DE102023111828A1

DE102023111828A1 - Baukastensystem für mehrere Bauvarianten einer elektrischen Antriebsachse für ein Nutzfahrzeug

Info

Publication number: DE102023111828A1
Application number: DE102023111828.5A
Authority: DE
Inventors: Günter Kayran
Original assignee: Daimler Truck AG
Current assignee: Daimler Truck Holding AG
Priority date: 2023-05-05
Filing date: 2023-05-05
Publication date: 2024-11-07
Also published as: WO2024231223A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem für mehrere Bauvarianten einer elektrischen Antriebsachse (14) für ein Nutzfahrzeug (10), mit einem bauvariantenübergreifenden, zumindest mittelbar an einen Rahmen (26) des Nutzfahrzeugs (10) anbindbaren Achsgehäuse (32) der Antriebsachse (14), mit einem bauvariantenübergreifenden Grundgetriebe (36), welches an dem Achsgehäuse (32) befestigbar ist, und mit mehreren, bauvariantenspezifischen elektrischen Maschinen (38, 40), welche wahlweise mit dem Grundgetriebe (36) koppelbar sind, sodass mittels der jeweiligen elektrischen Maschine (38, 40) über das Grundgetriebe (36) Fahrzeugräder (22) der Antriebsachse (14) antreibbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem für mehrere Bauvarianten einer elektrischen Antriebsachse für ein Nutzfahrzeug.
Der DE 11 2019 004 130 T5 ist eine Antriebsanordnung für eine elektrische Achsanordnung eines Fahrzeugs als bekannt zu entnehmen. Außerdem offenbart die DE 10 2020 000 195 A1 eine elektrische Achsantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Baukastensystem zu schaffen, mittels welchem mehrere, unterschiedliche Bauvarianten einer elektrischen Antriebsachse für ein Nutzfahrzeug auf besonders kostengünstige Weise realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Baukastensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft ein auch als Baukasten bezeichnetes Baukastensystem für mehrere, voneinander unterschiedliche Bauvarianten einer elektrischen Antriebsachse für ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Nutzfahrzeug, insbesondere einen Lastkraftwagen. Das Baukastensystem weist ein bauvariantenübergreifendes Achsgehäuse für eine Achse des Nutzfahrzeugs auf, wobei das Achsgehäuse zumindest mittelbar an einem insbesondere als Leiterrahmen ausgebildeten Rahmen des Nutzfahrzeugs anbindbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Achsgehäuse und somit beispielsweise die Achse insgesamt über eine Aufhängung bewegbar an den Rahmen anbindbar oder angebunden sind. In ihrem vollständig hergestellten Zustand der Achse weist die Achse beispielsweise wenigstens oder genau zwei einfach auch als Räder bezeichnete Fahrzeugräder auf, wobei beispielsweise die Fahrzeugräder der Achse auf in Fahrzeugquerrichtung des Nutzfahrzeugs einander gegenüberliegenden Seiten des Nutzfahrzeugs und somit des Rahmens angeordnet sind. Die Fahrzeugräder sind Bodenkontaktelemente, über welche das Nutzfahrzeug in Fahrzeughochrichtung des Nutzfahrzeugs nach unten hin an einem Boden abstützbar oder abgestützt ist. Wird das Nutzfahrzeug entlang des Bodens gefahren, während das Nutzfahrzeug in Fahrzeughochrichtung des Nutzfahrzeugs nach unten hin über die Bodenkontaktelemente an dem Boden abgestützt ist, so rollen die Bodenkontaktelemente, insbesondere direkt, an dem Boden ab. Dadurch, dass die Achse beispielsweise über die Aufhängung bewegbar an dem Rahmen anbindbar oder angebunden ist, werden beispielsweise relativ zu dem Rahmen erfolgende Ein- und Ausfederbewegungen der Fahrzeugräder zugelassen. Somit umfasst die Aufhängung beispielsweise wenigstens ein Feder- und/oder Dämpferelement, über welches die Achse und somit die Fahrzeugräder gefedert und/oder gedämpft an den Rahmen anbindbar oder angebunden sind. Insbesondere ist denkbar, dass in dem Achsgehäuse ein einfach auch als Differential bezeichnetes Differentialgetriebe angeordnet ist, über welches die Fahrzeugräder angetrieben werden können. Wie bereits aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt ist, lässt das Differentialgetriebe beispielsweise bei einer Kurvenfahrt des Nutzfahrzeugs unterschiedliche Drehzahlen der Fahrzeugräder zu, insbesondere derart, dass sich das kurvenäußere Fahrzeugrad mit einer höheren Drehzahl dreht oder drehen kann als das kurveninnere Fahrzeugrad. Dabei lässt das Differentialgetriebe die unterschiedlichen Drehzahlen der Fahrzeugräder zu, insbesondere während die Fahrzeugräder über das Differential drehmomentübertragend mit wenigstens oder genau einem Antriebsmotor verbunden sind und somit mittels des Antriebsmotors antreibbar sind oder angetrieben werden. Unter dem Merkmal, dass das Achsgehäuse bauvariantenübergreifend ist, ist zu verstehen, dass das gleiche Achsgehäuse für die voneinander unterschiedlichen Bauvarianten verwendbar ist oder verwendet wird, sodass die Bauvarianten das gleiche, mithin baugleiche, Achsgehäuse aufweisen.
Das Baukastensystem weist außerdem mehrere, voneinander unterschiedliche und bauvariantenspezifische elektrische Maschinen auf, welche auch als Elektromotoren oder Elektromaschinen bezeichnet werden. Die elektrischen Maschinen unterscheiden sich beispielsweise in ihrem jeweiligen, maximal bereitstellbaren Drehmoment und/oder in ihrer jeweiligen, maximal bereitstellbaren Leistung und/oder in ihrer jeweiligen Nennleistung und/oder in ihrem jeweiligen Nenndrehmoment voneinander. Unter dem Merkmal, dass die elektrischen Maschinen bauvariantenspezifisch sind, ist zu verstehen, dass beispielsweise zum Bilden oder Herstellen einer ersten der Bauvarianten eine erste der elektrischen Maschinen verwendet wird, und dass zum Bilden oder Herstellen einer zweiten der Bauvarianten eine zweite der elektrischen Maschinen verwendet wird, sodass beispielsweise die erste Bauvariante die erste elektrische Maschine, jedoch nicht die zweite elektrische Maschine aufweist, und sodass beispielsweise die zweite Bauvariante die zweite elektrische Maschine, nicht jedoch die erste elektrische Maschine aufweist. Die elektrischen Maschinen sind wahlweise mit dem Grundgetriebe koppelbar, sodass mittels der jeweiligen elektrischen Maschine über das Grundgetriebe die Fahrzeugräder der Achse und somit das Kraftfahrzeug, insbesondere rein elektrisch, antreibbar sind. Dies bedeutet beispielsweise, dass wahlweise die erste elektrische Maschine oder die zweite elektrische Maschine oder beide gleichzeitig (um Zugkraftunterbrechung zu vermeiden) drehmomentübertragend mit dem Grundgetriebe gekoppelt werden kann. Hierfür weist beispielsweise das Grundgetriebe eine erste Koppeleinrichtung auf, und beispielsweise weist die jeweilige, elektrische Maschine eine zweite Koppeleinrichtung auf, wobei wahlweise die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine mittels der jeweiligen, zweiten Koppeleinrichtung der jeweiligen, elektrischen Maschine und mittels der ersten Koppeleinrichtung des Grundgetriebes drehmomentübertragend mit dem Grundgetriebe koppelbar ist. Um somit beispielsweise die erste Bauvariante herzustellen, wird das Grundgetriebe zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Achsgehäuse befestigt, und die erste elektrische Maschine wird mittels der zweiten Koppeleinrichtung der ersten elektrischen Maschine und mittels der ersten Koppeleinrichtung des Grundgetriebes drehmomentübertragend mit dem Grundgetriebe gekoppelt. Somit kann in vollständig hergestelltem Zustand des die erste Bauvariante der elektrischen Antriebsachse aufweisenden Nutzfahrzeugs die erste elektrische Maschine über das Grundgetriebe die Fahrzeugräder des Nutzfahrzeugs und somit das Nutzfahrzeug, insbesondere rein elektrisch, antreiben. Dabei