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Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen elektrischen Antriebseinrichtung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen elektrischen Antriebseinrichtung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen elektrischen Antriebseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen elektrischen Antriebseinrichtung zu schaffen, sodass auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte, insbesondere umfangreiche, Funktionalität der elektrischen Antriebseinrichtung mit einer hohen Schaltdynamik und dadurch guten Fahrbarkeit darstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinrichtung für ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug die elektrische Antriebseinrichtung aufweist und mittels der elektrischen Antriebseinrichtung, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Beispielsweise weist das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens oder genau zwei in Fahrzeuglängsrichtung des Kraftfahrzeugs aufeinanderfolgend und somit hintereinander angeordnete Fahrzeugachsen auf, welche auch einfach als Achsen bezeichnet werden. Die jeweilige Fahrzeugachse weist wenigstens oder genau zwei Fahrzeugräder auf, welche auch einfach als Räder bezeichnet werden. Die jeweiligen Fahrzeugräder der jeweiligen Fahrzeugachse sind auf in Fahrzeugquerrichtung des Kraftfahrzeugs einander gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Fahrzeugräder sind Kraftfahrzeugs sind Bodenkontaktelemente, über welche das Kraftfahrzeug in Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs nach unten hin an einem Boden abstützbar oder abgestützt ist. Wird das Kraftfahrzeug entlang des Bodens gefahren, während das Kraftfahrzeug in Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs nach unten hin über die Bodenkontaktelemente an dem Boden abgestützt ist, so rollen die Bodenkontaktelemente, insbesondere direkt, an dem Boden ab. Beispielsweise ist wenigstens oder genau eine der Fahrzeugachsen als Antriebsachse, insbesondere als elektrische Antriebsachse, ausgebildet, wobei es denkbar ist, dass beide Fahrzeugachsen als Antriebsachsen ausgebildet sind. Die jeweilige Antriebsachse weist beispielsweise, insbesondere genau, zwei erfindungsgemäße, elektrische Antriebseinrichtungen auf, nämlich eine erste elektrische Antriebseinrichtung und eine zweite elektrische Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung. Dabei ist eine erste der elektrischen Antriebseinrichtungen einem ersten der Fahrzeugräder der Antriebsachse zugeordnet, und die zweite elektrische Antriebseinrichtung der Antriebsachse ist einem zweiten der Fahrzeugräder der Antriebsachse zugeordnet, wobei mittels der ersten elektrischen Antriebseinrichtung, insbesondere unter Umgehung des zweiten Fahrzeugrads, das erste Fahrzeugrad, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist, und wobei mittels der zweiten elektrischen Antriebseinrichtung, insbesondere unter Umgehung des ersten Fahrzeugrads, das zweite Fahrzeugrad, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Somit kann beispielsweise ein sogenannter, elektrischer Dualantrieb vorgesehen sein. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von der elektrischen Antriebseinrichtung ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, sowohl die erste elektrische Antriebseinrichtung als auch die zweite elektrische Antriebseinrichtung zu verstehen. Das jeweilige, mittels der jeweiligen, elektrischen Antriebseinrichtung antreibbare Fahrzeugrad wird auch als Antriebsrad oder angetriebenes Fahrzeugrad bezeichnet.
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Die elektrische Antriebseinrichtung weist eine elektrische Maschine auf, welche einen Rotor und einen Stator aufweist. Beispielsweise ist mittels des Stators der Rotor antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator Drahtbündel. Ganz insbesondere kann die elektrische Maschine über ihren Rotor Antriebsdrehmomente bereitstellen, mittels welchen das jeweilige Fahrzeugrad, mithin das jeweilige Antriebsrad, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Die elektrische Antriebseinrichtung weist außerdem eine Abtriebswelle auf, welche beispielsweise um eine Wellendrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist. Insbesondere ist es denkbar, dass die Abtriebswelle koaxial zu der elektrischen Maschine und somit koaxial zu dem Rotor angeordnet ist, sodass vorzugsweise die Wellendrehachse mit der Maschinendrehachse zusammenfällt. Insbesondere ist zumindest ein Getriebeelement vorgesehen, welches dann, wenn dieses nicht drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, um ein Hauptdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist, wobei vorzugsweise das Getriebeelement und weitere in der elektrischen Antriebseinrichtung vorgesehene Getriebeelemente koaxial zueinander angeordnet sind. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Getriebeelement und die weiteren Getriebeelemente koaxial zu der Abtriebswelle und/oder koaxial zu der elektrischen Maschine angeordnet sind, sodass vorzugsweise die Hauptdrehachse mit der Wellendrehachse und/oder mit der Maschinendrehachse zusammenfällt. Die elektrische Antriebseinrichtung weist zwei Antriebselemente auf, nämlich die Abtriebswelle und zumindest das Getriebeelement. Mit anderen Worten sind die Abtriebswelle und zumindest das Getriebeelement die Antriebselemente der elektrischen Antriebseinrichtung.
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Beispielsweise weist die elektrische Antriebseinrichtung eine, beispielsweise elektromagnetisch betätigbare, Schalteinrichtung auf, welche beispielsweise zwischen wenigstens oder genau zwei Schaltstellungen oder Schaltzuständen umschaltbar ist, nämlich einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand. In dem ersten Schaltzustand ist beispielsweise das Getriebeelement und somit beispielsweise die Abtriebswelle mittels der Schalteinrichtung drehfest mit dem Gehäuse verbunden, wodurch beispielsweise die Schalteinrichtung als eine Parksperre für das Kraftfahrzeug fungiert, sodass insbesondere in dem ersten Schaltzustand die Parksperre eingelegt, das heißt aktiviert ist. In dem zweiten Schaltzustand lässt beispielsweise die Schalteinrichtung in wenigstens oder genau eine Drehrichtung um die Wellendrehachse beziehungsweise um die Hauptdrehachse relativ zu dem Gehäuse erfolgende Drehung der Abtriebswelle beziehungsweise des Getriebeelements zu, sodass in dem zweiten Schaltzustand die Abtriebswelle und beispielsweise auch das Getriebeelement in die wenigstens oder genau eine Drehrichtung um die Wellendrehachse beziehungsweise um die Hauptdrehachse relativ zu dem Gehäuse gedreht werden kann. Da vorzugsweise die Abtriebswelle koaxial zu dem Getriebeelement und den weiteren Getriebeelementen angeordnet ist, fällt vorzugsweise die Wellendrehachse mit der Hauptdrehachse zusammen. Mit anderen Worten, da vorzugsweise die Abtriebswelle koaxial zu dem Getriebeelement und den weiteren Getriebeelementen angeordnet ist, fallen die Wellendrehachse und die Hauptdrehachse vorzugsweise mit einer Drehachse zusammen, sodass, wenn zuvor und im Folgenden die Rede von der Drehachse ist, darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die Wellendrehachse und die Hauptdrehachse zu verstehen sind. Somit ist beispielsweise der erste Schaltzustand ein auch mit P bezeichneter Parkzustand, in welchem die Parksperre eingelegt, das heißt aktiviert ist. Ferner ist vorzugsweise der zweite Schaltzustand ein auch mit N bezeichneter Neutralzustand, in welchem die Abtriebswelle und somit vorzugsweise auch das Getriebeelement in die wenigstens oder genau eine erste Drehrichtung um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse gedreht werden können. Es ist denkbar, dass in dem zweiten Schaltzustand die Abtriebswelle und vorzugsweise auch das Getriebeelement in eine erste Drehrichtung und in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, zweite Drehrichtung relativ zu dem Gehäuse um die Drehachse gedreht werden können, wobei beispielsweise die wenigstens oder genau eine Drehrichtung die zweite Drehrichtung ist. Somit lässt beispielsweise die Schalteinrichtung in dem zweiten Schalzustand eine in die erste Drehrichtung und auch eine in die zweite Drehrichtung um die Drehachse erfolgende Relativdrehung zwischen der Abtriebswelle und dem Gehäuse beziehungsweise zwischen dem Getriebeelement und dem Gehäuse zulässt. Die Drehrichtungen verlaufen um die Drehachse und sind gegensinnig.
