eines Kraftfahrzeugs

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für zumindest eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, bei leichten und mittelschweren Bussen und LKWs elektrisch angetriebene Achsen einzusetzen, wohingegen bei mittel- schweren und schweren LKWs für Offroad/Teiloffroad Anwendungen konventio- nelle Antriebe verwendet werden. Die bekannten elektrisch angetriebenen Achsen können eine oder zwei Getriebestufen aufweisen, wobei die zweistufigen elektrisch angetriebenen Achsen schaltbar ausgeführt sein können.

Durch das Vorsehen von maximal zwei Gangstufen kann sich die Zugkraft im An- fahrbereich bei hoher Beladung als zu gering erweisen. Zudem kann aufgrund der geringen Spreizung des eingebauten Getriebes eine gewünschte Endgeschwin- digkeit nicht erreicht werden. Ein weiterer Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten elektrisch angetriebenen Achsen besteht darin, dass im Rekuperati- onsmodus die Leistung im unteren Geschwindigkeitsbereich begrenzt ist, da die Drehzahl der als Antrieb dienenden Elektromaschine nicht hochgehalten werden kann.

Aus der DE 10 2012 017 352 B4 ist eine Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs bekannt, umfassend eine antreibende Elektromaschine, ein Übersetzungsgetriebe und ein Differential, welches über Ab- triebswellen auf die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs abtreibt, wobei das Übersetzungsgetriebe durch zwei miteinander gekoppelte Umlaufgetriebe gebildet ist, die über zwei Schaltelemente in zwei Übersetzungsstufen umschaltbar sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung für zumindest eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteran- sprüchen hervor.

Demnach wird eine Antriebsvorrichtung für zumindest eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welche eine Elektromaschine und ein der Elektromaschine in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb nachgeschaltetes schaltbares Getriebe mit zumindest drei Gangstufen aufweist, welches über eine Stirnradstufe oder eine Planetenstufe an ein Differential zur Verteilung des Antriebmomentes auf die Räder einer Achse oder an ein Längsdifferenzial zur Verteilung des Antriebmo- mentes auf zwei Achsen des Fahrzeugs gekoppelt ist.

Das schaltbare Getriebe ist vorzugsweise als Automatgetriebe oder als automatisier- tes Getriebe in Planetenbauweise ausgeführt und kann beispielsweise als Zwei-Steg- Vier-Wellen-Getriebe ausgebildet sein.

Ein Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe ist ein Planetengetriebe, welches aus zwei über zwei Koppelwellen kinematisch miteinander gekoppelten Einzel-Planetenradsätzen gebildet ist und vier Wellen zur Wirkverbindung mit anderen Getriebeelementen auf- weist. Eine Koppelwelle ist als ständige mechanische Verbindung zwischen einem Element - d.h. Sonnenrad, Steg oder Hohlrad - des einen Einzel-Planetenradsatzes mit einem Element - d.h. Sonnenrad, Steg oder Hohlrad - des anderen Einzel- Planetenradsatzes definiert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Getriebe ei- nen ersten und einen zweiten Planetenradsatz auf, die ein gemeinsames Hohlrad und einen gemeinsamen Steg aufweisen, wobei das Sonnenrad des ersten Plane- tenradsatzes und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes koaxial zueinander angeordnet sind und wobei die Planetenräder des ersten und zweiten Planetenrad- satzes jeweils paarweise koaxial auf einem gemeinsamen Planetenbolzen oder ei- nem Bolzen mit unterschiedlichen Lagerdurchmessern angeordnet sind, wobei der Abtrieb des Getriebes durch den Steg gebildet wird. Alternativ können die Planetenräder des ersten und zweiten Planetenradsatzes auf jeweils einem Bolzen angeordnet sein, der mit einem zwischen den beiden Planeten- radsätzen angeordneten Zwischensteg verbunden ist, so dass die Planetenräder beider Planetenradsätze nicht koaxial zueinander angeordnet sind.

Hierbei ist ein erstes als Kupplung ausgeführtes Schaltelement vorgesehen, durch dessen Schließen die Elektromaschine mit dem Hohlrad lösbar drehfest verbindbar ist, wobei ein zweites als Kupplung ausgeführtes Schaltelement vorgesehen ist, durch dessen Schließen die Elektromaschine mit einer koaxial zum Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes angeordneten zentralen Antriebswelle des Getriebes lös- bar drehfest verbindbar ist und wobei ein drittes als Kupplung ausgeführtes Schalt- element vorgesehen ist, durch dessen Schließen das Sonnenrad des ersten Plane- tenradsatzes mit der zentralen Antriebswelle lösbar drehfest verbindbar ist.