ist in vollständig hergestelltem Zustand des die jeweilige Bauvariante aufweisenden Nutzfahrzeugs das Achsgehäuse zumindest mittelbar und vorzugsweise bewegbar an dem Rahmen gehalten. Um beispielsweise die zweite Bauvariante herzustellen, wird das Grundgetriebe zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Achsgehäuse befestigt, und die zweite elektrische Maschine wird mittels der zweiten Koppeleinrichtung der zweiten elektrischen Maschine drehmomentübertragend und zumindest mittelbar mit dem Grundgetriebe gekoppelt. Somit kann in vollständig hergestelltem Zustand des die zweite Bauvariante der elektrischen Antriebsachse aufweisenden Nutzfahrzeugs die zweite elektrische Maschine über das Grundgetriebe die Fahrzeugräder des Nutzfahrzeugs, insbesondere rein elektrisch, antreiben, wodurch das Nutzfahrzeug, insbesondere rein elektrisch, angetrieben werden kann. Durch Herstellen der unterschiedlichen Bauvarianten der Antriebsachse und durch Ausstatten des Nutzfahrzeugs mit der jeweiligen Bauvariante können auf einfache, zeit- und kostengünstige Weise unterschiedliche Bauvarianten des Nutzfahrzeugs realisiert werden. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von den Bauvarianten ist, so sind darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die Bauvarianten der elektrischen Antriebsachse zu verstehen. Die Erfindung ermöglicht somit eine besonders kostengünstige Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen, und zwar unter Verwendung des modularen und skalierbaren Baukastensystems. Beispielsweise weist das Baukastensystem bauvariantenspezifische, zusätzlich zu dem Grundgetriebe vorgesehene, auch als Getriebesätze bezeichnete Getriebeelemente auf, welche wahlweise mit dem Grundgetriebe gekoppelt werden können, um dadurch beispielsweise unterschiedliche Ganganzahlen der Bauvarianten realisieren zu können. Dadurch, dass mittels des erfindungsgemäßen Baukastensystems die verschiedenen Bauvarianten der Antriebsachse zeit- und kostengünstig hergestellt werden können, kann die Antriebsachse insbesondere hinsichtlich einer Anzahl der elektrischen Maschinen und hinsichtlich einer Anzahl von beispielsweise schaltbaren Gängen an unterschiedliche Fahrzeugmassen und/oder Leistungsbedarfe von Nutzfahrzeugen angepasst werden. Dabei kann eine hohe Gleichteileanzahl realisiert werden, sodass die Kosten in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Ist beispielsweise gewünscht, mehrere angetriebene Achsen desselben Nutzfahrzeugs zu realisieren, so kann beispielsweise die gleiche Bauvariante der elektrischen Antriebsachse bei demselben Nutzfahrzeug verbaut und somit verwendet werden, oder gegebenenfalls können beispielsweise mehrere und somit wenigstens zwei unterschiedliche Bauvarianten der elektrischen Antriebsachse bei demselben Nutzfahrzeug verbaut und somit für dasselbe Nutzfahrzeug genutzt werden. Somit ist eine besonders umfangreiche, skalierbare Modularität geschaffen, sodass unterschiedliche Bauvarianten des Nutzfahrzeugs auf besonders kostengünstige Weise dargestellt werden können. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die elektrischen Maschinen wahlweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Grundgetriebe, insbesondere an einem Gehäuse des Grundgetriebes, befestigbar sein können, sodass beispielsweise die jeweilige elektrische Maschine unter Vermittlung des Grundgetriebes an das Achsgehäuse und über dieses an den Rahmen anbindbar sein kann. Somit können beispielsweise die jeweilige, elektrische Maschine, das Grundgetriebe und das Achsgehäuse eine einfach auch als Einheit oder Modul bezeichnete Baueinheit bilden, welche zeit- und kostengünstig hergestellt und gehandhabt und somit, insbesondere an dem Rahmen, montiert werden kann. Dabei ist es denkbar, dass die elektrischen Maschinen insbesondere hinsichtlich ihrer Länge variiert werden können und sich somit hinsichtlich ihrer Länge voneinander unterscheiden können. Somit kann die jeweilige elektrische Maschine der zuvor genannte Antriebsmotor sein.
Zur Realisierung einer besonders einfachen und somit zeit- und kostengünstigen Herstellung der unterschiedlichen Bauvarianten der elektrischen Antriebsachse hat es sich jedoch als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Baukastensystem einen bauvariantenübergreifenden, zusätzlich zu dem Achsgehäuse vorgesehenen und zumindest mittelbar und vorzugsweise unabhängig von dem Achsgehäuse an den Rahmen anbindbaren Träger aufweist, welcher beispielsweise als eine Trägerplatte ausgebildet ist. Insbesondere kann der Träger derart an den Rahmen angebunden werden, dass Relativbewegungen zwischen dem Träger und dem Rahmen unterbleiben, sodass der Träger vorzugsweise rahmenfest an den Rahmen anbindbar ist und somit rahmenfest ist. Dies bedeutet beispielsweise, dass in vollständig hergestelltem Zustand des Nutzfahrzeugs der Träger unabhängig von dem Achsgehäuse und somit nicht nur oder vorzugsweise gar nicht über das Achsgehäuse an den Rahmen angebunden, mithin an dem Rahmen befestigt ist, insbesondere derart, dass Relativbewegungen zwischen dem Träger und dem Rahmen unterbunden sind, sodass der Träger rahmenfest ist. Dabei sind die elektrischen Maschinen wahlweise an dem Träger befestigbar und dadurch über den Träger an den Rahmen anbindbar. Hierfür weist beispielsweise der Träger eine erste Befestigungseinrichtung auf, und beispielsweise weist die jeweilige elektrische Maschine eine zweite Befestigungseinrichtung auf. Die jeweilige elektrische Maschine kann somit mittels der jeweiligen, zweiten Befestigungseinrichtung der jeweiligen elektrischen Maschine und mittels der ersten Befestigungseinrichtung des Trägers an dem Träger befestigt sein. Somit ist in vollständig hergestelltem Zustand der ersten Bauvariante beispielsweise die erste elektrische Maschine über die zweite Befestigungseinrichtung der ersten elektrischen Maschine und mittels der ersten Befestigungseinrichtung des Trägers an dem Träger befestigt. In vollständig hergestelltem Zustand der zweiten Bauvariante ist beispielsweise die zweite elektrische Maschine mittels der zweiten Befestigungseinrichtung der zweiten elektrischen Maschine und mittels der ersten Befestigungseinrichtung des Trägers an den Träger angebunden, mithin an dem Träger gehalten, insbesondere befestigt. Da das einfach auch als Getriebe bezeichnete Grundgetriebe zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Achsgehäuse befestigbar oder befestigt ist, ist sozusagen das Grundgetriebe mit dem Achsgehäuse der beispielsweise als Hinterachse ausgebildeten Achse kombiniert. Insbesondere ist es denkbar, dass das Grundgetriebe eine Normierungsübersetzung aufweist oder bereitstellt. Ausgehend von der Normierungsübersetzung können beispielsweise mittels der zuvor genannten Getriebeelemente, die wahlweise mit dem Grundgetriebe drehmomentübertragend koppelbar sind, unterschiedliche Getriebeübersetzungen, insbesondere eines das Grundgetriebe und das jeweilige Getriebeelement umfassenden Gesamtgetriebes der jeweiligen Bauvariante, geschaffen werden, sodass die Bauvarianten bedarfsgerecht an unterschiedliche Anforderungen anpassbar sind. Durch die Normierungsübersetzung ist eine Normierung geschaffen, welche es beispielsweise ermöglicht, die voneinander unterschiedlichen elektrischen Maschinen (Elektromotoren) zu verwenden. Der Träger beziehungsweise dessen Verwendung ermöglicht es einerseits, die jeweilige elektrische Maschine zeit- und kostengünstig an den Rahmen anzubinden. Außerdem kann hierdurch das Grundgetriebe besonders vorteilhaft an das Achsgetriebe angebunden werden.
