kraftfahrzeug. Der Achsantrieb (1) weist eine Getriebeanordnung mit zwei Gängen aufweist, mit einer Elektromaschine (2) zum Antreiben von zwei Abtriebswellen (21, 22) der Achse des Kraftfahrzeugs, einer mittels der Elektromaschine (2) antreibbaren ersten Stirnradstufe (5) zum Antreiben einer Zwischenwelle (8) und eines fest mit der Zwischenwelle (8) verbundenen, Planetenträder (11, 12) aufnehmenden Planetenträgers (9) eines Planetengetriebes (10) sowie mit einem Hohlrad (13) des Planetengetriebes (10) zum Antreiben einer zweiten Stirnradstufe (18), einem Sonnenrad (14) des Planetengetriebes (10) und Schaltelementen (25, 29) zum Schalten der beiden Gänge. Ein erstes Schaltelement (25) ist als Kupplung ausgebildet, mit der das Hohlrad (13) und das Sonnenrad (14) oder das Hohlrad (13) und der Planetenträger (9) oder das Sonnenrad (14) und der Planetenträger (9) drehmomentübertragend verbindbar ist. Mittels eines zweiten Schaltelements (29) sind das Sonnenrad (14) und ein Getriebegehäuse (23) der Getriebeanordnung drehfest verbindbar. Mit einem Ausgang der zweiten Stirnradstufe (18) ist ein Differentialgetriebe (20) drehmomentübertragend verbunden, dessen Ausgang die beiden Abtriebswellen (21, 22) zugeordnet sind, wobei das Differentialgetriebe (20) mit einer Torque-Vectoring-Einheit (31) oder einer Quersperre (35) verbunden ist.

Description

Elektrischer Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug, mit einer Elektromaschine zum Antreiben von zwei Abtriebswellen der Achse des Kraftfahrzeugs, sowie mit zwei Stirnradstufen und einem Planetengetriebe, wobei der elektrische Achsantrieb zwei Gänge aufweist und in einem der Gänge das Planetengetriebe als Block geschaltet ist und in dem anderen der Gänge die Übersetzung im Planetengetriebe geschaltet ist. Ein derartiger elektrischer Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug ist aus der DE 10 2013 102 161 AI bekannt. Bei diesem ist eine erste Stirnradstufe elektromaschinenseitig vorgesehen, wobei eine Zwischenwelle als Ausgang dieser Stirnradstufe mit einem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden ist. Ein Hohlrad des Planetengetriebes ist mit einem Stirnrad der zweiten Stirnradstufe verbunden, deren anderes Stirnrad über ein Differentialgetriebe dem Antreiben von zwei Abtriebswellen der Achse des
Kraftfahrzeugs dient. Jeder Abtriebswelle ist ein Rad, somit Laufrad, dieser Achse zugeordnet. Dem Planetengetriebe sind Schaltmittel zugeordnet, die ein Schalten unter Last ermöglichen und bedingen, dass insbesondere in einem ersten Gang des
Kraftfahrzeugs, bei dem es sich um einen Primärgang handelt, das Planetengetriebe als Block geschaltet ist, somit im Block umläuft und nicht im Leistungsfluss liegt. Im zweiten Gang, bei dem es sich infolge dessen um den Sekundärgang handelt, ist hingegen die Übersetzung im Planetengetriebe geschaltet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Anordnung von zwei
Stirnradstufen und einem Planetengetriebe in einem elektrischen Achsantrieb eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei optimalem Wirkungsgrad der Momentenübertragung.
