DE102012208926B4

DE102012208926B4 - Elektroachse für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102012208926B4
Application number: DE102012208926.8A
Authority: DE
Inventors: Tomas Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2020-03-12
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: CN104379380B; US20150151634A1; WO2013178458A1; DE102012208926A1; US9527382B2; CN104379380A

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektroachse für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welche ein verbessertes Betriebsverhalten zeigt.
Hierzu wird eine Elektroachse (1) für ein Fahrzeug (2) mit einem Elektromotor (6), mit einem Untersetzungsgetriebeabschnitt (7), mit einem Verteilungsdifferential (8) und mit zwei Ausgangswellen (9 a, b), wobei der Elektromotor (6), das Verteilungsdifferenzial (8) und die zwei Ausgangswellen (9 a, b) koaxial zu einer Hauptgetriebeachse (13) angeordnet sind, wobei der Elektromotor (6) ein Antriebsdrehmoment erzeugt, welches von dem Untersetzungsgetriebeabschnitt (7) untersetzt und über das Verteilungsdifferential (8) an die zwei Ausgangswellen (9 a, b) verteilt wird, und mit einem Ausgleichsmechanismus (10) vorgeschlagen, wobei das Verteilungsdifferenzial (8) als ein Differenzialplanetengetriebe ausgebildet ist und der Ausgleichsmechanismus (10) über eine koaxial zu der Hauptgetriebeachse (13) angeordnete Welleneinrichtung (30) mit dem Verteilungsdifferential (10) wirkverbunden ist, wobei der Ausgleichsmechanismus (10) eine Änderung einer Drehzahl- und/oder einer Drehmomentdifferenz der Ausgangswellen (9 a, b) erlaubt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Elektroachse für ein Fahrzeug mit einem Elektromotor, mit einem Verteilungsdifferential, mit einem Untersetzungsgetriebeabschnitt und mit zwei Ausgangswellen, wobei der Elektromotor, das Verteilungsdifferenzial und die zwei Ausgangswellen koaxial zu einer Hauptgetriebeachse angeordnet sind, wobei der Elektromotor ein Antriebsdrehmoment erzeugt, welches von dem Untersetzungsgetriebeabschnitt untersetzt und über das Verteilungsdifferential an die zwei Ausgangswellen verteilt wird.
Bei Fahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch.
Die DE 10 2011 007 260 A1 beschreibt eine Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Maschine, einem Schaltgetriebe, mit einem durch die elektrische Maschine über das Schaltgetriebe antreibbaren Differenzial, mit einer drehmomentfesten ersten Wirkverbindung zwischen einer ersten Antriebswelle der elektrischen Maschine und dem Schaltgetriebe.
Die DE 10 2009 059 903 A1 beschreibt ein System zur variablen Momentenverteilung innerhalb einer Kraftfahrzeugachse mit einem Hauptantrieb und einem Torque-Vectoring-Motor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektroachse für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welche ein verbessertes Betriebsverhalten zeigt.
Diese Aufgabe wird durch eine Elektroachse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Elektroachse für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen, bei abgewandelten Ausführungsformen kann es sich jedoch auch um ein Trike, einen Lastkraftwagen oder ein anderes Fahrzeug mit mindestens einer angetriebenen Achse handeln. Die Elektroachse ist vorzugsweise als ein Einbaumodul aufgebaut, welches kompakt in das Fahrzeug einsetzbar ist.
Die Elektroachse umfasst einen Elektromotor, welcher zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Fahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Fahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird. Insbesondere ist der Elektromotor so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf.
Die Elektroachse umfasst ferner einen Untersetzungsgetriebeabschnitt, welcher mit dem Elektromotor wirkverbunden ist, sodass das Antriebsdrehmoment in ein untersetztes Antriebsdrehmoment umsetzbar ist. Insbesondere ist in mindestens einem Schaltungszustand oder Betriebszustand des Untersetzungsgetriebeabschnitts die Winkelgeschwindigkeit und/oder die Anzahl der Umdrehungen pro Minute (Drehzahl) am Eingang des Untersetzungsgetriebeabschnitts größer als am Ausgang des Untersetzungsgetriebeabschnitts. Diese vorgeschaltete Stufe hat den Vorteil, dass die Drehzahl des üblicherweise hochdrehenden Elektromotors bereits reduziert wird, um die Drehzahl an die gewünschte Drehzahl der angetriebenen Räder des Fahrzeugs angleichen zu können.
