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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines rein elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeuges, mit einer Achse, die ein Differential aufweist, sowie mit mindestens einer Elektromaschine, wobei die erste Achse mittels der mindestens einen Elektromaschine über ein Getriebe antreibbar ist.
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Ein solcher Antriebsstrang, der für ein elektrisch antreibbares Erdbewegungsfahrzeug oder für ein landwirtschaftliches Fahrzeug mit Vierradantrieb Verwendung findet, ist aus der
DE 600 13 340 T2 bekannt. Dieser Antriebsstrang weist zwei Elektromaschinen auf, die in Fahrtrichtung oberhalb der einen, hinteren Achse, abgeordnet sind, und mit einem Stirnradgetriebe zusammenwirken, das vor der Hinterachse angeordnet ist. Das Getriebe ist über eine Welle oder zwei Wellen mit Differentialen verbunden, die den beiden Achsen, somit der Hinterachse und der Vorderachse zugeordnet sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antriebsstrang bei einem rein elektrisch zu betreibenden Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels dessen unterschiedliche Fahrzustände mit besonders gutem Wirkungsgrad gefahren werden können.
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Gelöst wird die Aufgabe durch einen Antriebsstrang, der gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
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Der Antriebsstrang des rein elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs weist somit ein Differential auf, das als Planetendifferential ausgebildet ist. Hierbei weist das Planetendifferential einen mit der mindestens einen Elektromaschine verbundenen Eingang und zwei Ausgänge auf. Der eine Ausgang, nachfolgend als erster Ausgang bezeichnet, ist mit einem der Achsabschnitte, nachfolgend als erster Abschnitt bezeichnet, und der andere, zweite Ausgang mit einem anderen, zweiten Achsabschnitt der Achse verbunden. Die gemeinsamen Umlaufachsen von Eingang und Ausgängen des Planetendifferentials bilden eine Zwischenachse, die zwischen der Achse eines Rotors der mindestens einen Elektromaschine und der ersten Achse angeordnet ist.
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Demzufolge ist das Planetendifferential der Zwischenachse zugeordnet, die zwischen der Achse der Elektromaschine und der den Rädern, somit den Laufrädern des Kraftfahrzeugs zugeordneten Achse angeordnet ist.
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Diese Gestaltung des Antriebsstrangs ermöglicht es, das mittels der mindestens einen Elektromaschine in das Planetengetriebe eingeleitete Moment auf die beiden Achsabschnitte der Achse aufzuteilen und überdies, auf dieser Gestaltung aufbauend, bei einfacher baulicher Ergänzung des Antriebsstrangs eine Zusatzfunktion des Torque Vectorings zu verwirklichen.
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Das Planetengetriebe ist vorzugsweise so gestaltet, dass der Eingang ein äußeres Hohlrad des Planetengetriebes, der eine Ausgang ein Sonnenrad des Planetengetriebes und der andere Ausgang einen Umlaufräderträger mit mindestens einem Umlaufrad des Planetengetriebes aufweist. In aller Regel nimmt der Umlaufräderträger mehrere, beispielsweise drei Umlaufräder, drehbar auf, die mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmen. Die beschriebene Gestaltung ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau des Antriebsstrangs dahingehend, dass mittels der mindestens einen Elektromaschine von radial außen das Drehmoment in das Planetendifferential, konkret das Hohlrad eingebracht werden kann und sich dieses Drehmoment dann auf die radial inneren Komponenten des Planetendifferential, vorliegend den Umlaufräderträger mit dem mindestens einen Umlaufrad und das Sonnenrad aufteilt.