Um die unterschiedlichen Bauvarianten besonders zeit- und kostengünstig bilden, das heißt herstellen, zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Baukastensystem eine bauvariantenübergreifende Seitenwelle aufweist, über welche die jeweilige elektrische Maschine drehmomentübertragend mit dem Grundgetriebe koppelbar ist. Unter dem Merkmal, dass der Träger bauvariantenübergreifend ist, ist zu verstehen, dass die Bauvarianten den gleichen, das heißt baugleichen, Träger aufweisen. Demzufolge ist unter dem Merkmal, dass die Seitenwelle bauvariantenübergreifend ist, zu verstehen, dass die Bauvarianten die gleiche Seitenwelle aufweisen. Über die Seitenwelle kann zum Herstellen der jeweiligen Bauvariante die jeweilige elektrische Maschine einerseits über den Träger vorteilhaft an den Rahmen angebunden und andererseits besonders vorteilhaft mit dem Grundgetriebe drehmomentübertragend gekoppelt werden.
Vorzugsweise weist das Grundgetriebe genau einen Gang, das heißt einen einzigen Gang, auf, welcher beispielsweise schaltbar oder nicht schaltbar und somit fix sein kann. Durch Verwendung der Getriebeelemente, welche wahlweise, insbesondere drehmomentübertragend, mit dem Grundgetriebe koppelbar sind, kann beispielsweise wenigstens ein zusätzlicher Gang oder mehrere, zusätzliche Gänge geschaffen werden, sodass beispielsweise das zuvor genannte Gesamtgetriebe wahlweise genau einen Gang oder genau zwei Gänge oder mehr als zwei Gänge aufweisen kann. Insbesondere dann, wenn in vollständig hergestelltem Zustand der jeweiligen Bauvariante das Gesamtgetriebe, welches das Grundgetriebe und wenigstens oder genau eines der Getriebeelemente oder mehrere der Getriebeelemente aufweist, genau zwei Gänge oder mehr als zwei Gänge aufweist, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der jeweilige Gang einlegbar und auslegbar, mithin schaltbar ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass sich die Gänge des Gesamtgetriebes in ihrer jeweiligen, auch als Gangübersetzung bezeichneten Übersetzung voneinander unterscheiden. Somit ist beispielsweise das Grundgetriebe eine Eingang-Variante, die mittels der Getriebeelemente und insbesondere durch wahlweise, insbesondere drehmomentübertragendes, Koppeln der Getriebeelemente mit dem Grundgetriebe zu einer Mehrgang-Variante und dabei beispielsweise zu einer Zweigang-Variante, eine Dreigang-Variante oder einer Variante mit mehr als drei Gängen ergänzt werden kann. Insbesondere kann beispielsweise das jeweilige, auch als Getriebesatz bezeichnete Getriebeelement rucksackartig mit dem Grundgetriebe gekoppelt und dabei beispielsweise auf das Grundgetriebe aufgesetzt werden, um dadurch beispielsweise das als Eingang-Variante ausgebildete Grundgetriebe zu einer Zweigang-Variante oder einer Variante mit mehr als zwei Gängen zu ergänzen, mithin zu erweitern. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass die Getriebeelemente baugleich ausgebildet sind. Somit können durch einen Mehrfachverbau der Getriebeelemente unterschiedliche Ganganzahlen geschaffen werden, sodass beispielsweise das Gesamtgetriebe wahlweise als eine Eingang-Variante, als eine Zweigang-Variante, als eine Dreigang-Variante oder eine Viergang-Variante ausgebildet werden kann. Insbesondere schafft die Erfindung eine besonders umfangreiche Flexibilität bezüglich neuer Elektromotorenentwicklungen. Durch Verwendung der Normierungsübersetzung können unterschiedliche elektrische Maschinen verwendet und mit dem Grundgetriebe und somit mit dem Gesamtgetriebe drehmomentübertragend gekoppelt werden, ohne beispielsweise die übrige elektrische Antriebsachse ändern zu müssen. Durch die Modularität können auf Basis von Gleichteil-Mehrfachverwendungen eine vorteilhafte Funktionalität und Verbaubarkeit realisiert werden, wobei die Kosten gering gehalten werden können. Ferner kann eine umfangreiche Modularität im Hinblick auf die Gänge beziehungsweise Ganganzahlen geschaffen werden, sodass eine Applikation für oder auf unterschiedliche Fahrzeuge zeit- und kostengünstig durchführbar ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich durch eine bauvariantenübergreifende, zusätzlich zu dem Grundgetriebe vorgesehene Übersetzungseinrichtung auf, wobei die elektrischen Maschinen wahlweise mit der Übersetzungseinrichtung koppelbar und über die Übersetzungseinrichtung mit dem Grundgetriebe koppelbar sind. Beispielsweise stellen das Grundgetriebe und die Übersetzungseinrichtung insbesondere zusammen betrachtet eine besonders vorteilhafte Übersetzung bereit, sodass die unterschiedlichen Maschinen wahlweise und einfach an die übrige Antriebsachse angebunden werden können.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Übersetzungseinrichtung über die Seitenwelle mit dem Grundgetriebe koppelbar oder gekoppelt ist. Dadurch können die jeweilige, elektrische Maschine und beispielsweise auch die Übersetzungseinrichtung über den Träger vorteilhaft an den Rahmen angebunden werden, und das Grundgetriebe kann besonders vorteilhaft an das Achsgehäuse angebunden werden, sodass die unterschiedlichen Bauvarianten zeit- und kostengünstig hergestellt werden können.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Grundgetriebe, insbesondere genau, einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger, einem Hohlrad und drehbar an den Planetenträger gehaltenen Planetenrädern auf. Das jeweilige Planetenrad kämmt beispielsweise gleichzeitig mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad. Hierdurch kann auf bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise eine besonders vorteilhafte Übersetzung, insbesondere Grundübersetzung, geschaffen werden, sodass beispielsweise eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit, insbesondere Anfahrbarkeit, des Nutzfahrzeugs dargestellt werden kann. Beispielsweise ermöglicht der Planetenradsatz die Realisierung eines Anfahrgangs, um beispielsweise das Nutzfahrzeug bei einer starken Steigung und/oder bei einer hohen, insbesondere vollen, Beladung des Nutzfahrzeugs vorteilhaft anfahren zu können.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Grundgetriebe, insbesondere genau, eine Stirnradstufe mit zwei miteinander kämmenden Stirnrädern aufweist. Die Stirnradstufe wird auch als erste Stirnradstufe bezeichnet, und die Stirnräder werden auch als erste Stirnräder bezeichnet. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Übersetzung insbesondere in Form der Normübersetzung des Grundgetriebes dargestellt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Baukastensystem eine bauvariantenübergreifende Schalteinheit auf, mittels welcher eines der Stirnräder der ersten Stirnradstufe wahlweise mit einer Welle des Grundgetriebes drehfest verbindbar oder von der Welle entkoppelbar ist. Hierunter ist insbesondere Folgendes zu verstehen: Das Grundgetriebe weist beispielsweise die Welle auf, die beispielsweise um eine Wellendrehachse relativ zu dem zuvor genannten Gehäuse des Grundgetriebes drehbar ist. Das eine Stirnrad der ersten Stirnradstufe ist beispielsweise als Losrad ausgebildet und somit, insbesondere um die Wellendrehachse, drehbar auf der Welle angeordnet. Die Schalteinheit kann nun beispielsweise zwischen einem Koppelzustand und einem Entkoppelzustand umgeschaltet, insbesondere bewegt, werden. In dem Koppelzustand ist mittels der Schalteinheit das eine Stirnrad drehfest mit der Welle verbunden, sodass beispielsweise ein durch die erste Stirnradstufe gebildeter Gang eingelegt ist. In dem Entkoppelzustand lässt die Schalteinheit insbesondere um die Wellendrehachse erfolgende Relativdrehungen zwischen dem einen Stirnrad und der Welle zu, sodass beispielsweise der genannte Gang ausgelegt ist. Hierdurch ist eine Basis geschaffen, von der ausgehend wenigstens ein schaltbarer Gang oder vorzugsweise mehrere, unterschiedliche schaltbare Gänge der Antriebsachse dargestellt werden können.
