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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem für den Antrieb des Kraftfahrzeuges vorgesehenen elektromechanischen Hauptantriebsmotor, der einen Rotor und einen Stator umfasst, einer Reduktionsgetriebeeinrichtung, die mit dem Rotor kinematisch gekoppelt ist, einem Achsdifferentialgetriebe, zur Verzweigung der am Ausgang der Reduktionsgetriebeeinrichtung anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangabschnitt und wenigstens einem Nebenaggregat z.B. in Form einer Lenkhilfepumpe, eines Klimakompressors oder einer Pumpe für einen über eine Akkubaugruppe geführten Kühlmittelkreis, wobei jenes Nebenaggregat über den Hauptantriebsmotor antreibbar ist.
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Aus
DE 10 2012 010 171 A1 ist eine elektromechanische Antriebsanordnung der oben genannten Art bekannt. Bei dieser bekannten Antriebsanordnung setzt sich der Hauptantriebsmotor aus zwei koaxial gefügten Teilmotoren zusammen, deren Ausgänge auf zwei separate Eingänge eines Getriebes geführt sind. Das in dieser Antriebsanordnung vorgesehene Nebenaggregat ist koaxial zur Achse des inneren Teilmotors angeordnet und mit dessen Rotor kinematisch gekoppelt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen aufzuzeigen durch welche es möglich wird, eine elektromechanische Antriebsanordnung für ein rein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug zu schaffen, die sich durch einen vorteilhaft realisierbaren Gesamtaufbau auszeichnet und welche unter energetischen Aspekten vorteilhaft betreibbar ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektromechanische Antriebsanordnung mit:
- - einem elektromechanischen Hauptantriebsmotor, der einen Rotor und einen Stator umfasst,
- - einer Reduktionsgetriebeeinrichtung, die einen Getriebeeingang, einen Getriebeausgang, wenigstens eine Reduktionsstufe und ein Getriebegehäuse umfasst, das die Reduktionsstufe beherbergt,
- - einem Achsdifferentialgetriebe, zur Verzweigung der über die Reduktionsstufe geführten Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangabschnitt, und
- - einem Nebenaggregat das über den Hauptantriebsmotor antreibbar ist, wobei
- - das Nebenaggregat vollständig oder zumindest abschnittsweise in das Getriebegehäuse eingebunden ist,
- - in dem Getriebegehäuse ein Schaltelement vorgesehen ist,
- - das Schaltelement derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung eingebunden ist, dass über dieses die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor und dem Achsdifferentialgetriebe schaltbar schließbar und trennbar ist und dabei das Nebenaggregat über den Rotor antreibbar ist, wenn die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor und dem Achsdifferentialgetriebe aufgehoben ist.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Antriebsanordnung für ein rein elektromechanisch betriebenes Kraftfahrzeug zu schaffen, bei welcher das Nebenaggregat über eine im Getriebe vorgesehene schaltbare Einrichtung an den Hauptantriebsstrang angekoppelt ist, so dass das Nebenaggregat im Fahrbetrieb des Fahrzeugs mit dem zum Achsdifferential führenden Antriebsstrangabschnitt verbunden ist und zudem bei Stillstand des Fahrzeugs das Nebenaggregat weiterhin über den Hauptantriebsmotor angetrieben werden kann.