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Konstruktiv ist der Antriebsstrang insbesondere derart gestaltet, dass die mindestens eine Elektromaschine eine mit dem Rotor der Elektromaschine verbundene Abtriebswelle aufweist, wobei die Abtriebswelle drehfest mit einem ersten Ritzel des Getriebes verbunden ist, das mit einem ersten Stirnrad des Getriebes kämmt, wobei das erste Stirnrad mit dem Hohlrad des Planetengetriebes verbunden ist.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Antriebsstrang zwei Elektromaschinen aufweist, wobei die eine Elektromaschine dauerhaft mit dem Getriebe gekoppelt ist und die andere Elektromaschine mittels einer ersten, schaltbaren Kupplung oder mittels eines Freilaufs von diesem Getriebe entkoppelbar ist. – Demzufolge kann das Getriebe und damit das Planetendifferential mit einer Elektromaschine oder mit zwei Elektromaschinen betrieben werden. Diese Abkoppelbarkeit der einen Elektromaschine ermöglicht es, unterschiedliche Fahrzustände optimal zu beherrschen. So wird die Achse insbesondere dann nur mittels einer Elektromaschine angetrieben, wenn diese Achse nicht mit maximalem Drehmoment bzw. maximaler Leistung angetrieben werden soll. Ist solches aber erwünscht, wird die zweite Elektromaschine zugeschaltet. Damit kann der Antriebsstrang bei optimalem Wirkungsgrad betrieben werden, indem entweder nur die eine Elektromaschine oder beide Elektromaschinen mit der Achse zusammenwirkt bzw. zusammenwirken.
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Bei abgekoppelter Elektromaschine kann diese dann abgeschaltet werden. Bei Verwendung eines Freilaufs ist die eine Elektromaschine dann nicht wirksam, wenn sie von der anderen Elektromaschine aufgrund deren größeren Drehzahl quasi überholt wird und damit den Freilauf aktiviert.
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Die Kupplung kann form- oder kraftschlüssig wirksam sein. Ist die Kupplung formschlüssig wirksam, kann sie nur bei relativ geringer Differenzdrehzahl geschaltet werden, während bei einer kraftschlüssig wirksamen Kupplung diese unter Schlupf schaltbar ist, somit bei größeren Drehzahlunterschieden von Abtriebswelle der Elektromaschine und Eingangswelle des Getriebes.
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Gemäß einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist der Antriebsstrang derart modifiziert, dass die entkoppelbare Elektromaschine eine mit deren Rotor drehfest verbundene Abtriebswelle aufweist, wobei diese Abtriebswelle drehfest mit einem zweiten Ritzel des Getriebes verbunden ist, das mit einem zweiten Stirnrad des Getriebes kämmt. Dieses Stirnrad ist mittels einer zweiten, schaltbaren Kupplung mit dem ersten Ausgang des Planetengetriebes bzw. dem ersten Achsabschnitt und/oder mittels einer dritten, schaltbaren Kupplung mit dem zweiten Ausgang bzw. dem zweiten Achsabschnitt drehmomentübertragend verbindbar.
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Ist die eine Elektromaschine, die nicht entkoppelbar ist, in Betrieb, und beaufschlagt diese somit das Planetendifferential, kann durch Koppeln der anderen, entkoppelbaren Elektromaschine, je nachdem welche der beiden Kupplungen – zweite bzw. dritte Kupplung – betätigt wird, ein Momentenfluss über den Getriebestrang diese Elektromaschine zum einen oder zum anderen Achsabschnitt der Achse, durchaus auch zu beiden Achsabschnitten gleichzeitig erfolgen. Andererseits ist diese Wirkungsweise auch dann möglich, wenn die nicht entkoppelbare Elektromaschine nicht in Betrieb ist und die beiden Elektromaschinen aufgrund des Freilaufens des Freilaufes oder der geöffneten Kupplung nicht momentenübertragend zusammenwirken.
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Diese Gestaltung des Antriebsstrangs mit den beiden Elektromaschinen und dem diesen zugeordneten Getriebe und den Kupplungen ermöglicht es, entweder die beiden Achsabschnitte der Achse durch Antrieb nur der ersten Elektromaschine über das dieser zugeordnete Getriebe und das diesem zugeordnete Planetendifferential anzutreiben, oder aber die Antriebskraft bei Einsatz der zweiten Elektromaschine am Planetendifferential vorbei zu leiten und stattdessen jeden Achsabschnitt durch Schalten der zweiten bzw. dritten Kupplung über die zweite Elektromaschine unmittelbar anzutreiben. Dieser unabhängige Antrieb des jeweiligen Achsabschnitts der Achse ermöglicht einen Einzelradantrieb des dem jeweiligen Achsabschnitt zugeordneten Rades des Kraftfahrzeuges, somit des Laufrades des Kraftfahrzeuges. Dadurch ist ein Torque Vectoring der Achsabschnitte der Achse bzw. der Räder der Achse möglich. Dieses Torque Vectoring bedingt keinen Verlust durch Bremseingriff auf den Achsabschnitt des einen bzw. anderen Rades.
