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DE202019006038U1 - Antriebseinheit und Antriebsanordnung - Google Patents

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DE202019006038U1
DE202019006038U1 DE202019006038.3U DE202019006038U DE202019006038U1 DE 202019006038 U1 DE202019006038 U1 DE 202019006038U1 DE 202019006038 U DE202019006038 U DE 202019006038U DE 202019006038 U1 DE202019006038 U1 DE 202019006038U1
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drive
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shaft
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Antriebseinheit (100) für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, mit einer ersten elektrischen Maschine (110) sowie einer zweiten elektrischen Maschine (120) und einer ersten Welle (130) sowie einer Ausgangswelle (140), wobei ein Rotor (111) der ersten elektrischen Maschine (110) drehfest mit der ersten Welle (130) verbunden ist und ein Rotor (121) der zweiten elektrischen Maschine (120) drehfest mit der Ausgangswelle (140) verbunden ist und wobei die Antriebseinheit (100) weiterhin eine Trennkupplung (150) aufweist, mit der der Rotor (111) der ersten elektrischen Maschine (110) zur Drehmomentübertragung mit der Ausgangswelle (140) verbindbar oder verbunden ist, wobei die Antriebseinheit (100) weiterhin ein Anschlusselement (230) zum Anschluss einer Verbrennungskraftmaschine aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (110) im Generatorbetrieb betreibbar ist und die Benennungsdrehzahl n1 der ersten elektrischen Maschine (110) zur Benennungsdrehzahl n2 der zweite elektrischen Maschine (120) in folgendem Verhältnis steht: n 1 > 1,2 × n 2 ,
Figure DE202019006038U1_0001
wobei das Nenndrehmoment M1 der ersten elektrischen Maschine (110) zum Nenndrehmoment M2 der zweiten elektrischen Maschine (120) im folgenden Verhältnis steht: M 1 / M 2 < 0,4
Figure DE202019006038U1_0002

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, sowie eine Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
  • Aus dem Stand der Technik sind Antriebseinrichtungen für ein Hybridfahrzeug bekannt, welche unter anderem eine Verbrennungskraftmaschine, eine erste elektrische Maschine sowie eine zweite elektrische Maschine umfassen.
  • Die DE 10 2015 222 690 A1 , DE 10 2015 222 691 A1 sowie WO 2017 084 887 A1 beschreiben dazu Verfahren zum Steuern einer derartigen Antriebseinrichtung, wobei die Antriebseinrichtung in mehreren Betriebsmodi betreibbar ist.
  • In der DE 10 2015 222 690 A1 wird vorwiegend ein serieller Hybridbetrieb erläutert, in dem das Fahrantriebsdrehmoment mittels der zweiten Elektromaschine bewirkt wird und die Verbrennungskraftmaschine die erste Elektromaschine zur Erzeugung von elektrischer Energie antreibt. Beschrieben ist, wie die Verbrennungskraftmaschine in einem Arbeitspunkt betrieben wird, wobei ein kombinierter Wirkungsgrad der Antriebseinrichtung von dem Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine und von dem Wirkungsgrad der ersten Elektromaschine abhängt.
  • In den Dokumenten DE 10 2015 222 691 A1 und WO 2017 084 887 A1 werden ein leistungsorientierter sowie ein verbrauchsorientierter Modus beschrieben, wobei ein jeweiliger Modus von einer Bedingung abhängig ist. Diese Bedingung umfasst, dass ein Sollantriebswert auf einen Zwischenwert erhöht wird, der zwischen einer Verbrennungskraftmaschine-Schwelle, die einen maximalen Antriebswert in einem parallelen Hybridbetrieb repräsentiert, in dem ausschließlich die Verbrennungskraftmaschine ein Fahrantriebsdrehmoment bewirkt, und einer Parallelhybridbetrieb-Schwelle, die einen maximalen Antriebswert in dem parallelen Boost-Hybridbetrieb repräsentiert, liegt.
  • Die DE 10 2015 222 692 A1 , WO 2017 084 888 A1 , DE 10 2015 222 694 A1 sowie WO 2017 084 889 A1 beschreiben ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung eines Hybridfahrzeugs zum Antreiben eines Antriebsrads, wobei die Antriebseinrichtung eine Verbrennungskraftmaschine, eine mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelte erste Elektromaschine, eine zweite Elektromaschine, einen elektrischen Akkumulator und eine Hauptkupplung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Antriebsrad umfasst.
