Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle als Antriebwelle gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb.

Elektrische Antriebe für ein Fahrzeug mit einem Getriebe zum Realisieren mehrerer Gang stufen sind aus der Fahrzeugtechnik allgemein bekannt. Auslegungsrelevant für elektrische Antriebe sind zum einen das Anfahrmoment und die geforderte Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeuges. Diese Anforderungen sind durch ein Getriebeschema nur mit einem erheblichen Bauraumbedarf bei geringer Leistungsdichte und mit besonders hohen Belastungen an den Schaltelementen zu realisieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb und ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche ein Getriebe mit hoher Leistungsdichte und geringen Belastungen an den Schaltele menten aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beziehungsweise 12 ge löst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den jeweiligen Unteran- sprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.

Es wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle als Antriebswelle vorgeschlagen, die über ein Getriebe mit zumindest zwei Schaltelementen zum Realisieren von zumindest zwei Gangstufen mit einem Abtriebs differential zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle verbunden ist. Die Rotorwelle und die Abtriebswellen sind achsparallel zueinander angeord net, wobei als Getriebe zumindest eine Stirnradstufe sowie zumindest ein Planetengetriebe vorgesehen sind. Um einen besonders bauraumsparenden und geringe Schaltkräfte aufwei senden elektrischen Antrieb vorzuschlagen, ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe als Summiergetriebe zum Realisieren eines leistungsverzweigten Getriebes ausgeführt ist, wo bei die Rotorwelle zum Realisieren eines ersten Leistungspfades über eine erste Stirnradstu fe mit einem Element des Planetengetriebes verbunden ist und wobei mehrere beziehungs weise zumindest zwei schaltbare Leistungspfade jeweils über ein zu geordnetes Schaltele ment vorgesehen sind. Aufgrund der vorgesehenen Leistungsverzweigung und der damit verbundenen Aufteilung der zu übertragenen Leistung zum Realisieren einer Gangstufe auf zumindest zwei Leis tungspfade wird eine hohe Leistungsdichte und hohe Spreizungen bei dem Getriebe sowie gleichzeitig geringe Belastungen an den Schaltelementen realisiert und damit in vorteilhafter Weise nur geringe Schaltkräfte bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb benötigt, so- dass die vorgesehenen Schaltelemente besonders kostengünstig elektrisch aktuiert werden können. Zudem ist es möglich auf einfachste Weise weitere Übersetzungen beziehungswei se Gangstufen zu realisieren, um dadurch den vorgeschlagenen elektrischen Antrieb univer seller einsetzbar zu machen.

Als erster, nichtschaltbarer quasi fest verbundener Leistungspfad kann beispielsweise die Rotorwelle über die erste Stirnradstufe mit einem Hohlrad als Element des Planetengetriebes verbunden werden, wobei als Abtrieb ein Planetenradträger als Element des Planetengetrie bes mit dem Abtriebsdifferential verbunden ist. Der schaltbare Leistungspfad kann bei dieser Ausführungsvariante z. B. über ein Sonnenrad als Element des Planetengetriebes in vielfälti ger Weise realisiert werden.

Eine Möglichkeit, den schaltbaren Leistungspfad zu realisieren, wird dadurch erreicht, dass ein Element des Planetengetriebes über ein zugeordnetes Schaltelement mit einem Gehäu se des elektrischen Antriebes verbunden wird. Bei dieser möglichen Ausführung werden auf grund der Leistungsverzweigung nur geringe Schaltkräfte bei dem zugeordneten Schaltele ment erforderlich.

Im Rahmen einer besonders bauraumsparenden Ausführung ohne weitere Stirnradstufen kann der schaltbare Leistungspfad beispielsweise dadurch realisiert werden, dass zwei Ele mente des Planetengetriebes über ein zugeordnetes Schaltelement miteinander verbunden werden. Der dadurch realisierte Blockumlauf des Planetengetriebes erzeugt somit den schaltbaren Leistungspfad, während der erste Leistungspfad über die feste Verbindung zwi schen Rotorwelle und Stirnradstufe und Hohlrad des Planetengetriebes realisiert wird. Auf diese Weise entstehen an dem Schaltelement zum Erzeugen des Blockumlaufes nur geringe Schaltkräfte.