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Wie beschrieben kann die Einleitung des Momentes zum Zwecke des Torque Vectoring mittels der zweiten Elektromaschine der Einleitung eines Antriebsmomentes mittels der ersten Elektromaschine über das Planetengetriebe überlagert sein. In diesem Fall ist die erste Kupplung zwischen der ersten und zweiten Elektromaschine geöffnet oder der Freilauf aktiv. Im Freilauf ist eine Drehmomentkapazität erforderlich bzw. es sind Differenzdrehzahlen am Freilauf erforderlich.
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Der Antrieb des Kraftfahrzeuges nur mit der einen Elektromaschine – erste Elektromaschine – ist dann vorteilhaft, wenn Fahrzustände zu beherrschen sind, bei denen es auf einen niedrigen Energieverbrauch ankommt. Insbesondere dann, wenn ein maximales Drehmoment bzw. eine maximale Leistung verfügbar sein soll, wird die zweite Elektromaschine zugeschaltet, die zusammen mit der ersten Elektromaschine das Planetendifferential beaufschlagt. Hingegen wird dann, wenn fahrdynamisch kritische Fahrzustände zu beherrschen sind, auf den Einzelradantrieb umgeschaltet, indem der Freilauf aktiviert wird oder die erste Kupplung in deren geöffnete Stellung überführt wird, so dass die zweite Elektromaschine dann durch Schließen der zweiten und/oder dritten Kupplung die Achsabschnitte der Achse unabhängig mit einem gewünschten Drehmoment beaufschlagen kann, ohne dass von der zweiten Elektromaschine dieses Drehmoment über das Planetengetriebe in den bzw. die Achsabschnitte eingeleitet wird.
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Vorzugsweise weisen die beiden Elektromaschinen und die drei Kupplungen Steuerungsmittel auf, mittels derer diese Komponenten in die vorbeschriebenen Funktionszustände überführbar sind.
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Um den Bauraum des Antriebsstrangs im Bereich von Elektromaschine bzw. Elektromaschinen, Getriebe, Planetendifferential und Achse zu minimieren, wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die zweite und die dritte Kupplung auf derselben Seite des Planetengetriebes und nebeneinander angeordnet sind. Demnach kann die gesamte Sensorik und Aktuatorik dieser beiden Kupplungen kompakt angeordnet werden und es wird überdies relativ wenig Bauraum für diese beiden Kupplungen benötigt. Grundsätzlich ist es gleichfalls denkbar, wenn die zweite und die dritte Kupplung auf abgewandten Seiten des Planetengetriebes angeordnet sind. In diesem Fall wäre es auch erforderlich, die Sensorik und Aktuatorik der Kupplungen auf beiden Seiten des Planetengetriebes anzubringen, mit der Folge, dass ein größerer Bauraum in Breitenerstreckung des Antriebsstrangs erforderlich wäre.
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In einem Zustand, in dem sowohl die zweite als auch die dritte Kupplung geschlossen ist, hätte das Differential die Funktion eines Sperrdifferentials. Dieser Schaltzustand der Kupplungen würde somit eine Quersperre bedingen.
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Die Getriebestränge zwischen den beiden Elektromaschinen und den Achsabschnitten weisen insbesondere konstante Übersetzung auf.
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Konstruktiv ist der Antriebsstrang im Bereich des Planetengetriebes insbesondere so ausgebildet, dass der jeweilige Ausgang ein Zahnrad aufweist, das mit einem Umlaufräderträger für das mindestens eine Umlaufrad bzw. dem Sonnenrad verbunden ist, wobei das Zahnrad mit einem Zahnrad kämmt, das drehfest mit dem ersten bzw. zweiten Achsabschnitt verbunden ist.
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Der Platzbedarf des Antriebsstrangs im Bereich der beiden Elektromaschinen, des Getriebes, des Planetendifferentials und der Achsen lässt sich nachhaltig dadurch optimieren, dass die Lager weitgehend als Nadellager ausgebildet ist. Insbesondere sind die Achsabschnitte und/oder das Hohlrad und/oder das Sonnenrad und/oder der Umlaufräderträger für das mindestens eine Umlaufrad mittels Nadellagern gelagert.