Ferner ist ein viertes als Bremse ausgeführtes Schaltelement vorgesehen, durch dessen Schließen das Hohlrad an ein Gehäuse ankoppelbar ist, wobei ein fünftes als Kupplung ausgeführtes Schaltelement vorgesehen ist, durch dessen Schließen das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit der zentralen Antriebswelle lösbar verbindbar ist.

Mit einem derartig ausgeführten Getriebe sind drei Gänge realisierbar, wobei der erste Gang durch Schließen des zweiten, vierten und fünften Schaltelementes geschaltet wird, wobei der zweite Gang durch Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelementes geschaltet wird und wobei der dritte Gang durch Schließen des ersten, zweiten und dritten Schaltelementes geschaltet wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann ein sechstes als Bremse ausgeführ- tes Schaltelement vorgesehen sein, durch dessen Schließen die zentrale Antriebs- welle an ein Gehäuse ankoppelbar ist. Diese Ausgestaltung resultiert in fünf schalt- baren Gängen. Hierbei wird der erste Gang durch Schließen des zweiten, vierten und fünften Schaltelementes geschaltet, wobei der zweite Gang durch Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelementes geschaltet wird und wobei der dritte Gang durch Schließen des ersten, dritten und sechsten Schaltelementes geschaltet wird. Der vierte Gang wird durch Schließen des ersten, fünften und sechsten Schalt- elementes geschaltet, wobei der fünfte Gang durch Schließen des ersten, zweiten und fünften Schaltelementes geschaltet wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die zentrale Antriebswelle einen ersten Teil, der durch Schließen des zweiten Schaltelementes mit der Elektroma- schine lösbar drehfest verbindbar ist und einen zweiten Teil, der mittels eines zusätz- lich zum sechsten Schaltelement vorgesehenen siebten Schaltelementes, welches in Kraftflussrichtung bei geschlossenem zweiten Schaltelement nach dem zweiten Schaltelement angeordnet ist, mit dem ersten Teil lösbar drehfest verbindbar ist. Durch das Vorsehen des siebten Schaltelementes weist das Getriebe sechs schalt- bare Gänge auf.

Der erste Gang des Getriebes wird durch Schließen des zweiten, vierten, fünften und siebten Schaltelementes geschaltet, wobei der zweite Gang durch Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelementes geschaltet wird. Ferner wird der dritte Gang durch Schließen des ersten, dritten, sechsten und siebten Schaltelementes geschaltet, wobei der vierte Gang durch Schließen des ersten, fünften und sechsten Schaltelementes geschaltet wird, wobei der fünfte Gang durch Schließen des ersten, zweiten und fünften Schaltelementes geschaltet wird und wobei der sechste Gang durch Schließen des zweiten, dritten und fünften Schaltelementes geschaltet wird.

Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Die Kupplungen sind vor- zugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt, wobei die Bremsen vorzugsweise als formschlüssige Schaltelemente, beispielsweise als Klauenschaltelemente oder Synchronisierungen ausgeführt sein können. Im Rahmen weiterer Ausgestaltungen können einzelne Kupplungen als formschlüssige Schalt- elemente ausgeführt sein; ferner kann zumindest eine Bremse als Reibschaltelement bzw. Lamellenschaltelement ausgeführt sein.

Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird auf einfache und kostengünstige Wei- se eine Antriebsvorrichtung für zumindest eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt, welche es ermöglicht, die Steigfähigkeit der Fahrzeuge optimal auf den jeweiligen Einsatzfall anzupassen. Zudem kann die Elektromaschine bei kompakter Ausführung immer im optimalen Wirkungsgrad- bereich betrieben werden.

