WO2018188682A1 - Antriebsvorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Antriebsvorrichtung für ein kraftfahrzeug Download PDF

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Franz Kurth
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    • F16H2200/2005—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears with one sets of orbital gears

Definitions

  • the invention relates to a drive device with a transmission device for a motor vehicle.
  • DE 10 2004 026 039 A1 discloses a drive axle with an electric motor, a differential gear of a traction drive arranged coaxially therewith and a planetary gearing which is connected between the electric motor and the differential gearing.
  • the electric motor can be brought into driving connection with the differential gear of the traction drive and / or a working drive by means of a clutch device operatively connected to the planetary gearbox.
  • the object of the present invention is to develop a drive device with a transmission device for a motor vehicle.
  • a coupling is to be understood as a switching element which has at least one opened and one closed state. When opened, the clutch does not transmit any torque. Thus, the clutch transmits only in an at least partially closed state, a torque between the planet carrier of the input stage and the differential cage of the differential stage.
  • the coupling can be designed both as a load switching element, in particular as a friction clutch, as well as a form-locking switching element, in particular as a dog clutch.
  • the clutch is actuated by an actuator and disengaged and disengaged to effect an opening or closing.
  • the actuator may be mechanically, hydraulically, electromechanically, electromagnetically or pneumatically actuated, for example.
  • operatively connected is understood to mean that two elements can be connected directly to one another, or that there are further elements between two elements, for example one or more gears or shafts.
  • the input stage comprises a stepped planetary gearset having a plurality of stepped planetary gears, each stepped planetary gear having first and second gear wheels rotatably connected to each other, wherein the stepped planet gears are rotatably mounted on the planet carrier, the first gear meshing with a first sun gear and the second gear is in meshing engagement with a ring gear.
  • Two intermeshing or meshing gears are provided for transmitting torque and rotational speed from one gear to the other gear.
  • Under a gear is also a sun gear, a ring gear, a planetary gear and a tenunplanetenrad to understand.
  • the first gear is larger than the second gear formed.
  • the first sun gear is connected to the drive shaft. Consequently, the drive power of the drive motor is fed via the first sun gear in the Geretevorrich- direction.
  • the differential stage comprises a first and a second planetary gear set with a plurality of planetary gears, wherein the planetary gears of the first and second planetary gear set rotatably on the differential carrier formed as a planetary carrier each planetary gear of the first planetary gear set is in meshing engagement with a second sun gear and a respective planetary gear of the second planetary gear set, each planetary gear of the second planetary gear meshing with a third sun gear, the second sun gear being non-rotatably connected to the first output shaft, and wherein the third sun gear is non-rotatably connected to the second output shaft.
  • the differential stage is formed as a spur gear.
  • a respective spline for receiving the respective output shaft is provided on the second and third sun gear.
  • the prime mover is designed as an electric machine with a stator and a rotor.
  • the drive device for an electrical axle of a motor vehicle is provided.
  • the electrical axis can advantageously be combined with an axis driven by an internal combustion engine to form a hybrid drive.
  • the ring gear is stationary fixed to a housing and thus rotatably connected to the housing.
  • the drive shaft is arranged coaxially to the two output shafts, wherein the drive shaft is designed as a hollow shaft and the first output shaft is guided by the drive shaft.
  • the first, second and third sun gears are arranged coaxially with each other.
  • FIG. 1 shows a simplified schematic representation of a drive device according to the invention with a transmission device.
  • a drive device for a motor vehicle (not shown here) has a drive machine 1 and a transmission device 3.
  • the drive machine 1 is designed as an electric machine and has a housing-fixed stator 16 and a rotor 17 movably disposed therein.
  • the transmission device 3 is in the present case flanged to the engine 1.
  • a drive power of the engine 1 is via a drive shaft 2, which is arranged between the engine 1 and the transmission device 3, introduced into the transmission device 3.
  • a clutch 6 is effectively arranged between the engine 1 and the input stage 4 in order to decouple the transmission device 3 from the engine 1 in an opened state of the clutch 6.
  • the transmission device 3 is coupled in a closed state of the clutch 6 with the prime mover 1.
  • the transmission device 3 comprises an input stage 4 and a differential stage 5, wherein the differential stage 5 is provided to distribute the drive power of the engine 1 to a first and second output shaft 1 1 a, 1 1 b.