  • In der DE 10 2015 222 692 A1 sowie der WO 2017 084 888 A1 wird beschrieben, dass die Antriebseinrichtung in einem von drei Betriebsmodi betrieben wird, nämlich in einem rein elektrischen Betrieb, einem seriellen Hybridbetrieb oder einem parallelen Hybridbetrieb, wobei das während des Wechsels von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus bereitgestellte Fahrantriebsdrehmoment einem geeignet wählbaren Verlauf zwischen dem vor und nach dem Wechsel bereitgestellten Fahrantriebsdrehmoment entspricht.
  • DE 10 2015 222 694 A1 und WO 2017 084 889 A1 offenbaren, dass zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Antriebsrad weiterhin ein Getriebe angeordnet ist.
  • Des Weiteren beschreibt ein jeweiliges genanntes Dokument ein Hybridfahrzeug, welches eine Hybrid-Antriebseinrichtung aufweist.
  • Das im Stand der Technik wiederholt beschriebene Hybridfahrzeug umfasst eine Verbrennungskraftmaschine, eine erste sowie zweite elektrische Maschine, zumindest ein Antriebsrad, eine Hauptkupplung sowie eine erste und eine zweite Kupplung. Die Hauptkupplung ist dabei zwischen der Verbrennungskraftmaschine und einem Antriebsrad angeordnet, die erste Kupplung ist zwischen der ersten elektrischen Maschine und einer Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen und die zweite Kupplung ist zwischen der zweiten elektrischen Maschine und einem Antriebsrad vorgesehen.
  • Aus der älteren, nicht vorveröffentlichten DE 10 2018 103 245 A1 ist eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Hybridkraftfahrzeuges bekannt, mit einer Verbrennungskraftmaschine, einer ersten elektrischen Maschine, einer zweiten elektrischen Maschine, einer ersten Übersetzungsstufe und einer Triebwelle der ersten elektrischen Maschine und/oder der zweiten elektrischen Maschine. Des Weiteren umfasst die Antriebseinheit eine Getriebeteileinheit, über die die Triebwelle der jeweiligen elektrischen Maschine mit Radantriebswellen gekoppelt oder koppelbar ist. Eine zweite Übersetzungsstufe ist mit einer Vorgelegeeinheit gekoppelt, wobei die Vorgelegeeinheit eine integrierte Kupplung aufweist und so mit den Radantriebswellen weiter verbunden ist, dass in Abhängigkeit der Stellung dieser Kupplung die Verbrennungskraftmaschine über die zweite Übersetzungsstufe mit den Radantriebswellen koppelbar ist.
  • Die ebenfalls ältere, nicht vorveröffentlichte DE 10 2017 127 695 A1 lehrt einen Antriebsstrang für ein Hybridkraftfahrzeug, welcher eine Getriebeeingangswelle aufweist, die über einen ersten Teilantriebsstrang mit einer ersten elektrischen Maschine und einer Verbrennungskraftmaschine zur Drehmomentübertragung in Wirkbeziehung steht und die über einen zweiten Teilantriebsstrang mit einer zweiten elektrischen Maschine zur Drehmomentübertragung in Wirkbeziehung steht. Die zweite elektrische Maschine ist dauerhaft mit der Getriebeeingangswelle drehmomentübertragend verbunden und die erste elektrische Maschine und die Verbrennungskraftmaschine sind koppelbar zur Drehmomentübertragung mit der Getriebeeingangswelle verbindbar. Dabei kann die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine gekühlt ausgeführt sein. Besonders ist es bevorzugt, wenn die Kühlung mittels einer Wasserkühlung aus einem Fahrzeug-Kühlkreis oder mittels einer Ölkühlung mit Getriebeöl aus dem Getriebe heraus ausgebildet ist. Weiterhin kann auch die eingesetzte Trennkupplung als eine ölgekühlte Lamellenkupplung ausgebildet sein.
  • Es liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, sowie eine damit ausgestattete Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, welche einen energetisch optimalen Generatorbetrieb mit geringem Bauraumbedarf kombinieren.
  • Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Antriebseinheit nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Antriebseinheit sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Ergänzend wird eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, welches die Antriebseinheit aufweist, gemäß Anspruch 9 zur Verfügung gestellt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Antriebsanordnung ist im Unteranspruch 10 angegeben.
  • Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
  • Die Begriffe „koaxial“ und „radial“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Rotationsachse der Antriebseinheit.