Um eine sehr umfangreiche Modularität insbesondere hinsichtlich einer Ganganzahl der elektrischen Antriebsachse realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Baukastensystem wenigstens eine bauvariantenspezifische, zusätzlich zu der ersten Stirnradstufe vorgesehene, zweite Stirnradstufe aufweist, welche weitere, miteinander kämmende Stirnräder aufweist. Die weitere Stirnradstufe ist, insbesondere drehmomentübertragend, mit dem Grundgetriebe koppelbar. Beispielsweise ist die weitere Stirnradstufe eines der zuvor genannten Getriebeelemente, sodass beispielsweise mittels der weiteren Stirnradstufe mehrere, insbesondere schaltbare, Gänge der elektrischen Antriebsachse kostengünstig dargestellt werden können.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Stirnradstufen baugleich sind. Dadurch können die Kosten besonders gering gehalten werden.
Um auf besonders kostengünstige Weise eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit des Fahrzeugs realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Schalteinheit dazu ausgebildet ist, eines der weiteren Stirnräder wahlweise mit der Welle des Grundgetriebes drehfest zu verbinden oder von der Welle zu entkoppeln. Hierunter ist insbesondere Folgendes zu verstehen: Die Schalteinheit kann beispielsweise zwischen einem zweiten Koppelzustand und einem zweiten Entkoppelzustand umgeschaltet, insbesondere bewegt, werden. In dem zweiten Koppelzustand ist mittels der Schalteinheit das eine weitere Stirnrad drehfest mit der Welle verbunden. In dem zweiten Entkoppelzustand gibt die Schalteinheit das eine weitere Stirnrad für, insbesondere um die Wellendrehachse erfolgende, Relativdrehungen zu der Welle frei. Somit ist beispielsweise das eine weitere Stirnrad ein weiteres Losrad, welches, insbesondere um die Wellendrehachse drehbar, auf der Welle angeordnet ist. Ist beispielsweise das eine weitere Stirnrad drehfest mit der Welle gekoppelt, so ist beispielsweise ein zweiter Gang eingelegt. Befindet sich beispielsweise die Schalteinheit in dem zweiten Entkoppelzustand, so ist beispielsweise der zweite Gang ausgelegt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der erste Koppelzustand der zweite Entkoppelzustand ist beziehungsweise mit dem zweiten Entkoppelzustand einhergeht, und vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der zweite Koppelzustand der erste Entkoppelzustand ist oder mit dem ersten Entkoppelzustand einhergeht. Somit ist vorzugsweise dann und ganz vorzugsweise immer dann, wenn der erste Gang eingelegt ist, der zweite Gang ausgelegt, und vorzugsweise ist dann und immer dann, wenn der zweite Gang eingelegt ist, der erste Gang ausgelegt. Mit anderen Worten ist vorzugsweise und ganz vorzugsweise immer dann, wenn mittels der Schalteinheit das eine Stirnrad der ersten Stirnradstufe drehfest mit der Welle verbunden ist, das eine weitere Stirnrad der zweiten Stirnradstufe um die Wellendrehachse relativ zu der Welle drehbar ist. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass dann und vorzugsweise immer dann, wenn mittels der Schalteinheit das eine weitere Stirnrad der zweiten Stirnradstufe drehfest mit der Welle verbunden ist, das eine Stirnrad der ersten Stirnradstufe um die Wellendrehachse relativ zu der Welle drehbar ist. Es ist erkennbar, dass hierdurch auf besonders kostengünstige Weise mehrere, insbesondere schaltbare, Gänge realisiert werden können, sodass eine besonders hohe Modularität hinsichtlich einer Ganganzahl der elektrischen Antriebsachse darstellbar ist.
Sind auf Grund des modularen Baukastens an einer Achse zwei elektrische Maschinen mit zwei Teilgetrieben kombiniert, so können beide Teilgetriebe die Unterschiedlich sein können gleichzeitig betrieben werden. Dadurch befinden sich die elektrischen Maschinen in unterschiedlichen Betriebspunkten, wodurch die Schaltzeitpunkte ebenfalls unterschiedlich sind. Durch die unterschiedlichen Betriebspunkte und Schaltzeitpunkte der Motoren und Teilgetriebe, kann die Achse und damit das Fahrzeug, ohne klassische Zugkraftunterbrechung betrieben werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Darstellung eines Nutzfahrzeugs;
2 eine schematische Vorderansicht eines Achsgehäuses einer elektrischen Antriebsachse des Nutzfahrzeugs;
3 schematische Perspektivansichten von elektrischen Maschinen zum Herstellen unterschiedliche Bauvarianten der elektrischen Antriebsachse;
4 eine schematische Darstellung einer bauvariantenübergreifenden Übersetzungseinrichtung;
5 eine schematische Darstellung einer ersten der Bauvarianten;
6 eine schematische Darstellung einer zweiten der Bauvarianten;
7 eine schematische Darstellung einer dritten der Bauvarianten;
8 eine schematische Darstellung einer vierten der Bauvarianten;
9 eine schematische Darstellung einer fünften der Bauvarianten;
10 eine schematische Darstellung einer sechsten der Bauvarianten;
11 eine schematische Darstellung einer siebten der Bauvarianten;
12 eine schematische Darstellung einer achten der Bauvarianten;
13 eine schematische Darstellung einer neunten der Bauvarianten;
14 eine schematische Darstellung einer zehnten der Bauvarianten;
15 eine schematische Darstellung einer elften der Bauvarianten;
16 eine schematische Darstellung einer zwölften der Bauvarianten;
17 eine schematische Darstellung einer dreizehnten der Bauvarianten;
18 eine schematische Darstellung einer vierzehnten der Bauvarianten;
19 eine schematische Darstellung einer fünfzehnten der Bauvarianten;
20 eine schematische Darstellung einer sechzehnten der Bauvarianten;
21 eine schematische Darstellung einer siebzehnten der Bauvarianten; und
22 eine schematische Darstellung einer achtzehnten der Bauvarianten der elektrischen Antriebsachse.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes und beispielsweise als Lastkraftwagen ausgebildetes Nutzfahrzeug 10, welches bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel genau zwei in Fahrzeuglängsrichtung des Nutzfahrzeugs 10 aufeinanderfolgende und somit hintereinander angeordnete, einfach auch als Achsen bezeichnete Fahrzeugachsen aufweist, nämlich eine als Vorderachse ausgebildete, erste Fahrzeugachse 12 und eine als Hinterachse ausgebildete, zweite Fahrzeugachse 14. Die Fahrzeuglängsrichtung ist durch einen Doppelpfeil 16 veranschaulicht. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Fahrzeugachse 12, insbesondere genau, zwei auf in Fahrzeugquerrichtung des Nutzfahrzeugs 10 einander gegenüberliegenden Seiten des Nutzfahrzeugs 10 angeordnete Fahrzeugräder 18 auf. Die Fahrzeugachse 14 weist vorliegend, insbesondere genau, zwei auf den in Fahrzeugquerrichtung einander gegenüberliegenden Seiten des Nutzfahrzeugs 10 angeordnete Doppelräder 20 auf, wobei das jeweilige Doppelrad 20 beispielsweise jeweils, insbesondere genau, zwei als Einzelräder ausgebildete Fahrzeugräder 22 aufweist. Die Fahrzeugquerrichtung ist durch einen Doppelpfeil 24 veranschaulicht. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Fahrzeugachse 14 als eine Antriebsachse ausgebildet, welche auch als antreibbare Achse oder angetriebene Achse bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass die Doppelräder 20 der Fahrzeugachse 14 mittels wenigstens oder genau einer auch als Antriebsmotor bezeichneten Antriebsmaschine angetrieben werden können, wodurch das Nutzfahrzeug 10 insgesamt angetrieben werden kann. Die als Antriebsachse ausgebildete Fahrzeugachse 14 ist dabei eine elektrische Antriebsachse, deren Fahrzeugräder 22, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden können, wodurch das Nutzfahrzeug 10, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Somit handelt es sich beispielsweise bei der zuvor genannten Antriebsmaschine um eine elektrische Maschine, welche auch als Elektromaschine oder Elektromotor bezeichnet wird.
Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Baukastensystem für mehrere Bauvarianten der elektrischen Antriebsachse beschrieben. Dies bedeutet, dass mittels des Baukastensystems auf kostengünstige Weise die mehreren, voneinander unterschiedlichen Bauvarianten der elektrischen Antriebsachse (Fahrzeugachse 14) hergestellt werden können.
