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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor, einem ersten Planetengetriebe und einem zweiten Planetengetriebe, wobei der Elektromotor einen Rotor und eine diesen tragende Rotorwelle aufweist und der Elektromotor derart in die Antriebseinrichtung eingebunden ist, dass sich der Rotor in einem axial zwischen dem ersten Planetengetriebe und dem zweiten Planetengetriebe liegenden Bereich befindet und die Rotorwelle dabei gleichachsig zu den Sonnenrädern der beiden Planetengetriebe angeordnet ist und diese Sonnenräder direkt antreibt.
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Aus US 2014 / 0 323 259 A1 ist eine derartige Antriebseinrichtung bekannt. Die beiden Planetengetriebe weisen jeweils ein Hohlrad auf, das wiederum jeweils über eine Bremseinrichtung selektiv stationär festgelegt werden kann. Durch gesteuertes Lösen der Bremseinrichtungen wird eine Relativdrehung der Ausgänge der beiden Planetengetriebe und damit eine für eine Kurvenfahrt erforderliche Relativdrehung der an die Ausgänge angebundenen Räder eines entsprechenden Kraftfahrzeuges ermöglicht.
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Aus WO 2012/ 067 568 A1 ist ebenfalls eine elektromechanische Antriebseinrichtung der oben genannten Art bekannt. Die beiden Planetengetriebe werden dabei über ein Differentialgetriebe miteinander gekoppelt.
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Aus
DE 42 36 093 A1 ist eine elektromechanische Antriebseinrichtung bekannt, bei welcher ebenfalls der Rotor eines Elektromotors zwischen zwei Reduktionsgetrieben angeordnet ist. Die Antriebseinrichtung umfasst ein auf einer Seite des Elektromotors angeordnetes Differentialgetriebe, über welches die von der Rotorwelle abgegebene Antriebsleistung auf die beiden Reduktionsgetriebe verzweigt wird. Durch eine innerhalb des Rotors des Elektromotors verlaufende Welle wird ein Sonnenrad des auf der dem Differentialgetriebe abgewandten Seite des Elektromotors liegenden Reduktionsgetriebes angetrieben.
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Aus der WO 2016/ 032 390 A1 ist eine Antriebseinrichtung der Gattung bekannt, in welcher abtriebsseitige Planetengetriebe und ein Elektromotor in koaxialer Bauweise so angeordnet sind, dass jeweils ein Planetengetriebe linksseitig und eins rechtsseitig des Elektromotors angeordnet ist und die jeweils darauf folgenden Abtriebe zu den Fahrzeugrädern jeweils koaxial zur Rotorwelle ausgerichtet sind. Die Differenzialwirkung dieser Anordnung wird über eine Koppelwelle erzeugt, welche über die gesamte Länge des Elektromotors unvorteilhaft lang parallel am Elektromotor vorbei geführt ist und die Hohlräder der Planetengetriebe getrieblich miteinander verbindet. Der Ausgleich der Abtriebsgeschwindigkeiten bzw. Drehrichtungen bei Geradeausfahrt wird über ein Zwischenrad bewirkt, welches an einer Seite zwischen einem Zahnrad der Koppelwelle und dem Hohlrad des Planetengetriebes angeordnet ist.
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Eine vergleichbare Anordnung zeigt auch WO 2011/ 065 888 A1. In dieser Anordnung sind in einer Torque-Vectoring-Funktion die Rotorwelle und einer der Planetentriebe abbremsbar.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung der oben genannten Art zu schaffen, die sich durch eine robuste und kompakte Bauform auszeichnet und unter fertigungs- und montagetechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft herstellbar ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektromechanische Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit:
- - einem Elektromotor, mit einer Rotorwelle und einem darauf sitzenden und die Rotorwelle treibenden Rotor,
- - einem ersten Planetengetriebe mit einem ersten Sonnenrad, ersten Planeten, einem ersten Hohlrad und einem ersten Planetenträger der einen ersten Getriebeausgang treibt,
- - einem zweiten Planetengetriebe mit einem zweiten Sonnenrad, zweiten Planeten, einem zweiten Hohlrad und einem zweiten Planetenträger der einen zweiten Getriebeausgang treibt,
- - einer ersten Koppelwelle die um eine erste Koppelwellenachse drehbar ist, mit einem ersten Koppelzahnrad das mit dem ersten Hohlrad in Eingriff steht, und
- - einer zweiten Koppelwelle die um eine zweite Koppelwellenachse drehbar ist, mit einem zweiten Koppelzahnrad das mit dem zweiten Hohlrad in Eingriff steht,
wobei - - das erste und das zweite Hohlrad jeweils als Ringrad mit einer Innenverzahnung, sowie mit einer Außenverzahnung ausgebildet sind,
- - der Rotor in einem axial zwischen dem ersten Planetengetriebe und dem zweiten Planetengetriebe liegenden Bereich zur Achse der Sonnenräder gleichachsig auf der Rotorwelle sitzt,
- - die erste Koppelwellenachse und die zweite Koppelwellenachse gleichachsig ausgerichtet sind, und
- - das erste Koppelzahnrad und das zweite Koppelzahnrad über eine Zahnradmechanik gegensinnig drehbar gekoppelt sind.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine elektromechanische Antriebseinrichtung zu schaffen, die unter einem hohen Gleichteilgrad realisiert werden kann. In besonders vorteilhafter Weise wird es dabei möglich, die beiden Planetengetriebe, die Koppelzahnräder und die Koppelwellen baugleich zu fertigen und diese in ein die Getriebekomponenten aufnehmendes Getriebegehäuse einzusetzen das aus baugleichen, oder über eine Trennebene zusammensetzbaren, ggf. baugleichen linken und rechten Gehäuseteilen zusammengesetzt werden kann.