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Ferner ist es denkbar, dass mittels der Schalteinrichtung in dem zweiten Schaltzustand beispielsweise die Abtriebswelle und vorzugsweise auch das Getriebeelement gegen eine um die Drehachse in die erste Drehrichtung und relativ zu dem Gehäuse erfolgende Drehung gesichert sind, sodass die Abtriebswelle und vorzugsweise auch das Getriebeelement in dem zweiten Schaltzustand nicht um die Drehachse in die erste Drehrichtung relativ zu dem Gehäuse gedreht werden können.
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Ferner ist es denkbar, dass die Schalteinrichtung zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand und einem zusätzlichen, dritten Schaltzustand umschaltbar ist, wobei in dem ersten Schaltzustand mittels der Schalteinrichtung die Abtriebswelle und vorzugsweise auch das Getriebeelement drehfest mit dem Gehäuse verbunden sind. In dem zweiten Schaltzustand lässt beispielsweise die Schalteinrichtung eine um die Drehachse in die zweite Drehrichtung und relativ zu dem Gehäuse erfolgende Drehung der Abtriebswelle und insbesondere des Getriebeelements zu, sodass die Abtriebswelle und vorzugsweise auch das Getriebeelement um die Drehachse in die zweite Drehrichtung relativ zu dem Gehäuse drehbar sind, während jedoch mittels der Schalteinrichtung die Abtriebswelle und vorzugsweise auch das Getriebeelement gegen eine um die Drehachse in die erste Drehrichtung und relativ zu dem Gehäuse erfolgende Drehung gesichert sind, mithin während die Abtriebswelle und vorzugsweise auch das Getriebeelement nicht um die Drehachse in die erste Drehrichtung relativ zu dem Gehäuse gedreht werden können. In dem dritten Schaltzustand beispielsweise lässt die Schalteinrichtung sowohl eine um die Drehachse in die erste Drehrichtung und relativ zu dem Gehäuse erfolgende Drehung der Abtriebswelle und vorzugsweise auch des Getriebeelements als auch eine um die Drehachse in die zweite Drehrichtung relativ zu dem Gehäuse erfolgende Drehung der Abtriebswelle und vorzugsweise auch des Getriebeelements zu, sodass beispielsweise in dem dritten Schaltzustand die Abtriebswelle und vorzugsweise auch das Getriebeelement sowohl in die erste Drehrichtung als auch in die zweite Drehrichtung um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse gedreht werden können. Dabei ist die Schalteinrichtung beispielsweise elektrisch, insbesondere elektromagnetisch, zwischen den Schaltzuständen umschaltbar, beispielsweise derart, dass die Schalteinrichtung elektrisch, insbesondere elektromagnetisch, zwischen unterschiedlichen, die unterschiedlichen Schaltzustände bewirkenden Schaltstellungen insbesondere relativ zu dem Gehäuse umschaltbar, insbesondere bewegbar, ist.
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Um nun auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte, insbesondere umfangreiche, Funktionalität der elektrischen Antriebseinrichtung realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die elektrische Antriebseinrichtung einen schaltbaren Freilauf aufweist, welcher beispielsweise die zuvor genannte Schalteinrichtung ist, oder die zuvor genannte Schalteinrichtung umfasst den schaltbaren Freilauf. Der schaltbare Freilauf weist einen, insbesondere permanent, drehfest mit dem Gehäuse verbundenen, ersten Scheibenkörper auf. Beispielsweise ist der erste Scheibenkörper separat von dem Gehäuse ausgebildet und, insbesondere permanent, drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Vorzugsweise ist der erste Scheibenkörper separat von dem zweiten Getriebeelement ausgebildet und, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Getriebeelement verbunden. Grundsätzlich wäre es denkbar, dass das zweite Getriebeelement und der erste Scheibenkörper einstückig miteinander ausgebildet, mithin aus einem einzigen Stück gebildet sind.
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Der schaltbare Freilauf weist außerdem einen, insbesondere permanent, drehfest mit den Antriebselementen verbundenen, zweiten Scheibenkörper auf. Dies bedeutet, dass der zweite Scheibenkörper, insbesondere permanent, drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist, und der zweite Scheibenkörper ist, insbesondere permanent, drehfest mit dem Getriebeelement verbunden. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Scheibenkörper separat von der Abtriebswelle ausgebildet und, insbesondere permanent, drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise der zweite Scheibenkörper separat von dem Getriebeelement ausgebildet und, insbesondere permanent, drehfest mit dem Getriebeelement verbunden.
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Der schaltbare Freilauf weist außerdem Plättchen auf, die bewegbar, insbesondere verschwenkbar, an einem der Scheibenkörper, insbesondere an dem ersten Scheibenkörper, gehalten sind. Insbesondere sind die Plättchen derart an dem einen Scheibenkörper gehalten, dass die Plättchen und der eine Scheibenkörper bezüglich der Drehachse, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden sind, sodass um die Drehachse verlaufende Relativdrehungen zwischen dem jeweiligen Plättchen und dem einen Scheibenkörper unterbunden sind.
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Der Freilauf ist, beispielsweise elektrisch und insbesondere elektromagnetisch, zwischen einem Sperrzustand und einem Freigabezustand umschaltbar. Der Sperrzustand ist ein erster Zustand des Freilaufs oder wird auch als erster Zustand bezeichnet, und der Freigabezustand ist ein zweiter Zustand des Freilaufs oder wird auch als zweiter Zustand bezeichnet. Ganz vorzugsweise ist oder bewirkt der Sperrzustand des Freilaufs den zuvor genannten, ersten Schaltzustand. Ganz vorzugsweise ist oder bewirkt der Freigabezustand den zuvor genannten, zweiten Schaltzustand.
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In dem Freigabezustand lassen die Plättchen eine Relativdrehung zwischen den Scheibenkörpern in die wenigstens oder genau eine Drehrichtung um die Drehachse zu, sodass in dem Freigabezustand die Antriebselemente und der zweite Scheibenkörper um die Drehachse in die wenigstens oder genau eine Drehrichtung relativ zu dem ersten Scheibenkörper und relativ zu dem Gehäuse gedreht werden können. In dem Sperrzustand sind die Scheibenkörper mittels der Plättchen drehfest miteinander verbunden, wodurch der Freilauf als die zuvor genannte Parksperre für das Kraftfahrzeug wirkt und wobei insbesondere in dem Sperrzustand die Parksperre eingelegt. Da in dem Sperrzustand die Scheibenkörper weder in die erste Drehrichtung noch in die zweite Drehrichtung um die Drehachse relativ zueinander gedreht werden können, können in dem Sperrzustand die Antriebselemente weder in die erste Drehrichtung noch in die zweite Drehrichtung um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse gedreht werden, wodurch die Parksperre eingelegt, das heißt aktiviert ist. Ist die Parksperre eingelegt, das heißt aktiviert, so ist das Fahrzeug gegen ein unerwünschtes Wegrollen gesichert, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn das Fahrzeug an einem Gefälle abgestellt und insbesondere geparkt ist. Die Erfindung ermöglicht dabei eine besonders bauraumgünstige Realisierung der Parksperre.
