sowie Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine elektrische Achsantriebseinheit (auch kurz als elektrische Achse / E-Achse bezeichnet) für ein Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, Lkw, Bus oder ein sonstiges Nutzfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine, einer ein zweistufiges Pla netengetriebe aufweisenden zweigängigen Getriebeeinrichtung, wobei eine Eingangs welle der Getriebeeinrichtung mit einem Rotor der elektrischen Maschine drehfest ver bunden ist und eine Ausgangswelle der Getriebeeinrichtung mit einem Abtrieb eines Antriebsstranges weiter verbindbar ist, sowie mehreren jeweils zwischen einer akti vierten Stellung und einer deaktivierten Stellung verstellbaren Schalteinrichtungen. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das mit dieser elektrischen Achsan triebseinheit ausgestattet ist.

Antriebseinheiten, wie sie in Antriebssträngen eines Kraftfahrzeuges einsetzbar sind, sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Diesbezüglich offenbart bspw. die WO 2018/099542 A1 ein schaltbares Zweiganggetriebe, insbesondere für E-Drive-Anwendungen. Weiterer Stand der Technik ist mit der DE 10 2018 005 372 A1 sowie der WO 2018/153403 A1 bekannt.

Somit sind einerseits bereits Anwendungen bekannt, in denen eine Achsantriebsein heit entweder mit einem einzigen festen Gang oder mit zwei Gängen ausgestattet werden kann. Die mit einem festen Gang umgesetzten Ausführungen haben zumeist den Nachteil, dass sie den Anforderungen hinsichtlich eines Drehmomentes für kleine Geschwindigkeiten sowie den Anforderungen an hohe Maximalgeschwindigkeiten des Fahrzeuges nicht gerecht werden. Der Nachteil der mit den zwei Gängen umgesetz ten Ausführungen besteht darin, dass diese meist für elektrische Achsen mit einem re lativ geringen Produktionsvolumen ausgelegt sind. Diese Achsen sind daher relativ aufwändig in ihrer Herstellung. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und eine elektrische Achsantriebseinheit zur Verfü gung zu stellen, die eine effiziente Wirkweise in möglichst allen geforderten Fahrzu ständen des Kraftfahrzeuges aufweist sowie durch einen geringen Herstellaufwand herstellbar ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nicht mehr als zwei Schalteinrichtun gen zum Umsetzen zweier unterschiedlicher Getriebeübersetzungen zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle eingesetzt sind, wobei die Schalteinrichtungen jeweils als eine auf ein Sonnenrad einer Getriebestufe des Planetengetriebes ein wirkende Bremse umgesetzt sind oder jeweils als eine zwischen der Eingangswelle und einem Bestandteil des Planetengetriebes wirkend eingesetzte Kupplung umge setzt sind.

Dadurch wird eine in ihrem Wirkungsgrad weiter verbesserte elektrische Achsantriebs einheit zur Verfügung gestellt, die im Aufbau einfach realisiert ist und folglich in beson ders effizient in Serie herstellbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.

Zunächst wird auf vorteilhafte Ausführungen zu der Ausbildung der beiden Schaltein richtungen als Bremse eingegangen.

Demnach ist es auch von Vorteil, wenn eine erste Schalteinrichtung auf ein erstes Sonnenrad (einer ersten Getriebestufe) des Planetengetriebes einwirkt und mehrere mit dem ersten Sonnenrad in Zahneingriff befindliche erste Planetenräder auf einem ersten Planetenträger drehbar gelagert sind, welcher erste Planetenträger drehfest mit der Eingangswelle verbunden ist. Dadurch ist die erste Schalteinrichtung platzsparend integrierbar. Folglich ist es zweckmäßig, wenn die erste Schalteinrichtung derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sie in ihrer aktivierten Stellung eine Rotation des ersten Sonnen rades blockiert und in ihrer deaktivierten Stellung eine freie Rotation des ersten Son nenrades ermöglicht.

Wenn eine zweite Schalteinrichtung auf ein zweites Sonnenrad (einer zweiten Getrie bestufe) des Planetengetriebes einwirkt und mehrere mit dem zweiten Sonnenrad in Zahneingriff befindliche zweite Planetenräder auf einem zweiten Planetenträger dreh bar gelagert sind, welcher zweite Planetenträger drehfest mit der Ausgangswelle ver bunden ist, ist auch die zweite Schalteinrichtung platzsparend integrierbar.

