WO2024083481A1 - Electric drive device for a motor vehicle - Google Patents

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WO2024083481A1
WO2024083481A1 PCT/EP2023/077161 EP2023077161W WO2024083481A1 WO 2024083481 A1 WO2024083481 A1 WO 2024083481A1 EP 2023077161 W EP2023077161 W EP 2023077161W WO 2024083481 A1 WO2024083481 A1 WO 2024083481A1
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WO
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drive device
electric drive
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clutch
planetary gear
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PCT/EP2023/077161
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Tobias Schilder
Tobias Haerter
Cornelius Hentrich
Philip Konowalczyk
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Mercedes-Benz Group AG
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H—GEARING
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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

Abstract

The invention relates to an electric drive device (1) for a motor vehicle, comprising an electric machine (2) which has a rotor (3); a planetary transmission stage (13) which has a sun gear (11), a planet carrier (8) with planetary gears (10), and a ring gear (12); and a shiftable freewheel clutch (20) which has a first clutch half (21), a second clutch half (23), a shift element (25), and an actuator (26), wherein the first clutch half (21) is rotationally fixed to a housing (5). The electric drive device is characterized by an axial guide ring (15) which is designed to support the ring gear (12) in both axial directions (a), said ring gear (12) being designed to be free of a rolling bearing which directly supports same.

Description

Elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug Electric drive device for a motor vehicle
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. The invention relates to an electric drive device for a motor vehicle according to the type defined in the preamble of claim 1.
Die DE 102019 114 139 B3 beschreibt einen Stand der Technik in Form eines Kraftfahrzeuggetriebes zur Ankopplung einer elektrischen Maschine an einem Antriebsstrang. Zwischen der elektrischen Maschine und dem Antriebsstrang ist dabei eine Planetenübersetzungsstufe mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger mit Planetenrädern und einem Hohlrad vorgesehen. Ferner ist ein schaltbarer Freilauf in dem Fahrzeuggetriebe angeordnet, welcher über zwei Kupplungshälften in der Lage ist, schaltbar das Sonnenrad mit einem Referenzbauteil, insbesondere einem feststehenden Gehäuse, in der Art zu koppeln, dass wahlweise ein Freilaufen und/oder Sperren des Sonnenrads gegenüber dem Gehäuse herbeigeführt wird. Die hier bezüglich der DE 102019 114 139 B3 genannten Merkmale werden auch von der gattungsgemäßen Schrift US 2012 / 0 149 520 A1 gezeigt, welche zusätzlich eine Axialführung für das Hohlrad zeigt. Eine ringförmige Axialführung ist, für sich genommen, aus der US 4 428 689 A1 bekannt. DE 102019 114 139 B3 describes a prior art in the form of a motor vehicle transmission for coupling an electric machine to a drive train. A planetary gear stage with a sun gear, a planet carrier with planet gears and a ring gear is provided between the electric machine and the drive train. Furthermore, a switchable freewheel is arranged in the vehicle transmission, which is able to switchably couple the sun gear to a reference component, in particular a fixed housing, via two coupling halves in such a way that the sun gear can optionally be freewheeled and/or locked relative to the housing. The features mentioned here with regard to DE 102019 114 139 B3 are also shown in the generic document US 2012 / 0 149 520 A1, which additionally shows an axial guide for the ring gear. An annular axial guide is known, in itself, from US 4 428 689 A1.
Eine elektrische Antriebsvorrichtung mit einem Rotor, der koaxial zu einer Planetenübersetzungsstufe angeordnet ist, und mit einer Tellereinheit, die axial auf einer dem Rotor abgewandten Seite der Planetenübersetzungsstufe angeordnet ist, ist aus der DE 102015 110 565 A1 bekannt. An electric drive device with a rotor arranged coaxially to a planetary gear stage and with a plate unit arranged axially on a side of the planetary gear stage facing away from the rotor is known from DE 102015 110 565 A1.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welche den besagten Aufbau des Standes der Technik weiter verbessert, indem der Aufbau vereinfacht wird, sodass Bauraum, Bauteile und Kosten eingespart werden können. Dabei soll die Performance und Langlebigkeit der elektrischen Antriebsvorrichtung nicht beeinträchtigt werden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen im Anspruch 1 , und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der elektrischen Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den von diesem Anspruch 1 abhängigen Unteransprüchen. The object of the present invention is to provide an electric drive device for a motor vehicle which further improves the said structure of the prior art by simplifying the structure so that installation space, components and costs can be saved. The performance and durability of the electric drive device should not be impaired. According to the invention, this object is achieved by an electric drive device for a motor vehicle with the features in claim 1, and here in particular in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the electric drive device according to the invention emerge from the subclaims dependent on this claim 1.
Es wird ausgegangen von einer elektrischen Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine elektrische Maschine aufweist, wobei die elektrische Maschine ihrerseits einen Rotor aufweist. Die elektrische Antriebsvorrichtung weist ferner eine Planetenübersetzungsstufe mit einem Sonnenrad, mit einem Planetenträger mit zugehörigen Planetenrädern und mit einem Hohlrad auf. Ferner umfasst die elektrische Antriebsvorrichtung eine schaltbare Freilaufkupplung, die eine erste Kupplungshälfte, eine zweite Kupplungshälfte, ein Schaltelement und einen Aktor aufweist, wobei die erste Kupplungshälfte drehfest mit einem Gehäuse verbunden ist The starting point is an electric drive device for a motor vehicle, which has an electric machine, wherein the electric machine in turn has a rotor. The electric drive device further has a planetary gear stage with a sun gear, with a planet carrier with associated planet gears and with a ring gear. The electric drive device further comprises a switchable freewheel clutch, which has a first clutch half, a second clutch half, a switching element and an actuator, wherein the first clutch half is connected to a housing in a rotationally fixed manner.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der elektrischen Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sieht es vor, dass das Hohlrad ohne ein eigenes das Hohlrad unmittelbar abstützendes Wälzlager ausgebildet ist und lediglich über einen Axialführungsring in beide axialen Richtungen abgestützt wird. Die Erfinder machen sich hier die Tatsache zunutze, dass bei einer radialen Lagerung von zwei Wellen eines Planetengetriebes die dritte Welle nicht radial gelagert werden muss. Dabei bezieht sich der Begriff „radial“ immer auf eine zentrale Drehachse von dem Sonnenrad, beziehungsweise dem Planetenträger, beziehungsweise dem Hohlrad, des Planetengetriebes (hier die Planetenübersetzungsstufe). Auf ein Wälzlager für das Hohlrad, welches das Bauteil mit dem relativ größten Durchmesser der Planetenübersetzungsstufe darstellt, kann also verzichtet werden. Hierdurch werden Kosten, Bauraum und Gewicht eines relativ großen Wälzlagers eingespart. Der Axialführungsring zur axialen Abstützung des Hohlrades bringt Vorteile hinsichtlich Funktion und Langlebigkeit der Planetenübersetzungsstufe. The inventive design of the electric drive device for a motor vehicle provides that the ring gear is designed without its own roller bearing directly supporting the ring gear and is only supported in both axial directions via an axial guide ring. The inventors make use of the fact that when two shafts of a planetary gear are radially supported, the third shaft does not have to be radially supported. The term "radial" always refers to a central axis of rotation of the sun gear, or the planet carrier, or the ring gear of the planetary gear (here the planetary gear stage). A roller bearing for the ring gear, which is the component with the relatively largest diameter of the planetary gear stage, can therefore be dispensed with. This saves costs, installation space and the weight of a relatively large roller bearing. The axial guide ring for axially supporting the ring gear brings advantages in terms of function and longevity of the planetary gear stage.