Die Elektroachse umfasst ein Verteilungsdifferential, welches ausgebildet ist, das untersetzte Antriebsdrehmoment auf zwei Ausgangswellen zu verteilen. Die Ausgangswellen sind den Rädern der Achse des Fahrzeugs zugeordnet.
Es ist besonders bevorzugt, dass der Ausgang bzw. die Rotorwelle des Elektromotors drehfest mit einem Eingang des Untersetzungsgetriebeabschnitts verbunden ist und/oder dass ein Ausgang des Untersetzungsgetriebeabschnitts drehfest mit einem Eingang des Verteilungsdifferenzials verbunden ist und/oder dass die Ausgänge des Verteilungsdifferenzials drehfest mit den zwei Ausgangswellen verbunden sind. Durch die unmittelbare Wirkverbindung der Funktionsmodule der Elektroachse können unnötige Zwischenkomponenten eingespart und die Kompaktheit der Elektroachse erhöht werden. Betrachtet man den Drehmomentfluss der Elektroachse, wird von dem Elektromotor das Antriebsdrehmoment erzeugt, von dem Untersetzungsgetriebeabschnitt untersetzt und über das Verteilungsdifferenzial an die zwei Ausgangswellen verteilt.
Der Elektromotor, insbesondere die Rotorwelle des Elektromotors, das Verteilungsdifferenzial und die zwei Ausgangswellen sind koaxial zueinander und zu einer Hauptgetriebeachse angeordnet.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Elektroachse einen Ausgleichsmechanismus aufweist, welcher eine Änderung einer Drehzahl- und/oder Drehmomentdifferenz der Ausgangswellen erlaubt. Zur Umsetzung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verteilungsdifferenzial als ein Differenzialplanetengetriebe ausgebildet ist und der Ausgleichsmechanismus über eine koaxial zu der Hauptgetriebeachse angeordnete Welleneinrichtung mit dem Verteilungsdifferenzial wirkverbunden ist. Durch die Kombination eines als Planetengetriebe ausgebildeten Verteilungsdifferenzial und einer koaxial zu der Hauptgetriebeachse geführten Welleneinrichtung ist es möglich, den Ausgleichsmechanismus an das Verteilungsdifferenzial anzukoppeln ohne die Kompaktheit der Elektroachse aufgeben zu müssen.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass gegenüber dem Stand der Technik die Elektroachse über erweiterte Funktionen, nämlich die Möglichkeit zur Änderung der Drehzahl- und/oder Drehmomentdifferenz der Ausgangswellen, verfügt und zugleich die Kompaktheit der Anordnung nicht aufgegeben werden muss. Damit werden an der Elektroachse Funktionen ermöglicht, die ansonsten maßgeblich von Antriebssträngen mit Verbrennungsmotor bekannt sind.
Bei dem Ausgleichsmechanismus kann es sich in einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform um einen passiven Ausgleichsmechanismus handelt, wobei ein Drehzahldifferenzausgleich der Ausgangswellen bei Kurvenfahrten ausgeglichen wird.
Erfindungsgemäß ist der Ausgleichsmechanismus als ein aktiver Ausgleichsmechanismus ausgebildet, um die Drehmomente zwischen den Ausgangswellen variabel einstellen zu können. Insbesondere ist der aktive Ausgleichsmechanismus als eine Torque-Vectoring-Einrichtung ausgebildet. Insbesondere ist der aktive Ausgleichsmechanismus ausgebildet, die Drehmomentverteilung an den zwei Ausgangswellen derart zu verändern, um gezielt auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs eingreifen zu können. Beispielsweise ist bei Kurvenfahrt das Drehmoment so zu verteilen, dass die Achse mitlenkt, indem beispielsweise in einer Kurve das kurveninnere Rad mit der langsameren Winkelgeschwindigkeit mit einem höheren Drehmoment versorgt wird, sodass die Kurvenfahrt gezielt unterstützt werden kann.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Differenzialplanetengetriebe zwei Planetentriebe, wobei jeder der Planetentriebe ein Sonnenrad, einen Planetenträger sowie einen Satz Planeten aufweist. Die beiden Planetentriebe sind über ein gemeinsames Hohlrad miteinander verbunden oder gekoppelt. Das untersetzte Antriebsdrehmoment wird über das gemeinsame Hohlrad in das Differenzialplanetengetriebe eingeleitet und über die Planeten der beiden Planetentriebe verteilt. Die Planetenträger sind drehfest mit den Ausgangswellen verbunden, sodass durch eine Drehung der Planetenträger das untersetzte Antriebsdrehmoment auf die Ausgangswellen verteilt wird.