Demnach ist es ebenfalls zweckmäßig, wenn die zweite Schalteinrichtung derart an geordnet und ausgebildet ist, dass sie in ihrer aktivierten Stellung eine Rotation des zweiten Sonnenrades blockiert und in ihrer deaktivierten Stellung eine freie Rotation des zweiten Sonnenrades ermöglicht.

Für die Ausbildung der beiden Schalteinrichtungen als Kupplung sind folgende Aus führungen besonders vorteilhaft.

Demnach ist es auch von Vorteil, wenn eine erste Schalteinrichtung als eine zwischen der Eingangswelle und einem ersten Sonnenrad (einer ersten Getriebestufe) des Pla netengetriebes wirkend eingesetzte Kupplung ausgebildet ist, sodass in einer aktivier ten Stellung der ersten Schalteinrichtung eine Antriebsleistung zwischen der Ein gangswelle und dem ersten Sonnenrad übertragbar ist und in der deaktivierten Stel lung der ersten Schalteinrichtung keine Antriebsleistung zwischen der Eingangswelle und dem ersten Sonnenrad übertragbar ist.

Des Weiteren ist es zweckdienlich, wenn eine zweite Schalteinrichtung als eine zwi schen der Eingangswelle und einem Planetenträger eines ersten Planetenradsatzes (einer ersten Getriebestufe) des Planetengetriebes wirkende Kupplung ausgebildet ist, sodass in der aktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung eine Antriebsleistung zwischen der Eingangswelle und dem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes übertragbar ist und in der deaktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung keine Antriebsleistung zwischen der Eingangswelle und dem Planetenträger des ersten Pla netenradsatzes übertragbar ist.

Für beide Ausbildungen der Schalteinrichtung als Bremse oder Kupplung ist es des Weiteren zweckmäßig, wenn ein mit dem ersten Planetenradsatz des Planetengetrie bes in Zahneingriff befindliches erstes Hohlrad mit einem Planetenträger eines zwei ten Planetenradsatzes des Planetengetriebes drehfest gekoppelt ist und/oder der Pla netenträger des ersten Planetenradsatzes mit einem mit dem zweiten Planetenradsatz in Zahneingriff befindlichen zweiten Hohlrad drehfest gekoppelt ist. Dadurch ergibt sich eine geschickte Ausbildung des Planetengetriebes zur Umsetzung der Überset zungen in den entsprechenden Gängen der Getriebeeinrichtung.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das mit zumindest einer Achsan- triebseinheit der zuvor beschriebenen Ausführungen ausgestattet ist, wobei die Aus gangswelle der Achsantriebseinheit zum Antrieb zumindest zweier Räder des Kraft fahrzeuges mit Abtriebswellen gekoppelt ist.

In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß eine elektrische Achse mit zwei Gängen umgesetzt. Um zwei reine elektrische Gänge zu erreichen, wird vorzugs weise eine elektrische Maschine mit zwei Bremsen eingesetzt. Es sind keine weiteren Schalteinrichtungen notwendig.

Die Erfindung wird nun anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen

Achsantriebseinheit nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei zwei, die unterschiedlichen Gänge einer Getriebeeinrichtung ermöglichenden Schalteinrichtungen als Bremsen realisiert sind,

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der verschiedenen Betriebsmodi der

Achsantriebseinheit nach Fig. 1 mit den beispielhaft gewählten Übersetzun gen, wie sie durch die Gänge realisierbar sind, Fig. 3 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen

Achsantriebseinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, das sich ins besondere durch die Ausbildung der beiden Schalteinrichtungen als Kupp lung von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet,

Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der durch die Achsantriebseinheit nach Fig. 3 realisierbaren Betriebsmodi samt der beispielhaft gewählten Übersetzungen, sowie

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug, wie es mit einem der Achsantriebseinheiten der Fign. 1 und 3 ausgestattet sein kann.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen ver sehen.