Aus 1 ist erkennbar, dass das Nutzfahrzeug 10 einen in 1 besonders schematisch dargestellten und als Leiterrahmen ausgebildeten Rahmen 26 aufweist, welcher zwei sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung des Nutzfahrzeugs erstreckende Längsträger 28 und wenigstens einen sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Querträger 30 aufweist, über welchen die Längsträger 28 miteinander verbunden sind. Dabei ist beispielsweise die Fahrzeugachse 14 (elektrische Antriebsachse) zumindest mittelbar und dabei beispielsweise über eine auch als Achsaufhängung bezeichnete Aufhängung, vorzugsweise bewegbar, an dem Rahmen 26 gehalten, wodurch beispielsweise relativ zu dem Rahmen 26 erfolgende Ein- und Ausfederbewegungen der Fahrzeugräder 22 der Fahrzeugachse 14 zugelassen werden.
In Zusammenschau mit 2 ist erkennbar, dass das Baukastensystem ein bauvariantenübergreifendes, einfach auch als Achse bezeichnetes Achsgehäuse 32 der elektrischen Antriebsachse aufweist. Das Achsgehäuse 32 ist zumindest mittelbar und dabei beispielsweise über die zuvor genannte Aufhängung und somit vorzugsweise bewegbar an den Rahmen 26 anbindbar, das heißt an dem Rahmen 26 befestigbar. In vollständig hergestelltem Zustand der Fahrzeugachse 14 sind beispielsweise die Fahrzeugräder 22 über Radnaben 34 drehbar an dem Achsgehäuse 32 gehalten.
Beispielsweise aus 5 ist erkennbar, dass das Baukastensystem ein auch als Hauptgetriebe oder Hauptübersetzung bezeichnetes, bauvariantenübergreifendes Grundgetriebe 36 aufweist, welches an das Achsgehäuse 32 anbindbar und dabei beispielsweise zumindest teilweise in dem Achsgehäuse 32 anordenbar ist. In Zusammenschau mit 3 ist erkennbar, dass das Baukastensystem außerdem mehrere, voneinander unterschiedliche, bauvariantenspezifische elektrische Maschinen aufweist, von denen in 3 zwei elektrische Maschinen gezeigt und mit 38 und 40 bezeichnet sind. Die elektrischen Maschinen 38 und 40 sind wahlweise mit dem Grundgetriebe 36, insbesondere drehmomentübertragend, koppelbar, sodass mittels der jeweiligen elektrischen Maschine 38, 40 über das Grundgetriebe 36 die Fahrzeugräder 22 der Fahrzeugachse 14, insbesondere rein, elektrisch antreibbar sind. 4 zeigt eine Baueinheit 42, welche, insbesondere in vollständig hergestelltem Zustand des die jeweilige Bauvariante aufweisenden Nutzfahrzeugs 10, rahmenfest, mithin an dem Rahmen 26 befestigt ist. Die Baueinheit 42 umfasst, insbesondere je nach Bauvariante, die jeweilige, elektrische Maschine 38, 40 sowie vorliegend einen optionalen Nebenabtrieb 44, welcher auch entfallen kann. Des Weiteren umfasst die Baueinheit 42 eine als Reduziergruppe ausgebildete Übersetzungseinrichtung 46. Dies bedeutet, dass das Baukastensystem die bauvariantenübergreifende, zusätzlich zu dem Grundgetriebe 36 vorgesehene Übersetzungseinrichtung 46 (Reduziergruppe) aufweist, wobei die elektrischen Maschinen des Baukastensystems wahlweise, insbesondere drehmomentübertragend, mit der Übersetzungseinrichtung 46 koppelbar und somit über die Übersetzungseinrichtung 46 mit dem Grundgetriebe 36 koppelbar sind. Somit stellt beispielsweise das Grundgetriebe 36 insbesondere zusammen mit der Übersetzungseinrichtung 46 eine Normierungsübersetzung bereit, die insbesondere dadurch, dass das Grundgetriebe 36 und die Übersetzungseinrichtung 46 bauvariantenübergreifend und somit Bestandteil aller Bauvarianten sind, bei allen Bauvarianten gleich ist. Das Baukastensystem umfasst beispielsweise einen zusätzlich zu dem Achsgehäuse 32 vorgesehenen und separat von dem Achsgehäuse 32 ausgebildeten, bauvariantenübergreifenden Träger, welcher beispielsweise als eine Trägerplatte ausgebildet ist. Der Träger ist zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Rahmen 26 befestigbar, insbesondere derart, dass Relativbewegungen zwischen dem Rahmen 26 und dem Träger unterbleiben. Dabei sind die elektrischen Maschinen des Baukastensystems wahlweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt oder aber unter Vermittlung der Übersetzungseinrichtung 46, an den Träger anbindbar und somit über den Träger an den Rahmen 26 anbindbar. Ferner ist es denkbar, dass das Baukastensystem einen beispielsweise bauvariantenübergreifenden Retarder aufweist, welcher beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an den Träger befestigbar und somit über den Träger an dem Rahmen 26 anbindbar ist.
5 zeigt eine erste Bauvariante der elektrischen Antriebsachse (Fahrzeugachse 14). Aus 5 ist erkennbar, dass das Grundgetriebe 36 beispielsweise einen, insbesondere einfachen, Planetenradsatz 48 mit einem Sonnenrad 50, einem Planetenträger 52, einem Hohlrad 54 und drehbar an dem Planetenträger 52 gelagerten Planetenrädern 56 aufweist. Außerdem weist beispielsweise der Planetenradsatz 48 ein Schaltelement S1 auf, mittels welchem das Hohlrad 54 wahlweise drehfest mit dem Sonnenrad 50 oder drehfest mit dem Achsgehäuse 32 oder sowohl von dem Sonnenrad 50 als auch von dem Achsgehäuse 32 entkoppelbar ist, sodass in letzterem Fall das Hohlrad 54 insbesondere um eine auch als Wellendrehachse bezeichnete Hauptdrehachse 58 sowohl relativ zu dem Achsgehäuse 32 als auch relativ zu dem Sonnenrad 50 drehbar ist. Das Achsgehäuse 32 wird auch einfach als Gehäuse bezeichnet und ist beispielsweise ein Gehäuse des Grundgetriebes 36.
Bei der ersten Ausführungsform weist ein das Grundgetriebe 36 umfassendes Gesamtgetriebe der Fahrzeugachse 14 beispielsweise genau einen, insbesondere nichtschaltbaren, Gang G1 auf. Hierfür vorgesehen ist eine erste Stirnradstufe 60, welche vorzugsweise Bestandteil des Grundgetriebes 36 und somit vorzugsweise bauvariantenübergreifend ist. Die erste Stirnradstufe 60 weist ein erstes Stirnrad 62 und ein zweites Stirnrad 64 auf, wobei die Stirnräder 62 und 64 miteinander kämmen. Dabei ist das Stirnrad 64, insbesondere permanent, drehfest mit einer Welle 66, insbesondere des Grundgetriebes 36, verbunden und somit mit der Welle 66 um die Hauptdrehachse 58 relativ zu dem Achsgehäuse 32 mitdrehbar. Vorliegend ist auch das Sonnenrad 50, insbesondere permanent, drehfest mit der Welle 66 verbunden.
