WO2017162328A1 - Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein elektrofahrzeug - Google Patents

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WO2017162328A1
WO2017162328A1 PCT/EP2017/000282 EP2017000282W WO2017162328A1 WO 2017162328 A1 WO2017162328 A1 WO 2017162328A1 EP 2017000282 W EP2017000282 W EP 2017000282W WO 2017162328 A1 WO2017162328 A1 WO 2017162328A1
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WO
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planetary gear
transmission
gear
drive device
stage
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PCT/EP2017/000282
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English (en)
French (fr)
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Tobias Schilder
Klaus Riedl
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Daimler Ag
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a drive device for a motor vehicle, in particular an electric vehicle or a motor vehicle with at least one purely electrically driven drive axle.
  • Planet carrier is connected and a first planet carrier and a third
  • Sun wheel permanently rotatably connected to each other.
  • the invention is in particular the object of a further developed
  • Electric vehicle with at least one electric motor, with at least one final drive and one arranged between the electric motor and the final drive, at least structurally provided for the circuit of exactly three forward gears
  • Multi-speed transmission the three operatively interconnected Planetenradmen each with a sun gear, a ring gear and a planet carrier, three
  • Switching units each with two rotatably connectable coupling elements, a transmission input element for non-rotatable connection of the electric motor and a transmission output element to non-rotatable connection of the final drive, wherein the transmission input element permanently rotatably connected to the sun gear of the first
  • Planetenradkg is connected, the transmission output element permanently rotatably connected to the planet carrier of the third planetary gear and the
  • the second switching unit is provided to arrange the ring gear of the first planetary gear fixed to the housing.
  • Electric vehicle can be provided, which allows an advantageous connection of the electric motor to the final drive.
  • different forward gears can be provided, by which a given by the electric motor drive torque can be implemented advantageously.
  • a switchability of reverse gears can be dispensed with by the electric motor is provided for a reversal of direction.
  • Component loads can in the
  • the proposed multi-stage transmission are at least partially lowered by the basic structure, which in particular a lightweight construction can be simplified. Due to the differently translated forward gears, the electric motor can be operated with high efficiency even at high vehicle speeds. At low speeds, a torque of the electric motor can be implemented advantageously. Transmission ratios of the forward gears and / or the final drive can be at least partially adapted to a configuration of the electric vehicle. There may be provided a flexible drive device.
  • a "drive device with at least one electric motor, with at least one axle drive and a multi-speed transmission arranged between the electric motor and the final drive” is intended in particular to mean a
  • Drive device which has only electric motors for generating a drive torque.
  • it should include one of a
  • a "multistage transmission” is to be understood as meaning, in particular, a transmission arranged between the electric motor and the final drive for shifting the engine
  • planetary gear is to be understood in particular a gear stage, the by a meshing between a sun gear and one of a
  • Planetary gear guided planetary gear and / or a meshing engagement between a guided by a planet carrier planetary gear and a ring gear is defined.
  • the planetary gear stages can be made at least partially in one piece.
  • two of the planetary gear have a common ring gear and separate sun gears or a common sun gear and separate ring gears.
  • an “axle drive” should be understood to mean, in particular, an operative connection between the transmission output element of the multistage head and at least one drive wheel of the motor vehicle
  • the final drive may, for example, be provided for a direct permanent non-rotatable connection between the transmission output element and the drive wheel, ie the final drive may in principle only be formed by a drive shaft which connects the transmission output element and the drive wheel It is intended to connect two drive wheels in parallel to the transmission output element
  • Transmission output element and the differential omitted, i. the differential has an input member rotatably connected to the transmission output member.
  • first planetary gear stage first planetary gear stage
  • second planetary gear stage second planetary gear stage
  • the designations “first”, “second” and “third” planetary gear stage are intended in particular for defining an axial arrangement, wherein an axial order of the planetary gear stages may deviate from the numbering
  • the planetary gear stages are at least partially radially nested in one another, conceivable, in particular by a spatial rearrangement of the switching units, by a changed arrangement of gear elements and / or by interchanging of the sun gears, planetary gears and / or ring gears different kinematic equivalent transmission structures can be realized under "kinematic equivalent transmission structures "should be there
  • Transmission structures are understood, which have an equal number of switching units and identical circuit diagrams for switching the forward gears and the reverse gears.
  • a switching unit is to be understood as meaning a unit having exactly two coupling elements which are rotatable relative to each other and which are provided for non-rotatable connection with one another in particular, a switching unit is to be understood, which is arranged in a power flow between two of the planetary gear and which is intended to rotatably connect their two rotatably arranged coupling elements which are independently rotatable in an open state in a closed state in a closed state.
  • a switching unit which is designed as a "brake” should be understood in particular a switching unit, the
  • non-rotatably connected is meant in particular a connection in which a power flow over a complete revolution averaged with an unchanged torque, an unchanged direction of rotation and / or an unchanged speed is transmitted.
  • a switching unit should in particular not be understood as meaning a coupling which is connected upstream or downstream from a gear set formed by the planetary gear stages.
  • a "clutch upstream of the gear train” is to be understood in particular as a clutch that is in at least one gear in a power flow between the electric motor and the
  • Transmission input element is arranged, such as a separating clutch or a starting clutch.
  • a "clutch following the gear set" is to be understood in particular a coupling unit, which in at least one
  • Transmission gear is arranged in a power flow between the transmission output member and an axle drive, such as an all-wheel clutch. Basically, a shiftability of the multi-speed transmission by a gear set
  • transmission input element is to be understood in particular as meaning a transmission element which is at least structurally designed for the non-rotatable connection to a rotor of the electric motor
  • a “transmission element” is to be understood, in particular, as a design which is permanently non-rotatable Connection between the sun gears, planet carriers, ring gears and / or coupling elements is provided.
  • the term "at least constructive” is to be understood in particular to mean that a corresponding design is provided, but in a possible exemplary embodiment a functional use of the structural design can be dispensed with in that, by means of the switching units and planetary gear stages, a corresponding gear train can in principle be formed, irrespective of whether the gearshift gearshift is dispensed with within the scope of a shift strategy or not.
  • the switching units may be structurally provided for switching more forward gears, as it may be useful to switch them as part of an operating strategy for the multi-speed transmission.
  • decoupling of a planetary gear stage should be understood in particular to mean that the planetary gear stage is excluded from a transmission of a power flow between the transmission input element and the transmission output element
  • Switching unit can be understood, which is only intended to the sun gear, the planet carrier or the sun gear of the planetary gear to the rest
  • a part of the switching units is formed positively.
  • a drag loss can be kept low, whereby a power loss within the multi-speed transmission can be advantageously reduced.
  • a "form-fitting switching unit” should be understood to mean, in particular, a switching unit which is used to connect its coupling elements or to connect their
  • Coupling element has a toothing and / or claws, which interlock positively to produce a rotationally fixed connection, wherein a transfer of a power flow in a fully closed state is at least mainly by a positive connection.
  • the switching units can in principle be formed frictionally or positively.
  • Under a “frictionally trained Switching unit “should be understood in particular a switching unit, which has at least two friction partners for connecting their coupling elements or to connect their coupling element, which rest against one another to produce a rotationally fixed connection frictionally, wherein a transmission of a power flow in a fully closed state, at least mainly by friction
  • a frictionally engaged coupling unit is preferably designed as a multi-disc clutch unit and a frictionally engaged brake unit is preferably designed as a multi-disc brake unit
  • trained coupling unit is preferably as a dog clutch unit and a form-locking trained braking unit is preferably as a
  • a form-fitting trained switching unit is advantageously switchable via a sliding sleeve.
  • the form-fitting trained switching units are preferably designed without synchronization, can
  • the averaging device comprises actuators for the automated switching of the switching units.
  • independently switching coupling unit or brake unit is preferably designed as a freewheel.
  • Deviate embodiment In kinematically equivalent manner, it is for example possible to replace a109planetenradsatz by a Doppelplanetenradsatz, for a kinematically same mode of action additionally in particular a
  • Main axis of rotation runs.
  • radial refers in particular to a direction which is perpendicular to the main axis of rotation
  • Input-side arrangement is to be understood in particular that the said component is arranged on one side of the further component, which faces the transmission input element and / or the electric motor.
  • a “gear output-side arrangement” is to be understood in particular that the said component is arranged on one side of the further component, which faces away from the transmission input element and / or the electric motor, even if the further component is arranged in the axial direction after the transmission output element, for example because the transmission output member is disposed between two planetary gear stages.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle with a drive device which has an electric motor and a
  • FIG. 3 is a circuit diagram for the multi-speed transmission of Fig. 1,
  • FIG. 5 shows a transmission diagram with a modified arrangement of a switching unit
  • FIG. 6 shows a transmission diagram with a further modified arrangement of a
  • Fig. 7 shows a transmission diagram with a planetary gear, the one
  • Double planetary gear has, and
  • Fig. 8 shows a transmission diagram with a planetary gear, the one
  • FIG. 1 shows a motor vehicle with a drive device.
  • the drive device is provided for an electric motor drive of the motor vehicle.
  • the motor vehicle can basically be designed as a pure electric vehicle.
  • Drive device is provided purely for the electric motor drive. In principle, it is conceivable that the drive device is combined with a second drive device for an internal combustion engine drive.
  • the proposed drive device which is provided for the electric motor drive, act on a first drive axle of the motor vehicle, while the
  • Has selection gear which is connected downstream of the two drive devices and which is intended to connect both drive devices to a single drive axle.
  • the drive device comprises an electric motor 10a, an axle drive 11a and a arranged between the electric motor 10a and the final drive 1 1a
  • the electric motor 10a may be a permanent-magnet synchronous machine or a permanent magnet asynchronous machine.
  • Multi-speed transmission 12a is provided at least structurally for shifting exactly three forward gears V1a, V2a, V3a, which are translated in different ways.
  • the multistage transmission 12a has exactly three planetary gear stages Pi a, P2a, P3a.
  • the multi-stage transmission 12a has a main axis of rotation to which the first
  • the multistage transmission 12a is structurally designed to shift exactly three forward gears V1a, V2a, V3a, which are translated in different ways.
  • a number of the forward gears V1a, V2a, V3a actually used may be limited depending on an operating strategy, for example electronically by a suitably programmed control unit.
  • the multi-stage transmission 12a has exactly three switching units S1a, S2a, S3a, which are provided for switching the forward gears V1 a, V2a, V3a.
  • Multi-stage transmission 12a has a transmission housing 15a that receives the planetary gear stages Pi a, P2a, P3a and the switching units S1a, S2a, S3a.
  • the switching units S1a, S2a, S3a are operative within one of the planetary gear stages Pia, P2a, P3a arranged gear set, ie the switching units S1 a, S2a, S3a are provided to produce different operative connections between the planetary gear stages Pi a, P2a, P3a with each other and the transmission housing 15a.
  • the circuit diagram shown in Figure 3 shows how the forward gears V1a, V2a, V3a are switched by closing the switching units S1a, S2a, S3a.
  • Forward gears V1a, V2a, V3a are respectively switched by closing two of the three shift units S1a, S2a, S3a.
  • a load circuit between two of the forward gears V1a, V2a, V3a is in this case always possible in particular when at least one of the switching units S1a, S2a, S3a is closed in a switching operation and / or at most one of the switching units S1a, S2a, S3a is opened, i. when a power flow from one of the switching units S1a, S2a, S3a is given to another of the switching units S1a, S2a, S3a, or when a switching state of only one of the switching units S1a, S2a, S3a is changed.
