DE102022203097A1

DE102022203097A1 - Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102022203097A1
Application number: DE102022203097.4A
Authority: DE
Inventors: Niclas Raeder
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-10-05
Also published as: US11958348B2; US20230311628A1

Abstract

Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs umfassend eine erste und zweite elektrische Maschine (EM1, EM2), ein Differential (5), und ein Schaltgetriebe (1) aufweisend eine erste und zweite Getriebeeingangswelle (2, 3) zur Anbindung der jeweiligen elektrischen Maschine, eine Getriebeausgangswelle (4) zur Anbindung des Differentials (5), mindestens einen ersten Planetensatz (PS1) mit einem ersten, zweiten und dritten Element eine erste Schalteinheit (S1) mit genau drei Schaltstellungen, wobei gemäß einer ersten Schaltstellung (A) der ersten Schalteinheit (S1) ein zweites Element (E12) des ersten Planetensatz (PS1) mit einem drehfesten Bauteil (G) verbunden ist, wobei gemäß einer zweiten Schaltstellung (B) der ersten Schalteinheit (S1) zwei der drei Elemente des ersten Planetensatzes (PS1) drehfest miteinander verbunden sind, wobei die dritte Schaltstellung (N1) der ersten Schalteinheit (S1) eine Neutralstellung ist, und eine zweite Schalteinheit (S2) mit genau drei Schaltstellungen, wobei gemäß einer ersten Schaltstellung (C) der zweiten Schalteinheit (S2) die erste Getriebeeingangswelle (2) und die zweite Getriebeeingangswelle (3) drehfest verbunden sind, wobei gemäß einer zweiten Schaltstellung (D) der zweiten Schalteinheit (S2) die zweite Getriebeeingangswelle (3) zumindest mittelbar mit dem zweiten Element des ersten Planetensatzes (PS1) verbunden ist, wobei die dritte Schaltstellung (N2) der zweiten Schalteinheit (S2) eine Neutralstellung ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs, insbesondere für einen elektrischen Achsantrieb. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Antriebsachse, die eine solche Antriebseinheit aufweist.
Beispielsweise geht aus der WO 2021/063789 A1 eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges mit einem ersten und einem zweiten Antriebsrad, einer ersten und zweiten elektrischen Maschine, einem Schaltgetriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle sowie einem Achsdifferenzial mit einem Differenzialeingang und zwei Differentialausgangswellen hervor. Die erste elektrische Maschine ist mit der Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle ist mit dem Differenzialeingang verbunden. Die zweite elektrische Maschine ist bedarfsweise als zusätzlicher Antrieb zuschaltbar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs bereitzustellen. Insbesondere soll die Antriebseinheit kompakt und energieeffizient aufgebaut sein. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs umfasst eine erste elektrische Maschine, eine zweite elektrische Maschine, ein Differential mit einem Differentialeingang und zwei Differentialausgangswellen, die dazu eingerichtet sind, mit einem jeweiligen Antriebsrad der Antriebsachse antriebswirksam verbunden zu sein, und ein Schaltgetriebe aufweisend eine erste Getriebeeingangswelle zur Anbindung der ersten elektrischen Maschine, eine zweite Getriebeeingangswelle zur Anbindung der zweiten elektrischen Maschine, eine Getriebeausgangswelle zur Anbindung des Differentials, mindestens einen ersten Planetensatz mit einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element, eine erste Schalteinheit mit genau drei Schaltstellungen, wobei gemäß einer ersten Schaltstellung der ersten Schalteinheit ein zweites Element des ersten Planetensatz mit einem drehfesten Bauteil verbunden ist, wobei gemäß einer zweiten Schaltstellung der ersten Schalteinheit zwei der drei Elemente des ersten Planetensatzes drehfest miteinander verbunden sind, wobei die dritte Schaltstellung der ersten Schalteinheit eine Neutralstellung ist, und eine zweite Schalteinheit mit genau drei Schaltstellungen, wobei gemäß einer ersten Schaltstellung der zweiten Schalteinheit die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle drehfest verbunden sind, wobei gemäß einer zweiten Schaltstellung der zweiten Schalteinheit die zweite Getriebeeingangswelle zumindest mittelbar mit dem zweiten Element des ersten Planetensatzes verbunden ist, wobei die dritte Schaltstellung der zweiten Schalteinheit eine Neutralstellung ist.
Das Schaltgetriebe ermöglicht den Anschluss zweier elektrischer Maschinen zur Einleitung einer Antriebsleistung über die beiden Getriebeeingangswellen. Das Schaltgetriebe ist antriebswirksam mit dem als Achsdifferential ausgebildeten Differential verbunden, wobei das Differential zum Anschluss zweier Ausgangswellen, welche zum Abtrieb auf das jeweilige Antriebsrad der Antriebsachse des Fahrzeugs vorgesehen sind, eingerichtet ist. Insbesondere wird die Antriebseinheit in einer elektrischen Antriebsachse für ein elektrisches Fahrzeug verwendet. Das Schaltgetriebe weist drei Gänge auf, wodurch eine hohe Energieeffizienz, insbesondere für elektrische Nutzfahrzeuge, geschaffen wird, wobei dafür lediglich zwei Schalteinheiten benötigt werden.
Unter einer „Schalteinheit“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest in einer der Schaltstellungen zwei Wellen miteinander drehfest verbindet und in einer anderen Schaltstellung die Wellen voneinander entkoppelt, sodass diese relativ zueinander rotieren können. In einem geschlossenen Zustand eines Schaltelements der Schalteinheit sind somit zwei Wellen drehfest miteinander verbunden, wobei in einem geöffneten Zustand eines Schaltelements oder einer Neutralposition der Schalteinheit die Wellen unterschiedliche Drehzahlen und/oder Drehrichtungen aufweisen können. Insbesondere kann eine Schalteinheit mehrere Schaltelemente umfassen und zur formschlüssigen oder reibschlüssigen Verbindung zweier Wellen eingerichtet sein. Bevorzugt sind die Schaltelemente formschlüssig ausgebildet, wobei die Schalteinheit dadurch kompakter und effizienter ist als eine Schalteinheit mit reibschlüssigen Schaltelementen.
Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung einer der Schalteinheiten hergestellt werden kann. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird. Der Begriff „Welle“ schließt dabei nicht aus, dass die zu verbindenden Komponenten einteilig ausgeführt sein können. Insbesondere können zwei drehfest miteinander verbundene Wellen einteilig ausgebildet sein.
Über die erste Getriebeeingangswelle erfolgt die Anbindung der ersten elektrischen Maschine. Bevorzugt ist die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine über eine erste Stirnradstufe mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Die erste Stirnradstufe umfasst eine drehfest an der ersten Getriebeeingangswelle angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest an der Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen der Rotationsachse des Schaltgetriebes und der Rotationsachse der ersten elektrischen Maschine. Der Betrag des Achsversatzes kann über die beiden Verzahnungsdurchmesser der ersten Stirnradstufe angepasst werden, wobei die erste elektrische Maschine in tangentialer Richtung frei um das Schaltgetriebe positionierbar ist.