  • a clutch 6 is operatively disposed between the input stage 4 and the differential stage 5 to decouple the input stage 4 from the differential stage 5 and to initiate a gear shifter.
  • the input stage 4 is designed as a planetary gear and comprises a planetary carrier 9a.
  • the differential stage 5 is designed as a spur gear differential and comprises a planetary carrier designed as a differential carrier 9b.
  • the clutch 6 is arranged on and disengageable between the planet carrier 9a of the input stage 4 and the differential carrier 9b of the differential stage 5. In an open state of the clutch 6, the input stage 4 is decoupled from the differential stage 5. In contrast, the input stage 4 is coupled in a closed state of the clutch 6 with the differential stage 5.
  • the input stage 4 has a stepped planetary gearset 7 with a plurality of stepped planetary gears 8, wherein each stepped planetary gear 8 has a first and a second non-rotatably connected gearwheel 8a, 8b.
  • the first gear 8a is formed larger than the second gear 8b.
  • the stepped planet wheels 8 are rotatably arranged on the planet carrier 9a, wherein the first gear 8a is in meshing engagement with a first sun gear 10a and the second gear 8b meshes with a ring gear 14.
  • the first sun gear 10a is connected to the drive shaft 2.
  • the ring gear 14 is fixed stationarily on a housing 15.
  • the differential stage 5 has a first and a second planetary gear set 12a, 12b with a plurality of planetary gears 13a, 13b.
  • the planet gears 13a, 13b of the first and second planetary gear set 12a, 12b are rotatably disposed on the differential cage 9b.
  • Each planetary gear 13a of the first planetary gear set 12a is meshed with a second sun gear 11b and a respective planet gear 13b of the second planetary gear set 12b.
  • each planetary gear 13b of the second planetary gear set 12b meshes not only with each planetary gear 13a of the first planetary gear set 12a but also with a third sun gear 10c.
  • the second sun gear 10b is rotatably connected to the first output shaft 1 1 a and the third sun gear 10c is rotatably connected to the second output shaft 1 1 b.
  • the drive shaft 2 is coaxial with the two output shafts 1 1 a, 1 1 b arranged, wherein the drive shaft 2 is formed as a hollow shaft and the first output shaft 1 1 a is guided by the drive shaft 2.
  • the prime mover 1 and the input stage 4 and the differential stage 5 are arranged coaxially with each other.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebsmaschine (1), die über eine Antriebswelle (2) mit einer Getriebevorrichtung (3) wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung (3) eine Eingangsstufe (4) und eine Differentialstufe (5) aufweist, wobei die Differentialstufe (5) dazu vorgesehen ist, eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine (1) auf eine erste und zweite Abtriebswelle (11a, 11b) zu verteilen, und wobei eine Kupplung (6) zwischen der Eingangsstufe (4) und der Differentialstufe (5) wirksam angeordnet ist, um die Eingangsstufe (4) von der Differentialstufe (5) zu entkoppeln und eine Getriebeabschaltung einzuleiten, wobei die Eingangsstufe (4) als Planetengetriebe ausgebildet ist und einen Planetenträger (9a) umfasst, wobei die Differentialstufe (5) einen Differentialkorb (9b) umfasst, und wobei die Kupplung (6) ein- und ausrückbar zwischen dem Planetenträger (9a) der Eingangsstufe (4) und dem Differentialkorb (9b) der Differentialstufe (5) angeordnet ist.

Description

Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einer Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Die DE 10 2004 026 039 A1 offenbart eine Antriebsachse mit einem Elektromotor, einem koaxial dazu angeordneten Differentialgetriebe eines Fahrantriebs und einem Planetengetriebe, das zwischen den Elektromotor und das Differentialgetriebe geschaltet ist. Der Elektromotor ist mittels einer in Wirkverbindung mit dem Planetenge- triebe stehenden Kupplungseinrichtung mit dem Differentialgetriebe des Fahrantriebs und/oder einem Arbeitsantrieb in Antriebsverbindung bringbar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung mit einer Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten Figur.
Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung eine Eingangsstufe und eine Differentialstufe aufweist, wobei die Differentialstufe dazu vorgesehen ist, eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine auf eine erste und zweite Abtriebswelle zu verteilen, und wobei eine Kupplung zwischen der Eingangsstufe und der Differentialstufe wirksam angeordnet ist, um die Eingangsstufe von der Differentialstufe zu entkoppeln und dadurch eine Getriebeabschaltung einzuleiten, wobei die Eingangsstufe als Planetengetriebe ausgebildet ist und einen Planetenträger umfasst, wobei die Differentialstufe einen Diffe- rentialkorb umfasst, und wobei die Kupplung ein- und ausrückbar zwischen dem Planetenträger der Eingangsstufe und dem Differentialkorb der Differentialstufe angeordnet ist. Unter einer Kupplung ist ein Schaltelement zu verstehen, das zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweist. Im geöffneten Zustand überträgt die Kupplung kein Drehmoment. Somit überträgt die Kupplung nur in einem zumindest teilweise geschlossenen Zustand ein Drehmoment zwischen dem Planetenträger der Eingangsstufe und dem Differentialkorb der Differentialstufe. Die Kupplung kann sowohl als Lastschaltelement, insbesondere als Reibkupplung, als auch als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenkupplung ausgebildet sein. Insbesondere wird die Kupplung von einem Aktuator betätigt beziehungsweise ein- und ausgerückt, um ein Öffnen oder Schließen zu bewirken. Der Aktuator kann mechanisch, hydraulisch, elektromechanisch, elektromagnetisch oder beispielsweise auch pneumatisch betätigbar sein.
Unter dem Begriff wirkverbunden ist zu verstehen, dass zwei Elemente direkt miteinander verbunden sein können, oder sich zwischen zwei Elemente noch weitere Ele- mente befinden, beispielsweise ein oder mehrere Zahnräder oder Wellen.
Vorzugsweise weist die Eingangsstufe einen Stufenplanetenradsatz mit mehreren Stufenplanetenrädern auf, wobei jedes Stufenplanetenrad ein erstes und ein zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad aufweist, wobei die Stufenplanetenräder drehbar an dem Planetenträger angeordnet sind, wobei das erste Zahnrad mit einem ersten Sonnenrad im Zahneingriff steht und das zweite Zahnrad mit einem Hohlrad im Zahneingriff steht. Zwei miteinander kämmende oder im Zahneingriff stehende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem Zahnrad ist auch ein Son- nenrad, ein Hohlrad, ein Planetenrad sowie ein Stufenplanetenrad zu verstehen. Insbesondere ist das erste Zahnrad größer als das zweite Zahnrad ausgebildet.
Bevorzugt ist das erste Sonnenrad mit der Antriebswelle verbunden. Mithin wird die Antriebsleistung des Antriebsmotors über das erste Sonnenrad in die Getriebevorrich- tung eingespeist.
Bevorzugt umfasst die Differentialstufe einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern, wobei die Planetenräder des ersten und zweiten Planetenradsatzes drehbar an dem als Planetenträger ausgebildeten Differentialkorb angeordnet sind, wobei jedes Planetenrad des ersten Planetenradsatzes mit einem zweiten Sonnenrad und einem jeweiligen Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes im Zahneingriff steht, wobei jedes Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes mit einem dritten Sonnenrad im Zahneingriff steht, wobei das zweite Sonnenrad drehfest mit der ersten Abtriebswelle verbunden ist, und wobei das dritte Sonnenrad drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbunden ist. Somit ist die Differentialstufe als Stirnraddifferential ausgebildet. Insbesondere ist am zweiten und dritten Sonnenrad eine jeweilige Steckverzahnung zur Aufnahme der jeweiligen Abtriebswelle vorgesehen. Die Planetenräder der beiden Planetenradsätze kämmen paarweise miteinander.
Vorzugsweise ist die Antriebsmaschine als elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor ausgebildet. Insbesondere ist die Antriebsvorrichtung für eine elektrische Achse eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die elektrische Achse kann vorteilhafterweise mit einer durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Achse zu einem Hyb- ridantrieb kombiniert werden.
Bevorzugt ist das Hohlrad stationär an einem Gehäuse festgelegt und somit drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Ferner bevorzugt ist die Antriebswelle koaxial zu den beiden Abtriebswellen angeordnet, wobei die Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle durch die Antriebswelle geführt ist. Mithin sind das erste, zweite und dritte Sonnenrad koaxial zueinander angeordnet.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt. Die einzige Figur zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einer Getriebevorrichtung.