Die Fahrzeugachse 14 weist ferner ein die Differentialgetriebe 68 auf, welches beispielsweise Bestandteil des Baukastensystems und dabei insbesondere bauvariantenübergreifend oder aber bauvariantenspezifisch sein kann. Das Differentialgetriebe 68 weist, wie hinlänglich bekannt ist, ein vorliegend als Tellerrad ausgebildetes Eingangszahnrad 70 auf, welches mit einem als Antriebsritzel 72 ausgebildeten Zahnrad kämmt. Beispielsweise ist das Antriebsritzel 72 Bestandteil des Baukastensystems, insbesondere des Grundgetriebes 36, und beispielsweise bauvariantenübergreifend. Vorliegend ist das Antriebsritzel 72, insbesondere permanent, drehfest mit dem Planetenträger 52 verbunden. Bei der ersten Bauvariante weist das Differentialgetriebe 68 eine beispielsweise formschlüssige Differentialsperre 74 auf. Über das Differentialgetriebe 68 sind, wie durch Pfeil 76 veranschaulicht ist, Seitenwellen 78 der Fahrzeugachse 14 antreibbar, wobei über die Seitenwellen 78 insbesondere über eine Übersetzung i die Fahrzeugräder 22 antreibbar sind. Bei der ersten Bauvariante beträgt die Übersetzung i 1. Des Weiteren ist aus einer Zusammenschau von 4 und 5 erkennbar, dass das Baukastensystem eine vorzugsweise bauvariantenübergreifende Seitenwelle 80 aufweist, über welche die Übersetzungseinrichtung 46 und über diese die jeweilige elektrische Maschine des Baukastensystems mit dem Grundgetriebe 36 koppelbar sind. Aus 4 ist erkennbar, dass die jeweilige elektrische Maschine des Baukastensystems über die Übersetzungseinrichtung 46 mit der Seitenwelle 80 und die Übersetzungseinrichtung 46 über die Seitenwelle 80 mit dem Grundgetriebe 36, insbesondere drehmomentübertragend, koppelbar oder in vollständig hergestelltem Zustand beispielsweise der ersten Bauvariante gekoppelt ist. Dadurch ist es möglich, die Baueinheit 42 und somit die jeweilige, elektrische Maschine und die Übersetzungseinrichtung 46 rahmenfest auszugestalten, während das Grundgetriebe 36 an dem bewegbar an dem Rahmen 26 zu haltenden oder gehaltenen Achsgehäuse 32 gehalten ist. Beispielsweise ist das auch als Schalteinheit bezeichnete Schaltelement S1 bauvariantenübergreifend.
6 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zweite der Bauvarianten der elektrischen Antriebsachse. Bei der zweiten Ausführungsform weist das Gesamtgetriebe beispielsweise zwei Gänge auf, nämlich den Gang G1 und einen Gang G2. Insbesondere ermöglicht der Planetenradsatz 48 insbesondere mit dem Schaltelement S1 ein vorteilhaftes Anfahren des Nutzfahrzeugs 10, insbesondere bei voller Beladung und/oder bei einer Steigung. Ist beispielsweise mittels des Schaltelements S1 das Sonnenrad 50 drehfest mit dem Hohlrad 54 verbunden, so kann hierdurch ein vorteilhafter Kriechgang eingelegt sein. Dabei sind das Sonnenrad 50 und das Hohlrad 54 miteinander verblockt.
7 zeigt in einer schematischen Darstellung eine dritte der Bauvarianten der Fahrzeugachse 14. Bei der dritten Bauvariante sind die zwei Gänge G1 und G2 vorgesehen. Der Gang G1 ist dabei gebildet durch die beispielsweise bauvariantenübergreifende, erste Stirnradstufe 60 mit den Stirnrädern 62 und 64. Während beispielsweise bei der ersten Bauvariante das Stirnrad 64, insbesondere permanent, drehfest mit der Welle 66 verbunden ist, ist bei der dritten Bauvariante das Stirnrad 64 als ein erstes Losrad ausgebildet, welches auf der Welle 66 um die Hauptdrehachse 58 drehbar angeordnet ist. Der zweite Gang G2 ist durch eine zweite Stirnradstufe 82 gebildet, welche ein drittes Stirnrad 84 und ein viertes Stirnrad 86 aufweist. Die Stirnräder 84 und 86 kämmen miteinander. Dabei ist das Stirnrad 86 als zweites Losrad ausgebildet, welches um die Hauptdrehachse 58 relativ zu der Welle 66 drehbar auf der Welle 66 angeordnet ist. Den Losrädern ist ein zweites Schaltelement S2 zugeordnet, welches auch als Schalteinheit bezeichnet wird. In einem Neutralzustand gibt das Schaltelement S2 die Stirnräder 84 und 86 für um die Hauptdrehachse 58 und relativ zu der Welle 66 erfolgende Relativdrehungen frei, sodass die Stirnräder 84 und 86 von der Welle 66 entkoppelt sind. Ferner kann mittels des Schaltelements S2 wahlweise das Stirnrad 64 und das Stirnrad 86 mit der Welle 66 drehfest verbunden werden. Ist mittels des Schaltelements S2 das Stirnrad 64 drehfest mit der Welle 66 verbunden, während das Stirnrad 86 um die Hauptdrehachse 58 relativ zu der Welle 66 drehbar ist, so ist der erste Gang G1 eingelegt und der zweite Gang G2 ausgelegt. Ist mittels des Schaltelements S2 das Stirnrad 86 drehfest mit der Welle 66 verbunden, während das Stirnrad 64 um die Hauptdrehachse 58 relativ zu der Welle 66 drehbar ist, so ist der zweite Gang G2 eingelegt, während der erste Gang G1 ausgelegt ist. Dadurch kann eine vorteilhafte Schaltbarkeit realisiert werden. Insgesamt ist erkennbar, dass beispielsweise die Stirnradstufe 82 ein Getriebeelement des Baukastensystems ist, wobei mittels des Getriebeelements das grundsätzlich als Eingang-Variante ausgebildete Grundgetriebe 36 zu einer Zweigang-Variante ergänzt, das heißt erweitert werden kann. Durch Verwendung mehrerer Getriebeelemente, wie beispielsweise der Stirnradstufe 82, können darüber hinaus mehr als zwei Gänge und somit wenigstens oder genau drei Gänge oder wenigstens oder genau vier Gänge, insbesondere des Gesamtgetriebes, kostengünstig dargestellt werden. 8 zeigt in einer schematischen Darstellung eine vierte der Bauvarianten. Die vierte Bauvariante ist im Grunde eine Kombination der dritten Bauvariante und der zweiten Bauvariante, wobei die vierte Bauvariante die Gänge G1 und G2 der zweiten Bauvariante und einen dritten Gang G3 aufweist, welcher beispielsweise wie der zweite Gang G2 der dritten Bauvariante gebildet ist, und zwar durch die Stirnradstufe 82.
9 zeigt in einer schematischen Darstellung eine fünfte der Bauvarianten der Fahrzeugachse 14. Bei der fünften Bauvariante weist die Fahrzeugachse 14, insbesondere das Gesamtgetriebe, vier Gänge auf, nämlich den ersten Gang G1, den zweiten Gang G2, den dritten Gang G3 und einen vierten Gang G4. Die Gänge G1 und G3 und die Gänge G2 und G4 der fünften Bauvariante sind wie die Gänge G1 und G2 der dritten Bauvariante gebildet. Außerdem ist ein zweiter Planetenradsatz 88 mit einem dritten Schaltelement SE3 vorgesehen, wobei die vorigen und folgenden Ausführungen zum Planetenradsatz 48 und zum Schaltelement S1 ohne Weiteres auch auf den Planetenradsatz 88 und das Schaltelement SE3 übertragen werden können. Dementsprechend vorgesehen ist ein weiteres Antriebsritzel 90, welches, insbesondere permanent, drehfest mit dem Planetenträger des Planetenradsatzes 88 verbunden ist und, insbesondere wie das Antriebsritzel 72, mit dem als Tellerrad ausgebildeten Eingangszahnrad 70 des Differentialgetriebes 68 in Eingriff steht. Wie die Gänge G1 und G3 bei der fünften Bauvariante durch die Stirnradstufen 60 und 82 gebildet sind, sind die Gänge G2 und G4 bei der fünften Bauvariante durch Stirnradstufen 92 und 94 gebildet, welchen ein viertes Schaltelement S4 zugeordnet ist, auf welches die vorigen und folgenden Ausführungen zum Schaltelement S2 übertragen werden können und umgekehrt. Aus 7 ist erkennbar, dass der zweite Gang G2 der dritten Bauvariante optional ist und auch entfallen kann, um somit beispielsweise die vorliegend zweigängige, dritte Bauvariante zu einer weiteren, nur eingängigen Bauvariante mit dem Gang G1 weiterzubilden. Dabei kann beispielsweise das Stirnrad 64 als Losrad ausgebildet bleiben, und das Schaltelement S2 kann beibehalten werden, oder aber, wie es in 5 anhand der ersten Bauvariante gezeigt ist, das Schaltelement S2 kann entfallen, und das Stirnrad 64 wird, insbesondere permanent, drehfest mit der Welle 66 verbunden.