  • Forward gears V1a, V2a, V3a are completely power-shiftable among each other.
  • the multistage transmission 12a connects the electric motor 10a to the final drive 11a of the motor vehicle.
  • the multi-stage transmission 12 a can be
  • the multi-stage transmission 12a has a transmission input member 13a provided to output from the electric motor 10a
  • the electric motor 10a comprises a rotor, which in the illustrated embodiment is permanently non-rotatably connected to the transmission input element 13a.
  • the transmission input member 13a may be formed differently, such as a shaft or a flange.
  • the multistage transmission 12a has a transmission output element 14a, which is provided to discharge a drive torque from the multistage transmission 12a.
  • the final drive 11a has a transfer case whose input is permanently connected in a rotationally fixed manner to the transmission output element 14a.
  • the transmission output element 14a different modules can be followed, by means of which the output from the multi-stage transmission 12a torque can be distributed to the drive wheels, such as an all-wheel drive module, the drive torque to two
  • the transmission output member 14a may be formed differently, such as a shaft, a spur gear or a pinion. In particular, it is also conceivable that the transmission output element 14a permanently rotatably connected to an axle shaft and / or a drive wheel.
  • the motor vehicle may have two of the drive devices, each of which acts directly on a drive wheel of the motor vehicle.
  • the transmission input member 13a and the transmission output member 14a are arranged coaxially with the main rotation axis.
  • the transmission input member 13a defines a side facing the electric motor 10a.
  • the planetary gear stages Pi a, P2a, P3a between the transmission input member 13a and the transmission output member 14a are arranged.
  • the planetary gear stages Pia, P2a, P3a are in the axial direction
  • the multi-stage transmission 12a has three levels in which the planetary gear stages Pi a, P2a, P3a are arranged. A numbering of the level corresponds to a sequence of levels, which are referred to below
  • Transmission input element 13a is related.
  • the first plane has a smaller distance to the electric motor 10a than the third plane.
  • the first planetary gear stage Pi a is arranged along the main axis of rotation in the first plane.
  • the first planetary gear stage Pi a has a109planetenradsatz and includes a sun gear P1 1 a, a ring gear P13a and a planet P12a.
  • the planet carrier P12a leads planetary gears P14a on a circular path.
  • the planet gears P14a mesh with the sun gear P1 1 a and with the ring gear P13a.
  • the planetary gears P14a are rotatably supported on the planet carrier P12a.
  • the second planetary gear P2a is disposed along the main rotation axis in the second plane.
  • the second planetary gear P2a is along the main axis of rotation on a side facing away from the transmission input member 13a side of the first
  • the second planetary gear P2a has a
  • the planet P22a leads planetary gears P24a on a circular path.
  • the planetary gears P24a mesh with the sun gear P21a and with the ring gear P23a.
  • the planetary gears P24a are rotatably supported on the planet carrier P22a.
  • the third planetary gear P3a is arranged along the main rotation axis in the third plane.
  • the third planetary gear P3a is arranged along the main axis of rotation on a side facing away from the transmission input member 13a side of the second planetary gear P2a.
  • the third planetary gear P3a has a109planetenradsatz and includes a sun gear P31a, a ring gear P33a and a planet P32a.
  • the planet carrier P32a leads planetary gears P34a on a circular path.
  • the planet gears P34a mesh with the sun gear P31a and with the ring gear P33a.
  • the planetary gears P34a are rotatably supported on the planet carrier P32a.
  • the switching units S1a, S2a, S3a are designed as brakes.
  • the switching units S1a, S2a designed as brakes each have a rotatably mounted one
  • the switching units S1 a, S2a are each provided to rotatably support their rotatably mounted coupling element S11 a, S21a rotatably connected to the transmission housing 15a.
  • Switching units S1a, S2a is permanently connected in a rotationally fixed manner to at least one of the sun gears P1 1a, P21a, P31a, one of the planetary carrier P12a, P22a, P32a and / or one of the ring gears P13a, P23a, P33a.
  • the housing fixed arranged
  • Coupling elements S12a, S22a of the switching units S1a, S2a are permanently non-rotatably connected to the transmission housing 15a.
  • the remaining switching unit S3a is designed as a clutch.
  • the switching unit S3a designed as a coupling has a first rotatably mounted coupling element S31a and a second rotatably mounted coupling element S32a.
  • the switching unit S3a is provided to connect their two coupling elements S3a, S32a rotation with each other.
  • Each of the coupling elements S31a, S32a of the switching unit S3a is connected to at least one of the sun gears P a, P 21 a, P 31 a, one of the
  • Coupling elements S1 1a, S12a, S21a, S22a, S31a, S32a includes the
  • Multi-stage transmission 12a a plurality of transmission elements 16a, 17a, 18a, 19a.
  • the gear elements 16a, 17a, 18a, 19a are provided to torque and / or rotational movements within the by the planetary gear Pia, P2a, P3a
  • Each of the Transmission elements 16a, 17a, 18a, 19a connecting at least two of the sun gears P 1a, P21a, P31a, planet P12a, P22a, P32a, ring gears P13a, P23a, P33a, and / or coupling elements S11a, S 2a, S21a, S22a, S31 a , S32a permanently rotatably with each other or supports at least one of the sun gears P1 1a, P21a, P31a,
  • Planet wheel P12a, P22a, P32a and / or ring gears P13a, P23a, P33a permanently against the gear housing 15a from.
  • the transmission input member 13a forms a transmission input shaft which rotatably connects the transmission input member 13a and the sun gear P11a of the first planetary gear Pia with each other.
  • the transmission input shaft formed by the transmission input element 13a is connected on the input side to the sun gear P1 1a.
  • the transmission output member 14a forms a transmission output shaft which permanently interconnects the transmission output member 14a, the planet carrier P32a of the third planetary gear P3a and the first coupling member S31a of the third switching unit S3a. The through the transmission output member 14a
  • the transmission element 16a forms an intermediate shaft, which is the planet carrier P22a of the second planetary gear P2a, the first coupling element S11a of the first
  • Intermediate shaft encloses in particular the second planetary gear P2a.
  • the transmission element 17a forms an intermediate shaft which permanently rotatably connects the planet carrier P12a of the first planetary gear Pia and the sun P31a of the third planetary gear P3a.
  • the intermediate shaft formed by the gear element 17a passes through the second planetary gear P2a.
  • the transmission element 18a forms a connection which connects the ring gear P23a of the second planetary gear P2a and the second coupling element S32a of the third gear S3a permanent rotation with each other.
  • the transmission element 19a forms an intermediate shaft which permanently rotates the ring gear P13a of the first planetary gear Pia, the first coupling element S21a of the second shifting unit S2a, and the sun gear P21a of the second planetary gear P2a connects with each other.
  • the formed by the transmission element 19a intermediate shaft is guided radially inward between the planetary gear stages Pi a, P2a.
  • the first switching unit S1 a is arranged at the level of the second planetary gear P2a.
  • the first coupling element S1 1 a of the first switching unit S1 a is arranged at the level of the second planetary gear P2a.
  • a position of the switching unit S1a can basically be varied along the main axis of rotation.
  • the first switching unit S1 a is provided to the planet carrier P22a of the second planetary gear P2a and the ring gear P33a of the third planetary gear P3a
  • the second switching unit S2a is arranged at the level of the first planetary gear Pi a.
  • the second switching unit S2a is provided to the ring gear P13a of the first
  • the third switching unit S3a is disposed between the second planetary gear P2a and the third planetary gear P3a.
  • the third switching unit S3a is provided to rotatably connect the ring gear P23a of the second planetary gear P2a and the planet P32a of the third planetary gear P3a with each other. If the switching unit S3a is opened, the ring gear P23a of the second planetary gear P2a is freely rotatable. By the freely rotatable ring gear P23a is the second planetary gear P2a of the first
  • Switching unit S3a is provided to decouple the second planetary gear P2a from the first planetary gear Pi and the third planetary gear P2a. In principle, another spatial arrangement of the switching units S1 a, S2a, S3a is possible.
  • the switching units S1a, S2a are designed externally, i. a
  • Actuator supply of the switching units S1 a, S2a can be realized without carrying out service lines by a rotatably mounted component.
  • the switching unit S3a is implemented inside, i. the actuating means supply of the switching unit S3a requires a resource passage through a rotatably mounted component.
  • All switching units S1 a, S2a, S3a are hydraulically actuated.
  • the final drive 1 1 a, the differential gear, the outputs are arranged coaxially with the main axis of rotation of the multi-speed transmission 12a.
  • the final drive 1 1 a In addition, two axle shafts for driving the drive wheels of a drive axle.
  • the final drive 1 a on a main axis of rotation which is arranged coaxially to the main axis of rotation of the stepping gear 12a.
  • one of the axle shafts passes through at least the transmission input element 13a and the electric motor 10a.
  • the final drive 11a is possible to integrate the multi-stage transmission 12a. Nesting of the multistage transmission 12a and the final drive 1 1 a depends in particular on a position of the differential gear along the main axis of rotation of the
  • Multi-speed transmission 12a from. Is the differential between the
  • Transmission input element 13a and arranged the transmission output member 14a passes through one of the axle shafts the transmission input member 13a and the electric motor 10a, while the other axle shaft passes through the transmission output member 14a.
  • the differential gear of the final drive 1 1 a gear output side arranged preferably passes through one of the axle shafts the transmission output element 14a, the transmission input member 13a and the electric motor 10a. Even in an embodiment in which the final drive 1 1 a is provided for a direct connection of only one drive wheel, it is conceivable that the transmission output element 14a in the form of a
  • Figure 4 shows a second embodiment of a transmission scheme of a
  • Multi-speed transmission 12b for a drive device with an electric motor and a final drive.
  • the multistage transmission 12b is at least structurally provided for shifting three forward gears.
  • the transmission scheme is structurally the same as that of the previous embodiment.
  • the multistage transmission 12b comprises a transmission input element 13b for the rotationally fixed connection of the electric motor and a transmission output element 14b for the rotationally fixed connection of the final drive.
  • the multi-stage transmission 12b includes a
  • the multi-stage transmission 12b comprises three switching units S1 b, S2b, S3b, each having two coupling elements S1 1 b, S12b, S21b, S22b, S31b, S32b.
  • the multi-speed transmission 12b For transmission of power flows between the Planetary gear stages P1 b, P2b, P3b and / or for support against a transmission housing 15b, the multi-speed transmission 12b comprises a plurality of transmission elements 16b, 17b, 18b, 19b.
  • the multi-stage transmission 12b differs in particular in an arrangement of the planetary gear P1, P2b, P3b of the previous embodiment.
  • the multi-stage transmission 12b has two levels in which the planetary gear P1, P2b, P3b are arranged.
  • the planetary gear P b, P2 b are arranged stacked.
  • the planetary gear P3b is arranged in the second plane.
  • the planetary gear P1 b is disposed radially within the planetary gear P2b.
  • the ring gear P13b of the first planetary gear P1 b and the sun P21 b of the second planetary gear P2b may be made in one piece.
  • the switching units S1 b, S2b are arranged on the input side of the planetary gear P1, P2b.
  • the switching unit S3b is arranged in the region of the third planetary gear P3b. All switching units S1 b, S2b, S3b are outboard.