Mit dem Merkmal, dass das Hohlrad ohne ein eigenes, das Hohlrad unmittelbar abstützendes Wälzlager ausgebildet ist, ist gemeint, dass das Hohlrad höchstens mittelbar durch Wälzlager gelagert ist. Eine mittelbare Lagerung des Hohlrades mittels eines Wälzlagers ist also möglich. Mit der mittelbaren Lagerung ist gemeint, dass nicht das Hohlrad unmittelbar wälzgelagert ist, sondern es kann ein Getriebeelement, das zwischen dem Hohlrad und einem entsprechenden Wälzlager angeordnet ist, unmittelbar wälzgelagert sein. Mit dem hier genannten Getriebeelement, das zwischen dem Hohlrad und dem Wälzlager angeordnet ist, ist ein nicht drehtest mit dem Hohlrad verbundenes Getriebeelement gemeint, so dass Differenzdrehzahlen zwischen dem genannten Getriebeelement und dem Hohlrad auftreten können. Das Hohlrad kann zum Beispiel mittelbar gegenüber dem Gehäuse gelagert sein, indem der Planetenträger unmittelbar gegenüber dem Gehäuse gelagert ist, das Hohlrad sich jedoch ohne dazwischenliegendes Wälzlager gegenüber dem Planetenträger (über dazwischenliegende Planetenräder) abstützt. The feature that the ring gear is designed without its own rolling bearing that directly supports the ring gear means that the ring gear is at most indirectly supported by rolling bearings. Indirect support of the ring gear by means of a rolling bearing is therefore possible. Indirect support means that the ring gear is not directly supported by rolling bearings, but rather a gear element that between the ring gear and a corresponding roller bearing. The gear element mentioned here, which is arranged between the ring gear and the roller bearing, means a gear element that is not rotationally connected to the ring gear, so that differential speeds can occur between the gear element mentioned and the ring gear. The ring gear can, for example, be mounted indirectly relative to the housing in that the planet carrier is mounted directly opposite the housing, but the ring gear is supported relative to the planet carrier (via intermediate planet gears) without an intermediate roller bearing.
Das Hohlrad selbst zentriert sich dabei über die Wellen der beiden anderen Elemente der Planetenübersetzungsstufe, also des Planetenradträgers und des Sonnenrads. Der Axialführungsring der Erfindung dient dann lediglich dazu, dass sich das Hohlrad nicht wesentlich axial verschiebt. Da bei der vorliegenden Ausgestaltung der Planetenübersetzungsstufe auf das Hohlrad selbst keine wesentlichen Axialkräfte wirken, da es sich im nicht geschalteten Zustand über die anderen Elemente zentriert und im geschalteten Zustand gegenüber dem Gehäuse festgelegt ist, reicht eine sehr einfache Axialführung über den Axialführungsring aus, an welche keine hohen Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Stabilität oder hinsichtlich Reibeigenschaften zu stellen sind. The ring gear itself is centered via the shafts of the other two elements of the planetary gear stage, i.e. the planetary gear carrier and the sun gear. The axial guide ring of the invention then only serves to ensure that the ring gear does not move axially to any great extent. Since in the present design of the planetary gear stage no significant axial forces act on the ring gear itself, since it is centered via the other elements when not engaged and is fixed relative to the housing when engaged, a very simple axial guide via the axial guide ring is sufficient, which does not have to meet any high requirements in terms of mechanical stability or friction properties.
Bezüglich einer mittelbaren Wälzlagerung des Hohlrades ist es beispielsweise so, dass die Rotorwelle der elektrischen Maschine unmittelbar gegenüber dem Gehäuse wälzgelagert ist und das Sonnenrad trägt, also auch dieses entsprechend gelagert ist. Das weitere Element wäre dann der Planetenträger, welcher wie oben beschrieben ebenfalls gegenüber dem Gehäuse unmittelbar wälzgelagert ist. Dieser Aufbau ließe sich selbstverständlich umkehren, sodass das Sonnenrad eigenständig gegenüber dem Gehäuse unmittelbar wälzgelagert und der Planetenträger über die Rotorwelle mittelbar gegenüber dem Gehäuse wälzgelagert wäre. In beiden Fällen ist es nun so, dass das Hohlrad sich durch die Zusammenwirkung mit den auf den Planetenradträger befindlichen Planetenrädern und der Sonne über diese Lagerung des Sonnenrads einerseits und des Planetenradträgers andererseits am Gehäuse mittelbar abstützt und somit selbst ein eigenes unmittelbares Wälzlager gegenüber dem Gehäuse nicht zwingend benötigt, vorausgesetzt, der erfindungsgemäße Axialführungsring ist vorhanden. Über die schaltbare Freilaufkupplung kann eine Drehmomentübertragung zwischen dem Rotor und einem Abtrieb der elektrischen Antriebsvorrichtung unterbrochen werden, so dass de facto der Abtrieb fast verlustfrei gegenüber dem Rotor drehen kann und Schleppverluste vermieden werden können, z.B. in einer Situation, in welcher das Fahrzeug ausschließlich von wenigstens einer anderen Achse aktiv angetrieben wird. With regard to an indirect rolling bearing of the ring gear, for example, the rotor shaft of the electric machine is mounted on a rolling bearing directly opposite the housing and supports the sun gear, so that this is also mounted accordingly. The other element would then be the planet carrier, which, as described above, is also mounted on a rolling bearing directly opposite the housing. This structure could of course be reversed so that the sun gear is independently mounted on a rolling bearing directly opposite the housing and the planet carrier is mounted on a rolling bearing indirectly opposite the housing via the rotor shaft. In both cases, the ring gear is indirectly supported on the housing via this bearing of the sun gear on the one hand and the planet carrier on the other hand due to the interaction with the planet gears and the sun located on the planet gear carrier, and thus does not necessarily require its own direct rolling bearing opposite the housing, provided that the axial guide ring according to the invention is present. The switchable freewheel clutch can be used to interrupt a torque transmission between the rotor and an output of the electric drive device, so that the output can actually rotate with almost no loss relative to the rotor and drag losses can be avoided, e.g. in a situation in which the vehicle is actively driven exclusively by at least one other axle.
Ferner ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Axialführungsring radial innerhalb und axial überlappend zu der Freilaufkupplung angeordnet ist. Furthermore, according to the invention, the axial guide ring is arranged radially inside and axially overlapping the one-way clutch.
