Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit zu mindest einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle als Antriebswelle, mit ei nem Getriebe, welches mit einer ersten Abtriebswelle und einer zweiten Ab triebswelle verbunden ist, und mit einem Schaltelement mit zumindest einem betätig baren Koppelelement zum Realisieren einer ersten Schaltstellung, einer zweiten Schaltstellung und einer dritten Schaltstellung. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahr zeug mit zumindest einem elektrischen Antrieb.

Beispielsweise aus der Druckschrift DE 102018211 113 A1 ist eine Antriebseinheit für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug bekannt. Die Antriebseinheit umfasst einen Elektromotor, welcher mit einer Antriebswelle auf ein mit einer Abtriebswelle verbun denes Fahrzeuggrad ein Antriebsmoment überträgt. Zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle ist eine schaltbare Kupplung vorgesehen. Ferner ist eine auf die Abtriebswelle wirkende Parksperre zum Stillsetzen des Fahrzeuges vorgesehen. Die Kupplung umfasst drei Schaltstellungen, wobei in einer ersten Schaltstellung die Ab triebswelle mit der Antriebswelle gekoppelt ist, wobei in einer dritten Schaltstellung die Abtriebswelle von der Antriebswelle entkoppelt ist und die Abtriebswelle gegen über einer Drehung von einem Sperrelement blockierbar ist und wobei in einer zwei ten Schaltstellung die Abtriebswelle sowohl gegenüber der Antriebswelle als auch gegenüber dem Sperrelement entkoppelt ist. Hierbei ergibt sich der Nachteil, dass zum Einlegen und Auslegen der dritten Schaltstellung bei blockiertem Abtrieb auf grund der auf das Schaltelement wirkenden Lasten erhebliche Betätigungskräfte er forderlich sind und zudem unerwünschte komfortmindernde und bauteilbelastende Stöße auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb und ein Fahrzeug mit dem Antrieb vorzuschlagen, bei denen die auftretenden Lasten an dem Schaltelement möglichst gering sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 14 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen

Somit wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle als Antriebswelle, mit einem Getriebe, welches mit ei ner ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle verbunden ist, und mit ei nem Schaltelement oder dergleichen mit zumindest einem betätigbaren Koppelele ment zum Realisieren einer ersten Schaltstellung, einer zweiten Schaltstellung und einer dritten Schaltstellung vorgeschlagen. Um möglichst komfortable Schaltungen mit möglichst geringen Schaltkräften zu realisieren, ist vorgesehen, dass in der ers ten Schaltstellung das Koppelelement entweder mit einem Element des Getriebes o- der mit der Rotorwelle verbunden ist, dass in der zweiten Schaltstellung das Element des Getriebes über das Koppelelement mit der Rotorwelle verbunden ist und dass in der dritten Schaltstellung das Element des Getriebes und die Rotorwelle über das Koppelelement gehäusefest angebunden sind bzw. mit dem Gehäuse verbunden sind.

Auf diese Weise ist es bei dem vorgeschlagenen Antrieb möglich, neben der Entkop pelung des Abtriebes zum Realisieren der sogenannten Disconnect-Funktion auch eine Parksperrfunktion mit möglichst geringen auftretenden Schaltkräften und damit mit einem entsprechend klein dimensionierten Schaltelement zu realisieren. Dadurch, dass insbesondere sowohl der Antrieb als auch der Abtrieb mit dem Gehäuse bei ak tivierter Parksperrfunktion gekoppelt sind, ergibt sich der Vorteil, dass dadurch beim Einlegen und Auslegen dieser Schaltstellung durch die angebundene elektrische Ma schine eine Synchronisierung erfolgen kann und damit die anliegende Last reduziert wird, wodurch bauteilbelastende Stöße verhindert und der Schaltkomfort erhöht wer den.

Demzufolge wird mit nur einem Schaltelement eine schaltbare Verbindung zwischen drei Elementen, nämlich der elektrischen Maschine, dem Getriebe bzw. den Ab triebswellen und dem Gehäuse hergestellt. Das Schaltelement ist quasi als Doppel- Schaltelement ausgeführt, bei dem eine Neutralstellung zum Entkoppeln des Abtriebes zur Reduzierung von Schleppverlusten und zwei weitere Schaltstellungen realisiert werden. Das Schaltelement kann als Klauenschaltelement oder als Syn chronisierung ausgeführt werden. Die Schaltstellungen sind untereinander binomial vertauschbar mit der Kopplung des Antriebes, der Abkopplung des Antriebes und der gehäusefesten Verbindung ausgeführt. Beispielsweise ist es ferner denkbar, dass eine der Schaltstellungen des Schaltelementes durch ein Maschinenelement, zum Beispiel durch eine Feder, in Situationen ohne Betätigungsenergie gehalten werden kann.