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Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Zahnradmechanik durch ein Stirnraddifferential gebildet werden, dessen Gehäuse oder Steg stationär festgelegt ist. Dieses Stirnraddifferential kann als Steckmodul gestaltet werden in welches entsprechend verzahnte Abschnitte der Koppelwellen eingesteckt werden können. Bei diesem Stirnraddifferential kann es sich um eine Baugruppe handeln, die als Standardgetriebe ausgeführt ist und auch in anderweitigen Getriebeapplikationen eingesetzt wird. Dieses Stirnraddifferential kann dann auch als sperrbares Differential oder Differential mit einer definiert abgestimmten Koppelcharakteristik ausgelegt sein. Die Zahnradmechanik befindet sich in einem axial zwischen dem ersten Koppelzahnrad und dem zweiten Koppelzahnrad liegenden Bereich. Die Zahnradmechanik kann so ausgebildet sein, dass diese ein erstes Ritzel aufweist, das auf der ersten Koppelwelle sitzt, und ein zweites Ritzel aufweist, das auf der zweiten Koppelwelle sitzt, wobei diese beiden Ritzel über weiteres Zahnradpaar, oder ein Kegelrad miteinander gegensinnig drehbar gekoppelt sind.
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Die Zahnradmechanik des Stirnraddifferentiales kann auch durch eine einfache Zahnrad-Baugruppe realisiert sein, die an die beiden Koppelwellen anbindbar ist und ihre mechanische Funktion der drehrichtungsinversen Koppelung der Koppelwellen in einer Weise bietet, die geringe lager- und aufnahmetechnische Anforderungen an das Gehäuse der Antriebseinrichtung stellt. Wie weiter unten noch ausgeführt werden wird, kann mit diesem Ansatz erreicht werden, dass das Gehäuse der Antriebseinrichtung aus baugleichen Hälften, oder entlang einer Trennebene fügbaren Gehäuseteilen einfach zusammensetzbar ist und sich damit auch hinsichtlich des Gehäuses eine Erhöhung des Grades baugleicher Komponenten ergibt.
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Bei der oben beschriebenen Zahnradmechanik, weist das weitere Zahnradpaar ein erstes Zahnrad, das zumindest abschnittsweise mit dem ersten Ritzel in Eingriff steht, sowie und ein zweites Zahnrad auf, das zumindest abschnittsweise mit dem zweiten Ritzel in Eingriff steht, wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad ebenfalls miteinander in Eingriff stehen.
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Die Antriebseinrichtung kann in vorteilhafter Weise so gestaltet werden, dass diese ein Getriebegehäuse umfasst, das sich aus einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil zusammensetzt, wobei das erste Gehäuseteil einen linken Gehäusetopf und das zweite Gehäuseteil einen rechten Gehäusetopf bildet. Der linke und der rechte Gehäusetopf können in vorteilhafter Wiese baugleich ausgeführt werden und die zur gegensinnigen Koppelung der Koppelungswellen vorgesehene Zahnradmechanik sitzt dann vorzugsweise mittig im Bereich der radialen Trennebene.
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Alternativ hierzu kann die Antriebseinrichtung auch so gestaltet werden, dass diese ein Getriebegehäuse umfasst, das sich aus einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil zusammensetzt, wobei der erste Gehäuseteil eine untere Gehäusewanne und das zweite Gehäuseteil eine obere Gehäuseschale bildet und eine Trennebene der beiden Gehäuseteile die Rotorachse und die beiden Koppelwellenachsen enthält. Die oben angegebene Zahnradmechanik kann als Plug-In Baugruppe gestaltet sein, in welche die Innenendabschnitte der zueinander gleichachsig gelagerten Koppelwellen eingesteckt sind. Die drehfeste Abstützung eines derartigen Moduls kann durch Strukturen erfolgen, die in der Trennebene der Gehäuseteile liegen.
