Antriebseinheit Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit wenigstens einem Elektromotor, mit einem Differenzial für zwei Abtriebswellen und mit einem im Leistungsfluss zwischen dem Elektromotor und dem Differenzial angeordneten ersten Planetentrieb.

Hintergrund der Erfindung

DE198 41 159 A1 zeigt eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor und mit einem Differenzial. Mit dem Differenzial sind Drehmomente und Drehzahlen auf zwei durch den Elektromotor angetriebene Abtriebswellen verteilbar. Ein Planetentrieb zwischen der als Rotorwelle bezeichneten Antriebswelle und dem Diffe- renzial geschaltet, so dass die Leistung vom Elektromotor zum Differenzial über den Planetentrieb fließt. Dazu ist die Antriebswelle endseitig mit einer Verzahnung versehen. Die Verzahnung ist an einem Sonnenrad des Planetentriebs ausgebildet. Das Sonnenrad steht im Eingriff mit Planetenrädern des Planetentriebs. Die Planetenräder stützen sich gegen eine Verzahnung eines Hohlrads ab. Die Verzahnung des Hohlrads ist ortsfest und nicht um die Antriebsrotationsachse der Sonne bzw. des Rotorwelle des Elektromotors drehbar am Gehäuse der Antriebseinheit abgestützt. Die Planetenräder sind auf Planetenbolzen gelagert. Die Planetenbolzen sitzen in einem Planetenträger, der gleichzeitig Differenzialkorb eines koaxial zu dem Antriebsmotor angeordneten Differen- zials ist. Die Planetenräder laufen auf einer Kreisbahn mit radialen Abstand zur Antriebsrotationsachse um die Antriebsrotationsachse um. Das Differenzial ist ein klassisches Kegelraddifferenzial, Der Differenzialkorb ist die Summenwelle des Differenzials, an der die höchsten Drehmomente anliegen, die im Differenzial auf zwei als Abtriebswellen bezeichnete Differenzwellen verteilt werden. Alternativ werden über die Abtriebswellen ins Differenzial ein- gebrachte Drehmomente an der Summenwelle wieder zusammengeführt. Der Differenzialkorb ist relativ zu der Rotorwelle um die Antriebsrotationsachse und konzentrisch zu den Rotationsachsen der Abtriebswellen drehbar und dazu relativ zu dem Gehäuse ortsfest in dem Gehäuse gelagert. In dem Differenzialkorb sind Ausgleichskegelräder drehbar gelagert und stehen mit Achswellenrä- dem im Eingriff. Die Achswellenräder sind drehmomentfest mit den Abtriebswellen verbunden.

Zum Antrieb der Abtriebswellen wird das Sonnenrad mittels der Antriebswelle in Drehung um die Antriebsrotationsachse versetzt. Damit werden die mit dem Sonnenrad im Eingriff stehenden Planetenräder angetrieben. Die Planetenräder wälzen und stützen sich im Zahneingriff mit der Verzahnung des Hohlrades an dem Hohlrad ab, so dass der Planetenträger, also der Korb des Differenzials, in Bewegung versetzt wird, wobei durch das Differenzial in bekannter Weise Drehmomente bzw. Drehzahlen auf die Abtriebswellen aufgeteilt werden.

Durch die Auslegung des Planetengetriebes, also Festlegung von Anzahl der Zähne der Elemente Sonne, Planeten und Hohlrad des Planetentriebs, kann in der beschrieben Antriebseinheit nur eine Über- bzw. Untersetzung geschaffen werden.

Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte und kostengünstig herzustellende Antriebseinheit mit variablen Unter- bzw. Übersetzungen zu schaffen.

Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der Leistungsfluss zwischen dem Elektromotor und dem Differenzial mittels wenigstens einer ersten Kupplung wahlweise über eine erste getriebliche Verbindung oder eine zweite getriebliche Verbindung schaltbar. Unter Leistungsfluss ist die Übertragung von Drehmomenten und Drehzahlen vom Elektromotor zum Differenzial und vom Differenzial zum Elektromotor über die jeweilige geschaltete getriebliche Verbindung mit Unter- oder Übersetzungen zu verstehen.