Vorzugsweise kann bei dem vorgeschlagenen Antrieb ein kostengünstiges form- schlüssiges Schaltelement in der Form einer Schaltklaue mit einer als Koppelelement ausgeführten und axial verschiebbaren Schiebemuffe eingesetzt werden, die in die in axialer Richtung hintereinanderliegenden Schaltstellungen durch eine über einen Spindeltrieb betätigbare Schaltgabel bewegbar ist. Es sind auch andere Betätigungs arten denkbar. Vorzugsweise kann zum Betätigen des Koppelelements ein elektro mechanischer, pneumatischer oder hydraulischer Antrieb vorgesehen sein. Das Kop pelelement kann einteilig aber auch mehrteilig ausgeführt werden, um beispielsweise hohe Schiebekräfte unter Drehmoment zu verhindern.

Eine besonders in radialer Richtung bauraumsparende Anordnung bei dem Antrieb wird dadurch realisiert, dass die Rotorwelle und das Getriebe sowie die Abtriebswel len koaxial zueinander angeordnet sind.

Das vorteilhafte Einsparen eines zusätzlichen Abtriebsdifferentials bei dem Antrieb wird dadurch realisiert, dass als Getriebe zum Beispiel ein erster Planetenradsatz und ein zweiter Planetenradsatz vorgesehen sind, die derart miteinander gekoppelt sind, dass das über die Rotorwelle eingeleitete Drehmoment über die Planetenrads ätze auf eine erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle aufteilbar ist.

Beispielsweise kann zum Koppeln der beiden Planetenradsätze vorgesehen sein, dass ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit der zweiten Abtriebswelle ver bunden ist, dass ein Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes mit einem Ge häuse verbunden ist, dass ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, dass ein Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes mit der ersten Abtriebswelle verbunden ist und dass ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes über das Schaltelement mit der Rotor welle und/oder mit dem Gehäuse verbindbar ist.

Die Kopplung der beiden Planetenradsätze erfolgt somit zwischen dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes. Hierfür kann beispielsweise eine Koppelwelle verwendet werden, wenn die Planeten radsätze axialer nebeneinander angeordnet sind. Bei einer radial geschachtelten Bauweise der Planetenradsätze bietet es sich in vorteilhafter Weise an, dass das Sonnenrad und das Hohlrad als ein Bauteil mit einer Außenverzahnung und einer In nenverzahnung ausgeführt werden.

Demzufolge können die beiden Planetenradsätze je nach Ausführung radial ge schachtelt oder auch axial nebeneinander angeordnet werden, um dadurch entweder axialen oder radialen Bauraum je nach Anwendungsbereich einzusparen. Beispiels weise können Minus- Planetenradsätze oder auch Plus-Planetenradsätze bei dem Antrieb eingesetzt werden.

Ein Minus-Planetenradsatz weist an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte Planetenräder auf, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad dieses Planetenradsat zes kämmen, sodass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung entgegengesetzter Richtung dreht. Ein Plus-Planetenradsatz weist dagegen an seinem Planetenradträger ver drehbar gelagerte und miteinander in Zahneingriff stehende innere und äußere Pla netenräder auf, wobei das Sonnenrad dieses Planetenradsatzes mit den inneren Pla netenrädern und das Hohlrad dieses Planetenradsatzes mit den äußeren Planetenrä dern kämmen, sodass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung gleicher Drehrichtung dreht.

Ein Minus-Planetenradsatz kann bevorzugt in einen Plus-Planetenradsatz überführt werden, wenn die Planetenradträger- und die Hohlradanbindung an diesem Radsatz miteinander vertauscht werden und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht wird. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Fahrzeug mit zu mindest einem elektrischen Antrieb gelöst. Hieraus ergeben sich die bereits beschrie benen Vorteilen und weitere Vorteile. Insbesondere kann der elektrische Antrieb auch als Achsantrieb ausgeführt werden, wobei das Fahrzeug dann zum Beispiel mehrere Achsantriebe umfassen kann, die in vorteilhafter Weise unabhängig vonei nander schaltbar sind.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläu tert.