  • Figure 5 shows a third embodiment of a transmission scheme of a
  • Multi-stage transmission 12 c for a drive device with an electric motor and a final drive.
  • the multistage transmission 12c is at least structurally provided for shifting three forward gears.
  • the transmission scheme differs structurally from that of Figure 1, but is kinematically equivalent.
  • the multistage transmission 12c comprises a transmission input element 13c for the non-rotatable connection of the electric motor and a transmission output element 14c for the rotationally fixed connection of the final drive.
  • the multi-stage transmission 12c includes a
  • Gear set with a first planetary gear P1 c, a second planetary gear P2c and a third planetary gear P3c each having a sun gear P1 1c, P21c, P31c, a ring gear P13c, P23c, P33c and a planet carrier P12c, P22c, P32c, which planet gears P14c, P24c , P34c in a circular orbit around the corresponding sun gear P11c, P21c, P31c leads.
  • the multi-stage transmission 12c comprises three switching units Sic, S2c, S3c, each having two coupling elements S11c, S12c, S21c, S22c, S31c, S32c.
  • the multi-stage transmission 12c For transmitting power flows between the planetary gear stages P1c, P2c, P3c and / or for supporting against a transmission housing 15c, the multi-stage transmission 12c comprises a plurality of transmission elements 6'c, 16 "c, 17c, 19c.
  • the ehrgengetriebe 12c differs in particular in an arrangement of the switching unit S3c, which is provided for decoupling of the second planetary gear P2c, from that of the first embodiment.
  • the transmission output member 1 c forms a transmission output shaft, the transmission output member 14 c, the
  • Gear element 16'c forms an intermediate shaft, which connects the ring gear P33c of the third planetary gear P3c, the first coupling element S1 c of the first switching unit Si c and the second coupling element S32c of the third switching unit S3c permanently rotatably together.
  • the transmission element 16 "c forms a connection which non-rotatably connects the first coupling element S31c of the third switching unit S3c and the planet carrier P22c of the second planetary gear P2c
  • the switching unit S3c is provided to connect the second planetary gear P2c to the third planetary gear P3c. If the switching unit S3c is open, the planetary gear P2c is decoupled from the planetary gear P1 c, P3c.
  • FIG. 6 shows a transmission diagram of a fourth exemplary embodiment
  • Multi-stage transmission 12d for a drive device with an electric motor and a final drive.
  • the multistage transmission 12d is at least structurally provided for shifting three forward gears.
  • the transmission scheme differs structurally from that of Figure 1, but is kinematically equivalent.
  • the multistage transmission 12d comprises a transmission input element 13d for the non-rotatable connection of the electric motor and a transmission output element 14d for the rotationally fixed connection of the final drive.
  • the multi-stage transmission 12d includes a
  • a gear set comprising a first planetary gear P1d, a second planetary gear P2d, and a third planetary P3d, each having a sun gear P1d, P21d, P31d, a ring gear P13d, P23d, P33d, and a planet carrier P12d, P22d, P32d, which planet gears P14d, P24d, P34d in a circular orbit around the corresponding sun gear P1 1 d, P21 d, P31d leads, have.
  • the multi-stage transmission 12d comprises three switching units S1 d, S2d, S3d, each having two coupling elements S1 1 d, S12d, S21d, S22d, S31 d, S32d.
  • the multi-speed transmission 12d For transmission of power flows between the planetary gear sets P1 d, P2d, P3d and / or for support against a transmission housing 15d, the multi-speed transmission 12d comprises a plurality of transmission elements 16d, 17d, 19'd, 19 "d.
  • the transmission output member 14d is formed as a transmission output shaft that includes the transmission output member 14d, the planet carrier P32d of the third
  • the transmission element 16d is as a
  • the transmission element 19'd is designed as a connection, which is the ring gear P13d of the first planetary gear P1d, the first coupling element S21d of the second
  • the transmission element 19 "d is as a
  • Figure 7 shows a fifth embodiment of a transmission scheme of a
  • Multi-stage transmission 12e for a drive device with an electric motor and a final drive.
  • the multi-stage transmission 12e is provided at least structurally for shifting three forward gears.
  • the transmission scheme differs structurally from that of Figure 1, but is kinematically equivalent.
  • the multistage transmission 12e comprises a transmission input element 13e for the non-rotatable connection of the electric motor and a transmission output element 14e for the rotationally fixed connection of the final drive.
  • the multi-stage transmission 12e includes one
  • Gear set comprising a first planetary gear set P1e, a second planetary gear set P2e and a third planetary gear set P3e, each comprising a sun gear P1e, P21e, P31e, a ring gear P13e, P23e, P33e and a planet carrier P12e, P22e, P32e, which planet gears P14e, P24e, P25e, P34e in a circular path around the corresponding sun P1 P1, P21e, P31e leads, have.
  • the multi-stage transmission 12e comprises three switching units Sie, S2e, S3e, each having two coupling elements S11e, S12e, S21e, S22e, S31 e, S32e.
  • the multistage transmission 12e For transmitting power flows between the planetary gear sets P1e, P2e, P3e and / or for supporting against a transmission housing 15e, the multistage transmission 12e comprises a plurality of transmission elements 16e, 17e, 19'e, 19 "e.
  • the planet carrier P22e of the second planetary gear P2e is designed as a Doppelplanetenradmik.
  • the first Planetary gears P24e of the planetary gear P2e mesh with the sun gear P21e and the second planetary gears P25e.
  • the second planetary gears P25e mesh with the first planetary gears P24e and the ring gear P23e.
  • the second planetary gear P2e Due to the design of the planet carrier P22e as Doppelplanetenradong, the second planetary gear P2e has a ratio with opposite signs. To be a sign of a translation ratio between the
  • the transmission output member 14e forms a transmission output shaft which permanently interconnects the transmission output member 14e, the planetary carrier P32e of the third planetary gear P3e, and the planetary carrier P22e of the second planetary gear P2e.
  • the transmission element 16e forms a
  • the transmission element 19'e is designed as a connection, which is the ring gear P13e of the first
  • the transmission element 19 "e is as a connection or
  • the switching unit S3e is provided to decouple the second planetary gear P2e via the sun P21e from the remaining planetary gear P1e, P3e.
  • the third switching unit S3e can also be arranged between the planet carrier P22e, P32e or the ring gears P23e, P33e
  • FIG. 8 shows a transmission diagram of a sixth exemplary embodiment
  • Multi-speed transmission 12f for a drive device with an electric motor and a final drive.
  • the multi-speed transmission 2f is at least structurally provided for the switching of three forward gears.
  • the transmission scheme corresponds structurally to that of the fifth embodiment.
  • the multistage transmission 12f comprises a transmission input element 13f for the rotationally fixed connection of the electric motor and a transmission output element 14f for the non-rotatable connection of the final drive.
  • the multi-speed transmission 12f includes a
  • a gear set including a first planetary gear P1f, a second planetary gear P2f, and a third planetary P3f, each including a sun gear P1 1f, P21f, P31f, a ring gear P13f, P23f, P33f, and a planet carrier P12f, P22f, P32f
  • the multi-stage transmission 12f comprises three switching units S1f, S2f, S3f, each having two coupling elements S1 1f, S12f, S21f, S22f, S31f, S32f. For transmission of power flows between the switching units S1f, S2f, S3f, each having two coupling elements S1 1f, S12f, S21f, S22f, S31f, S32f. For transmission of power flows between the
  • the multi-speed transmission 12f comprises a plurality of gear elements 16f, 17f, 19'f, 19 "f.
  • the second planetary gear stage P2f and the third planetary gear stage P3f are partially made in one piece.
  • the ring gear P23f of the second planetary gear stage P2f and the ring gear P33f of the third planetary gear stage P3f are made in one piece.
  • the second planetary gears P25f of the second planetary gear stage P2f and the planetary gears P34f of the third planetary gear stage P3f are made in one piece.
  • the integrally formed planet gears P25f, P34f have a common external toothing, which meshes with the common ring gear P23f, P33f.
  • the planetary gears P25f, P34f which are made in one piece, have a stepped inner toothing, the first part thereof with the first planetary gears P24f of the second planetary gear P2f and the second part with the sun gear P31f of the third

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Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Antriebsvorrichtung vorgeschlagen, mit einem Elektromotor (10a-f), mit einem Achsantrieb (11a-f) und einem zwischen dem Elektromotor (10a-f) und dem Achsantrieb (11a-f) angeordneten, konstruktiv zur Schaltung von drei Vorwärtsgetriebegängen (V1a-f, V2a-f, V3a-f) vorgesehenen Mehrstufengetriebe (12a-f), das drei wirkungsmäßig miteinander verbundene Planetenradstufen (P1a-f, P2a-f, P3a-f) mit jeweils einem Sonnenrad (P11a-f, P21 a-f, P31 a-f), einem Hohlrad (P13a-f, P23a-f, P33a-f) und einem Planetenradträger (P12a-f, P22a-f, P32a-f), drei Schalteinheiten (S1a- f, S2a-f, S3a-f) mit jeweils zwei drehfest miteinander verbindbaren Kopplungselementen (S11a-f, S12a-f, S21a-f, S22a-f, S31a-f, S32a-f), ein Getriebeeingangselement (13a-f) zur drehfesten Anbindung des Elektromotors (10a-f) und ein Getriebeausgangselement (14a-f) zu drehfesten Anbindung des Achsantriebs (11a-f) aufweist, wobei das Getriebeeingangselement (13a-f) permanent drehfest mit dem Sonnenrad (P11a-f) der ersten Planetenradstufe (P1a-f) verbunden ist, das Getriebeausgangselement (14a-f) permanent drehfest mit dem Planetenradträger (P32a-f) der dritten Planetenradstufe (P3a-f) verbunden ist und der Planetenradträger (P12a-f) der ersten Planetenradstufe (P1a-f) und das Sonnenrad (P31a-f) der dritten Planetenradstufe (P3a-f) permanent drehfest miteinander verbunden sind.

Description

Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Elektrofahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug oder ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer rein elektrisch angetriebenen Antriebsachse.
Aus der WO 2012/010340 A1 ist bereits eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrzeug, bekannt, die einen Elektromotor, einen Achsantrieb und einen zwischen dem
Elektromotor und dem Achsantrieb angeordneten ehrstufengetriebe aufweist.
Aus der gattungsgemäßen WO 2015/169837 A1 ist eine Antriebsvorrichtung bekannt, welche ein Mehrstufengetriebe mit 3 Planetenradstufen aufweist, wobei ein
Getriebeeingangselement permanent drehfest mit einem ersten Sonnenrad verbunden ist, ein Getriebeausgangselement permanent drehfest mit einem dritten
Planetenradträger verbunden ist und ein erster Planetenradträger und ein drittes
Sonnenrad permanent drehfest miteinander verbunden sind.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine weiterentwickelte
Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrzeug bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es wird ausgegangen von einer Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein
Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Elektromotor, mit zumindest einem Achsantrieb und einem zwischen dem Elektromotor und dem Achsantrieb angeordneten, zumindest konstruktiv zur Schaltung von genau drei Vorwärtsgetriebegängen vorgesehenen
Mehrstufengetriebe, das drei wirkungsmäßig miteinander verbundene Planetenradstufen mit jeweils einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Planetenradträger, drei
Schalteinheiten mit jeweils zwei drehfest miteinander verbindbaren Kopplungselementen, ein Getriebeeingangselement zur drehfesten Anbindung des Elektromotors und ein Getriebeausgangselement zu drehfesten Anbindung des Achsantriebs aufweist, wobei das Getriebeeingangselement permanent drehfest mit dem Sonnenrad der ersten
Planetenradstufe verbunden ist, das Getriebeausgangselement permanent drehfest mit dem Planetenradträger der dritten Planetenradstufe verbunden ist und der
Planetenradträger der ersten Planetenradstufe und das Sonnenrad der dritten
Planetenradstufe permanent drehfest miteinander verbunden sind.