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Beispielsweise ist die Abtriebswelle, insbesondere permanent, drehmomentübertragend, insbesondere drehfest, mit dem Antriebsrad koppelbar oder gekoppelt. Ist nun die Parksperre eingelegt, so ist beispielsweise das Antriebsrad gegen um das Gehäuse erfolgende Drehungen gesichert, sodass das Kraftfahrzeug gegen ein unerwünschtes Wegrollen gesichert ist. In dem Freigabezustand kann das Antriebsrad relativ zu dem Gehäuse gedreht werden, sodass insbesondere in dem Freigabezustand das Antriebsrad mittels der elektrischen Maschine, das heißt mittels des Rotors angetrieben werden kann.
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Dabei ist der schaltbare Freilauf durch, beispielsweise elektrisches und insbesondere elektromagnetisches, Ansteuern des Freilaufs und somit insbesondere der Schalteinrichtung aktiv und somit gezielt aus einem der Zustände in den anderen Zustand sowie vorzugsweise aus dem anderen Zustand in den einen Zustand umschaltbar. Somit kann der Freilauf bedarfsgerecht zwischen dem Sperrzustand und dem Freigabezustand umgeschaltet werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente wie beispielsweise der zweite Scheibenkörper und das jeweilige Antriebselement drehfest miteinander verbunden sind, zu verstehen, dass die drehfest miteinander verbundenen Bauelemente koaxial zueinander angeordnet sind und sich insbesondere dann, wenn die Bauelemente angetrieben werden, gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig um eine den Bauelementen gemeinsame Bauelementdrehachse wie beispielsweise die genannte Drehachse mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit, insbesondere relativ zu dem Gehäuse, drehen. Unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente wie beispielsweise die Abtriebswelle und das Antriebsrad drehmomentübertragend miteinander verbunden oder gekoppelt sind, ist zu verstehen, dass die Bauelemente derart miteinander gekoppelt oder verbunden sind, dass Drehmomente zwischen den Bauelementen übertragen werden können, wobei dann, wenn die Bauelemente drehfest miteinander verbunden oder gekoppelt sind, die Bauelemente auch drehmomentübertragend miteinander verbunden oder gekoppelt sind.
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Unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente, wie beispielsweise das jeweilige Antriebselement und der zweite Scheibenkörper permanent drehmomentübertragend miteinander verbunden oder gekoppelt ist, ist zu verstehen, dass nicht etwa ein Schaltelement vorgesehen ist, welches zwischen einem die Bauelemente drehmomentübertragend miteinander verbindenden oder koppelnden Koppelzustand oder einem Entkoppelzustand umschaltbar ist, in welchem keine Drehmomente zwischen den Bauelementen über das Schaltelement übertragen werden können, sondern die Bauelemente sind stets beziehungsweise immer und somit permanent drehmomentübertragend, das heißt derart miteinander verbunden oder gekoppelt, dass ein Drehmoment zwischen den Bauelementen übertragen werden kann. Somit ist beispielsweise eines der Bauelemente von dem jeweils anderen Bauelement antreibbar beziehungsweise umgekehrt.
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Insbesondere ist unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente wie beispielsweise der zweite Scheibenkörper und das jeweilige Antriebselement permanent drehfest miteinander verbunden oder gekoppelt sind, zu verstehen, dass nicht etwa ein Schaltelement vorgesehen ist, welches zwischen einem die Bauelemente drehfest miteinander verbindenden oder koppelnden Koppelzustand und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist, in welchem die Bauelemente voneinander entkoppelt und relativ zueinander drehbar sind, sodass keine Drehmomente zwischen den Bauelementen übertragen werden können, sondern die Bauelemente sind stets beziehungsweise immer, mithin permanent drehfest miteinander verbunden oder gekoppelt. Ferner ist unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente drehfest miteinander verbindbar oder koppelbar sind, zu verstehen, dass den Bauelementen ein Umschaltelement zugeordnet ist, welches zwischen wenigstens einem Koppelzustand und wenigstens einem Entkoppelzustand umschaltbar ist. In dem Koppelzustand sind die Bauelemente mittels des zugeordneten Umschaltelements drehfest miteinander verbunden oder gekoppelt. In dem Entkoppelzustand sind die Bauelemente voneinander entkoppelt, sodass in dem Entkoppelzustand die Bauelemente relativ zueinander um die Bauelementdrehachse drehbar sind. Entsprechendes gilt für das Merkmal, dass zwei Bauelemente drehmomentübertragend miteinander verbindbar oder koppelbar sind. Somit ist beispielsweise unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente drehmomentübertragend miteinander verbindbar oder koppelbar sind, zu verstehen, dass den Bauelementen ein Schaltelement zugeordnet ist, welches zwischen wenigstens einem Verbindungszustand und einem Nicht-Verbindungszustand umschaltbar ist. In dem Verbindungszustand sind die Bauelemente mittels des Schaltelements drehmomentübertragend miteinander gekoppelt oder verbunden, sodass Drehmomente zwischen den Bauelementen über das Schaltelement übertragen werden können. In dem Nicht-Verbindungszustand sind die Bauelemente voneinander entkoppelt, sodass in dem Nicht-Verbindungszustand kein Drehmoment zwischen den Bauelementen über das Schaltelement übertragen werden kann.
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Die Plättchen des Freilaufs sind oder fungieren als Sperrkörper des Freilaufs, mittels welchem eine besonders vorteilhafte, drehfeste Anbindung der Antriebselemente über die Scheibenkörper an das Gehäuse darstellbar ist. Insbesondere ermöglichen die Plättchen eine besonders hohe und insbesondere radial symmetrische Drehmomentübertragung insbesondere durch eine Verteilung einer Kraft oder eines Drehmoments auf die mehreren Plättchen, insbesondere im Vergleich zu einer klassischen Parksperre bei eingelegter Parksperre nur einem Zahnkontakt. Hierdurch können dann, wenn bei der Erfindung die Parksperre eingelegt ist, auch besonders hohe Parksperrenlasten übertragen oder abgestützt werden, sodass das Kraftfahrzeug besonders vorteilhaft gegenüber einem möglichen Wegrollen gesichert werden kann. Außerdem ermöglicht die Erfindung eine besonders vorteilhafte Positionierung der Parksperre an einem Abtrieb der Antriebseinrichtung, sodass eine externe Betätigung der Parksperre, mithin des Schaltlaufs auf einfache Weise darstellbar ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Plättchen an dem einen Scheibenkörper bewegbar gehalten sind, wobei der andere Scheibenkörper erste Ausnehmungen aufweist, welche mit ersten der Plättchen korrespondieren. Des Weiteren weist der andere Scheibenkörper zweite Ausnehmungen auf, welche mit zweiten der Plättchen korrespondieren. In dem Sperrzustand sind die ersten Plättchen in die ersten Ausnehmungen einlegbar oder eingelegt, wodurch die Scheibenkörper gegen eine relativ zueinander um die Drehachse in die erste Drehrichtung erfolgende Drehung gesichert sind. Dies bedeutet, dass in dem Sperrzustand mittels der ersten Plättchen und der ersten Ausnehmungen vermieden oder unterbunden ist, dass der zweite Scheibenkörper und somit die Antriebselemente um die Drehachse in die erste Drehrichtung relativ zu dem ersten Scheibenkörper und relativ zu dem Gehäuse gedreht werden können. In dem Sperrzustand sind die zweiten Plättchen in die zweiten Ausnehmungen einlegbar oder ausgelegt, wodurch die Scheibenkörper gegen eine relativ zueinander um die Drehachse in die zweite Drehrichtung erfolgende Drehung gesichert sind. Dies bedeutet, dass in dem Sperrzustand mittels der zweiten Plättchen vermieden oder unterbunden ist, dass der zweite Scheibenkörper und somit die Antriebselemente um die Drehachse in die zweite Drehrichtung relativ zu dem ersten Scheibenkörper und relativ zu dem Gehäuse gedreht werden können. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte drehfeste Anbindung des ersten Scheibenkörpers und somit der Antriebselemente an das Gehäuse dargestellt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die in dem Freigabezustand die ersten Plättchen in die ersten Ausnehmungen einlegbar oder eingelegt sind, wodurch die Scheibenkörper gegen eine relativ zueinander um die Drehachse in die erste Drehrichtung erfolgenden Drehung gesichert sind. Somit ist beispielsweise in dem Freigabezustand durch die ersten Plättchen und die ersten Ausnehmungen unterbunden oder vermieden, dass der zweite Scheibenkörper und somit die Antriebselemente um die Drehachse in die erste Drehrichtung relativ zu dem ersten Scheibenkörper und relativ zu dem Gehäuse gedreht werden können. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in dem zweiten Freigabezustand ein Einlegen der zweiten Plättchen in die zweiten Ausnehmungen unterbunden ist, wodurch die Scheibenkörper in die zweite Drehrichtung um die Drehachse relativ zueinander drehbar sind, das heißt wodurch der zweite Scheibenkörper und somit die Antriebselemente um die Drehachse in die zweite Drehrichtung relativ zu dem ersten Scheibenkörper und somit relativ zu dem Gehäuse gedreht werden können. Dadurch kann auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Funktionalität realisiert werden.