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Das Schaltelement ist vorzugsweise derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung eingebunden, dass dieses in einen Zustand bringbar ist, in welchem die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor und dem Achsdifferentialgetriebe aufgehoben ist und das Nebenaggregat im Fahrzeugschubbetrieb über das Achsdifferentialgetriebe angetrieben wird. Hierzu kann in dem Schaltelement eine form- oder reibschlüssige Kupplungseinrichtung und/oder auch eine Freilaufeinrichtung vorgesehen sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektronische Steuereinrichtung vorgesehen, wobei über diese Steuereinrichtung der Schaltzustand des Schaltelements eingestellt wird, wobei die Steuereinrichtung hierbei den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeuges berücksichtigt und den Schaltzustand nach Maßgabe eines die Gesamtenergieeffizienz berücksichtigenden Regelkonzepts einstellt. Die Steuereinrichtung kann hierbei den aktuellen oder einen modellierten thermischen Zustand des Akkusystems, den Wärmeenergiebedarf zur Heizung des Fahrzeuginnenraums, den Kühlleistungsbedarf sowie den Energiebedarf des Nebenaggregats berücksichtigen und basierend auf diesen Eingangsinformationen dann Schaltzustände herbeiführen die bewirken, dass z.B. im Schubbetrieb des Fahrzeugs aus diesem abgreifbare Energie möglichst effizient und ohne Konversionsverluste zur Deckung des Energiebedarfs des Nebenaggregats herangezogen wird. Die Steuereinrichtung kann dabei die Drehzahlen berücksichtigen mit welchen das Aggregat bei einer Durchschaltung des Schaltelements angetrieben werden würde und z.B. zunächst eine zum Betrieb des Nebenaggregats parallele Energierekuperation über den temporär generatorisch betriebenen Hauptantriebsmotor vornehmen, und erst bei langsameren Auslaufgeschwindigkeiten des Fahrzeugs dann die abgreifbare Leistung primär für den Antriebs des Nebenaggregats heranziehen. Temporär können auch Mischzustände eingestellt werden bei welchen im Schubbetrieb sowohl ein direkter mechanischer Antrieb der Nebenaggregate aus der Schubleistung und auch eine Rekuperation über den Elektromotor vorgenommen wird. Die Steuereinrichtung kann insbesondere so ausgelegt und konfiguriert sein, dass bei Leistungsbedarf des Nebenaggregats dieser im Schubbetrieb des Fahrzeuges primär durch Leistungsabgriff aus dem Achsdifferentialgetriebe gedeckt wird.
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Das Nebenaggregat ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieses Nebenaggregat eine Eingangswelle aufweist und diese Eingangswelle zur Umlaufachse des Rotors des Elektromotors gleichachsig angeordnet ist. Das Nebenaggregat kann vollständig in das Getriebegehäuse eingebunden sein, es kann auch einen Gehäuseabschnitt aufweisen, der einen Teil des Nebenaggregats umschließt und welcher im Zusammenspiel mit einem Abschnitt des Getriebegehäuses dann das Gehäuse des Nebenaggregats bildet.
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Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung kann auch so ausgebildet sein, dass die Eingangswelle des Nebenaggregats zur Umlaufachse des Rotors des Elektromotors parallel versetzt angeordnet ist. Der Leistungstransfer kann dann durch einen im Getriebegehäuse verlaufenden Antriebsstrangabschnitt, insbesondere in Form eines Umschlingungstriebes bewerkstelligt werden. Die Antriebsanordnung kann weiterhin auch derart ausgebildet werden, dass diese zwei Nebenaggregate umfasst und hierbei eines der Nebenaggregate mit seiner Eingangswelle zur Umlaufachse des Rotors gleichachsig und das zweite Nebenaggregat zu dieser Umlaufachse parallel versetzt angeordnet ist.
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Das Schaltelement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass über dieses eine Antriebsverbindung zu dem Achsdifferentialgetriebe herstellbar und aufhebbar ist. Das Schaltelement ist vorzugsweise zwischen dem Elektromotor und der Reduktionsstufe angeordnet oder in die Reduktionsstufe eingebunden.
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Die Reduktionsstufe kann als Stirnradstufe ausgebildet werden, die ein Stirnrad aufweist, das zur Rotorachse gleichachsig angeordnet ist, wobei wiederum vorzugsweise durch das zweite Stirnrad dann direkt der Leistungstransfer zum Achsdifferentialgetriebe bewerkstelligt wird.
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Die Reduktionsstufe kann auch als Umlaufrädergetriebe ausgebildet sein und hierbei wiederum derart gestaltet sein, dass dieses auf schaltbarem Wege wenigstens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse bietet.
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Wie oben bereits erwähnt ist es möglich, die kinematische Koppelung des Nebenaggregats mit dem Elektromotor über einen in dem Getriebegehäuse verlaufenden Umschlingungstrieb zu bewerkstelligen, wobei dieser Umschlingungstrieb insbesondere als ölbenetzter Riementrieb, oder auch als Kettentrieb ausgeführt werden kann. Der Parallelversatz der Achsen des Nebenaggregats und des Rotors kann auch durch eine Folge von seitlich ineinandergreifenden Stirnrädern bewerkstelligt werden.