Erfindungsgemäß ist die zweite Schalteinheit dazu vorgesehen ist, das Hohlrad der ersten Planetenradstufe gehäusefest anzuordnen.
Durch eine solche Ausgestaltung kann eine kompakte Antriebsvorrichtung für ein
Elektrofahrzeug bereitgestellt werden, die eine vorteilhafte Anbindung des Elektromotors an den Achsantrieb ermöglicht. Durch das Mehrstufengetriebe können unterschiedliche Vorwärtsgetriebegänge bereitgestellt werden, durch die ein von dem Elektromotor abgegebenes Antriebsmoment vorteilhaft umgesetzt werden kann. Auf eine Schaltbarkeit von Rückwärtsgetriebegängen kann verzichtet werden, indem der Elektromotor für eine Drehrichtungsumkehr vorgesehen ist. Bauteilbelastungen können in dem
vorgeschlagenen Mehrstufengetriebe durch dessen Grundstruktur zumindest teilweise gesenkt werden, wodurch insbesondere ein Leichtbau vereinfacht werden kann. Durch die unterschiedlich übersetzten Vorwärtsgetriebegänge kann der Elektromotor auch bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden. Bei niedrigen Geschwindigkeiten kann ein Drehmoment des Elektromotors vorteilhaft umgesetzt werden. Übersetzungsverhältnisse der Vorwärtsgetriebegänge und/oder des Achsantriebs können zumindest teilweise an eine Ausgestaltung des Elektrofahrzeugs angepasst werden. Es kann eine flexible Antriebsvorrichtung bereitgestellt werden.
Unter einer„Antriebsvorrichtung mit zumindest einem Elektromotor, mit zumindest einem Achsantrieb und einem zwischen dem Elektromotor und dem Achsantrieb angeordneten Mehrstufengetriebe" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine
Antriebsvorrichtung verstanden werden, die lediglich Elektromotoren zur Erzeugung eines Antriebsmoments aufweist. Insbesondere soll darunter eine von einer
Brennkraftmaschine unabhängige Antriebsvorrichtung verstanden werden. Unter einem „Mehrstufengetriebe" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein zwischen dem Elektromotor und dem Achsantrieb angeordnetes Getriebe zur Schaltung der
unterschiedlich übersetzten Vorwärtsgetriebegänge verstanden werden. Unter einer „Planetenradstufe" soll weiter insbesondere eine Zahnradstufe verstanden werden, die durch einen Zahneingriff zwischen einem Sonnenrad und einem von einem
Planetenradträger geführten Planetenrad und/oder einen Zahneingriff zwischen einem von einem Planetenradträger geführten Planetenrad und einem Hohlrad definiert ist. Grundsätzlich können die Planetenradstufen zumindest teilweise einstückig ausgeführt werden. Insbesondere ist es denkbar, dass zwei der Planetenradstufen ein gemeinsames Hohlrad und getrennte Sonnenräder oder ein gemeinsames Sonnenrad und getrennte Hohlräder aufweisen. Unter einem„Achsantrieb" soll insbesondere eine Wirkverbindung zwischen dem Getriebeausgangselement des Mehrstufengetnebes und zumindest einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs verstanden werden. Der Achsantrieb kann grundsätzlich unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen, die für eine permanente und/oder schaltbare Verbindung zwischen dem Getriebeausgangselement und dem zumindest einen Antriebsrad vorgesehen sind. Der Achsantrieb kann beispielsweise für eine direkte permanente drehfeste Verbindung zwischen dem Getriebeausgangselement und dem Antriebsrad vorgesehen sein, d.h. der Achsantrieb kann grundsätzlich lediglich durch eine Antriebswelle ausgebildet werden, welche das Getriebeausgangselement und das Antriebsrad verbindet. Alternativ kann der Achsantrieb auch ein Differential aufweisen, das dazu vorgesehen ist, zwei Antriebsräder parallel an das Getriebeausgangselement anzubinden. Vorzugsweise wird auf eine Stirnradstufe zwischen dem
Getriebeausgangselement und dem Differential verzichtet, d.h. das Differential weist ein Eingangselement auf, das drehfest mit dem Getriebeausgangselement verbunden ist.
Die Planetenradstufen sind im Folgenden mit„erster Planetenradstufe",„zweiter
Planetenradstufe" und„dritter Planetenradstufe" bezeichnet. Die Bezeichnungen„erste", „zweite" und„dritte" Planetenradstufe sind insbesondere zur Festlegung einer axialen Anordnung vorgesehen, wobei eine axiale Reihenfolge der Planetenradstufen von der Nummerierung abweichen kann. Grundsätzlich ist eine geänderte Anordnung der Planetenradstufen und/oder gestapelte Anordnung, bei der die Planetenradstufen zumindest teilweise radial ineinander geschachtelt sind, denkbar. Insbesondere durch eine räumliche Umordnung der Schalteinheiten, durch eine geänderte Anordnung von Getriebeelementen und/oder durch Vertauschung der Sonnenräder, Planetenräder und/oder Hohlräder sind verschiedene kinematisch äquivalente Getriebestrukturen realisierbar. Unter„kinematisch äquivalenten Getriebestrukturen" sollen dabei
Getriebestrukturen verstanden werden, welche eine gleiche Anzahl von Schalteinheiten sowie identische Schaltschemata zur Schaltung der Vorwärtsgetriebegänge und der Rückwärtsgetriebegänge aufweisen. Unter einer„Schalteinheit" soll weiter insbesondere eine Einheit mit genau zwei relativ zueinander drehbaren Kopplungselementen, die zur drehfesten Verbindung miteinander vorgesehen sind, verstanden werden. Eine Schalteinheit kann wahlweise als Kupplung oder Bremse ausgebildet werden. Unter einer Schalteinheit, die als„Kupplung" ausgebildet ist, soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die in einem Leistungsfluss zwischen zwei der Planetenradstufen angeordnet ist und die dazu vorgesehen ist, ihre zwei drehbar angeordneten Kopplungselemente, die in einem geöffneten Zustand unabhängig voneinander verdrehbar sind, in einem geschlossenen Zustand drehfest miteinander zu verbinden. Unter einer Schalteinheit, die als„Bremse" ausgebildet ist, soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die
wirkungsmäßig zwischen einer der Planetenradstufen und einem Getriebegehäuse angeordnet ist und die dazu vorgesehen ist, ihr drehbares Kopplungselement, das in einem geöffneten Zustand unabhängig von dem Getriebegehäuse verdrehbar ist, in einem geschlossenen Zustand mit ihrem drehfest mit dem Getriebegehäuse verbundenen Kopplungselement drehfest zu verbinden. Unter„drehfest verbunden" soll insbesondere eine Verbindung verstanden werden, bei der ein Leistungsfluss über eine vollständige Umdrehung gemittelt mit einem unveränderten Drehmoment, einer unveränderten Drehrichtung und/oder einer unveränderten Drehzahl übertragen wird.
Unter einer Schalteinheit soll in diesem Zusammenhang insbesondere keine Kupplung verstanden werden, die einem durch die Planetenradstufen ausgebildeten Zahnradsatz vorgeschaltet oder nachgeschaltet ist. Unter einer„dem Zahnradsatz vorgeschalteten Kupplung" soll insbesondere eine Kupplung verstanden werden, die in zumindest einem Getriebegang in einem Leistungsfluss zwischen dem Elektromotor und dem
Getriebeeingangselement angeordnet ist, wie beispielsweise eine Trennkupplung oder eine Anfahrkupplung. Unter einer„dem Zahnradsatz nachgeschalteten Kupplung" soll insbesondere eine Kupplungseinheit verstanden werden, die in zumindest einem
Getriebegang in einem Leistungsfluss zwischen dem Getriebeausgangselement und einem Achsantrieb angeordnet ist, wie beispielsweise eine Allradkupplung. Grundsätzlich kann eine Schaltbarkeit des Mehrstufengetriebes durch eine dem Zahnradsatz
vorgeschaltete oder nachgeschaltete Kupplungseinheit erhöht werden. Unter einem „Getriebeeingangselement " soll dabei insbesondere ein Getriebeelement, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung einen Rotor des Elektromotors vorgesehen ist, verstanden werden. Unter einem„Getriebeausgangselement" soll insbesondere ein Getriebeelement, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung eines
Achsantriebs vorgesehen ist, verstanden werden. Unter einem„Getriebeelement" soll insbesondere eine Ausgestaltung verstanden werden, die zur permanenten drehfesten Verbindung zwischen den Sonnenrädern, Planetenradträgern, Hohlrädern und/oder Kopplungselementen vorgesehen ist.
Unter„zumindest konstruktiv" soll insbesondere verstanden werden, dass konstruktiv eine entsprechende Ausgestaltung vorgesehen ist, in einem eventuellen Ausführungsbeispiel aber von einer funktionellen Nutzung der konstruktiven Ausgestaltung abgesehen werden kann. Unter„konstruktiv zur Schaltung eines Getriebegangs vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass mittels der Schalteinheiten und Planetenradstufen mechanisch ein entsprechender Getriebegang grundsätzlich bildbar ist, unabhängig davon, ob im Rahmen einer Schaltstrategie auf die Schaltung des Getriebegangs verzichtet wird oder nicht. Beispielsweise können in einer Ausgestaltung die Schalteinheiten konstruktiv zur Schaltung von mehr Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen sein, als es sinnvoll sein kann, sie im Rahmen einer Betriebsstrategie für das Mehrstufengetriebe zu schalten.
Unter dem„Entkoppeln einer Planetenradstufe" soll insbesondere verstanden werden, dass die Planetenradstufe aus einer Übertragung eines Leistungsflusses zwischen dem Getriebeeingangselement und dem Getriebeausgangselement ausgenommen ist. Unter einer„Schalteinheit zum Entkoppeln einer Planetenradstufe" soll eine einzelne
Schalteinheit verstanden werden, die lediglich dazu vorgesehen ist, das Sonnenrad, den Planetenradträger oder das Sonnenrad der Planetenradstufe an die restlichen
Planetenradstufen anzubinden. Ist die Schalteinheit geöffnet, ist das Sonnenrad, der Planetenradträger oder das Hohlrad relativ zu den Sonnenrädern, den Planetenradträger und den Hohlräder der restlichen Planetenradstufen sowie dem Getriebegehäuse frei drehbar, wodurch der entkoppelte Planetenradstufe eine AbStützung zur Übertragung eines Drehmoments fehlt.