Radial innerhalb bezieht sich dabei wieder auf die zentrale Drehachse der Planetenübersetzungsstufe und sagt aus, dass der Axialführungsring sich in einem Bereich kleinerer Radien befindet als die schaltbare Freilaufkupplung. „Axial überlappend“, ebenfalls auf dieselbe Achse bezogen, besagt, dass die beiden betreffenden axial überlappend angeordneten Bauteile in axialer Richtung der Drehachse der Planetenübersetzungsstufe zumindest teilweise in einem Bereich gleicher axialer Koordinaten angeordnet sind. Radially within refers again to the central axis of rotation of the planetary gear stage and means that the axial guide ring is located in an area with smaller radii than the switchable one-way clutch. "Axially overlapping", also referring to the same axis, means that the two axially overlapping components in question are at least partially arranged in an area of the same axial coordinates in the axial direction of the axis of rotation of the planetary gear stage.
Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der elektrischen Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung kann es nun ferner vorgesehen sein, dass der Axialführungsring eine u-förmige Querschnittskontur aufweist. Der Axialführungsring kann so beispielsweise das Hohlrad selbst oder eine mit den Hohlrad verbundene Scheibe, beispielsweise in Form oder als Abschnitt einer Tellereinheit, axial führen und somit das Hohlrad an einer axialen Verschiebung hindern. According to an extremely advantageous development of the electric drive device according to the invention, it can now also be provided that the axial guide ring has a U-shaped cross-sectional contour. The axial guide ring can thus, for example, axially guide the ring gear itself or a disk connected to the ring gear, for example in the form or as a section of a plate unit, and thus prevent the ring gear from axially shifting.
Vorteilhaft ist der Axialführungsring axial fest und drehfest mit dem Gehäuse verbunden, so dass vorteilhaft das Hohlrad mittels des Axialführungsringes unmittelbar gegenüber dem Gehäuse axial gesichert ist. Advantageously, the axial guide ring is axially fixed and rotationally fixed to the housing, so that the ring gear is advantageously axially secured directly relative to the housing by means of the axial guide ring.
Die Begriffe „drehfest“ „axial fest“ bedeuten in der gesamten vorliegenden Offenbarung folgendes: Zwei drehbar gelagerte Elemente sind drehfest miteinander verbunden, wenn sie koaxial zueinander angeordnet sind und derart miteinander verbunden sind, dass sie mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen. Ein Element ist drehfest mit dem Gehäuse verbunden, wenn es nicht gegenüber dem Gehäuse verdreht werden kann. Ein Element ist axial fest mit einem anderen Element verbunden, wenn das eine Element hinsichtlich der Drehachse der Planetenübersetzungsstufe nicht axial gegenüber dem anderen Element verschoben werden kann. The terms "rotatably fixed" and "axially fixed" mean the following throughout this disclosure: Two rotatably mounted elements are connected in a rotationally fixed manner to one another if they are arranged coaxially to one another and are connected to one another in such a way that they rotate at the same angular velocity. An element is connected in a rotationally fixed manner to the housing if it cannot be rotated relative to the housing. An element is connected axially fixedly to another element if the one element is the axis of rotation of the planetary gear stage cannot be axially displaced relative to the other element.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der elektrischen Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung kann es nun ferner vorsehen, dass die zweite Kupplungshälfte der schaltbaren Freilaufkupplung drehfest mit dem Hohlrad verbunden ist, wobei ein drehfest mit dem Hohlrad und drehfest mit der zweiten Kupplungshälfte verbundenes Anbindungselement bezogen auf eine Drehachse der Planetenübersetzungsstufe radial zwischen einer Sonnenradverzahnung des Sonnenrades und einer Hohlradverzahnung des Hohlrades angeordnet ist. Die schaltbare Freilaufkupplung zwischen Hohlrad und Gehäuse ist dabei konstruktiv sehr günstig angeordnet und ermöglicht einen einfach zu montierenden und sehr kompakten Aufbau der elektrischen Antriebsvorrichtung. Another very advantageous embodiment of the electric drive device according to the invention can now further provide that the second clutch half of the switchable freewheel clutch is connected to the ring gear in a rotationally fixed manner, with a connecting element connected to the ring gear and to the second clutch half in a rotationally fixed manner being arranged radially between a sun gear toothing of the sun gear and a ring gear toothing of the ring gear with respect to a rotation axis of the planetary gear stage. The switchable freewheel clutch between the ring gear and the housing is arranged in a very favorable structural manner and enables an easy-to-assemble and very compact design of the electric drive device.
Die Anordnung des Anbindungselements in seiner radialen Lage zwischen der Sonnenradverzahnung und der Hohlradverzahnung und somit die Anbindung des Hohlrades an die zweite Kupplungshälfte radial nach innen sorgt für einen in radialer Richtung sehr kompakten Aufbau der elektrischen Antriebsvorrichtung. The arrangement of the connecting element in its radial position between the sun gear teeth and the ring gear teeth and thus the connection of the ring gear to the second coupling half radially inwards ensures a very compact design of the electric drive device in the radial direction.
Das Anbindungselement kann dabei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der elektrischen Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung einen koaxial zu der Drehachse der Planetenübersetzungsstufe angeordneten Zylinderabschnitt aufweisen. According to a very advantageous development of the electric drive device according to the invention, the connecting element can have a cylinder section arranged coaxially to the axis of rotation of the planetary gear stage.
Vorteilhaft weist das Anbindungselement ferner eine Tellereinheit auf, welche drehfest mit dem Zylinderabschnitt verbunden ist, wobei die Tellereinheit auch drehfest mit dem Hohlrad verbunden ist. Vorteilhaft sind hinsichtlich eines Momentenflusses, der von dem Hohlrad ausgeht und zu der zweiten Kupplungshälfte verläuft, das Hohlrad, die Tellereinheit und der Zylinderabschnitt in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet. The connection element advantageously also has a plate unit which is connected in a rotationally fixed manner to the cylinder section, wherein the plate unit is also connected in a rotationally fixed manner to the ring gear. With regard to a torque flow which originates from the ring gear and runs to the second coupling half, the ring gear, the plate unit and the cylinder section are advantageously arranged one after the other in the order mentioned.
Vorzugsweise kann dabei der Rotor der elektrischen Maschine koaxial zu der Planetenübersetzungsstufe angeordnet sein und die Tellereinheit axial auf einer dem Rotor abgewandten Seite der Planetenübersetzungsstufe. Der Zylinderabschnitt befindet sich besonders vorteilhaft axial auf einer der Planetenübersetzungsstufe abgewandten Seite der Tellereinheit, sodass also der Rotor die Planetenübersetzungsstufe die Tellereinheit und der Zylinderabschnitt in axialer Richtung in der genannten Reihenfolge aufeinander folgen. Preferably, the rotor of the electric machine can be arranged coaxially to the planetary gear stage and the plate unit can be arranged axially on a side of the planetary gear stage facing away from the rotor. The cylinder section is particularly advantageously located axially on a side of the plate unit facing away from the planetary gear stage, so that the rotor thus drives the planetary gear stage. The plate unit and the cylinder section follow one another in the axial direction in the order mentioned.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung kann es ferner vorsehen, dass das Anbindungselement einen Führungsabschnitt aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, mit dem Axialführungsring zusammenzuwirken. Ein solcher Führungsabschnitt des Anbindungselementes kann genutzt werden, um über den Axialführungsring das Hohlrad in dem oben beschriebenen Sinne axial zu führen. Another very advantageous embodiment can also provide that the connection element has a guide section which is designed to interact with the axial guide ring. Such a guide section of the connection element can be used to guide the ring gear axially via the axial guide ring in the sense described above.
