DE102021005017A1

DE102021005017A1 - Elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021005017A1
Application number: DE102021005017.7A
Authority: DE
Inventors: Tobias Schilder; Philip Gansloser
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2023-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit: einer zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildeten, elektrischen Maschine (12), welche einen Rotor (14) aufweist, mit einem Planetengetriebe (22), welches einen ersten Planetenradsatz (24) mit einem mit dem Rotor (16) drehfest verbundenen, ersten Sonnenrad (28), einem ersten Planetenträger (30) und einem ersten Hohlrad (32) und einen zweiten Planetenradsatz (26) mit einem zweiten Sonnenrad (34), einem zweiten Planetenträger (36) und einem zweiten Hohlrad (38) aufweist, mit wenigstens zwei Schaltelementen (S1, S2) zur Schaltung von wenigstens zwei Getriebegängen (1, 2), und mit einem Differentialgetriebe (42), welches eine Differentialeingangswelle (44), welche drehfest mit dem zweiten Planetenträger (36) verbunden ist, und zwei Abtriebswellen (46, 48) aufweist, wobei das erste Sonnenrad (28) drehfest mit dem zweiten Sonnenrad (34) verbunden ist, und das erste Hohlrad (32) drehfest mit dem zweiten Hohlrad (38) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen.
Die DE 10 2013 225 519 A1 offenbart ein Planetengetriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einer ein Sonnenrad bildenden Eingangswelle, mit einem Planetenträger, der einen ersten Satz von Planetenrädern und einen zweiten Satz von Planetenrädern trägt, mit einem ersten Hohlrad, das dem ersten Satz von Planetenrädern zugeordnet ist, und mit einem zweiten Hohlrad, das dem zweiten Satz von Planetenrädern zugeordnet ist. Vorgesehen ist auch ein erstes Feststellmittel, mittels welchem das erste Hohlrad feststellbar ist. Des Weiteren ist ein zweites Feststellmittel vorgesehen, mittels welchem das zweite Hohlrad feststellbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass eine besonders verlustarme und kompakte Bauweise realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Antriebsvorrichtung aufweist und mittels der elektrischen Antriebsvorrichtung, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Hierzu umfasst die elektrische Antriebsvorrichtung wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein elektrisch, angetrieben werden kann. Die elektrische Maschine weist einen Rotor auf. Beispielsweise weist die elektrische Maschine auch einen Stator auf, mittels welchem der Rotor antriebbar und dadurch um einen Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Insbesondere kann die elektrische Maschine über ihren Rotor Antriebsdrehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Beispielsweise können mittels der elektrischen Maschine, insbesondere mittels des Rotors, wenigstens oder genau zwei einfach auch als Räder bezeichnete Fahrzeugräder eine Achse des Kraftfahrzeugs angetrieben werden, wodurch das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann.
Die elektrische Antriebsvorrichtung umfasst außerdem ein Planetengetriebe, welches einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz aufweist. Der erste Planetenradsatz weist ein erstes Sonnenrad auf, welches, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Außerdem umfasst der erste Planetenradsatz einen auch als erster Steg bezeichneten, ersten Planetenträger sowie ein erstes Hohlrad. Das erste Sonnenrad, der erste Planetenträger und das erste Hohlrad sind erste Getriebeelemente des ersten Planetenradsatzes. Der zweite Planetenradsatz weist ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad auf, wobei der zweite Planetenträger als zweiter Steg bezeichnet wird. Das zweite Sonnenrad, der zweiten Planetenträger und das zweite Hohlrad werden auch als zweite Getriebeelemente des zweiten Planetenradsatzes bezeichnet. Beispielsweise umfasst die elektrische Antriebsvorrichtung ein Gehäuse, in welchem beispielsweise die Planetenradsätze beziehungsweise die Getriebeelemente angeordnet sein können. Insbesondere dann, wenn das jeweilige Getriebeelement nicht drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist und angetrieben wird, insbesondere dadurch, dass das jeweiligen Antriebsdrehmoment oder ein jeweiliges, aus dem jeweiligen Antriebsdrehmoment resultierendes Drehmoment auf das jeweiligen Drehmoment ausgeübt wird, ist das jeweilige Getriebeelement insbesondere um eine Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar. Insbesondere ist es denkbar, dass die ersten Getriebeelemente koaxial zueinander angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich sind beispielsweise die zweiten Getriebeelemente koaxial zueinander angeordnet.