Mit den Fign. 1 und 3 sind zwei unterschiedlich ausgeführte erfindungsgemäße Achs antriebseinheiten 1 veranschaulicht. Die mit Fig. 1 dargestellte elektrische Achsan triebseinheit 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen gemäß der Achsantriebseinheit 1 des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 aufgebaut sowie funktioniert. Der Kürze wegen werden daher nachfolgend lediglich die Unterschiede zwischen diesen beiden Ausführungsbeispielen beschrieben.

Wie zunächst in Fig. 1 hinsichtlich des ersten Ausführungsbeispiels zu erkennen, ist die Achsantriebseinheit 1 als eine reine elektrische Achsantriebseinheit 1 umgesetzt. Diese elektrische Achsantriebseinheit 1 weist somit eine elektrische Maschine 3 auf, die alleine einen Antriebsmotor eines in Verbindung mit Fig. 5 angedeuteten Antriebs stranges 10 eines Kraftfahrzeuges 2 bildet.

Mit Fig. 1 wird weiterhin deutlich, dass die elektrische Maschine 3 typischerweise ei nen Stator 25 sowie einen relativ zu diesem Stator 25 verdrehbar gelagerten Rotor 7 aufweist. Der Rotor 7 ist unmittelbar mit einer Eingangswelle 6 einer Getriebeeinrich tung 5 der Achsantriebseinheit 1 drehfest verbunden. Die Getriebeeinrichtung 5 weist weiterhin ein zweistufiges Planetengetriebe 4 auf. Das Planetengetriebe 4 ist in dem ersten Ausführungsbeispiel eingangsseitig (seitens eines Planetenträgers 16) mit der Eingangswelle 6 drehfest verbunden und ausgangsseitig mit einer Ausgangswelle 8 drehfest verbunden.

Des Weiteren ist prinzipiell in Fig. 1 zu erkennen, dass der Ausgang der Achsantriebs- einheit 1 , d.h. die Ausgangswelle 8, mit weiteren in dem Antriebsstrang 10 des Kraft fahrzeuges 2 vorgesehenen Einrichtungen verbindbar ist. Die Ausgangswelle 8 geht in dieser Ausführung in ein als Final Drive 26 bezeichnetes Element eines Abtriebs 9 über, welcher Final Drive 26 / Abtrieb wiederum mit einem Differenzial 27 gekoppelt ist. Auf typische Weise sind zwei Abtriebswellen 24a, 24b mit dem Differenzial 27 ge koppelt, welche Abtriebswellen 24a, 24b gemäß Fig. 5 drehfest mit Rädern 23a bzw. 23b des Kraftfahrzeuges 2 verbunden sind.

Hinsichtlich des weiteren Aufbaus des Planetengetriebes 4 sei anzumerken, dass eine erste Getriebestufe dieses Planetengetriebes 4 / der Getriebeeinrichtung 5 durch ei nen ersten Planetenradsatz 19 mit gebildet ist. Der erste Planetenradsatz 19 ist auf einem ersten Planetenträger 16 drehbar gelagert. Folglich sind mehrere in Umfangs richtung verteilt angeordnete erste Planetenräder 15 des ersten Planetenradsatzes 19 jeweils auf dem ersten Planetenträger 16 drehbar gelagert. Der erste Planetenträger 16 ist in der Ausführung gemäß Fig. 1 direkt und permanent drehfest mit der Ein gangswelle 6 und somit dem Rotor 7 verbunden. Mit dem ersten Planetenradsatz 19 befindet sich ein erstes Sonnenrad 13 in Zahneingriff. Auch befindet sich der erste Planetenradsatz 19 mit einem ersten Flohlrad 20 in Zahneingriff. Das erste Flohlrad 20, der erste Planetenradsatz 19, mit dem ersten Planetenträger 16, und das erste Sonnenrad 13 bilden somit zusammen die erste Getriebestufe aus.