  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, mit einer ersten elektrischen Maschine sowie einer zweiten elektrischen Maschine und einer ersten Welle sowie einer Ausgangswelle. Der Rotor der ersten elektrischen Maschine ist drehfest mit der ersten Welle verbunden und der Rotor der zweiten elektrischen Maschine ist drehfest mit der Ausgangswelle verbunden. Die Antriebseinheit weist weiterhin eine Trennkupplung auf, mit der ein Rotor der ersten elektrischen Maschine zur Drehmomentübertragung mit der Ausgangswelle verbindbar oder verbunden ist. Zudem umfasst die Antriebseinheit weiterhin ein Anschlusselement, welches mit einem Abtriebselement der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Dieses Anschlusselement dient zum Anschluss einer Verbrennungskraftmaschine. Dabei ist zumindest die erste elektrische Maschine im Generatorbetrieb betreibbar und die Benennungsdrehzahl n1 der ersten elektrischen Maschine steht zur Benennungsdrehzahl n2 der zweiten elektrischen Maschine in folgendem Verhältnis: n 1 > 1,2 × n 2 .
    Figure DE202019006038U1_0003
  • In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verhältnis n1 > 1,5 × n2 beträgt.
  • Dadurch ist gewährleistet, dass die erste elektrische Maschine für eine größere Drehzahl und demzufolge für ein geringeres Drehmoment ausgelegt ist als die zweite elektrische Maschine. Entsprechend kann mit der ersten elektrischen Maschine im Generatorbetrieb bei einer relativ hohen Drehzahl effizient elektrische Energie erzeugt werden, wohingegen die zweite elektrische Maschine dazu eingerichtet ist, im Verhältnis zur ersten elektrischen Maschine ein relativ hohes Drehmoment bei geringerer Drehzahl zwecks Antrieb eines damit ausgestatteten Fahrzeugs zu erzeugen.
  • Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die beiden elektrischen Maschinen in Reihe angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Rotoren der beiden elektrischen Maschinen bzw. deren Rotationsachsen koaxial angeordnet sind.
  • Die Trennkupplung ist eine schaltbare Kupplung, die von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand und umgekehrt geschaltet werden kann.
  • Die Trennkupplung kann sowohl als „normal offen“ („normally open“; Ausgangszustand offen) aber auch als „normal geschlossen“ („normally closed“; Ausgangszustand geschlossen) ausgeführt sein.
  • Eine vorteilhafte bzw. bevorzugte Ausführung der Trennkupplung ist normal offen. Die Antriebseinheit kann dabei derart ausgestaltet sein, dass die mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine fest verbundene erste Welle radial innerhalb der mit dem Rotor der zweiten elektrischen Maschine fest verbundenen Ausgangswelle angeordnet ist.
  • Die erste Welle kann dabei geteilt ausgeführt sein, nämlich in Form einer zentral verlaufenden Hohlwelle, auf der bereichsweise eine drehfest verbundene Nabe angeordnet ist, die wiederum drehfest mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine verbunden ist.
  • Die radiale Innenseite der Trennkupplung kann dabei drehfest mit der Nabe an der ersten elektrischen Maschine verbunden sein, und die radiale Außenseite der Trennkupplung kann mit der Ausgangswelle, die drehfest mit dem Rotor der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist, verbunden sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine erste Übersetzungsstufe in der Antriebseinheit realisiert, wobei die erste Übersetzungsstufe eine Übersetzung von i < 1, insbesondere i < 0,8, aufweist.
  • Dadurch wird eine Übersetzung einer anliegenden Drehzahl einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine ins Schnelle realisiert, entsprechend der für eine hohe Drehzahl im Generatorbetrieb eingerichteten ersten elektrischen Maschine.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die erste elektrische Maschine radial eine geringere Erstreckung auf als die zweite elektrische Maschine. Gemeint ist damit, dass der Stator bei im Wesentlichen rundem Querschnitt der elektrischen Maschinen einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Stator der zweiten elektrischen Maschine.
  • Zudem weist die Antriebseinheit Leistungselektronik und/oder zumindest einen Teil einer Kühleinrichtung bzw. der Schmiereinrichtung der Antriebseinheit auf, welche bzw. welcher radial neben der ersten elektrischen Maschine angeordnet ist.
  • Diese Anordnung einzelner Aggregate der Antriebseinheit ist möglich, da die erste elektrische Maschine radial relativ klein baut und somit zusätzlichen Bauraum zur Verfügung stellt, welcher zur Anordnung weiterer Komponenten, wie zum Beispiel der Leistungselektronik oder auch eines Teils der Kühleinrichtung bzw. der Schmiereinrichtung, ermöglicht.
