Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug.

Stand der Technik

Antriebsvorrichtungen, die dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs dienen und hierdurch dessen Fortbewegung ermöglichen, sind hinlänglich bekannt. Bekannt ist auch dass derartige Antriebe ein Schaltgetriebe umfassen können, zum Wählen verschiedener Übersetzungen für eine An- triebsmotordrehzahl, und dass ein Antriebsdrehmoment mittels eines Differentials auf zwei verschiedene Abtriebswellen, insbesondere zum Antreiben eines linken und eines rechten Rades des Kraftfahrzeugs, aufteilbar ist. Gerade im Zusammenhang mit Elektromotoren als Antriebsmotoren werden sehr hohe Anforderungen in Bezug auf Gewicht, Baugröße und Effizienz solcher Antriebsvorrichtungen gestellt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug anzugeben, die besonders leicht und kompakte gebaut werden kann und dabei eine effiziente Funktion ermöglicht. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle, ein zumindest zweigängiges Schaltgetriebe, ein Differential und eine linke und rechte Abtriebswelle, wobei das Schaltgetriebe durch ein Planetengetriebe ausgebildet ist, wobei das Differential in das Planetengetriebe integriert ist.

Erfindungsgemäß ist eine Antriebsvorrichtung vorgesehen, die das Schalten von zumindest zwei Gängen mittels eines Planetengetriebes ermöglicht. Hierdurch kann beispielsweise ein Elektromotor als Antriebsmotor näher an seinem optimalen Betriebspunkt betrieben werden. Ein maximales Drehmoment und maximale Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges sind so leichter über einen, beispielsweise elektrischen, Antriebsmotor darstellbar. Zusätzlich ist ein Differential direkt in das Schaltgetriebe integriert, so dass das Differential den durch das Planetengetriebe benötigten Bau- räum mitnutzen kann. Dazu sind vorzugsweise zumindest Teile des Differentials innerhalb des Hohlrades des Planetengetriebes angeordnet. Hierdurch wird der benötigte Bauraum der Antriebsvorrichtung verringert. Das Differential kann somit zusammen mit dem Planetengetriebe an der Antriebswelle ausgebildet sein und hierdurch für geringere Drehmomente ausgelegt sein, also kleinere Bauteile verwenden. Insgesamt hat eine derartige Antriebsvorrichtung daher geringes Gewicht, geringen Bauraum und einen hohen Wirkungsgrad.

Die Ausdrücke„links" und„rechts" wie zum Beispiel in„linke Ab- triebswelle" und„rechte Abtriebswelle" müssen erfindungsgemäß bei eingebauter Antriebsvorrichtung nicht unbedingt in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges verstanden werden und daher zu den Seiten eines Kraftfahrzeuges führen, sondern können beispielsweise auch zu einer vorderen und einer hinteren Achse führen. Vorzugsweise bildet der Planetensteg des Planetengetriebes das Differentialgehäuse des Differentials.

Ausgleichsräder des Differentials sind vorzugsweise am Planetensteg des Planetengetriebes drehbar gelagert.

Der Planetensteg erfüllt daher eine Doppelfunktion und dient zusätzlich zu dessen Funktion im Planetengetriebe und somit Schaltgetriebe auch als notwendiges Bauteil des Differentials.

Vorzugsweise sitzt das Planetengetriebe zusammen mit dem Differential auf der Antriebswelle, so dass das Planetengetriebe zusammen mit dem Differential eine gemeinsame erste Getriebestufe ausbildet, die als kompaktes Paket ausgeführt sein kann.

Die Antriebswelle kann das Sonnenrad des Planetengetriebes antreiben.

Die Antriebswelle kann direkt durch eine Rotorwelle eines Antriebsmotors gebildet sein oder mit einer solchen Rotorwelle rotationsverbunden sein.

Der Abtrieb des Schaltgetriebes erfolgt bevorzugt über den Planetensteg des Planetenge triebes.