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Alternativ hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn in dem Freigabezustand ein Einlegen der ersten Plättchen in die ersten Ausnehmungen unterbunden ist, wodurch die Scheibenkörper in die erste Drehrichtung um die Drehachse relativ zueinander drehbar sind, das heißt wodurch der zweite Scheibenkörper und somit die Antriebselemente um die Drehachse in die erste Drehrichtung relativ zu dem ersten Scheibenkörper und relativ zu dem Gehäuse gedreht werden können. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Freigabezustand ein Einlegen der zweiten Plättchen in die zweiten Ausnehmungen unterbunden ist, wodurch die Scheibenkörper in die zweite Drehrichtung um die Drehachse relativ zueinander drehbar sind, das heißt wodurch der zweite Scheibenkörper und somit die Antriebselemente um die Drehachse in die zweite Drehrichtung relativ zu dem ersten Scheibenkörper und relativ zu dem Gehäuse gedreht werden können. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Funktionalität der Antriebseinrichtung auf besonders bauraumgünstige Weise dargestellt werden.
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Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Freilauf durch Ansteuern des Freilaufs insbesondere durch Ansteuern des Freilaufs zwischen dem Freigabezustand, dem Sperrzustand und einem zusätzlichen, dritten Zustand umschaltbar ist. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn in dem Sperrzustand als erstem Zustand die Scheibenkörper mittels der Plättchen drehfest miteinander verbunden sind, wodurch der Freilauf als die Parksperre für das Kraftfahrzeug wirkt. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass in dem Sperrzustand als erstem Zustand die ersten Plättchen in die ersten Ausnehmungen einlegbar oder eingelegt sind, wodurch die Scheibenkörper gegen eine relativ zueinander um die Drehachse in die erste Drehrichtung erfolgende Drehung gesichert sind, wobei in dem Sperrzustand die zweiten Plättchen in die zweiten Ausnehmungen einlegbar oder eingelegt sind, wodurch die Scheibenkörper gegen eine relativ zueinander um die Drehachse in die zweite Drehrichtung erfolgende Drehung gesichert sind. Dabei hat es sich ferner als vorteilhaft gezeigt, wenn in dem Freigabezustand als zweitem Zustand die ersten Plättchen in die ersten Ausnehmungen einlegbar oder eingelegt sind, wodurch die Scheibenkörper gegen eine relativ zueinander um die Drehachse in die erste Drehrichtung erfolgende Drehung gesichert sind, wobei in dem Freigabezustand als zweitem Zustand ein Einlegen der zweiten Plättchen in die zweiten Ausnehmungen unterbunden ist, wodurch die Scheibenkörper in die zweite Drehrichtung um die Drehachse relativ zueinander drehbar sind.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, wenn in dem dritten Zustand ein Einlegen der ersten Plättchen in die ersten Ausnehmungen unterbunden ist, wodurch die Scheibenkörper in die erste Drehrichtung um die Drehachse relativ zueinander drehbar sind, wobei in dem dritten Zustand ein Einlegen der zweiten Plättchen in die zweiten Ausnehmungen unterbunden ist, wodurch die Scheibenkörper in die zweite Drehrichtung um die Drehachse relativ zueinander drehbar sind. Dadurch kann der Freilauf beispielsweise durch elektrisches, insbesondere durch elektromagnetisches, Ansteuern, Betätigen oder Schalten des Freilaufs zwischen den drei Schaltzuständen bedarfsgerecht umgeschaltet werden, sodass auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders umfangreiche Funktionalität der Antriebseinrichtung dargestellt werden kann.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die zweiten Ausnehmungen in radialer Richtung der elektrischen Antriebseinrichtung nach außen hin auf die ersten Ausnehmungen folgen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Drehmomentübertragung beziehungsweise Drehmomentabstützung dargestellt werden.
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Um beispielsweise sowohl mittels der ersten Plättchen als auch mittels der zweiten Plättchen auch besonders hohe Kräfte und/oder Drehmomente vorteilhaft abstützen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, wenn die ersten Ausnehmungen und die zweiten Ausnehmungen in radialer Richtung der Antriebseinrichtung betrachtet auf gleicher Höhe, insbesondere auf einem gleichen Durchmesser oder Radius, angeordnet sind. Hierdurch ist eine Anordnung sowohl der ersten Plättchen als auch der zweiten Plättchen auf einem besonders großen, sich auf die Drehachse beziehenden Durchmesser darstellbar, sodass auch besonders hohe Drehmomente abgestützt werden können. Außerdem kann eine hohe Anzahl der Plättchen verwendet werden. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die ersten Plättchen und die zweiten Plättchen in um die Drehachse verlaufender Umfangsrichtung der Antriebseinrichtung betrachtet abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind. Hierdurch ist eine besonders vorteilhafte Abstützung darstellbar.
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Die ersten Plättchen sind beispielsweise für Zug vorgesehen, mithin sperren den auch als Zugbetrieb bezeichneten Zug. Die zweiten Plättchen sind beispielsweise für Schub vorgesehen und sperren beispielsweise den auch als Schubbetrieb bezeichneten Schub.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass die ersten Plättchen in einer ersten Winkelstellung zu der ersten Drehrichtung in die dafür vorgesehenen ersten Aussparungen einlegbar oder eingelegt sind. Ferner ist es denkbar, dass die zweiten Plättchen in einer zweiten Winkelstellung zu der zweiten Drehrichtung in die dafür vorgesehenen, zweiten Aussparungen eingelegt oder einlegbar sind. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte drehfeste Anbindung des ersten Scheibenkörpers und über diesen der Antriebselemente an das Gehäuse dargestellt werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung weist die elektrische Antriebseinrichtung außerdem ein Planetengetriebe auf, über welches das Antriebsrad mittels des Rotors, das heißt mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Das Planetengetriebe weist, insbesondere wenigstens oder genau, drei Getriebeelemente auf, nämlich ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenträger, welcher auch als Steg bezeichnet wird. An den Planetenträger sind Planetenräder des Planetengetriebes drehbar gehalten, wobei die Planetenräder einen Planetenradsatz bilden. Das jeweilige Planetenrad kämmt beispielsweise mit dem Sonnenrad und mit dem Hohlrad, wobei insbesondere ein Kämmen des Sonnenrads mit dem Hohlrad unterbleibt, mithin nicht vorgesehen ist. Ein erstes der Getriebeelemente ist, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor verbunden. Beispielsweise ist das erste Getriebeelement das Sonnenrad. Ein zweites der Getriebeelemente ist mit einem Gehäuse der elektrischen Antriebseinrichtung, insbesondere permanent, drehfest verbunden, wobei vorzugsweise das zweite Getriebeelement das Hohlrad ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das erste Getriebeelement das Sonnenrad, das zweite Getriebeelement das Hohlrad und das dritte Getriebeelement der Planetenträger ist. Dadurch kann auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit sowie eine besonders vorteilhafte Parksperre dargestellt werden.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der zweite Scheibenkörper axial benachbart zu den Planetenrädern, mithin zu dem Planetenradsatz angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere in axialer Richtung der elektrischen Antriebseinrichtung, deren radiale Richtung senkrecht zur axialen Richtung der elektrischen Antriebseinrichtung verläuft, betrachtet eine besonders kompakte Bauweise der Antriebseinrichtung realisiert werden. Die axiale Richtung der Antriebseinrichtung fällt mit der Drehachse zusammen.