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Die Antriebsanordnung kann auch so gestaltet sein, dass diese eine Freilaufeinrichtung umfasst und dass diese Freilaufeinrichtung es gestattet, dass im Schubbetriebs des Fahrzeuges die Eingangswelle des Nebenaggregats durch die aus dem Achsdifferentialgetriebe abgreifbare Energie getrieben wird und dabei die Rotorwelle überholt.
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Das Schaltelement ist vorzugsweise als form- und/oder reibschlüssig koppelndes Schaltelement ausgebildet. Das Schaltelement kann auch als Getriebeeinrichtung ausgebildet sein, deren Schaltzustand durch Festlegung/Freigabe eines Getriebeglieds, z.B. eines Hohlrades einstellbar ist.
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Die Reduktionsgetriebeeinrichtung kann auch als mehrstufig schaltbare Getriebeeinrichtung ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ist eine rein elektrische Antriebsanordnung bei welcher die Hauptantriebsleistung durch den Elektromotor bereitgestellt wird. Die Antriebsanordnung umfasst keine Brennkraftmaschine. Der Elektromotor kann in vorteilhafter Weise als zunächst eigenständige Baugruppe gefertigt werden und im Rahmen des Zusammenbaus der Antriebsanordnung dann an das Getriebegehäuse angebunden werden. Es ist auch möglich, zumindest einen Teil des Motorgehäuses, insbesondere in Form eines Topfgehäuseabschnitts noch durch das Getriebegehäuse bereitzustellen.
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Das Achsdifferentialgetriebe kann so aufgebaut sein, dass dieses ein eigenes Differentialgetriebegehäuse umfasst, das dann unmittelbar an das Gehäuse der Reduktionsgetriebeeinrichtung angebunden ist. Es ist auch möglich, das Achsdifferentialgetriebe noch in dem Getriebegehäuses unterzubringen, oder das Achsdifferentialgetriebegehäuse integral mit dem Gehäuse des Reduktionsgetriebes zu fertigen. Das Motorgehäuse kann ebenfalls einen integralen Bestandteil des Getriebegehäuses bilden, d.h. einstückig mit diesem realisiert sein.
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Durch das erfindungsgemäße Konzept können bei Stillstand des Fahrzeuges, sowie im Schubbetrieb desselben Aggregate wie Wasserpumpe, Klimakompressor und Lenkhilfepumpe energetisch vorteilhaft betrieben werden. Die vorliegende Erfindung schlägt eine neuartige Anbindung der Nebenaggregate vor. Diese besteht in der Anbindung der Nebenaggregate in bzw. am Getriebe in Verbindung mit „intelligenten“ Schaltelementen, welche es ermöglichen, die Nebenaggregate abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs und/oder des/der Antriebsmotors/Antriebsmotoren und/oder vom Batterieladezustand und/oder von äußeren Faktoren (z.B. der Temperatur) immer im energieeffizientesten Modus zu betreiben. Dies wird dadurch gewährleistet, dass bei bewegtem Fahrzeug der Antrieb der Nebenaggregate über die Getriebewelle erfolgt. Dabei kann insbesondere auch die kinetische Energie des Fahrzeugs genutzt werden. Außerdem bietet der mechanische Antrieb deutliche Vorteile in der Gesamtwirkungsgradkette gegenüber rein elektrifizierten Aggregaten. Bei stehendem Fahrzeug erfolgt der Antrieb elektrisch über die direkte Verbindung zum E-Motor. Dabei wird die Verbindung der Aggregate zur Getriebewelle gelöst, wodurch Reibungsverluste reduziert werden. Diese Betriebsweise ermöglicht die Bereitstellung von Komfortfunktionen wie Standklimatisierung bei stillstehendem Fahrzeug oder die Sicherstellung von notwendigen Funktionen wie z.B. Betrieb des Batteriekühlkreislaufs über eine Wasserpumpe für ein Nachkühlen nach Fahrzeugabstellen.
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Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht eine Reduzierung des Energieverbrauchs durch Nebenaggregate in rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und führt zu einer Erhöhung der Fahrzeugreichweite.
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Erfindungsgemäß umfasst die Antriebsanordnung eines Elektrofahrzeugs eine rein elektrische Antriebsmaschine, mit einem Getriebe und wenigstens ein Nebenaggregat. Das Getriebe kann entsprechend der im Folgenden noch beschriebenen Darstellungen nur den Final Drive und das Differential beinhalten, es kann alternativ aber auch noch weitere Getriebestufen aufweisen.