Über die zweite Getriebeeingangswelle erfolgt die Anbindung der zweiten elektrischen Maschine. Bevorzugt ist die Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine über eine zweite Stirnradstufe mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Die zweite Stirnradstufe umfasst eine drehfest an der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest an einer Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen der Rotationsachse des Schaltgetriebes und der Rotationsachse der zweiten elektrischen Maschine. Der Betrag des Achsversatzes kann über die beiden Verzahnungsdurchmesser der zweiten Stirnradstufe angepasst werden, wobei die zweite elektrische Maschine in tangentialer Richtung frei um das Schaltgetriebe positionierbar ist.
Über die Getriebeausgangswelle wird das Differential antriebswirksam mit dem Schaltgetriebe verbunden. Unter einer „antriebswirksam Verbindung“ ist eine Verbindung zwischen zwei Elementen oder zwischen zwei Vorrichtungen oder zwischen einem Element und einer Vorrichtung zu verstehen, die unmittelbar, also ohne weitere Elemente und/oder Vorrichtungen, oder mittelbar, also durch Einbeziehung weiterer Elemente oder Vorrichtungen, erfolgen kann.
Der erste Planetensatz weist drei Elemente auf, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes vorzugsweise als Sonnenradwelle ausgebildet ist, wobei das zweite Element des ersten Planetenradsatzes vorzugsweise als Hohlradwelle ausgebildet ist, wobei das dritte Element des ersten Planetenradsatzes vorzugsweise als Stegwelle bzw. Planetenträger ausgebildet ist. Bevorzugt sind an der Stegwelle mehrere Planetenräder über jeweilige Planetenbolzen drehbar gelagert, wobei die Planetenräder mit der Sonnenradwelle und der Hohlradwelle im Zahneingriff stehen. Insbesondere dient der erste Planetensatz als Überlagerungsgetriebe, wobei die Antriebsleistung der beiden elektrischen Maschinen in dem Planetenradsatz überlagert wird und über das Differential auf die Antriebsräder des Fahrzeugs verteilt wird.
Wenn zwei der drei Elemente des ersten Planetensatzes drehfest miteinander verbunden sind, ist der erste Planetensatz verblockt und befindet sich somit in einem Blockumlauf. Durch das Verblocken des ersten Planetensatzes in der zweiten Schaltstellung der ersten Schalteinrichtung ist die Übersetzung unabhängig von der Zähnezahl der miteinander im Zahneingriff stehenden Elemente i=1. Anders ausgedrückt läuft der erste Planetensatz als Block um. Bevorzugt wird der erste Planetensatz verblockt, indem die Hohlradwelle des ersten Planetensatzes und die Stegwelle des ersten Planetensatzes mittels der ersten Schalteinrichtung drehfest miteinander verbunden werden.
In einer ersten Schaltstellung der ersten Schalteinheit ist ein zweites Element des ersten Planetensatzes mit einem drehfesten Bauteil verbunden. Bevorzugt ist die Hohlradwelle des ersten Planetensatzes mittels der ersten Schalteinrichtung mit einem drehfesten Bauteil verbunden, also stationär festgelegt.
Bei dem „drehfesten Bauteil“ des Getriebes, kann es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handeln, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement. Ist ein Element einer Getriebekomponente, wie beispielsweise ein Element eines Planetensatzes permanent oder mittels eines Schaltelements temporär an einem drehfesten Bauteil festgesetzt, so ist es permanent bzw. temporär an einer Drehbewegung gehindert.
Vorzugsweise liegt in einem ersten Gang die erste Schalteinheit in der ersten Schaltstellung vor, wobei die zweite Schalteinheit in einer beliebigen Schaltstellung vorliegt, wobei in einem zweiten Gang die zweite Schalteinheit in der zweiten Schaltstellung vorliegt, wobei die erste Schalteinheit in der Neutralstellung vorliegt, wobei in einem dritten Gang die erste Schalteinheit in der zweiten Schaltstellung vorliegt, wobei die zweite Schalteinheit in einer beliebigen Schaltstellung vorliegt. In dem ersten und dritten Gang kann der Vortrieb abhängig der Zugkraftanforderung mit nur einer elektrischen Maschine oder mit beiden elektrischen Maschinen erfolgen. Für den Antrieb mit beiden elektrischen Maschine liegt die zweite Schalteinheit in der zweiten Schaltstellung vor, sodass die beiden Getriebeeingangswellen drehfest miteinander verbunden sind. Für den Antrieb mit der ersten elektrischen Maschine liegt die zweite Schalteinheit in der Neutralstellung vor, wodurch die zweite elektrische Maschine aus dem Leistungsfluss entkoppelt wird. In dem zweiten Gang ist der Einsatz beider elektrischer Maschinen erforderlich. Dabei wird durch die Positionierung der ersten Schalteinheit in die Neutralstellung der Laufgrad des ersten Planetenradsatzes erhöht. Wenn die zweite Schalteinheit in die zweite Schaltposition überführt wird, wird die zweite Getriebeeingangswelle zumindest mittelbar über eine Vorübersetzung mit dem ersten Planetenradsatz verbunden, sodass ein Überlagerungsbetrieb an dem ersten Planetenradsatz entsteht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Schalteinheit eine mit dem zweiten Element des ersten Planetensatzes drehfest verbundene erste Schiebemuffe auf, wobei die erste Schiebemuffe mittels eines ersten Aktuators in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar ist. Bevorzugt weist die erste Schiebemuffe Klauen auf, die in der jeweiligen Gangstellung mit einer jeweiligen entsprechenden Klauenverzahnung am drehfesten Element und an dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes formschlüssig zusammenwirken können. Mithin sind die Klauenverzahnung am drehfesten Element und die Klauenverzahnung an dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes Schaltelemente, die mit der ersten Schiebemuffe zur Gangstellung formschlüssig verbunden werden. Insbesondere ist die erste Schiebemuffe in der Neutralstellung der ersten Schalteinheit axial zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung der ersten Schalteinheit angeordnet, sodass ein Wechsel zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung der ersten Schalteinheit stets einen Durchlauf durch die Neutralstellung der ersten Schalteinheit erfordert. Bevorzugt umfasst die erste Schalteinheit eine unsynchronisierte Klauenkupplung. Alternativ ist die Verwendung einer üblichen lösbaren Kupplung oder Bremse denkbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Schalteinheit eine mit der zweiten Getriebeeingangswelle drehfest verbundene zweite Schiebemuffe auf, wobei die zweite Schiebemuffe mittels eines zweiten Aktuators in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar ist. Bevorzugt weist die zweite Schiebemuffe Klauen auf, die in der jeweiligen Gangstellung mit einer jeweiligen entsprechenden Klauenverzahnung an der ersten Getriebeeingangswelle und an dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes oder einer damit antriebswirksam verbundenen Welle formschlüssig zusammenwirken können. Mithin sind die Klauenverzahnung an der ersten Getriebeeingangswelle und die Klauenverzahnung an dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes oder einer damit antriebswirksam verbundenen Welle Schaltelemente, die mit der zweiten Schiebemuffe zur Gangstellung formschlüssig verbunden werden. Insbesondere ist die zweite Schiebemuffe in der Neutralstellung der zweiten Schalteinheit axial zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung der zweiten Schalteinheit angeordnet, sodass ein Wechsel zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung der zweiten Schalteinheit stets einen Durchlauf durch die Neutralstellung der zweiten Schalteinheit erfordert. Bevorzugt umfasst die zweite Schalteinheit eine unsynchronisierte Klauenkupplung. Alternativ ist die Verwendung einer üblichen lösbaren Kupplung oder Bremse denkbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Schaltgetriebe einen zweiten Planetenradsatz als Vorübersetzung mit einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element, wobei das erste Element des zweiten Planetensatzes über die zweite Schalteinheit mit der zweiten Getriebeeingangswelle drehfest verbindbar ist, wobei das zweite Element des zweiten Planetensatzes mit einem drehfesten Bauteil verbunden ist, wobei das dritte Element des zweiten Planetensatzes mit dem zweiten Element des ersten Planetensatzes drehfest verbunden ist. Beispielsweise ist das erste Element des zweiten Planetensatzes als Sonnenradwelle ausgebildet, wobei das zweite Element des zweiten Planetensatzes als Hohlradwelle ausgebildet ist, wobei das dritte Element des zweiten Planetensatzes als Stegwelle bzw. Planetenträger ausgebildet ist. Demnach ist die Sonnenradwelle des zweiten Planetensatzes über die zweite Schalteinheit mit der zweiten Getriebeeingangswelle drehfest verbindbar, wobei die Hohlradwelle des zweiten Planetensatzes mit einem als Gehäuseteil ausgebildeten drehfesten Bauteil verbunden ist, wobei die Stegwelle des zweiten Planetensatzes mit der Hohlradwelle des ersten Planetensatzes drehfest verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vorgelegewelle als Vorübersetzung zwischen der zweiten Getriebeeingangswelle und dem ersten Planetensatz angeordnet, wobei das zweite Element des ersten Planetensatzes über die Vorgelegewelle und der zweiten Schalteinheit mit der zweiten Getriebeeingangswelle drehfest verbindbar ist. Durch die Verwendung einer Vorgelegewelle als Vorübersetzung kann der zweite Planetensatz als Vorübersetzung entfallen. Die Vorgelegewelle ist achsparallel zum ersten Planetenradsatz sowie zu den beiden Getriebeeingangswellen angeordnet und über zwei Stirnradstufen angebunden, wobei eine der Stirnradstufen die Anbindung zur zweiten Schalteinheit realisiert, wobei die andere Stirnradstufe die Anbindung zur Hohlradwelle des zweiten Planetensatzes realisiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebseinheit ferner zwei feste Übersetzungsstufen zur antriebswirksamen Anbindung der jeweiligen Differentialausgangswelle mit dem jeweiligen Antriebsrad der Antriebsachse auf. Mit anderen Worten ist die jeweilige Differentialausgangswelle über die jeweilige feste Übersetzungsstufe mit dem jeweiligen Antriebsrad antriebswirksam verbunden. Vorzugsweise ist die jeweilige Übersetzungsstufe als Planetensatz mit einer Sonnenradwelle, einer Hohlradwelle und einer Stegwelle ausgebildet. Insbesondere ist die jeweilige Sonnenradwelle der jeweiligen Übersetzungsstufe zur Anbindung am Differentialgetriebe eingerichtet, beispielsweise über eine jeweilige Gelenkwelle, die mit der Differentialausgangswelle drehfest verbunden ist. Insbesondere ist die jeweilige Hohlradwelle der jeweiligen Übersetzungsstufe stationär an einem Gehäuse festgelegt, wobei die jeweilige Stegwelle der jeweiligen Übersetzungsstufe zur Anbindung am Antriebsrad des Fahrzeugs eingerichtet ist. An der jeweiligen Stegwelle der jeweiligen Übersetzungsstufe sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste elektrische Maschine, die zweite elektrische Maschine und das Schaltgetriebe koaxial zueinander angeordnet. Bevorzugt ist zumindest ein Teil des Schaltgetriebes, beispielsweise mindestens ein Planetensatz, oder das gesamte Schaltgetriebe radial innerhalb einer oder beider elektrischer Maschinen angeordnet, wodurch die Antriebseinheit insbesondere in axialer Richtung kompakter ausgebildet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Differentialeingang mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden und das Differential koaxial zum Schaltgetriebe angeordnet. Beispielsweise ist die Differentialeingangswelle über die Getriebeausgangswelle mit der Stegwelle des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Vorzugsweise erstreckt sich eine der beiden Differentialausgangswellen axial durch das Schaltgetriebe.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Differentialeingang über eine dritte Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle antriebswirksam verbunden und das Differential achsparallel zum Schaltgetriebe angeordnet. Die dritte Stirnradstufe umfasst eine drehfest an der Getriebeausgangswelle angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest am Differentialeingang ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen der Rotationsachse des Schaltgetriebes und der Rotationsachse des Differentials. Der Betrag des Achsversatzes kann vorteilhafterweise über die beiden Verzahnungsdurchmesser der dritten Stirnradstufe angepasst werden, wobei das Schaltgetriebe in tangentialer Richtung frei um die Differentialachse positionierbar ist. Beispielsweise eine Verzahnung der dritten Stirnradstufe als Umfangsverzahnung an einem Differentialkorb des Differentials ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differentialgetriebe als Kegelraddifferential ausgebildet. Ein als Kegelraddifferential ausgebildetes Differential weist zwei radseitige Abtriebselemente auf, insbesondere ein erstes Abtriebsrad und zweites Abtriebsrad. Die beiden Abtriebsräder kämmen jeweils mit einem Ausgleichselement. Die Ausgleichselemente sind in einem Differentialkorb um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Das jeweilige Abtriebsrad ist mit einer jeweiligen Seitenwelle drehfest verbunden. Der Antrieb des Differentials erfolgt über den Differentialkorb. Die in das Differentialgetriebe eingespeiste Antriebsleistung, das heißt eine Drehzahl und ein Drehmoment, wird auf die Seitenwellen verteilt und auf die Antriebsräder der Achse übertragen. Die Seitenwellen sind dazu eingerichtet, mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs wirkverbunden zu sein. Die jeweilige Seitenwelle kann direkt bzw. unmittelbar oder indirekt bzw. mittelbar über ein Gelenk, eine Gelenkwelle und/oder eine Radnabe mit dem dazugehörigen Antriebsrad verbunden sein.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug umfassend eine Antriebsachse mit zwei Antriebsrädern und einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit rahmenfest am Fahrzeug angeordnet ist, wobei das jeweilige Antriebsrad der Antriebsachse über eine jeweilige Gelenkwelle mit dem Differential antriebswirksam verbunden ist. Mit anderen Worten sind die beiden elektrischen Maschinen, das Schaltgetriebe und das Differential positionsfest am Rahmen des Fahrzeugs angeordnet, wobei die Antriebsleistung der elektrischen Maschinen vom Differential über Gelenkwellen an die Antriebsräder übertragen wird. Die Gelenkwellen sind dazu eingerichtet, Relativbewegungen zwischen den Antriebsrädern und der Antriebseinheit ausgleichen. Alternativ ist der Einsatz von starren Wellen, also einer Kombination der Antriebseinheit mit einer Starrachse denkbar.
Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Fahrzeug, insbesondere für die Antriebsachse des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei gleich oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

1 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer Antriebsachse, die eine erfindungsgemäße Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform aufweist;
2 eine stark abstrahierte schematische Ansicht der Antriebsachse mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß 1;
3 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform;
5 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform; und
6 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer fünften Ausführungsform.

Gemäß 1 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 100, das vorliegend als Elektronutzfahrzeug ausgebildet ist und eine erste Fahrzeugachse 101 sowie eine zweite Fahrzeugachse 102 aufweist, dargestellt, wobei die erste Fahrzeugachse 101 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 10 aufweist, die in 2 detaillierter dargestellt ist. Die erste Fahrzeugachse 101 ist vorliegend als Frontachse ausgebildet, kann aber alternativ als Heckachse des Fahrzeugs 100 ausgebildet sein. Ferner kann das Fahrzeug 100 weitere Fahrzeugachsen aufweisen. An der ersten Fahrzeugachse 101 sind zwei Antriebsräder R1, R2 drehbar gelagert angeordnet, wobei an der zweiten Fahrzeugachse 102 zwei Räder R3, R4 drehbar gelagert angeordnet sind. Die Antriebseinheit 10 ist rahmenfest am Fahrzeug 100 angeordnet und umfasst eine erste elektrische Maschine EM1, eine zweite elektrische Maschine EM2, ein Differential 5 und ein Schaltgetriebe 1, wobei das Differential 5 achsparallel zu den beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 und zu dem Schaltgetriebe 1 angeordnet ist.
2 zeigt die Antriebsachse mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10 gemäß 1. Die elektrische Antriebsachse umfasst die beiden Antriebsräder R1, R2, die erste elektrische Maschine EM1 mit einer ersten Rotorwelle R01, die zweite elektrische Maschine EM2 mit einer zweiten Rotorwelle RO2, das Schaltgetriebe 1 und das Differential 5.
Das Schaltgetriebe 1 ist als Dreigang-Schaltgetriebe ausgebildet und umfasst eine erste Getriebeeingangswelle 2 zur Anbindung der ersten elektrischen Maschine EM1, eine zweite Getriebeeingangswelle 3 zur Anbindung der zweiten elektrischen Maschine EM2, eine Getriebeausgangswelle 4 zur Anbindung des Differentials 5, einen ersten Planetensatz PS1 mit einem ersten Element E11, einem zweiten Element E12 und einem dritten Element E13, einen zweiten Planetensatz PS2 mit einem ersten Element E21, einem zweiten Element E22 und einem dritten Element E23, eine erste Schalteinheit S1 mit genau drei Schaltstellungen A, B, N1 und eine zweite Schalteinheit S2 mit genau drei Schaltstellungen C, D, N2. Die beiden Planetensätze PS1, PS2 sind zur Vereinfachung jeweils nur hälftig dargestellt und miteinander gekoppelt.
Das erste Element E11 des ersten Planetensatzes PS1 ist als Sonnenradwelle ausgebildet und mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 drehfest verbunden. Das zweite Element E12 des ersten Planetensatzes PS1 ist als Hohlradwelle ausgebildet und mit dem dritten Element E23 des zweiten Planetensatzes PS2 drehfest verbunden. Das dritte Element E13 des ersten Planetensatzes PS1 ist als Stegwelle ausgebildet und mit dem Differentialeingang 6 antriebswirksam verbunden.
Das erste Element E21 des zweiten Planetensatzes PS2 ist als Sonnenradwelle ausgebildet und über die zweite Schalteinheit S2 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 3 drehfest verbindbar. Das zweite Element E22 des zweiten Planetensatzes PS2 ist als Hohlradwelle ausgebildet und mit einem als Gehäuse ausgebildeten drehfesten Bauteil G verbunden, also stationär festgelegt. Das dritte Element E23 des zweiten Planetensatzes PS2 ist als Stegwelle ausgebildet und mit dem zweiten Element E22, nämlich der Hohlradwelle, des ersten Planetensatzes PS2 drehfest verbunden, wodurch die Kopplung der beiden Planetensätze PS1, PS2 realisiert wird.
Die erste elektrische Maschine EM1 ist achsparallel zum Schaltgetriebe 1 angeordnet und über eine erste Stirnradstufe SR1 mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 antriebswirksam verbunden. Die erste Stirnradstufe SR1 umfasst eine drehfest an der ersten Getriebeeingangswelle 2 angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest an der ersten Rotorwelle RO1 der ersten elektrischen Maschine EM1 ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen einer Rotationsachse des Schaltgetriebes 1 und einer Rotationsachse der ersten elektrischen Maschine EM1. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der ersten Stirnradstufe SR1 angepasst werden, wobei die erste elektrische Maschine EM1 in tangentialer Richtung frei um die Rotationsachse des Schaltgetriebes 1 positionierbar ist.
Die zweite elektrische Maschine EM2 ist achsparallel zum Schaltgetriebe 1 angeordnet und über eine zweite Stirnradstufe SR2 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 3 antriebswirksam verbunden. Die zweite Stirnradstufe SR2 umfasst eine drehfest an der zweiten Getriebeeingangswelle 3 angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest an der zweiten Rotorwelle RO2 der zweiten elektrischen Maschine EM2 ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen der Rotationsachse des Schaltgetriebes 1 und einer Rotationsachse der zweiten elektrischen Maschine EM2. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der zweiten Stirnradstufe SR2 angepasst werden, wobei die zweite elektrische Maschine EM2 in tangentialer Richtung frei um die Rotationsachse des Schaltgetriebes 1 positionierbar ist.
Zwischen den beiden Antriebsrädern R1, R2 ist das als Achsdifferential ausgebildete Differential 5 mit dem als Differentialkorb ausgebildeten Differentialeingang 6 und zwei Differentialausgangswellen 7, 8 angeordnet. Das Differential 5 ist achsparallel zu den beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 und zum Schaltgetriebe 1 angeordnet und der Differentialeingang 6 ist über eine dritte Stirnradstufe SR3 mit der Getriebeausgangswelle 4 antriebswirksam verbunden, wobei die Getriebeausgangswelle 4 mit dem dritten Element E13 des ersten Planetensatzes PS1 antriebswirksam verbunden ist. Die dritte Stirnradstufe SR3 umfasst eine drehfest an der Getriebeausgangswelle 4 angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest am Differentialeingang 6 ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen der Rotationsachse des Schaltgetriebes 1 und einer Rotationsachse des Differentials 5. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der dritten Stirnradstufe SR3 angepasst werden, wobei das Schaltgetriebe 1 in tangentialer Richtung frei um die Rotationsachse des Differentials 5 positionierbar ist.