Der Führungsabschnitt ist vorzugsweise radial innerhalb des Zylinderabschnittes und axial überlappend zu dem Zylinderabschnitt angeordnet. Der Führungsabschnitt ist drehfest mit der Tellereinheit und drehfest mit dem Zylinderabschnitt verbunden. The guide section is preferably arranged radially inside the cylinder section and axially overlapping the cylinder section. The guide section is connected in a rotationally fixed manner to the plate unit and in a rotationally fixed manner to the cylinder section.
Bei der vorzugsweisen Ausgestaltung, bei welcher der Axialführungsring radial innerhalb und axial überlappend zu der Freilaufkupplung angeordnet ist, ist der Führungsabschnitt der Tellereinheit also in diesem Bereich vorgesehen, vorzugsweise als Führungsabschnitt mit zwei in axialer Richtung planparallelen Seiten, welche in einem nach radial außen offenen mit planparallelen Schenkeln ausgestatteten Führungsring mit u-förmiger Querschnittskontur entsprechend Zusammenwirken. In the preferred embodiment, in which the axial guide ring is arranged radially inside and axially overlapping the one-way clutch, the guide section of the plate unit is therefore provided in this area, preferably as a guide section with two sides that are plane-parallel in the axial direction and that interact accordingly in a guide ring that is open radially outwards and has plane-parallel legs and has a U-shaped cross-sectional contour.
Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung der elektrischen Antriebsvorrichtung mit einem derartigen Zylinderabschnitt kann es nun ferner vorsehen, dass dieser bezogen auf die Drehachse radial in einem Bereich von die Planetenträger tragenden Planetenradbolzen der Übersetzungsstufe angeordnet ist. Der Zylinderabschnitt befindet sich also radial auf Höhe der Planetenradbolzen des Planetenträgers, auf welchen die Planetenräder entsprechend angeordnet sind. Dies sorgt für einen kompakten Aufbau, bei denen der Zylinderabschnitt radial innerhalb der schaltbaren Freilaufkupplung verschachtelt ausgebildet ist und bei welcher besonders bevorzugt der Axialführungsring und ein entsprechender Führungsabschnitt der Tellereinheit nochmal axial innerhalb dieses Zylinderabschnitts und zu diesem überlappend angeordnet sind. Hierdurch wird ein sehr kompakter Aufbau möglich. Another very favorable embodiment of the electric drive device with such a cylinder section can now also provide that it is arranged radially in relation to the axis of rotation in an area of the planetary gear bolts of the gear ratio stage that carry the planet carrier. The cylinder section is therefore located radially at the level of the planetary gear bolts of the planet carrier, on which the planetary gears are arranged accordingly. This ensures a compact structure in which the cylinder section is nested radially within the switchable freewheel clutch and in which the axial guide ring and a corresponding guide section of the plate unit are particularly preferably arranged axially within this cylinder section and overlapping it. This makes a very compact structure possible.
Die schaltbare Freilaufkupplung weist vorteilhaft eine erste Freilaufvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, das Hohlrad drehfest mit dem Gehäuse zu verbinden, wenn der Rotor in einem Vorwärts-Zug-Betrieb betrieben wird, und die dazu ausgebildet ist das Hohlrad von dem Gehäuse zu entkoppeln, wenn der Rotor in einem Vorwärts- Schubbetrieb betrieben wird. The switchable freewheel clutch advantageously has a first freewheel device which is designed to connect the ring gear to the housing in a rotationally fixed manner when the rotor is operated in a forward pull mode, and which is designed to To decouple the ring gear from the housing when the rotor is operated in a forward thrust mode.
Vorteilhaft weist die schaltbare Freilaufkupplung eine zweite Freilaufvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, das Hohlrad drehfest mit dem Gehäuse zu verbinden, wenn der Rotor in einem Vorwärts-Schub-Betrieb oder einem Rückwärts-Zug-Betrieb betrieben wird. Mittels der zweiten Freilaufvorrichtung kann bei einem Vorwärtsbetrieb des zugehörigen Kraftfahrzeugs ein rekuperierender Betrieb der elektrischen Maschine sowie bei einem Rückwärtsbetrieb des Kraftfahrzeugs ein antreibender Betrieb der elektrischen Maschine realisiert werden. The switchable freewheel clutch advantageously has a second freewheel device which is designed to connect the ring gear to the housing in a rotationally fixed manner when the rotor is operated in a forward push mode or a reverse pull mode. By means of the second freewheel device, a recuperative operation of the electric machine can be realized when the associated motor vehicle is operated forwards and a driving operation of the electric machine can be realized when the motor vehicle is operated backwards.
Vorteilhaft weist die schaltbare Freilaufkupplung eine Schaltvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, die erste Freilaufvorrichtung und/oder die zweite Freilaufvorrichtung zu deaktivieren und zu aktivieren. Bei deaktivierter Freilaufvorrichtung kann durch die jeweilige Freilaufvorrichtung keine drehfeste Verbindung von Hohlrad und Gehäuse hergestellt werden. The switchable freewheel clutch advantageously has a switching device that is designed to deactivate and activate the first freewheel device and/or the second freewheel device. When the freewheel device is deactivated, the respective freewheel device cannot establish a rotationally fixed connection between the ring gear and the housing.
Ganz besonders vorteilhaft weist die schaltbare Freilaufkupplung die erste Freilaufvorrichtung und die zweite Freilaufvorrichtung sowie die Schaltvorrichtung auf, wobei die Schaltvorrichtung speziell dazu ausgebildet ist, die zweite Freilaufvorrichtung zu aktivieren und zu deaktivieren. Bei dieser Ausgestaltung kann Vorwärts-Schub-Betrieb über die erste Freilaufvorrichtung erfolgen. Außerdem kann, wenn gewünscht, über die zweite Freilaufvorrichtung ein rekuperierender Betrieb der elektrischen Maschine im Vorwärtsbetrieb des Kraftfahrzeugs erfolgen, wenn nämlich die zweite Freilaufvorrichtung mittels der Schaltvorrichtung aktiviert ist. Ebenso kann bei mittels der Schaltvorrichtung aktivierter zweiter Freilaufvorrichtung ein Rückwärts-Zug-Betrieb des Kraftfahrzeugs realisiert werden. Bei mittels der Schaltvorrichtung deaktivierter zweiter Freilaufvorrichtung kann dagegen das Hohlrad bei einem Vorwärts-Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs von dem Gehäuse getrennt werden, so dass ein Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs in Vorwärtsrichtung zum Beispiel bei stehendem Rotor realisiert werden kann. It is particularly advantageous for the switchable freewheel clutch to have the first freewheel device and the second freewheel device as well as the switching device, the switching device being specially designed to activate and deactivate the second freewheel device. In this embodiment, forward thrust operation can take place via the first freewheel device. In addition, if desired, recuperative operation of the electric machine can take place via the second freewheel device when the motor vehicle is in forward operation, namely when the second freewheel device is activated by means of the switching device. Likewise, when the second freewheel device is activated by means of the switching device, reverse pull operation of the motor vehicle can be implemented. When the second freewheel device is deactivated by means of the switching device, on the other hand, the ring gear can be separated from the housing when the motor vehicle is in forward thrust operation, so that the motor vehicle can coast in the forward direction, for example when the rotor is stationary.