Es zeigen:

Figur 1A bis 1C eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante ei nes Koppelelementes eines Schaltelementes eines erfindungsge mäßen elektrischen Antriebes in verschiedenen Schaltstellungen;

Figur 2A bis 2C eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante des Koppelelementes des Schaltelementes des erfindungsgemä ßen elektrischen Antriebes in verschiedenen Schaltstellungen;

Figur 3 eine schematische Ansicht des elektrischen Antriebes in einer ersten Schaltstellung N;

Figur 4 eine schematische Ansicht des elektrischen Antriebes in einer zweiten Schaltstellung S1;

Figur 5 eine schematische Ansicht des elektrischen Antriebes in einer dritten Schaltstellung S2;

Figur 6 eine geschnittene Ansicht des elektrischen Antriebs in der ersten Schaltstellung N;

Figur 7 eine geschnittene Ansicht des elektrischen Antriebes in der zwei ten Schaltstellung S1 ;

Figur 8 eine geschnittene Ansicht des elektrischen Antriebes in der drit ten Schaltstellung S2;

Figur 9 eine schematische Ansicht des elektrischen Antriebes mit radial geschachtelten Planetenradsätzen; Figur 10 eine schematische Ansicht des elektrischen Antriebes mit radial geschachtelten Planetenradsätzen mit einer alternativen Anord nung des Schaltelementes;

Figur 11 eine schematische Ansicht des elektrischen Antriebes mit axial nebeneinander angeordneten Planetenradsätzen; und

Figur 12 eine schematische Ansicht des elektrischen Antriebes mit axial nebeneinander angeordneten Planetenradsätzen mit einer alter nativen Anordnung des Schaltelementes.

In den Figuren 1 bis 12 ist ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug anhand von ver schiedenen Ansichten und Ausführungsvariante beispielhaft dargestellt.

Unabhängig von den verschiedenen Ausführungsvarianten umfasst der elektrische Antrieb beispielhaft als Achsantrieb eine elektrische Maschine 1 mit einer Rotorwelle 2 als Antriebswelle und ein Getriebe mit einem ersten Planetenradsatz PS1 und ei nem zweiten Planetenradsatz PS2, die miteinander derart gekoppelt sind, dass das von der elektrischen Maschine 1 aufgebrachte Drehmoment auf eine erste Ab triebswelle 3 und eine zweite Abtriebswelle 4 aufgeteilt wird. Ferner umfasst der elektrische Antrieb ein Schaltelement 5 mit zumindest einem als axial verschiebbare Schiebemuffe 6 ausgeführten Koppelelement zum Realisieren einer ersten Schalt stellung N, einer zweiten Schaltstellung S1 und einer dritten Schaltstellung S2. Das Schaltelement 5, welches beispielhaft als elektromechanische Aktuator ausgeführt ist, umfasst einen Elektromotor 18, der über einen Spindeltrieb 14 eine Schaltgabel 15 bewegt, die wiederum mit der Schiebemuffe 6 in Wirkverbindung steht, sodass die Schiebemuffe 6 axial zwischen den Schaltstellungen N, S1 , S2 bewegt werden kann. Die Rotorwelle 2 und das Getriebe bzw. die beiden Planetenradsätze PS1 , PS2 so wie die Abtriebswellen 3,4 sind koaxial zueinander angeordnet.

In der ersten Schaltstellung N ist das Koppelelement bzw. die Schiebemuffe 6 je nach Ausführungsvariante entweder mit einem Element der Planetenradsätze PS1, PS2 oder mit der Rotorwelle 2 verbunden. Diese erste Schaltstellung N wird als Neutral bzw. Disconnect bezeichnet, welches ein passives Fahren des Fahrzeuges erlaubt, bei dem der Achsantrieb von den Fahrzeugrädern entkoppelt ist, um Schleppmomente zu reduzieren.

In der zweiten Schaltstellung S1 ist das Element der Planetenradsätze PS1 , PS2 über die Schiebemuffe 6 mit der Rotorwelle 2 verbunden. Diese zweite Schaltstellung S1 wird als Connect bezeichnet, welches ein aktives Fahren des Fahrzeuges erlaubt, bei dem die elektrische Maschine 1 als Antriebsmotor über die Planetenradsätze PS1 , PS2 mit den Abtriebswellen 3,4 verbunden ist.

