Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine solche elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der DE 10 2013 225 519 A1 als bekannt zu entnehmen. Die elektrische Antriebsvorrichtung weist zumindest zwei Schaltelemente zur Schaltung von zumindest zwei Getriebegängen der Antriebsvorrichtung auf. Außerdem weist die elektrische Antriebsvorrichtung eine elektrische Maschine, sowie einen ersten Planetenradsatz auf, welcher ein erstes Sonnenrad, einen ersten Planetenträger und ein erstes Hohlrad aufweist. Des Weiteren umfasst die elektrische Antriebsvorrichtung einen zweiten Planetenradsatz, welcher ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad aufweist. Darüber hinaus ist ein Differentialgetriebe vorgesehen, welches eine Differentialeingangswelle und zwei Abtriebswellen aufweist. Das erste Sonnenrad ist drehfest mit einem Rotor der elektrischen Maschine verbunden, und der erste Planetenträger, der zweite Planetenträger und die Differentialeingangswelle sind drehfest miteinander verbunden.

Die gattungsgemäße DE 10 2015 106 503 A1 zeigt neben den oben genannten Merkmalen unter anderem zusätzlich, dass das erste Sonnenrad drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben. Dabei wird, wie im Stand der Technik bekannt, davon ausgegangen, dass ein zweites Sonnenrad drehtest mit einem ersten Sonnenrad verbunden ist. Ferner wird davon ausgegangen, dass ein erstes Schaltelement dazu vorgesehen ist, ein erstes Hohlrad drehtest mit einem Gehäuse zu verbinden, und dass ein zweites Schaltelement dazu vorgesehen ist, ein zweites Hohlrad drehtest mit dem Gehäuse zu verbinden. Erfindungsgemäß ist ein drittes Schaltelement dazu vorgesehen, den ersten Planetenradsatz zu verblocken, wobei das erste Schaltelement ein Klauenschaltelement sowie ein Freilaufschaltelement aufweist und das zweite Schaltelement als eine Reibkupplung ausgebildet ist.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Merkmal, das zwei insbesondere drehbar gelagerte, das heißt beispielsweise um eine Drehachse relativ zu einem Gehäuse der elektrischen Antriebsvorrichtung drehbare Bauelemente drehfest miteinander verbunden sind, zu verstehen, dass die beiden Bauelemente koaxial zueinander angeordnet und derart miteinander verbunden sind, dass sie mit gleicher Winkelgeschwindigkeit insbesondere um die den Bauelementen gemeinsame Drehachse und relativ zu dem Gehäuse drehen, insbesondere wenn die Bauelemente angetrieben werden. Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Rotor der elektrischen Maschine koaxial zu den Planetenradsätzen angeordnet ist. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die auch als Planetensätze bezeichneten Planetenradsätze koaxial zueinander angeordnet sind.

Die Erfindung ermöglicht die Realisierung einer lastschaltfähigen Drei-Gang-Struktur zur Schaltung von drei Getriebegängen zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs, insbesondere in koaxialer Bauweise mit geringer Verlustleistung. Die Getriebegänge sind Fahrgänge, welche für eine Vorwärtsfahrt und für eine Rückwärtsfahrt verwendbar sind, das heißt eine Vorwärtsfahrt und eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs bewirken können. Unter der Schaltung der Getriebegänge ist zu verstehen, dass der jeweilige Getriebegang geschaltet, das heißt eingelegt und ausgelegt werden kann. Insbesondere sind die Getriebegänge Gänge eines Getriebes der Antriebsvorrichtung, über dessen Getriebe das Kraftfahrzeug mittels der elektrische Maschine, insbesondere rein elektrisch angetrieben werden kann. Das Getriebe umfasst die Planetenradsätze, wobei die Getriebegänge durch die Planetenradsätze realisiert sind.

Ein erster der Getriebegänge kann beispielsweise einen Anhängerbetrieb ermöglichen.

Außerdem ist beispielsweise der erste Getriebegang für Kriechvorgänge verwendbar oder vorgesehen, um beispielsweise die elektrische Maschine und eine der elektrischen Maschine zugeordnete Leistungselektronik vor Überhitzung zu schützen.