Die elektrische Antriebsvorrichtung weist außerdem wenigstens zwei Schaltelemente zur Schaltung von wenigstens zwei Getriebegängen der elektrischen Antriebsvorrichtung, insbesondere des Planetengetriebes, auf. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist mit einer drehfesten Verbindung zweier drehbarer oder drehbar gelagerter Elemente gemeint, dass diese beiden Elemente koaxial zueinander angeordnet und derart miteinander verbunden sind, dass sie sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit, insbesondere um eine Elementendrehachse und/oder relativ zu dem Gehäuse drehen, insbesondere wenn eines der Elemente und somit das andere Element angetrieben wird. Insbesondere kann es sich bei dem jeweiligen Element um das jeweilige Getriebeelement handeln. Vorzugsweise ist der Rotor koaxial zu den auch als Planetensätze bezeichneten Planetenradsätzen angeordnet.
Insbesondere ist unter dem Merkmal, dass Elemente permanent drehfest miteinander verbunden oder gekoppelt sind, zu verstehen, dass nicht etwa ein Schaltelement vorgesehen ist, welches zwischen einem die Elemente drehfest miteinander verbindenden oder koppelnden Koppelzustand und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist, in welchem die Elemente voneinander entkoppelt und relativ zueinander drehbar sind, sodass keine Drehmomente zwischen den Elementen übertragen werden können, sondern die Elemente sind stets beziehungsweise immer, mithin permanent, drehfest miteinander verbunden oder gekoppelt.
Die elektrische Antriebsvorrichtung umfasst außerdem ein Differentialgetriebe, welches beispielsweise der zuvor genannten Achse und somit beispielsweise den Fahrzeugrädern zugeordnet ist, die mittels der elektrischen Maschine über den Rotor antreibbar sind. Wie bereits hinlänglich bekannt ist, weist das Differentialgetriebe beispielsweise eine solche Funktion auf, dass das Differentialgetriebe bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs unterschiedliche Drehzahlen der Fahrzeugräder zulässt, derart, dass sich das kurvenäußere Rad mit einer größeren Drehzahl dreht als das kurveninnere Rad, insbesondere während die Räder über das Differentialgetriebe von dem Rotor und somit von der elektrischen Maschine antreibbar sind oder angetrieben werden.
Das Differentialgetriebe weist eine Differentialeingangswelle auf, über welche das jeweilige Antriebsdrehmoment beziehungsweise ein jeweiliges, aus dem Antriebsdrehmoment resultierendes Drehmoment in das Differentialgetriebe einleitbar ist, wodurch das Differentialgetriebe und über dieses die Räder antreibbar sind. Des Weiteren umfasst das Differentialgetriebe zwei Abtriebswellen, welche von der Differentialeingangswelle antreibbar sind. Insbesondere sind die Fahrzeugräder von den Abtriebswellen antreibbar, insbesondere derart, dass ein erstes der Räder von einer ersten der Abtriebswellen und das zweite Rad von der zweiten Abtriebswelle antreibbar ist. Dabei ist es vorgesehen, dass die Differentialeingangswelle, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Planetenträger verbunden ist.
Um nun eine besonders verlustarme und kompakte Bauweise der elektrischen Antriebsvorrichtung realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das erste Sonnenrad, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden ist. Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das erste Hohlrad, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Hohlrad verbunden ist.
Beispielsweise ist das jeweilige, erste Getriebeelement dann, wenn es nicht drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, um eine erste Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar, wobei die erste Getriebeelementdrehachse auch als erste Planetenradsatzdrehachse bezeichnet wird. Es ist denkbar, dass das jeweilige, zweite Getriebeelement insbesondere dann, wenn es nicht drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, um eine zweite Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist, wobei die zweite Getriebeelementdrehachse auch als zweite Planetenradsatzdrehachse bezeichnet wird. Da vorzugsweise die Planetenradsätze koaxial zueinander angeordnet sind, fallen die Planetenradsatzdrehachsen beziehungsweise die Getriebeelementdrehachsen zusammen. Wenn im Folgenden somit die Rede von der Getriebeelementdrehachse ist, so sind darunter die Getriebeelementdrehachsen und die Planetenradsatzdrehachsen zu verstehen, falls nichts anderes angegeben ist.
Um eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit auf kompakte und verlustarme Weise realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das erste Schaltelement dazu ausgebildet ist, den ersten Planetenträger drehfest mit dem Gehäuse der elektrischen Antriebsvorrichtung zu verbinden. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das erste Schaltelement zwischen einem ersten Koppelzustand und einem ersten Entkoppelzustand umschaltbar ist. In dem ersten Koppelzustand ist mittels des ersten Schaltelements der erste Planetenträger drehfest mit dem Gehäuse verbunden, mithin drehfest an dem Gehäuse festgelegt. Somit kann sich der ersten Planetenträger insbesondere auch dann nicht um die Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehen, wenn der erste Planetenträger angetrieben wird. In dem ersten Entkoppelzustand gibt das erste Schaltelement den ersten Planetenträger für eine relativ zu dem Gehäuse um die Getriebeelementdrehachse frei, sodass der erste Planetenträger insbesondere dann um die Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist oder gedreht wird, wenn der erste Planetenträger angetrieben wird.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite Schaltelement dazu ausgebildet ist, das zweite Hohlrad drehfest mit einem Gehäuse zu verbinden. Beispielsweise ist das zweite Schaltelement zwischen einem zweiten Koppelzustand und einem zweiten Entkoppelzustand umschaltbar. In dem zweiten Koppelzustand ist mittels des zweiten Schaltelements das zweite Hohlrad drehfest mit dem Gehäuse verbunden, sodass sich das zweite Hohlrad insbesondere auch dann nicht um die Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehen kann, wenn das zweite Hohlrad angetrieben wird. In dem zweiten Entkoppelzustand gibt das zweite Schaltelement das zweite Hohlrad für einen relativ zu dem Gehäuse um die Getriebeelementdrehachse erfolgende Drehung frei, sodass das zweite Hohlrad insbesondere dann um die Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist oder gedreht wird, wenn das zweite Hohlrad angetrieben wird.