Zwischen dem Differential 5 und den Antriebsrädern R1, R2 sind jeweils feste Übersetzungsstufen 9 im Leistungsfluss angeordnet, vorliegend ausgebildet als rechts angeordneter Planetensatz und links angeordneter Planetensatz, welche spiegelbildlich aufgebaut sind. Die jeweilige Differentialausgangswelle 7, 8 ist über eine jeweilige Gelenkwelle G1, G2 mit einer jeweiligen Sonnenradwelle SO der jeweiligen Übersetzungsstufe 9 antriebswirksam verbunden. Dadurch können Relativbewegungen zwischen dem jeweiligen Antriebsrad R1, R2 und der rahmenfest angeordneten Antriebseinheit 10 kompensiert werden. Eine jeweilige Hohlradwelle HR der jeweiligen Übersetzungsstufe 9 ist stationär an einem drehfesten Bauteil G festgelegt, wobei der Abtrieb über eine jeweilige Stegwelle ST der jeweiligen Übersetzungsstufe 9 erfolgt. Mithin bilden die Stegwellen ST der Übersetzungsstufen 9 Abtriebswellen, die die Antriebsräder R1, R2 antreiben.
Die erste Schalteinheit S1 weist eine erste Schiebemuffe SM1 auf, die in allen Schaltstellungen mit dem zweiten Element E12 des ersten Planetensatzes PS1 drehfest verbunden und mittels eines ersten Aktuators A1 in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar ist. Gemäß einer ersten Schaltstellung A der ersten Schalteinheit S1 ist das zweite Element E12 des ersten Planetensatz PS1 mit einem als Gehäuse ausgebildeten drehfesten Bauteil G verbunden. Beispielsweise ist dafür ein erstes Schaltelement der ersten Schalteinheit S1 geschlossen. Gemäß einer zweiten Schaltstellung B der ersten Schalteinheit S1 sind zwei der drei Elemente des ersten Planetensatzes PS1 drehfest miteinander verbunden, vorliegend die Hohlradwelle und die Stegwelle des ersten Planetensatzes PS1. Beispielsweise ist dafür ein zweites Schaltelement der ersten Schalteinheit S1 geschlossen. Die dritte Schaltstellung N1 der ersten Schalteinheit S1 ist eine Neutralstellung, die sich zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung A, B der ersten Schalteinheit S1 befindet. Die Schaltelemente der ersten Schalteinheit S1 sind vorzugsweise als unsynchronisierte Klauen ausgebildet, wobei grundsätzlich auch reibschlüssige, synchronisierte Schaltelemente für die beschriebenen Schaltfunktionen verwendbar sind.
Die zweite elektrische Maschine EM2 kann mittels der zweiten Schalteinheit S2 zugeschaltet oder abgekoppelt werden, wobei die zweite elektrische Maschine EM2 in einer Neutralstellung der zweiten Schalteinheit S2 die zweite Getriebeeingangswelle 3 und somit die zweite elektrische Maschine EM2 vom Antriebsstrang abkoppelt. Mithin ist die zweite Schalteinheit S2 als Koppeleinrichtung ausgebildet. Die zweite Schalteinheit S2 weist eine zweite Schiebemuffe SM2 auf, die in allen Schaltstellungen mit der zweiten Getriebeeingangswelle 3 drehfest verbunden ist und mittels eines zweiten Aktuators A2 in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar ist. Gemäß einer ersten Schaltstellung C der zweiten Schalteinheit S2 sind die erste Getriebeeingangswelle 2 und die zweite Getriebeeingangswelle 3 drehfest verbunden. Beispielsweise ist dafür ein erstes Schaltelement der zweiten Schalteinheit S2 geschlossen. Gemäß einer zweiten Schaltstellung D der zweiten Schalteinheit S2 ist die zweite Getriebeeingangswelle 3 mittelbar über den zweiten Planetensatz PS2 mit dem zweiten Element E12 des ersten Planetensatzes PS1 verbunden. Beispielsweise ist dafür ein zweites Schaltelement der zweiten Schalteinheit S2 geschlossen. Die dritte Schaltstellung N2 der zweiten Schalteinheit S2 ist die Neutralstellung, die sich zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung C, D der zweiten Schalteinheit S2 befindet. Die Schaltelemente der zweiten Schalteinheit S2 sind vorzugsweise als unsynchronisierte Klauen ausgebildet, wobei grundsätzlich auch reibschlüssige, synchronisierte Schaltelemente für die beschriebenen Schaltfunktionen verwendbar sind.
In einem ersten Gang liegt die erste Schalteinheit S1 in der ersten Schaltstellung A vor, wobei die zweite Schalteinheit S2 in einer beliebigen Schaltstellung C, D, N2 vorliegen kann. In einem zweiten Gang liegt die zweite Schalteinheit S2 in der zweiten Schaltstellung D und die erste Schalteinheit S1 in der Neutralstellung vor. In einem dritten Gang liegt die erste Schalteinheit S1 in der zweiten Schaltstellung B vor, wobei die zweite Schalteinheit S2 in einer beliebigen Schaltstellung C, D, N2 vorliegen kann. Im ersten und dritten Gang kann der Vortrieb abhängig von der Zugkraftanforderung mit einer oder mit beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 erfolgen. Für den Antrieb mit beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 liegt die zweite Schalteinheit S2 in der ersten Schaltstellung C vor, sodass die beiden Getriebeeingangswellen 2, 3 drehfest miteinander verbunden sind. Durch diese Koppelung der beiden Rotoren RO1, RO2 laufen die beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 mit derselben Drehzahl. Die zweite elektrische Maschine EM2 erhöht damit die Antriebsleistung, welche bei baugleichen elektrischen Maschinen EM1, EM2 verdoppelt werden kann.
Für den Antrieb mit der ersten elektrischen Maschine EM1 liegt die zweite Schalteinheit S2 in der dritten Schaltstellung N2 vor, sodass die zweite Getriebeeingangswelle 3 und somit die zweite elektrische Maschine EM2 vom Antrieb entkoppelt ist. Im zweiten Gang ist der Einsatz beider elektrischer Maschinen EM1, EM2 erforderlich. Dadurch, dass die erste Schalteinheit S1 in der Neutralstellung vorliegt, wird der Laufgrad des ersten Planetensatzes PS1 erhöht. Dadurch, dass die zweite Schalteinheit S2 in der zweiten Schaltstellung D vorliegt, wird die zweite Getriebeeingangswelle 3 mit der Sonnenradwelle des zweiten Planetensatzes PS2 drehfest verbunden, welche über den zweiten Planetensatz PS2 mit der Hohlradwelle des ersten Planetensatzes PS1 in Verbindung steht. Es resultiert ein Überlagerungsbetrieb an dem ersten Planetensatz PS1, wobei dieser Überlagerungsbetrieb auch als elektrodynamisches Fahren (EDF) bekannt ist.