Der Aktor ist vorteilhaft dazu ausgebildet, die Schaltvorrichtung zu betätigen. Bei dem Aktor handelt es sich zum Beispiel um einen hydraulischen Aktor, wie zum Beispiel einen Hydraulikzylinder, oder um einen elektromechanischen Aktor, wie zum Beispiel einen Stellmotor. The actuator is advantageously designed to operate the switching device. The actuator is, for example, a hydraulic actuator, such as a Hydraulic cylinder, or an electromechanical actuator, such as a servo motor.
Die schaltbare Freilaufkupplung kann gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug eine Schaltscheibe aufweisen, wobei der Aktor dazu ausgebildet ist, diese rotatorisch zu bewegen. Die Schaltscheibe ist dann Teil der Schaltvorrichtung. Die schaltbare Freilaufkupplung kann insbesondere in der in dem eingangs genannten Stand der Technik der DE 10 2019 114 139 B3 beschriebenen Art ausgebildet sein. According to a particularly advantageous embodiment of the electric drive device according to the invention for a motor vehicle, the switchable freewheel clutch can have a switching disk, wherein the actuator is designed to move this in a rotational manner. The switching disk is then part of the switching device. The switchable freewheel clutch can in particular be designed in the manner described in the prior art mentioned at the beginning of DE 10 2019 114 139 B3.
Der Aufbau der Schaltscheibe kann dabei bevorzugt so gestaltet werden, dass nur eine der Richtungen schaltbar ist, nämlich die Zug-Rückwärts-Richtung, gleichbedeutend mit der Schub-Vorwärts-Richtung. Damit ist dann ein Rückwärts-Fahren und eine Vorwärts- Rekuperation möglich. Eine Schaltbarkeit für die Zug-Vorwärts-Richtung, gleichbedeutend mit der Schub-Rückwärts-Richtung, wird an sich nicht unbedingt benötigt. Damit ließe sich zwar in der Rückwärtsfahrt bei hoher Geschwindigkeit, also einem Rückwärts- Schubbetrieb das Rad vom Abtrieb trennen, dies wird aber in der Praxis nicht benötigt, so dass der Aufbau entsprechend vereinfacht werden kann. The design of the switching disc can preferably be designed so that only one of the directions can be switched, namely the pull-back direction, which is equivalent to the push-forward direction. This then makes it possible to drive backwards and to recuperate forwards. Switching the pull-forward direction, which is equivalent to the push-back direction, is not necessarily required. This would allow the wheel to be separated from the output when reversing at high speed, i.e. in reverse push mode, but this is not required in practice, so the design can be simplified accordingly.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der elektrischen Antriebsvorrichtung kann es ferner vorsehen, dass der Aktor der schaltbaren Freilaufkupplung in dem Gehäuse oder an dem Gehäuse angeordnet ist. Ein solcher im oder am Gehäuse angeordneter Aktor ist leicht zugänglich, falls eine Wartung oder dergleichen notwendig werden sollte. Der Aktor kann gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung insbesondere radial außerhalb der Kupplungshälften und axial überlappend zu zumindest einer der Kupplungshälften angeordnet sein. Hierdurch wird wieder in axialer Richtung Bauraum eingespart und durch den radial außenliegenden Aktor eine einfache und bei Bedarf gut zu wartende Betätigung der Schaltscheibe ermöglicht. Another very advantageous embodiment of the electric drive device can also provide that the actuator of the switchable freewheel clutch is arranged in the housing or on the housing. Such an actuator arranged in or on the housing is easily accessible if maintenance or the like should become necessary. According to a very advantageous development, the actuator can be arranged in particular radially outside the clutch halves and axially overlapping at least one of the clutch halves. This again saves installation space in the axial direction and the radially external actuator enables simple actuation of the switching disk, which is easy to maintain if necessary.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher dargestellt ist. Further advantageous embodiments of the electric drive device according to the invention also emerge from the embodiment which is shown in more detail below with reference to the figure.
Die einzige beigefügte Figur zeigt dabei eine schematische Schnittdarstellung durch einen für die Erfindung relevanten Teil einer elektrischen Antriebsvorrichtung. In der Darstellung der Figur 1 ist eine elektrische Antriebsvorrichtung 1 in einem Ausschnitt dargestellt. Der Ausschnitt ist dabei oberhalb der Drehachse A dargestellt, welche auch die axiale Richtung a sowie die radiale Richtung r entsprechend definiert. Ein Rotor 3 einer elektrischen Maschine 2 dreht um diese Drehachse A. Die elektrische Maschine 2 ist dabei in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Axialflussmaschine ausgebildet. Der Rotor 3, von welchem hier nur die rechts in der elektrischen Maschine 2 bzw. rechts von einem Stator 30 liegende Hälfte entsprechend dargestellt ist, ist über ein Wälzlager 6 gegenüber einem Gehäuse 5 gelagert. Er ist drehfest mit einer Rotorwelle 4 verbunden, welche mehrteilig ausgeführt ist. Sie ist mittelbar über das als Schrägkugellager ausgebildete Wälzlager 6 des Rotors 3 gelagert und ist ferner über ein Nadellager 28 am Gehäuse abgestützt. The only attached figure shows a schematic sectional view through a part of an electric drive device relevant to the invention. In the illustration in Figure 1, an electric drive device 1 is shown in a detail. The detail is shown above the axis of rotation A, which also defines the axial direction a and the radial direction r. A rotor 3 of an electric machine 2 rotates about this axis of rotation A. In the embodiment shown here, the electric machine 2 is designed as an axial flux machine. The rotor 3, of which only the half located to the right in the electric machine 2 or to the right of a stator 30 is shown here, is mounted opposite a housing 5 via a rolling bearing 6. It is connected in a rotationally fixed manner to a rotor shaft 4, which is designed in several parts. It is mounted indirectly via the rolling bearing 6 of the rotor 3, which is designed as an angular contact ball bearing, and is also supported on the housing via a needle bearing 28.
Auf der in axialer Richtung a abgewandten Seite der elektrischen Maschine 2 ist ein Abtrieb 7 zu einem Rad des Kraftfahrzeugs dargestellt. Dieser Abtrieb 7 ist dabei über die Abtriebswelle 18 mittels einer mit 19 bezeichneten Keilwellenverzahnung drehfest mit einem Planetenradträger 8 als abtreibendem Element einer Planetenübersetzungsstufe 13 verbunden. On the side of the electric machine 2 facing away in the axial direction a, an output 7 to a wheel of the motor vehicle is shown. This output 7 is connected in a rotationally fixed manner via the output shaft 18 by means of a spline shaft toothing designated 19 to a planetary gear carrier 8 as the output element of a planetary gear ratio stage 13.