Eine zweite Getriebestufe des Planetengetriebes 4 / der Getriebeeinrichtung 5 ist durch einen zweiten Planetenradsatz 21 mit gebildet. Der zweite Planetenradsatz 21 ist auf einem zweiten Planetenträger 18 drehbar gelagert. Insbesondere sind mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete zweite Planetenräder 17 des zweiten Plane tenradsatzes 21 jeweils drehbar an dem zweiten Planetenträger 18 aufgenommen. Der zweite Planetenträger 18 ist unmittelbar drehtest mit der Ausgangswelle 8 verbun den. Die zweite Getriebestufe weist des Weiteren ein zweites Sonnenrad 14 auf, das sich mit dem zweiten Planetenradsatz 21 in Zahneingriff befindet. Auch weist die zweite Getriebestufe ein zweites Hohlrad 22 auf, das sich ebenfalls mit dem zweiten Planetenradsatz 21 in Zahneingriff befindet. Des Weiteren ist zu erkennen, dass der erste Planetenträger 16 unmittelbar mit dem zweiten Hohlrad 22 permanent drehfest verbunden ist. Das erste Hohlrad 20 ist permanent drehfest mit dem zweiten Plane tenträger 18 verbunden.

Erfindungsgemäß sind zusätzlich nicht mehr als zwei Schalteinrichtungen 1 1 , 12 vor handen, um genau zwei Gänge der Getriebeeinrichtung 5 / des Planetengetriebes 4 zu schalten. Die beiden Schalteinrichtungen 1 1 und 12 sind somit zum Umsetzen zweier unterschiedlicher Getriebeübersetzungen zwischen der Eingangswelle 6 und der Ausgangswelle 8 wirkend eingesetzt.

In dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind eine erste Schalteinrichtung 1 1 und eine zweite Schalteinrichtung 12 jeweils als Bremse umgesetzt. Die erste Schalt einrichtung 1 1 wirkt auf das erste Sonnenrad 13 ein. Die zweite Schalteinrichtung 12 wirkt auf das zweite Sonnenrad 14 ein. Die erste Schalteinrichtung 1 1 hält somit das erste Sonnenrad 13 in ihrer aktivierten Stellung relativ zu einem fahrzeugrahmenfes ten Bereich 28 fest. In einer deaktivierten Stellung der ersten Schalteinrichtung 1 1 gibt die erste Schalteinrichtung 1 1 eine Rotation des ersten Sonnenrades 13 frei.

Entsprechend der Ausbildung der ersten Schalteinrichtung 1 1 ist die zweite Schaltein richtung 12 aufgebaut. Die zweite Schalteinrichtung 12 wirkt somit in ihrer aktivierten Stellung blockierend auf das zweite Sonnenrad 14 ein und hält dieses relativ zu dem fahrzeugrahmenfesten Bereich 28 fest. In einer deaktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung 12 ist eine freie Rotation des zweiten Sonnenrades 14 ermöglicht.

In Verbindung mit Fig. 2 sind dann die beiden unterschiedlichen Getriebeübersetzun gen / Gänge, wie sie durch die beiden Schalteinrichtungen 1 1 , 12 nach Fig. 1 ermög licht werden, hinsichtlich ihrer Übersetzungen beispielhaft dargestellt. In einem übli chen reinen elektrischen Antrieb (reinen E-Betrieb) der Achsantriebseinheit 1 1 (erster Betriebszustand) wird ein erster Gang zwischen der Eingangswelle 6 und der Aus gangswelle 8 geschalten, indem die erste Schalteinrichtung 1 1 in ihre deaktivierte Stellung gebracht wird und die zweite Schalteinrichtung 12 in ihre aktivierte Stellung gebracht wird. In diesem ersten Gang ergibt sich bspw. eine Übersetzung des Plane tengetriebes 4 / zwischen der Eingangswelle 6 und der Ausgangswelle 8 von i1 =1 ,5.

In einem zweiten Gang der Achsantriebseinheit 1 befindet sich die erste Schalteinrich tung 1 1 in ihrer aktivierten Stellung und die zweite Schalteinrichtung 12 befindet sich in ihrer deaktivierten Stellung. Dabei ergibt sich eine Übersetzung des Planetengetrie bes 4 von i2 = 0,74.

Da der Final Drive 26 des Weiteren eine Übersetzung von 9 aufweist, ergibt sich eine Gesamtübersetzung von 13,5 in dem ersten Gang und von 6,66 in dem zweiten Gang. Ein Gangsprung zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang beträgt daher 2,03.

In einem weiteren zweiten Betriebszustand der Achsantriebseinheit 1 ist ein Rück wärtsfahren möglich, das ebenfalls rein elektrisch erfolgt. Hierbei ist vorzugsweise die erste Schalteinrichtung 1 1 in ihrer deaktivierten Stellung und die zweite Schalteinrich tung 12 in ihrer aktivierten Stellung. Dadurch ergibt sich wiederum die Übersetzung von 1 ,5.