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Das erste und das zweite Sonnenrad sitzen auf voneinander abgewandten Seiten der Rotorwelle, so dass die beiden Planetengetriebe über ihre Sonnenräder angetrieben werden wobei die beiden Sonnenräder hierzu mit der Rotorwelle gekoppelt sind. Die Koppelung der der beiden Planetengetriebe erfolgt über deren Hohlräder die jeweils mit einer Außenverzahnung versehen sind und damit als Ringräder gestaltet sind.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
- 1 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug;
- 2 eine Skizze zur weiteren Beschreibung der Antriebseinrichtung, auch im Hinblick auf die Gestaltung seiner Gehäusestruktur.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung umfasst einen Elektromotor 1, mit einer Rotorwelle 2 und einem diese treibenden Rotor 3. Weiterhin umfasst die Antriebseinrichtung ein erstes Planetengetriebe G1 mit einem ersten Sonnenrad S1, ersten Planeten P1 einem ersten Hohlrad H1 und einem ersten Planetenträger C2 der einen ersten Getriebeausgang 01 treibt. Die Antriebseinrichtung beinhaltet zudem ein zweites Planetengetriebe G2 mit einem zweiten Sonnenrad S2, zweiten Planeten P2, einem zweiten Hohlrad H2 und einem zweiten Planetenträger C2 der einen zweiten Getriebeausgang O2 treibt.
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Die beiden Planetengetriebe G1, G2 sind über eine erste Koppelwelle K1 und eine zweite Koppelwelle K2 miteinander gekoppelt. Die erste Koppelwelle K1 ist um eine erste Koppelwellenachse X1 drehbar und trägt ein erstes Koppelzahnrad KG1 das mit dem ersten Hohlrad H1 in Eingriff steht. Die zweite Koppelwelle K2 ist um eine zweite Koppelwellenachse X2 drehbar und trägt ein zweites Koppelzahnrad KG2 das mit dem zweiten Hohlrad H2 in Eingriff steht. Das erste und das zweite Hohlrad H1, H2 sind jeweils als Ringrad mit einer Innenverzahnung HI1, H12, sowie mit einer Außenverzahnung HA1. HA2 ausgebildet. Der Rotor 3 ist in einem axial zwischen dem ersten Planetengetriebe G1 und dem zweiten Planetengetriebe G2 liegenden Bereich auf der Rotorwelle 2 angeordnet.
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Die Antriebseinrichtung ist gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung derart aufgebaut, dass die die erste Koppelwellenachse X1 und die zweite Koppelwellenachse X2 gleichachsig ausgerichtet sind, d.h. miteinander fluchten. Die damit ebenfalls gleichachsig angeordneten Koppelzahnräder KG1, KG2 sind über eine spezielle Zahnradmechanik SRD gegensinnig drehbar gekoppelt. Die Zahnradmechanik SRD ist so gestaltet, dass diese die drehsinninverse Koppelung der Koppelwellen K1, K2 in einer Weise bewerkstelligt, die es ermöglicht, die beiden Koppelwellen K1, K2 als hinsichtlich ihrer Achsen X1, X2 fluchtende Wellen zu realisieren. Dies ermöglicht es die Koppelwellen K1, K2 sowie auch Teile des Getriebegehäuses baugleich auszuführen.
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Die Zahnradmechanik SRD befindet sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem axial zwischen dem ersten Koppelzahnrad KG1 und dem zweiten Koppelzahnrad KG2 liegenden Bereich. Die Zahnradmechanik SRD ist so gestaltet, dass diese ein erstes Ritzel R1 aufweist, das auf der ersten Koppelwelle K1 sitzt, und ein zweites Ritzel R2 aufweist, das auf der zweiten Koppelwelle K2 sitzt, wobei diese beiden Ritzel R1, R2 über ein weiteres Zahnradpaar ZP miteinander gegensinnig drehbar gekoppelt sind.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Zahnradmechanik SRD durch ein in der Art eines Stirnraddifferentiales aufgebautes Umlaufrädergetriebe gebildet, dessen Steg C3 stationär festgelegt ist. Das weitere Zahnradpaar ZP weist ein erstes Zahnrad ZP1 auf das zumindest abschnittsweise mit dem ersten Ritzel R1 in Eingriff steht. Zudem weist die Zahnradmechanik SRD ein zweites Zahnrad ZP2 auf, das zumindest abschnittsweise mit dem zweiten Ritzel R2 in Eingriff steht. Das erste Zahnrad ZP1 und das zweite Zahnrad ZP2 stehen ebenfalls miteinander in Eingriff, wobei die Eingriffe derart realisiert sind, dass sich die Ritzel R1, R2 gegensinnig drehbar gekoppelt aber nicht gesperrt sind.