Gelöst wird die Aufgabe durch einen elektrischen Achsantrieb, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug weist somit die Getriebeanordnung zwei Gänge auf. Der Achsantrieb weist eine Elektromaschine zum Antreiben von zwei Abtriebswellen der Achse des Kraftfahrzeugs auf, ferner eine mittels der Elektromaschine antreibbare erste Stirnradstufe zum Antreiben einer Zwischenwelle und eines fest mit der Zwischenwelle verbundenen, Planetenräder aufnehmenden
Planetenträgers eines Planetengetriebes. Das Planetengetriebe weist ferner ein Hohlrad und ein Sonnenrad auf. Bei dem Achsantrieb dient das Hohlrad dem Antreiben einer zweiten Stirnradstufe. Der erfindungsgemäße elektrische Achsantrieb weist ferner Schaltelemente zum Schalten der beiden Gänge auf. Hierbei ist ein erstes Schaltelement als Kupplung ausgebildet, mit der das Hohlrad und das Sonnenrad oder das Hohlrad und der Planetenträger oder das Sonnenrad und der Planetenträger drehmomentübertagend verbindbar sind. Mittels eines zweiten Schaltelementes sind das Sonnenrad und ein Getriebegehäuse der
Getriebeanordnung drehfest miteinander verbindbar.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Achsantrieb ist ferner ein Ausgang der zweiten Stirnradstufe mit einem Differentialgetriebe drehmomentübertragend verbunden. Hierbei sind im Ausgang des Differentialgetriebes die beiden Abtriebswellen der Achse des Kraftfahrzeuges zugeordnet. Das Differentialgetriebe ist mit einer Torque-Vectoring- Einheit und/oder einer Quersperre verbunden. Mittels der Torque-Vectoring-Einheit lässt sich ein Differenzmoment zwischen beiden Antriebswellen erzeugen. Mittels der
Quersperre, die insbesondere elektronisch steuerbar ist, lässt sich verhindern, dass ein Rad mit schlechterer Bodenhaftung der Achse des Kraftfahrzeuges durchdreht und das andere Rad - und damit das Fahrzeug insgesamt - kein Antriebsmoment mehr erhält.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Kupplung in einer ersten Schaltstufe geöffnet und in einer zweiten Schaltstufe geschlossen ist, sowie das zweite Schaltelement in der ersten Schaltstufe die Festlegung zu einem Getriebegehäuse bewirkt und in der zweiten Schaltstufe die Festlegung aufgehoben ist. Das zweite Schaltelement kann auf unterschiedliche Art und Weise gestaltet sein, um den erfindungsgemäßen Zweck zu erfüllen. Insbesondere ist das zweite Schaltelement als Freilauf und/oder als Kupplung, insbesondere Klauenkupplung, und/oder als Bremse ausgebildet.
In der ersten Schaltstufe, bei der es sich insbesondere um den ersten Gang des
Kraftfahrzeuges handelt, steht das Sonnenrad still, so dass der Momentenfluss von der ersten Stirnradstufe über den Planetenträger und das Hohlrad zur zweiten Stirnradstufe erfolgt. In der zweiten Schaltstufe, bei der es sich insbesondere um den zweiten Gang des Kraftfahrzeuges handelt, rotiert das Sonnenrad und es läuft in diesem Gang das schaltbare Planetengetriebe als Block um. In beiden Schaltstufen befinden sich somit die beiden Stirnradstufen im Leistungsfluss und in Bewegung. Da der elektrische Achsantrieb in zwei Gängen betrieben werden kann, ist es möglich, das Fahrzeug über einen weiten Geschwindigkeitsbereich rein elektrisch anzutreiben.
Vorzugsweise verbindet die Kupplung in der geschlossenen Stellung den Planetenträger und das Hohlrad drehfest miteinander.
Gemäß einer baulich besonders vorteilhaften Gestaltung ist vorgesehen, dass die Kupplung reibschlüssig wirksam ist.
Der Planetensatz dieses Planetengetriebes kann unterschiedlich gestaltet sein.
Vorzugsweise weist der Planetensatz Doppelplaneten auf. Somit sind im Planetenträger erste und zweite Planetenräder gelagert, wobei die ersten Planetenräder nur mit dem Hohlrad und den zweiten Planetenrädern und die zweiten Planetenräder nur mit dem Sonnenrad und den ersten Planetenrädern kämmen. Es ist auch eine einfache Ausbildung des Planetensatzes denkbar, bei der das jeweilige Planetenrad des Planetengetriebes sowohl mit dem Hohlrad als auch mit dem Sonnenrad kämmt. Vorzugsweise ist bei dem elektrischen Achsantrieb der Freilauf für Zugbetrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Um den elektrischen Achsantrieb auch im Schubbetrieb anbinden zu können, ist vorzugsweise eine weitere Kupplung vorgesehen. Diese Kupplung kann grundsätzlich den Freilauf ersetzen, somit entsprechend der Schaltung der
Kupplung für Zugbetrieb und Schubbetrieb vorgesehen sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in der ersten Schaltstufe das als Kupplung
ausgebildete zweite Schaltelement zum Festlegen des Sonnenrads zu einem Gehäuse des Planetengetriebes geschlossen ist oder/und das als Freilauf ausgebildete zweite Schaltelement das Sonnenrad zum Gehäuse des Planetengetriebes festlegt. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass in der zweiten Schaltstufe das als Kupplung ausgebildete zweite Schaltelement zum Festlegen des Sonnenrads zu dem Gehäuse des
Planetengetriebes geöffnet ist oder/und das als Freilauf ausgebildete zweite
Schaltelement das Sonnenrad zum Gehäuse freigibt. Der Begriff der weiteren Kupplung ist hierbei umfassend zu verstehen. Es handelt sich im weitesten Sinne auch um eine Bremse, die es ermöglicht, das rotierende Teil bezüglich des Gehäuses abzubremsen bzw. insofern festzulegen.