Das mit Fig. 3 veranschaulichte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel insbesondere durch Ausbilden der beiden Schaltein richtungen 1 1 , 12. Auch in dieser Ausführung sind ebenfalls ausschließlich zwei Schalteinrichtungen 1 1 , 12 vorhanden. Jede der beiden Schalteinrichtungen 1 1 , 12 ist als eine zwischen der Eingangswelle 6 und einem eingangsseitigen Bestandteil des Planetengetriebes 4, nämlich dem ersten Sonnenrad 13 bzw. dem ersten Planetenträ ger 16 wirkend eingesetzte Kupplung umgesetzt.

Die erste Schalteinrichtung 1 1 ist zwischen der Eingangswelle 6 und dem ersten Son nenrad 13 wirkend eingesetzt. Die zweite Schalteinrichtung 12 ist zwischen der Ein gangswelle 6 und dem ersten Planetenträger 16 wirkend eingesetzt. In einer aktivier ten Stellung der ersten Schalteinrichtung 1 1 sind die Eingangswelle 6 und das erste Sonnenrad 13 drehfest miteinander verbunden. In einer deaktivierten Stellung der ers ten Schalteinrichtung 1 1 ist die Eingangswelle 6 von dem ersten Sonnenrad 13 dreh entkoppelt und somit relativ zu diesem frei verdrehbar. In einer aktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung 12 ist die Eingangswelle 6 drehfest mit dem ersten Plane tenträger 16 verbunden und in einer deaktivierten Stellung der zweiten Schalteinrich tung 12 von diesem rotatorisch entkoppelt.

Des Weiteren ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel das zweite Sonnenrad 14 per manent mit dem fahrzeugrahmenfesten Bereich 28 verbunden und somit relativ zu diesem festgehalten.

Wie wiederum in Fig. 4 zu erkennen, wird ein erster Gang in dem ersten Antriebszu stand zwischen der Eingangswelle 6 und der Ausgangswelle 8 durch Aktivieren der ersten Schalteinrichtung 1 1 und Deaktivieren der zweiten Schalteinrichtung 12 er reicht. In dem ersten Gang stellt sich eine Übersetzung von i1 =2,75 ein. In dem zwei ten Gang ist die erste Schalteinrichtung 1 1 deaktiviert und die zweite Schalteinrich tung 12 aktiviert. Dabei ergibt sich eine Übersetzung von 1 ,5. In dem zweiten Be triebszustand gemäß einem Rückwärtsfahren ist die erste Schalteinrichtung 1 1 akti viert und die zweite Schalteinrichtung 12 deaktiviert. Dadurch ergibt sich die Überset zung von 2,75. Der Final Drive 26 weist eine Übersetzung von 4,8 auf. Somit ergibt sich eine Gesamtübersetzung in dem ersten Gang von 13,2 und in dem zweiten Gang von 7,2. Ein Gangsprung zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang ergibt sich in Flöhe von 1 ,83.

In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß eine elektrische Achse 1 / ein E- Drive mit zwei Gängen vorgeschlagen. Neben einer elektrischen Maschine 3 sind in einer bevorzugten Ausführung zwei Bremsen 1 1 , 12 vorhanden, um zwei reine elektri schen Gängen zu erhalten. In einer weiteren Ausführung sind die Bremsen 1 1 , 12 durch Kupplungen 1 1 , 12 ersetzt. Bezuqszeichenliste Achsantriebseinheit

Kraftfahrzeug

elektrische Maschine

Planetengetriebe

Getriebeeinrichtung

Eingangswelle

Rotor

Ausgangswelle

Abtrieb

Antriebsstrang

erste Schalteinrichtung

zweite Schalteinrichtung

erstes Sonnenrad

zweites Sonnenrad

erstes Planetenrad

erster Planetenträger

zweites Planetenrad

zweiter Planetenträger

erster Planetenradsatz

erstes Hohlrad

zweiter Planetenradsatz

zweites Hohlrad

a erstes Rad

b zweites Rad

a erste Abtriebswelle

b zweite Abtriebswelle

Stator

Final Drive

Differenzial

fahrzeugrahmenfester Bereich