Vorzugsweise ist ein Teil der Schalteinheiten formschlüssig ausgebildet. Dadurch kann ein Schleppverlust gering gehalten werden, wodurch ein Leistungsverlust innerhalb des Mehrstufengetriebes vorteilhaft verringert werden kann. Unter einer„formschlüssig ausgebildeten Schalteinheit" soll dabei insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente bzw. zur Anbindung ihres
Kopplungselements eine Verzahnung und/oder Klauen aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung formschlüssig ineinandergreifen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch einen Formschluss erfolgt. Die Schalteinheiten können grundsätzlich reibschlüssig oder formschlüssig ausgebildet sein. Unter einer„reibschlüssig ausgebildeten Schalteinheit" soll dabei insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente bzw. zur Anbindung ihres Kopplungselements zumindest zwei Reibpartner aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung reibschlüssig aneinander anliegen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch Reibung erfolgt. Eine reibschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit ist vorzugsweise als eine Lamellenkupplungseinheit und eine reibschlüssig ausgebildete Bremseinheit ist vorzugsweise als eine Lamellenbremseinheit ausgebildet. Eine formschlüssig
ausgebildete Kupplungseinheit ist vorzugsweise als eine Klauenkupplungseinheit und eine formschlüssig ausgebildete Bremseinheit ist vorzugsweise als eine
Klauenbremseinheit ausgebildet. Eine formschlüssig ausgebildete Schalteinheit ist vorteilhaft über eine Schiebemuffe schaltbar. Dabei sind die formschlüssig ausgebildeten Schalteinheiten vorzugsweise ohne eine Synchronisierung ausgeführt, können
grundsätzlich aber auch eine Synchronisierung aufweisen.
Vorzugsweise umfasst das ehrstufengethebe Aktuatoren zur automatisierten Schaltung der Schalteinheiten. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, zumindest einen Teil der Schalteinheiten zumindest teilweise selbstständig schaltend auszuführen. Eine
selbstständig schaltende Kupplungseinheit bzw. Bremseinheit ist vorzugsweise als ein Freilauf ausgebildet. Zudem kann auch eine Ausgestaltung der Planetenradstufen mit Einfachplanetenradsätzen oder Doppelplanetenradsätzen von dem dargestellten
Ausführungsbeispiel abweichen. In kinematisch äquivalenter Weise ist es beispielsweise möglich, einen Einfachplanetenradsatz durch einen Doppelplanetenradsatz zu ersetzen, wobei für eine kinematisch gleiche Wirkweise zusätzlich insbesondere eine
Standübersetzung der Planetenradstufe angepasst werden muss. Insbesondere bei einer Ausbildung mittels eines Doppelplanetenradsatzes kann grundsätzlich auch eine
Anbindung von einem Sonnenrad und einem Planetenradträger, einem Hohlrad und einem Planetenradträger oder einem Sonnenrad und einem Hohlrad getauscht werden, wobei für eine kinematisch gleiche Wirkweise zusätzlich insbesondere eine
Standübersetzung der Planetenradstufe angepasst werden muss.
Die Begriffe„axial" und„radial" sind im Folgenden insbesondere auf die
Hauptrotationsachse des Mehrstufengetriebes bezogen, so dass der Ausdruck„axial" insbesondere eine Richtung bezeichnet, die parallel oder koaxial zu der
Hauptrotationsachse verläuft. Ferner bezeichnet der Ausdruck„radial" insbesondere eine Richtung, die senkrecht zu der Hauptrotationsachse verläuft. Unter einer
„getriebeeingangsseitigen Anordnung" soll insbesondere verstanden werden, dass das genannte Bauteil auf einer Seite des weiteren Bauteils angeordnet ist, welche dem Getriebeeingangselement und/oder dem Elektromotor zugewandt ist. Unter einer „getriebeausgangsseitigen Anordnung" soll insbesondere verstanden werden, dass das genannte Bauteil auf einer Seite des weiteren Bauteils angeordnet ist, welche dem Getriebeeingangselement und/oder dem Elektromotor abgewandt ist, auch wenn das weitere Bauteil in axialer Richtung nach dem Getriebeausgangselement angeordnet ist, beispielsweise weil das Getriebeausgangselement zwischen zwei Planetenradstufen angeordnet ist.
Weitere Vorteile sowie Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele sind die Bezugszeichen der folgenden Figurenbeschreibung durch die Buchstaben a bis f ergänzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, soll grundsätzlich auf die Beschreibung und/oder die Zeichnungen des ersten
Ausführungsbeispiels mit dem Buchstaben a verwiesen werden. Die Beschreibungen der weiteren Ausführungsbeispiele beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsvorrichtung, die einen Elektromotor und ein
Mehrstufengetriebe aufweist,
Fig. 2 ein Getriebeschema des Mehrstufengetriebes,
Fig. 3 ein Schaltschema für das Mehrstufengetriebe aus Fig. 1 ,
Fig. 4 ein Getriebeschema mit gestapelt angeordneten Planetenradstufen,
Fig. 5 ein Getriebeschema mit einer geänderten Anordnung einer Schalteinheit, Fig. 6 ein Getriebeschema mit einer weiteren geänderten Anordnung einer
Schalteinheit,
Fig. 7 ein Getriebeschema mit einer Planetenradstufe, die einen
Doppelplanetenradsatz aufweist, und
Fig. 8 ein Getriebeschema mit einer Planetenradstufe, die einen
Doppelplanetenradsatz aufweist, und einer geänderten Anordnung einer
Schalteinheit. Figur 1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung ist für einen elektromotorischen Antrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Das Kraftfahrzeug kann grundsätzlich als ein reines Elektrofahrzeug ausgebildet sein. Die
Antriebsvorrichtung ist rein für den elektromotorischen Antrieb vorgesehen. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Antriebsvorrichtung mit einer zweiten Antriebsvorrichtung für einen verbrennungsmotorischen Antrieb kombiniert wird. Beispielsweise kann die vorgeschlagene Antriebsvorrichtung, die für den elektromotorischen Antrieb vorgesehen ist, auf eine erste Antriebsachse des Kraftfahrzeugs wirken, während die
Antriebsvorrichtung, die für den verbrennungsmotorischen Antrieb vorgesehen ist, auf eine zweite Antriebsachse des Kraftfahrzeugs wirkt. Wird die vorgeschlagene
Antriebsvorrichtung mit einer verbrennungsmotorischen Antriebsvorrichtung kombiniert, ist es auch denkbar, dass das Kraftfahrzeug ein zusätzliches Summier- und/oder
Auswahlgetriebe aufweist, das den beiden Antriebsvorrichtungen nachgeschaltet ist und das dazu vorgesehen ist, beide Antriebsvorrichtungen an eine einzige Antriebsachse anzubinden.
Die Antriebsvorrichtung umfasst einen Elektromotor 10a, einen Achsantrieb 11a und ein zwischen dem Elektromotor 10a und dem Achsantrieb 1 1a angeordnetes
Mehrstufengetriebe 12a (vgl. Figur 2). Der Elektromotor 10a kann eine permanenterregte Synchronmaschine oder eine permanenterregte Asynchronmaschine sein. Das
Mehrstufengetriebe 12a ist zumindest konstruktiv zur Schaltung von genau drei unterschiedlich übersetzten Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a vorgesehen. Das Mehrstufengetriebe 12a weist genau drei Planetenradstufen Pi a, P2a, P3a auf. Das Mehrstufengetriebe 12a weist eine Hauptrotationsachse auf, zu der die erste
Planetenradstufe Pia, die zweite Planetenradstufe P2a und die dritte Planetenradstufe P3a angeordnet sind. Das Mehrstufengetriebe 12a ist konstruktiv dazu vorgesehen, genau drei unterschiedlich übersetzte Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a zu schalten. Eine Anzahl der tatsächlich verwendeten Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a kann in Abhängigkeit von einer Betriebsstrategie eingeschränkt sein, beispielsweise elektronisch durch eine entsprechend programmierte Steuer- und Regeleinheit.
Das Mehrstufengetriebe 12a weist genau drei Schalteinheiten S1a, S2a, S3a auf, die zur Schaltung der Vorwärtsgetriebegänge V1 a, V2a, V3a vorgesehen sind. Das
Mehrstufengetriebe 12a weist ein Getriebegehäuse 15a auf, dass die Planetenradstufen Pi a, P2a, P3a und die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a aufnimmt. Die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a sind wirkungsmäßig innerhalb eines durch die Planetenradstufen Pia, P2a, P3a ausgebildeten Zahnradsatzes angeordnet, d.h. die Schalteinheiten S1 a, S2a, S3a sind dazu vorgesehen, unterschiedliche Wirkverbindungen zwischen den Planetenradstufen Pi a, P2a, P3a untereinander und dem Getriebegehäuse 15a herzustellen.
Das in Figur 3 dargestellte Schaltschema zeigt, wie durch Schließen der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a die Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a geschaltet werden. Die
Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a werden jeweils durch Schließen von zwei der insgesamt drei Schalteinheiten S1 a, S2a, S3a geschaltet. Eine Lastschaltung zwischen zwei der Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a ist dabei insbesondere immer dann möglich, wenn in einem Schaltvorgang höchstens eine der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a geschlossen wird und/oder höchstens eine der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a geöffnet wird, d.h. wenn ein Leistungsfluss von einer der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a an eine andere der Schalteinheiten S1 a, S2a, S3a übergeben wird oder wenn ein Schaltzustand von lediglich einer der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a verändert wird. Die drei
Vorwärtsgetriebegänge V1a, V2a, V3a sind untereinander vollständig lastschaltbar.
Das Mehrstufengetriebe 12a verbindet den Elektromotor 10a mit dem Achsantrieb 11a des Kraftfahrzeugs. Mittels des Mehrstufengetriebes 12a kann ein
Übersetzungsverhältnis zwischen dem Elektromotor 10a und dem Achsantrieb 11 a verändert werden. Das Mehrstufengetriebe 12a weist ein Getriebeeingangselement 13a auf, das dazu vorgesehen ist, das von dem Elektromotor 10a abgegebene
Antriebsmoment in das Mehrstufengetriebe 12a einzuleiten. Der Elektromotor 10a umfasst einen Rotor, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel permanent drehfest mit dem Getriebeeingangselement 13a verbunden ist. Das Getriebeeingangselement 13a kann unterschiedlich ausgebildet sein, wie beispielsweise als eine Welle oder als ein Flansch.
Weiter weist das Mehrstufengetriebe 12a ein Getriebeausgangselement 14a auf, das dazu vorgesehen ist, ein Antriebsmoment aus dem Mehrstufengetriebe 12a auszuleiten. Der Achsantrieb 11a weist ein Verteilergetriebe auf, dessen Eingang permanent drehfest mit dem Getriebeausgangselement 14a verbunden ist. Dem Getriebeausgangselement 14a können unterschiedliche Module nachgeschaltet werden, mittels derer das aus dem Mehrstufengetriebe 12a ausgeleitete Moment auf die Antriebsräder verteilt werden kann, wie beispielsweise ein Allradantriebsmodul, das das Antriebsmoment auf zwei
verschiedene Antriebsachsen verteilt. Das Getriebeausgangselement 14a kann unterschiedlich ausgebildet sein, wie beispielsweise als eine Welle, als ein Stirnrad oder als ein Ritzel. Insbesondere auch denkbar ist, dass das Getriebeausgangselement 14a permanent drehfest mit einer Achswelle und/oder einem Antriebsrad verbunden ist.
Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug zwei der Antriebsvorrichtungen aufweisen, die jeweils direkt auf ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs wirken.