Gemäß der einzigen Figur weist eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug eine Antriebsmaschine 1 und eine Getriebevorrichtung 3 auf. Die Antriebsmaschine 1 ist als elektrische Maschine ausgebildet und weist einen gehäusefesten Stator 16 sowie einen beweglich darin angeordneten Rotor 17 auf. Die Getriebevorrichtung 3 ist vorliegend an die Antriebsmaschine 1 angeflanscht. Eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine 1 wird über eine Antriebswelle 2, die zwischen der Antriebsmaschine 1 und der Getriebevorrichtung 3 angeordnet ist, in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet.
Eine Kupplung 6 ist zwischen der Antriebsmaschine 1 und der Eingangsstufe 4 wirk- sam angeordnet, um die Getriebevorrichtung 3 in einem geöffneten Zustand der Kupplung 6 von der Antriebsmaschine 1 zu entkoppeln. Demgegenüber wird die Getriebevorrichtung 3 in einem geschlossenen Zustand der Kupplung 6 mit der Antriebsmaschine 1 gekoppelt. Die Getriebevorrichtung 3 umfasst eine Eingangsstufe 4 und eine Differentialstufe 5, wobei die Differentialstufe 5 dazu vorgesehen ist, die Antriebsleistung der Antriebsmaschine 1 auf eine erste und zweite Abtriebswelle 1 1 a, 1 1 b zu verteilen. Eine Kupplung 6 ist zwischen der Eingangsstufe 4 und der Differentialstufe 5 wirksam angeordnet, um die Eingangsstufe 4 von der Differentialstufe 5 zu entkoppeln und eine Getrie- beabschaltung einzuleiten. Die Eingangsstufe 4 ist als Planetengetriebe ausgebildet und umfasst einen Planetenträger 9a. Die Differentialstufe 5 ist als Stirnraddifferential ausgebildet und umfasst einen als Planetenträger ausgebildeten Differentialkorb 9b. Die Kupplung 6 ist ein- und ausrückbar zwischen dem Planetenträger 9a der Eingangsstufe 4 und dem Differentialkorb 9b der Differentialstufe 5 angeordnet. In einem geöffneten Zustand der Kupplung 6 wird die Eingangsstufe 4 von der Differentialstufe 5 entkoppelt. Demgegenüber wird die Eingangsstufe 4 in einem geschlossenen Zustand der Kupplung 6 mit der Differentialstufe 5 gekoppelt.
Die Eingangsstufe 4 weist einen Stufenplanetenradsatz 7 mit mehreren Stufenplane- tenrädern 8 auf, wobei jedes Stufenplanetenrad 8 ein erstes und ein zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad 8a, 8b aufweist. Das erste Zahnrad 8a ist größer als das zweite Zahnrad 8b ausgebildet. Die Stufenplanetenräder 8 sind drehbar an dem Planetenträger 9a angeordnet, wobei das erste Zahnrad 8a mit einem ersten Sonnenrad 10a im Zahneingriff steht und das zweite Zahnrad 8b mit einem Hohlrad 14 im Zahneingriff steht. Das erste Sonnenrad 10a ist mit der Antriebswelle 2 verbunden. Ferner ist das Hohlrad 14 stationär an einem Gehäuse 15 festgelegt.
Die Differentialstufe 5 weist einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz 12a, 12b mit mehreren Planetenrädern 13a, 13b auf. Die Planetenräder 13a, 13b des ersten und zweiten Planetenradsatzes 12a, 12b sind drehbar an dem Differentialkorb 9b angeordnet. Jedes Planetenrad 13a des ersten Planetenradsatzes 12a ist mit einem zweiten Sonnenrad 1 1 b und einem jeweiligen Planetenrad 13b des zweiten Planetenradsatzes 12b im Zahneingriff. Ferner ist jedes Planetenrad 13b des zweiten Plane- tenradsatzes 12b nicht nur mit jedem Planetenrad 13a des ersten Planetenradsatzes 12a sondern auch mit einem dritten Sonnenrad 10c im Zahneingriff. Das zweite Sonnenrad 10b ist drehfest mit der ersten Abtriebswelle 1 1 a verbunden und das dritte Sonnenrad 10c ist drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 1 1 b verbunden. Die Antriebswelle 2 ist koaxial zu den beiden Abtriebswellen 1 1 a, 1 1 b angeordnet, wobei die Antriebswelle 2 als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle 1 1 a durch die Antriebswelle 2 geführt ist. Mithin sind die Antriebsmaschine 1 sowie die Eingangsstufe 4 und die Differentialstufe 5 koaxial zueinander angeordnet.