10 zeigt eine sechste der Bauvarianten der Fahrzeugachse 14. Dabei sind zwei Gänge, nämlich die Gänge G1 und G2 vorgesehen, wobei der Gang G2 ein optionaler Gang ist und auch entfallen kann. Die zweigängige, sechste Bauvariante unterscheidet sich von der in 7 gezeigten, zweigängigen dritten Bauvariante insbesondere in der Anordnung des Planetenradsatzes 48. 11 zeigt in einer schematischen Darstellung eine siebte der Bauvarianten der als elektrische Antriebsachse ausgebildeten Fahrzeugachse 14. Auch die siebte Bauvariante weist beispielsweise genau zwei Gänge, nämlich die vorliegend schaltbaren und somit ein- und auslegbaren Gänge G1 und G2 auf, wobei, wie bereits bezüglich der sechsten Bauvariante ausgeführt, der Gang G2 optional ist und auch entfallen kann. Während beispielsweise bei der sechsten Bauvariante der Planetenradsatz 48 bezogen auf einen Drehmomentenfluss, entlang welchem und über welchen ein jeweiliges, von der jeweiligen elektrischen Maschine über deren Rotor bereitgestelltes oder bereitstellbares und zum Antreiben der Fahrzeugräder 22 vorgesehenes Antriebsdrehmoment von dem Rotor auf die Fahrzeugräder 22 übertragbar ist, in dem Drehmomentenfluss stromauf des Differentialgetriebes 68 angeordnet ist, ist bei der siebten Bauvariante der Planetenradsatz 48 in dem Drehmomentenfluss stromab des Differentialgetriebes 68 und stromauf eines der Fahrzeugräder 22 beziehungsweise eines der Doppelräder 20 der Fahrzeugräder 14 angeordnet. Daher ist ein zusätzlicher Planetenradsatz 48` vorgesehen, welcher baugleich zu dem Planetenradsatz 48 ausgebildet ist. Während der Planetenradsatz 48 in dem Drehmomentenfluss stromab des Differentialgetriebes 68 und stromauf eines der Fahrzeugräder 22 beziehungsweise eines der Doppelräder 20 angeordnet ist, ist der Planetenradsatz 48` in dem Drehmomentenfluss stromab des Differentialgetriebes 68 und stromauf des anderen Fahrzeugrads 22 beziehungsweise des anderen Doppelrads 20 angeordnet. Somit sind sozusagen die Planetenradsätze 48 und 48` in dem Drehmomentenfluss strömungstechnisch parallel zueinander geschaltet.
12 zeigt in einer schematischen Darstellung eine achte der Ausführungsformen der elektrischen Antriebsachse (Fahrzeugachse 14). Bei der achten Bauvariante ist die Seitenwelle 80 nicht vorgesehen, sodass die Seitenwelle 80 nicht notwendigerweise bauvariantenübergreifend sein muss, sondern beispielsweise bauvariantenspezifisch sein, mithin verwendet werden kann, oder beispielsweise veranschaulichen 12 bis 22 eine zweite Ausführungsform des Baukastensystems, während 4 bis 11 eine erste Ausführungsform des Baukastensystems zeigen. Beispielsweise ist die jeweilige elektrische Maschine zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an das Achsgehäuse 32 anbindbar und somit beispielsweise unter Vermittlung des Achsgehäuses 32 an den Rahmen 26 anbindbar, sodass beispielsweise die jeweilige elektrische Maschine des Baukastensystems nicht etwa rahmenfest, sondern achsfest beziehungsweise achsgehäusefest ist. Dann können beispielsweise die Seitenwelle 80 und der zuvor genannte Träger entfallen.
Bei der in 12 gezeigten, achten Bauvariante weist die Fahrzeugachse 14 beispielsweise, insbesondere genau, einen Gang auf, nämlich den Gang G1, welcher beispielsweise nicht schaltbar, sondern fix sein kann. Dabei ist der Gang G1 durch die Stirnradstufe 60 gebildet. Dabei ist beispielsweise das Stirnrad 62 koaxial zu dem Rotor der elektrischen Maschine 38, 40 angeordnet, wobei es denkbar ist, dass das Stirnrad 62, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine 38, 40 verbunden ist. Wie bei der in 11 gezeigt, siebten Bauvariante sind bei der in 12 gezeigten achten Bauvariante die Planetenradsätze 48 und 48` vorgesehen. Darüber hinaus ist ein dritter Planetenradsatz 48" vorgesehen, welcher vorliegend baugleich zu den Planetenradsätzen 48 und 48` ausgebildet ist. Die vorigen und folgenden Ausführungen zu den Planetenradsätzen 48 und 48` können ohne Weiteres auch auf den Planetenradsatz 48" übertragen werden und umgekehrt. Bei der achten Bauvariante ist beispielsweise das Stirnrad 64, insbesondere permanent, drehfest mit dem Sonnenrad 50 des Planetenradsatzes 48" verbunden.
13 zeigt in einer schematischen Darstellung eine neunte der Bauvarianten, welche insbesondere auf der achten Bauvariante aufbaut. Bei der neunten Bauvariante weist die Fahrzeugachse 14, insbesondere genau, zwei, insbesondere schaltbare, Gänge auf, nämlich den Gang G1 und den Gang G2. Die Gänge G1 und G2 bei der neunten Bauvariante sind beispielsweise gebildet wie die Gänge G1 und G3 bei der fünften Bauvariante oder wie die Gänge G1 und G2 bei der dritten Bauvariante.
14 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zehnte der Bauvarianten, welche auch, insbesondere genau, zwei Gänge aufweist, nämlich die Gänge G1 und G2. Dabei sind jedoch die Gänge G1 und G2 bei der zehnten Bauvariante wie beispielsweise die Gänge G1 und G2 bei der zweiten Bauvariante gebildet. Im Vergleich zur achten Bauvariante und zur neunten Bauvariante sind bei der zehnten Bauvariante die Planetenradsätze 48, 48’ und 48'' vorgesehen, und zusätzlich ist ein vierter Planetenradsatz 48''' vorgesehen, welcher baugleich zu den Planetenradsätzen 48, 48` und 48'' ausgebildet ist. Somit können die folgenden und vorigen Ausführungen zu den Planetenradsätzen 48, 48' und 48'' ohne Weiteres auch auf den Planetenradsatz 48''' übertragen werden und umgekehrt. Erkennbar aus den Figuren ist insbesondere, dass zumindest eine der Bauvarianten nicht nur eine der elektrischen Maschinen des Baukastensystems, sondern wenigstens oder genau zwei elektrische Maschinen des Baukastensystems umfassen können, sodass eine besonders große Modularität realisiert werden kann.
15 zeigt in einer schematischen Darstellung eine elfte der Bauvarianten der Fahrzeugachse 14. Bei der elften Bauvariante weist die Fahrzeugachse 14, insbesondere genau, drei Gänge auf, nämlich die Gänge G1, G2 und G3.
16 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zwölfte der Bauvarianten, wobei die zwölfte Bauvariante, insbesondere genau, vier, insbesondere schaltbare, Gänge aufweist, nämlich die Gänge G1, G2, G3 und G4.
17 zeigt eine dreizehnte der Bauvarianten, wobei die dreizehnte Bauvariante, insbesondere genau, einen Gang aufweist, nämlich den Gang G1, welcher vorzugsweise ein fixer, das heißt nicht-schaltbarer Gang ist. Im Grunde entspricht die dreizehnte Bauvariante der ersten Bauvariante, wobei jedoch die Seitenwelle 80 entfällt. Die Übersetzungseinrichtung 46 ist oder umfasst, insbesondere genau, eine Stirnradstufe 96 mit einem dritten Stirnrad 98 und einem vierten Stirnrad 100, wobei die Stirnräder 98 und 100 kämmen. Das Stirnrad 100 ist beispielsweise koaxial zu dem Stirnrad 62 angeordnet, wobei beispielsweise die Stirnräder 100 und 62, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist das Stirnrad 98 koaxial zu dem jeweiligen Rotor der elektrischen Maschine 38, 40 angeordnet, wobei es denkbar ist, dass das Stirnrad 98, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor der jeweiligen, elektrischen Maschine 38, 40 verbunden ist. Im Gegensatz zur ersten Bauvariante sind beispielsweise bei der dreizehnten Bauvariante die elektrische Maschine und die Übersetzungseinrichtung 46 nicht rahmenfest, sondern achsgehäusefest, mithin an dem Achsgehäuse 32 befestigt und über dieses, insbesondere bewegbar, an den Rahmen 26 angebunden.