In vorteilhafter Weise kann im Schubbetrieb durch Rekuperation Energie optimal wieder gewonnen werden, da die Drehzahl der Elektromaschine auch im niedrigen Geschwindigkeitsbereich durch Schalten einer niedrigen Gangstufe hochgehalten werden kann, wodurch die Leistung der Elektromaschine nicht beschränkt wird. Durch die Mehrgängigkeit kann auch der Rekuperationsbetrieb über große Bereiche im Wirkungsgradoptimum erfolgen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:

Figur 1 : Eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfin- dungsgemäßen Antriebsvorrichtung für zumindest eine elektrisch angetriebene Ach- se eines Kraftfahrzeugs, wobei die Antriebsvorrichtung an ein Differential zur Vertei- lung des Antriebmomentes auf die Räder einer Achse des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist;

Figur 2: Ein beispielhaftes Schaltschema für das Getriebe nach Figur 1 ;

Figur 3: Eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfin- dungsgemäßen Antriebsvorrichtung für zumindest eine elektrisch angetriebene Ach- se eines Kraftfahrzeugs, wobei die Antriebsvorrichtung an ein Differential zur Vertei- lung des Antriebmomentes auf die Räder einer Achse des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist;

Figur 4: Ein beispielhaftes Schaltschema für das Getriebe nach Figur 3;

Figur 5: Eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfin- dungsgemäßen Antriebsvorrichtung für zumindest eine elektrisch angetriebene Ach- se eines Kraftfahrzeugs, wobei die Antriebsvorrichtung an ein Differential zur Vertei- lung des Antriebmomentes auf die Räder einer Achse des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist;

Figur 6: Ein beispielhaftes Schaltschema für das Getriebe nach Figur 5; und

Figur 7: Die Antriebsvorrichtung nach Figur 5, welche an ein Längsdifferential zur Verteilung des Antriebmomentes auf zwei Achsen eines Kraftfahrzeugs gekoppelt ist.

Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf Figur 1 umfasst eine Antriebsvorrich- tung für zumindest eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs eine Elektromaschine EM und ein der Elektromaschine EM in Kraftflussrichtung im Zugbe- trieb nachgeschaltetes schaltbares Getriebe 1 mit zumindest drei Gängen, wobei das Getriebe 1 über eine Stirnradstufe 2 an ein Differential 3 zur Verteilung des Antrieb- momentes auf die Räder 5 einer Achse 4 des Fahrzeugs gekoppelt ist. Die Antriebs- vorrichtung ist hierbei vorzugsweise quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs angeord- net.

Bei dem gezeigten Beispiel ist das Getriebe 1 als Getriebe in Planetenbauweise ausgeführt, und weist einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz 6, 7 auf, die ein gemeinsames Flohlrad 8 und einen gemeinsamen Steg 9 aufweisen, wobei das Sonnenrad 10 des ersten Planetenradsatzes 6 und das Sonnenrad 11 des zweiten Planetenradsatzes 7 koaxial zueinander angeordnet sind und wobei die Planetenrä- der des ersten und zweiten Planetenradsatzes 6, 7 jeweils paarweise koaxial auf ei- nem gemeinsamen Planetenbolzen angeordnet sind, wobei der Abtrieb des Getrie- bes durch den Steg 9 gebildet wird.

Bei dem in Figur 1 gezeigten Getriebe ist ein erstes als Kupplung ausgeführtes Schaltelement A vorgesehen, durch dessen Schließen die Elektromaschine EM mit dem Flohlrad 8 lösbar drehfest verbindbar ist, wobei ein zweites als Kupplung ausge- führtes Schaltelement B vorgesehen ist, durch dessen Schließen die Elektromaschi- ne EM mit einer koaxial zum Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes 6 angeordne- ten zentralen Antriebswelle 12 des Getriebesl lösbar drehfest verbindbar ist und wo- bei ein drittes als Kupplung ausgeführtes Schaltelement C vorgesehen ist, durch dessen Schließen das Sonnenrad 10 des ersten Planetenradsatzes 6 mit der zentra- len Antriebswelle 12 lösbar drehfest verbindbar ist.

Die Sonnenradwellen des ersten und zweiten Planetenradsatzes 6, 7 sind gemäß Figur 1 als Hohlwellen ausgeführt, durch die die zentrale Antriebswelle geführt ist.

Wie Figur 1 zu entnehmen, ist ein viertes als Bremse ausgeführtes Schaltelement D vorgesehen, durch dessen Schließen das Hohlrad 8 des Getriebes 1 an ein Gehäuse ankoppelbar ist, wobei ein fünftes als Kupplung ausgeführtes Schaltelement E vor- gesehen ist, durch dessen Schließen das Sonnenrad 11 des zweiten Planetenrad- satzes 7 mit der zentralen Antriebswelle lösbar verbindbar ist.