In der hier dargestellten besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die elektrische Antriebsvorrichtung 1 derart ausgebildet, dass die elektrische Maschine 2 somit nur ein einziges Rad des Kraftfahrzeuges antreibt. Eine komplette elektrisch angetriebene Achse des Kraftfahrzeuges enthält somit vorteilhaft zwei erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtungen 1. In the particularly advantageous embodiment shown here, the electric drive device 1 is designed such that the electric machine 2 drives only a single wheel of the motor vehicle. A complete electrically driven axle of the motor vehicle thus advantageously contains two electric drive devices 1 according to the invention.
Der Planetenträger 8 weist in axialer Richtung in Richtung der elektrischen Maschine 2 überstehende Planetenradbolzen 9 auf. Planetenräder 10, von welchen hier eines zu erkennen ist, sind über eine Planetenradlagervorrichtung 33, welche hier in Form von zwei Schrägkugellagern 33.1 und 33.2 ausgebildet ist, auf diesen Planetenradbolzen 9 gelagert. Mit den Planetenrädern 10 kämmt radial innen ein Sonnenrad 11 , welches hier vorteilhaft durch eine Verzahnung der Rotorwelle 4 ausgebildet ist. Die Planetenübersetzungsstufe 13 weist außer dem Sonnenrad 11 und dem Planetenträger 10 ein Hohlrad 12 auf. Die Planetenübersetzungsstufe 13 ist zur Wandlung des Drehmoments zwischen dem Rotor 3 und dem Abtrieb 7 ausgebildet. Das Hohlrad 12 verzichtet dabei auf eine eigene unmittelbare Wälzlagerung gegenüber dem Gehäuse oder gegenüber anderen Bauteilen und stützt sich stattdessen mittelbar über die Schrägkugellager 33.1 und 33.2 der Planetenräder 10 sowie über Lager 14.1 und 14.2 des Planetenradträgers 8 an dem Gehäuse 5 ab. Mittels der Lager 14.1 und 14.2 ist der Planetenradträger 8 unmittelbar gegenüber dem Gehäuse gelagert. The planet carrier 8 has planet gear bolts 9 that protrude in the axial direction towards the electric machine 2. Planet gears 10, one of which can be seen here, are mounted on these planet gear bolts 9 via a planet gear bearing device 33, which here is designed in the form of two angular contact ball bearings 33.1 and 33.2. A sun gear 11, which is advantageously designed here by a toothing of the rotor shaft 4, meshes radially on the inside with the planet gears 10. In addition to the sun gear 11 and the planet carrier 10, the planetary gear ratio stage 13 has a ring gear 12. The planetary gear ratio stage 13 is designed to convert the torque between the rotor 3 and the output 7. The ring gear 12 does not have its own direct rolling bearing relative to the housing or other components and instead is supported indirectly on the housing 5 via the angular contact ball bearings 33.1 and 33.2 of the planet gears 10 and via bearings 14.1 and 14.2 of the planet gear carrier 8. The planet gear carrier 8 is mounted directly opposite the housing by means of the bearings 14.1 and 14.2.
Um sicherzustellen, dass das Hohlrad 12 in axialer Richtung a keine wesentlichen Bewegungen ausführen kann, ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel am Gehäuse 5 ein Axialführungsring 15 vorgesehen, welcher eine im Querschnitt u-förmige Kontur aufweist, sodass zwei Schenkel nach radial außen ragen und die u-förmige Kontur radial außen offen ist. Der Axialführungsring 15 ist axial fest und drehfest mit dem Gehäuse 5 verbunden und ist koaxial zu der Drehachse A angeordnet. In die u-förmige Kontur des Axialführungsrings 15, welche keine Wälzlagerung sondern lediglich eine Unterstützung der Führung darstellt, da eine hochwertige Axiallagerung hier nicht notwendig ist, ragt ein Führungsabschnitt 16, welcher als scheibenringförmiger Fortsatz eines Anbindungselements 24 ausgebildet ist. Das Anbindungselement 24 ist mit dem Hohlrad 12 drehfest verbunden und läuft dementsprechend mit derselben Winkelgeschwindigkeit wie das Hohlrad 12 um. In order to ensure that the ring gear 12 cannot perform any significant movements in the axial direction a, in the exemplary embodiment shown here, an axial guide ring 15 is provided on the housing 5, which has a U-shaped contour in cross section, so that two legs protrude radially outwards and the U-shaped contour is open radially outwards. The axial guide ring 15 is axially fixed and rotationally fixed to the housing 5 and is arranged coaxially to the axis of rotation A. A guide section 16, which is designed as a disc-ring-shaped extension of a connecting element 24, protrudes into the U-shaped contour of the axial guide ring 15, which does not represent a roller bearing but merely a support for the guide, since a high-quality axial bearing is not necessary here. The connecting element 24 is rotationally fixed to the ring gear 12 and accordingly rotates at the same angular speed as the ring gear 12.
Die elektrische Antriebsvorrichtung 1 in der Darstellung der Figur 1 umfasst außerdem eine schaltbare Freilaufkupplung 20 mit einer ersten Kupplungshälfte 21 und einer zweiten Kupplungshälfte 22. Die erste Kupplungshälfte 21 ist als ein Ring ausgebildet und über einen Freilaufträger 23 drehfest mit dem Gehäuse 5 verbunden. Die zweite Kupplungshälfte 22 ist als Ringscheibe mit einer Innenverzahnung ausgebildet, welche auf einem Anbindungselement 24 sitzt und durch die Verzahnung drehfest mit diesem verbunden ist. Das Anbindungselement 24 weist einen Zylinderabschnitt 27 auf, welcher drehfest mit der Tellereinheit 17 verbunden, wodurch die zweite Kupplungshälfte 22 mittelbar über das Anbindungselement 24 und die Tellereinheit 17 drehfest mit dem Hohlrad 12 verbunden ist. Die schaltbare Freilaufkupplung 20 wirkt also auf das Hohlrad 12, sodass dieses entweder freigegeben oder im Schub- oder Zugbetrieb, je nach Schaltstellung einer als Schaltvorrichtung 25 genutzten Schaltscheibe, eine Verbindung zwischen dem Hohlrad 12 und dem Gehäuse 5 sperrt oder freigibt. Die Schaltvorrichtung 25 lässt sich über einen Aktor 26 betätigen, wobei dieser Aktor 26, welcher mit der Schaltvorrichtung 25 über die gestrichelt angedeutete Verbindung in Wirkverbindung steht, sich radial außerhalb der schaltbaren Freilaufkupplung 20 in dem Gehäuse 5 befindet. The electric drive device 1 in the illustration in Figure 1 also comprises a switchable freewheel clutch 20 with a first clutch half 21 and a second clutch half 22. The first clutch half 21 is designed as a ring and is connected to the housing 5 in a rotationally fixed manner via a freewheel carrier 23. The second clutch half 22 is designed as an annular disk with an internal toothing, which sits on a connecting element 24 and is connected to it in a rotationally fixed manner by the toothing. The connecting element 24 has a cylinder section 27 which is connected to the plate unit 17 in a rotationally fixed manner, whereby the second clutch half 22 is indirectly connected to the ring gear 12 in a rotationally fixed manner via the connecting element 24 and the plate unit 17. The switchable freewheel clutch 20 therefore acts on the ring gear 12 so that it is either released or, in push or pull operation, blocks or releases a connection between the ring gear 12 and the housing 5, depending on the switching position of a switching disk used as a switching device 25. The switching device 25 can be actuated via an actuator 26, whereby this actuator 26, which is in operative connection with the switching device 25 via the connection indicated by dashed lines is located radially outside the switchable freewheel clutch 20 in the housing 5.