Insbesondere dann, wenn auf Lastschaltbarkeit verzichtet wird, können die Schaltelemente oder alle Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein. Insbesondere ermöglicht die Erfindung eine geschickte Kopplung und Verschachtelung der Planetenradsätze und des einfach auch als Differential bezeichneten Differentialgetriebes. Durch die Erfindung können zumindest die folgenden Vorteile validiert werden:

- verlustoptimierte und kompakte Bauweise;

- mindestens eines der Schaltelemente kann zur weiteren Verlustreduzierung als Klauenschaltelement, insbesondere als eine Klauenbremse, das heißt als formschlüssiges Schaltelement oder aber auch als Freilaufschaltelement ausgeführt sein;

- geringe Relativdrehzahlen in den offen laufenden Schaltelementen;

- die Schaltelemente können sehr gut zugänglich sein, insbesondere dann, wenn die Schaltelemente als reibschlüssige Schaltelemente und somit beispielsweise als Bremsen, insbesondere als Reibbremsen ausgebildet sind;

- Belastungen der Schaltelemente niedrig;

- gute Verzahnungswirkungsgrade;

- Drehzahlen der elektrischen Maschine können bei hoher Geschwindigkeit gering gehalten werden, insbesondere durch die Mehrgängigkeit;

- Stufensprung sehr frei einstellbar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines nicht unter den Anspruch 1 fallenden Ausführungsbeispiels einer elektrischen Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen;

Fig. 2 eine Schalttabelle des nicht unter den Anspruch 1 fallenden Ausführungsbeispiels der elektrischen Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der elektrischen Antriebsvorrichtung; und

Fig. 4 eine weitere Schalttabelle für das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein nicht unter den Anspruch 1 fallendes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Antriebsvorrichtung 10 aufweist und mittels der elektrischen Antriebsvorrichtung, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Das Kraftfahrzeug ist somit ein Elektrofahrzeug, insbesondere ein Batterieelektrisches Fahrzeug (BEV). Die elektrische Antriebsvorrichtung 10 umfasst zumindest oder genau zwei Schaltelemente B03 und B04, nämlich ein erstes Schaltelement B03 und ein zweites Schaltelement B04, zur Schaltung von zumindest oder genau zwei Getriebegängen der Antriebsvorrichtung 10. Die Getriebegänge werden auch als Fahrgänge oder Gänge bezeichnet und sind schaltbar, das heißt einlegbar und auslegbar.

Fig. 2 zeigt eine Schalttabelle für das nicht unter den Anspruch 1 fallende Ausführungsbeispiel der elektrischen Antriebsvorrichtung 10. In der Schalttabelle ist ein erster Getriebegang der Getriebegänge mit G1 und ein zweiter Getriebegang der Getriebegänge mit G22 bezeichnet. Wenn oder während beispielsweise der erste Getriebegang G1 eingelegt ist, ist der zweite Getriebegang G2 ausgelegt und umgekehrt. Da die Antriebsvorrichtung 10 die mehreren Getriebegänge G1 und G2 aufweist, ist die Antriebsvorrichtung 10 eine mehrgängige, vorliegend eine zumindest zweigängige Struktur. Die elektrische Antriebsvorrichtung 10 umfasst eine elektrische Maschine 12, welche eine Stator 14 und einen Rotor 16 aufweist. Beispielsweise weist das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens oder genau zwei auch als Fahrzeugachsen bezeichnete Achsen auf, welche in Fahrzeuglängsrichtung aufeinanderfolgen, das heißt hintereinander angeordnet sind. Die jeweilige Achse weist beispielsweise wenigstens oder genau zwei einfach auch als Räder bezeichnete Fahrzeugräder auf. Die Fahrzeugräder sind Bodenkontaktelemente, über welche das Kraftfahrzeug in Fahrzeughochrichtung nach unten hin an einem Boden abstützbar oder abgestützt ist. Insbesondere können mittels der Antriebsvorrichtung 10, insbesondere mittels der elektrischen Maschine 12, die Fahrzeugräder genau einer der Achsen, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden, wodurch das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben wird. Die mittels der elektrischen Maschine 12 antreibbaren Fahrzeugräder werden auch als antreibbare Räder, antreibbare Fahrzeugräder, angetriebene Räder oder angetriebene Fahrzeugräder bezeichnet. Der Rotor 16 ist mittels des Stators 14 antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse 18 relativ zu dem Stator 14 und insbesondere relativ zu einem Gehäuse 20 der Antriebsvorrichtung 10 drehbar. Beispielsweise ist die elektrische Maschine 12 zumindest teilweise in dem Gehäuse 20 angeordnet.

Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst außerdem einen ersten Planetenradsatz 22 und einen zweiten Planetenradsatz 24, welche auch einfach als Planetensätze bezeichnet werden. Der erste Planetenradsatz 22 weist ein erstes Sonnenrad 26, einen ersten Planetenträger 28 und ein erstes Hohlrad 30 auf. Des Weiteren umfasst der erste Planetenradsatz 22 wenigstens ein erstes Planetenrad 32, welches drehbar an dem ersten Planetenträger 28, welcher auch als erster Steg bezeichnet wird, gelagert ist und gleichzeitig mit dem Sonnenrad 26 und mit dem Hohlrad 30 kämmt. Vorzugsweise weist der Planetenradsatz 22 mehrere erste Planetenräder auf.

Der zweite Planetenradsatz 24 weist ein zweites Sonnenrad 34, einen zweiten Planetenträger 36, welcher auch als zweiter Steg bezeichnet wird, und ein zweites Hohlrad 38 auf. Außerdem umfasst der zweite Planetenradsatz 24 wenigstens ein zweites Planetenrad 40, welches drehbar an dem zweiten Steg gelagert ist und gleichzeitig mit dem Sonnenrad 34 und mit dem Hohlrad 38 kämmt. Beispielsweise umfasst der zweite Planetenradsatz 24 mehrere zweite Planetenräder. Die Sonnenräder 26 und 34, die Planetenträger 28 und 36 und die Hohlräder 30 und 38 sind Getriebeelemente der Planetenradsätze 22 und 24. Das jeweilige Getriebeelement ist, wenn es nicht drehtest mit dem Gehäuse 20, in welchem die Planetenradsätze 22 und 24 jeweils zumindest teilweise angeordnet sind, verbunden ist, um eine Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse 20 drehbar. Vorliegend sind die Planetenradsätze 22 und 24 koaxial zueinander angeordnet, sodass die Getriebeelementdrehachse ein den beziehungsweise allen Getriebeelementen der Planetenradsätze 22 und 24 gemeinsame Getriebeelementdrehachse ist, um die das jeweilige Getriebeelement relativ zu dem Gehäuse 20 dann drehbar ist, wenn es nicht drehtest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist.

Vorteilhaft ist das erste Schaltelement B03 als ein erstes Bremsschaltelement ausgebildet, welches dazu vorgesehen ist, eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes 22 mit dem Gehäuse 20 drehtest zu verbinden. Besonders vorteilhaft ist das erste Schaltelement B03 dazu vorgesehen, das erste Hohlrad 30 drehfest mit dem Gehäuse zu verbinden. Vorteilhaft ist das zweite Schaltelement B04 als ein zweites Bremsschaltelement ausgebildet, welches dazu vorgesehen ist eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes 22 mit dem Gehäuse drehfest zu verbinden. Besonders vorteilhaft ist das zweite Schaltelement B04 dazu vorgesehen, das zweite Hohlrad 38 drehfest mit dem Gehäuse 20 zu verbinden.

Die elektrische Antriebsvorrichtung 10 umfasst außerdem ein einfach auch als Differential bezeichnetes Differentialgetriebe 42, welches insbesondere ein Bestandteil der Achse ist, deren Räder mittels der elektronischen Antriebsvorrichtung 10 und somit über die Planetenradsätze 22 und 24 mittels der elektrischen Maschine 12 und dabei ganz insbesondere mittels des Rotors 16 antreibbar sind. Die Planetenradsätze 22 und 24 sind Bestandteile eines auch als Planetengetriebe bezeichneten Getriebes, dessen Getriebegänge G1 und G2 durch die Planetenradsätze 22 und 24 realisiert sind. Das Getriebe kann ein Ausgangsdrehmoment bereitstellen, welches aus einem Eingangsdrehmoment resultiert, das mittels der elektrischen Maschine 12 über ihren Rotor 16 bereitgestellt und, insbesondere über den Planetenradsatz 22, in das Getriebe eingeleitet wird. Das von dem Getriebe bereitgestellte Ausgangsdrehmoment oder ein aus dem Ausgangsdrehmoment resultierendes Drehmoment kann auf das Differentialgetriebe 42 übertragen werden, wodurch das Differentialgetriebe 42 antreibbar ist oder angetrieben wird. Mittels des Differentialgetriebes 42 wird das Ausgangsdrehmoment oder ein aus dem Ausgangsdrehmoment resultierendes, weiteres Drehmoment - wie in Fig. 1 durch Pfeile 44 veranschaulicht ist - auf die antreibbaren Fahrzeugräder übertragen beziehungsweise aufgeteilt. Somit können die antreibbaren Fahrzeugräder von dem Differentialgetriebe 42 und über das Differentialgetriebe 42 von dem Getriebe und über das Getriebe von der elektrischen Maschine 12, insbesondere von dem Rotor 16, elektrisch angetrieben werden.