Bei dem Getriebe nach Figur 1 ist ein selektives Schalten von drei Gängen realisier bar. Der erste Gang des Getriebes ergibt sich bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel durch Schließen des zweiten, vierten und fünften Schaltelementes B, D, E, der zwei- te Gang durch Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelementes B, C, D und der dritte Gang ergibt sich durch Schließen des ersten, zweiten und dritten Schaltelementes A, B, C.

Gegenstand der Figur 3 ist eine Antriebsvorrichtung für zumindest eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs, bei der das Getriebe sich vom Getriebe nach Figur 1 dadurch unterscheidet, dass ein sechstes als Bremse ausgeführtes Schaltelement F vorgesehen ist, durch dessen Schließen die zentrale Antriebswel- le 12 an ein Gehäuse ankoppelbar ist. Durch das Vorsehen des sechsten Schaltele- mentes F sind fünf schaltbare Gänge realisierbar.

Bezugnehmend auf Figur 4 ergibt sich der erste Gang durch Schließen des zweiten, vierten und fünften Schaltelementes B, D, E, der zweite Gang durch Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelementes B, C, D, der dritte Gang durch Schlie- ßen des ersten, dritten und sechsten Schaltelementes A, C, F, der vierte Gang durch Schließen des ersten, fünften und sechsten Schaltelementes A, E, F, wobei sich der fünfte Gang durch Schließen des ersten, zweiten und fünften Schaltelementes A, B,

E ergibt.

Das Getriebe 1 der in Figur 5 gezeigten Antriebsvorrichtung für zumindest eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs unterscheidet sich vom Getriebe gemäß Figur 3 dadurch, dass die zentrale Antriebswelle zweigeteilt ist und ei- nen ersten Teil 12a, der durch Schließen des zweiten Schaltelementes B mit der Elektromaschine lösbar drehfest verbindbar ist und einen zweiten Teil 12b aufweist, der mittels eines zusätzlich zum sechsten Schaltelement F vorgesehenen siebten Schaltelementes G mit dem ersten Teil 12a lösbar drehfest verbindbar ist.

Das siebte Schaltelement G ist in Kraftflussrichtung bei geschlossenem zweiten Schaltelement B nach dem zweiten Schaltelement B angeordnet, derart, dass durch Schließen des sechsten Schaltelementes F der zweite Teil 12b der zentralen An- triebswelle an das Gehäuse ankoppelbar ist.

Das in Figur 5 gezeigte Getriebe weist sechs schaltbare Gänge auf. Bezugnehmend auf Figur 6 ergibt sich der erste Gang durch Schließen des zweiten, vierten, fünften und siebten Schaltelementes B, D, E, G, der zweite Gang durch Schließen des zwei- ten, dritten und vierten Schaltelementes B, C, D, der dritte Gang durch Schließen des ersten, dritten, sechsten und siebten Schaltelementes A, C, F, G, der vierte Gang durch Schließen des ersten, fünften und sechsten Schaltelementes A, E, F, der fünfte Gang durch Schließen des ersten, zweiten und fünften Schaltelementes A, B, E, wo- bei sich der sechste Gang durch Schließen des zweiten, dritten und fünften Schalt- elementes B, C, E ergibt.

Die Rückwärtsgänge werden durch Drehrichtungsumkehr der Elektromaschine EM realisiert.

Die in Figur 7 dargestellte Antriebsvorrichtung für zumindest eine elektrisch angetrie- bene Achse eines Kraftfahrzeugs unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Figur 3 dadurch, dass das Getriebe 1 über eine Stirnradstufe 2 an ein Längsdifferen- tial 13 zur Verteilung des Antriebmomentes auf zwei Achsen 4, 4‘ des Fahrzeugs ge- koppelt ist. Die Antriebsvorrichtung ist hierbei vorzugsweise längs zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs angeordnet.

Bezuqszeichen

1 Getriebe

2 Stirnradstufe

3 Differential

4, 4‘ Achse

5 Rad

6 erster Planetenradsatz

7 zweiter Planetenradsatz

8 Hohlrad

9 Steg

10 Sonnenrad

11 Sonnenrad

12 zentrale Antriebswelle

12a erster Teil der zentralen Antriebswelle

12b zweiter Teil der zentralen Antriebswelle

13 Längsdifferential

A erstes Schaltelement

B zweites Schaltelement

C drittes Schaltelement

D viertes Schaltelement

E fünftes Schaltelement

F sechstes Schaltelement

G siebtes Schaltelement

EM Elektromaschine