Grundsätzlich kann bei Verwendung eines Freilaufs dieser mit einer weiteren Kupplung, insbesondere einer Klauenkupplung zur Rekuperation kombinierbar sein. Unter baulichem Aspekt, insbesondere einer baulich äußerst kompakten Gestaltung bei günstiger Momentenübertragung, wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn ein erstes Stirnrad der zweiten Stirnradstufe koaxial zur Zwischenwelle angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Planetengetriebe koaxial zur Zwischenwelle angeordnet ist. Ferner wird es als vorteilhaft angesehen, wenn auch die Achsen der beiden Stirnradstufen und eine Mittenachse der mindestens einen Abtriebswelle achsparallel zueinander angeordnet sind .
Vorzugsweise erfolgt die Schaltung des Planetengetriebes mittels eines einzigen Aktors. Dies ist bei Verwendung eines Freilaufs statt der weiteren Kupplung auf einfache Art und Weise realisierbar. Vorzugsweise ist das Differentialgetriebe als Kegelraddifferential oder als Planetendifferential ausgebildet. Bei Verwendung eines Planetendifferentials ist dieses insbesondere mit Ravigneaux-Satz ausgebildet. Die Ausbildung als Kegelraddifferential ist insbesondere bei Ausbildung des Achsantriebs mit Quersperre bevorzugt.
Insbesondere weist die bei dem elektrischen Achsantrieb vorgesehene Torque-Vectoring- Einheit wenigstens eine weitere Elektromaschine und wenigstens ein
Überlagerungsgetriebe aufweist, zur Erzeugung eines Differenzmoments zwischen den beiden Abtriebswellen. Diese Torque-Vectoring-Einheit besteht vorzugsweise aus der genannten weiteren Elektromaschine, einem Überlagerungsgetriebe und einem
Planetensatz bzw. übersetzungsbildenden Verzahnungsstufen.
Vorzugsweise sind das Differentialgetriebe und/oder die Torque-Vectoring-Einheit bzw. die Quersperre jeweils innerhalb oder außerhalb des Getriebegehäuses der
Getriebeanordnung angeordnet.
Die Ansteuerung des Sperrdifferentials kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. So ist eine elektromotorische Aktuierung, insbesondere in bekannter Art und Weise über Stellmotor, Getriebe und Kugelrampe möglich. Eine andere Variante besteht darin, die Quersperre elektrohydraulisch zu aktuieren, insbesondere mittels Stellmotor, Pumpe, die mit oder ohne Druckspeicher ausgeführt sein kann, Ventilen und Stellkolben.
Der elektrische Achsantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung und deren
Weiterbildungen weist somit ein Zwei-Gang-Getriebe, das sich als zwei- bis dreistufiges Getriebe, insbesondere als Drei-Wellen-Getriebe darstellt, auf. Das Differentialgetriebe ist vorzugsweise als Stirnraddifferential oder Kegelraddifferential ausgebildet. Der Finaldrive ist in Stirnradbauweise ausgeführt. Die Schaltaktorik erfolgt vorzugsweise mit nur einem Aktor. Die Erfindung einschließlich deren Weiterbildungen schlägt somit einen elektrischen, lastschaltbaren Zwei-Gang-Achsantrieb mit Torque-Vectoring-Einheit und/oder Quersperre vor. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung der in der Zeichnung wiedergegebenen
Ausführungsbeispiele, ohne hierauf beschränkt zu sein.
in einer schematischen Darstellung eine grundsätzliche Anordnung der Antriebskomponenten des elektrischen Achsantriebs,
ein Nomogramm zur Veranschaulichung der Drehzahlen von Komponenten der Anordnung gemäß Fig. 1 ,
für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eine schematische Darstellung der Antriebskomponenten des elektrischen Achsantriebs,
für ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eine schematische Darstellung der Antriebskomponenten des elektrischen Achsantriebs, einen Schnitt durch ein als Sperrdifferential ausgebildetes Differential zur Verwendung bei dem Achsantrieb.