Beispielsweise ist das erste Schaltelement, insbesondere relativ zu dem Gehäuse und/oder translatorisch, zwischen wenigstens einer den ersten Koppelzustand bewirkenden, ersten Koppelstellung und wenigstens einer den ersten Entkoppelzustand bewirkenden, ersten Entkoppelstellung bewegbar. Ferner ist es denkbar, dass das zweite Schaltelement, insbesondere translatorisch und/oder relativ zu dem Gehäuse, zwischen wenigstens einer den ersten Koppelzustand bewirkenden, zweiten Koppelzustand und wenigstens einer den zweiten Entkoppelzustand bewirkenden, zweiten Entkoppelstellung bewegbar ist.
Um auf besonders verlustarme und bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Antriebsvorrichtung ein Parksperrenrad aufweist, welches, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Planetenträger verbunden ist. Das Parksperrenrad ist beispielsweise Bestandteil einer Parksperre, welche aktivierbar und deaktivierbar ist. Ist die Parksperre aktiviert, so werden das Parksperrenrad und über dieses der zweite Planetenträger an einer relativ zu dem Gehäuse um die Getriebeelementdrehachse erfolgende Drehung gehindert, wodurch beispielsweise ein unerwünschtes Wegrollen des Kraftfahrzeugs vermeidbar ist beziehungsweise vermieden wird, insbesondere dann, wenn das Kraftfahrzeug an einem Gefälle abgestellt ist. Ist die Parksperre deaktiviert, so können sich das Parksperrenrad und somit der zweite Planetenträger drehen, sodass beispielsweise das Kraftfahrzeug ein Gefälle hinabrollen kann.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das erste Schaltelement einen Freilauf aufweist. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass mittels des ersten Schaltelements eines der Getriebeelemente, insbesondere der ersten Planetenträger, in eine um die Getriebeelementdrehachse verlaufende, erste Drehrichtung drehfest mit dem Gehäuse verbindbar ist, wobei der Freilauf Relativdrehungen zwischen dem Getriebeelement, insbesondere dem ersten Planetenträger, und dem Gehäuse in eine um die Getriebeelementdrehachse verlaufende und der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, zweite Drehrichtung zulässt. Hierdurch kann auf besonders gewichts-, kosten- und bauraumgünstige Weise ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden.
Um Verluste besonders gering halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das erste Schaltelement eine Klauenkupplung aufweist. Mittels der Klauenkupplung kann wenigstens eines der Getriebeelemente wie beispielsweise der erste Planetenträger formschlüssig und somit besonders verlustarm drehfest mit einem weiteren der Getriebeelemente oder mit dem Gehäuse drehfest verbunden werden.
Insbesondere ist es denkbar, dass zumindest eines der Schaltelemente wie beispielsweise das erste Schaltelement als ein formschlüssiges Schaltelement wie beispielsweise einer Klauenkupplung ausgebildet ist oder ein formschlüssiges Schaltelement wie beispielsweise eine Klauenkupplung aufweist. Ferner ist es denkbar, dass zumindest eines der Schaltelemente wie beispielsweise das zweite Schaltelement als ein kraft- beziehungsweise reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist oder ein solches kraft- beziehungsweise reibschlüssiges Schaltelement aufweist, mittels welchem beispielsweise eines der Getriebeelemente mit einem weiteren der Getriebeelemente oder mit dem Gehäuse kraft- beziehungsweise reibschlüssig drehmomentübertragend, insbesondere drehfest, verbunden werden kann. Das reibschlüssige Schaltelement wird auch als reibschlüssige Kupplung bezeichnet und kann beispielsweise als Lamellenkupplung ausgebildet sein. Das formschlüssige Schaltelement wird auch als formschlüssige Kupplung bezeichnet und kann beispielsweise als Klauenkupplung ausgebildet sein. Das formschlüssige Schaltelement ist insbesondere dazu ausgebildet, zwei der Getriebeelemente oder eines der Getriebeelemente und das Gehäuse durch wenigstens einen Formschluss drehfest miteinander zu verbinden, welcher beispielsweise dadurch gebildet wird, dass wenigstens zwei Festkörper sich in wenigstens eine oder beide, um die Getriebeelementdrehachse verlaufende Drehrichtungen gegenseitig überlappen. Dem gegenüber kann das reibschlüssige Schaltelement zwei der Getriebeelemente oder eines der Getriebeelemente und das Gehäuse, insbesondere ausschließlich, durch Reibung beziehungsweise Reibkräfte drehfest verbinden, indem beispielsweise wenigstens zwei Reibpartner drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, beispielsweise ohne jedoch dass sich die Reibpartner um die Getriebeelementdrehachse gegenseitig überlappen.