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Mindestens ein entweder in die Antriebseinheit oder in das Getriebe integriertes Nebenaggregat ist über ein Schaltelement mit der elektrischen Antriebsmaschine gekoppelt. Mittels dieses Schaltelements können wenigstens zwei, vorzugsweise drei „Pfade“ geschaltet werden. Über einen ersten Pfad fließt die Leistung auf das Nebenaggregat (bei stehendem Fahrzeug). Über den zweiten Pfad wird nur das Getriebe mit Leistung versorgt. Über den dritten Pfad fließt Leistung vom Differential zum Nebenaggregat (Antrieb über die Getriebewelle).
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Das erfindungsgemäße Konzept kann in unterschiedlichen Ausgestaltungen verwirklicht werden. So können die Rotorachsen der elektrischen Antriebsmaschine und des Nebenaggregats koaxial zueinander angeordnet sein oder achsparallel. Im Falle der achsparallelen Anordnung besteht eine getriebliche Verbindung zwischen der Rotorachse der elektrischen Antriebsmaschine und der Rotorachse des Nebenaggregats. Ein zweites oder weiteres Nebenaggregat ist wahlweise koaxial bzw. achsparallel zueinander angeordnet über eine weitere getriebliche Stufe miteinander verbunden. Achsparallel zueinander angeordnete Nebenaggregate können beispielsweise über einen Zugmitteltrieb getrieblich miteinander verbunden werden.
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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 zeigen:
- 1 eine erste Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung mit einem in das Getriebegehäuse eingebundenen und dabei zum Elektromotor gleichachsig angeordnetem Nebenaggregat, sowie einem in das Getriebe integrierten Schaltelement, zur selektiven Koppelung des Nebenaggregats mit dem Elektromotor und vorzugsweise auch dem zum Achsdifferential führenden Antriebsstrangabschnitt;
- 2 eine zweite Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung ebenfalls mit einem in das Getriebegehäuse eingebundenen Nebenaggregat, sowie einem zu dessen selektiver Koppelung mit dem Elektromotor und dem zum Achsdifferential führenden Antriebsstrangabschnitt vorgesehenen und in das Getriebe integrierten Schaltelement, wobei hier jedoch das Nebenaggregat bezüglich der Rotorachse achsparallel versetzt angeordnet ist;
- 3 eine dritte Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung nunmehr mit zwei in das Getriebegehäuse eingebundenen Nebenaggregaten, sowie einem zu deren selektiver Koppelung mit dem Elektromotor und dem zum Achsdifferential führenden Antriebsstrangabschnitt vorgesehenen getriebeinternen Schaltelement, wobei hier eines der Nebenaggregate zur Rotorachse des Elektromotors gleichachsig und das weitere Nebenaggregat achsparallel versetzt angeordnet ist;
- 4 eine vierte Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung mit einem in das Getriebegehäuse eingebundenen und dabei zum Elektromotor achsparallel angeordnetem Nebenaggregat, wobei das erfindungsgemäß zur selektiven Koppelung des Nebenaggregats mit dem Elektromotor und dem zum Achsdifferential führenden Antriebsstrangabschnitt vorgesehene, getriebeinterne Schaltelement in einem Zwischenbereich zwischen dem Elektromotor und der Reduktionsgetriebestufe liegenden Bereich in dem Getriebegehäuse angeordnet ist;
- 5 eine fünfte Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise und der Schaltzustände der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung bei unterschiedlichen Fahrzeugbetriebszuständen.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt eine elektromechanische Antriebsanordnung mit einem elektromechanischen Hauptantriebsmotor E, der einen Rotor ER und einen Stator ES umfasst, einer Reduktionsgetriebeeinrichtung G, die einen Getriebeeingang GE, einen Getriebeausgang GA, wenigstens eine Reduktionsstufe GR und ein Getriebegehäuse GH umfasst, das die Reduktionsstufe GR beherbergt, einem Achsdifferentialgetriebe AD, zur Verzweigung der am Ausgang der Reduktionsgetriebeeinrichtung GR anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangabschnitt DL, DR, und einem Nebenaggregat AUX1 das über den Hauptantriebsmotor E antreibbar ist. Bei dem Nebenaggregat AUX1 kann es sich insbesondere um einen Klimakompressor, eine Lenkhilfepumpe, ein Fördermodul einer Bremsanlage oder eine Kühlwasserpumpe zur Kühlung einer Akkubaugruppe und zur Umwälzung eines Fluids zur Heizung des Fahrzeuginnenraumes eines entsprechenden Kraftfahrzeuges handeln.