Figurenbeschreibung
Der elektrische Achsantrieb findet insbesondere Verwendung bei einem
Personenkraftwagen. Mittels des elektrischen Achsantriebs werden zwei RäderAaufräder einer Achse des Kraftfahrzeugs angetrieben.
Fig. 1 veranschaulicht den grundsätzlichen Aufbau des elektrischen Achsantriebs 1. Veranschaulicht ist eine Elektromaschine 2 - Traktions-Elektromaschine - mit deren Rotor 3 und mit diesem verbundener Ausgangswelle 4. Mit dieser wirkt eine Stirnradstufe 5 zusammen. Konkret ist mit der Ausgangswelle 4 ein Stirnrad 6 der Stirnradstufe 5 drehfest verbunden, wobei dieses Stirnrad 6 einen relativ kleinen Durchmesser aufweist. Mit diesem Stirnrad 6 kämmt ein Stirnrad 7 dieser Stirnradstufe 5, wobei das Stirnrad 7 einen relativ großen Durchmesser aufweist.
5 Das Stirnrad 7 ist drehfest mit einer Zwischenwelle 8 verbunden. Diese Zwischenwelle 8 ist drehfest mit einem Planetenträger 9 eines Planetengetriebes 10 verbunden. Der Planetenträger 9 nimmt Doppelplaneten auf. Demnach sind erste Planetenräder 11 und zweite Planetenräder 12 im Planetenträger 9 drehbar gelagert. Die ersten Planetenräder 1 1 kämmen ausschließlich mit einem Hohlrad 13 des Planetengetriebes 10 und die 10 zweiten Planetenräder 12 kämmen ausschließlich mit einem Sonnenrad 14 des
Planetengetriebes 10.
Das Hohlrad 13 bildet Bestandteil einer Glocke 15, die radial innen mit einer Hohlwelle 16 drehfest verbunden ist, die koaxial zur Zwischenwelle 8 angeordnet ist. Die Hohlwelle 16
15 ist fest mit einem Stirnrad 17 einer zweiten Stirnradstufe 18 verbunden. Dieses Stirnrad 17 weist einen relativ kleinen Durchmesser auf und kämmt mit einem Stirnrad 19 der zweiten Stirnradstufe 18, das einen relativ großen Durchmesser aufweist. Dieses Stirnrad 19 dient dem unmittelbaren Antreiben eines Differentialgetriebes 20, bei dem es sich insbesondere um ein Planetendifferential handelt. Ausgängen dieses Differentialgetriebes
20 20 sind zwei Abtriebswellen 21 , 22 der Achse des Kraftfahrzeugs zugeordnet. Die
Rotationsachse des Stirnrads 19 bzw. eine Mittenachse des Differentialgetriebes 20 stellt auch die Rotationsachse der beiden Abtriebswellen 21 , 22 des elektrischen Achsantriebs 1 dar. Hierbei dient die jeweilige Abtriebswelle 21 bzw. 22 dem Antrieb eines (Lauf-)Rades der Achse des Kraftfahrzeugs. Bei den Abtriebswellen 21 , 22 handelt
25 es sich somit um Abtriebswellen des elektrischen Achsantriebs bzw. Ausgangswellen der Getriebeeinheit zum Antreiben des jeweiligen RadesAaufrades des Personenkraftwagens im Bereich der Fahrzeugachse.
Mit der Bezugsziffer 23 ist das Getriebegehäuse bezeichnet.
30 Nachfolgend sind die Komponenten zum Schalten des Planetengetriebes 10 in zwei Schaltstufen veranschaulicht:
Das Sonnenrad 14 ist in einer koaxial zur Zwischenwelle 8 angeordneten Welle 24 gelagert und mit dieser fest verbunden. Zum drehfesten Verbinden von zwei der drei Komponenten des Planetengetriebes 10 - Planetenträger 9, Hohlrad 13, Sonnenrad 14 - ist ein als Kupplung ausgebildetes erstes Schaltelement 25 vorgesehen.
Die Welle 24 ist ferner über ein als Freilauf 29 ausgebildetes zweites Schaltelement an das Getriebegehäuse 23 angebunden. Dieser Freilauf 29 ist in einen Gang des elektrischen Achsantriebs bei Zugbetrieb wirksam.