Die Sonnenräder sind über die Welleneinrichtung mit dem Ausgleichsmechanismus wirkverbunden. Bei dem passiven Ausgleichsmechanismus können die Sonnenräder über den Ausgleichsmechanismus derart zueinander gekoppelt sein, dass eine Drehung eines der Sonnenräder in eine Richtung zu einer Drehung des anderen Sonnenrads in die gegenläufige Richtung führt. Optional ergänzend kann der Ausgleichsmechanismus eine Sperrwirkung umsetzen, so dass die zwangsgekoppelte gegenläufige Drehung der Sonnenräder gebremst ist. Bei dem aktiven Ausgleichsmechanismus können die Sonnenräder über die Welleneinrichtung durch den aktiven Ausgleichsmechanismus in Gegenrichtung zueinander gedreht werden, insbesondere derart, dass das untersetzte Antriebsdrehmoment bedarfsgerecht auf die zwei Ausgangswellen, optional auch ungleichmäßig oder variabel, verteilt wird.
In dieser bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung ergibt sich der Vorteil, dass die koaxial zu der Hauptgetriebeachse geführte Welleneinrichtung mit den Sonnenrädern wirkverbunden ist, wobei die Sonnenräder die Komponenten des Differenzialplanetengetriebes sind, die ausgehend von der Hauptgetriebeachse in radialer Richtung die nächsten Komponenten des Differenzialplanetengetriebes sind. Der geringe radiale Abstand zwischen der Welleneinrichtung und den Sonnenrädern erleichtert die kompakte Ausführung der Elektroachse.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Welleneinrichtung zwei koaxial und konzentrisch zueinander angeordnete Ausgleichswellenabschnitte auf, wobei der Ausgleichsmechanismus ausgebildet ist, die zwei Ausgleichswellenabschnitte zueinander zu verdrehen, um das Hilfsdrehmoment zu beaufschlagen. In der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils eine der Ausgleichswellenabschnitte einem der Sonnenräder zugeordnet, sodass durch eine Relativverdrehung der Ausgleichswellenabschnitte zueinander in gleicher Weise die Sonnenräder zueinander verdreht werden, um die Änderung der Drehzahl- und/oder Drehmomentdifferenz der Ausgangswellen zu erreichen.
Erfindungsgemäß weist die Welleneinrichtung zwei Ausgleichskegelräder auf, welche koaxial zu der Hauptgetriebeachse angeordnet sind, wobei jedem der Sonnenräder eines der Ausgleichskegelräder zugeordnet und mit diesen, insbesondere über die Ausgleichswellenabschnitte, drehfest gekoppelt ist. Der aktive Ausgleichsmechanismus weist ein Antriebskegelrad sowie einen Hilfselektromotor zum Antrieb des Antriebskegelrads auf, wobei das Antriebskegelrad mit den Ausgleichskegelrädern kämmt. In dieser besonderen Weiterbildung ist die Drehachse des Antriebskegelrads senkrecht zu der Hauptgetriebeachse orientiert, sodass durch eine Rotation des Antriebskegelrads die Ausgleichskegelräder und somit die Sonnenräder gegeneinander verdreht werden, um das Hilfsdrehmoment zu beaufschlagen. Diese spezifische Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der aktive Ausgleichsmechanismus an einer beliebigen Winkelstelle um die Hauptgetriebeachse angesetzt werden kann, sodass mit der Elektroachse auf Randbedingung durch den verfügbaren Bauraum in dem Fahrzeug flexibel reagiert werden kann. Der gleiche Aufbau, jedoch ohne den Hilfselektromotor und mit einem freilaufenden Kegelrad statt des Antriebskegelrads, ist eine mögliche Ausführungsform für einen passiven Ausgleichsmechanismus.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Untersetzungsgetriebeabschnitt als ein schaltbares Untersetzungsplanetengetriebe ausgebildet, welches in zwei oder in mindestens zwei unterschiedliche Umsetzungen zu schalten ist. Beispielsweise kann eine erste Umsetzung eine Untersetzung sein, um ein Anfahren am Berg des Fahrzeugs zu vereinfachen. Die zweite Umsetzung kann ebenfalls eine Untersetzung, eine 1:1-Übertragung oder sogar eine Übersetzung sein, um eine hohe Winkelgeschwindigkeit oder Drehzahl der Ausgangswellen z.B. bei Autobahnfahrten des Fahrzeugs zu ermöglichen.