Das Getriebeeingangselement 13a und das Getriebeausgangselement 14a sind koaxial zu der Hauptrotationsachse angeordnet. Das Getriebeeingangselement 13a definiert eine dem Elektromotor 10a zugewandte Seite. Für das Getriebeausgangselement 14a sind in axialer Richtung grundsätzlich unterschiedliche Anordnungen denkbar. In dem
dargestellten Mehrstufengetriebe 12a sind die Planetenradstufen Pi a, P2a, P3a zwischen dem Getriebeeingangselement 13a und dem Getriebeausgangselement 14a angeordnet. Grundsätzlich ist eine Umordnung der Planetenradstufen Pi a, P2a, P3a möglich, bei der das Getriebeausgangselement 14a zwischen zwei der Planetenradstufen Pi a, P2a, P3a angeordnet ist. Die Planetenradstufen Pia, P2a, P3a sind in axialer Richtung
hintereinander angeordnet. Zur Umgestaltung des Mehrstufengetriebes 12a ist es möglich, eine Reihenfolge der Planetenradstufen Pi a, P2a, P3a entlang der
Hauptrotationsachse zu ändern. Das Mehrstufengetriebe 12a weist drei Ebenen auf, in denen die Planetenradstufen Pi a, P2a, P3a angeordnet sind. Eine Nummerierung der Ebene entspricht einer Reihenfolge der Ebenen, die im Folgenden auf das
Getriebeeingangselement 13a bezogen ist. Die erste Ebene weist einen kleineren Abstand zu dem Elektromotor 10a auf als die dritte Ebene.
Die erste Planetenradstufe Pi a ist entlang der Hauptrotationsachse in der ersten Ebene angeordnet. Die erste Planetenradstufe Pi a weist einen Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein Sonnenrad P1 1 a, ein Hohlrad P13a und einen Planetenradträger P12a. Der Planetenradträger P12a führt Planetenräder P14a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P14a kämmen mit dem Sonnenrad P1 1 a und mit dem Hohlrad P13a. Die Planetenräder P14a sind drehbar auf dem Planetenradträger P12a gelagert.
Die zweite Planetenradstufe P2a ist entlang der Hauptrotationsachse in der zweiten Ebene angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P2a ist entlang der Hauptrotationsachse auf einer dem Getriebeeingangselement 13a abgewandten Seite der ersten
Planetenradstufe Pi a angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P2a weist einen
Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein Sonnenrad P21 a, ein Hohlrad P23a und einen Planetenradträger P22a. Der Planetenradträger P22a führt Planetenräder P24a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P24a kämmen mit dem Sonnenrad P21 a und mit dem Hohlrad P23a. Die Planetenräder P24a sind drehbar auf dem Planetenradträger P22a gelagert. Die dritte Planetenradstufe P3a ist entlang der Hauptrotationsachse in der dritten Ebene angeordnet. Die dritte Planetenradstufe P3a ist entlang der Hauptrotationsachse auf einer dem Getriebeeingangselement 13a abgewandten Seite der zweiten Planetenradstufe P2a angeordnet. Die dritte Planetenradstufe P3a weist einen Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein Sonnenrad P31a, ein Hohlrad P33a und einen Planetenradträger P32a. Der Planetenradträger P32a führt Planetenräder P34a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P34a kämmen mit dem Sonnenrad P31a und mit dem Hohlrad P33a. Die Planetenräder P34a sind drehbar auf dem Planetenradträger P32a gelagert.
Zwei der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a sind als Bremsen ausgebildet. Die als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S1a, S2a weisen jeweils ein drehbar gelagertes
Kopplungselement S11 a, S21a und ein gehäusefest angeordnetes Kopplungselement S12a, S22a auf. Die Schalteinheiten S1 a, S2a sind jeweils dazu vorgesehen, ihr drehbar gelagertes Kopplungselement S11 a, S21a drehfest mit dem Getriebegehäuse 15a zu verbinden. Jedes der drehbar gelagerten Kopplungselemente S11a, S21 a der
Schalteinheiten S1a, S2a ist mit zumindest einem der Sonnenräder P1 1a, P21 a, P31a, einem der Planetenradträger P12a, P22a, P32a und/oder einem der Hohlräder P13a, P23a, P33a permanent drehfest verbunden. Die gehäusefest angeordneten
Kopplungselemente S12a, S22a der Schalteinheiten S1a, S2a sind permanent drehfest mit dem Getriebegehäuse 15a verbunden.
Die verbleibende Schalteinheit S3a ist als Kupplung ausgebildet. Die als Kupplung ausgebildete Schalteinheit S3a weist ein erstes drehbar gelagertes Kopplungselement S31a und ein zweites drehbar gelagertes Kopplungselement S32a auf. Die Schalteinheit S3a ist dazu vorgesehen, ihre beiden Kopplungselemente S3 a, S32a drehfest miteinander zu verbinden. Jedes der Kopplungselemente S31a, S32a der Schalteinheit S3a ist mit zumindest einem der Sonnenräder P a, P21a, P31a, einem der
Planetenradträger P12a, P22a, P32a und/oder einem der Hohlräder P13a, P23a, P33a permanent drehfest verbunden.
Zur Verbindung der Planetenradstufen P a, P2a, P3a untereinander und mit den
Kopplungselementen S1 1a, S12a, S21a, S22a, S31a, S32a umfasst das
Mehrstufengetriebe 12a eine Mehrzahl von Getriebeelementen 16a, 17a, 18a, 19a. Die Getriebeelemente 16a, 17a, 18a, 19a sind dazu vorgesehen, Drehmomente und/oder Drehbewegungen innerhalb des durch die Planetenradstufen Pia, P2a, P3a
ausgebildeten Zahnradsatzes abzustützen und/oder zu übertragen. Jedes der Getriebeelemente 16a, 17a, 18a, 19a verbindet zumindest zwei der Sonnenräder P 1a, P21a, P31 a, Planetenradträger P12a, P22a, P32a, Hohlräder P13a, P23a, P33a, und/oder Kopplungselemente S11a, S 2a, S21a, S22a, S31 a, S32a permanent drehfest miteinander oder stützt zumindest eines der Sonnenräder P1 1a, P21a, P31a,
Planetenradträger P12a, P22a, P32a und/oder Hohlräder P13a, P23a, P33a permanent gegen das Getriebegehäuse 15a ab.
Das Getriebeeingangselement 13a bildet eine Getriebeeingangswelle aus, die das Getriebeeingangselement 13a und das Sonnenrad P11a der ersten Planetenradstufe Pia drehfest miteinander verbindet. Die durch das Getriebeeingangselement 13a ausbildete Getriebeeingangswelle ist eingangsseitig an das Sonnenrad P1 1a angebunden.
Das Getriebeausgangselement 14a bildet eine Getriebeausgangswelle aus, die das Getriebeausgangselement 14a, den Planetenradträger P32a der dritten Planetenradstufe P3a und das erste Kopplungselement S31a der dritten Schalteinheit S3a permanent drehfest miteinander verbindet. Die durch das Getriebeausgangselement 14a
ausgebildete Getriebeausgangswelle ist als der Planetenradträger P32a durch die dritte Planetenradstufe P3a hindurchgeführt.
Das Getriebeelement 16a bildet eine Zwischenwelle aus, die den Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a, das erste Kopplungselement S11a der erste
Schalteinheit S1a und das Hohlrad P33a der dritten Planetenradstufe P3a permanent drehfest miteinander verbindet. Die durch das Getriebeelement 16a ausgebildete
Zwischenwelle umschließt insbesondere die zweite Planetenradstufe P2a.
Das Getriebeelement 17a bildet eine Zwischenwelle aus, die den Planetenradträger P12a der ersten Planetenradstufe Pia und das Sonnenrad P31 a der dritten Planetenradstufe P3a permanent drehfest miteinander verbindet. Die durch das Getriebeelement 17a ausgebildete Zwischenwelle durchsetzt die zweite Planetenradstufe P2a.
Das Getriebeelement 18a bildet eine Anbindung aus, die das Hohlrad P23a der zweiten Planetenradstufe P2a und das zweite Kopplungselement S32a der dritten Schalteinheit S3a permanent drehfest miteinander verbindet.
Das Getriebeelement 19a bildet eine Zwischenwelle aus, die das Hohlrad P13a der ersten Planetenradstufe Pia, das erste Kopplungselement S21a der zweiten Schalteinheit S2a und das Sonnenrad P21a der zweiten Planetenradstufe P2a permanent drehfest miteinander verbindet. Die durch das Getriebeelement 19a ausgebildete Zwischenwelle ist zwischen den Planetenradstufen Pi a, P2a radial nach innen geführt.
Die erste Schalteinheit S1 a ist in Höhe der zweiten Planetenradstufe P2a angeordnet. Indem das erste Kopplungselement S1 1 a der ersten Schalteinheit S1 a an das als
Zwischenwelle ausgebildete Getriebeelement 16a angebunden ist, kann eine Position der Schalteinheit S1a grundsätzlich entlang der Hauptrotationsachse variiert werden. Die erste Schalteinheit S1 a ist dazu vorgesehen, den Planetenradträger P22a der zweiten Planetenradstufe P2a und das Hohlrad P33a der dritten Planetenradstufe P3a
gehäusefest anzuordnen.
Die zweite Schalteinheit S2a ist in Höhe der ersten Planetenradstufe Pi a angeordnet. Die zweite Schalteinheit S2a ist dazu vorgesehen, das Hohlrad P13a der ersten
Planetenradstufe Pi a und das Sonnenrad P21 a der zweiten Planetenradstufe P2a gehäusefest anzuordnen.
Die dritte Schalteinheit S3a ist zwischen der zweiten Planetenradstufe P2a und der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet. Die dritte Schalteinheit S3a ist dazu vorgesehen, das Hohlrad P23a der zweiten Planetenradstufe P2a und den Planetenradträger P32a der dritten Planetenradstufe P3a drehfest miteinander zu verbinden. Ist die Schalteinheit S3a geöffnet, ist das Hohlrad P23a der zweiten Planetenradstufe P2a frei drehbar. Durch das frei drehbare Hohlrad P23a ist die zweite Planetenradstufe P2a von der ersten
Planetenradstufe Pi a und der dritten Planetenradstufe P3a entkoppelt. Die dritte
Schalteinheit S3a ist dazu vorgesehen, die zweite Planetenradstufe P2a von der ersten Planetenradstufe Pi a und der dritten Planetenradstufe P2a zu entkoppeln. Grundsätzlich ist auch eine andere räumliche Anordnung der Schalteinheiten S1 a, S2a, S3a möglich.
Die Schalteinheiten S1a, S2a sind außenliegend ausgeführt, d.h. eine
Betätigungsmittelversorgung der Schalteinheiten S1 a, S2a ist ohne Durchführung von Betriebsmittelleitungen durch ein drehbar gelagertes Bauteil realisierbar. Die Schalteinheit S3a ist innenliegend ausgeführt, d.h. die Betätigungsmittelversorgung der Schalteinheit S3a erfordert eine Betriebsmitteldurchführung durch ein drehbar gelagertes Bauteil.
Sämtliche Schalteinheiten S1 a, S2a, S3a sind hydraulisch betätigt.