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Es wird ferner als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die beiden Achsabschnitte ineinander gelagert sind.
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Die Komponenten von Getriebe und Planetendifferential sind insbesondere als Stirnräder ausgebildet. Sie können auf relativ geringem Bauraum untergebracht werden.
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Die Elektromaschinen sind insbesondere quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Der Antriebsstrang findet vorzugsweise bei einem Kraftfahrzeug Verwendung, das als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Es handelt sich bei diesem Personenkraftwagen insbesondere um einen Sportwagen. Dieses Kraftfahrzeug, insbesondere der Personenkraftwagen bzw. der Sportwagen, ist vorzugsweise mit Heckantrieb ausgebildet. Die mindestens eine Elektromaschine, insbesondere beide Elektromaschinen, sind somit im hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs bzw. Antriebsstrangs angeordnet. Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die beiden Elektromaschinen hinter der Hinterachse angeordnet sind.
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Grundsätzlich kann das Kraftfahrzeug aber als Frontantrieb ausgebildet sein.
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Die dem Antriebsstrang zugeordneten Räder sind insbesondere einzeln über Gelenkwellen aufgehängt. Der Antriebsstrang weist somit keine Starrachse auf.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung mehrerer in der Zeichnung wiedergegebener, bevorzugter Ausführungsbeispiele, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es zeigt:
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1 eine Prinzipdarstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs,
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2 eine Prinzipdarstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs,
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3 eine Prinzipdarstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß der 1 veranschaulicht einen Antriebsstrang für ein rein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, bei dem es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen, konkret einen Sportwagen handelt. Gezeigt ist der der Hinterachse des Kraftfahrzeugs zugeordnete Antriebsstrang, ferner eine nicht angetriebene Vorderachse des Kraftfahrzeugs.
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Der Antriebsstrang 1 mit Einzelradaufhängung weist die erste, hintere Achse 2 auf. Bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung 3 des Kraftfahrzeugs, nachfolgend als Fahrtrichtung bezeichnet, weist die hintere Achse 2 einen linken Achsabschnitt 4 und einen rechten Achsabschnitt 5 auf. Mit der Bezugsziffer 6 sind das linke und das rechte Rad der hinteren Achse 2 und mit der Bezugsziffer 7 Lager für die Achsabschnitte 4 und 5 der hinteren Achse 2 bezeichnet. Die Achsabschnitte 4 und 5 der hinteren Achse 2 weisen Gelenkwellen auf.
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Das Kraftfahrzeug weist ferner eine zweite, vordere Achse 8 auf, die nicht angetrieben ist. Auch diese Achse 8 weist eine Einzelradaufhängung auf. Die vordere Achse 8 weist einen linken Achsabschnitt 9 und einen rechten Achsabschnitt 10 auf. Mit der Bezugsziffer 11 sind das linke und rechte Rad der vorderen Achse 8 und mit der Bezugsziffer 12 die Lager für die Achsabschnitte 9 und 10 der vorderen Achse 8 bezeichnet. Die Achsabschnitte 9 und 10 der vorderen Achse 8 weisen gleichfalls Gelenkwellen auf.
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Die hintere Achse 2 ist mittels zweier Elektromaschinen 13 und 14 antreibbar. Entweder ist nur die linke Elektromaschine 13 in Betrieb oder es sind beide Elektromaschinen 13 und 14 in Betrieb. In bestimmten Fahrzuständen ist nur die linke Elektromaschine 14 in Betrieb.
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Die beiden Elektromaschinen 13 und 14 sind hinter der hinteren Achse 2 und quer zur Fahrtrichtung 3 angeordnet. Die Rotationsachse der jeweiligen Elektromaschine 13 und 14, dargestellt durch deren Abtriebswelle 15, ist somit quer zur Fahrtrichtung 3 angeordnet, wobei die Rotationsachsen der Elektromaschinen zusammenfallen.