Um auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs darstellen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Antriebsvorrichtung ein auch als Verblockungsschaltelement bezeichnetes, drittes Schaltelement zum Verblocken des Planetengetriebes aufweist. Mit anderen Worten kann das Planetengetriebe mittels des Verblocken des Schaltelements verblockt werden. Hierzu kann beispielsweise mittels des Verblockungsschaltelements das erste Sonnenrad drehfest mit dem ersten Planetenträger verbunden werden. Allgemein ausgedrückt können mittels des Verblockungsschaltelements zwei der Getriebeelemente, die nicht bereits. Insbesondere permanent, drehfest miteinander gekoppelt sind, drehfest miteinander verbunden werden, wodurch das, insbesondere ganze, Planetengetriebe verblockt wird, insbesondere dadurch, dass bei dem Planetengetriebe ohnehin schon wenigstens zwei der Getriebeelemente drehfest miteinander verbunden sind, insbesondere in Form des ersten Sonnenrads und des zweiten Sonnenrads beziehungsweise des ersten Hohlrads und des zweiten Hohlrads.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens oder genau eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung aufweist und, insbesondere rein, elektrisch mittels der Antriebsvorrichtung antreibbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Insbesondere können durch die Erfindung die Folgenden Vorteile realisiert werden:

- geringe Relativdrehzahlen in den offen laufenden Schaltelementen
- Die Schaltelemente können sehr gut zugänglich sein, insbesondere dann, wenn zumindest eines der Schaltelemente, zumindest zwei der Schaltelemente oder die drei Schaltelemente als halbschlüssige Schaltelemente wie beispielsweise Bremsen ausgebildet sind.
- guter Verzahnungswirkungsgrad, insbesondere im zweiten Getriebegang
- Die Drehzahlen der elektrischen Maschine, das heißt des Rotors können bei hoher Geschwindigkeit besonders gering gehalten werden, insbesondere durch eine Mehrgängigkeit des Planetengetriebes, wobei die Mehrgängigkeit durch die wenigstens zwei Getriebegänge realisiert ist

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer elektrischen Antriebsvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung; und
3 eine Schalttabelle zur Veranschaulichung von schaltbaren, das heißt einlegbaren und auslegbaren Gängen.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform einer elektrischen Antriebsvorrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug. Vorzugsweise weist das insbesondere als Kraftwagen und ganz insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildete Kraftfahrzeug wenigstens oder genau zwei in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnete Achsen auf, welche auch als Fahrzeugachsen bezeichnet werden. Die jeweilige Achse weist wenigstens oder genau zwei auch als Fahrzeugräder bezeichnete Räder auf, welche Bodenkontaktelemente des Kraftfahrzeugs sind. Die jeweiligen Räder der jeweiligen Achse sind auf in Fahrzeugquerrichtung einander gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeugs angeordnet. Das Kraftfahrzeug ist über die als Bodenkontaktelemente des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Räder in Fahrzeughochrichtung nach unten hin an einer Fahrbahn abstützbar oder abgestützt. Wird das Kraftfahrzeug mittels der Antriebsvorrichtung 10, insbesondere rein, elektrisch angetrieben, während das Kraftfahrzeug in Fahrzeughochrichtung nach unten hin an der Fahrbahn abgestützt ist, so rollen die Räder an der Fahrbahn ab. Beispielsweise ist die Antriebsvorrichtung 10 bezogen auf die Achsen ausschließlich und somit genau einer der Achsen zugeordnet, sodass beispielsweise mittels der Antriebsvorrichtung 10 bezogen auf die Räder ausschließlich die Räder der Achse angetrieben werden können, der die Antriebsvorrichtung 10 zugeordnet ist.