Die Erfindung sieht weiter vor, dass in der ersten getrieblichen Verbindung ein zweiter Planetentrieb im Leistungsfluss zwischen dem Elektromotor und einem dritten Planetentrieb angeordnet ist, wobei der zweite Planetentrieb mit dem dritten Planetentrieb und der dritte Planetentrieb mit der Summenwelle gekoppelt ist. Die Planetensätze beanspruchen relativ wenig Bauraum und können beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in der zweiten getrieblichen Verbindung der Elektromotor und der erste Planetentrieb über die ein- und ausrückbare erste Kupplung miteinander und der erste Planetentrieb mit der Summenwelle gekoppelt ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der dritte Planetentrieb über wenigstens eine zweite Kupplung mit einem Element des ersten Planetentriebs aekoDoelt ist. wobei das Element mit der Summenwelle wirkver- bunden ist.

Das Element ist vorzugsweise ein erster Planetenträger des Planetentriebs, an dem mit einem ersten Sonnenrad im Zahneingriff stehende erste Planetenräder des ersten Planetentriebs drehbar gelagert sind. Die zweite Kupplung kann wahlweise eine ein- und ausrückbare Kupplung oder eine Freilaufkupplung sein. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Rotationsachsen eines erstes Sonnenrades, des ersten Planetentriebs, eines zweiten Sonnenrades des zweiten Planetentriebs, eines dritten Sonnenrades des dritten Planetentriebs, und die der Rotorwelle des Elektromotors sowie die Rotationsachse der Summenwelle parallel konzentrisch aufeinander liegen. Die vorgenannten Elemente sind also in axialer Folge koaxial aufeinander folgend angeordnet, so dass eine kompakte Antriebseinheit geschaffen ist.

Die koaxiale Anordnung macht es möglich, dass der erste Planetentrieb und der zweite Planetentrieb sowie der dritte Planetentrieb ein gemeinsames Hohlrad mit einer gemeinsamen Anzahl an Zähnen für die Planetentriebe aufweist, welches mit den Planetenrädern der Planetentriebe im Zahneingriff steht. Alternativ weisen die einzelnen Planetentriebe jeder für sich ein separates Hohlrad oder zwei Planetentriebe zusammen ein Hohlrad auf, wobei die Anzahl der Zähne von Hohlrad zu Hohlrad gleich oder unterschiedlich sein kann. Die Herstellkosten sind gering. Das Getriebe kann kompakt ausgebildet werden. Die Antriebseinheit kann zum Beispiel eine Gehäusehälfte aufweisen, an der die Innenverzahnung des Hohlrades ausgebildet ist und die an eine Gehäusehälfte für den Elektromotor angeflanscht werden kann.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht zugleich oder alternativ zu vorgenannter Ausgestaltung vor, dass die ersten Planetenräder des ersten Planetentriebs jeweils die gleiche Anzahl an Zähnen aufweisen wie jeweils die zweiten Planetenräder des zweiten Planetentriebs. Zugleich oder alternativ dazu ist mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das erste Sonnenrad des ersten Planetentriebs die gleiche Anzahl an Zähnen aufweist wie jeweils das zweite Sonnenrad des zweiten Planetentriebs. Der dritte Planetentrieb weist andere Sonnen- und/oder Planetenräder auf, als die anderen beiden Planetentriebe. Der erste und der dritte Planetentrieb können demnach als voll- ständig identische Baugruppen ausgebildet werden. Mit einer derartigen Ausgestaltung ist die Anzahl der Bauteile der Antriebseinheit gering gehalten. Die Kosten für die Herstellung sind aufgrund doppelter Stückzahlen und einfacher Lagerhaltung niedrig. Ein Element des ersten Planetentriebs ist mit der Rotorwelle des Elektromotors verbindbar und wieder trennbar. Zwischen der Rotorwelle und dem ersten Planetentrieb ist dazu eine ein- und ausrückbare erste Kupplung angeordnet, über die eine direkte wiederholt trennbare Verbindung zwischen der Rotorwelle und beispielsweise dem Sonnenrad oder einer mit dem Sonnenrad konzentrischen Welle herstellbar ist. Eine derartige Kupplung ist eine Trockenkupplung oder eine Nasskupplung, die hydraulisch oder mechanisch ein- und ausrückbar ist. Der erste Planetentrieb ist durch eine erste Sonne, durch erste Planetenräder, das erste Hohlrad und durch den ersten Planetenträger gebildet. Die ersten Planetenräder sind um die eigene Rotationsachse drehbar mit radialem Abstand zur Rotationsachse des Sonnenrades auf Planetenbolzen gelagert. Die Planetenbolzen sind an dem ersten Planetenträger gehalten. Erstes Sonnenrad und Planetenräder stehen miteinander im Zahneingriff. Die ersten Planetenrä- der stehen mit dem ersten Hohlrad im Zahneingriff. Der Planetenträger ist mit der Summenwelle, vorzugsweise dem Gehäuse des Differenzials, gekoppelt.

