Antriebseinheit Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor, mit einem Differenzial und mit einem Planetentrieb, in der eine Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor zum Differenzial über den Planetentrieb herstellbar ist, wobei der Planetentrieb aus einem konzentrisch mit der Rotationsachse der Rotorwelle des Elektromotors ausgerichteten erstes Sonnenrad, mit Abstand zur Rotationsachse des ersten Sonnenrades angeordnete und mit dem ersten Sonnen- rad im Zahneingriff stehende erste Planetenräder an einem ersten Planetenträger und ein mit den ersten Planetenrädern im Zahneingriff stehendes erstes Hohlrad aufweist und wobei der erste Planetenträger mit einem als Summenwelle des Differenzials ausgebildeten Gehäuse des Differenzials gekoppelt und koaxial zu dessen Rotationsachse angeordnet ist.

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 Differenzial 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 Ge- häuse 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 eingebrachte 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 Differenzial- korb sind Ausgleichskegelräder drehbar gelagert und stehen mit Achswellenrädern 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 Wei- se 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. Die maximal möglichen Drehzahlen des Elektromotors berücksichtigend, sind die einzelnen Elemente des Planetentriebs hohen Beschleunigungen oder Drehzahlen ausgesetzt. Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebseinheit zu schaffen, die einfach und kostengünstig herstellbar und kompakt ausgebildet ist. Darüber hinaus sind die Relativdrehzahlen der einzelnen Elemente dieser Antriebseinheit so gering wie möglich zu halten. Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Antriebseinheit ist mit einem Elektromotor, mit einem Differenzial und mit einem Planetentrieb versehen. In der Antriebseinheit ist eine Wirkverbindung, in der Leistung zwischen dem Elektromotor und dem Differenzial und umgekehrt flie- ßen kann, erfindungsgemäß über wenigstens einen Ravigneaux-Planetentrieb und über den Planetentrieb und in umgekehrte Richtung und Reihenfolge herstellbar. Der Planetentrieb weist ein konzentrisch mit der Rotationsachse der Rotorwelle des Elektromotors ausgerichteten erstes Sonnenrad auf. Erste Planetenräder eines ersten Planetensatzes sind mit Abstand zur Rotationsachse des ersten Sonnenrades angeordnet und stehen mit dem ersten Sonnenrad im Zahneingriff. Die ersten Planetenräder sind an einem ersten Planetenträger drehbar gelagert und stehen mit einem ersten Hohlrad im Zahneingriff. Der erste Planetenträger ist mit einem Gehäuse des Differenzials gekoppelt und koaxial zu dessen Rotationsachse angeordnet. Das Gehäuse ist als Summen- welle des Differenzials ausgebildet. Eine Summenwelle ist die Welle des Vertei- lergetriebes/Differenzials, an der die Summe aller im Differenzial verteilten Drehmomente anliegt, die demzufolge die höchsten Momente aufweist, von der aus die Drehmomente im Verteilergetriebe auf Differenzwellen verteilt werden oder an der auf Differenzwellen verteilte Drehmomente wieder zusammenge- führt werden können. Differenzwellen sind beispielsweise die Abtriebswellen eines Differenzial als Verbindung zwischen angetriebenen Rädern und dem Differenzial. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen der Rotorwelle und dem Planetentrieb wenigstens ein Ravigneaux-Planetentrieb angeordnet ist, wobei die Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor und dem Planetentrieb über den Ravigneaux-Planetentrieb herstellbar ist.

Der Ravigneaux-Planetentrieb weist ein Hohlrad und zwei Planetensätze auf, von denen der eine mit„zweiter Planetensatz" und der andere mit„dritter Planetensatz" bezeichnet ist. Die in den Ansprüchen gewählten Ordnungszahlwörter„erster", „zweiter" oder„dritter" dienen nur der Unterscheidung der in der Antriebseinheit enthaltenen Planetentriebe bzw. Sätze und deren einzelnen Elemente gleicher Bezeichnung und geben weder einen Hinweis auf eine eventuelle Rangfolge noch auf die tatsächliche Anzahl.