Die Antriebsvorrichtung 10 weist eine elektrische Maschine 12 auf, welche einen Stator 14 und einen Rotor 16 aufweist. Der Rotor 16 ist mittels des Stators 14 antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse 18 relativ zu dem Stator 14 drehbar. Über den Rotor 16 kann die elektrische Maschine 12 Antriebsdrehmomente zum Antreiben der Räder der Achse bereitstellen, der die elektrische Maschine 12 zugeordnet ist. Die mittels der elektrischen Maschine 12 über deren Rotor 16 antreibbaren Räder werden auch als Antriebsräder bezeichnet. Die Antriebsvorrichtung 10 weist auch ein in 1 besonders schematisch dargestelltes Gehäuse 20 auf, wobei der Rotor 16 um die Maschinendrehachse 18 relativ zu dem Gehäuse 20 drehbar ist.
Die Antriebsvorrichtung 10 weist ein Planetengetriebe 22 auf, welches einen ersten Planetenradsatz 24 und zweiten Planetenradsatz 26 umfasst. Vorzugsweise sind die Planetenradsätze 24 und 26 jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als der Hälfte oder aber vollständig, in dem Gehäuse 20 angeordnet. Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform sind die Planetenradsätze 24 und 26 koaxial zueinander angeordnet. Außerdem ist der Rotor 16 koaxial zu den Planetenradsätzen 24 und 26 angeordnet. Der Planetenradsatz 24 weist ein erstes Sonnenrad 28, einen ersten Planetenträger 30 und ein erstes Hohlrad 32 auf, wobei das Sonnenrad 28, der Planetenträger 30 und das Hohlrad 32 auch als erste Getriebeelemente bezeichnet werden. Insbesondere dann, wenn das jeweilige, erste Getriebeelement nicht drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist, ist das jeweilige, erste Getriebeelement um eine erste Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse 20 drehbar.
Der zweite Planetenradsatz 26 weist ein zweites Sonnenrad 34, einen zweiten Planetenträger 36 und ein zweiten Hohlrad 38 auf. Das Sonnenrad 34, der Planetenträger 36 und das Hohlrad 38 werden auch als zweite Getriebeelemente des zweiten Planetenradsatzes 26 bezeichnet. Insbesondere dann, wenn das jeweilige, zweite Getriebeelement nicht drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist, ist das jeweilige, zweite Getriebeelement um eine zweite Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse 20 drehbar. Da bei der ersten Ausführungsform die Planetenradsätze 24, 26 koaxial zueinander angeordnet sind, fallen die Getriebeelementdrehachsen zusammen, und da der Rotor 16 koaxial zu den Planetenradsätzen 24, 26 angeordnet ist, fallen die Getriebeelementdrehachsen mit der Maschinendrehachse 18 zusammen.
Der Planetenradsatz 24 weist außerdem wenigstens ein oder mehrere, erste Planetenräder 39 auf. Das jeweilige, erste Planetenrad 39 ist drehbar an dem Planetenträger 30 gelagert und kämmt beispielsweise jeweils direkt mit dem Sonnenrad 28 und dem Hohlrad 32. Der Planetenradsatz 26 weist wenigstens ein oder mehrere, zweite Planetenräder 40 auf, wobei das jeweilige, zweite Planetenrad 40 drehbar an dem Planetenträger 36 gelagert ist. Das jeweilige Planetenrad 40 kämmt jeweils direkt und gleichzeitig mit dem Sonnenrad 34 und dem Hohlrad 38.
Die Antriebsvorrichtung 10, insbesondere das Planetengetriebe 22 weist ein erstes Schaltelement S1 und zweites Schaltelement S2 auf, wobei die Schaltelemente S1 und S2 dazu ausgebildet sind, wenigstens oder genau zwei Getriebegänge der Antriebsvorrichtung 10, insbesondere des Planetengetriebes 22 zu schalten. Dies bedeutet, dass mittels der Schaltelemente S1 und S2 die zwei Getriebegänge eingelegt und ausgelegt werden können. Insbesondere unterscheiden sich die Getriebegänge hinsichtlich ihrer jeweiligen Übersetzungen voneinander, insbesondere derart, dass ein erster der Getriebegänge eine erste Übersetzung und der zweite Getriebegang eine zweite Übersetzung aufweist, Insbesondere ist die zweite Übersetzung geringer als die erste Übersetzung.