Durch Ein- und Ausrücken der ersten Kupplung können mit der Antriebseinheit mindestens zwei Betriebsarten gefahren, dass heißt mindestens zwei Gänge geschaltet werden. Ein erster Gang kann durch eine permanente oder trennbare Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem zweiten Planetentrieb und über diesen und den dritten Planetentrieb zur Summenwelle geschaltet werden. !n diesem Falle wird die erste Kupplung ausgerückt und die Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem ersten Planetentrieb getrennt.

Die Über- oder Untersetzung der Drehzahlen und Momente kann durch die Auslegung der Anzahl der Zähne der Elemente Sonnenrad, Planetenräder und Hohlrad des zweiten und dritten Planetentriebs vorgenommen werden. So ist vorgesehen, dass das zweite Sonnenrad mit der Rotorwelle direkt oder über eine Welle, alternativ auch über eine Kupplung, wirkverbunden ist.

Das zweite Sonnenrad kämmt mit zweiten Planetenrädern, die mit radialem Abstand zur Rotationsachse dem zweiten Sonnenrad bzw. der Rotorwelle drehbar an einem zweiten Planetenträger gelagert sind. Außerdem kämmen die zweiten Planetenräder mit dem zweiten Hohlrad. Der konzentrisch zur Rotationsachse des zweiten Sonnenrades angeordnete zweite Planetenträger ist entweder direkt, über eine Welle oder über eine Kupplung mit einem dritten Sonnenrad wirkverbunden.

Das dritte Sonnenrad kämmt mit dritten Planetenrädern des dritten Planetentriebs, die auch mit der Verzahnung des dritten Hohlrades im Zahneingriff stehen. Die dritten Planetenräder sind mit radialem Abstand zur Rotationsachse des dritten Sonnenrades an einem dritten Planetenträger gelagert. Der dritte Planetenträger ist konzentrisch zur Rotationsachse des dritten Sonnenrades angeordnet und über die zweite Kupplung, die vorzugsweise als Freilaufkupplung ausgebildet ist, mit dem ersten Planetenträger des ersten Planetentriebs im ersten Gang verbunden.

Ein zweiter Gang kann durch Einrücken der Kupplung über die zweite getriebli- che Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem Differenzial über den ersten Planetentrieb hergestellt werden. Die zweite Kupplung ist ausgerückt bzw. die Freilaufkupplung läuft frei, so dass die drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Planetenträger und dem ersten Planetenträger aufgehoben ist.

Mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit sind beispielsweise wahlweise

5tanrli i D rcaf7i i nriön wnn i = -A Hio Anzahl Hör 7ähno Hoc HnhlraHo = 1 Q und die des Sonnenrades z = 29) für den ersten und zweiten Planetentrieb rea- lisierbar. Der dritte Planetentrieb weist eine Standübersetzung von i= -1 ,5 (z.B. Anzahl der Zähne des Hohlrades z = 129 und die des Sonnenrades z = 87) auf, wobei eine Standübersetzung das Verhältnis der Zähnezahlen des Hohlrades zu denen der Sonne bei stehendem Steg ist. Wenn diese Planetentriebe im ersten Gang miteinander gekoppelt sind, ergibt sich damit bei festen Hohlrä- dem eine Gesamtübersetzung von 14 durch die erste getriebliche Verbindung und im zweiten Gang eine von i = - 4,5 für die zweite getriebliche Verbindung. Die Freilaufkupplung ist die der Fachwelt bekannte Überholkupplung, die zwei relativ zueinander um eine gemeinsame Rotationsachse drehbar angeordnete Elemente miteinander drehmomentfest koppelt oder wieder entkoppelt, wenn sich Drehzahlen oder Drehmomente ändern.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist nachfolgend mit den Figuren 1 , 2 und 3 anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Figur 2 zeigt den Leistungsfluss über die erste getriebliche Verbindung der in Figur 1 gezeigten Antriebseinheit im ersten Gang. Figur 3 zeigt den Leistungsfluss über die zweite getriebliche Verbindung der in Figur 1 gezeigten Antriebseinheit im zweiten Gang.