  • Ergänzend wird der erfindungsgemäße Gegenstand vorzugsweise derart realisiert, dass die erste Übersetzungsstufe durch das Anschlusselement, welches ein innenverzahntes Zahnrad umfasst, und die erste Welle, welche eine Außenverzahnung aufweist, ausgebildet ist. Dabei kämmen die beiden Verzahnungen zwecks Übertragung der Drehbewegung vom Anschlusselement auf die erste Welle miteinander. Dabei sind die Drehachse des Rotors der ersten elektrischen Maschine sowie die Drehachse der Verbrennungskraftmaschine bzw. dessen Abtriebselements lateral versetzt angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Trennkupplung in axialer Richtung zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine angeordnet. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Trennkupplung eine Lamellenkupplung.
  • Erfindungsgemäß steht das Nenndrehmoment M1 der ersten elektrischen Maschine zum Nenndrehmoment M2 der zweiten elektrischen Maschine im folgenden Verhältnis: M 1 / M 2 < 0,4
    Figure DE202019006038U1_0004
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Antriebseinheit ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit eine zweite Übersetzungsstufe aufweist, welche durch eine Verzahnung, insbesondere eine Außenverzahnung, der Ausgangswelle und ein erstes, mit der Verzahnung der Ausgangswelle kämmendes, Zahnrad ausgebildet ist und eine Übersetzung von i > 1 der Drehzahl der Ausgangswelle realisiert.
  • Die Ausgangswelle kann dabei selbst die Verzahnung ausbilden, oder mit einer solchen drehfest verbunden sein.
  • Des Weiteren kann die Antriebseinheit ein Getriebe aufweisen, welches mit der auch als Getriebeeingangswelle bezeichneten Ausgangswelle der Antriebseinheit in Wirkverbindung steht, so dass ein von der Ausgangswelle zur Verfügung gestelltes Drehmoment bzw. die von der Ausgangswelle realisierte Drehbewegung über das Getriebe über- oder untersetzt an eine weitere Getriebeeinheit eines Kraftfahrzeugs geleitet werden kann, oder auch direkt auf Antriebsräder eines Kraftfahrzeuges geleitet werden kann.
  • Dieses Getriebe kann im Abtriebsbereich ein Differenzial-Getriebe umfassen oder als ein solches ausgestaltet sein.
  • Das erste Zahnrad kann dabei drehfest mit einer Vorlegewelle des Getriebes gekoppelt sein, deren Außenverzahnung wiederum mit einem Eingangs-Zahnrad eines Differenzial-Getriebes kämmt, wodurch eine dritte Übersetzungsstufe realisiert wird.
  • Die erfindungsgemäße Antriebseinheit weist den Vorteil auf, dass mittels einer hochdrehenden ersten elektrischen Maschine, welche mit der Verbrennungsmaschine über die erste Übersetzungsstufe gekoppelt ist, die Verbrennungsmaschine in einem niedrigen Drehzahlbereich und demzufolge mit einem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden kann, was wiederum den CO2-
  • Ausstoß sowie die Geräuschemissionen reduziert. Weiterhin können durch die radial kleiner bauende erste elektrische Maschine Kosten eingespart und Bauraum für andere Komponenten wie beispielsweise eine Leistungselektronik und/oder zumindest einen Teil einer Kühleinrichtung bzw. Schmiereinrichtung der Antriebseinheit genutzt werden.
  • Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Antriebsanordnung zur Verfügung gestellt, die eine erfindungsgemäße Antriebseinheit sowie eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, wobei die Verbrennungskraftmaschine über das Anschlusselement mittels einem Abtriebselement der Verbrennungskraftmaschine drehfest mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine gekoppelt oder koppelbar ist.
  • In weiterer Ausgestaltung umfasst die Antriebsanordnung auch wenigstens eine Radantriebswelle, die über das Getriebe mit der Ausgangswelle der Antriebseinheit verbunden ist, sodass eine von der Ausgangswelle realisierte Drehbewegung durch das Getriebe auf die Radantriebswelle übertragen werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Antriebsanordnung weist die Verbrennungskraftmaschine einen optimalen Drehzahlbereich von 2000 min-1 bis 4000 min-1 auf.