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Weiterhin denkbar ist, dass beispielsweise ein elektrisch, insbesondere elektromagnetisch, betätigbarer oder betreibbarer Aktor vorgesehen ist, mittels welchem, insbesondere durch Betreiben des Aktors, eine Schiebeeinrichtung, insbesondere entlang der Drehachse und/oder relativ zu dem Gehäuse, verschiebbar ist. Die Schiebeeinrichtung weist beispielsweise axial gerichtete Druckfedern oder mehrere Druckfedern auf, wobei die Druckfedernbeispielsweise an ersten Plättchen und den zweiten Plättchen anliegen. Alternativ oder zusätzlich sind beispielsweise mittels der Druckfedern die ersten Plättchen und/oder die zweiten Plättchen betätigbar, um dadurch beispielsweise zu unterbinden, dass die ersten Plättchen in die ersten Ausnehmungen und/oder die zweiten Plättchen in die zweiten Ausnehmungen einlegbar sind. Es ist denkbar, dass die Druckfeder und/oder die Druckfedern in dafür vorgesehene Fenster in dem einen Scheibenkörper hineinragen. Dadurch kann eine besonders bauraumgünstige Betätigung beziehungsweise Schaltung des Freilaufs dargestellt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Scheibenkörper an einer auch als Rotorwelle bezeichneten und, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor verbundenen Rotorwelle einerseits und an dem Gehäuse andererseits, insbesondere über ein jeweiliges Wälzlager, radial und insbesondere drehbar gelagert ist.
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Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der erste Scheibenkörper axial neben dem Hohlrad vorzugsweise über eine Steckverzahnung an dem Gehäuse befestigt und dabei insbesondere drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine elektrische Antriebseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist, wobei vorzugsweise das Kraftfahrzeug wenigstens oder genau zwei elektrischen Antriebseinrichtungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels 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.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer elektrischen Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug; und
- 2 jeweils ausschnittsweise schematische Schnittansichten eines Freilaufs der elektrischen Antriebseinrichtung.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Längsschnittansicht eine elektrische Antriebseinrichtung 10 für ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeug. Die elektrische Antriebseinrichtung 10 weist eine in 1 besonders schematisch dargestellte, elektrische Maschine 12 auf, welche beispielsweise als Axialflussmotor, mithin als Axialflussmaschine (AFM) ausgebildet ist. Die elektrische Maschine 12 weist einen Stator 14 und einen Rotor 16 auf, welcher mittels des Stators 14 antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator 14 drehbar ist. Die Maschinendrehachse fällt mit einer Hauptdrehachse 18 zusammen, welche auch einfach als Drehachse bezeichnet wird. In vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs ist beispielsweise die Antriebseinrichtung 10 wenigstens oder genau einem auch als Rad bezeichneten und in 1 besonders schematisch dargestellten Fahrzeugrad 20 zugeordnet, welches auch als Antriebsrad bezeichnet wird und mittels der elektrischen Antriebseinrichtung 10, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Dabei weist die Antriebseinrichtung 10 ein Planetengetriebe 22 auf, über welches das Fahrzeugrad 20 mittels der elektrischen Maschine 12, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Die Antriebseinrichtung 10 weist auch ein Gehäuse 24 auf, wobei beispielsweise das Planetengetriebe 22 in dem Gehäuse 24 angeordnet ist. Insbesondere ist erkennbar, dass der Stator 14, insbesondere permanent, drehfest mit dem Gehäuse 24 verbunden ist.
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Das Planetengetriebe 22 weist drei Getriebeelemente auf, nämlich ein Sonnenrad 26, ein Hohlrad 28 sowie einen einfach auch als Steg bezeichneten Planetenträger 30. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Sonnenrad 26 ein erstes der Getriebeelemente, das Hohlrad 28 ein zweites der Getriebeelemente und der Planetenträger 30 das dritte Getriebeelement des Planetengetriebes 22. Das Planetengetriebe 22 weist auch Planetenräder auf, von denen in 1 ein Planetenrad besonders schematisch dargestellt und mit 32 bezeichnet ist. Das jeweilige Planetenrad 32 ist drehbar an dem Planetenträger 30 gehalten, insbesondere gelagert. Die Antriebseinrichtung 10 weist außerdem eine zusätzlich zu den Getriebeelementen vorgesehene Abtriebswelle 34 auf, welche um eine Wellendrehachse relativ zu dem Gehäuse 24 drehbar ist, wenn die Abtriebswelle 34, welche einfach auch als Welle bezeichnet wird, nicht drehfest mit dem Gehäuse 24 verbunden ist. Die Wellendrehachse fällt mit der Hauptdrehachse 18 zusammen, sodass dann, wenn die Abtriebswelle 34 nicht drehfest mit dem Gehäuse 24 verbunden ist, die Abtriebswelle 34 um die Hauptdrehachse 18 relativ zu dem Gehäuse 24 drehbar ist. Dabei ist das Fahrzeugrad 20 von der Abtriebswelle 34 antreibbar, sodass das Fahrzeugrad 20 über die Abtriebswelle 34 von dem Planetengetriebe 22 antreibbar ist. Das Planetengetriebe 22 ist dabei von dem Rotor 16 antreibbar. Außerdem ist aus 1 erkennbar, dass das Sonnenrad 26, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor 16, insbesondere einer Rotorwelle 36 des Rotors 16, verbunden ist. Das Hohlrad 28 ist, insbesondere permanent, drehfest mit dem Gehäuse 24 verbunden. Die Abtriebswelle 34 und der Planetenträger 30 sind Antriebselemente der elektrischen Antriebseinrichtung 10.
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Die elektrische Antriebseinrichtung 10 weist außerdem eine insbesondere elektromagnetisch betätigbare Schalteinrichtung 38 auf, welche zwischen insbesondere genau, zwei Schaltzuständen umschaltbar ist, nämlich einem ersten Schaltzustand P und einem zweiten Schaltzustand N. Der erste Schaltzustand P wird auch als Parkzustand bezeichnet, und der zweite Schaltzustand N wird auch als Neutralzustand bezeichnet. Ist der Parkzustand eingelegt, das heißt aktiviert, so ist eine insbesondere mechanische Parksperre eingelegt, das heißt aktiviert. Ist die insbesondere mechanische Parksperre eingelegt, mithin aktiviert, das heißt ist der Schaltzustand P aktiviert, so ist das Fahrzeugrad 20 mechanisch gegen relativ zu dem Gehäuse 24 erfolgende Drehungen gesichert, sodass das Kraftfahrzeug gegen ein unerwünschtes Wegrollen gesichert ist.