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Der Stator der jeweiligen Elektromaschine 13 bzw. 14 ist mit der Bezugsziffer 16, der Rotor der jeweiligen Elektromaschine 13 bzw. 14, mit dem die Abtriebswelle 15 verbunden ist, mit der Bezugsziffer 16 bezeichnet. Gelagert ist die jeweilige Abtriebswelle 15 in Lagern 18.
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Die Abtriebswelle 15 der Elektromaschine 13 ist auf ihrer der Elektromaschine 14 zugewandten Seite drehfest mit einem Ritzel 19 verbunden. Die Abtriebswelle 15 der anderen Elektromaschine 14 ist über einen Freilauf oder eine schaltbare Kupplung 20 mit dem Ritzel 19 verbunden.
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Zwischen der Achse 2 und einer den beiden Elektromaschinen 13 und 14 zugeordneten Achse, die im Wesentlichen durch die Abtriebswellen 15 der Elektromaschinen definiert wird, ist eine Funktionsanordnung platziert, die im Wesentlichen durch ein Getriebe 21 und ein Planetendifferential 22 gebildet ist. Diese Anordnung ist gleichfalls hinter der hinteren Achse 2 angeordnet. Das Getriebe 21 weist das Ritzel 19 und ein mit diesem kämmendes Stirnrad 23 auf. Dieses ist in einem Lager 24 einer nicht veranschaulichten Gehäusehälfte gelagert, wobei das nicht veranschaulichte Gehäuse der Aufnahme der der Zwischenachse zugeordneten, nachfolgend noch näher zu beschreibenden Komponenten dient, die zwischen der hintere Achse 2 und den Elektromaschinen 13 und 14 angeordnet sind. Die andere, gleichfalls nicht veranschaulichte Gehäusehälfte nimmt ein Lager 25 auf. Bei allen nachfolgend noch näher zu beschreibenden Lagern handelt es sich um Nadellager, die somit nur einen relativ geringen Bauraum benötigen.
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Im Stirnrad 23 ist radial innen eine Hohlwelle 27 über ein Lager 25 radial gelagert, wobei diese Hohlwelle 27 mit einem radial verlaufenden Flansch 28 eine Baueinheit bildet, die über ein axial wirkendes Lager 26 im Stirnrad 23 gelagert ist. In der Hohlwelle 27 ist radial innen über ein Lager 29 eine weitere Hohlwelle 30 gelagert. Diese nimmt in einem mittleren Bereich drehfest ein Sonnenrad 31 des Planetendifferentials 22 auf. Das Stirnrad 23 bildet eine Baueinheit mit einem sich axial erstreckenden Ringansatz 32, der radial innen mit einem Hohlrad 33 des Planetendifferentials 22 verbunden ist. Mit dem Hohlrad 33 und dem Sonnenrad 31 kämmen drei Umlaufräder 34 des Planetendifferentials 22, von denen nur ein Umlaufrad 34 sichtbar ist. Gelagert sind die Umlaufräder 34 in einem Umlaufräderträger, der durch den Flansch 28, einen parallel hierzu angeordneten Flansch 35 und diese Flansche 28, 35 verbindende Zapfen 36 gebildet sind, wobei der jeweilige Zapfen 36 ein Umlaufrad 34 drehbar aufnimmt. Der sich radial erstreckende Flansch 35 ist mit einer Hohlwelle 37 verbunden, die radial außen mit einer Stirnverzahnung 38 versehen ist. Demzufolge ist ein Bauteil durch die Hohlwelle 27, den Flansch 28, die drei Zapfen 36, den Flansch 35, die Hohlwelle 37 und die Stirnverzahnung 38 gebildet. Radial innen ist dieses Bauteil gelagert mittels der genannten Lager 29 im Bereich der Hohlwelle 27 und im Bereich der Hohlwelle 37 mittels eines Lagers 39 in der Hohlwelle 30. Axial stützt sich das Bauteil im Bereich der Hohlwelle 37 über ein Lager 40 an einem sich nach radial außen erstreckenden Ringansatz 41 ab, der eine Baueinheit mit der Hohlwelle 30 bildet und radial außen mit einer Stirnverzahnung 42 versehen ist. Teilkreis und Zähnenzahl der Stirnverzahnung 38 entsprechen derjenigen der Stirnverzahnung 42.