In der ersten Schaltstufe sind das Hohlrad 13 bzw. der Planetenträger 9 und das
Sonnenrad 14 nicht miteinander gekoppelt, womit über die Kupplung kein Drehmoment übertragen wird. In dieser ersten Schaltstufe legt der Freilauf 29 das Sonnenrad 14 zum Getriebegehäuse 23 fest. In der zweiten Schaltstufe hingegen sind das Hohlrad 13 bzw. der Planetenträger 9 und das Sonnenrad 14 miteinander gekuppelt, womit über die Kupplung Drehmoment übertragen wird . In dieser zweiten Schaltstufe gibt der Freilauf 29 das Sonnenrad 14 zum Getriebegehäuse 23 frei.
In der ersten Schaltstufe, vorliegend dem ersten Gang, wird die Kupplung 25 geöffnet und es blockiert der Freilauf 29 das Sonnenrad 14. In der zweiten Schaltstufe, somit im zweiten Gang, ist diese Kupplung 25 geschlossen, womit das Planetengetriebe 10 insgesamt umläuft. In dieser Gangstufe wird aufgrund der Rotation der dem
Antriebsstrang zugeordneten Bauteile der Freilauf 29 überholt.
Der elektrische Achsantrieb 1 weist diverse Kugellager 33 und Nadellager 34 auf.
Der elektrische Achsantrieb ist mit einer Torque-Vectoring-Einheit 31 versehen. Diese ist an das Getriebegehäuse 23 angeflanscht und wirkt mit dem Ausgang des
Differentialgetriebes 20 zusammen. Die Torque-Vectoring-Einheit 31 besteht vorzugsweise aus einem Überlagerungsgetriebe, einem Planetensatz bzw. einer übersetzungsbildenden Verzahnungsstufe/übersetzungsbildenden Verzahnungsstufen und einer Elektromaschine, somit einer bezüglich der Elektromaschine 2 zusätzlichen Elektromaschine. Die Torque-Vectoring-Einheit 31 kann durchaus auch innerhalb des Getriebegehäuses 23 angeordnet sein.
Fig. 2 zeigt in einem Nomogramm die Drehzahlen von Planetenträger 9, Hohlrad 13 und Sonnenrad 14 im ersten und zweiten Gang des Kraftfahrzeugs. Dieses gilt auch für die Ausführungsformen gemäß der Fig. 3 und 4.
Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des elektrischen Achsantriebs. Mit der grundsätzlichen Anordnung nach Fig. 1 übereinstimmende Teile sind der Einfachheit halber mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Dies gilt im Übrigen auch für das weitere nachstehend erörterte Ausführungsbeispiel.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist das erste Schaltelement 25 als Kupplung ausgebildet, die, in deren geschlossenen Stellung, den Planetenträger 9
drehmomentübertragend mit dem Hohlrad 13 verbindet. Ferner ist das zweite
Schaltelement 29 als Freilauf ausgebildet. Ferner ist eine weitere Kupplung 30, die als Klauenkupplung ausgebildet ist, vorgesehen. Damit ist die Welle 24 über das zweite Schaltelement bzw. den Freilauf 29 und die weitere Kupplung bzw. die Klauenkupplung 30 an das Getriebegehäuse 23 angebunden. Der Freilauf 29 ist in einem Gang des elektrischen Achsantriebs bei Zugbetrieb wirksam. In der ersten Schaltstufe sind der Planetenträger 9 und das Hohlrad 13 nicht miteinander gekoppelt, womit über die Kupplung kein Drehmoment übertragen wird. In dieser ersten Schaltstufe legt der Freilauf 29 das Sonnenrad 14 zum Getriebegehäuse 23 fest. In der zweiten Schaltstufe hingegen sind der Planetenträger 9 und das Hohlrad 13 miteinander gekuppelt, womit über die Kupplung Drehmoment übertragen wird . In dieser zweiten Schaltstufe gibt der Freilauf 29 das Sonnenrad 14 zum Getriebegehäuse 23 frei. In der ersten Schaltstufe, vorliegend dem ersten Gang, wird die Kupplung 25 zum
Kuppeln von Planetenträger 9 und Hohlrad 13 durch Trennen deren Kupplungsteile 26, 27, die mit dem Hohlrad 13 bzw. dem Planetenträger 9 verbunden sind, geöffnet und es blockiert der Freilauf 29 das Sonnenrad. In der zweiten Schaltstufe, somit dem zweiten 5 Gang, ist diese Kupplung 25 geschlossen, womit das Planetengetriebe 10 insgesamt umläuft. In dieser Gangstufe wird aufgrund der Rotation der dem Antriebstrang zugeordneten Bauteile der Freilauf 29 überholt.