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Eine um die Hauptdrehachse 18 (Drehachse) verlaufende, erste Drehrichtung ist mit D1 bezeichnet, und eine um die Hauptdrehachse verlaufende, und der ersten Drehrichtung D1 entgegengesetzte, zweite Drehrichtung ist mit D2 bezeichnet. Es ist erkennbar, dass die Drehrichtungen D1 und D2 um die Hauptdrehachse 18 verlaufen und gegensinnig sind.
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Die Schalteinrichtung 38 weist einen schaltbaren Freilauf 40 auf, welcher einen drehfest mit dem Gehäuse 24 verbundenen, ersten Scheibenkörper 42 und einen drehfest mit den Antriebselementen verbundenen, zweiten Scheibenkörper 44 aufweist. Des Weiteren weist der Scheibenkörper Plättchen auf, nämlich erste Plättchen 78 (2) und zweite Plättchen 80 (2). Die Plättchen 78 und 80 sind bewegbar, insbesondere verschwenkbar, an dem ersten Scheibenkörper 42 gehalten, wobei die Plättchen 78 und 80 zumindest bezogen auf die Drehachse (Hauptdrehachse 18) drehfest mit dem Scheibenkörper 42 verbunden sind, sodass um die Drehachse 18 verlaufende Relativdrehungen zwischen dem Scheibenkörper 42 und den jeweiligen Plättchen 78, 80 unterbunden sind. Der zweite Scheibenkörper 44 weist mit den Plättchen 78 korrespondierende, erste Ausnehmungen 82 und mit den Plättchen 80 korrespondierende, zweite Ausnehmungen 84 auf. Der schaltbare Freilauf 40 ist zwischen einem Sperrzustand S und einem Freigabezustand F umschaltbar. Der Sperrzustand S (2) wird auch als erster Zustand bezeichnet oder ist ein erster Zustand, und der Freigabezustand F wird auch als zweiter Zustand bezeichnet oder ist ein zweiter Zustand. Dabei ist der Freilauf 40 durch, insbesondere elektrisches und ganz insbesondere elektromagnetisches, Ansteuern des Freilaufs 40, das heißt durch, insbesondere elektrisches und ganz insbesondere elektromagnetisches, Ansteuern der Schalteinrichtung 38 aktiv und somit gezielt aus einem der Zustände in einen anderen Zustand und beispielsweise auch aus dem anderen Zustand in den einen Zustand umschaltbar. Beispielsweise ist oder bewirkt der Sperrzustand S den Schaltzustand P, mithin den Parkzustand. Ferner ist oder bewirkt beispielsweise der Freigabezustand F den Neutralzustand, mithin den Schaltzustand N.
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Aus 2 ist erkennbar, dass in dem Freigabezustand F die Plättchen 78 und 80 eine Relativdrehung zwischen den Scheibenkörpern 42 und 44 in wenigstens oder genau eine Drehrichtung, nämlich vorliegend in die zweite Drehrichtung D2 um die Hauptdrehachse 18 zulassen und vorzugsweise, insbesondere gleichzeitig, eine Relativdrehung zwischen den Scheibenkörpern 42 und 44 in die erste Drehrichtung D1 um die Drehachse unterbinden. In dem Sperrzustand S sind die Scheibenkörper 42 und 44 mittels der Plättchen 78 und 80 drehfest miteinander verbunden, wodurch der Freilauf 40 als die zuvor genannte Parksperre für das Kraftfahrzeug wirkt.
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Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass in dem ersten Sperrzustand die ersten Plättchen 78 in die korrespondierenden, ersten Ausnehmungen 82 einlegbar oder eingelegt sind, wodurch die Scheibenkörper 42 und 44 gegen eine relativ zueinander um die Hauptdrehachse 18 in die erste Drehrichtung D1 erfolgende Drehung gesichert sind, sodass der Scheibenkörper 44 und somit die Antriebselemente nicht um die Hauptdrehachse 18 in die erste Drehrichtung D1 relativ zu dem Scheibenkörper 42 und relativ zu dem Gehäuse 24 gedreht werden können. Außerdem ist es vorgesehen, dass in dem Sperrzustand S die zweiten Plättchen 80 in die korrespondierenden, zweiten Ausnehmungen 84 einlegbar oder eingelegt sind, wodurch die Scheibenkörper 42 und 44 gegen eine relativ zueinander um die Hauptdrehachse 18 in die zweite Drehrichtung D2 erfolgende Drehung gesichert sind, sodass in dem Sperrzustand S der Scheibenkörper 44 und somit die Antriebselemente nicht um die Hauptdrehachse 18 in die zweite Drehrichtung D2 relativ zu dem ersten Scheibenkörper 42 und relativ zu dem Gehäuse 24 gedreht werden können.
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Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist es außerdem vorgesehen, dass in dem Freigabezustand F die ersten Plättchen 78 in die korrespondierenden, ersten Ausnehmungen 82 einlegbar oder eingelegt sind, wodurch die Scheibenkörper 42 und 44 gegen eine relativ zueinander um die Hauptdrehachse 18 in die erste Drehrichtung D1 erfolgende Drehung gesichert sind, sodass in dem Freigabezustand F der Scheibenkörper 44 und somit die Antriebselemente nicht um die Hauptdrehachse 18 in die erste Drehrichtung D1 relativ zu dem ersten Scheibenkörper 42 und relativ zu dem Gehäuse 24 gedreht werden können. Außerdem ist es vorgesehen, dass in dem Freigabezustand F ein Einlegen der zweiten Plättchen 80 in die korrespondierenden, zweiten Ausnehmungen 84 unterbunden ist, wodurch die Scheibenkörper 42 und 44 in die zweite Drehrichtung D2 um die Hauptdrehachse 18 relativ zueinander drehbar sind, sodass in dem Freigabezustand F der zweite Scheibenkörper 44 und somit die Antriebselemente (Abtriebswelle 34 und Planetenträger 30) um die Hauptdrehachse 18 in die zweite Drehrichtung D2 relativ zum ersten Scheibenkörper 42 und relativ zu dem Gehäuse 24 gedreht werden können.
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Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass in dem Freigabezustand F und/oder in dem dritten Zustand des Freilaufs 40 ein Einlegen der ersten Plättchen 78 in die korrespondierenden, ersten Ausnehmungen 82 unterbunden ist, wodurch die Scheibenkörper 42 und 44 in die erste Drehrichtung D1 und die Hauptdrehachse 18 relativ zueinander drehbar sind, sodass der zweite Scheibenkörper 44 und somit die Antriebselemente um die Hauptdrehachse 18 in die erste Drehrichtung D1 relativ zu dem Scheibenkörper 42 und relativ zu dem Gehäuse 24 gedreht werden können, wobei beispielsweise in dem Freigabezustand F und/oder in dem dritten Zustand ein Einlegen der zweiten Plättchen 80 in die korrespondierenden, zweiten Ausnehmungen 84 unterbunden ist, wodurch die Scheibenkörper 42 und 44 in die zweite Drehrichtung D2 um die Hauptdrehachse 18 relativ zueinander drehbar sind, sodass der zweite Scheibenkörper 44 und somit die Antriebselemente um die Hauptdrehachse 18 in die zweite Drehrichtung relativ zu dem Scheibenkörper 42 und relativ zu dem Gehäuse 24 gedreht werden können.