In einer möglichen konkreten Ausgestaltung der Erfindung weist das Untersetzungsplanetengetriebe als einen Eingang ein Doppelsonnenrad und als einen Ausgang einen Planetenträger auf. Als weitere Komponenten umfasst das Untersetzungsplanetengetriebe ein Hohlrad, einen Satz Planeten, eine Kupplung und eine Bremse. Die Kupplung ist ausgebildet, eine drehfeste Verbindung zwischen dem Doppelsonnenrad und dem Hohlrad zu kuppeln. In einer ersten Kupplungsstellung sind diese beiden Komponenten miteinander drehfest verbunden, in einer zweiten Kupplungsstellung können diese Komponenten unabhängig voneinander rotiert werden. Die Bremse ist ausgebildet, auf das Hohlrad zu wirken, wobei bei einer aktivierten Bremse das Hohlrad in der Elektroachse fixiert ist und bei einer deaktivierten Bremse das Hohlrad in der Elektroachse drehen kann. Durch das Untersetzungsplanetengetriebe können drei unterschiedliche Betriebszustände erreicht werden. In einem ersten Betriebszustand wird die Bremse betätigt und die Kupplung ist geöffnet, sodass durch das Doppelsonnenrad die Planeten und damit der Planetenträger angetrieben werden. In einem zweiten Betriebszustand wird die Kupplung aktiviert und die Bremse wird geöffnet, sodass das Hohlrad mit dem Doppelsonnenrad drehfest verbunden ist und der Satz Planeten starr geschaltet ist. In einem dritten Betriebszustand werden Bremse und Kupplung gleichzeitig geöffnet, sodass Ausgang und Eingang unabhängig voneinander drehbar sind und das Verteilungsdifferenzial von dem Elektromotor abgekoppelt ist.
Bei einer möglichen Weiterführung der Erfindung weist die Elektroachse zwei Abtriebswellen auf, welche drehfest mit Rädern des Fahrzeugs verbindbar sind, wobei die Abtriebswellen mit den Ausgangswellen über Untersetzungsstufen gekoppelt sind. Diese nachgeschaltete Untersetzungsstufe ermöglicht es zum einen, die Abtriebsachse der Elektroachse parallel zur Hauptgetriebeachse zu versetzen, um auf diese Weise z.B. eine Bodenfreiheit des Fahrzeugs zu verbessern. Zum zweiten wird die Untersetzung zumindest teilweise durch die Untersetzungsstufe umgesetzt, sodass der Untersetzungsgetriebeabschnitt oder das Verteilungsdifferenzial diese Aufgabe nicht durchführen müssen und dementsprechend kompakter zu realisieren sind. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Untersetzungsstufe zwei Zahnräder auf, die miteinander kämmen, wobei eines der Zahnräder mit einer der Ausgangswellen und einer der Zahnräder mit einer der Abtriebswellen drehfest verbunden ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor in Bezug auf die Hauptgetriebeachse axial versetzt zu dem Verteilungsdifferenzial angeordnet, wobei zwischen dem Elektromotor und dem Verteilungsdifferenzial das Untersetzungsgetriebe positioniert ist. Auf diese Weise sind die drei Baugruppen Elektromotor, Untersetzungsgetriebeabschnitt und Verteilungsdifferenzial linear auf der Hauptgetriebeachse aufgereiht. Insbesondere ist in dieser Ausgestaltung die Rotorwelle als eine Hohlwelle ausgebildet, sodass eine der Ausgangswellen durch den Elektromotor durchgeführt werden kann.
Es ist nämlich besonders bevorzugt, dass der Elektromotor in axialer Richtung zu der Hauptgetriebeachse in einem Zwischenraum zwischen den Abtriebsorganen der Ausgangswellen angeordnet ist. Insbesondere ist der Elektromotor zwischen den Untersetzungsstufen positioniert. In dieser Bauweise kann die Elektroachse besonders kompakt aufgebaut werden.