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Mit der Hohlwelle 37, die die Stirnverzahnung 38 aufweist, somit den Bereich des Planetendifferentials 22, der die Umlaufräder 34 aufweist, kämmt ein Stirnrad 43, das eine Baueinheit mit einer Hohlwelle 44 bildet, die im Bereich des dem Stirnrad 43 abgewandten Endes mit einer Gelenkwelle 46 der Achse 2 verbunden ist. Hohlwelle 43, Anschlussteil 45 und Gelenkwelle 46 bilden den linken Achsabschnitt 4. Gelagert ist das Anschlussteil 45 im Lager 7.
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Mit der Stirnverzahnung 38 der Hohlwelle 37, die dem Sonnenrad 31 des Planetendifferentials 22 zugeordnet ist, kämmt ein Stirnrad 47, das denselben Teilkreis und dieselbe Zähnezahl aufweist wie das Stirnrad 43. Dieses Stirnrad 47 ist auf seiner dem Stirnrad 43 abgewandten Seit mit einem Anschlussteil 48 verbunden, das im Lager 7 gelagert ist und mit einer Gelenkwelle 49 für das rechte hintere Rad 6 verbunden ist. Auf der dem Stirnrad 43 zugewandten Seite ist das Stirnrad 47 mit einer Lagerstange 50 versehen, die sich fast vollständig über die Länge der Hohlwelle 44 erstreckt. Die Lagerstange 50 dient der Radiallagerung des Stirnrades 47 in der dem Stirnrad 43 zugeordneten Hohlwelle 44 mittels zweier in relativ großem Abstand zueinander angeordneter Lager 51. Ein Lager 52 dient der Axiallagerung des Stirnrades 47 im Stirnrad 43.
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Die Gelenkwelle 49, das Anschlussteil 48 und die Lagerstange 50 bilden den rechten Achsabschnitt 5.
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Veranschaulicht ist somit ein Antriebsstrang 1 mit der antreibbaren hinteren Achse 2 sowie dem als Planetendifferential 22 ausgebildeten Differential, den beiden Elektromaschinen 13 und 14 und dem Getriebe 21 zum Antreiben der ersten, hinteren Achse 2 mittels einer oder beider Elektromaschinen 13, 14. Das Planetendifferential 22 weist einen Eingang über den Ringansatz 32 und einen ersten Ausgang über die den Umlaufrädern 34 zugeordnete Hohlwelle 37 und einen zweiten Ausgang über die dem Sonnenrad 31 zugeordnete Hohlwelle 30 auf. Die gemeinsame Umlaufachse von Eingang und Ausgängen des Planetendifferentials 22 stellt eine mit der Bezugsziffer 53 veranschaulichte Zwischenachse zwischen der hinteren Achse 2 und der durch die Antriebswellen 15 der Elektromaschinen 13 und 14 gebildete Achse dar.
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Die Wirkungsweise des insoweit beschriebenen Antriebsstrangs 1 gemäß 1 stellt sich wie folgt dar:
Bei in Freilaufzustand befindlichem Freilauf 20 bzw. geöffneter Kupplung 20 wird nur die Elektromaschine 13 betrieben, insbesondere dann, wenn in einem verbrauchsgünstigen Modus zu fahren ist. In diesem Fall ist ein Teillastbetrieb zu verzeichnen, somit ist es nicht erforderlich, dass ein maximales Drehmoment bzw. eine maximale Leistung an der ersten, hinteren Achse 2 verfügbar ist.
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Bei Betrieb nur mittels der Elektromaschine 13 wird das Abtriebsmoment der Elektromaschine über deren Abtriebswelle 15 und das Ritzel 19 in das Stirnrad 23 eingeleitet, so dass, bezogen auf das Planetendifferential 22, dessen Hohlrad 33 entsprechend mit dreht, weil es eine Baueinheit mit dem Stirnrad 23 bildet. Aufgrund der Drehbewegung des Hohlrades 33 rollen die Umlaufräder 34 auf diesem und das Sonnenrad 31 auf den Umlaufrädern 34 ab. Dies bedingt, dass über die Umlaufräder 34 die Hohlwelle 37 mit Stirnverzahnung 38 in Drehbewegung versetzt wird und gleichzeitig auch die Hohlwelle 30 mit Ringansatz 41 und Stirnverzahnung 42 in Drehung versetzt wird. Aufgrund deren Rotation rotieren die Stirnräder 43 und 47, womit die Räder 6 angetrieben werden. In bekannter Art und Weise ermöglicht das Differential bzw. Planetendifferential 22 einen Differentialausgleich der beiden Räder 6 der hinteren Achse 2.