Die Antriebsvorrichtung 10 weist außerdem ein Differenzialgetriebe 42 auf, welches beispielsweise als Kegelraddifferenzial ausgebildet sein kann. Das Differenzialgetriebe weist eine Differenzialeingangswelle 44 auf, über welche das jeweilige Antriebsdrehmoment oder ein jeweiliges, aus dem jeweiligen Antriebsdrehmoment resultierendes Drehmoment in das Differenzialgetriebe 42 einleitbar ist. Hierdurch werden die einfach auch als Eingangswelle bezeichnete Differenzialeingangswelle und somit das Differenzialgetriebe 42 angetrieben. Des Weiteren umfasst das Differenzialgetriebe 42 zwei Abtriebswellen 46 und 48, welche von der Eingangswelle antreibbar sind. Hierdurch können die Abtriebswellen 46 und 48 ein jeweiliges, in 1 durch Pfeile 50 veranschaulichtes Drehmoment bereitstellen, mittels welchem die Räder der Achse, der die Antriebsvorrichtung 10 zugeordnet ist, angetrieben werden können. Beispielsweise umfasst das Differenzialgetriebe 42 Ausgleichsräder 52, die mit Abtriebsrädern 54 des Differenzialgetriebes 42 kämmen. Dabei sind die Abtriebsräder 54 Zahnräder, die, insbesondere permanent, drehfest mit den Abtriebswellen 46 verbunden sind. Auch die Ausgleichsräder 52 sind Zahnräder. Aus 1 ist erkennbar, dass der Rotor 16 achsparallel zu den koaxial zueinander angeordneten Abtriebswellen 50 angeordnet ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Abtriebswellen 50 um eine gemeinsame Abtriebswellendrehachse relativ zu dem Gehäuse 20 drehbar sind, wobei die Maschinendrehachse 18 und die Abtriebswellendrehachse parallel zueinander verlaufen und voneinander beabstandet sind. Des Weiteren ist aus 1 erkennbar, dass das erste Sonnenrad 28, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor 16 verbunden ist. Außerdem ist der zweite Planetenträger 36, insbesondere permanent, drehfest mit der Differentialeingangswelle verbunden.
Um nun eine besonders verlustarme und kompakte Bauweise der Antriebsvorrichtung 10 realisieren zu können, ist das erste Sonnenrad 28 auch, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 34 verbunden. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass das erste Hohlrad 32, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Hohlrad 38 verbunden ist.
Mittels des ersten Schaltelements S1 ist der erste Planetenträger 30 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar. Mittels des zweiten Schaltelements S2 sind das zweite Hohlrad 38 und somit das erste Hohlrad 32 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar. Des Weiteren ist ein Parksperrenrad 56 einer Parksperre 58 vorgesehen, wobei das Parksperrenrad 56, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Planetenträger 36 und somit mit der Differentialeingangswelle 44 verbunden ist. Hierdurch werden der zweite Planetenträger 36 und die Differentialeingangswelle 44 und über letztere die Abtriebswellen 46 und 48 und somit die Antriebsräder dann, wenn die Parksperre 58 aktiviert ist, wodurch das Parksperrenrad 56 insbesondere formschlüssig drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist, gegen eine relativ zu dem Gehäuse 20 erfolgende Rotation gehindert, wodurch das Kraftfahrzeug insbesondere dann gegen ein unerwünschtes Wegrollen gesichert wird, wenn das Kraftfahrzeug an einem Gefälle abgestellt und insbesondere geparkt ist.
Bei der ersten Ausführungsform ist oder umfasst das Schaltelement S1 ein formschlüssiges Schaltelement, mittels welchem der Planetenträger 30 in wenigstens eine um die Getriebeelementdrehachse beziehungsweise die Maschinendrehachse 18 verlaufende, erste Drehrichtung und/oder in formschlüssig mit dem Gehäuse 20 verbindbar ist. Es ist denkbar, dass mittels des Schaltelements S1 beziehungsweise mittels des formschlüssigen Schaltelements der Planetenträger 30 auch in eine um die Maschinendrehachse verlaufende und der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, zweite Drehrichtung formschlüssig drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar ist. Beispielsweise weist das Schaltelement S1 als das formschlüssige Schaltelement eine Klauenkupplung K auf, mittels welcher der Planetenträger 30 in die erste Drehrichtung formschlüssig drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar ist. Bei der ersten Ausführungsform weist das Schaltelement S1 auch einen Freilauf F auf, welcher beispielsweise eine in die zweite Drehrichtung um die Maschinendrehachse 18 relativ zu dem Gehäuse 20 erfolgende Drehung des Planetenträgers 30 zulässt, insbesondere während der Planetenträger 30 mittels des Schaltelements S1, insbesondere mittels der Klauenkupplung K, in die erste Drehrichtung, insbesondere formschlüssig, drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist. Somit verhindert beispielsweise das Schaltelement S1, insbesondere die Klauenkupplung K, in die erste Drehrichtung um die Maschinendrehachse 18 relativ zu dem Gehäuse 20 erfolgende Drehungen des Planetenträgers 30, insbesondere formschlüssig, und das Schaltelement S1, insbesondere der Freilauf F, lässt um die Maschinendrehachse 18 in die zweite Drehrichtung erfolgende Relativdrehung und zwischen dem Planetenträger 30 und dem Gehäuse 20 zu. Dabei ist vorzugsweise auch der Freilauf F formschlüssig. Die Klauenkupplung K ist nur ein Beispiel für eine formschlüssige Kupplung beziehungsweise für ein formschlüssiges Schaltelement, sodass auch andere, formschlüssige Schaltelemente verwendet werden können.