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Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Nebenaggregat AUX1 zumindest abschnittsweise in das Getriebegehäuse GH eingebunden ist, in dem Getriebegehäuse GH ein Schaltelement SE vorgesehen ist und das Schaltelement SE derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung eingebunden ist, dass über dieses die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor ER und dem Achsdifferentialgetriebe AD schaltbar schließbar und trennbar ist und dabei das Nebenaggregat AUX1 selektiv über den Rotor ER antreibbar ist, wenn die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor ER und dem Achsdifferentialgetriebe AD aufgehoben ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung weist das Nebenaggregat AUX1 eine Eingangswelle E1 auf und diese Eingangswelle E1 ist zur Umlaufachse X des Rotors ER des Elektromotors E gleichachsig angeordnet. Auch das Schaltelement SE ist zur Umlaufachse des Rotors ER gleichachsig angeordnet und schaltet dessen Ausgangsdrehmoment auf einen Ausgang des Schaltelements SE oder bewirkt eine Abkopplung.
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Das Schaltelement SE ist derart ausgebildet, dass über dieses eine Antriebsverbindung zu dem Achsdifferentialgetriebe AD herstellbar ist. Das Schaltelement SE ist bei diesem Ausführungsbeispiel direkt in die Reduktionsstufe GR eingebunden. Die Reduktionsstufe GR ist hier als Stirnradstufe ausgebildet und das Schaltelement SE ermöglicht eine Koppelung eines ersten und hinsichtlich seines Durchmessers kleinen Stirnrades G1 mit der Rotorwelle RS. Das Schaltelement SE ist hierzu als form- oder reibschlüssig koppelndes Schaltelement SE ausgebildet. Die zur Einstellung des jeweiligen Schaltzustands vorgesehenen Aktuatoren sind hier nicht weiter dargestellt, sie können in das Schaltelement integriert sein und insbesondere als elektromagnetische oder fluidmechanische Aktoren ausgebildet sein.
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Der Elektromotor E, das Reduktionsgetriebe G und das Nebenaggregat AUX sind in eine gemeinsame Gehäuseeinrichtung GH eingebunden, das Achsdifferentialgetriebe AD ist an diese Gehäuseeinrichtung GH angebunden oder ebenfalls integriert. Das Achsdifferentialgetriebe ist in einem Differentialgehäuse ADH untergebracht. Dieses kann integral mit dem Getriebegehäuse GH ausgebildet sein, oder an dieses angesetzt sein.
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In der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist das Getriebe G eingangsseitig mit mindestens einem elektrischen Antriebsmotor E und abtriebsseitig mit mindestens einer Fahrzeugachse DL, DR verbunden. Das Getriebe G umfasst eine oder mehrere Wellen, in welche ein Planetenradsatz integriert sein kann oder welche mit Stirnradstufen oder Planetenradsätzen miteinander verbunden sind. An die Rotorwelle RS des Antriebsmotors E, welche zum Getriebe G führt ist, koaxial zu dieser das Nebenaggregat AUX1 wie z.B. ein Klimakompressor, eine Wasserpumpe o.ä. angebunden.
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Die Darstellung nach 2 zeigt wiederum eine elektromechanische Antriebsanordnung mit einem elektromechanischen Hauptantriebsmotor E, der einen Rotor ER und einen Stator ES umfasst, einer Reduktionsgetriebeeinrichtung G, die einen Getriebeeingang GE, einen Getriebeausgang GA, wenigstens eine Reduktionsstufe GR und ein Getriebegehäuse GH umfasst, das die Reduktionsstufe GR beherbergt, einem Achsdifferentialgetriebe AD, zur Verzweigung der am Ausgang der Reduktionsgetriebeeinrichtung anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangabschnitt DL, DR, und einem Nebenaggregat AUX1 das über den Hauptantriebsmotor E antreibbar ist.