Außerdem weist der Ravingneaux-Planetentrieb einen Planetenträger, ein zwei- tes Sonnenrad und ein drittes Sonnenrad auf. Die Sonnenräder sind axial nebeneinander angeordnet und unterscheiden sich in den Durchmessern voneinander. Jeder Planetensatz ist aus mehreren Planetenrädern gebildet, die jeweils auf einer gemeinsamen Umlaufbahn um die Rotationsachse jeweils des Sonnenrades umlaufen, mit dem sie im Zahneingriff stehen und die an einem gemeinsamen Planetenträger um die eigene Rotationsachse drehbar gelagert sind. Das zweite Sonnenrad kämmt mit den zweiten Planetenrädern des zweiten Planetensatzes. Die Planetenräder des zweiten Planetensatzes kämmen außerdem mit dem Hohlrad und mit den dritten Planetenrädern des dritten Planetensatzes. Jedes Planetenrad des dritten Planetensatzes kämmt dement- sprechend mit jeweils einem Planetenrad des zweiten Planetensatzes.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein zweites Sonnenrad und ein drittes Sonnenrad des Ravigneaux-Planetentriebs mit der Rotorwelle des Elektromotors gekoppelt sind. Von den Sonnenrädern ist entweder eines mit der Rotorwelle drehfest verbunden und das andere durch eine Kupplung trennbar mit der Rotorwelle gekoppelt oder beide Sonnenräder sind mittels einer doppelt wirkenden oder mittels zwei einzelner Kupplungen mit der Rotorwelle verbindbar und von dieser trennbar. Drehfeste Verbindungen zwischen der Ro- torwelle und dem jeweiligen Sonnenrad sind entweder in beide Drehrichtungen oder mittels Freilaufkupplungen auch nur in eine Drehrichtung herstellbar. Vorzugsweise ist dasjenige Sonnenrad des Ravigneaux-Planetentriebs mittels Kupplung mit der Rotorwelle verbindbar, welches mit den am Hohlrad abge- stützten Planetenrädern im Zahneingriff steht.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Planetenträger des Ravigneaux-Planetentriebs relativ zu der um ihre Rotationsachse drehbaren Rotorwelle drehfest feststellbar ist. Dies kann beispielsweise gegenüber einem Gehäuse des Elektromotors oder einer Gehäusehälfte der Antriebseinheit sein. Der Planetenträger ist dabei entweder wahlweise durch eine Schaltkupplung in beide Drehrichtungen um die Rotationsachse oder nur in eine Drehrichtung feststellbar. Im zuerst genannten Fall kann dies durch eine Kupplung geschehen, im zweiten Fall durch einen Freilauf.

Kupplungen sind alle denkbaren Ausführungen von Reib- oder Klauenkupplungen, Bremsen und anderen zum Verbinden und Bremsen und Feststellen geeignete Mittel. Beispiele dafür sind Lamellenkupplungen in trockener oder nasser Ausführung.

Die von weiteren Antrieben unabhängige Antriebseinheit ist beispielsweise für den Antrieb einer Achse eines Elektrofahrzeugs geeignet. Das Differenzial kann entweder ein Kegelraddifferenzial, vorzugsweise ein Stirnraddifferenzial sein.

Der Vorteil dieser Einheit liegt darin, dass sich die Gesamtübersetzung aus den Übersetzungen des Ravigneaux-Planetentriebs und des einfachen Planeten- triebs ergibt und damit in den Planetentrieben geringere höchste Drehzahlen an den einzelnen Lagerstellen, wie an denen der Planetenräder auf den Planetenbolzen, ergeben. Die Bauweise erlaubt auch die die Zusammensetzung nach dem Baukastenprinzip. Falls der Ravigneaux-Satz mit den gedoppelten Sonnen entfällt, kann das Differenzial mit der einfachen Planetenstufe für ein 1 Gang- Getriebe eingesetzt werden. Beschreibung der Zeichnungen

Die von weiteren Antrieben unabhängige Antriebseinheit 1 ist beispielsweise für den Antrieb einer Achse eines Elektrofahrzeugs geeignet und setzt sich aus einem Elektromotor 2, aus einem Ravigneaux-Planetentrieb 3 und aus einem einfachen Planetentrieb 4 sowie aus einem Differenzial 5 zusammen, wie mit einer schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 , 2, 3 und 4 dargestellt ist.