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Das Stirnraddifferential kann so ausgebildet sein, dass diese eine besonders kurze axiale Baulänge aufweist. Dies kann erreicht werden, indem vermittels Profilverschiebung die Kopfkreisdurchmesser der beiden Ritzel R1, R2 unterschiedlich groß werden und damit der Eingriff der beiden Zahnräder ZP1, ZP1 noch auf dem Axialniveau des hinsichtlich seines Kopfkreisdurchmessers kleineren Ritzels bewerkstelligt werden kann. Die Ritzel R1, R2 können so gestaltet sein, dass die Koppelwellen K1, K2 in diese über eine Verzahnung einsteckbar sind. Die Zahnradmechanik SRD kann dabei als in sich geschlossene, z.B. topfartige Baugruppe ausgeführt sein, die im Rahmen des Zusammenbaus der Antriebseinrichtung spätestens vor dem Schließen der Gehäuseeinrichtung auf die Koppelwellen K1, K2 aufgesteckt und dann im Getriebegehäuse hinsichtlich des Steges C3 drehfest verankert wird.
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Wie aus der Skizze nach 2 ersichtlich, kann die Antriebseinrichtung so aufgebaut werden, dass diese ein Getriebegehäuse B umfasst, das sich aus einem ersten Gehäuseteil B1 und einem zweiten Gehäuseteil B2 zusammensetzt, wobei das erste Gehäuseteil B1 einen linken Gehäusetopf und das zweite Gehäuseteil einen rechten Gehäusetopf B2 bildet. Das linke und das rechte Gehäuseteil B1, B2 können auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes baugleich ausgeführt werden. Die Zahnradmechanik SRD kann als fertige Baugruppe in das Getriebegehäuse B eingesetzt und dabei auf entsprechende Abschnitte der Koppelwellen K1, K2 aufgesteckt werden.
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Die Antriebseinrichtung ist so gestaltet, dass das erste und das zweite Sonnenrad S1, S2 aufeinander abgewandten Seiten der Rotorwelle 2 sitzen, wobei die beiden Planetengetriebe G1, G2 über ihre Sonnenräder S1, S2 angetrieben werden wobei die beiden Sonnenräder hierzu mit der Rotorwelle 2 drehfest gekoppelt sind. Die Koppelung der der beiden Planetengetriebe G1, G2 erfolgt über die als Ringräder gestalteten Hohlräder H1, H2 und die radial von außen her in diese eingreifenden Stirnräder KG1, KG2.
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Der Elektromotor 1 kann in das Getriebegehäuse B mit eingesetzt werden. Es ist auch möglich, den Elektromotor 1 so auszubilden, dass dieser ein eigenes Motorgehäuse aufweist und das Getriebegehäuse B sich dann an entsprechende Abschnitte des Motorgehäuses anschließt. Es ist auch möglich, die Zahnradmechanik SRD in einem Gehäuseabschnitt unterzubringen, der integral mit dem Gehäuse des Elektromotors ausgebildet ist. Die Gehäuseteile B1, B2 sind dann axial entsprechend verkürzt ausgebildet und werden dann an die den Motor 1 und die Zahnradmechanik SRD tragende Gehäusestruktur seitlich angesetzt. Die Hauptkomponenten der beiden Getriebe G1, G2 sind vorzugsweise baugleich ausgeführt, d.h. die beiden Hohlräder H1, H2 sind baugleich, die beiden Sonnenräder S1, S2, die Planetenträger C1, C2 und die Planeten P1, P2.
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Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist wie folgt: Über den Rotor 3 des Elektromotors 1 wird die Rotorwelle 2 angetrieben. Auf dieser Rotorwelle sitzen aufeinander abgewandten Enden die Sonnenräder S1, S2. Diese treiben ihre jeweiligen Planetengetriebe G1, G2, wobei der Leistungsabgriff, d.h. die Drehmomentenabgabe über den jeweiligen Planetenträger C1, C2 erfolgt. Die Drehmomentenabstützung der Planetengetriebe G1, G2 erfolgt über deren Hohlräder H1, H2. Diese sind als Ringräder ausgebildet. In die Außenverzahnung dieser Ringräder H1, H2 greifen Koppelräder KG1, KG2 ein. Diese Koppelräder sind stationär gelagert und über die Zahnradmechanik SRD miteinander gegensinnig drehbar gekoppelt. Die Zahnradmechanik ist als Baugruppe realisiert die auf entsprechende Verzahnungsabschnitte der Koppelräder KG1, KG2 aufsteckbar ist. Die derart funktional zusammenwirkenden Komponenten sind in einem Getriebengehäuse aufgenommen das vorzugsweise aus zwei baugleichen Gehäuseelementen zusammengesetzt ist.