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Auch diese erfindungsgemäße Antriebsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Nebenaggregat AUX1 vollständig oder zumindest abschnittsweise in das Getriebegehäuse GH eingebunden ist, in dem Getriebegehäuse GH ein Schaltelement SE vorgesehen ist und das Schaltelement SE derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung eingebunden ist, dass über dieses die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor ER und dem Achsdifferentialgetriebe AD schaltbar schließbar und trennbar ist und dabei das Nebenaggregat AUX1 über den Rotor ER antreibbar ist, wenn die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor ER und dem Achsdifferentialgetriebe AD aufgehoben ist.
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Bei dieser Variante ist das Nebenaggregat AUX1 derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass die Eingangswelle E1 des Nebenaggregats AUX1 zur Rotorachse X parallel versetzt angeordnet ist. Dies wird hier durch einen Zugmitteltrieb TM erreicht. Dieser umfasst ein erstes Zugmittelrad TM1 und ein zweites Zugmittelrad TM2 sowie ein als Riemen oder Kette ausgeführtes Zugmittel TM3. Das erste Zugmittelrad TM1 ist zur Rotorachse X gleichachsig angeordnet und über das Schaltelement SE schaltbar mit der Rotorwelle oder dem ersten Stirnrad G1 der Reduktionsstufe koppelbar.
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Das Schaltelement SE ist in die Reduktionsstufe GR, insbesondere in das erste Stirnrad G1 derselben eingebunden. Dieses erste Stirnrad G1 greift radial von außen her in ein zweites Stirnrad G2 der Reduktionsstufe RG ein. Dieses zweite Stirnrad G2 bildet das Groß- oder Tellerrad des Achsdifferentialgetriebes AD und ist hierzu torsionsfest an das Umlaufgehäuse UH oder Steg des Achsdifferentialgetriebes AD angebunden. Durch das Schaltelement SE erfolgt eine Leistungsdurchführung zum Nebenaggregat AUX. Diese Durchführung ist über das Schaltelement SE schaltbar, d.h. schließbar und trennbar.
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Das Ausführungsbeispiel nach 3 zeigt eine dritte Variante einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung mit einem elektromechanischen Hauptantriebsmotor E, der einen Rotor ER und einen Stator ES umfasst, einer Reduktionsgetriebeeinrichtung G, die einen Getriebeeingang GE, einen Getriebeausgang GA, wenigstens eine Reduktionsstufe GR und ein Getriebegehäuse GH umfasst, das die Reduktionsstufe beherbergt, einem Achsdifferentialgetriebe AD, zur Verzweigung der am Ausgang der Reduktionsgetriebeeinrichtung anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangabschnitt DL, DR, und einem ersten Nebenaggregat AUX1 und einem zweiten Nebenaggregat AUX2 die beide über den Hauptantriebsmotor E antreibbar sind.
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Diese erfindungsgemäße Antriebsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass beide Nebenaggregate AUX1, AUX2 vollständig oder zumindest abschnittsweise in das Getriebegehäuse GH eingebunden sind und in dem Getriebegehäuse GH ein Schaltelement SE vorgesehen ist wobei das Schaltelement SE derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung eingebunden ist, dass über dieses die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor ER und dem Achsdifferentialgetriebe AD schaltbar schließbar und trennbar ist und dabei die Nebenaggregate AUX1, AUX2 über den Rotor ER antreibbar sind, wenn die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor ER und dem Achsdifferentialgetriebe AD aufgehoben ist.
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Bei dieser Variante weist das Nebenaggregat AUX1 eine Eingangswelle E1 auf und diese Eingangswelle E1 ist zur Umlaufachse X des Rotors ER des Elektromotors E gleichachsig angeordnet. Das Nebenaggregat AUX2 ist derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass die Eingangswelle E2 des Nebenaggregats AUX2 zur Rotorachse X parallel versetzt angeordnet ist. Dies wird hier wiederum durch einen Zugmitteltrieb TM erreicht. Dieser umfasst ein erstes Zugmittelrad TM1 und ein zweites Zugmittelrad TM2 sowie ein als Riemen oder Kette ausgeführtes Zugmittel TM3. Das erste Zugmittelrad TM1 ist zur Rotorachse X gleichachsig angeordnet und über das Schaltelement SE schaltbar mit der Rotorwelle oder dem ersten Stirnrad G1 der Reduktionsstufe koppelbar.