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Soll an der hinteren Achse 2 ein höheres Drehmoment bzw. eine höhere Leistung, insbesondere ein maximales Drehmoment bzw. eine maximale Leistung zugeführt werden, wird die andere Elektromaschine 14 zusätzlich zur Elektromaschine 13 aktiviert. Bei Erreichen einer definierten Drehzahl der Elektromaschine 14 bezüglich der Drehzahl der Elektromaschine 13 wird der Freilauf außer Wirkung gesetzt oder aber es wird die Kupplung 20 geschlossen, um die Elektromaschine 14 drehmomentübertragend mit dem Ritzel 19 zu verbinden. Somit liegt ein höheres Drehmoment am Ritzel 19 an und es wird demzufolge über das Planetengetriebe 22 dieses höhere Moment den Achsabschnitten 4 und 5 der hinteren Achse 2 zugeführt. Damit liegt auch eine höhere Leistung an den Achsabschnitten 4 und 5 an.
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Die Ausführungsform nach der 2 unterscheidet sich von derjenigen nach 1 dadurch, dass die Elektromaschine 14 unabhängig von der Elektromaschine 13 in Wirkstellung mit Komponenten der Zwischenachse 53 bringbar ist und sich durch zusätzliche Kupplungen ein Torque Vectoring verwirklichen lässt. Bei der Ausführungsform gemäß der 2 sind Bauteile, die in ihrem Aufbau bzw. ihrer Funktion denen der Ausführungsform nach der 1 entsprechen, der Einfachheit halber mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
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Bei der Ausführungsform nach 2 ist drehfest mit der Abtriebswelle 15 der linken Elektromaschine 13, vor dem Freilauf bzw. der schaltbaren Kupplung 20, ein Ritzel 54 verbunden, das einen deutlichen größeren Teilkreis aufweist als das Ritzel 19. Dieses Ritzel 54 kämmt mit einem Stirnrad 55 das über eine Lamellenkupplung 56, die mittels einer Betätigungseinrichtung 57 betätigbar ist, in drehmomentübertragende Verbindung mit dem Sonnenrad 51 zugeordneten, verlängert ausgebildeten Ringansatz 41, der die Stirnverzahnung 42 aufweist, bringbar ist. Dieser Ringansatz 41 ist, im Unterschied zur Ausführungsform nach der 1, auf der der Elektromaschine 14 zugewandten Seite der Zwischenachse 53 angeordnet. Durch Schließen der Lamellenkupplung 56 wird somit die Drehbewegung des Stirnrades 55 auf den Ringansatz 41 und damit dessen Stirnverzahnung 42 und von dort auf das Stirnrad 47 zum Antreiben des linken Achsabschnitts 4 übertragen.
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Das Stirnrad 55 treibt über eine die Hohlwelle 30 durchsetzende Welle 58 eine Kupplungshälfte einer Lamellenkupplung 59 an, der eine Betätigungseinrichtung 60 zugeordnet ist. Bei geschlossener Lamellenkupplung 59 wird die Drehbewegung der Welle 58 auf die Hohlwelle 37, die die Stirnverzahnung 38 aufweist, übertragen und von dort auf das Stirnrad 43, mittels dessen der rechte Achsabschnitt 5 angetrieben wird.
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Bei entkoppelter Elektromaschine 14, insbesondere stillstehender Elektromaschine 14 und aktiviertem Freilauf bzw. in Öffnungsstellung befindlicher Kupplung 20 wird die hintere Achse 2 ausschließlich mittels der Elektromaschine 13 angetrieben. Dies erfolgt grundsätzlich in der zur 1 beschriebenen Art und Weise über das Getriebe 21 und das Planetendifferential 22. In diesem Betriebszustand sind die beiden Lamellenkupplungen 56 und 59 geöffnet.