Eine weitere Möglichkeit, den schaltbaren Leistungspfad zu realisieren, wird dadurch er reicht, dass ein Element des Planetengetriebes über ein zugeordnetes Schaltelement mit einem Gehäuse des elektrischen Antriebes verbunden wird. Auch bei dieser möglichen Aus führung werden aufgrund der Leistungsverzweigung nur geringe Schaltkräfte bei dem zuge ordneten Schaltelement erforderlich. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass zum Realisie ren des schaltbaren Leistungspfades zumindest eine weitere Stirnradstufe über ein zugeord netes Schaltelement mit einem Element des Planetengetriebes verbunden wird. Durch die Verwendung einer weiteren Stirnradstufe kann die Übersetzung der Gangstufe an entspre chende Einsatzzwecke angepasst werden. Auch bei dieser Ausführung des schaltbaren Leistungspfades werden durch die Leistungsverzweigung geringe Kräfte bei dem zugeordne ten Schaltelement erforderlich.

Vorzugsweise können bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb zumindest zwei Gang stufen realisiert werden. Bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb kann hierzu vorge sehen werden, dass der nicht schaltbare, fest verbundene Leistungspfad mit einem der vor geschriebenen schaltbaren Leistungszweigen beziehungsweise Leistungspfaden miteinan der kombiniert wird, um eine Gangstufe zu realisieren. Jede weitere Gangstufe wird durch eine weitere Kombination von nicht schaltbaren Leistungspfad und einem beliebigen schalt baren Leistungspfad realisiert. Demzufolge sind verschiedene Kombinationen möglich, um die zumindest zwei Gangstufen bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb zu realisieren.

Ferner ist es bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb möglich, beispielsweise durch Verwendung weiterer Schaltelemente oder weiterer Stirnradstufen, ohne weiteres weitere Gangstufen vorzusehen.

Als Schaltelemente können sowohl formschlüssige, als auch reibschlüssige Schaltelemente eingesetzt werden, wobei bei der Verwendung von reibschlüssigen Schaltelementen eine uneingeschränkte Lastschaltfähigkeit bei dem Getriebe realisiert wird. Vorteilhafterweise kann jedoch das Schaltelement, welches für die erste Gangstufe verwendet wird, auch als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt werden, um somit zusätzlich Schleppverluste zu minimieren.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Fahrzeug mit dem vorbe schriebenen elektrischen Antrieb zu beanspruchen. Hieraus ergeben sich die bereits be schriebenen und weitere Vorteile. Besonders bevorzugt ist es, das Fahrzeug mit dem elektri schen Antrieb als Achsantrieb auszuführen.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemä ßen elektrischen Antriebes als Zweigangvariante für ein Fahrzeug;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante des elektrischen An triebes als Zweigangvariante für ein Fahrzeug;

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsvariante des elektrischen Antrie bes als Dreigangvariante für ein Fahrzeug; und Fig. 4 eine vierte Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes als Dreigangvariante für ein Fahrzeug.

In den Figuren 1 bis 4 sind schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen Antriebes für ein Fahrzeug beispielhaft anhand verschiedener Ausführungsvarianten dargestellt.

Unabhängig von den Ausführungsvarianten umfasst der elektrische Antrieb für ein Fahrzeug zumindest eine elektrische Maschine 1 mit einer Rotorwelle 2 als Antriebswelle, die über ein Getriebe mit zumindest zwei Schaltelementen 3, 14, 16, 19 zum Realisieren von zumindest zwei Gangstufen mit einem Abtriebsdifferential 4 zum Antrieb zumindest einer ersten Ab triebswelle 5 und einer zweiten Abtriebswelle 6 verbunden ist. Die Rotorwelle 2 und die Ab triebswellen 5, 6 sind achsparallel zueinander angeordnet, wobei als Getriebe zumindest eine Stirnradstufe 7 sowie zumindest ein Planetengetriebe 8 vorgesehen sind. Um eine be sonders bauraumsparende und zugleich eine hohe Leistungsdichte aufweisende Anordnung des Getriebes des elektrischen Antriebes vorzuschlagen, bei dem zudem geringe Schaltkräf te zum Realisieren der Gangstufen vorgesehen sind, ist vorgesehen, dass das Planetenge triebe 8 als Summiergetriebe zum Realisieren eines leistungsverzweigten Getriebes ausge führt ist, wobei die Rotorwelle 2 der elektrischen Maschine 1 zum Realisieren eines ersten Leistungspfades über eine erste Stirnradstufe 7 mit einem Element des Planetengetriebes 8 verbunden ist und wobei zumindest zwei schaltbare Leistungspfade jeweils über ein zuge ordnetes Schaltelement 3, 14, 16, 19 vorgesehen sind.