  • Im Betrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, mit einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, umfassend eine erfindungsgemäße Antriebseinheit sowie eine Verbrennungskraftmaschine, werden folgende Fahrbetriebsmodi ermöglicht:
    • - Elektrisches Fahren und Rekuperieren:
      • Die Trennkupplung ist geöffnet, wodurch die zweite elektrische Maschine von der ersten elektrischen Maschine und der Verbrennungskraftmaschine abgekoppelt ist. Die zweite elektrische Maschine wird somit separat als Traktionsmaschine und als Generator angesteuert. Die Verbrennungskraftmaschine und die erste elektrische Maschine sind nicht in Betrieb.
    • - Seriell Fahren und Laden:
      • Die Trennkupplung ist geöffnet. Die Verbrennungskraftmaschine wird mittels der ersten elektrischen Maschine gestartet, wobei die Verbrennungskraftmaschine die erste elektrische Maschine antreiben kann und folglich die erste elektrische Maschine als Generator angesteuert wird, um die Batterie des Kraftfahrzeugs zu laden. Die zweite elektrische Maschine wird als Traktionsmaschine angesteuert, wobei sie dabei von der Verbrennungskraftmaschine unterstützt werden kann.
    • - Parallel Hybridantrieb, Laden und Boosten:
      • Die Trennkupplung ist geschlossen, wodurch die erste elektrische Maschine, die zweite elektrische Maschine sowie die Verbrennungskraftmaschine miteinander gekoppelt sind. Das Kraftfahrzeug wird mittels der Verbrennungskraftmaschine und / oder einer oder beider elektrischen Maschinen angetrieben. Die beiden elektrischen Maschinen können hier als Traktionsmaschine oder als Generator angesteuert werden.
  • Dadurch, dass die Verbrennungskraftmaschine über die erste Übersetzungsstufe an die als Generator betriebene erste elektrische Maschine angeschlossen ist, kann sowohl die Verbrennungskraftmaschine mit geringer Drehzahl und demzufolge energetisch effizient betrieben werden, als auch der Generatorbetrieb energetisch effizient in höheren Drehzahl-Bereichen erfolgen.
  • Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnung, welche eine bevorzugte Ausgestaltung zeigt, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematische Zeichnung in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt ist. Es ist dargestellt in
    • 1: eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in Schnittansicht.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 100 für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, dargestellt, die eine erste elektrischen Maschine 110 sowie eine zweite elektrischen Maschine 120 aufweist, die beide auf einer gemeinsamen Rotationsachse 101 angeordnet sind. Der Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine 110 ist dabei koaxial zur Rotationsachse 101 sowie auch zum Rotor 121 der zweiten elektrischen Maschine 120 angeordnet.
  • Der Stator 112 der ersten elektrischen Maschine 110 sowie auch der Stator 122 der zweiten elektrischen Maschine 120 ist von einem Gehäuse 102 der Antriebseinheit 100 aufgenommen. Der Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine ist drehfest mit einer ersten Welle 130 verbunden. Der Rotor 121 der zweiten elektrischen Maschine 120 ist drehfest mit einer Ausgangswelle 140 verbunden, die auch als Getriebeeingangswelle bezeichnet werden kann.
  • Weiterhin umfasst die Antriebseinheit 100 eine Trennkupplung 150, mit der die erste elektrische Maschine 110 und damit eine an der mit dem Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine 110 drehfest verbundenen erste Welle 130 angeschlossene Verbrennungskraftmaschine zur Drehmomentübertragung mit der Ausgangswelle verbindbar oder verbunden ist.
  • In der hier dargestellten Ausführungsform ist die erste Welle 130 zweiteilig ausgeführt, nämlich aus einer zentral verlaufenden Hohlwelle 132 sowie einer auf dieser Hohlwelle 132 positionierten und mit dieser drehfest verbundenen Nabe 133, wobei die Nabe 133 wiederum fest mit dem Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine 110 verbunden ist.
  • Die Nabe 133 bildet die radiale Innenseite 151 der Trennkupplung 150 aus, bzw. ist mit dieser Eingangsseite der Trennkupplung 150 fest verbunden.
  • Die radiale Außenseite 152 der Trennkupplung 150, die die Ausgangsseite der Trennkupplung 150 realisiert, ist drehfest mit der Ausgangswelle 140 verbunden.
  • Die Trennkupplung 150 ist eine schaltbare Kupplung, die von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand und umgekehrt geschaltet werden kann. Zu diesem Zweck ist der Trennkupplung 150 ein Betätigungssystem 153 zugeordnet.
  • Derart kann bei Schließung der Trennkupplung 150 ein Drehmoment von der ersten Welle 130 auf die Ausgangswelle 140 oder auch umgekehrt übertragen werden.