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Die elektrische Maschine 12 ist beispielsweise dazu ausgebildet, den Planetenträger 30 30 anzutreiben und dadurch in die zweite Drehrichtung D2 relativ zu dem Gehäuse 24 zu drehen, wodurch beispielsweise eine in Fahrzeuglängsrichtung des Kraftfahrzeugs nach vorne erfolgende vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs bewirkt werden kann. Ferner ist es denkbar, dass die elektrische Maschine dazu ausgebildet ist, den Planetenträger 30 derart anzutreiben, dass der Planetenträger 30 um die Hauptdrehachse 18 in die erste Drehrichtung D1 relativ zu dem Gehäuse 24 gedreht wird, was insbesondere in dem dritten Zustand beziehungsweise in dem Freigabezustand F dann der Fall oder möglich ist, wenn in dem dritten Zustand beziehungsweise in dem Freigabezustand F die Scheibenkörper 42 und 44 sowohl in die erste Drehrichtung D1 als auch in die zweite Drehrichtung D2 relativ zueinander drehbar sind. Beispielsweise kann durch Drehen des Planetenträgers 30 in die erste Drehrichtung D1 ein in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten erfolgende rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs bewirkt werden.
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Der jeweilige Scheibenkörper 42, 44 ist eine jeweilige Scheibe oder Platte, wodurch eine besonders kompakte Bauweise darstellbar ist.
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Die Antriebseinrichtung 10 weist ein Schiebelement 62 auf, welche vorliegend beispielsweise als Schiebeplatte ausgebildet ist. Das Schiebelement 62 ist beispielsweise mit dem Scheibenkörper 42 und mit dem Gehäuse 24, insbesondere permanent, drehfest verbunden, jedoch in axialer Richtung der Antriebseinrichtung 10 und somit entlang der Hauptdrehachse 18, mithin axial relativ zu dem Scheibenkörper 42 und auch relativ zu dem Gehäuse 24 und ganz insbesondere auch relativ zu dem Scheibenkörper 44 verschiebbar, insbesondere hin- und herverschiebbar. Hierfür ist beispielsweise ein Aktor 64 vorgesehen, mittels welchem das Schiebelement 62 axial, das heißt entlang der Hauptdrehachse 18, relativ zu dem Scheibenkörper 42 verschiebbar, insbesondere hin- und herverschiebbar, ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise mittels des Aktors 64 das Schiebelement 62 in eine durch einen Pfeil 69 veranschaulichte, erste Schieberichtung entlang der Hauptdrehachse 18 und/oder in eine der erste Schieberichtung entgegengesetzte und durch einen Pfeil 71 veranschaulichte, zweite Schieberichtung entlang der Hauptdrehachse 18 relativ zu dem Scheibenkörper 42 verschiebbar ist. Durch Verschieben des Schiebelements 62 in die erste Schieberichtung wird beispielsweise der Sperrzustand S eingelegt, das heißt aktiviert, wodurch der Freigabezustand F ausgelegt, das heißt deaktiviert ist. Durch Verschieben des Schiebelements 62 in die zweite Schieberichtung wird beispielsweise der Freigabezustand F aktiviert, das heißt eingelegt, wodurch der Sperrzustand S ausgelegt, das heißt deaktiviert wird oder ist. Das Schiebelement 62 trägt beispielsweise, insbesondere an oder in seinem Innendurchmesser, Magnete, insbesondere Permanentmagnete. Außerdem trägt beispielsweise das Schiebelement 62 wenigstens eine oder mehrere Druckfedern für ein Einlegen der Plättchen 80, das heißt des Freilaufs 40, das heißt, um den Sperrzustand S zu aktivieren und insbesondere aktiviert zu halten. Beispielsweise sind der Aktor 64 und das Schiebelement 62 Bestandteile der Schalteinrichtung 38. Insbesondere ist beispielsweise der Aktor 64 ein Stator, da er beispielsweise unbeweglich an dem Gehäuse 24 gehalten ist, wobei das Schiebelement 62 entlang der Hauptdrehachse 18 relativ zu dem Scheibenkörper 42 und relativ zu dem Gehäuse 24 in die erste Schieberichtung und in die zweite Schieberichtung verschiebbar ist. Insbesondere ist der Aktor 64 ein elektromagnetisches, lineares Schaltelement, welches vorliegend beispielsweise wenigstens oder genau zwei Spulen 66 und 68 aufweist. Je nachdem, welche der Spulen 66 und 68 bestromt, das heißt mit elektrischer Energie versorgt wird, wird eine zusätzliche Anziehkraft beziehungsweise axiale Bewegung, insbesondere Verschiebung, des Schiebelements 62 bewirkt, wodurch das Schiebelement 62 geschaltet wird, um dadurch beispielsweise den Freilauf 40 aus dem Sperrzustand S in den Freigabezustand F und/oder aus dem Freigabezustand F in den Sperrzustand S umzuschalten. Nach der Schaltung bleibt beispielsweise das Schiebelement 62 mittels einer durch den jeweiligen Magneten bereitgestellten, statischen magnetischen Kraft in einer durch die Schaltung eingestellten axialen Schiebeposition magnetisch arretiert, trotz einer als Federkraft ausgebildeten Kraft, die mittels der Druckfeder erzeugt, das heißt bewirkt und somit bereitgestellt wird und insbesondere in axialer Richtung auf das Schiebelement 62 wirkt und von diesem und über dieses abgestützt wird. Alternativ kann für eine passive Arretierfunktion ohne Bedarf eines elektrischen Stroms eine mechanische Arretierung zwischen dem Schiebeelement 62 und dem Gehäuse 24 vorgesehen werden, sollte die statische Magnetkraft nicht genug präzise oder genug zuverlässig sein, insbesondere vor dem Hintergrund, dass für eine Parksperre hohe Sicherheitsanforderungen herrschen. Somit ist beispielsweise ein Auslegen, das heißt ein Deaktivieren der Parksperre, das heißt des Schaltzustands P oder ein Aktivieren, das heißt ein Einlegen des Schaltzustands N nur durch eine aktive Bestromung des Aktors 64 möglich. Zum anderen wird keine Energie benötigt, um das Schiebelement 62 geschaltet, das heißt in seiner durch die Schaltung eingestellten Schiebeposition zu halten. Eine Versorgung des Aktors 64 mit elektrischer Energie ist nur nötig, um den Freilauf 40 aus einem der Zustände in den anderen Zustand und/oder aus dem anderen Zustand in den einen Zustand umzuschalten. Besonders gut ist es möglich, einen Positionssensor in den Aktor 64 zu integrieren, wobei beispielsweise mittels des Positionssensors die jeweilige, durch die jeweilige Schaltung bewirkbare oder bewirkte Position, insbesondere Schiebeposition, des Schiebelements 62 erfasst werden kann.
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Im Folgenden wird ein Sicherheitskonzept der Antriebseinrichtung 10 erläutert, wobei insbesondere ein Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung 10 erläutert wird. Eine redundante Betätigung der Parksperre kann eine zweite Stromquelle am Aktor 64 sein, sodass beispielsweise zwei Stecker erforderlich oder vorgesehen sind, über die der Aktor 64 mit elektrischer Energie, das heißt mit elektrischem Strom versorgt werden kann. Dies wäre eine Lösung für einen einzigen Antrieb mit Differenzial. Bei Dual-Systemen, mithin einem Achsantrieb mit zwei radselektiven elektrischen Maschinen wird es durch eine Verdopplung der unabhängigen Parksperren auf der rechten Seite und der linken Seite automatisch eine Redundanz geben. Hierfür ist beispielsweise die jeweilige Seite, das heißt die jeweilige, auf der jeweiligen Seite angeordnete Parksperre auf eine maximal übertragbare Parksperrenlast ausgelegt.