Bei sämtlichen dargestellten Ausführungsvarianten ist der elektrische Antrieb als Achsantrieb des Fahrzeuges beispielhaft dargestellt. Weiterhin ist bei sämtlichen Ausführungsvarianten die Rotorwelle 2 über die erste Stirnradstufe 7 mit einem Hohlrad 9 als Element des Plane tengetriebes 8 zum Realisieren des ersten fest verbundenen Leistungspfades verbunden. Ferner ist als Abtrieb ein Planetenradträger 10 als Element des Planetengetriebes 8 mit dem Abtriebsdifferential 4 verbunden und treibt somit die beiden Abtriebswellen 5, 6 an. Zum Realisieren der Parksperrenfunktion kann eine Parksperre P den Planetenradträger 10 des Planetengetriebes 8 mit einem Gehäuse 11 verbinden, um somit die Abtriebswellen 5, 6 über das Abtriebsdifferential 4 zu sperren. Des Weiteren kann bei jeder Ausführungsvariante eine sogenannte Entkopplungseinheit 12 vorgesehen sein, mit dem der Abtrieb von dem Antrieb entkoppelbar ist.

Insgesamt ergibt sich bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb eine hohe Spreizung von ca. 1,5 bis 2 bei einer maximalen Drehzahl der elektrischen Maschine 1 von 9000 bis 12000 Umdrehungen pro Minute bei einer Leistung von etwa 140 bis 150 KW sowie eine maximale Abtriebsdrehzahl von etwa 800 bis 2200 Umdrehungen pro Minute, während die maximale Standübersetzung des Planetengetriebes 8 bei etwa 4 liegt. Die Übersetzung einer ersten Gangstufe kann bei ca. 9 bis 14 und die Übersetzung einer zweiten Gangstufe kann bei 4 bis 7 liegen, wobei ohne weiteres weitere Gangstufen realisierbar sind.

In Figur 1 ist eine erste Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes mit nur einer ersten Stirnradstufe 7 dargestellt. Bei der ersten Ausführungsvariante gemäß Figur 1 ist zum Reali sieren einer ersten Gangstufe die Rotorwelle 2 über die erste Stirnradstufe 7 mit dem Hohl rad 9 des Planetengetriebes 8 als erster Leistungspfad verbunden und das Sonnenrad 13 des Planetengetriebes 8 wird über ein erstes Schaltelement 3 mit dem Gehäuse 11 als schaltbarer Leistungspfad verbunden. Das erste Schaltelement 3 ist als formschlüssiges Schaltelement 3 bzw. Schaltklaue ausgeführt, wodurch die Schleppverluste minimiert wer den.

Zum Realisieren einer zweiten Gangstufe ist bei der ersten Ausführungsvariante gemäß Fi gur 1 der vorbeschriebene erste Leistungspfad vorgesehen, während als weiterer zweiter schaltbarer Leistungspfad ein Blockumlauf bei dem Planetengetriebe 8 durch die Verbindung zweier Elemente des Planetengetriebes 8 realisiert wird. Im Detail werden das Sonnenrad 13 und das Hohlrad 9 des Planetengetriebes 8 über ein zweites Schaltelement 14 miteinander verbunden. Somit ergibt sich ein 2-Gang-Getriebe, welches zudem leistungsverzweigt ist und aufgrund dessen nur geringe Schaltelemente benötigt, sodass das erste Schaltelement 3 und das zweite Schaltelement 14 elektrisch aktuierbar sind.

Ferner ist nur eine erste Stirnradstufe 7 vorgesehen, die mit dem Planetengetriebe 8 axial versetzt ist, sodass eine bauraumsparende Anordnung ermöglicht wird, ohne dass die Über setzung aufgrund der Abmessung eingeschränkt ist, da die erste Stirnradstufe 7 mit einer radial nach innen versetzten Verzahnung des Hohlrades 9 des Planetengetriebes 8 kämmt. In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes als Achsantrieb eines Fahrzeuges dargestellt. Die zweite Ausführungsvariante umfasst im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante eine zweite Stirnradstufe 15, um eine zweite Gangstufe bei die ser beispielhaften Ausführung zu realisieren.

Auch bei der zweiten Ausführungsvariante wird der erste Leistungspfad bei den Gangstufen von der Rotorwelle 2 über die erste Stirnradstufe 7 und das Hohlrad 9 des Planetengetriebes 8 zum Abtriebsdifferential 4 realisiert. Die erste Gangstufe wird ebenso wie bei der ersten Ausführungsvariante durch das Gehäusefestsetzen des Sonnenrades 13 über das erste Schaltelement 3 als schaltbarer Leistungspfad realisiert. Bei der zweiten Gangstufe wird als schaltbarer Leistungspfad die Rotorwelle 2 über die zweite Stirnradstufe 15 und ein drittes Schaltelement 16 mit dem Sonnenrad 13 des Planetengetriebes 8 verbunden.