Nach dem Planetensteg des Planetengetriebes erfolgt der Abtrieb des Schaltgetriebes besonders bevorzugt ferner über Ausgleichsräder und Seitenräder des Differentials, insbesondere zu einem linken und einem rechten Abtriebs-Stirnrad, wobei die Abtriebs-Stirnräder auch als Ritzelwellen ausgebildet sein können. Insbesondere können die Abtriebs-Stirnräder an Hohlwellen ausgebildet sein, die zumindest abschnittsweise koaxial um die Antriebswelle angeordnet sein können. Vorzugsweise kämmt das linke Abtriebs-Stirnrad mit einem linken Antriebs-Stirnrad der linken Abtriebswelle und das rechte Abtriebs-Stirnrad kämmt mit einem rechten Antriebs-Stirnrad der rechten Abtriebswelle, wobei die linke und rechte Abtriebswelle und das linke und rechte Antriebs-Stirnrad eine zweite Getriebestufe der Antriebsvorrichtung bilden.

Bevorzugt ist das Hohlrad des Planetengetriebes wahlweise in eine erste Stellung bringbar, in der das Hohlrad gehäusefest ist, insbesondere zum Schalten eines ersten Gangs des Schaltgetriebes, und in eine zweite Stellung bringbar, in der das Hohlrad mit dem Planetensteg drehfest verbunden ist, so dass es mit diesem im Block umläuft, insbesondere zum Schalten eines zweiten Gangs des Schaltgetriebes. Besonders bevorzugt ist das Hohlrad des Planetengetriebes wahlweise in eine dritte Stellung bringbar, in der das Hohlrad weder gehäusefest noch mit dem Planetensteg verbunden ist, so dass sich eine freie Drehzahl am Hohlrad einstellen kann, insbesondere zum Schalten eines Neutralgangs des Schaltgetriebes.

Eine Quersperre kann zwischen der linken und rechten Abtriebswelle ausgebildet sein, so dass durch die Quersperre die linke und rechte Abtriebswelle miteinander drehfest koppelbar sind, wobei die Quersperre insbesondere zwischen Antriebs-Stirnrädern der Abtriebswellen, also insbe- sondere zwischen dem linken und rechten Antriebs-Stirnrad, angeordnet ist. Durch eine derartige Quersperre kann in schwierigen Fahrsituationen die Traktion des Kraftfahrzeuges erhöht werden, in dem die Funktion des Differentials außer Kraft gesetzt wird und das Drehmoment auf beide Abtriebe gleich verteilt wird. Durch die Position der Quersperre zwischen den beiden Abtriebswellen kann der freie Raum zwischen den Antriebs-Stirnrädern der Abtriebswellen genutzt werden. Auch wäre ein nachträglicher Einbau einer solchen Quersperre relativ einfach möglich. Eine Quersperre kann auch am Differential ausgebildet sein, so dass durch die Quersperre der Planetensteg und ein Ausgleichsrad des Differentials drehfest koppelbar sind, wobei die Quersperre insbesondere axial neben dem Differential auf der Antriebsachse der Antriebsvorrichtung angeordnet ist. Auf Grund der geringen Drehmomente kann eine Quersperre in dieser Position sehr kompakt und leicht ausgeführt werden.

Bevorzugt ist ein Torque-Vectoring Antrieb am Differential ausgebildet, wobei der Torque-Vectoring Antrieb mit dem Planetensteg und/ oder einem Abtriebs-Stirnrad drehfest koppelbar ist. Der Torque-Vectoring Antrieb kann insbesondere axial neben dem Differential auf der Antriebsachse der Antriebsvorrichtung angeordnet sein. Ein solcher Torque-Vectoring Antrieb ermöglicht dynamische Kurvenfahrten des Kraftfahrzeuges, da die Drehmomentaufteilung zwischen den Abtriebswellen aktiv beeinflusst werden kann. Dazu wird auf das Differential und/ oder auf die Abtriebswellen über einen zusätzlichen Antrieb ein zusätzliches Drehmoment aufgebracht. Durch die Anordnung des Torque-Vectoring Antriebs am Differential wirken relativ geringe Drehmomente und der Torque-Vectoring Antrieb kann entsprechend kleiner dimensioniert werden. Bevorzugt umfasst die Antriebsvorrichtung eine Parksperre, wobei die