Das Wirkprinzip des elektrodynamischen Fahrens basiert auf der Erweiterung des Getriebes durch einen Gang, welcher durch den Überlagerungsbetrieb an dem ersten Planetensatz PS1 dargestellt wird. Vorliegend ist für diesen Gang der Hauptantrieb, also die erste elektrische Maschine EM1 mit der Sonnenradwelle des ersten Planetensatzes PS1 verbunden, wobei der Abtrieb über die Stegwelle des ersten Planetensatzes PS1 auf das Differential 5 erfolgt. Der Leistungsstrang von der zweiten elektrischen Maschine EM2 wird antriebswirksam mit der Hohlradwelle des ersten Planetensatzes PS1 verbunden. Gemäß der Standübersetzung des ersten Planetensatzes PS1 muss an der Hohlradwelle das um den Faktor der Standübersetzung multiplizierte Drehmoment der Sonnenradwelle des ersten Planetensatzes PS1 abgestützt werden. Der Leistungsstrang von der zweiten elektrischen Maschine EM2 dient dabei lediglich der Stützung dieses Drehmoments. Bei baugleichen elektrischen Maschinen EM1, EM2, wie im vorliegenden Fall, ist es vorteilhaft, die Leistung von der zweiten elektrischen Maschine EM2 zur Stützung der Hohlradwelle des ersten Planetensatzes PS1 zu wandeln, also den zweiten Planetensatz PS2 als Vorübersetzung zu nutzen. Bei einer alternativen Anordnung von ungleichen elektrischen Maschinen EM1, EM2 gilt es, die elektrische Maschine mit dem höheren Drehmoment an der Hohlradwelle des ersten Planetensatzes PS1 anzubinden (siehe dazu 6).
Bei stehender Hohlradwelle entspricht die Zugkraft in dem EDF-Betrieb dabei dem des ersten Gangs bei alleinigem Antrieb mittels der ersten elektrischen Maschine EM1. Über die Rotation der zweiten elektrischen Maschine EM2 und der daraus resultierenden Rotation der Hohlradwelle des ersten Planetensatzes PS1, kann eine dynamische Drehzahlanpassung der beiden Teilantriebe in Relation zu der Abtriebsdrehzahl, also der Drehzahl an der Stegwelle des ersten Planetensatzes PS1, erfolgen. Bei konstanter Stegwellendrehzahl führt eine Erhöhung der Hohlradwellendrehzahl durch die zweite elektrische Maschine EM2 zur Reduktion der Sonnenradwellendrehzahl durch die erste elektrische Maschine EM1. Damit wird es ermöglicht, den Hauptantrieb mittels der ersten elektrische Maschine EM1 über ein großes Spektrum der Abtriebsdrehzahl bei reduzierten Drehzahlen und somit erhöhtem Drehmoment zu betreiben. Neben der Erhöhung des Antriebsmoments bei gegebener Stegwellendrehzahl kann die dynamische Drehzahlanpassung auch für die Wahl eines wirkungsgradeffizienten Betriebspunkt genutzt werden. Daraus ergeben sich Vorteile durch die Einsparung von Schaltelementen und Übersetzungselementen.
Im ersten Gang liegt die erste Schalteinheit in der ersten Schaltstellung A vor, sodass die Hohlradwelle des ersten Planetensatzes PS1 gehäusefest angebunden ist. Die erste elektrische Maschine EM1 treibt über die erste Stirnradstufe SR1 die erste Getriebeeingangswelle 2 und somit die Sonnenradwelle des ersten Planetensatzes PS1 an, wobei die Stegwelle des ersten Planetensatzes PS2 den Abtrieb bildet. Weitere Wandlung der Antriebsleistung erfolgen für alle Gänge über die dritte Stirnradstufe SR3 und über die Übersetzungsstufen 9. Die zweite elektrische Maschine EM2 kann abhängig von der Zugkraftanforderung genutzt werden, wobei dafür die zweite Schalteinheit S2 in der ersten Schaltstellung C vorliegen muss, damit die erste Getriebeeingangswelle 2 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 3 verbunden wird. Alternativ kann die zweite elektrische Maschine EM2 aus dem Leistungsfluss entkoppelt werden, indem die Neutralstellung an der zweiten Schalteinheit S2 eingestellt wird.
Sofern die zweite elektrische Maschine EM2 für den Antrieb im ersten Gang genutzt wurde, und somit die zweite Schalteinheit S2 in der ersten Schaltstellung C vorliegt, wird bei einem Gangwechsel aus dem ersten Gang in den zweiten Gang zunächst ein Lastabbau an der zweiten elektrischen Maschine EM2 vorgenommen, um dann die zweite Schalteinheit S2 in die Neutralstellung zu überführen und die zweite elektrische Maschine EM2 abzubremsen. Die zweite Getriebeeingangswelle 3 wird dann mit der Sonnenradwelle des zweiten Planetensatzes PS2 synchron, sodass die zweite Schalteinheit S2 in die zweite Schaltstellung D überführt werden kann.
Danach erfolgt der Lastaufbau an der zweiten elektrischen Maschine EM2, bis die gehäusefeste Anbindung der Hohlradwelle des ersten Planetensatzes PS1 über die erste Schaltstellung A der ersten Schalteinheit S1 lastfrei ist. Die erste Schalteinheit S1 kann dann in die Neutralstellung überführt werden, wobei dadurch der EDF-Betrieb realisiert wird. Mithin erfolgt der EDF Betrieb im zweiten Gang.
Im zweiten Gang wird die Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine EM2 über die zweite Stirnradstufe SR2 und den zweiten Planetensatz PS2 gewandelt und in die Hohlradwelle des ersten Planetensatzes PS1 eingespeist. Ferner wird die Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine EM1 über die erste Stirnradstufe SR1 gewandelt und in die Sonnenradwelle des ersten Planetensatzes PS1 eingespeist.
Es erfolgt eine dynamische Drehzahlanpassung der beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 für eine maximale Zugkraft.
Bei einem Gangwechsel aus dem zweiten Gang in den dritten Gang werden über die dynamische Drehzahlanpassung die Hohlradwelle und die Stegwelle des ersten Planetensatzes PS1 synchronisiert und die erste Schalteinheit S1 wird in die zweite Schaltstellung B überführt, wodurch der erste Planetensatz PS1 verblockt wird.
Wenn der Leistungsstrang der zweiten elektrischen Maschine EM2 für den EDF-Betrieb eine Übersetzungsstufe, wie vorliegend den zweiten Planetensatz PS2, aufweist, erfolgt zunächst ein Lastabbau an der zweiten elektrischen Maschine EM2 und die zweite Schalteinheit S2 wird in die Neutralstellung überführt, wodurch die zweite elektrische Maschine EM2 abgekoppelt wird. Sofern die Zugkraft es erfordert, werden die beiden Getriebeeingangswellen 2, 3 synchronisiert und die zweite Schalteinheit S2 wird in die erste Schaltstellung C überführt. Danach erfolgt der Lastaufbau an der zweiten elektrischen Maschine EM2. Sofern keine Vorübersetzung zwischen der zweiten Stirnradstufe SR2 und dem ersten Planetensatz PS1 vorgesehen ist, kann die zweite elektrische Maschine EM2 im dritten Gang mit der Hohlradwelle des ersten Planetensatzes PS1 gekoppelt bleiben und über diese Hohlradwelle antreiben.