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Die Darstellung nach 4 zeigt eine elektromechanische Antriebsanordnung mit einem elektromechanischen Hauptantriebsmotor E, der einen Rotor ER und einen Stator ES umfasst, einer Reduktionsgetriebeeinrichtung G, die einen Getriebeeingang GE, einen Getriebeausgang GA, wenigstens eine Reduktionsstufe GR und ein Getriebegehäuse GH umfasst, das die Reduktionsstufe beherbergt, einem Achsdifferentialgetriebe AD, zur Verzweigung der am Ausgang der Reduktionsgetriebeeinrichtung anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangabschnitt DL, DR, und einem Nebenaggregat AUX1 das über den Hauptantriebsmotor E antreibbar ist. Auch diese erfindungsgemäße Antriebsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Nebenaggregat AUX1 vollständig oder zumindest abschnittsweise in das Getriebegehäuse GH eingebunden ist, in dem Getriebegehäuse GH ein Schaltelement SE vorgesehen ist und das Schaltelement SE ist derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung eingebunden, dass über dieses die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor ER und dem Achsdifferentialgetriebe AD schaltbar schließbar und trennbar ist und dabei das Nebenaggregat AUX1 über den Rotor ER antreibbar ist, wenn die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor ER und dem Achsdifferentialgetriebe AD aufgehoben ist.
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Bei dieser Variante ist das Nebenaggregat AUX1 derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass die Eingangswelle EX1 des Nebenaggregats AUX zur Rotorachse X parallel versetzt angeordnet ist. Dies wird hier durch einen Zugmitteltrieb TM erreicht. Dieser umfasst ein erstes Zugmittelrad TM1 und ein zweites Zugmittelrad TM2 sowie ein als Riemen oder Kette ausgeführtes Zugmittel TM3. Das erste Zugmittelrad TM1 ist zur Rotorachse X gleichachsig angeordnet und beherbergt zudem das Schaltelement SE über welches das erste Stirnrad G1 der Reduktionsstufe RG mit der Rotorwelle koppelbar ist.
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Das Schaltelement SE ist in das erste Zugmittelrad TM1 des zum Nebenaggregat AUX1 führenden Zugmitteltriebes eingebunden. Das erste Stirnrad G1 der Reduktionsstufe RG ist über das Schaltelement SE schaltbar mit der Rotorwelle RS verbindbar. Dieses erste Stirnrad G1 greift radial von außen her in ein zweites Stirnrad G2 der Reduktionsstufe RG ein. Dieses zweite Stirnrad G2 bildet das Groß- oder Tellerrad des Achsdifferentialgetriebes AD und ist hierzu torsionsfest an das Umlaufgehäuse UH des Achsdifferentialgetriebes AD angebunden.
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Wie insbesondere in Verbindung mit den 2, 3 und 4 veranschaulicht ist es möglich, die Anbindung des Nebenaggregats AUX1 oder beider Nebenaggregate AUX1, AUX2 über einen Riemen- oder Kettentrieb zu bewerkstelligen, wobei eines der Antriebsräder TM1, TM2 (hier TM1) bzw. eine der Antriebsscheiben koaxial angebunden ist und der Zugmitteltrieb TM achsparallel zur E-Motorenwelle angeordnet ist. Die Ketten- oder Riementriebe können in vorteilhafter Weise mit konventionellen Führungs- und/oder Spannschienen bzw. Umlenk- und/oder Spannrollen ausgestattet sein. Die Anbindung des Aggregats AUX1 an die Motorenwelle RS unter Einbindung des Schaltelements SE hat den Vorteil, dass die Momentenübertragung von E-Motor zu Aggregat AUX1 über einen kurzen Weg erfolgt und so Verluste reduziert werden. Der Elektromotor E oder die „E-Maschine“ sowie das Nebenaggregat AUX1 oder die Nebenaggregate AUX1, AUX2 sind dabei in das Getriebegehäuse GH integriert, was eine platzsparende Bauweise ermöglicht und zusätzliche Abdichtungen der Wellen vermeidet.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 3 ist das Nebenaggregat AUX1 gleichachsig koaxial über ein Schaltelement SE mit der Motorwelle lösbar verbunden. Das Schaltelement SE kann sowohl aktiv, z.B. als Magnetkupplung, als auch passiv, z.B. Freilauf, koppelbar oder lösbar sein. Gleichzeitig ermöglicht dieses eine Schaltelement SE die Entkopplung des E-Motors und des Aggregats, unabhängig voneinander oder auch gleichzeitig, vom Getriebe und damit vom Antriebsstrang des Fahrzeuges. Durch diese Funktionsintegration wird die Anzahl der Bauteile auf ein Minimum reduziert.