Es ist dagegen jedoch auch bevorzugt, dass der insbesondere aktive Ausgleichsmechanismus in axialer Richtung zu der Hauptgetriebeachse außerhalb des zuvor definierten Zwischenraums angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung ist es besonders bevorzugt, dass die Ausgangswelle als eine Hohlwelle ausgebildet ist, welche die Welleneinrichtung umschließt, wobei ein erster Wellenabschnitt als ein Hohlwellenabschnitt und der zweite Wellenabschnitt als eine Durchgangswelle ausgebildet ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei zeigt:

1 eine schematische Blockdarstellung einer Elektroachse für ein Fahrzeug als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1 zeigt in einer schematisierten Blockdarstellung eine Elektroachse 1 für ein Fahrzeug 2 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug ist beispielsweise als ein Personenkraftwagen mit Rädern 3 ausgebildet.
Die Elektroachse 1 weist zwei Abtriebswellen 4a, 4b auf, welche mit den Rädern 3 einer gemeinsamen Achse, der Abtriebsachse 5, drehfest verbunden sind. Die Abtriebsachse 5 kann wahlweise als die Vorderachse oder als die Hinterachse des Fahrzeugs 2 ausgebildet sein. Die Elektroachse 1 umfasst einen Elektromotor 6, der zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Fahrzeug 2 ausgebildet ist. Beispielsweise weist der Elektromotor 6 eine Leistung größer als 30 kW auf. In diesem Beispiel ist der Elektromotor 6 die einzige Antriebsquelle für das Fahrzeug 2, insbesondere wurde auf die Integration eines Verbrennungsmotors verzichtet.
Die Elektroachse 1 umfasst ferner einen schaltbaren Untersetzungsgetriebeabschnitt 7 auf, welcher das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 6 in unterschiedliche Umsetzungen schalten kann. Ein Verteilungsdifferenzial 8 ist dazu ausgebildet, das umgesetzte Antriebsdrehmoment auf zwei Ausgangswellen 9a, 9b zu verteilen. Zur Umsetzung eines Torque-Vectorings weist die Elektroachse 1 einen aktiven Ausgleichsmechanismus 10 auf, welcher ausgebildet ist, ein Hilfsdrehmoment in das Verteilungsdifferenzial 8 einzuleiten, um die Drehmomentverteilung zwischen den zwei Ausgangswellen 9a, 9b zu verändern. Die Ausgangswellen 9a, 9b sind über eine Stirnradstufe 11a, 11b mit den Abtriebswellen 4a, 4b wirkverbunden.
Der Aufbau der Elektroachse 1 ist so ausgebildet, dass der Elektromotor 6 bzw. dessen Rotorwelle 12, der Untersetzungsgetriebeabschnitt 7 und das Verteilungsdifferenzial 8 mit den zwei Ausgangswellen 9a, 9b koaxial zu einer Hauptgetriebeachse 13 angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass zwischen den als Stirnräder ausgebildeten Ausgangsorganen 14a, 14b der Ausgangswellen 9 a, 9b der Elektromotor 6, der Untersetzungsgetriebeabschnitt 7 und das Verteilungsdifferenzial 8 axial zueinander versetzt angeordnet sind. Insbesondere ist zwischen dem Elektromotor 6 und dem Verteilungsdifferenzial 8 der Untersetzungsgetriebeabschnitt 7 angeordnet, sodass Elektromotor 6 und Verteilungsdifferenzial 8 in radialer Richtung zu der Hauptgetriebeachse 13 überlappungsfrei angeordnet sind. Hauptgetriebeachse 13 und Abtriebsachse 5 sind parallel zueinander versetzt angeordnet. Durch die axial versetzte Anordnung ist es möglich, die Bodenfreiheit des Fahrzeugs 2 zu verbessern.
Die als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle 12 ist mit einem als Doppelsonnenrad 15 ausgebildeten Eingang des als Untersetzungsplanetengetriebe ausgebildeten Untersetzungsgetriebeabschnitts 7 drehfest verbunden. Ein erstes Sonnenrad 16 des Doppelsonnenrads 15 ist als ein verzahntes Stirnrad ausgebildet und kämmt mit einem Satz Planeten 17, welche auf einem Planetenträger 18 drehbar angeordnet sind. Der Satz Planeten 17 kämmt wiederum mit einem Hohlrad 19. Erstes Sonnenrad 16, Satz Planeten 17, Planetenträger 18 und Hohlrad 19 bilden einen Planetentrieb, wobei die Drehachsen der Planeten 17 auf dem Planetenträger 18 in einem Kreis beabstandet zu der Hauptgetriebeachse 13 angeordnet sind und wobei der Satz Planeten 17 sowohl mit dem ersten Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad 19 kämmt.