Das zweite Schaltelement S2 kann, insbesondere ebenfalls, ein formschlüssiges Schaltelement sein oder aufweisen, sodass mittels des Schaltelements S2 beispielsweise das Hohlrad 38 formschlüssig drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar ist. Sinnvollerweise ist jedoch das zweite Schaltelement S2 ein reibschlüssiges Schaltelement, da dann zumindest weitgehend eine Lastschaltbarkeit insbesondere mit einer gewissen Zugkraftreduktion, jedoch ohne eine Zugkraftunterbrechung, darstellbar ist, insbesondere bei einem Wechsel oder Umschalten von dem ersten Gang zu dem zweiten Gang und von dem zweiten Gang zu dem ersten Gang.
Insbesondere im Hinblick auf eine kinematische Äquivalenz, welche vorliegend als mitumfasst oder mitoffenbart anzusehen ist, kann vorgesehen sein, dass in einem Planetenradsatz wie beispielsweise dem jeweiligen Planetenradsatz 24 beziehungsweise 26 ein Einfachplanetenträger, wie beispielsweise der jeweilige Planetenträger 30 beziehungsweise 36 durch einen Doppelplanetenträger ersetzt werden kann, insbesondere wenn gleichzeitig jeweilige Anbindungen der jeweils beiden anderen Getriebeelemente dieses Planetenradsatzes getauscht werden. In einem Planetenradsatz kann ein insbesondere als Bremsschaltelement ausgebildetes Schaltelement zur Gehäusefestanbindung, das heißt zur drehfesten Verbindung eines der Getriebeelemente mit dem Gehäuse 20 beispielsweise durch eine permanente Gehäusefestanbindung ersetzt werden, insbesondere wenn zugleich eine Festanbindung der beiden jeweiligen anderen Getriebeelemente dieses Planetenradsatzes durch ein Schaltelement ersetzt wird, mittels welchem die jeweils beiden anderen Getriebeelemente drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar sind.
Beispielsweise kann der Freilauf F entfallen, sodass das Schaltelement S1 frei von einem Freilauf ist, wobei das Schaltelement S1 ein formschlüssiges Schaltelement oder ein reibschlüssiges Schaltelement sein kann. Ferner ist es denkbar, dass das Schaltelement S1 nur den Freilauf F aufweist und somit frei von einer beziehungsweise der Klauenkupplung K ist. Demgegenüber sind jedoch bei der in 1 gezeigten Ausführungsform die Klauenkupplung K und der Freilauf F miteinander kombiniert.
Um beispielsweise den ersten Getriebegang zu aktivieren, das heißt einzulegen, insbesondere während der zweite Getriebegang deaktiviert, das heißt ausgelegt, ist, ist das erste Schaltelement S1 geschlossen, während das zweite Schaltelement S2 geöffnet ist. Somit ist der Planetenträger 30 mittels des Schaltelements S1 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden, während das Schaltelement S2 um die Maschinendrehachse erfolgende Relativdrehungen zwischen dem Hohlrad 38 und dem Gehäuse 20 zulässt. Um beispielsweise den zweiten Getriebegang einzulegen, während der erste Getriebegang ausgelegt ist, ist das zweite Schaltelement S2 geschlossen, während das erste Schaltelement S1 geöffnet ist, sodass mittels des Schaltelements S2 die Hohlräder 32 und 38 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden sind, während das Schaltelement S1 und die Maschinendrehachse 18 erfolgende Relativdrehungen zwischen dem Planetenträger 30 und dem Gehäuse 20 zulässt. Das Schaltelement S2 ist bei der in 1 gezeigten, ersten Ausführungsform beispielsweise ein reibschlüssiges Schaltelement, könnte jedoch alternativ als ein formschlüssiges Schaltelement wie beispielsweise eine Klauenkupplung, sein.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10. Bei der zweiten Ausführungsform weist die Antriebsvorrichtung 10 ein zusätzlich zu den Schaltelementen S1 und S2 vorgesehenes, drittes Schaltelement S3 auf, welches auch als Verblockungsschaltelement oder K1 bezeichnet wird. Während die erste Ausführungsform nur die zwei schaltbaren Getriebegänge aufweist, weist die zweite Ausführungsform wenigstens oder genau drei schaltbare Getriebegänge und somit den ersten Getriebegang, den zweiten Getriebegang und einen dritten Getriebegang auf, dessen Drittübersetzung beispielsweise geringer als die Zweitübersetzung des zweiten Getriebegangs ist. Das dritte Schaltelement S3 ist ein Verblockungsschaltelement, mittels welchem das Planetengetriebe 22 zu verblocken ist. Bei der zweiten Ausführungsform sind mittels des Schaltelements S3 der Planetenträger 30 und das Sonnenrad 28 und somit das Sonnenrad 34 drehfest miteinander verbindbar. Ist das Schaltelement S3 geschlossen, sodass der Planetenträger 30 drehfest mit dem Sonnenrad 28 und somit drehfest mit dem Sonnenrad 34 verbunden ist, so laufen beispielsweise beide Planetenradsätze 24 und 26 als Block um, wenn sie angetrieben werden. Ist das Schaltelement S3 geöffnet, so lässt das Schaltelement S3 um die Maschinendrehachse 18 erfolgende Relativdrehungen zwischen dem Planetenträger 30 und dem Sonnenrad 28 beziehungsweise 34 zu.