Figur 2 zeigt einen Leistungsfluss zwischen Elektromotor 2 und Differenzial 5 in einem ersten Gang. Figur 3 zeigt einen Leistungsfluss vom Differenzial 5 zum Elektromotor 2 im Schubbetrieb. Figur 4 zeigt einen Leistungsfluss zwischen Elektromotor 2 und Differenzial 5 in einem zweiten Gang. Der erste Planetentrieb 4 weist ein konzentrisch mit der Rotationsachse 7 der Rotorwelle 6 des Elektromotors 2 ausgerichtetes erstes Sonnenrad 8, mit Abstand zur Rotationsachse 7 des ersten Sonnenrades 8 angeordnete und mit dem ersten Sonnenrad 8 im Zahneingriff stehende erste Planetenräder 9 auf. Die ersten Planetenräder 9 sind an einem ersten Planetenträger 10 drehbar gelagert. Weiterhin weist der erste Planetentrieb 4 ein mit den ersten Planetenrädern 9 im Zahneingriff stehendes erstes Hohlrad 11 auf. Der erste Planetenträger 10 ist mit einem als Sumrnenwelle des Differenzials 5 ausgebildeten Gehäuse 21 des Differenzials 5 gekoppelt und koaxial zu dessen Rotationsachse 7 angeordnet.

Zwischen der Rotorwelle 6 und dem Planetentrieb 4 ist der Ravigneaux- Planetentrieb 3 angeordnet, so dass die Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor 2 und dem Planetentrieb 4 über den Ravigneaux-Planetentrieb 3 herstellbar ist. Ein zweites Sonnenrad 12 und ein drittes Sonnenrad 13 des Ra- vigneaux-Planetentriebs 3 sind mit der Rotorwelle 6 des Elektromotors 2 gekoppelt. Die Rotorwelle 6 und das zweite Sonnenrad 12 sind über eine zwischen dem Sonnenrad 12 und der Rotorwelle 6 angeordnete schaltbare Kupp- lung 14 trennbar gekoppelt. Das dritte Sonnenrad 3 und die Rotorwelle 6 sind direkt untrennbar miteinander verbunden. An einem zweiten Planetenträger 15 ist ein Satz zweiter Planetenräder 16 und ein Satz dritter Planetenräder 17 des Ravigneaux-Planetentriebs 3 drehbar auf Planetenbolzen 8 bzw. 19 gelagert.

Jeweils eines der zweiten Planetenräder 16 steht mit einem dritten Planetenrad 17 im Zahneingriff. Die zweiten Planetenräder 16 stehen mit der zweiten Sonne 12 sowie einem zweiten Hohlrad 20 und die dritten Planetenräder 17 mit der dritten Sonne 13 und den zweiten Planetenrädern 16 im Zahneingriff.

Der Planetenträger 15 sind mittels wenigstens einer Freilaufkupplung 22 in eine Drehrichtung feststellbar und mittels der Schaltkupplung 29 in beide Drehrichtungen trennbar-feststellbar.

Das Differenzial 5 kann entweder ein Kegelraddifferenzial 5 oder ein Stirnrad- differenzial sein. Das nicht dargestellte Stirnraddifferenzial ist ein weiterer Planetentrieb. In Figur 1 ist ein Kegelraddifferenzial 5 dargestellt, das aus dem Gehäuse 21 , Ausgleichskegelrädern 23 und Achskegelrädern 24 gebildet ist. Die Achskegelräder 24 sind mit Antriebswellen 25 und 26 für nicht dargestellte Fahrzeugräder verbunden.