  • In der hier dargestellten Ausführungsform ist somit vorgesehen, dass die beiden elektrischen Maschinen 110,120 in Reihe angeordnet sind, wobei die Rotoren 111,121 der beiden elektrischen Maschinen 110,120 bzw. deren Rotationsachsen koaxial angeordnet sind. Dabei verläuft die erste Welle 130 bzw. deren zentral verlaufende Hohlwelle 132 radial innerhalb der Ausgangswelle 140, wodurch insgesamt das benötigte Bauvolumen der Antriebseinheit 100 gering gestaltet werden kann.
  • Des Weiteren umfasst die hier dargestellte Antriebseinheit 100 ein Getriebe 160, welches mit der auch als Getriebeeingangswelle bezeichneten Ausgangswelle 140 der Antriebseinheit 100 in Wirkverbindung steht, so dass ein von der Ausgangswelle 140 zur Verfügung gestelltes Drehmoment bzw. die von der Ausgangswelle 140 realisierte Drehbewegung über das Getriebe 160 über- oder untersetzt an eine weitere Getriebeeinheit eines Kraftfahrzeugs geleitet werden kann, oder auch direkt auf Antriebsräder eines Kraftfahrzeuges geleitet werden kann.
  • Dieses Getriebe 160 umfasst in der hier dargestellten Ausführungsform ein Differenzial-Getriebe 170. Des Weiteren umfasst das Getriebe 160 ein erstes Zahnrad 161, was mit einer Außenverzahnung 141 an der Ausgangswelle 140 kämmt. Durch das erste Zahnrad 161 wird somit eine zweite Übersetzungsstufe 162 in der Antriebseinheit 100 realisiert. Dieses erste Zahnrad 161 ist dabei drehfest mit einer Vorlegewelle 163 des Getriebes 160 gekoppelt, deren Außenverzahnung 164 wiederum mit einem Eingangs-Zahnrad 171 des Differenzial-Getriebes 170 kämmt, wodurch eine dritte Übersetzungsstufe 172 realisiert wird.
  • Die Antriebseinheit 100 ist dabei Bestandteil einer ebenfalls dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 200.
  • Diese Antriebsanordnung 200 weist zusätzlich eine hier nicht dargestellte Verbrennungskraftmaschine auf, die im an den gezeigten Anschluss 210 angeschlossen Zustand, über die erste Welle 130 drehfest mit dem Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine 110 gekoppelt oder - bei Zwischenschaltung einer weiteren Kupplung - koppelbar ist.
  • Die dargestellte Antriebsanordnung 200 ist derart ausgestaltet, dass zwischen dem Anschluss 210 für eine hier nicht dargestellte Verbrennungskraftmaschine und der ersten Welle 130, die mit dem Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine 110 drehfest verbunden ist, eine erste Übersetzungsstufe 142 ausgebildet ist zwecks Übersetzung der Drehzahl der von der Verbrennungskraftmaschine bzw. deren Anschlusses 210 realisierten Drehbewegung auf die erste Welle 130.
  • Zu diesem Zweck ist ein Abtriebselement 220 der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, welches eine Dämpfereinheit 221 aufweisen kann oder auch eine Kupplung 222 zum Öffnen und Schließen des Drehmoment-Übertragungspfades zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Antriebseinheit 100, oder auch eine gezeigte Kombination aus einer Dämpfereinheit 221 und einer Kupplung 222.
  • Weiterhin ist das Abtriebselement 220 mit einem als ein Bestandteil des Anschlusselements 230 ausgebildeten innenverzahnten Zahnrad 223 verbunden, welches mit einer Außenverzahnung 131 der ersten Welle 130 kämmt und somit eine erste Übersetzungsstufe 142 realisiert.
  • Es ist ersichtlich, dass in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Drehachse des Abtriebselements 220 lateral versetzt ist zur Rotationsachse 101 der Antriebseinheit 100.
  • Derart kann eine von der hier nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine erzeugte Drehbewegung über das Abtriebselement 220, das Anschlusselement 230 und die erste Übersetzungsstufe 142 auf die erste Welle 130 geleitet werden, sodass der darauf befindliche Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine 110 in Drehbewegung versetzt werden kann, um als Generator betrieben zu werden.