Figur 1 zeigt ein Schaltschema einer Antriebseinheit 1 mit wenigstens einem Elektromotor 2, mit einem Differenzial 3 für zwei Abtriebswellen 4 und 5 und mit einem im Leistungsfluss zwischen dem Elektromotor 2 und dem Differenzial 3 angeordneten ersten Planetentrieb 6. Das Differenzial 3 ist von einer Antriebswelle 7, welche mit der Rotorwelle 7a des Elektromotors 2 verbunden ist, über den ersten Planetentrieb 6 um eine Antriebsrotationsachse 8 der Antriebswelle 7 antreibbar.

In dem ersten Planetentrieb 6 stehen ein konzentrisch zur Rotationsachse 8 angeordnetes erstes Sonnenrad 9, mit Abstand zur Rotationsachse angeordnete erste Planetenräder 10 und ein konzentrisch zur Rotationsachse 8 angeord- netes erstes Hohlrad 1 1 miteinander im Zahneingriff. Die ersten Planetenräder 10 sind um die eigene Rotationsachse 12 drehbar an einem um die Rotationsachse 8 relativ zur Antriebswelle 7 drehbaren ersten Planetenträger 13 auf Planetenbolzen 14 gelagert. Ein zweites Sonnenrad 23 eines zweiten Planetentriebs 20 ist mit der Rotorwelle 7a direkt, alternativ mit einem Schaft oder einer Verbindungswelle drehfest verbunden. Das zweite Sonnenrad 23 kämmt mit zweiten Planetenrädern 24, die mit radialem Abstand zur Rotationsachse 8 des zweiten Sonnenrades 23 bzw. der Rotorwelle 7a drehbar an einem zweiten Planetenträger 25 gelagert sind. Außerdem kämmen die zweiten Planetenräder 24 mit dem zweiten Hohlrad 26. Der konzentrisch zur Rotationsachse 8 des zweiten Sonnenrades 23 angeordnete zweite Planetenträger 25 ist entweder direkt, über eine Welle oder über eine Kupplung mit einem dritten Sonnenrad 27 wirkverbunden.

Das dritte Sonnenrad 27 kämmt mit dritten Planetenrädern 28 des dritten Planetentriebs 30, die auch mit der Verzahnung des dritten Hohlrades 29 im Zahneingriff stehen. Die dritten Planetenräder 28 sind mit radialem Abstand zur Rotationsachse 8 des dritten Sonnenrades 27 an einem dritten Planetenträger 19 gelagert. Der dritte Planetenträger 19 ist konzentrisch zur Rotationsachse 8 des dritten Sonnenrades 27 angeordnet und über eine koaxial zum dritten Sonnenrad 27 angeordnete zweite Kupplung 21 , die als Freilaufkupplung ausgebildet ist, mit dem ersten Planetenträger 13, der relativ zum dritten Planetenträger 19 um die Rotationsachse 8 drehbar ist, koppelbar wirkverbunden.