In der dritten Schaltstellung S2 ist das Element der Planetenradsätze PS1 , PS2 und die Rotorwelle 2 über die Schiebemuffe 6 mit dem Gehäuse 7 bzw. Stator der elektri schen Maschine 1 verbunden. Diese dritte Schaltstellung S2 wird als Parken be zeichnet, in der das Fahrzeug nicht bewegbar ist, da die Parksperre eingelegt bzw. aktiviert ist.

Diese verschiedenen Kopplungszustände bzw. Schaltstellungen N, S1 , S2 sind an hand einer ersten Ausführungsvariante in den Figuren 1A bis 1C und anhand einer zweiten Ausführungsvariante in den Figuren 2A bis 2C schematisch dargestellt.

In den Figuren 1A und 2A ist jeweils die erste Schaltstellung N zum passiven Fahren bzw. zur aktivierten Disconnect-Funktion gezeigt. Bei der ersten Ausführungsvariante gemäß Figur 1A ist in der ersten Schaltstellung N die Schiebemuffe 6 des Schaltele ments 5 mit der Rotorwelle 2 und bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß Figur 2A mit einem Sonnenrad 13 als Element des zweiten Planetenradsatzes PS2 ver bunden.

In den Figuren 1 B und 2B ist jeweils die zweite Schaltstellung S1 zum aktiven Fahren gezeigt. Sowohl bei der ersten Ausführungsvariante gemäß Figur 1B als auch bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß Figur 2B ist in der zweiten Schaltstellung S1 die Rotorwelle 2 über die Schiebemuffe 6 mit dem Sonnenrad 13 als Element des zwei ten Planetenradsatzes PS2 zum Antrieb verbunden. In den Figuren 1C und 2C ist jeweils die dritte Schaltstellung S2 zum Parken des Fahrzeuges gezeigt. Sowohl bei der ersten Ausführungsvariante gemäß Figur 1C als auch bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß Figur 2C ist in der dritten Schalt stellung S2 die Rotorwelle 2 und das Sonnenrad 13 als Element des zweiten Plane tenradsatzes PS2 über die Schiebemuffe 6 mit dem Gehäuse 7 verbunden. Demzu folge ist die Parksperre aktiviert bzw. eingelegt.

In den Figuren 3 bis 12 sind weitere Ansichten des elektrischen Antriebes beispiel haft dargestellt. Aus diesen Ansichten ist ersichtlich, dass ein Hohlrad 8 des ersten Planetenradsatzes PS1 mit der zweiten Abtriebswelle 4 verbunden ist, dass ein Pla netenradträger 9 des ersten Planetenradsatzes PS1 mit dem Gehäuse 7 als feste Gehäuseanbindung verbunden ist, dass ein Sonnenrad 10 des ersten Planetenrad satzes PS1 mit einem Hohlrad 11 des zweiten Planetenradsatzes PS2 zur Koppe lung der beiden Planetenradsätze PS1 und PS2 als ein Bauteil mit Innen- und Au ßenverzahnung verbunden ist, dass ein Planetenradträger 12 des zweiten Planeten radsatzes PS2 mit der ersten Abtriebswelle 3 verbunden ist und dass das Sonnenrad 13 als Element des zweiten Planetenradsatzes PS2 über die Schiebemuffe 6 des Schaltelements 5 in der zweiten Schaltstellung S1 mit der Rotorwelle 2 oder in der dritten Schaltstellung S2 mit der Rotorwelle 2 und mit dem Gehäuse 7 verbindbar ist. In der ersten Schaltstellung ist das Sonnenrad 13 des ersten Planetenradsatzes PS1 nicht mit dem Antrieb verbunden.

Die Figuren 3 bis 5 zeigen den elektrischen Antrieb beispielhaft in den drei Schalt stellungen N, S1 , S2. Die erste Schaltstellung N ist in Figur 3 gezeigt, bei der die Ro torwelle 2 mit der Schiebemuffe 6 verbunden ist. Die zweite Schaltstellung S1 ist in Figur 4 dargestellt, bei der das Sonnenrad 13 des zweiten Planetenradsatzes PS2 über die Schiebemuffe 6 mit der Rotorwelle 2 der elektrischen Maschine 1 antriebs mäßig verbunden ist. Die dritte Schaltstellung S2 ist in Figur 5 dargestellt, in der das Sonnenrad 13 des zweiten Planetenradsatzes PS2 über die Schiebemuffe 6 sowohl mit der Rotorwelle 2 als auch mit dem Gehäuse 7 bzw. mit dem Stator verbunden ist.