Die schaltbare Freilaufkupplung 20 ist dabei aus konstruktiven Gründen an der gezeigten Position zwischen dem Hohlrad 12 und dem Gehäuse 5 angeordnet, so dass die erste Kupplungshälfte 21 drehfest mit dem Gehäuse 5 verbunden ist. Wenn die zweite Kupplungshälfte 22 von der ersten Kupplungshälfte 21 und damit von dem Gehäuse 5 entkoppelt ist hält die Schaltscheibe 25 analog zu dem Aufbau der DE 10 2019 114 139 B3 die entsprechenden Sperrklinken nieder. Dies ist im Vorwärts- Schubbetrieb dann der Fall, wenn die Vorwärts-Schubseite deaktiviert ist. Dabei kann in dem Freilauf 16 insbesondere zwischen den beiden Kupplungshälften 21 , 22 eine nicht schaltbare Freilauffunktion angeordnet werden. Zwischen der zweiten Kupplungshälfte 22 und dem Gehäuse 5 bzw. dem gehäusefesten Freilaufträger 23 liegt dann die Schaltscheibe 25, welche je nach Schaltstellung gefederte Sperrklinken die in die entgegengesetzte Drehrichtung der Freilauffunktion zwischen den Kupplungshälften 21, 22 wirken, je nach Schaltstellung freigegeben oder niedergehalten. Damit ergeben sich zwei Schaltzustände. Ein Freilaufzustand, und ein vollständig gekoppelte Bremszustand, in welchem beide Richtungen gesperrt sind. For design reasons, the switchable freewheel clutch 20 is arranged in the position shown between the ring gear 12 and the housing 5, so that the first clutch half 21 is connected to the housing 5 in a rotationally fixed manner. When the second clutch half 22 is decoupled from the first clutch half 21 and thus from the housing 5, the switching disk 25 holds down the corresponding pawls analogously to the structure of DE 10 2019 114 139 B3. This is the case in forward thrust operation when the forward thrust side is deactivated. A non-switchable freewheel function can be arranged in the freewheel 16, in particular between the two clutch halves 21, 22. The switching disk 25 is then located between the second clutch half 22 and the housing 5 or the housing-fixed freewheel carrier 23, which, depending on the switching position, releases or holds down spring-loaded pawls that act in the opposite direction of rotation of the freewheel function between the clutch halves 21, 22. This results in two switching states: a freewheel state and a fully coupled braking state in which both directions are blocked.
Dieser Aufbau, bei welchem kein eigenes Lager für das Hohlrad 12 vorhanden ist, sondern lediglich eine Axialführung über den Axialführungsring 15 vorgesehen ist, erlaubt durch die Verschachtelung der Elemente, welche insbesondere durch die Tellereinheit 17, dem Zylinderabschnitt als Anbindungselement 24 sowie dem Führungsabschnitt 16 möglich wird, einen sehr kompakten Aufbau sowohl in axialer als auch in radialer Richtung der elektrischen Antriebsvorrichtung 1. This structure, in which there is no separate bearing for the ring gear 12, but only an axial guide via the axial guide ring 15 is provided, allows a very compact structure in both the axial and radial directions of the electric drive device 1 due to the nesting of the elements, which is made possible in particular by the plate unit 17, the cylinder section as a connecting element 24 and the guide section 16.
Bei dem vorteilhaften Aufbau der Ausführung der Fig. 1 ist die Tellereinheit 17 des Anbindungselementes 24 hinsichtlich der axialen Richtung a auf einer der elektrischen Maschine 2 abgewandten Seite der Planetenübersetzungsstufe 13 angeordnet. Außerdem ist der Zylinderabschnitt 27 hinsichtlich der axialen Richtung auf einer der Planetenübersetzungsstufe 13 abgewandten Seite der Tellereinheit 17 angeordnet. Der Führungsabschnitt 16 ist axial überlappend und radial innerhalb zu dem Zylinderabschnitt 27 angeordnet, wobei die u-förmige Kontur des Axialführungsringes 15 nach radial außen hin offen ist, so dass der Führungsabschnitt 16 nach radial innen in den Axialführungsring 15 eingreift. Der Axialführungsring 15 ist, bezogen auf die Drehachse A, vorteilhaft in einem radial inneren Randbereich der Planetenradbolzen 9 angeordnet, so dass ein durch den Axialführungsring 15 angedeuteter Kreis radial innerhalb eines Kreises liegt, der koaxial zu der Drehachse A angeordnet ist und dessen Kreislinie die Rotationsachsen der Planetenräder 10 schneiden. In the advantageous design of the embodiment of Fig. 1, the plate unit 17 of the connecting element 24 is arranged with respect to the axial direction a on a side of the planetary gear stage 13 facing away from the electric machine 2. In addition, the cylinder section 27 is arranged with respect to the axial direction on a side of the plate unit 17 facing away from the planetary gear stage 13. The guide section 16 is arranged axially overlapping and radially inward of the cylinder section 27, wherein the U-shaped contour of the axial guide ring 15 is open radially outward, so that the guide section 16 engages radially inward into the axial guide ring 15. The axial guide ring 15 is, with respect to the axis of rotation A, advantageously arranged in a radially inner edge region of the planetary gear bolts 9, so that a circle indicated by the axial guide ring 15 lies radially within a circle which is arranged coaxially to the axis of rotation A and whose circular line intersects the axes of rotation of the planetary gears 10.