Eine stationär in der Elektroachse 1 angeordnete Bremse 20 ist ausgebildet, das Hohlrad 19 zu fixieren. Das zweite Sonnenrad 21 des Doppelsonnenrads 15 ist als eine Kupplungsscheibe ausgebildet, welche über eine Kupplung 22 wahlweise mit dem Hohlrad 19 drehfest kuppelbar ist oder freigegeben sein kann. Im ausgekuppelten Zustand können sich das zweite Sonnenrad 21 und das Hohlrad 19 unabhängig oder ohne unmittelbare Kopplung voneinander um die Hauptgetriebeachse 13 bewegen. Der Planetenträger 18 bildet den Ausgang des Untersetzungsgetriebeabschnitts 7.
In einem ersten Betriebszustand ist die Bremse 20 betätigt, sodass das Hohlrad 19 in der Elektroachse 1 fixiert ist. Die Kupplung 23 ist dagegen deaktiviert, sodass das zweite Sonnenrad 21 in der Kupplung 23 freilaufend ist. In diesem ersten Betriebszustand wird das Drehmoment über das erste Sonnenrad 16 auf den Satz Planeten 17 und damit auf den Planetenträger 18 übertragen, der den Ausgang bildet.
In einem zweiten Betriebszustand ist die Bremse 20 geöffnet und die Kupplung 21 geschlossen, sodass das zweites Sonnenrad 21 und Hohlrad 19 drehfest miteinander verbunden sind. In diesem zweiten Betriebszustand laufen das Hohlrad 19, der Satz Planeten 17 und das Doppelsonnenrad 15 als ein Block um die Hauptgetriebeachse 13.
In einem dritten Betriebszustand sind sowohl Bremse 20 als auch Kupplung 22 geöffnet, sodass der Drehmomentenfluss zwischen Eingang und Ausgang des Untersetzungsgetriebeabschnitts 7 unterbrochen sind.
Der Planetenträger 1 ist mit einem als Eingang des Verteilungsdifferenzials 8 ausgebildeten gemeinsamen Hohlrad 24 drehfest verbunden. Das Verteilungsdifferenzial 8 weist als Differenzialplanetengetriebe zwei Planetentriebe 25a, 25b auf, welche das gemeinsame Hohlrad 24 gemeinsam nutzen, sodass die beiden Planetentriebe 25 a, 25b über das gemeinsame Hohlrad 24 gekoppelt sind. Jeder Planetentrieb 25a, 25b umfasst einen Satz Planeten 26a, 26b, welcher jeweils auf einem zugeordneten Planetenträger 27a, 27b in einem Kreis um die Hauptgetriebeachse 13 drehbar gelagert sind sowie jeweils ein Sonnenrad 28a, 28b. Der Planetensatz 27a, 27b kämmt in jedem Planetentrieb 25a, 25b mit dem zugeordneten Sonnenrad 28a, 28b und dem gemeinsamen Hohlrad 24. Die Planetenträger 27a, 27b bilden die Ausgänge des Verteilungsdifferenzials 8 und sind jeweils mit der Ausgangswelle 9a, 9b drehfest verbunden.
Bei fixierten Sonnenrädern 28a, 28b wird das untersetzte Antriebsdrehmoment in das Verteilungsdifferenzial 8 über das gemeinsame Hohlrad 24 eingeleitet, welches sich um die Hauptgetriebeachse 13 dreht. Über die Verzahnung des Hohlrads 24 mit den Planetensätzen 26a, 26b werden diese in Umlaufrichtung mitgenommen und laufen an den Sonnenrädern 28a, 28b ab, sodass die Planetenträger 27a, 27b ebenfalls in Umlaufrichtung bewegt werden und das untersetzte Antriebsdrehmoment auf die Ausgangswellen 9a, 9b gleichmäßig verteilen.