  • Bei Schließung der Trennkupplung 150 kann die anliegende Drehbewegung von der ersten Welle 130, gegebenenfalls verstärkt von einem elektromotorischen Antrieb durch die erste elektrische Maschine 110, auf die Ausgangswelle 140 übertragen werden. Aufgrund der drehfesten Verbindung des Rotors 122 der zweiten elektrischen Maschine 120 mit der Ausgangswelle 140 kann ebenfalls ein von der zweiten elektrischen Maschine 120 zur Verfügung gestelltes Drehmoment zusätzlich auf die Ausgangswelle 140 aufgebracht werden.
  • Alternativ kann bei Öffnung der Trennkupplung 150 auch nur die zweite elektrische Maschine 120 alleine betrieben werden, um die Ausgangswelle 140 zu drehen.
  • Die Drehbewegung der Ausgangswelle 140 wird über deren Außenverzahnung 141 auf das erste Zahnrad 161 des angeschlossenen Getriebes 160 geleitet, wobei die zweite Übersetzungsstufe 162 realisiert wird.
  • Vom ersten Zahnrad 161 wird das Drehmoment bzw. die Drehbewegung auf die Vorlegewelle 163 geleitet, von der es über das Eingangs-Zahnrad 171 des Differenzial-Getriebes 170 diesem zugeleitet wird.
  • Vom Differenzial-Getriebe 170 wird das Drehmoment hier nicht dargestellten Radantriebs-Wellen zugeleitet, oder auch bei Bedarf einen weiteren Getriebe zur Über- bzw. Untersetzung des Drehmoments bzw. der Drehzahl.
  • Mit der dargestellten Antriebsanordnung 200 lassen sich unterschiedlichste Fahrzustände realisieren, wie zum Beispiel der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine alleine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, oder auch unter Hinzuschaltung der zweiten elektrischen Maschine 120 und/oder der ersten elektrischen Maschine 110, sowie ein gleichzeitiger Generatorbetrieb der ersten elektrischen Maschine 110 beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und/oder der zweiten elektrischen Maschine 120, sowie ein alleiniger Betrieb der zweiten elektrischen Maschine 120, oder auch ein Rekuperationsbetrieb der ersten elektrischen Maschine 110 und/oder der zweiten elektrischen Maschine 120.
  • Zumindest die erste elektrische Maschine 110 ist dabei im Generatorbetrieb betreibbar, wobei die Benennungsdrehzahl n1 der ersten elektrischen Maschine 110 zur Benennungsdrehzahl n2 der zweiten elektrischen Maschine 120 in folgendem Verhältnis steht: n1 > 1,2 × n2
  • Das mit dem Abtriebselement 220 gekoppelte Anschlusselement 230, welches zum Anschluss einer hier nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine dient, ist ersichtlich mit einem größeren Durchmesser ausgestaltet als die Außenverzahnung 131 der ersten Welle 130, sodass durch die dadurch realisierte erste Übersetzungsstufe 142 eine Übersetzung der Drehzahl des Abtriebselements 220 ins Schnelle erfolgt. Entsprechend kann die erste elektrische Maschine 110 in einem optimalen DrehzahlBereich als Generator betrieben werden.
  • Mit der hier vorgeschlagenen Antriebseinheit sowie der damit ausgestatteten Antriebsanordnung werden Einrichtungen zur Verfügung gestellt, welche einen energetisch optimalen Generatorbetrieb mit geringem Bauraumbedarf kombinieren.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Antriebseinheit
    101
    Rotationsachse
    102
    Gehäuse der Antriebseinheit
    110
    erste elektrische Maschine
    111
    Rotor der ersten elektrischen Maschine
    112
    Stator der ersten elektrischen Maschine
    120
    zweite elektrische Maschine
    121
    Rotor der zweiten elektrischen Maschine
    122
    Stator der zweiten elektrischen Maschine
    130
    erste Welle
    131
    Außenverzahnung der ersten Welle
    132
    zentral verlaufende Hohlwelle
    133
    Nabe
    140
    Ausgangswelle
    141
    Außenverzahnung der Ausgangswelle
    142
    erste Übersetzungsstufe
    150
    Trennkupplung
    151
    radiale Innenseite der Trennkupplung
    152
    radiale Außenseite der Trennkupplung
    153
    Betätigungssystem
    160
    Getriebe
    161
    erstes Zahnrad
    162
    zweite Übersetzungsstufe
    163
    Vorlegewelle
    164
    Außenverzahnung der Vorlegewelle
    170
    Differenzial-Getriebe
    171
    Eingangs-Zahnrad
    172
    dritte Übersetzungsstufe
    200
    Antriebsanordnung
    210
    Anschluss für eine Verbrennungskraftmaschine
    220
    Abtriebselement
    221
    Dämpfereinheit