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In einem ersten Fall steht beispielsweise das Fahrzeug auf oder an einem Hang bergauf, der Schaltzustand P ist aktiviert, und der Fahrer oder die Fahrerin möchte beispielsweise vorwärtsfahren. Somit befindet sich beispielsweise der Freilauf 40 zunächst in dem Sperrzustand S. Hierbei sind beispielsweise die Plättchen 78 eingelegt, sodass die Plättchen 78 in die korrespondierenden Ausnehmungen 82 eingreifen und somit eingelegt sind, wodurch ein Zurück- oder Rückwärtsrollen, mithin ein Rollen des Kraftfahrzeugs in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten vermieden wird. Die Plättchen 80 sind zwar insbesondere über die Druckfeder in die korrespondierenden Ausnehmungen 84 eingelegt, tragen aber kein Drehmoment, da auf das Fahrzeug eine Hangabtriebskraft nicht in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne, sondern in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten wirkt. Um von dem Schaltzustand P in den Schaltzustand N oder einen anderen Schaltzustand zu wechseln, werden, wie in 4 erkennbar ist, die Plättchen 80 zurückgefahren, beispielsweise über eigene Federelemente, sodass ein Einlegen der Plättchen 80 in die Ausnehmung 84 unterbunden ist, während jedoch die Plättchen 78 trotz des Einstellens des Freigabezustands F und dabei trotz des entsprechenden Verschiebens des insbesondere als Schiebeplatte ausgebildeten Schiebelements 62 unter Last in die Ausnehmungen 82 eingelegt bleiben. Dann kann bei entsprechendem, von der Fahrerin und dem Fahrer des Kraftfahrzeugs gewünschtem Antriebsdrehmoment die elektrische Maschine 12 den Planetenträger 30 und über diesen die Abtriebswelle 34 antreiben, um eine Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs zu bewirken, mithin um das Kraftfahrzeug vorwärts anzutreiben und somit vorwärts anzufahren, da sich der Scheibenkörper 44 in die zweite Drehrichtung D2 relativ zu dem Scheibenkörper 42 drehen kann. Hierbei kann der Scheibenkörper 44 die Plättchen 78 aus den Ausnehmungen 82 herausbewegen, da der Scheibenkörper 44 an den Plättchen 78 eingreift oder abgleitet. Mittels der Plättchen 78 wird jedoch eine in die erste Drehrichtung D1 um die Hauptdrehachse 18 erfolgende Drehung des Scheibenkörpers 44 relativ zu dem Scheibenkörper 42 unterbunden, insbesondere so lange, bis ein solcher Freigabezustand oder der zuvor genannte dritte Schaltzustand des Freilaufs 40 eingestellt wird, in welchem ein Einlegen oder Eingreifen der Plättchen 78 in die korrespondierenden Ausnehmungen 82 unterbunden ist.
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In einem zweiten Fall steht das Fahrzeug in oder an einem Hang bergab, sodass eine Hangabtriebskraft in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne auf das Fahrzeug wirkt, und der Schaltzustand P ist aktiviert, und der Fahrer oder die Fahrerin des Kraftfahrzeugs möchte rückwärtsfahren. Dann erfolgt Analoges wie im ersten Fall. In einem dritten Fall steht das Kraftfahrzeug an oder in einem Hang bergauf oder in einer Ebene, und der Fahrer oder die Fahrerin möchte das Kraftfahrzeug rückwärtsfahren. Zunächst ist der Schaltzustand P eingelegt, und die Plättchen 78 sind in die korrespondierenden Ausnehmungen 82 eingelegt und tragen ein Drehmoment, um ein Zurückrollen des Kraftfahrzeugs zu verhindern. Die Plättchen 80 sind zwar über die Druckfeder eingelegt und greifen somit in die Ausnehmungen 84 ein, tragen jedoch kein Drehmoment um die Hauptdrehachse 18, das heißt stützen kein Drehmoment um die Hauptdrehachse 18 ab. Hier wird, anders als im ersten Fall, als erstes bei einem Wechsel von dem Schaltzustand P zu einem Rückwärtsfahrzustand R zum Bewirken einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs die elektrische Maschine 12 bei eingelegter Parksperre, das heißt bei aktiviertem Schaltzustand P vorwärts, das heißt so angetrieben, um eine Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs zu bewirken, insbesondere so lange, bis die Plättchen 78 entlastet und dafür jedoch die Plättchen 80 belastet werden. Während die elektrische Maschine 12 und beispielsweise ein Triebstrang vorgespannt in einer Richtung zum Bewirken der Vorwärtsfahrt bleiben, wird das Schiebelement 62 derart mittels des Aktors 64 axial verschoben, um von dem Schaltzustand P in den Freigabezustand F, mithin in den Schaltzustand N oder in einen anderen Schaltzustand wie beispielsweise einen Schaltzustand D umzuschalten, wodurch die Plättchen 78 zurückgefahren, das heißt ausgelegt werden, mithin wodurch beispielsweise ein Eingreifen der Plättchen 78 in die korrespondierenden Ausnehmungen 82 unterbunden wird. Solange der Fahrer oder die Fahrerin des Kraftfahrzeugs eine Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs nicht löst und keinen Antriebsdrehmomentwunsch ausgibt, mithin kein Gas gibt, kann das Kraftfahrzeug über eine Feststellbremse gefangen werden. Dann wird beispielsweise ein von der elektrischen Maschine 12 bereitgestelltes Drehmoment weggenommen, mithin beendet, und nun kann und/oder darf das Kraftfahrzeug zurückrollen, mithin in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten rollen, und die Plättchen 80 werden insbesondere automatisch zurückgefahren, insbesondere dadurch, dass der Scheibenkörper 44 in die Drehrichtung D1 relativ zu dem Scheibenkörper 72 gedreht wird und somit an den Plättchen 80 abgleitet und diese hierdurch aus den korrespondierenden Ausnehmungen 84 herausbewegt.
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In einem vierten Fall steht das Kraftfahrzeug an oder in einem Hang bergab, sodass eine Hangabtriebskraft in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin auf das Kraftfahrzeug wirkt, oder das Kraftfahrzeug steht auf oder in einer Ebene, und der Schaltzustand P ist eingelegt, und der Fahrer oder die Fahrerin möchte vorwärts, mithin in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne fahren. Dann erfolgt Analoges zum dritten Fall.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrische Antriebseinrichtung
- 12
- elektrische Maschine
- 14
- Stator
- 16
- Rotor
- 18
- Hauptdrehachse
- 20
- Fahrzeugrad
- 22
- Planetengetriebe
- 24
- Gehäuse
- 26
- Sonnenrad
- 28
- Hohlrad
- 30
- Planetenträger
- 32
- Planetenrad
- 34
- Abtriebswelle
- 36
- Rotorwelle
- 38
- Schalteinrichtung
- 40
- Freilauf
- 42
- erster Scheibenkörper
- 44
- zweiter Scheibenkörper
- 62
- Schiebelement
- 64
- Aktor
- 66
- Spule
- 68
- Spule
- 69
- Pfeil
- 71
- Pfeil
- 78
- erste Plättchen
- 80
- zweite Plättchen
- 82
- erste Ausnehmungen
- 84
- zweite Ausnehmungen
- D1
- erste Drehrichtung
- D2
- zweite Drehrichtung
- F
- Freigabezustand
- N
- Schaltzustand
- P
- Schaltzustand
- S
- Sperrzustand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10 2018 201 822 A1 [0002]
- DE 10 2021 123 019 A1 [0002]
- US 2018/0231105 A1 [0002]
- DE 10 2021 204 062 A1 [0002]