In der beschriebenen Ausgestaltung weist der Achsantrieb 1 1 a das Differentialgetriebe auf, dessen Abtriebe koaxial zu der Hauptrotationsachse des Mehrstufengetriebes 12a angeordnet sind. In der beschriebenen Ausgestaltung umfasst der Achsantrieb 1 1 a zudem zwei Achswellen zum Antrieb der Antriebsräder einer Antriebsachse. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Achsantrieb 1 a eine Hauptrotationsachse auf, die koaxial zu der Hauptrotationsachse des ehrstufengetriebes 12a angeordnet ist.
Vorzugsweise durchsetzt eine der Achswellen zumindest das Getriebeeingangselement 13a und den Elektromotor 10a. Insbesondere ist es möglich, den Achsantrieb 1 1 a zumindest teilweise in das Mehrstufengetriebe 12a zu integrieren. Eine Schachtelung des Mehrstufengetriebes 12a und des Achsantriebs 1 1 a hängt insbesondere von einer Position des Differentialgetriebes entlang der Hauptrotationsachse des
Mehrstufengetriebes 12a ab. Ist das Differentialgetriebe zwischen dem
Getriebeeingangselement 13a und dem Getriebeausgangselement 14a angeordnet, durchsetzt eine der Achswellen das Getriebeeingängselement 13a und den Elektromotor 10a, während die andere Achswelle das Getriebeausgangselement 14a durchsetzt. Ist das Differentialgetriebe des Achsantriebs 1 1 a getriebeausgangsseitig angeordnet, durchsetzt vorzugsweise eine der Achswellen das Getriebeausgangselement 14a, das Getriebeeingangselement 13a und den Elektromotor 10a. Auch in einer Ausgestaltung, in der der Achsantrieb 1 1 a für eine direkte Anbindung von lediglich einem Antriebsrad vorgesehen ist, ist es denkbar, das Getriebeausgangselement 14a in Form einer
Innenwelle durch das Getriebeeingangselement 13a und den Elektromotor 10a hindurchzuführen, wodurch der Elektromotor 10a zwischen dem Antriebsrad und dem Mehrstufengetriebe 12a angeordnet ist.
Figur 4 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel ein Getriebeschema eines
Mehrstufengetriebes 12b für eine Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Achsantrieb. Das Mehrstufengetriebe 12b ist zumindest konstruktiv zur Schaltung von drei Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen. Das Getriebeschema ist strukturell gleich wie das des vorangegangenen Ausführungsbeispiels.
Das Mehrstufengetriebe 12b umfasst ein Getriebeeingangselement 13b zur drehfesten Anbindung des Elektromotors und ein Getriebeausgangselement 14b zur drehfesten Anbindung des Achsantriebs. Zudem umfasst das Mehrstufengetriebe 12b einen
Zahnradsatz mit einer ersten Planeten radstufe P1 b, einer zweiten Planetenradstufe P2b und einer dritten Planetenradstufe P3b, die jeweils ein Sonnenrad P1 1 b, P21 b, P31 b, ein Hohlrad P13b, P23b, P33b und einen Planetenradträger P12b, P22b, P32b, welcher Planetenräder P14b, P24b, P34b in einer Kreisbahn um das entsprechende Sonnenrad P1 1 b, P21 b, P31 b führt, aufweisen. Weiter umfasst das Mehrstufengetriebe 12b drei Schalteinheiten S1 b, S2b, S3b, die jeweils zwei Kopplungselemente S1 1 b, S12b, S21 b, S22b, S31 b, S32b aufweisen. Zur Übertragung von Leistungsflüssen zwischen den Planetenradstufen P1 b, P2b, P3b und/oder zur Abstützung gegen ein Getriebegehäuse 15b umfasst das Mehrstufengetriebe 12b eine Mehrzahl von Getriebeelementen 16b, 17b, 18b, 19b.
Das Mehrstufengetriebe 12b unterscheidet sich insbesondere in einer Anordnung der Planetenradstufen P1 b, P2b, P3b von dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel. Das Mehrstufengetriebe 12b weist zwei Ebenen auf, in denen die Planetenradstufen P1 b, P2b, P3b angeordnet sind. Die Planetenradstufen P b, P2b sind gestapelt angeordnet. Die Planetenradstufe P3b ist in der zweiten Ebene angeordnet.
Die Planetenradstufe P1 b ist radial innerhalb der Planetenradstufe P2b angeordnet. Das Hohlrad P13b der ersten Planetenradstufe P1 b und das Sonnenrad P21 b der zweiten Planetenradstufe P2b können einstückig ausgeführt sein. Die Schalteinheiten S1 b, S2b sind eingangsseitig der Planetenradstufen P1 b, P2b angeordnet. Die Schalteinheit S3b ist im Bereich der dritten Planetenradstufe P3b angeordnet. Alle Schalteinheiten S1 b, S2b, S3b sind außenliegend ausgeführt.
Figur 5 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel ein Getriebeschema eines
Mehrstufengetriebes 12c für eine Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Achsantrieb. Das Mehrstufengetriebe 12c ist zumindest konstruktiv zur Schaltung von drei Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen. Das Getriebeschema unterscheidet sich strukturell von dem der Figur 1 , ist jedoch kinematisch äquivalent.
Das Mehrstufengetriebe 12c umfasst ein Getriebeeingangselement 13c zur drehfesten Anbindung des Elektromotors und ein Getriebeausgangselement 14c zur drehfesten Anbindung des Achsantriebs. Zudem umfasst das Mehrstufengetriebe 12c einen
Zahnradsatz mit einer ersten Planetenradstufe P1 c, einer zweiten Planetenradstufe P2c und einer dritten Planetenradstufe P3c, die jeweils ein Sonnenrad P1 1c, P21c, P31c, ein Hohlrad P13c, P23c, P33c und einen Planetenradträger P12c, P22c, P32c, welcher Planetenräder P14c, P24c, P34c in einer Kreisbahn um das entsprechende Sonnenrad P11c, P21c, P31c führt, aufweisen. Weiter umfasst das Mehrstufengetriebe 12c drei Schalteinheiten Sic, S2c, S3c, die jeweils zwei Kopplungselemente S11c, S12c, S21c, S22c, S31 c, S32c aufweisen. Zur Übertragung von Leistungsflüssen zwischen den Planetenradstufen P1c, P2c, P3c und/oder zur Abstützung gegen ein Getriebegehäuse 15c umfasst das Mehrstufengetriebe 12c eine Mehrzahl von Getriebeelementen 6'c, 16"c, 17c, 19c. Das ehrstufengetriebe 12c unterscheidet sich insbesondere in einer Anordnung der Schalteinheit S3c, die zur Entkopplung der zweiten Planetenradstufe P2c vorgesehen ist, von dem des ersten Ausführungsbeispiels. Das Getriebeausgangselement 1 c bildet eine Getriebeausgangswelle aus, die das Getriebeausgangselement 14c, den
Planetenradträger P32c der dritten Planetenradstufe P3c und das Hohlrad P23c der zweiten Planetenradstufe P2c permanent drehfest miteinander verbindet. Das
Getriebeelement 16'c bildet eine Zwischenwelle aus, die das Hohlrad P33c der dritten Planetenradstufe P3c, das erste Kopplungselement S1 c der ersten Schalteinheit Si c und das zweite Kopplungselement S32c der dritten Schalteinheit S3c permanent drehfest miteinander verbindet. Das Getriebeelement 16"c bildet eine Anbindung aus, die das erste Kopplungselement S31 c der dritten Schalteinheit S3c und den Planetenradträger P22c der zweiten Planetenradstufe P2c drehfest miteinander verbindet. Die Schalteinheit S3c ist dazu vorgesehen, die zweite Planetenradstufe P2c an die dritte Planetenradstufe P3c anzubinden. Ist die Schalteinheit S3c geöffnet, ist die Planetenradstufe P2c von den Planetenradstufe P1 c, P3c entkoppelt.
Figur 6 zeigt als viertes Ausführungsbeispiel ein Getriebeschema eines
Mehrstufengetriebes 12d für eine Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Achsantrieb. Das Mehrstufengetriebe 12d ist zumindest konstruktiv zur Schaltung von drei Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen. Das Getriebeschema unterscheidet sich strukturell von dem der Figur 1 , ist jedoch kinematisch äquivalent.
Das Mehrstufengetriebe 12d umfasst ein Getriebeeingangselement 13d zur drehfesten Anbindung des Elektromotors und ein Getriebeausgangselement 14d zur drehfesten Anbindung des Achsantriebs. Zudem umfasst das Mehrstufengetriebe 12d einen
Zahnradsatz mit einer ersten Planetenradstufe P1d, einer zweiten Planetenradstufe P2d und einer dritten Planetenradstufe P3d, die jeweils ein Sonnenrad P1 1 d, P21d, P31 d, ein Hohlrad P13d, P23d, P33d und einen Planetenradträger P12d, P22d, P32d, welcher Planetenräder P14d, P24d, P34d in einer Kreisbahn um das entsprechende Sonnenrad P1 1 d, P21 d, P31d führt, aufweisen. Weiter umfasst das Mehrstufengetriebe 12d drei Schalteinheiten S1 d, S2d, S3d, die jeweils zwei Kopplungselemente S1 1 d, S12d, S21d, S22d, S31 d, S32d aufweisen. Zur Übertragung von Leistungsflüssen zwischen den Planetenradstufen P1 d, P2d, P3d und/oder zur Abstützung gegen ein Getriebegehäuse 15d umfasst das Mehrstufengetriebe 12d eine Mehrzahl von Getriebeelementen 16d, 17d, 19'd, 19"d. Das Getriebeausgangselement 14d ist als eine Getriebeausgangswelle ausgebildet, die das Getriebeausgangselement 14d, den Planetenradträger P32d der dritten
Planetenradstufe P3d und das Hohlrad P23d der zweiten Planetenradstufe P2d permanent drehfest miteinander verbindet. Das Getriebeelement 16d ist als eine
Zwischenwelle ausgebildet, die den Planetenradträger P22d der zweiten Planetenradstufe P2d, das erste Kopplungselement S11d der ersten Schalteinheit S1d und das Hohlrad P33d der dritten Planetenradstufe P3d permanent drehfest miteinander verbindet. Das Getriebeelement 19'd ist als eine Anbindung ausgebildet, die das Hohlrad P13d der ersten Planetenradstufe P1d, das erste Kopplungselement S21d der zweiten
Schalteinheit S2d und das zweite Kopplungselement S32d der dritten Schalteinheit S3d permanent drehfest miteinander verbindet. Das Getriebeelement 19"d ist als eine
Anbindung oder Zwischenwelle ausgebildet, die das erste Kopplungselement S31d der dritten Schalteinheit S3d und das Sonnenrad P21d der zweiten Planetenradstufe P2d permanent drehfest miteinander verbindet.
Figur 7 zeigt als fünftes Ausführungsbeispiel ein Getriebeschema eines
Mehrstufengetriebes 12e für eine Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Achsantrieb. Das Mehrstufengetriebe 12e ist zumindest konstruktiv zur Schaltung von drei Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen. Das Getriebeschema unterscheidet sich strukturell von dem der Figur 1 , ist jedoch kinematisch äquivalent.