Parksperre so ausgebildet ist, dass durch die Parksperre der Planetensteg und/ oder das Sonnenrad des Planetengetriebes blockierbar ist, also eine Rotation des Planetenstegs und/ oder des Sonnenrades verhindert wird. Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine dreidimensionale, teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 1 in einem ersten Zustand, nämlich in einem ersten Gang. ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 1 in einem zweiten Zustand, nämlich in einem zweiten Gang. ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 1 in einem dritten Zustand, nämlich in einem Neutral-Gang. ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer Ausführungsvariante mit einer Parksperre am Sonnenrad.

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer Ausführungsvariante mit einer Parksperre am Differential. ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer Ausführungsvariante mit einer Quersperre an den Abtriebswellen. Fig. 8 ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer Ausführungsvariante mit einer Quersperre am Differential. ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer Ausführungsvariante mit einem Torque-Vectoring Antrieb.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung In den Fig. 1 -4 ist eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Die Antriebsvorrichtung umfasst einen Antriebsmotor 18, der eine Antriebswelle 1 , insbesondere die Rotorwelle des Antriebsmotors 18 antreibt. Eine erste Getriebestufe der Antriebsvorrichtung ist an dieser Antriebswelle 1 ausgebildet und umfasst ein Planeten- getriebe 5, sowie ein Differential 2, welches in das Planetengetriebe 5 integriert ist.

Die Antriebswelle 1 treibt direkt das Sonnenrad 8 des Planetenge triebes 5. Das Sonnenrad 8 kämmt mit Platenrädern 21 , die an einem Planetensteg 6 drehbar gelagert sind. Die Planetenräder 21 kämmen wiederum mit dem Hohlrad 14 des Planetenge triebes 5. Der Abtrieb der ersten Getriebestufe erfolgt über den Planetensteg 6, der gleichzeitig das Differentialgehäuse des Differentials 2 bildet. Am Planetensteg 6 sind Ausgleichsräder 7 des Differentials 2 drehbar gelagert. Die Drehachse der Ausgleichsräder 7 ist radial in Bezug auf die Antriebsachse 1 , die Drehachse der Planetenräder 21 achsparallel zur Antriebsachse 1. Die Ausgleichsräder 7 kämmen mit einem linken und rech- ten Seitenrad 9 des Differentials 2, deren Drehmomente jeweils mittels einer Hohlwelle, die koaxial zur Antriebsachse 1 ausgebildet ist, direkt auf ein linkes Abtriebs-Stirnrad 10 und ein rechts Abtriebs-Stirnrad 1 1 der ersten Getriebestufe übertragen wird. Das linke Abtriebs-Stirnrad 10 und rechte Abtriebs-Stirnrad 1 1 kämmen mit den Antriebs-Stirnrädern 12 und 13 der zweiten Getriebestufe. Die linken und rechten Antriebs-Stirnräder 12, 13 sind mit linken und rechten Abtriebswellen 3 und 4 drehfest verbunden bzw. einstückig ausgebildet.

Die Übersetzung der ersten Getriebestufe kann durch Positionieren des Hohlrades 14 in einer von drei verschiedenen Stellungen verändert werden (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4). Insbesondere kann eine Schaltmuffe 20 radial außerhalb des Hohlrades 14 angeordnet sein, so dass durch Verschieben der Schaltmuffe 20 wahlweise eine Verbindung des Hohlrades 14 mit dem Gehäuse 19 der Antriebsvorrichtung hergestellt werden kann (Fig. 2) oder mit dem Planetensteg 6 (Fig. 3) oder weder mit dem Gehäuse 19 noch mit dem Planetensteg 6 (Fig. 4). In Fig. 2 ist die Antriebsvorrichtung in einem ersten Gang dargestellt, in dem das Hohlrad 14 mit dem Gehäuse 19 drehfest verbunden ist, also gehäusefest, so dass die Drehzahl des Hohlrades 14 auf 0 festgelegt wird. Die Übersetzung der ersten Getriebestufe ergibt sich dann aus dem Zäh- nezahlverhältnis Hohlrad zu Sonnenrad + 1. In Fig. 3 ist das Hohlrad 14 mit dem Planetensteg 6 drehfest verbunden und läuft Block um, die Drehzahl von Hohlrad 14 und Planetensteg 6 ist dann gleich der Drehzahl der Antriebswelle 1. In einer mittleren Position der Schaltmuffe 20, wie in Fig. 4 dargestellt, ist das Hohlrad 14 weder gehäusefest noch mit dem Planetensteg 6 verbunden. Es stellt sich eine freie Drehzahl am Planetensteg 6 ein. In dieser Stellung wird kein Drehmoment von der Antriebswelle 1 übertragen. Die Stellung stellt einen Neutralgang der Antriebsvorrichtung dar.