Die schaltbare Freilaufkupplung 20 ist axial überlappend zu dem Zylinderabschnitt 27 und auch axial überlappend zu dem Axialführungsring 15 angeordnet, wobei die schaltbare Freilaufkupplung 20 radial außerhalb des Zylinderabschnittes 27 angeordnet ist. The switchable one-way clutch 20 is arranged axially overlapping the cylinder section 27 and also axially overlapping the axial guide ring 15, wherein the switchable one-way clutch 20 is arranged radially outside the cylinder section 27.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 elektrische Antriebsvorrichtung1 electric drive device
2 Elektrische Maschine 2 Electric machine
3 Rotor 3 Rotor
4 Rotorwelle 4 Rotor shaft
5 Gehäuse 5 Housing
6 Lager (des Rotors) 6 bearings (of the rotor)
7 Abtrieb 7 Downforce
8 Planetenträger 8 planet carrier
9 Planetenradbolzen 9 Planetary gear bolts
10 Planetenräder 10 planetary gears
11 Sonnenrad 11 Sun gear
12 Hohlrad 12 Ring gear
13 Planetenübersetzungsstufe13 planetary gear ratio
14.1 , 14.2 Lager 14.1 , 14.2 Bearing
15 Axialführungsring 15 Axial guide ring
16 Führungsabschnitt 16 Guide section
17 Tellereinheit 17 Plate unit
18 Abtriebswelle 18 Output shaft
19 Keilwellenverzahnung 19 Spline shaft
20 schaltbare Freilaufkupplung20 switchable freewheel clutch
21 erste Kupplungshälfte 21 first coupling half
22 zweite Kupplungshälfte 22 second coupling half
23 Freilaufträger 23 freewheel carrier
24 Anbindungselement 24 Connecting element
25 Schaltscheibe 25 Switching disc
26 Aktor 26 Actuator
27 Zylinderabschnitt (von 24)27 Cylinder section (of 24)
28 Nadellager 28 needle bearings
30 Stator 30 Stators
A Drehachse a Axiale Richtung A Rotation axis a Axial direction
R Radiale Richtung R Radial direction

Claims

Patentansprüche Elektrische Antriebsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine (2), die einen Rotor (3) aufweist, mit einer Planetenübersetzungsstufe (13), die ein Sonnenrad (11), einen Planetenträger (8) mit Planetenrädern (10) und ein Hohlrad (12) aufweist, mit einer schaltbaren Freilaufkupplung (20), die eine erste Kupplungshälfte (21), eine zweite Kupplungshälfte (23), eine Schaltvorrichtung (25) und einen Aktor (26) aufweist, wobei die erste Kupplungshälfte (21) drehfest mit einem Gehäuse (5) verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Axialführungsring (15), welcher dazu ausgebildet ist, das Hohlrad (12) in beide axiale Richtungen (a) abzustützen, wobei das Hohlrad (12) frei von einem es unmittelbar abstützenden Wälzlager ausgebildet ist, wobei der Axialführungsring (15) radial innerhalb und axial überlappend zu der Freilaufkupplung (20) angeordnet ist. Elektrische Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialführungsring (15) eine u-förmige Querschnittskontur hat. Elektrische Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungshälfte (22) drehfest mit dem Hohlrad (12) verbunden ist, wobei ein drehfest mit dem Hohlrad (12) und drehfest mit der zweiten Kupplungshälfte (22) verbundenes Anbindungselement (24) bezogen auf eine Drehachse (A) der Planetenübersetzungsstufe (13) radial zwischen einer Sonnenradverzahnung des Sonnenrades (11) und einer Hohlradverzahnung des Hohlrades (12) angeordnet ist. Elektrische Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindungselement (24) einen koaxial zu der Drehachse (A) der Planetenübersetzungsstufe (13) angeordneten Zylinderabschnitt (27) aufweist. Elektrische Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Tellereinheit (17), mittels welcher der Zylinderabschnitt (27) drehfest mit dem Hohlrad (12) verbunden ist. Elektrische Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) koaxial zu der Planetenübersetzungsstufe (13) angeordnet ist und die Tellereinheit (17) axial auf einer dem Rotor (3) abgewandten Seite der Planetenübersetzungsstufe (13) angeordnet ist, wobei der Zylinderabschnitt (27) axial auf einer der Planetenübersetzungsstufe (13) abgewandten Seite der Tellereinheit (17) angeordnet ist. Elektrische Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindungselement (24) einen Führungsabschnitt (16) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, mit dem Axialführungsring (15) zusammenzuwirken. Elektrische Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderabschnitt (27) bezogen auf die Drehachse (A) der Planetenübersetzungsstufe (13) radial in einem Bereich von die Planetenräder (10) tragenden Planetenradbolzen (9) des Planetenträgers (8) der Planetenübersetzungsstufe (13) angeordnet ist. Elektrische Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Freilaufkupplung (20) als Schaltvorrichtung (25) eine Schaltscheibe aufweist, wobei der Aktor (26) dazu ausgebildet ist, diese rotatorisch zu bewegen. Elektrische Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (26) der schaltbaren Freilaufkupplung (20) im Gehäuse (5) angeordnet ist. Elektrische Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (26) der schaltbaren Freilaufkupplung (20) radial außerhalb der Kupplungshälften (21 , 22) und/oder axial überlappend zu zumindest einer der Kupplungshälften (21 , 22) angeordnet ist. Electric drive device (1) for a motor vehicle, with an electric machine (2) which has a rotor (3), with a planetary gear ratio stage (13) which has a sun gear (11), a planet carrier (8) with planet gears (10) and a ring gear (12), with a switchable one-way clutch (20) which has a first clutch half (21), a second clutch half (23), a switching device (25) and an actuator (26), wherein the first clutch half (21) is connected in a rotationally fixed manner to a housing (5), characterized by an axial guide ring (15) which is designed to support the ring gear (12) in both axial directions (a), wherein the ring gear (12) is designed free of a rolling bearing which directly supports it, wherein the axial guide ring (15) is arranged radially inside and axially overlapping the one-way clutch (20). Electric drive device (1) according to claim 1, characterized in that the axial guide ring (15) has a U-shaped cross-sectional contour. Electric drive device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the second coupling half (22) is connected in a rotationally fixed manner to the ring gear (12), wherein a connecting element (24) connected in a rotationally fixed manner to the ring gear (12) and in a rotationally fixed manner to the second coupling half (22) is arranged radially between a sun gear toothing of the sun gear (11) and a ring gear toothing of the ring gear (12) with respect to a rotation axis (A) of the planetary transmission stage (13). Electric drive device (1) according to claim 3, characterized in that the connecting element (24) has a cylinder section (27) arranged coaxially to the axis of rotation (A) of the planetary gear stage (13). Electric drive device (1) according to claim 4, characterized by a plate unit (17) by means of which the cylinder section (27) is connected to the ring gear (12) in a rotationally fixed manner. Electric drive device (1) according to claim 5, characterized in that the rotor (3) is arranged coaxially to the planetary gear stage (13) and the plate unit (17) is arranged axially on a side of the planetary gear stage (13) facing away from the rotor (3), the cylinder section (27) being arranged axially on a side of the plate unit (17) facing away from the planetary gear stage (13). Electric drive device (1) according to claim 5 or 6, characterized in that the connection element (24) has a guide section (16) which is designed to interact with the axial guide ring (15). Electric drive device (1) according to one of claims 4 to 7, characterized in that the cylinder section (27) is arranged radially in relation to the axis of rotation (A) of the planetary gear stage (13) in a region of the planetary gear bolts (9) of the planet carrier (8) of the planetary gear stage (13) which carry the planet gears (10). Electric drive device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the switchable freewheel clutch (20) has a switching disk as a switching device (25), the actuator (26) being designed to move this in a rotational manner. Electric drive device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (26) of the switchable freewheel clutch (20) is arranged in the housing (5). Electric drive device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (26) of the switchable freewheel clutch (20) is arranged radially outside the clutch halves (21, 22) and/or axially overlapping at least one of the clutch halves (21, 22).
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