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Das Schaltelement SE kann konstante oder variable Über-/Untersetzungsstufen enthalten, wie z.B. einen Planetenradsatz. Das Schaltelement SE kann gleichzeitig dämpfende oder entkoppelnde Wirkung auf Antriebsstrang und/oder Aggregate haben, z.B. mittels eines FederDämpfer-Elements ähnlich einem Zweimassenschwungrad. Das Schaltelement SE kann z.B. auch in den Innenbereich eines Zahnrades der Getriebestufe GR eingebunden sein.
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Die Darstellung nach 5 veranschaulicht die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung in Verbindung mit ausgewählten Fahrzeugbetriebszuständen. Das Schaltelement SE ist hier derart ausgelegt, dass dieses drei Koppelfunktionen S1, S2, S3 bereitstellen kann. Die erste Koppelfunktion S1 ermöglicht einen Leistungstransfer vom Elektromotor E zum Achsdifferential AD. Die zweite Koppelfunktion ermöglicht einen Leistungstransfer vom Elektromotor E zum Nebenaggregat AUX1. Die dritte Koppelfunktion ermöglicht einen Leistungstransfer vom Achsdifferential AD zum Nebenaggregat AUX1. Die Einstellung der Koppelfunktionen S1, S2, S3 des Schaltelements SE sind entsprechend den unterschiedlichen Betriebszuständen eines Kraftfahrzeuges über die Tabellen T1 und T2 veranschaulicht.
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In dem in der Tabelle T1 angegebenen Betriebszustand 1 ist der Elektromotor E aktiv und das Schaltelement SE stellt die Koppelfunktion S1 bereit, nach welcher das Drehmoment der Rotorwelle über die Reduktionsgetriebestufe GR zum Achsdifferential geführt wird. Soweit in diesem Zustand das Nebenaggregat AUX1 aktiv sein soll werden auch die Koppelfunktionen S2 und S3 bereitgestellt.
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Bei Schubbetrieb des Fahrzeuges gemäß dem Betriebszustand 2 in Tabelle T1 und Schubleistungsüberschuss werden über das Schaltelement SE die Koppelfunktion S1 und die Koppelfunktion S3 eingestellt. Nun erfolgt über den Elektromotor E eine Leistungskonversion im Rekuperationsbetriebsmodus und zudem ein mechanischer Antrieb des Nebenaggregats AUX1 direkt durch Leistungsabgriff aus dem Achsdifferential AD.
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Im sog. Segelbetrieb, also einem sanften Weiterlaufen des Fahrzeuges ohne signifikante Bremswirkung gemäß dem Betriebszustand 3 in Tabelle T1 werden die Koppelfunktionen S1, S2 aufgehoben und nur die Koppelfunktion S3 aktiviert. Nunmehr wird ohne elektrischen Leistungsbezug das Nebenaggregat AUX1 direkt durch das Achsdifferential AD getrieben.
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Im Standbetrieb des Fahrzeuges nach dem Betriebszustand 4 in der Tabelle T1 werden die Koppelfunktionen S1 und S3 deaktiviert und das Nebenaggregat wird über die Koppelfunktion S2 direkt durch den Elektromotor E angetrieben.
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Bei Stillstand des Fahrzeuges ohne Aktionsbedarf des Nebenaggregats AUX1, z.B. beim Parken, wird der Elektromotor E abgeschaltet. In diesem Zustand kann das Schaltelement SE beliebige Zustände einnehmen, da in diesem Zustand an sich keine bestimmte Koppelfunktion gefordert wird. Es ist jedoch möglich auch hier die Koppelfunktionen S1 und S3 zu aktivieren, um ein leicht erhöhtes Haltemoment, eine Bremswirkung bei unbeabsichtigtem Rollen und ggf. eine aktive Bremswirkung durch Ansteuerung des Elektromotors herbeizuführen.
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Die Koppelfunktionen S1, S2 können über ein formschlüssig koppelndes Schaltelement oder entsprechend aktivierbare Kupplungen bewerkstelligt werden. Die Koppelfunktion S3 kann auch durch einen Freilauf bewerkstelligt werden und sich damit im Schubbetrieb des Fahrzeuges selbsttätig ergeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012010171 A1 [0002]