Die Fig. 5 und Fig. 6 zeigen Ausführungsformen der Antriebsvorrichtung mit zusätzlich eingerichteter Parksperre 17.

In Fig. 5 ist die Parksperre 17 am Sonnenrad 8 bzw. an der Antriebswelle 1 ausgebildet, so dass über eine Schaltmuffe 20 die Antriebswelle 1 und das Sonnenrad 8 gehäusefest geschaltet und somit blockiert werden können. Für die beiden dargestellten Schaltmuffen 20 (an der Parksperre 17 bzw. am Hohlrad) ist jeweils eine mögliche zweite Position durch gestrichelte Linien dargestellt. In der Ausführung der Fig. 6 ist die Parksperre 17 am Differential ausgebildet, so dass der Planetensteg 6, der den Differentialkorb bildet, gehäusefest geschaltet und blockiert werden kann.

Die Fig. 7 und Fig. 8 zeigen in ähnlicher Weise verschiedene Anordnungen von Quersperren 15, zum Sperren des Differentials 2, in erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtungen.

In Fig. 7 ist eine Quersperre 15 zwischen der linken und rechten Abtriebswelle 3 und 4 eingerichtet, so dass die beiden Abtriebswellen 3, 4 miteinander drehfest gekoppelt werden können. Die Quersperre 15 ist hier platzsparend zwischen den beiden Antriebs-Stirnrädern 12 und 13 der Abtriebswellen angeordnet.

Fig. 8 zeigt eine alternative Anordnung einer Quersperre 15, nämlich am Differential 2. Hier sind durch die Quersperre 15 der Planetensteg 6, also der Differentialkorb, und ein Seitenrad 9 des Differentials 2 drehfest koppelbar. Die Quersperre 15 ist axial neben dem Differential 2 auf der Antriebsachse der Antriebsvorrichtung, koaxial zur Antriebswelle 1 , angeordnet.

Fig. 9 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, die einen Torque-Vectoring Antrieb 16 am Differential 2 aufweist. Der Torque-Vectoring Antrieb 16 verfügt über einen eigenen Antriebsmotor, der mit dem Planetensteg 6 und/ oder einem Abtriebs-Stirnrad 9, 10 drehfest koppelbar ist. Der Torque-Vectoring Antrieb 16 ist axial neben dem Differential 2 auf der Antriebsachse der Antriebsvorrichtung angeordnet, also wieder koaxial zur Antriebswelle 1.

Erfindungsgemäß sind natürlich auch beliebige Kombinationen der dargestellten Ausführungsformen einer Antriebsvorrichtung möglich, beispielsweise mit Parksperre, Quersperre und/oder Torque-Vectoring Antrieb.

Bezugszeichenliste

1 Antriebswelle

2 Differential

3 linke Abtriebswelle

4 rechte Abtriebswelle

5 Planetengetriebe

6 Planetensteg

7 Ausgleichsrad

8 Sonnenrad

9 Seitenrad

10 linkes Abtriebs-Stirnrad

1 1 rechtes Abtriebs-Stirnrad

12 linkes Antriebs-Stirnrad

13 rechtes Antriebs-Stirnrad

14 Hohlrad

15 Quersperre

16 Torque-Vectoring Antrieb

17 Parksperre

18 Antriebsmotor

19 Gehäuse

20 Schaltmuffe

21 Planetenrad