Die Sonnenräder 28a, 28b sind jedoch nicht starr in der Elektroachse 1 angeordnet, sondern sitzen jeweils auf Ausgleichswellenabschnitten 29a, 29b, welche konzentrisch und koaxial zueinander und zu der Hauptgetriebeachse 13 angeordnet sind. Die Ausgleichswellenabschnitte 29a, 29b sind Teil einer Welleneinrichtung 30, welche durch das Ausgangsorgan 14b hindurch verläuft und Kegelräder 31a, 31b aufweist, welche an den freien Enden der Ausgleichswellenabschnitte 29a, 29b drehfest aufgesetzt sind. Somit sind die Kegelräder 31a, 31b mit den zugeordneten Sonnenrädern 28a, 28b drehfest gekoppelt. Der aktive Ausgleichsmechanismus 10 umfasst ein Ausgleichskegelrad 32, welches über einen Hilfselektromotor 33 antreibbar ist. Das Ausgleichskegelrad 32 kämmt zugleich mit beiden Ausgleichskegelrädern 31a, 31b, sodass durch eine Betätigung des Hilfselektromotors 33 und damit einer Rotation des Antriebskegelrads 32 die Ausgleichskegelräder 31a, 31b gegeneinander verdreht werden können. Als Folge werden auch die Sonnenräder 28a, 28b gegeneinander verdreht und die Verteilung des untersetzten Antriebdrehmoments auf die Ausgangswellen 9a, 9b wird variiert.
Konstruktiv betrachtet ist darauf hinzuweisen, dass die Rotorwelle 12 als eine Hohlwelle ausgebildet ist, durch die die Ausgangswelle 9a konzentrisch und koaxial geführt ist. Die Ausgangswelle 9b ist ebenfalls als eine Hohlwelle ausgebildet, in welcher der Ausgleichswellenabschnitt 29a als eine weitere Hohlwelle konzentrisch und koaxial angeordnet ist, in der die Ausgleichswelle 9b konzentrisch und koaxial verläuft.
Die Ausgangsorgane 14a, 14b sind als Stirnräder ausgebildet, welche mit weiteren Stirnrädern 34a, 34b kämmen, die auf den Abtriebswellen 4a, 4b drehfest aufgesetzt sind, sodass die Stirnradstufen 11a, 11b und insbesondere eine weitere Untersetzung gebildet sind.
Bezugszeichenliste

1: Elektroachse
2: Fahrzeug
3: Rad
4a, 4b: Abtriebswelle
5: Abtriebsachse
6: Elektromotor
7: schaltbarer Untersetzungsgetriebeabschnitt
8: Verteilungsdifferenzial
9a, 9b: Ausgangswelle
10: aktiver Ausgleichsmechanismus
11a, 11b: Untersetzungsstufe
12: Rotorwelle
13: Hauptgetriebeachse
14: freies Ende der Ausgangswelle
15: Doppelsonnenrad
16: erstes Sonnenrad
17: Planetensatz
18: Planetenträger
19: Hohlrad
20: Bremse
21: zweites Sonnenrad
22: leer
23: Kupplung
24: Hohlrad
25: Planetentrieb
26a, 26b: Planetensatz
27a, 27b: Planetenträger
28a, 28b: Sonnenrad
29a, 29b: Ausgleichswellenabschnitt
30: Welleneinrichtung
31a, 31b: Ausgleichskegelrad
32: Antriebskegelrad
33: Hilfsmotor
34: Stirnrad

Claims

Elektroachse (1) für ein Fahrzeug (2) mit einem Elektromotor (6), mit einem Untersetzungsgetriebeabschnitt (7), mit einem Verteilungsdifferential (8) und mit zwei Ausgangswellen (9a, 9b), wobei der Elektromotor (6), das Verteilungsdifferenzial (8) und die zwei Ausgangswellen (9a, 9b) koaxial zu einer Hauptgetriebeachse (13) angeordnet sind, wobei der Elektromotor (6) ein Antriebsdrehmoment erzeugt, welches von dem Untersetzungsgetriebeabschnitt (7) untersetzt und über das Verteilungsdifferential (8) an die zwei Ausgangswellen (9a, 9b) verteilt wird, umfassend einen Ausgleichsmechanismus (10), wobei das Verteilungsdifferenzial (8) als ein Differenzialplanetengetriebe ausgebildet ist und der Ausgleichsmechanismus (10) über eine koaxial zu der Hauptgetriebeachse (13) angeordnete Welleneinrichtung (30) mit dem Verteilungsdifferential (10) wirkverbunden ist, wobei der Ausgleichsmechanismus (10) eine Änderung einer Drehzahl- und/oder einer Drehmomentdifferenz der Ausgangswellen (9a, 9b) erlaubt. dadurch gekennzeichnet, dass die Welleneinrichtung (30) zwei Ausgleichskegelräder (31a, 31b) umfasst, welche koaxial zu der Hauptgetriebeachse (13) angeordnet sind, wobei jedem der Sonnenräder (28a, 28b) eines der Ausgleichskegelräder (31a, 31b) zugeordnet und mit diesem drehfest gekoppelt ist, und dass der Ausgleichsmechanismus (10) als ein aktiver Ausgleichsmechanismus (10) ausgebildet ist und ein Antriebskegelrad (32) sowie einen Hilfsmotor (33) zum Antrieb des Antriebskegelrads (32) aufweist, wobei die Drehachse des Antriebskegelrads (32) senkrecht zu der Hauptgetriebeachse (13) angeordnet ist, so dass durch eine Rotation des Antriebskegelrads (32) die Ausgleichskegelräder (31a, 31b) und damit die Sonnenräder (28a, 28b) gegeneinander verdreht werden.