Das Differentialgetriebe 42 weist eine einfach auch als Eingangswelle bezeichnete Differentialeingangswelle 46 auf, über welche das Ausgangsdrehmoment oder das aus dem Ausgangsdrehmoment resultierende Drehmoment zum Antreiben des Differentialgetriebes 42 in das Differentialgetriebe 42 einleitbar ist, um dadurch das Differentialgetriebe 42 und über dieses die antreibbaren Fahrzeugräder anzutreiben. Das Differentialgetriebe 42 weist Ausgleichsräder 48 und mit den Ausgleichsrädern 48 direkt kämmende Abtriebsräder 50 auf, welche drehfest mit Abtriebswellen 52 des Differentialgetriebes 42 verbunden sind. Dabei ist das jeweilige, antreibbare Fahrzeugrad von der jeweiligen Abtriebswelle 52 antreibbar. Wie aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt ist, ist das Differentialgetriebe 42 insbesondere dazu ausgebildet, bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs unterschiedliche Drehzahlen der antreibbaren Fahrzeugräder zuzulassen, sodass sich das kurvenäußere, antreibbare Fahrzeugrad mit einer größeren Drehzahl dreht oder drehen kann als das kurveninnere, antreibbare Fahrzeugrad.

Es ist erkennbar, dass das erste Sonnenrad 26 drehfest mit dem Rotor 16 verbunden ist. Außerdem sind der ersten Planetenträger 28, der zweite Planetenträger 36 und die Differentialeingangswelle 46 drehfest miteinander verbunden. Darüber hinaus ist es bei der Antriebsvorrichtung 10 vorgesehen, dass das zweite Sonnenrad 34 drehfest mit dem ersten Sonnenrad 26 und somit drehfest mit dem Rotor 16 verbunden ist.

Es ist denkbar, dass die Schaltelemente B03 und B04 als reibschlüssige Schaltelemente und somit vorteilhaft als Reibbremsen ausgebildet sind. Ferner ist es besonders vorteilhaft, dass das erste Schaltelement B03 als Klauenschaltelement ausgebildet ist und das zweite Schaltelement B04 als Reibkupplung ausgebildet ist.

Die elektrische Antriebsvorrichtung 10 umfasst vorteilhaft eine zusätzlich zu den Schaltelementen B04 und B04 vorgesehene Parksperre 54, mittels welcher, insbesondere in einem eingelegten Zustand der Parksperre 54, die Differentialeingangswelle 46 und somit die Planetenträger 28 und 36 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar sind. Dadurch können die antreibbaren Fahrzeugräder an einer Drehung gehindert werden, wodurch beispielsweise dann, wenn das Kraftfahrzeug auf einem Gefälle abgestellt ist, ein unerwünschtes, schwerkraftbedingtes Wegrollen des Kraftfahrzeugs vermieden werden kann. Die Parksperre 54 umfasst ein Parksperrenrad 56, welches drehfest mit der Differentialeingangswelle 46 und mit den Stegen verbunden ist. Mittels des Parksperrenrads 56 können die Stege und die Differentialeingangswelle 46 formschlüssig drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden werden. Dabei ist das Parksperrenrad 56 drehfest mit dem zweiten Planetenträger 36 verbunden. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das Parksperrenrad 56 auf einer in axialer Richtung der Planetenradsätze 22 und 24 von dem ersten Planetenradsatz 22 abgewandten Seite des Planetenradsatzes 24 angeordnet ist. Anhand der in Fig. 2 gezeigten Schalttabelle der elektrischen Antriebsvorrichtung 10 ist erkennbar, dass zum Einlegen des ersten Getriebegangs G1 das erste Schaltelement B03 aktiviert, das heißt geschlossen ist, während das zweite Schaltelement B04 geöffnet ist. Dadurch ist mittels des ersten Schaltelements B03 das Hohlrad 30 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden, während das zweite Schaltelement B04 eine Drehung des Hohlrads 38 relativ zu dem Gehäuse 20 um die Getriebeelementdrehachse, welche vorliegend mit der Maschinendrehachse 18 zusammenfällt zulässt. Um den zweiten Getriebegang G2 einzulegen, während der erste Getriebegang G1 ausgelegt ist, ist das zweite Schaltelement B04 geschlossen, während das erste Schaltelement B03 geöffnet ist. Dadurch ist mittels des zweiten Schaltelements B04 das Hohlrad 38 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden, während das erste Schaltelement B03 eine Drehung des Hohlrads 30 relativ zum Gehäuse 20 um die Getriebeelementdrehachse, das heißt um die Maschinendrehachse 18 zulässt. Da bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel die elektrische Maschine 12, insbesondere ihr Rotor 16 koaxial zu den Planetenradsätzen 22 und 24 angeordnet ist, fällt die Getriebeelementdrehachse mit der Maschinendrehachse 18 zusammen.