Aufgrund der vereinfachten Schnittdarstellung sind nur jeweils ein Planetenrad 13a, 13b des jeweiligen Planeten radsatzes 12a, 12b sowie ein Stufenplanetenrad 8 des Stufenplanetenradsatzes 7 dargestellt.
Bezugszeichenliste
Antriebsmaschine
Antriebswelle
Getriebevorrichtung
Eingangsstufe
Differentialstufe
Kupplung
Stufenplanetenradsatz
Stufenplanetenrad
a, 8b Zahnrad
a Planetenträger
b Differentialkorb
0a, 10b, 10c Sonnenrad
1 a, 1 1 b Abtriebswelle
2a,12b Planetenradsatz
3a, 13b Planetenrad
4 Hohlrad
5 Gehäuse
6 Stator
7 Rotor

Claims

Patentansprüche
1 . Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebsmaschine (1 ), die über eine Antriebswelle (2) mit einer Getriebevorrichtung (3) wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung (3) eine Eingangsstufe (4) und eine Differentialstufe (5) aufweist, wobei die Differentialstufe (5) dazu vorgesehen ist, eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine (1 ) auf eine erste und zweite Abtriebswelle (1 1 a, 1 1 b) zu verteilen, und wobei die Eingangsstufe (4) als Planetengetriebe ausgebildet ist und einen Planetenträger (9a) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsstufe (4) einen Stufenplanetenradsatz
(7) mit mehreren Stufenplanetenrädern (8) aufweist, wobei jedes Stufenplanetenrad
(8) ein erstes und ein zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad (8a, 8b) aufweist, wobei die Stufenplanetenräder (8) drehbar an dem Planetenträger (9a) an- geordnet sind, wobei ferner die Differentialstufe (5) einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz (12a, 12b) mit mehreren Planetenrädern (13a, 13b) umfasst, wobei die Planetenräder (13a, 13b) des ersten und zweiten Planetenradsatzes (12a, 12b) drehbar an einem als Planetenträger ausgebildeten Differentialkorb (9b) angeordnet sind, und wobei eine Kupplung (6) ein- und ausrückbar zwischen dem Planetenträger (9a) der Eingangsstufe (4) und dem als Planetenträger ausgebildeten Differentialkorb (9b) der Differentialstufe (5) angeordnet ist, um die Eingangsstufe (4) von der Differentialstufe (5) zu entkoppeln und eine Getriebeabschaltung einzuleiten.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (8a) mit einem ersten Sonnenrad (10a) im Zahneingriff steht und das zweite Zahnrad (8b) mit einem Hohlrad (14) im Zahneingriff steht.
3. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass jedes Planetenrad (13a) des ersten Planetenradsatzes (12a) mit einem zweiten Sonnenrad (1 1 b) und einem jeweiligen Planetenrad (13b) des zweiten Planetenradsatzes (12b) im Zahneingriff steht, wobei jedes Planetenrad (13b) des zweiten Planetenradsatzes (12b) mit einem dritten Sonnenrad (10c) im Zahneingriff steht, wobei das zweite Sonnenrad (10b) drehfest mit der ersten Abtriebswelle (1 1 a) verbunden ist, und wobei das dritte Sonnenrad (10c) drehfest mit der zweiten Abtriebswelle (1 1 b) verbunden ist.
4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschine (1 ) als elektrische Maschine mit einem Stator (16) und einem Rotor (17) ausgebildet ist.
5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (2) koaxial zu den beiden Abtriebswellen (1 1 a, 1 1 b) angeordnet ist, wobei die Antriebswelle (2) als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle (1 1 a) durch die Antriebswelle (2) geführt ist.
6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (14) stationär an einem Gehäuse (15) festgelegt ist.
7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (8a) größer als das zweite Zahnrad (8b) ausgebildet ist.
8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (10a) mit der Antriebswelle (2) verbunden ist.
9. Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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