Im dritten Gang ist der erste Planetensatz im Blockumlauf, wobei der Antrieb mittels der ersten elektrischen Maschine EM1 über die erste Getriebeeingangswelle 2 erfolgt. Wahlweise kann die zweite elektrische Maschine EM2 über die zweite Schalteinheit S2 angekoppelt oder abgekoppelt werden.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10. Zur Vereinfachung ist der Aufbau nach dem Differential 5 nicht weiter dargestellt, entspricht aber dem Aufbau gemäß 2. Die Antriebseinheit 10 gemäß 3 entspricht im Wesentlichen der Antriebseinheit 10 gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anordnung einer Vorgelegewelle 11 als Vorübersetzung und dem Entfall des zweiten Planetensatzes besteht. Vorliegend ist die Vorgelegewelle 11 zwischen der zweiten Getriebeeingangswelle 3 und dem ersten Planetensatz PS1 angeordnet, wobei das zweite Element E12 des ersten Planetensatzes PS1 über die Vorgelegewelle 11 und die zweite Schalteinheit S2 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 3 drehfest verbindbar ist. Insbesondere ist die Vorgelegewelle 11 über eine vierte Stirnradstufe SR4 mit einem Losrad 12 an der ersten Getriebeeingangswelle 2 und über eine fünfte Stirnradstufe SR5 mit der Hohlradwelle des ersten Planetensatzes PS1 antriebswirksam verbunden, wobei die Hohlradwelle mit einer Verzahnung der fünften Stirnradstufe ST5 drehfest verbunden ist. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 3 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10. Zur Vereinfachung ist der Aufbau nach dem Differential 5 nicht weiter dargestellt, entspricht aber dem Aufbau gemäß 2. Die Antriebseinheit 10 gemäß 4 entspricht im Wesentlichen der Antriebseinheit 10 gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in dem Entfall der dritten Stirnradstufe besteht. Vorliegend ist der Differentialeingang 6 mit dem dritten Element E13 des ersten Planetensatzes PS1, also der Stegwelle, drehfest verbunden, wobei das Differential 5 koaxial zum Schaltgetriebe 1 angeordnet ist. Die erste Differentialausgangswelle 7 erstreckt sich axial durch das gesamte Schaltgetriebe 1, wobei die erste Getriebeeingangswelle 2, die zweite Getriebeeingangswelle 3 und die beiden Sonnenradwellen der Planetensätze PS1, PS2 als Hohlwellen ausgebildet sind. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 4 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10. Zur Vereinfachung ist der Aufbau nach dem Differential 5 nicht weiter dargestellt, entspricht aber dem Aufbau gemäß 2. Die Antriebseinheit 10 gemäß 5 entspricht im Wesentlichen der Antriebseinheit 10 gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in dem Entfall der ersten, zweiten und dritten Stirnradstufe besteht. Vorliegend ist die erste Rotorwelle RO1 der ersten elektrischen Maschine EM1 mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 drehfest verbunden, wobei die zweite Rotorwelle RO2 der zweiten elektrischen Maschine EM2 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 3 drehfest verbunden ist, wobei der Differentialeingang 6 mit dem dritten Element E13 des ersten Planetensatzes PS1, also der Stegwelle, drehfest verbunden ist. Mithin sind die erste elektrische Maschine EM1, die zweite elektrische Maschine EM2, das Schaltgetriebe 1 und das Differential 5 koaxial zueinander angeordnet, wobei zumindest die erste Schalteinheit S1 sowie der erste und zweite Planetensatz PS1, PS2 besonders kompaktbauend radial innerhalb der zweiten elektrischen Maschine EM2 angeordnet sind. Ferner kann auch die zweite Schalteinheit S2 und/oder das Differential 5 radial innerhalb der zweiten elektrischen Maschine EM2 angeordnet werden. Des Weiteren kann der zweite Planetensatz PS2 durch eine Vorgelegewelle gemäß 3 ausgetauscht werden. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 5 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10. Zur Vereinfachung ist der Aufbau nach dem Differential 5 nicht weiter dargestellt, entspricht aber dem Aufbau gemäß 2. Die Antriebseinheit 10 gemäß 6 entspricht im Wesentlichen der Antriebseinheit 10 gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anbindung einer zweiten elektrischen Maschine EM2, die ungleich der ersten elektrischen Maschine EM1 ausgebildet ist, und dem Entfall des zweiten Planetensatzes besteht. Vorliegend kann die zweite elektrische Maschine EM2 ein größeres Drehmoment als die erste elektrische Maschine EM1 generieren und ist somit größer dimensioniert. Eine Vorübersetzung mittels des zweiten Planetensatzes kann bei einer ausreichend großen Dimensionierung der zweiten elektrischen Maschine EM2, wie vorliegend der Fall ist, entfallen, wobei die zweite Getriebeeingangswelle 3 in der zweiten Schaltstellung D der zweiten Schalteinheit S2 mit dem als Hohlradwelle ausgebildeten zweiten Element E12 des ersten Planetensatzes PS1 drehfest verbindbar ist. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 6 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
Bezugszeichen

1: Schaltgetriebe
2: erste Getriebeeingangswelle
3: zweite Getriebeeingangswelle
4: Getriebeausgangswelle
5: Differential
6: Differentialeingang
7: Differentialausgangswelle
8: Differentialausgangswelle
9: Übersetzungsstufe
10: Antriebseinheit
11: Vorgelegewelle
12: Losrad
100: Fahrzeug
101: erste Fahrzeugachse
102: zweite Fahrzeugachse
R1: Antriebsrad
R2: Antriebsrad
R3: Rad
R4: Rad
EM1: erste elektrische Maschine
RO1: erste Rotorwelle
EM2: zweite elektrische Maschine
RO2: zweite Rotorwelle
PS1: erster Planetensatz
E11: erstes Elementen des ersten Planetensatzes
E12: zweites Elementen des ersten Planetensatzes
E13: drittes Elementen des ersten Planetensatzes
PS2: zweiter Planetensatz
E21: erstes Elementen des zweiten Planetensatzes
E22: zweites Elementen des zweiten Planetensatzes
E23: drittes Elementen des zweiten Planetensatzes
SO: Sonnenradwelle
HO: Hohlradwelle
ST: Stegwelle
S1: erste Schalteinheit
SM1: erste Schiebemuffe
A: erste Schaltstellung der ersten Schalteinheit
B: zweite Schaltstellung der ersten Schalteinheit
N1: dritte Schaltstellung der ersten Schalteinheit
S2: zweite Schalteinheit
SM1: zweite Schiebemuffe
C: erste Schaltstellung der zweiten Schalteinheit
D: zweite Schaltstellung der zweiten Schalteinheit
N2: dritte Schaltstellung der zweiten Schalteinheit
G: drehfestes Bauteil
G1: Gelenkwelle
G2: Gelenkwelle
A1: erster Aktuator
A2: zweiter Aktuator
SR1: erste Stirnradstufe
SR2: zweite Stirnradstufe
SR3: dritte Stirnradstufe
SR4: vierte Stirnradstufe
SR5: fünfte Stirnradstufe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2021063789 A1 [0002]

Claims