Im Rekuperationsbetrieb, somit wenn Drehmoment über die Abtriebswellen 21 , 22 in das 10 Differentialgetriebe 20 eingeleitet wird, wird die Klauenkupplung 30 in deren
geschlossene Stellung geschaltet, womit eine kraftschlüssige Verbindung zwecks Generatorbetrieb zur Elektromaschine 2 hergestellt ist.
Fig. 4 zeigt eine weitere grundsätzliche Anordnung der Antriebskomponenten des 15 elektrischen Achsantriebs, wobei sich diese grundsätzliche Anordnung von derjenigen nach Fig. 3 nur dadurch unterscheidet, dass statt der Torque-Vecotring-Einheit 31 eine Quersperre 35 vorgesehen ist, die elektrisch steuerbar ist und mit dem
Differentialgetriebe zusammenwirkt. Somit kann gemäß der Darstellung in den Figuren 3 und 4 das Differenzial mit einer Torque-Vectoring-Einheit 31 oder einer Quersperre 35 20 verbunden werden. Differentialgetriebe 20 und/oder Torque-Vectoring-Einheit 31 bzw.
Quersperre 35 können entweder einzeln oder zusammen jeweils innerhalb oder außerhalb des Getriebegehäuses 23 angeordnet werden.
Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer mit einem Differentialgetriebe 20
25 verbundenen Quersperre 35. Mit der Gestaltung gemäß der Figur 4 übereinstimmende Bauteile sind der Einfachheit halber mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Veranschaulicht ist in Fig. 5 ein Gehäuse 36 des Differentialgetriebes 20, mit dem mittels einer Schweißverbindung das Stirnrad 19 der Stirnradstufe 18 verbunden ist. Im Gehäuse 30 36 ist eine Achse 37 gelagert, die Ausgleichskegelräder 38 des Differentialgetriebes 20 aufnimmt. Diese wirken mit Zahnrädern 39, 40 zusammen, die der drehfesten Aufnahme der Abtriebswellen 21 , 22 dienen. In das Gehäuse 36 ist eine Lamellenkupplung 41 integriert. Innere Lamellen 42 der Lamellenkupplung 41 sind drehfest im Zahnrad 40 gelagert und äußere Lamellen 43 der Lamellenkupplung 41 drehfest im Gehäuse 36 gelagert. Im Gehäuse 36 ist ferner ein Aktuator 28 mit Stellantrieb 44 gelagert. Der Aktuator 28 ist elektronisch ansteuerbar und verstellt über den Stellantrieb 44
Betätigungselemente für die Lamellenkupplung 41 , so dass diese vollständig oder mit Schlupf geschlossen werden kann. Bei der veranschaulichten elektromotorischen
Variante erfolgt diese Verstellung über eine Kugelrampe 32, die bei Einwirkung des Stellantriebs 44 die inneren und äußeren Lamellen 42, 43 der Lamellenkupplung 41 mehr oder weniger zusammenpresst.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Achsantrieb (1 ) für ein Kraftfahrzeug, wobei dieser eine
Getriebeanordnung mit zwei Gängen aufweist, mit einer Elektromaschine (2) zum Antreiben von zwei Abtriebswellen (21 , 22) der Achse des Kraftfahrzeugs, einer mittels der Elektromaschine (2) antreibbaren ersten Stirnradstufe (5) zum Antreiben einer Zwischenwelle (8) und eines fest mit der Zwischenwelle (8) verbundenen, Planetenträder (1 1 , 12) aufnehmenden Planetenträgers (9) eines Planetengetriebes (10) sowie mit einem Hohlrad (13) des Planetengetriebes (10) zum Antreiben einer zweiten Stirnradstufe (18), einem Sonnenrad (14) des Planetengetriebes (10) und Schaltelementen (25, 29) zum Schalten der beiden Gänge, wobei ein erstes Schaltelement (25) als Kupplung ausgebildet ist, mit der das Hohlrad (13) und das Sonnenrad (14) oder das Hohlrad (13) und der Planetenträger (9) oder das
Sonnenrad (14) und der Planetenträger (9) drehmomentübertragend verbindbar ist, und mittels eines zweiten Schaltelements (29) das Sonnenrad (14) und ein
Getriebegehäuse (23) der Getriebeanordnung drehfest verbindbar sind, wobei mit einem Ausgang der zweiten Stirnradstufe (18) ein Differentialgetriebe (20) drehmomentübertragend verbunden ist, dessen Ausgang die beiden Abtriebswellen (21 , 22) zugeordnet sind, wobei das Differentialgetriebe (20) mit einer Torque- Vectoring-Einheit (31 ) oder einer Quersperre (35) verbunden ist.
2. Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 1 , wobei die Kupplung (25) in einer ersten Schaltstufe geöffnet und in einer zweiten Schaltstufe geschlossen ist, sowie das zweite Schaltelement (29) in der ersten Schaltstufe die Festlegung zum
Getriebegehäuse (23) bewirkt und in der zweiten Schaltstufe die Festlegung aufgehoben ist.
3. Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei erste Planetenräder (1 1 ) und zweite Planetenräder (12) im Planetenträger (9) gelagert sind, wobei die ersten Planetenräder (1 1 ) nur mit dem Hohlrad (13) und den zweiten Planetenrädern (12) kämmen und die zweiten Planetenräder (12) nur mit dem Sonnenrad (14) und den ersten Planetenrädern (1 1 ) kämmen.
4. Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kupplung (25) in deren geschlossenen Stellung den Planetenträger (9) und das Hohlrad (13) drehfest miteinander verbindet.
5. Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kupplung (25) reibschlüssig wirksam ist.
6. Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite
Schaltelement (29) als Freilauf und/oder als Kupplung, insbesondere
Klauenkupplung, und/oder als Bremse ausgebildet ist.
7. Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 6, wobei das als Freilauf ausgebildete
zweite Schaltelement (29) für Zugbetrieb des Kraftfahrzeugs oder das als Kupplung ausgebildete zweite Schaltelement (29) zumindest für Schubbetrieb des
Kraftfahrzeugs, insbesondere Zugbetrieb und Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist.
8. Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei in der ersten Schaltstufe das als Kupplung ausgebildete zweite Schaltelement (29) zum Festlegen des Sonnenrads (14) zu einem Gehäuse (23) des Planetengetriebes (10) geschlossen ist oder/und das als Freilauf ausgebildete zweite Schaltelement (29) das Sonnenrad (14) zum Gehäuse (23) des Planetengetriebes (10) festlegt.
9. Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in der zweiten Schaltstufe das als Kupplung ausgebildete zweite Schaltelement (29) zum Festlegen des Sonnenrads (14) zu dem Gehäuse (23) des Planetengetriebes (10) geöffnet ist oder/und das als Freilauf ausgebildete zweite Schaltelement (29) das Sonnenrad (14) zum Gehäuse (23) freigibt.
10. Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 8 oder 9, wobei das als Freilauf
ausgebildete zweite Schaltelement (29) mit einer weiteren Kupplung (30), insbesondere einer Klauenkupplung (30) zur Rekuperation kombinierbar ist.
5
1 1. Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein erstes Stirnrad (17) der zweiten Stirnradstufe (18) koaxial zur Zwischenwelle (8) angeordnet ist.
10 12. Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 1 1 , wobei das Planetengetriebe (10)
koaxial zur Zwischenwelle (8) angeordnet ist, sowie die Achsen der beiden
Stirnradstufen (5, 18) und eine Mittenachse der mindestens einen Abtriebswelle (21 , 22) achsparallel zueinander angeordnet sind.
15 13. Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das
Differentialgetriebe (20) als Kegelraddifferentialgetriebe oder
Planetendifferentialgetriebe, insbesondere als Planetendifferentialgetriebe mit Ravigneaux-Satz ausgebildet ist.
20 14. Elektrischer Achsantrieb nach Anspruch 13, wobei die Torque-Vectoring-Einheit (31 ) wenigstens eine weitere Elektromaschine und wenigstens ein
Überlagerungsgetriebe aufweist, zur Erzeugung eines Differenzmoments zwischen den beiden Abtriebswellen (21 , 22).
25 15. Elektrischer Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das
Differentialgetriebe (20) und/oder die Torque-Vectoring-Einheit (31 ) bzw. die Quersperre (35) jeweils innerhalb oder außerhalb des Getriebegehäuses (23) der Getriebeanordnung angeordnet sind.
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