Figur 2: Im ersten Gang treibt die Rotorwelle 6 das dritte Sonnenrad 13 an. Das Sonnenrad 13 kämmt mit den dritten Planetenrädern 17, die sich um ihre Rotationsachse 27 drehen. Der zweite Planetenträger 15 stützt sich über die Frei- laufkupplung 22 an einem Gehäuse 18 der Antriebseinheit 1 ab. Die Verbindung zwischen dem zweiten Sonnerad 12 und der Rotorwelle 6 ist durch die Kupplung 14 getrennt. Die dritten Planetenräder 17 treiben die zweiten Planetenräder 16 an, die sich am zweiten Planetenträger 15 abstützen und das zweite Hohlrad 20 antreiben. Der Antrieb erfolgt somit über das dritte Sonnenrad 17 übers Hohlrad 20 zum ersten Sonnenrad 8. Das erste Sonnenrad 8 kämmt mit den ersten Planetenrädern 9, die sich am gehäusefesten ersten Hohlrad 11 abstützen und den ersten Planetenträger 10 und damit das Gehäuse 21 des Differenzials 5 antreiben. Die Gesamtübersetzung, beispielsweise von i = 2-14 ergibt sich aus der Übersetzung des Ravigneaux-Planetentriebs 3 (z.B. i ca. 2,5) bzw. aus der Übersetzung des einfachen Planetentriebs 4 ( i ca. 5).

Figur 3: Damit im Schubbetrieb Energie zurück gewonnen werden kann oder damit die Antriebseinheit 1 durch den Elektromotor 2 in eine andere Drehrichtung (z.B. für Rückwärtsfahrt) angetrieben werden kann, muss die Freilaufkupplung 22 mit der Kupplung 29 überbrückt werden. Diese Kupplung 29 kann z.B. als eine einfache Klauenkupplung ausgeführt werden. Während der Rekupera- tion ist die Rotorwelle 6 durch das dritte Sonnenrad 13 angetrieben. Das Gehäuse 21 des Differenzials 5 treibt den ersten Planetenträger 10 und damit die ersten Planetenräder 9 an, die sich am ersten Hohlrad 11 abstützen. Das erste Sonnenrad 8 kämmt mit den ersten Planetenrädern 9 und ist durch diese angetrieben. Das zweite Hohlrad 20 wird durch das erste Sonnenrad 8 angetrieben und treibt die zweiten Planetenräder 16 an. Die Verbindung zwischen dem zweiten Sonnerad 12 und der Rotorwelle 6 ist durch die Kupplung 14 getrennt. Die zweiten Planetenräder 16 treiben die dritten Planetenräder 17 an, die sich am zweiten Planetenträger 15 drehend abstützen und das dritte Sonnenrad 13 antreiben. Das dritte Sonnenrad 13 treibt die Rotorwelle 6 an. Rekuperation heißt in diesem Fall die Energierückgewinnung durch Leistungsfluss vom Diffe- renzial 5 zurück zur Rotorwelle 6 und damit Änderung der Drehrichtung der Rotorwelle 6 und Umschaltung des Elektromotors 2 zum Generator.

Figur 4: Im 2 Gang ist die Kupplung 14 geschlossen. Die Rotorwelle 6 ist mit dem zweiten Sonnenrad 12 und dem dritten Sonnenrad 13 verbunden. Der Antrieb erfolgt gleichzeitig über beide Sonnenräder 12 und 13. Dadurch wird der Ravigneaux-Planetentrieb 3 blockiert und die Freilaufkupplung 22 überholt frei. Der erste Planetensatz 4 wird durch das Hohlrad 20 über das erste Sonnenrad 8 angetrieben. Das erste Sonnenrad 8 kämmt mit den ersten Planeten- rädern 9, die sich am ersten Hohirad 11 abstützen und den ersten Planetenträger 10 und damit das Gehäuse 21 des Differenzials 5 antreiben. Die Gesamt- Übersetzung, beispielsweise von i ca. 5 ergibt sich aus der Übersetzung des einfachen ersten Planetentriebs 4.

Bezugszeichen

Antriebseinheit 21 Gehäuse

Elektromotor 22 Freilaufkupplung

Ravigneaux-Planetentrieb 23 Ausgleichskegelrad

Planetentrieb 24 Achskegelrad

Differenzial 25 Achswelle

Rotorwelle 26 Achswelle

Rotationsachse 27 Rotationsachse erstes Sonnenrad 28 Gehäuse erstes Planetenrad 29 Kupplung erster Planetenträger

erstes Hohlrad

zweites Sonnenrad

drittes Sonnenrad

Kupplung

zweiter Planetenträger

zweite Planetenräder

dritte Planetenräder

Planetenbolzen

Planetenbolzen

zweites Hohlrad