Elektroachse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzialplanetengetriebe (8) zwei Sonnenräder (28a, 28b), zwei Planetenträger (27a, 27b), zwei Planetensätze (26a, 26b) und ein gemeinsames Hohlrad (24) aufweist, wobei das untersetzte Antriebsdrehmoment über das gemeinsame Hohlrad (24) eingeleitet wird, die Planetenträger (27a, 27b) als Ausgänge mit den Ausgangswellen (9a, 9b) drehfest verbunden sind und die Sonnenräder (28a, 28b) über die Welleneinrichtung (30) mit dem Ausgleichsmechanismus (10) wirkverbunden sind.
Elektroachse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welleneinrichtung (30) zwei koaxial und konzentrisch zueinander angeordnete Ausgleichswellenabschnitte (29a, 29b) umfasst, wobei der Ausgleichsmechanismus (10) ausgebildet ist, die zwei Ausgleichswellenabschnitte (29a, 29b) zueinander zu verdrehen, um die Änderung der Drehzahl- und/oder Drehmomentdifferenz der Ausgangswellen (9a, 9b) zu erreichen.
Elektroachse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Untersetzungsgetriebeabschnitt (7) als ein schaltbares Untersetzungsplanetengetriebe (7) ausgebildet ist und in zwei unterschiedliche Umsetzungen zu schalten ist.
Elektroachse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsplanetengetriebe (7) als einen Eingang ein Doppelsonnenrad (15) und als einen Ausgang einen Planetenträger (18) sowie ein Hohlrad (19), einen Satz Planeten (17), eine Kupplung (22) und eine Bremse (20) aufweist, wobei die Kupplung (22) eine drehfeste Verbindung zwischen dem Doppelsonnenrad (15) und dem Hohlrad (19) kuppelt und wobei die Bremse (20) auf das Hohlrad (19) wirkt, wobei in einem ersten Betriebszustand, die Bremse (20) betätigt und die Kupplung (22) gelöst und in einem zweiten Betriebszustand die Bremse (20) gelöst und die Kupplung (22) aktiviert ist.
Elektroachse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Abtriebswellen (4a, 4b), wobei die Abtriebswellen (4a, 4b) drehfest mit Rädern (3) des Fahrzeugs (2) verbindbar sind und wobei die Abtriebswellen (4a, 4b) mit den Ausgangswellen (9a, 9b) über Untersetzungsstufen (11a, 11b) gekoppelt sind.
Elektroachse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) in axialer Richtung zu der Hauptgetriebeachse (13) versetzt zu dem Verteilungsdifferential (8) angeordnet ist, wobei zwischen dem Elektromotor (6) und dem Verteilungsdifferential (8) das Untersetzungsgetriebe (7) positioniert ist.
Elektroachse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) in axialer Richtung zu der Hauptgetriebeachse (13) in einem Zwischenraum zwischen den freien Enden (14a, 14b) der Ausgangswellen (9a, 9b) angeordnet ist.
Elektroachse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsmechanismus (10) in axialer Richtung zu der Hauptgetriebeachse (13) außerhalb des Zwischenraums zwischen den freien Enden (14a, 14b) der Ausgangswellen (9a, 9b) angeordnet ist.