Aufgrund der gewählten Anordnung bei dem elektrischen Antrieb ergibt sich beispielsweise ein Achsabstand zwischen der Rotorwelle 2 und den Abtriebswellen 5, 6 von weniger als etwa 150 bis 200 mm, bei einem Durchmesser des Planetengetriebes 8 von etwa 200 mm.

Es wäre ohne weiteres denkbar, das zweite Schaltelement 14 bei der zweiten Ausführungs variante zusätzlich vorzusehen, sodass eine zusätzliche Gangstufe durch den Blockumlauf realisiert werden könnte, bei dem das Hohlrad 9 über das zweite Schaltelement 14 mit dem Sonnenrad 13 verbunden wird. Diese Ausführung entspricht der dritten Ausführungsvariante, die beispielhaft in Figur 3 dargestellt ist. Zum Schalten einer Gangstufe bei der 3-Gang- Variante ist das zugeordnete Schaltelement 3, 14, 16 zum Realisieren der jeweiligen Gang stufe geschlossen, während die beiden anderen Schaltelemente 3, 14, 16 geöffnet sind.

In Figur 4 ist eine vierte Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes schematisch ange deutet. Die elektrische Maschine 1 ist mit ihrer Rotorwelle 2 angedeutet, wobei der Rotorwel le 2 eine erste Stirnradstufe 7, eine zweite Stirnradstufe 15 und eine dritte Stirnradstufe 17 zugeordnet sind. Ferner sind einer Sonnenradwelle 18 des Sonnenrades 13 drei Schaltele mente 3, 14, 19 zugeordnet, sodass wiederum eine 3-Gang-Variante realisierbar ist.

Der erste Leistungspfad wird wie bei den anderen Ausführungsvarianten über die erste Stirn radstufe 7 und dem Hohlrad 9 des Planetengetriebes 8 realisiert. Ein schaltbarer Leistungs pfad kann beispielsweise bei der ersten Gangstufe durch das Festsetzen des Sonnenrades 13 über das erste Schaltelement 3 realisiert werden, mit dem das Sonnenrad 13 mit dem Gehäuse 11 verbunden wird. Bei einer zweiten Gangstufe wird der schaltbare Leistungspfad z. B. über die zweite Stirnradstufe 15 und dem zugeordneten dritten Schaltelement 16 reali- siert, sodass die zweite Stirnradstufe 15 mit dem Sonnenrad 13 verbunden wird. Bei der Re alisierung der dritten Gangstufe wird beispielsweise der schaltbare Leistungspfad durch die dritte Stirnradstufe 17 in Verbindung mit dem vierten Schaltelement 19 realisiert, mit dem die dritte Stirnradstufe 17 mit dem Sonnenrad 13 verbunden wird.

Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten in den Figuren 1 bis 4 wird quasi eine Zwischenwelle dadurch eingespart, dass die Sonnenradwelle 18 dazu verwendet wird. Bei den gezeigten Ausführungsvarianten ist vorgesehen, dass das erste Schaltelement 3, das zweite Schaltelement 14, das dritte Schaltelement 16 und das vierte Schaltelement 19 der Sonnenradwelle 18 zugeordnet sind. Es ist aber ebenso möglich, das erste Schaltelement 3, das zweite Schaltelement 14, das dritte Schaltelement 16 und das vierte Schaltelement 19 der Rotorwelle 2 zuzuordnen. Dies würde bedeuten, dass die Festräder der Rotorwelle 2 der Stirnradstufen 7, 15, 17 zu Losrädern werden und die Losräder der Sonnenradwelle 18 zu Festrädern werden.

Es sind auch beliebige Kombinationen der vorgeschlagenen Ausführungsvarianten unterei nander möglich, sodass die vorgeschlagenen schaltbaren Leistungspfade bei dem elektri schen Antrieb beliebig miteinander kombiniert werden können.

Bezuqszeichen

1 elektrische Maschine Rotorwelle

3 erstes Schaltelement Abtriebsdifferential

5 erste Abtriebswelle

6 zweite Abtriebswelle

7 erste Stirnradstufe

8 Planetengetriebe

9 Hohlrad

10 Planetenradträger

11 Gehäuse

12 Entkopplungseinheit

13 Sonnenrad

14 zweites Schaltelement

15 zweite Stirnradstufe

16 drittes Schaltelement

17 dritte Stirnradstufe

18 Sonnenradwelle

19 viertes Schaltelement

P Parksperre