Antriebseinheit (10) für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs (100) umfassend eine erste elektrische Maschine (EM1), eine zweite elektrische Maschine (EM2), ein Differential (5) mit einem Differentialeingang (6) und zwei Differentialausgangswellen (7, 8), die dazu eingerichtet sind, mit einem jeweiligen Antriebsrad (R1, R2) der Antriebsachse antriebswirksam verbunden zu sein, und ein Schaltgetriebe (1) aufweisend • eine erste Getriebeeingangswelle (2) zur Anbindung der ersten elektrischen Maschine (EM1), • eine zweite Getriebeeingangswelle (3) zur Anbindung der zweiten elektrischen Maschine (EM2), • eine Getriebeausgangswelle (4) zur Anbindung des Differentials (5), • mindestens einen ersten Planetensatz (PS1) mit einem ersten Element (E11), einem zweiten Element (E12) und einem dritten Element (E13), • eine erste Schalteinheit (S1) mit genau drei Schaltstellungen (A, B, N1), wobei gemäß einer ersten Schaltstellung (A) der ersten Schalteinheit (S1) ein zweites Element (E12) des ersten Planetensatz (PS1) mit einem drehfesten Bauteil (G) verbunden ist, wobei gemäß einer zweiten Schaltstellung (B) der ersten Schalteinheit (S1) zwei der drei Elemente des ersten Planetensatzes (PS1) drehfest miteinander verbunden sind, wobei die dritte Schaltstellung (N1) der ersten Schalteinheit (S1) eine Neutralstellung ist, und • eine zweite Schalteinheit (S2) mit genau drei Schaltstellungen (C, D, N2), wobei gemäß einer ersten Schaltstellung (C) der zweiten Schalteinheit (S2) die erste Getriebeeingangswelle (2) und die zweite Getriebeeingangswelle (3) drehfest verbunden sind, wobei gemäß einer zweiten Schaltstellung (D) der zweiten Schalteinheit (S2) die zweite Getriebeeingangswelle (3) zumindest mittelbar mit dem zweiten Element (E12) des ersten Planetensatzes (PS1) verbunden ist, wobei die dritte Schaltstellung (N2) der zweiten Schalteinheit (S2) eine Neutralstellung ist.
Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1, wobei die erste Schalteinheit (S1) eine mit dem zweiten Element (E12) des ersten Planetensatzes (PS1) drehfest verbundene erste Schiebemuffe (SM1) aufweist, wobei die erste Schiebemuffe (SM1) mittels eines ersten Aktuators (A1) in die jeweilige Schaltstellung (A, B, N1) axial verschiebbar ist.
Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Schalteinheit (S2) eine mit der zweiten Getriebeeingangswelle (3) drehfest verbundene zweite Schiebemuffe (SM2) aufweist, wobei die zweite Schiebemuffe (SM2) mittels eines zweiten Aktuators (A2) in die jeweilige Schaltstellung (C, D, N2) axial verschiebbar ist.
Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen zweiten Planetensatz (PS2) mit einem ersten Element (E21), einem zweiten Element (E22) und einem dritten Element (E23), wobei das erste Element (E21) des zweiten Planetensatzes (PS2) über die zweite Schalteinheit (S2) mit der zweiten Getriebeeingangswelle (3) drehfest verbindbar ist, wobei das zweite Element (E22) des zweiten Planetensatzes (PS2) mit einem drehfesten Bauteil (G) verbunden ist, wobei das dritte Element (E23) des zweiten Planetensatzes (PS2) mit dem zweiten Element (E22) des ersten Planetensatzes (PS2) drehfest verbunden ist.
Antriebseinheit (10) nach Anspruch 4, wobei das erste Element (E21) des zweiten Planetensatzes (PS2) als Sonnenradwelle ausgebildet ist, wobei das zweite Element (E22) des zweiten Planetensatzes (PS2) als Hohlradwelle ausgebildet ist, wobei das dritte Element (E23) des zweiten Planetensatzes (PS2) als Stegwelle ausgebildet ist.
Antriebseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Vorgelegewelle (4) als Vorübersetzung zwischen der zweiten Getriebeeingangswelle (3) und dem ersten Planetensatz (PS1) angeordnet ist, wobei das zweite Element (E12) des ersten Planetensatzes (PS1) über die Vorgelegewelle (11) und der zweiten Schalteinheit (S2) mit der zweiten Getriebeeingangswelle (3) drehfest verbindbar ist.
Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zwei feste Übersetzungsstufen (9) zur antriebswirksamen Anbindung der jeweiligen Differentialausgangswelle (7, 8) mit dem jeweiligen Antriebsrad (R1, R2) der Antriebsachse.
Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem ersten Gang die erste Schalteinheit (S1) in der ersten Schaltstellung (A) vorliegt, wobei die zweite Schalteinheit (S2) in einer beliebigen Schaltstellung (C, D, N2) vorliegt, wobei in einem zweiten Gang die zweite Schalteinheit (S2) in der zweiten Schaltstellung (D) vorliegt, wobei die erste Schalteinheit (S1) in der Neutralstellung vorliegt, wobei in einem dritten Gang die erste Schalteinheit (S1) in der zweiten Schaltstellung (B) vorliegt, wobei die zweite Schalteinheit (S2) in einer beliebigen Schaltstellung (C, D, N2) vorliegt.
Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Element (E11) des ersten Planetensatzes (PS1) als Sonnenradwelle ausgebildet ist, wobei das zweite Element (E12) des ersten Planetensatzes (PS1) als Hohlradwelle ausgebildet ist, wobei das dritte Element (E13) des ersten Planetensatzes (PS1) als Stegwelle ausgebildet ist.
Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste elektrische Maschine (EM1) achsparallel zum Schaltgetriebe (1) angeordnet und über eine erste Stirnradstufe (SR1) mit der ersten Getriebeeingangswelle (2) antriebswirksam verbunden ist.
Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite elektrische Maschine (EM2) achsparallel zum Schaltgetriebe (1) angeordnet und über eine zweite Stirnradstufe (SR2) mit der zweiten Getriebeeingangswelle (3) antriebswirksam verbunden ist.
Antriebseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste elektrische Maschine (EM1), die zweite elektrische Maschine (EM2) und das Schaltgetriebe (1) koaxial zueinander angeordnet sind.
Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Differentialeingang (6) mit dem dritten Element (E13) des ersten Planetensatzes (PS1) drehfest verbunden und das Differential (5) koaxial zum Schaltgetriebe (1) angeordnet ist.
Antriebseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Differentialeingang (6) über eine dritte Stirnradstufe (SR3) mit dem dritten Element (E13) des ersten Planetensatzes (PS1) antriebswirksam verbunden und das Differential (5) achsparallel zum Schaltgetriebe (1) angeordnet ist.
Fahrzeug (100) umfassend eine Antriebsachse mit zwei Antriebsrädern (R1, R2) und einer Antriebseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Antriebseinheit (10) rahmenfest am Fahrzeug (100) angeordnet ist, wobei das jeweilige Antriebsrad (R1, R2) der Antriebsachse über eine jeweilige Gelenkwelle (G1, G2) mit dem Differential (5) antriebswirksam verbunden ist.