3 zeigt eine Schalttabelle, in welche die mit 1, 2 und 3 bezeichneten Getriebegänge und die Schaltelemente S1, S2 und S3 eingetragen sind. Dabei ist der erste Getriebegang mit 1, der zweite Getriebegang mit 2 und der dritte Getriebegang mit 3 bezeichnet. Aus der Schalttabelle ist erkennbar, dass zum Einlegen des ersten Getriebegangs 1 das Schaltelement S1 geschlossen ist, während die Schaltelemente S2 und S3 geöffnet sind, sodass, während der erste Getriebegang 1 eingelegt ist, die Getriebegänge 2 und 3 ausgelegt sind. Um den zweiten Getriebegang 2 einzulegen, während die Getriebegänge 1 und 3 ausgelegt sind, ist das Schaltelement S2 geschlossen, während die Schaltelemente S1 und S3 geöffnet sind. Um den dritten Getriebegang 3 einzulegen, während die Getriebegänge 1 und 2 ausgelegt sind, ist das Schaltelement S3 geschlossen, während die Schaltelemente S1 und S2 geöffnet sind.
Ein großer Vorteil der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform, bei welcher das Schaltelement S1 sowohl die Klauenkupplung K1 als auch den Freilauf F aufweist, ist, dass die Kosten besonders geringgehalten werden können, da auf ein hydraulischelektromechanisch anzusteuerndes Schaltelement verzichtet werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsvorrichtung
12: elektrische Maschine
14: Stator
16: Rotor
18: Maschinendrehachse
20: Gehäuse
22: Planetengetriebe
24: erster Planetenradsatz
26: zweiter Planetenradsatz
28: erstes Hohlrad
30: erster Planetenträger
32: erstes Hohlrad
34: zweites Sonnenrad
36: zweiter Planetenträger
38: zweites Hohlrad
39: Planetenrad
40: Planetenrad
42: Differentialgetriebe
44: Differentialeingangswelle
46: Abtriebswelle
48: Abtriebswelle
50: Pfeil
52: Ausgleichsrad
54: Abtriebsrad
56: Parksperrenrad
58: Parksperre
F: Freilauf
K: Klauenkupplung
S1: erstes Schaltelement
S2: zweites Schaltelement
S3: drittes Schaltelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013225519 A1 [0002]

Claims

Elektrische Antriebsvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit: - einer zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildeten, elektrischen Maschine (12), welche einen Rotor (14) aufweist, - einem Planetengetriebe (22), welches einen ersten Planetenradsatz (24) mit einem mit dem Rotor (16) drehfest verbundenen, ersten Sonnenrad (28), einem ersten Planetenträger (30) und einem ersten Hohlrad (32) und einen zweiten Planetenradsatz (26) mit einem zweiten Sonnenrad (34), einem zweiten Planetenträger (36) und einem zweiten Hohlrad (38) aufweist, - wenigstens zwei Schaltelementen (S1, S2), nämlich einem ersten Schaltelement (S1) und einem zweiten Schaltelement (S2), zur Schaltung von wenigstens zwei Getriebegängen (1, 2), - einem Differentialgetriebe (42), welches eine Differentialeingangswelle (44), welche drehfest mit dem zweiten Planetenträger (36) verbunden ist, und zwei Abtriebswellen (46, 48) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass: - das erste Sonnenrad (28) drehfest mit dem zweiten Sonnenrad (34) verbunden ist, und - das erste Hohlrad (32) drehfest mit dem zweiten Hohlrad (38) verbunden ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (S1) dazu ausgebildet ist, den ersten Planetenträger (30) drehfest mit einem Gehäuse (20) der elektrischen Antriebsvorrichtung (10) zu verbinden.
Elektrische Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (S2) dazu ausgebildet ist, das zweite Hohlrad (38) drehfest mit einem Gehäuse (20) der elektrischen Antriebsvorrichtung (10) zu verbinden.
Elektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Parksperrenrad (56), welches drehfest mit dem zweiten Planetenträger (36) verbunden ist.
Elektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (S1) einen Freilauf (F) aufweist.
Elektrische Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (S1) eine Klauenkupplung (K) aufweist.
Elektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein drittes Schaltelement (S3) zum Verblocken des Planetengetriebes (22).
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer elektrischen Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.