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Um die hintere Achse 2 mit größerem Drehmoment anzutreiben bzw. die Leistung des Antriebs zu erhöhen, wird, bei nach wie vor geöffneten Lamellenkupplungen 56 und 59 die Elektromaschine 14 in Betrieb gesetzt und der Freilauf überbrückt bzw. die Kupplung 20 geschlossen. Demzufolge wird das zusätzliche Moment bzw. die zusätzliche Leistung in der zur Ausführungsform nach 1 beschriebenen Art und Weise über das Ritzel 18 des Getriebes 21 und das Planetendifferential 22 in die hintere Achse 2 eingeleitet.
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Bei geöffneter Kupplung 20 bzw. in Freilauf-Funktion ist das Fahren im Torque Vectoring Modus möglich, das insbesondere bei weiterhin betriebener Elektromaschine 13 erfolgt. Es wird die andere Elektromaschine 14 bestromt, womit diese über das Ritzel 54 das Stirnrad 55 antreibt. Wird über die Betätigungseinrichtung 57 die Lamellenkupplung 56 geschlossen, erfolgt, da über die Lamellenkupplung 56 ein zusätzliches Moment in den Ringeinsatz 41 mit der Stirnverzahnung 42 eingeleitet wird, die Übertragung eines Zusatzmoments über das Stirnrad 47 in den linken Achsabschnitt 4. Ist die Lamellenkupplung 56 geöffnet, hingegen die Lamellenkupplung 59 geschlossen, wird das zusätzliche Moment vom Stirnrad 55 über die Welle 58 und die Lamellenkupplung 59 in die Hohlwelle 37 mit Stirnverzahnung 38 und von dort über das Stirnrad 43 in den rechten Achsabschnitt 5 eingeleitet. Im Freilauf ist hierbei eine Drehmomentkapazität bzw. eine Differenzdrehzahl zwischen den Abtriebswellen der beiden Elektromaschinen 13, 14 erforderlich. Werden beide Lamellenkupplungen 56 und 59 geschlossen, wirkt das Differential 22 als Quersperre. Grundsätzlich könnte der Antriebsstrang 1 auch nur mittels der Elektromaschine 14 betrieben werden. Mit ΔT ist veranschaulicht, dass durch das Torque Vectoring ein Differenzdrehmoment auf die Achsabschnitte 4 und 5 aufgebracht werden kann.
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Bei der Ausführungsform nach der 2 sind die Lamellenkupplungen 56 und 59 auf abgewandten Seiten von Getriebe 21 und Planetendifferential 22 angeordnet. In diesem Fall ist es erforderlich im Bereich jeder Lamellenkupplung, somit an unterschiedlichen Bereichen, eine Aktuatorik und Sensorik vorzusehen. Dies bedingt einen höheren Aufwand unter baulichem Aspekt und Steuerungsaspekt.
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3 zeigt eine Modifizierung der Ausführungsform nach 2, die kompakter gestaltet ist, indem die beiden Lamellenkupplungen 56 und 59 nebeneinander angeordnet sind. Bei der Ausführungsform gemäß der 3 sind Bauteile, die in ihrem Aufbau bzw. in ihrer Funktion denen der Ausführungsform nach der 1 bzw. 2 entsprechen, der Einfachheit halber mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
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Gelagert ist bei der Ausführungsform gemäß 3 die Welle 58 über Lager 61 in der Hohlwelle 30, die das Sonnenrad 31 aufweist.
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Gelagert ist die Hohlwelle 30 mittels eines Lagers 62 in einer Lagerstange 63, die im Bereich ihres dem Lager 62 abgewandten Endes im Lager 24 gelagert ist. Bei der Ausführungsform nach 3 ist nicht nur die Lamellenkupplung 56 benachbart dem Stirnrad 55 angeordnet, sondern auch die Lamellenkupplung 59 im Stirnrad 55 gelagert. Demzufolge erfolgt der Momentenfluss bei geschlossener Lamellenkupplung unmittelbar vom Stirnrad 55 in die Hohlwelle 30 bzw. die Hohlwelle 27. Eine Welle 58 zum Übertragen eines Momentes, wie zur Ausführungsform nach der 2 vorgesehen, ist bei der Ausführungsform nach 3 nicht erforderlich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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