Das Differenzial 3 ist ein klassisches Kegelraddifferenzial mit Ausgleichskegelrädern 16, die in dem als Summenwelle 5 ausgeführten Differenzialkorb drehbar gelagert sind, mit Achswellenkegelrädern 17, die mit den Ausgleichkegelrä- dem 16 kämmen und die mit den Abtriebswellen 4 bzw. 5 drehbar verbunden sind. Das Differenzial kann alternativ ein Planetentrieb mit Stirnrädern sein, bei dem die Summenwelle das Gehäuse/ein Planetenträger ist, an dem oder in dem die Planetenräder drehbar gelagert sind. Eine erste Kupplung 18 ist koaxial zum Elektromotor 2 zwischen der Rotorwelle 7a und der Antriebswelle 7 und somit dem Sonnenrad 9 angeordnet, so dass eine drehmomentfeste Verbindung zwischen der Rotorwelle 7a und dem Sonnenrad 9 wiederholt ein- und ausrückbar ist. Elektromotor 2, Kupplung 18 und Differenzial 3 (Rotationsachsen der Achswellenkegelräder 17) sind koaxial zu- einander angeordnet.

Die Hohlräder 11 , 26 und 29 sind drehfest an einem nicht dargestellten Gehäuse der Antriebseinheit 1 gehalten. Figur 2: Die erste getriebliche Verbindung eines ersten Ganges zwischen dem Elektromotor 2 und der Summenwelle 15 ist durch den zweiten Planetentrieb 20, den dritten Planetentrieb 30, die zweite Kupplung 21 und durch den ersten Planetenträger 13 gebildet. Der Leistungsfluss ist durch Verlaufspfeile symbolisiert. Die erste Kupplung 18 ist offen und die Verbindung zwischen der Rotorwelle 7a und der Antriebswelle 7 ist getrennt. Die zweite Kupplung 21 ist gesperrt und somit eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Planetenträger 19 und dem ersten Planetenträger 13 hergestellt. Die Rotorwelle 7a treibt das zweite Sonnenrad 23 an. Das zweite Sonnenrad 23 setzt die zweiten Planetenräder 24 in Bewegung, die sich an der Verzahnung des zweiten Hohlrades 26 abstützen. Die Planetenräder 24 treiben den zweiten Planetenträger 25 und damit das dritte Sonnenrad 27 an. Das dritte Sonnenrad 27 setzt die dritten Planetenräder 28 in Bewegung, die sich an der Verzahnung des dritten Hohlra- des 29 abstützen. Die Planetenräder 28 treiben den dritten Planetenträger 19 und damit über die zweite Kupplung 21 den ersten Planetenträger 13 an. Der erste Planetenträger 13 ist drehfest mit der Summenwelle 15, also mit dem Gehäuse des Differenzials 3, gekoppelt. Figur 3: Die zweite getriebliche Verbindung eines zweiten Ganges zwischen dem Elektromotor 2 und der Summenwelle 15 ist durch den ersten Planetentrieb 6 über den ersten Planetenträger 13 gebildet. Der Leistungsfluss ist durch Verlaufspfeile symbolisiert. Die erste Kupplung 18 ist eingerückt und die Verbindung zwischen der Rotorwelle 7a und der Antriebswelle 7 ist hergestellt. Die zweite Kupplung 21 überholt frei und hebt somit eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Planetenträger 19 und dem ersten Planetenträger 13 auf. Die Rotorwelle 7a treibt über die Antriebswelle 7 das erste Sonnenrad 9 an. Das erste Sonnenrad 9 setzt die ersten Planetenräder 10 in Bewegung, die sich an der Verzahnung des ersten Hohlrades 1 1 abstützen. Die Planetenräder 10 treiben den ersten Planetenträger 13 und damit die Summenwelle 15 an. Bezugszeichen

Antriebseiriheit 21 zweite Kupplung

Elektromotor 22 nicht vergeben

Differenzial 23 zweites Sonnenrad

Abtriebswelle 24 zweites Planetenrad

Abtriebswelle 25 zweiter Planetenträger

Planetentrieb 26 zweites Hohlrad

Rotorwelle 27 drittes Sonnenrad

Antriebswelle 28 drittes Planetenrad

Rotationsachse 29 drittes Hohlrad erstes Sonnenrad 30 dritter Planetentrieb erstes Planetenrad

erstes Hohlrad

Rotationsachse des Planetenrads

erster Planetenträger

Planetenbolzen

Summenwelle

Ausgleichskegelrad

Achswellenkegelrad

erste Kupplung

dritter Planetenträger

zweiter Planetentrieb