    222
    Kupplung
    223
    innenverzahntes Zahnrad
  • 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 102015222690 A1 [0003, 0004]
    • DE 102015222691 A1 [0003, 0005]
    • WO 2017084887 A1 [0003, 0005]
    • DE 102015222692 A1 [0006, 0007]
    • WO 2017084888 A1 [0006, 0007]
    • DE 102015222694 A1 [0006, 0008]
    • WO 2017084889 A1 [0006, 0008]
    • DE 102018103245 A1 [0011]
    • DE 102017127695 A1 [0012]

Claims (10)

  1. Antriebseinheit (100) für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, mit einer ersten elektrischen Maschine (110) sowie einer zweiten elektrischen Maschine (120) und einer ersten Welle (130) sowie einer Ausgangswelle (140), wobei ein Rotor (111) der ersten elektrischen Maschine (110) drehfest mit der ersten Welle (130) verbunden ist und ein Rotor (121) der zweiten elektrischen Maschine (120) drehfest mit der Ausgangswelle (140) verbunden ist und wobei die Antriebseinheit (100) weiterhin eine Trennkupplung (150) aufweist, mit der der Rotor (111) der ersten elektrischen Maschine (110) zur Drehmomentübertragung mit der Ausgangswelle (140) verbindbar oder verbunden ist, wobei die Antriebseinheit (100) weiterhin ein Anschlusselement (230) zum Anschluss einer Verbrennungskraftmaschine aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (110) im Generatorbetrieb betreibbar ist und die Benennungsdrehzahl n1 der ersten elektrischen Maschine (110) zur Benennungsdrehzahl n2 der zweite elektrischen Maschine (120) in folgendem Verhältnis steht: n 1 > 1,2 × n 2 ,
    Figure DE202019006038U1_0005
    wobei das Nenndrehmoment M1 der ersten elektrischen Maschine (110) zum Nenndrehmoment M2 der zweiten elektrischen Maschine (120) im folgenden Verhältnis steht: M 1 / M 2 < 0,4
    Figure DE202019006038U1_0006
  2. Antriebseinheit (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (110) radial eine geringere Erstreckung aufweist als die zweite elektrische Maschine (120).
  3. Antriebseinheit (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit eine erste Übersetzungsstufe (142) umfasst, wobei die erste Übersetzungsstufe (142) eine Übersetzung von i < 1, insbesondere i < 0,8, aufweist.
  4. Antriebseinheit (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (110) radial eine geringere Erstreckung aufweist als die zweite elektrische Maschine (120).
  5. Antriebseinheit (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass radial neben der ersten elektrischen Maschine (110) Leistungselektronik und/oder zumindest ein Teil einer Kühleinrichtung der Antriebseinheit (100) angeordnet ist.
  6. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übersetzungsstufe durch das Anschlusselement (230), welches ein innenverzahntes Zahnrad (223) umfasst, und die erste Welle (130), welche eine Außenverzahnung (131) aufweist, ausgebildet ist, wobei die beiden Verzahnungen (223, 131) zwecks Übertragung der Drehbewegung vom Anschlusselement (230) auf die erste Welle (130) miteinander kämmen.
  7. Antriebseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (150) in axialer Richtung zwischen der ersten elektrischen Maschine (110) und der zweiten elektrischen Maschine (120) angeordnet ist, wobei die Trennkupplung (150) insbesondere eine Lamellenkupplung ist.
  8. Antriebseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (100) eine zweite Übersetzungsstufe (162) aufweist, welche durch eine Verzahnung, insbesondere eine Außenverzahnung (141), der Ausgangswelle (140) und ein erstes, mit der Verzahnung (141) der Ausgangswelle (140) kämmendes, Zahnrad (161) ausgebildet ist und eine Übersetzung von i > 1 der Drehzahl der Ausgangswelle (140) realisiert.
  9. Antriebsanordnung mit einer Antriebseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie mit einer Verbrennungskraftmaschine, die über das Anschlusselement (230) mittels einem Abtriebselement (220) der Verbrennungskraftmaschine drehfest mit dem Rotor (111) der ersten elektrischen Maschine (110) gekoppelt oder koppelbar ist.
  10. Antriebsanordnung nach Anspruch 9, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen Drehzahlbereich von 2000 min-1 bis 4000 min-1 aufweist.
DE202019006038.3U 2018-06-20 2019-05-29 Antriebseinheit und Antriebsanordnung Active DE202019006038U1 (de)

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