In den Figuren 6 bis 8 ist der elektrische Antrieb ebenfalls in den drei Schaltstellun gen N, S1 , S2 dargestellt, jedoch handelt es sich bei den Ansichten um Schnittdarstellungen. Insbesondere ist aus diesen der elektromechanische Aktor bzw. das Schaltelement 5 mit seinen Bauteilen ersichtlich. Das Schaltelement 5 um fasst einen Elektromotor 18, der einen Spindeltrieb 14 antreibt, mit dem eine Schalt gabel 15 betätigt wird, um die Schiebemuffe 6 axial zwischen den Schalterstellungen N, S1 , S2 zu verschieben. Mit der Schaltgabel 15 ist über eine Maschinenelement, zum Beispiel eine Stange oder ein Stift, ein Sperrelement 17 zum Sperren oder Frei geben einer Parksperrklinke 16 vorgesehen. In der dritten Schaltstellung S2 wird die ses Sperrelement 17 derart mit der Sperrklinke 16 in Wirkverbindung gebracht, so- dass diese das Sonnenrad 13 mit dem Gehäuse 7 verbindet, sodass die Parksperre bei dem Fahrzeug eingelegt bzw. aktiviert wird und somit der Abtrieb gesperrt wird.

In den Figuren 9 bis 12 sind verschiedene Anordnungsvarianten der Planetenrads ätze und des Schaltelements 5 in Bezug auf die elektrische Maschine 1 beispielhaft dargestellt.

In den Figuren 9 und 10 sind die Planetenradsätze PS1 , PS2 radial geschachtelt an geordnet. Dies bedeutet, dass der zweite Planetenradsatz PS2 radial gesehen inner halb des ersten Planetenradsatzes PS1 angeordnet ist. Es ist auch denkbar, dass die Anordnung vertauscht wird. Zudem ist in Figur 9 vorgesehen, dass das Schaltele ment 5 mit seinen Bauteilen axial gesehen an der den Planetenradsätzen PS1 , PS2 abgewandten Seite der elektrischen Maschine 1 angeordnet ist. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass kein Baumkonflikt mit den Planetenradsätzen PS1 , PS2 besteht. In Figur 10 ist dagegen vorgesehen, dass das Schaltelement 5 axial gesehen zwischen den beiden Planetenradsätzen PS1, PS2 und der elektrischen Maschine 1 angeord net ist. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass der Aktor bzw. das Schaltelement 5 und die schaltbaren Verbindungen des Schaltelementes 5 neben der elektrischen Ma schine 1 für den Montageprozess einfacher zugänglich sind.

In den Figuren 11 und 12 sind die Planetenradsätze PS1 , PS2 axial nebeneinander angeordnet. Ferner sind die Planetenradsätze PS1 , PS2 und das Schaltelement 5 ra dial innerhalb der elektrischen Maschine 1 angeordnet. In Figur 11 ist vorgesehen, dass das Schaltelement 5 radial gesehen zwischen den Planetenradsätzen PS1 ,

PS2 und der elektrischen Maschine 1 angeordnet ist. In Figur 12 dagegen ist das Schaltelement 5 axial neben den beiden Planetenradsätzen PS1 , PS2 angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine sehr kompakte axiale Bauweise. Das Schaltelement 5 kann somit optimal in den Bauraum der elektrischen Maschine 1 integriert werden. Wenn die beiden Planetenradsätze PS1 , PS2 axial nebeneinander angeordnet sind, werden das Sonnenrad 10 des ersten Planetenradsatzes PS1 und dass Hohlrad 11 des zweiten Planetenradsatzes PS2 beispielsweise über eine Koppelwelle 19 mitei nander verbunden.

Bezuqszeichen

1 elektrische Maschine

2 Rotorwelle bzw. Antriebswelle

3 erste Abtriebswelle

4 zweite Abtriebswelle

5 Schaltelement bzw. Aktuator

6 Schiebemuffe

7 Gehäuse bzw. Stator

8 Hohlrad des ersten Planetenradsatzes

9 Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes

10 Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes

11 Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes

12 Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes

13 Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes

14 Spindeltrieb

15 Schaltgabel

16 Parksperrklinke

17 Sperrelement

18 Elektromotor

19 Koppelwelle

N erste Schaltstellung

51 zweite Schaltstellung

52 dritte Schaltstellung

PS1 erster Planetenradsatz

PS2 zweiter Planetenradsatz