18 zeigt eine vierzehnte der Bauvarianten. Insbesondere baut die vierzehnte Bauvariante auf der dreizehnten Bauvariante auf, insbesondere derart, dass die vierzehnte Bauvariante, insbesondere genau, zwei Gänge aufweist, nämlich die Gänge G1 und G2. Wie bei der dreizehnten Bauvariante ist der Gang G1 durch die Stirnradstufe 60 gebildet, wobei jedoch im Unterschied zur dreizehnten Bauvariante das Schaltelement S2 vorgesehen ist und wobei jedoch im Gegensatz zur dreizehnten Bauvariante das Stirnrad 64 als ein Losrad ausgebildet ist. Wie beispielsweise bei der dritten Bauvariante ist der Gang G2 durch die zweite Stirnradstufe 82 gebildet.
19 zeigt eine fünfzehnte der Bauvarianten. Die fünfzehnte Bauvariante weist, insbesondere genau, zwei Gänge auf, nämlich die Gänge G1 und G2. Beispielsweise sind bei der fünfzehnten Bauvariante die Gänge G1 und G2 wie die Gänge G1 und G2 bei der zehnten Bauvariante oder bei der zweiten Bauvariante gebildet.
20 zeigt in einer schematischen Darstellung eine sechszehnte der Bauvarianten. Die sechzehnte Bauvariante weist, insbesondere genau, drei Gänge auf, nämlich die Gänge G1, G2 und G3. Die Gänge G1 und G3 bei der sechzehnten Bauvariante sind beispielsweise gebildet wie die Gänge G1 und G2 bei der vierten Bauvariante.
21 zeigt in einer schematischen Darstellung eine siebzehnte der Bauvarianten der Fahrzeugachse 14. Die vierzehnte Bauvariante weist, insbesondere genau, vier Gänge auf, nämlich die Gänge G1, G2, G3 und G4. Die Gänge G1 und G3 bei der siebzehnten Bauvariante sind beispielsweise gebildet wie die Gänge G1 und G3 bei der sechzehnten Bauvariante und somit wie die Gänge G1 und G2 bei der vierzehnten Bauvariante, wobei die Gänge G2 und G4 bei der siebzehnten Bauvariante gebildet sind wie die Gänge G1 und G3 bei der siebzehnten Bauvariante. Schließlich zeigt 22 eine achtzehnte der Bauvarianten. Die achtzehnte Bauvariante weist ebenfalls, insbesondere genau, vier Gänge auf, nämlich die Gänge G1, G2, G3 und G4. Die achtzehnte Bauvariante unterscheidet sich insbesondere dadurch von der siebzehnten Bauvariante, dass die jeweilige Übersetzung i, über welche das jeweilige Fahrzeugrad 22 beziehungsweise das jeweilige Doppelrad 20 von dem Differentialgetriebe 68 angetrieben ist, nicht 1, sondern 3 beträgt. Dies ist realisiert durch eine jeweilige, auch als final drive bezeichnete Endübersetzung 102, welche beispielsweise als ein jeweiliger, weiterer Planetenradsatz ausgebildet ist. Für eine schwere Variante kann eine Außenplanetenachse des jeweiligen Planetenradsatzes 102 zum Einsatz kommen. Insbesondere eignen sich beispielsweise die achtzehnte Bauvariante für eine Nutzlast von 50 Tonnen oder mehr.
Bezugszeichenliste

10: Nutzfahrzeug
12: Fahrzeugachse
14: Fahrzeugachse
16: Doppelpfeil
18: Fahrzeugrad
20: Doppelrad
22: Fahrzeugrad
24: Doppelpfeil
26: Rahmen
28: Längsträger
30: Querträger
32: Achsgehäuse
34: Radnabe
36: Grundgetriebe
38: elektrische Maschine
40: elektrische Maschine
42: Baueinheit
44: Nebenabtrieb
46: Übersetzungseinrichtung
48,48',48'',48''': Planetenradsatz
50: Sonnenrad
52: Planetenträger
54: Hohlrad
56: Planentenrad
58: Hauptdrehachse
60: erste Stirnradstufe
62: Stirnrad
64: Stirnrad
66: Welle
68: Differentialgetriebe
70: Eingangszahnrad
72: Antriebsritzel
74: Differentialsperre
76: Pfeil
78: Seitenwelle
80: Seitenwelle
82: zweite Stirnradstufe
84: Stirnrad
86: Stirnrad
88: Planetenradsatz
90: Antriebsritzel
92: Stirnradstufe
94: Stirnradstufe
96: Stirnradstufe
98: Stirnrad
100: Stirnrad
102: Endübersetzung
G1: Gang
G2: Gang
G3: Gang
G4: Gang
S1: erstes Schaltelement
S2: zweites Schaltelement
S3: drittes Schaltelement
i: Übersetzung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 11 2019 004 130 T5 [0002]
DE 10 2020 000 195 A1 [0002]

Claims

Baukastensystem für mehrere Bauvarianten einer elektrischen Antriebsachse (14) für ein Nutzfahrzeug (10), mit einem bauvariantenübergreifenden, zumindest mittelbar an einen Rahmen (26) des Nutzfahrzeugs (10) anbindbaren Achsgehäuse (32) der Antriebsachse (14), mit einem bauvariantenübergreifenden Grundgetriebe (36), welches an dem Achsgehäuse (32) befestigbar ist, und mit mehreren, bauvariantenspezifischen elektrischen Maschinen (38, 40), welche wahlweise mit dem Grundgetriebe (36) koppelbar sind, sodass mittels der jeweiligen elektrischen Maschine (38, 40) über das Grundgetriebe (36) Fahrzeugräder (22) der Antriebsachse (14) antreibbar sind.
Baukastensystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen bauvariantenübergreifenden, zusätzlich zu dem Achsgehäuse (32) vorgesehenen und zumindest mittelbar an den Rahmen (26) anbindbaren Träger, wobei die elektrischen Maschinen (38, 40) wahlweise an dem Träger befestigbar und dadurch über den Träger an den Rahmen (26) anbindbar sind.
Baukastensystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine bauvariantenübergreifende Seitenwelle (80), über welche die jeweilige elektrische Maschine (38, 40) mit dem Grundgetriebe (36) koppelbar ist.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine bauvariantenübergreifende, zusätzlich zu dem Grundgetriebe (36) vorgesehene Übersetzungseinrichtung (46), wobei die elektrischen Maschinen (38, 40) wahlweise mit der Übersetzungseinrichtung (46) koppelbar und über die Übersetzungseinrichtung (46) mit dem Grundgetriebe (36) koppelbar sind.
Baukastensystem nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungseinrichtung (46) über die Seitenwelle (80) mit dem Grundgetriebe (36) koppelbar ist.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgetriebe (36) einen Planetenradsatz (48) mit einem Sonnenrad (50), einem Planetenträger (52), einem Hohlrad (54) und drehbar an dem Planetenträger (52) gehaltenen Planetenrädern (56) aufweist.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgetriebe (36) eine Stirnradstufe (60) mit zwei miteinander kämmenden Stirnrädern (62, 64) aufweist.
Baukastensystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine bauvariantenübergreifende Schalteinheit (S2), mittels welcher eines der Stirnräder (62, 64) wahlweise mit einer Welle (66) des Grundgetriebes (36) drehfest verbindbar oder von der Welle (66) entkoppelbar ist.
Baukastensystem nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch wenigstens eine bauvariantenspezifische zweite Stirnradstufe (82) mit weiteren, miteinander kämmenden Stirnrädern (84, 86), wobei die weitere Stirnradstufe (82) mit dem Grundgetriebe (36) koppelbar.
Baukastensystem nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (S2) dazu ausgebildet ist, eines der weiteren Stirnräder (84, 86) wahlweise mit der Welle (66) des Grundgetriebes (36) drehfest zu verbinden oder von der Welle (66) zu entkoppeln.