Die Figuren 3 und 4 zeigen ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebsvorrichtung (10a), wobei Gegenstände, die bereits in der Ausführungsform der Figuren 1 und 2 gezeigt sind und hier unverändert verwendet werden, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Zum einen enthält das in der Figuren 3 und 4 gezeigte weitere Ausführungsbeispiel ein modifiziertes erstes Schaltelement B03a. Das modifizierte Schaltelement B03a weist ein Klauenschaltelement 57 sowie ein parallel zu dem Klauenschaltelement 57 angeordnetes Freilaufschaltelement 58 auf.

Eine Verwendung des modifizierten Schaltelementes B03a kann auch in dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 vorteilhaft sein.

Das Klauenschaltelement 57 ist dazu ausgebildet, das erste Hohlrad 30 drehfest mit dem Gehäuse zu verbinden. Das Klauenschaltelement 57 weist hierzu einen nicht weiter dargestellten elektromechanischen oder hydraulischen oder pneumatischen Aktor auf. Das Freilaufschaltelement 58 ist dazu ausgebildet, das erste Hohlrad 30 bei einer bestimmten Drehrichtung des ersten Hohlrades 30 mit dem Gehäuse zu verbinden.

Zum anderen enthält das in den Figuren 3 und 4 gezeigte weitere Ausführungsbeispiel ein drittes Schaltelement K1 , mittels welchem ein dritter Getriebegang G3 realisiert werden kann. Das dritte Schaltelement K1 ist dazu ausgebildet, den ersten Planetenradsatz 22 zu verblocken. Vorteilhaft ist das dritte Schaltelement K1 dazu ausgebildet, das erste Sonnenrad 26 drehfest mit dem ersten Planetenträger 28 zu verbinden. Bei geschlossenem dritten Schaltelement K1 sowie geöffnetem erstem Schaltelement B03a sowie geöffnetem zweitem Schaltelement B04 ist der dritte Getriebegang G3 realisiert. Die dargestellten Getriebegänge G1 , G2, G3 haben in der hier genannten Reihenfolge eine geringer werdende Übersetzung.

Bezugszeichenliste

10, 10a elektrische Antriebsvorrichtung

12 elektrische Maschine

14 Stator

16 Rotor

18 Maschinendrehachse

20 Gehäuse

22 erster Planetenradsatz

24 zweiter Planetenradsatz

26 erstes Sonnenrad

28 erster Planetenträger

30 erstes Hohlrad

32 erstes Planetenrad

34 zweites Sonnenrad

36 zweiter Planetenträger

38 zweites Hohlrad

40 zweites Planetenrad

42 Differenzialgetriebe

44 Pfeil

46 Differentialeingangswelle

48 Ausgleichsrad

50 Abtriebsrad

52 Abtriebswelle

54 Parksperre

56 Parksperrenrad

57 Klauenschaltelement

58 Freilaufschaltelement

B03 erstes Schaltelement

B03a modifiziertes erstes Schaltelement

B04 zweites Schaltelement

G1 erster Getriebegang

G2 zweiter Getriebegang

G3 dritter Getriebegang

K1 drittes Schaltelement