Das Mehrstufengetriebe 12e umfasst ein Getriebeeingangselement 13e zur drehfesten Anbindung des Elektromotors und ein Getriebeausgangselement 14e zur drehfesten Anbindung des Achsantriebs. Zudem umfasst das Mehrstufengetriebe 12e einen
Zahnradsatz mit einer ersten Planetenradstufe P1e, einer zweiten Planetenradstufe P2e und einer dritten Planetenradstufe P3e, die jeweils ein Sonnenrad P1 e, P21e, P31e, ein Hohlrad P13e, P23e, P33e und einen Planetenradträger P12e, P22e, P32e, welcher Planetenräder P14e, P24e, P25e, P34e in einer Kreisbahn um das entsprechende Sonnenrad P1 1e, P21e, P31e führt, aufweisen. Weiter umfasst das Mehrstufengetriebe 12e drei Schalteinheiten Sie, S2e, S3e, die jeweils zwei Kopplungselemente S11e, S12e, S21e, S22e, S31 e, S32e aufweisen. Zur Übertragung von Leistungsflüssen zwischen den Planetenradstufen P1e, P2e, P3e und/oder zur Abstützung gegen ein Getriebegehäuse 15e umfasst das Mehrstufengetriebe 12e eine Mehrzahl von Getriebeelementen 16e, 17e, 19'e, 19"e.
Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Planetenradträger P22e der zweiten Planetenradstufe P2e als ein Doppelplanetenradträger ausgeführt. Die ersten Planetenräder P24e der Planetenradstufe P2e kämmen mit dem Sonnenrad P21e und den zweiten Planetenräder P25e. Die zweiten Planetenräder P25e kämmen mit den ersten Planetenräder P24e und dem Hohlrad P23e.
Durch die Ausbildung des Planetenradträgers P22e als Doppelplanetenradträger weist die zweite Planetenradstufe P2e ein Übersetzungsverhältnis mit umgekehrten Vorzeichen auf. Um ein Vorzeichen eines Übersetzungsverhältnisses zwischen dem
Getriebeeingangselement 13e und dem Getriebeausgangselement 14e zu erhalten, weisen der zweiten Planetenradträger P22e und das zweite Hohlrad P23e umgekehrte Anbindungen auf. Das Getriebeausgangselement 14e bildet eine Getriebeausgangswelle aus, die das Getriebeausgangselement 14e, den Planetenradträger P32e der dritten Planetenradstufe P3e und den Planetenradträger P22e der zweiten Planetenradstufe P2e permanent drehfest miteinander verbindet. Das Getriebeelement 16e bildet eine
Zwischenwelle aus, die das Hohlrad P23e der zweiten Planetenradstufe P2e, das erste Kopplungselement S11e der ersten Schalteinheit Sie und das Hohlrad P33e der dritten Planetenradstufe P3e permanent drehfest miteinander verbindet. Das Getriebeelement 19'e ist als eine Anbindung ausgebildet, die das Hohlrad P13e der ersten
Planetenradstufe P1e, das erste Kopplungselement S21e der zweiten Schalteinheit S2e und das zweite Kopplungselement S32e der dritten Schalteinheit S3e permanent drehfest miteinander verbindet. Das Getriebeelement 19"e ist als eine Anbindung oder
Zwischenwelle ausgebildet, die das erste Kopplungselement S31e der dritten
Schalteinheit S3e und das Sonnenrad P21e der zweiten Planetenradstufe P2e permanent drehfest miteinander verbindet.
Die Schalteinheit S3e ist dazu vorgesehen, die zweite Planetenradstufe P2e über das Sonnenrad P21e von den restlichen Planetenradstufen P1e, P3e zu entkoppeln.
Alternativ zu der dargestellten Ausführung kann die dritte Schalteinheit S3e auch zwischen den Planetenradträger P22e, P32e oder den Hohlrädern P23e, P33e
angeordnet werden.
Figur 8 zeigt als sechstes Ausführungsbeispiel ein Getriebeschema eines
Mehrstufengetriebes 12f für eine Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Achsantrieb. Das Mehrstufengetriebe 2f ist zumindest konstruktiv zur Schaltung von drei Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen. Das Getriebeschema entspricht strukturell dem des fünften Ausführungsbeispiels. Das Mehrstufengetriebe 12f umfasst ein Getriebeeingangselement 13f zur drehfesten Anbindung des Elektromotors und ein Getriebeausgangselement 14f zur drehfesten Anbindung des Achsantriebs. Zudem umfasst das Mehrstufengetriebe 12f einen
Zahnradsatz mit einer ersten Planetenradstufe P1f, einer zweiten Planetenradstufe P2f und einer dritten Planetenradstufe P3f, die jeweils ein Sonnenrad P1 1f, P21f, P31f, ein Hohlrad P13f, P23f, P33f und einen Planetenradträger P12f, P22f, P32f, welcher
Planetenräder P14f, P24f, P24f, P34f in einer Kreisbahn um das entsprechende
Sonnenrad P1 1f, P21f, P31f führt, aufweisen. Weiter umfasst das Mehrstufengetriebe 12f drei Schalteinheiten S1f, S2f, S3f, die jeweils zwei Kopplungselemente S1 1f, S12f, S21f, S22f, S31f, S32f aufweisen. Zur Übertragung von Leistungsflüssen zwischen den
Planetenradstufen P1f, P2f, P3f und/oder zur Abstützung gegen ein Getriebegehäuse 15f umfasst das Mehrstufengetriebe 12f eine Mehrzahl von Getriebeelementen 16f, 17f, 19'f, 19"f.
Die zweite Planetenradstufe P2f und die dritte Planetenradstufe P3f sind teilweise einstückig ausgeführt. Das Hohlrad P23f der zweiten Planetenradstufe P2f und das Hohlrad P33f der dritten Planetenradstufe P3f sind einstückig ausgeführt. Die zweiten Planetenräder P25f der zweiten Planetenradstufe P2f und die Planetenräder P34f der dritten Planetenradstufe P3f sind einstückig ausgeführt. Die einstückig ausgeführten Planetenräder P25f, P34f weisen eine gemeinsame Außenverzahnung auf, die mit dem gemeinsamen Hohlrad P23f, P33f kämmt. Zur Ausbildung der zwei Planetenradstufen P2f, P3f weisen die einstückig ausgeführten Planetenräder P25f, P34f eine gestufte Innenverzahnung auf, deren ersten Teil mit den ersten Planetenräder P24f der zweiten Planetenradstufe P2f und deren zweiter Teil mit dem Sonnenrad P31f der dritten
Planetenradstufe P3f kämmt.
Bezugszeichenliste
10 Elektromotor
11 Achsantrieb
12 Mehrstufengetriebe
13 Getriebeeingangselement
14 Getriebeausgangselement
15 Getriebegehäuse
16 Getriebeelement
16' Getriebeelement
16" Getriebeelement
17 Getriebeelement
18 Getriebeelement
19 Getriebeelement
19' Getriebeelement
19" Getriebeelement
P1 Planetenradstufe
P11 Sonnenrad
P12 Planetenradträger
P13 Hohlrad
P14 Planetenräder
P2 Planetenradstufe
P21 Sonnenrad
P22 Planetenradtäger
P23 Hohlrad
P24 Planetenräder
P25 Planetenräder
P3 Planetenrastufe
P31 Sonnenrad
P32 Planetenradträger
P33 Hohlrad P34 Planetenräder
51 Schalteinheit
511 Kopplungselement
512 Kopplungselement
52 Schalteinheit
521 Kopplungselement
522 Kopplungselement
53 Schalteinheit
531 Kopplungselement
532 Kopplungselement V1 Vorwärtsgetriebegang V2 Vorwärtsgetriebegang V3 Vorwärtsgetriebegang

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Elektromotor (10a-f), mit zumindest einem Achsantrieb (1 1 a-f) und einem zwischen dem Elektromotor (10a-f) und dem Achsantrieb (1 1 a-f) angeordneten, konstruktiv zur Schaltung von drei Vorwärtsgetriebegängen (V1a-f, V2a-f, V3a-f) vorgesehenen Mehrstufengetriebe (12a-f), das drei wirkungsmäßig miteinander verbundene Planetenradstufen (P1a-f, P2a-f, P3a-f) mit jeweils einem Sonnenrad (P11a-f, P21 a-f, P31a-f), einem Hohlrad (P13a-f, P23a-f, P33a-f) und einem
Planetenradträger (P12a-f, P22a-f, P32a-f), drei Schalteinheiten (S1 a-f, S2a-f, S3a- f) mit jeweils zwei drehfest miteinander verbindbaren Kopplungselementen (S11a-f, S12a-f, S21 a-f, S22a-f, S31a-f, S32a-f), ein Getriebeeingangselement (13a-f) zur drehfesten Anbindung des Elektromotors (10a-f) und ein Getriebeausgangselement (14a-f) zu drehfesten Anbindung des Achsantriebs (11a-f) aufweist, wobei das Getriebeeingangselement (13a-f) permanent drehfest mit dem Sonnenrad (P11 a-f) der ersten Planetenradstufe (P1a-f) verbunden ist, das Getriebeausgangselement (14a-f) permanent drehfest mit dem Planetenradträger (P32a-f) der dritten
Planetenradstufe (P3a-f) verbunden ist und der Planetenradträger (P12a-f) der ersten Planetenradstufe (P1a-f) und das Sonnenrad (P31a-f) der dritten
Planetenradstufe (P3a-f) permanent drehfest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Schalteinheit (S2a-f) dazu vorgesehen ist, das Hohlrad (P13a-f) der ersten Planetenradstufe (P1a-f) gehäusefest anzuordnen.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hohlrad (P13a-f) der ersten Planetenradstufe (P1 a-f) und das Sonnenrad (P21a-f) der zweiten Planetenradstufe (P2a-f) permanent drehfest miteinander verbunden sind oder drehfest miteinander verbindbar sind.
3. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Schalteinheit (S1 a-f) dazu vorgesehen ist, zumindest das Hohlrad (P33a-f) der dritten Planetenradstufe (P3a-f) gehäusefest anzuordnen.
4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Planetenradträger (P22a-d) der zweiten Planetenradstufe (P2a-d) und das Hohlrad (P33a-d) der dritten Planetenradstufe (P3a-d) permanent drehfest miteinander verbunden sind oder drehfest miteinander verbindbar sind.
5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hohlrad (P23a-d) der zweiten Planetenradstufe (P2a-d) und der
PInetenradträger (P32a-d) der dritten Planetenradstufe (P3a-d) permanent drehfest miteinander verbunden sind oder drehfest miteinander verbindbar sind.
6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Planetenradträger (P22e; P22f) der zweiten Planetenradstufe (P2e; P2f) und der Planetenradträger (P32e; P32f) der dritten Planetenradstufe (P3e; P3f) permanent drehfest miteinander verbunden sind.
7. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hohlrad (P23e; P23f) der zweiten Planetenradstufe (P2e; P2f) und das Hohlrad (P33e; P33f) der dritten Planetenradstufe (P3e; P3f) permanent drehfest
miteinander verbunden oder einstückig ausgeführt sind.
8. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die dritte Schalteinheit (S3a-f) dazu vorgesehen ist, die zweiten Planetenradstufe (P2a-f) von der ersten Planetenradstufe (P1 a-f) und der dritten Planetenradstufe (P2a-f) zu entkoppeln.
9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Planetenradstufe (P2e; P2f) einen Doppelplanetenradsatz aufweist.
10. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Achsantrieb (1 1 a) zumindest eine Achswelle aufweist, die das
Getriebeeingangselement (13a), das Getriebeausgangselement (14a) und/oder den Elektromotor (10a) durchsetzt.
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