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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor, einem Reduktionsgetriebe, das als Stirnradgetriebe ausgeführt ist, und einem Achsdifferentialgetriebe zur Verzweigung der über das Reduktionsgetriebe geführten Antriebsleistung auf eine erste und eine zweite Radantriebswelle.
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Aus
DE 10 2015 110 839 A1 ist eine derartige Antriebsanordnung bekannt. Das Stirnradgetriebe ist dort als zweistufig schaltbares Getriebe ausgeführt. Das Stirnradgetriebe weist eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle auf. Auf der Eingangswelle sitzen zwei Antriebsstirnräder, auf der Ausgangswelle sitzen zwei getriebene Stirnräder sowie ein zur Weiterführung der Leistung vorgesehenes Abtriebszahnrad. Das auf der Eingangswelle sitzende erste Antriebsstirnrad und das mit diesem in Eingriff stehende getriebene erste Stirnrad der Ausgangswelle realisieren ein erstes Übersetzungsverhältnis. Das auf der Eingangswelle sitzende zweite Antriebsstirnrad und das mit diesem in Eingriff stehende zweite Stirnrad der Ausgangswelle realisieren ein zweites Übersetzungsverhältnis. Das zweite Antriebsstirnrad ist mit der Eingangswelle über eine Kupplungseinrichtung schaltbar koppelbar. Die beiden auf der Ausgangswelle sitzenden und dabei getriebenen Räder sind über Freiläufe mit der Ausgangswelle gekoppelt, sodass die Ausgangswelle das jeweilige nicht lastführende, jedoch in gleicher Richtung mitlaufende getriebene Rad überholen kann. Einer der Freiläufe ist dabei schaltbar überbrückbar.
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Bei verbreiteten Getriebekonzepten mit Stirnradstufen werden die zu schaltenden Gänge wie oben schon beschrieben mithilfe von Kupplungen und Synchronisationen geschaltet. Um einen Gang während der Fahrt einlegen zu können, wird zunächst durch das Treten der Kupplung der Motor von der Eingangswelle des Getriebes kinematisch getrennt. Anschließend wird die Drehzahl der Eingangswelle unter Berücksichtigung des Zielübersetzungsverhältnisses auf die Drehzahl des gewählten Gangrades synchronisiert. Erst dann wird eine formschlüssige Verbindung der Eingangswelle mit dem Rad des gewünschten Ganges herbeigeführt. Dieser Vorgang ist in automatisierten Getriebekonzepten insofern kritisch, als bei den Schaltvorgängen der Verbrennungsmotor vom Getriebe getrennt wird. Dementsprechend fließt temporär keine Leistung über das Getriebe. Es entsteht eine sogenannte Zugkraftunterbrechung, welche vom Fahrer als komfortbeeinflussende Längsdynamikschwingung wahrnehmbar ist. In manuell geschalteten Getrieben ist dieser Vorgang weniger kritisch, da der Fahrer selbst den Schaltvorgang veranlasst und der Zugkrafteinbruch damit kausal einhergeht. In automatisierten Getriebekonzepten wird der Fahrer mehr oder weniger durch die schaltungsbedingten Längsdynamikschwingungen überrascht. Bei einem Doppelkupplungsgetriebe kann dieses Problem durch eine Überblendung des Schließens und Öffnens der Kupplungen vermieden werden. Diese Überblendung kann auch unter Last erfolgen, sodass es zu keiner Zugkraftunterbrechung kommt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Antriebseinrichtung zu schaffen, die sich durch einen robusten und kostengünstig realisierbaren Aufbau sowie ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektromechanische Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit:
- - einem Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor,
- - einem Reduktionsgetriebe, das als Stirnradgetriebe ausgeführt ist und eine Eingangswelle sowie eine Ausgangswelle aufweist, wobei
- - das Reduktionsgetriebe eine erste Stirnradstufe mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und eine zweite Stirnradstufe mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis aufweist,
- - die erste Stirnradstufe ein erstes Antriebsstirnrad und ein erstes Abtriebsstirnrad aufweist,
- - das erste Antriebsstirnrad auf der Eingangswelle sitzt und in das erste Abtriebsstirnrad eingreift, das auf der Ausgangswelle sitzt,
- - die zweite Stirnradstufe ein zweites Antriebsstirnrad, ein Zwischenrad und ein zweites Abtriebsstirnrad aufweist,
- - das zweite Antriebsstirnrad auf der Eingangswelle sitzt und dabei in das Zwischenrad eingreift,
- - das Zwischenrad in das zweite Abtriebsstirnrad eingreift, das auf der Ausgangswelle sitzt,
- - in der ersten Stirnradstufe ein erster Freilauf vorgesehen ist,
- - in der zweiten Stirnradstufe ein zweiter Freilauf vorgesehen ist,
- - der erste Freilauf bei Drehung des Rotors in einer ersten Drehrichtung in einen Koppelungszustand gelangt und dabei die erste Stirnradstufe die Ausgangswelle treibt,
- - der zweite Freilauf bei Drehung des Rotors in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung in einen Koppelungszustand gelangt und dabei die zweite Stirnradstufe die Ausgangswelle treibt,
- - einer der Freiläufe auf der Eingangswelle angeordnet ist und das diesem zugeordnete Antriebsstirnrad mit der Eingangswelle unidirektional koppelt, und
- - der andere Freilauf auf der Ausgangswelle angeordnet ist und das diesem zugeordnete Abtriebsrad mit der Ausgangswelle unidirektional koppelt.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Antriebsanordnung zu schaffen, bei welcher mit hoher Dynamik und ohne signifikante Zugkraftunterbrechung durch Drehrichtungswechsel des Elektromotors das Übersetzungsverhältnis an die Fahrzeuggeschwindigkeit und den aktuellen Antriebsdrehmomentenbedarf angepasst werden kann. Die Antriebsanordnung kann so ausgelegt sein, dass diese eine der Übersetzungsstufen als Übersetzungsstufe für den primär genutzten Standardbetrieb vorsieht. Die durch Drehrichtungsumkehr des Elektromotors aktivierbare andere Übersetzungsstufe kann dann entweder die Stufe für sehr hohe Fahrzeugendgeschwindigkeiten oder für sehr hohe Radantriebsdrehmomente sein.
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Die Auswahl der jeweiligen Übersetzungsstufe kann von Zusatzinformationen abhängig getroffen werden, sodass z.B. beim Anfahren aus dem Stand bei ansteigender Fahrbahn zunächst die Stufe mit der höheren Übersetzung durch eine elektronische Steuereinrichtung ausgewählt wird, wogegen in einer Phase mit weitgehend lastfreiem Segelbetrieb dann für den weiteren Antrieb die Motordrehrichtung gewählt wird, bei welcher die Übersetzungsstufe für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten den Leistungstransfer übernimmt. Der jeweilige Wechsel der Übersetzungsstufe kann im Rahmen einer weitgehend lastfreien Fahrzeugbetriebsphase erfolgen und muss nicht auf eine bestimmte Motordrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt sein. So kann z.B. ein Kriterium für das Schalten zwischen den Übersetzungsverhältnissen für einen relativ breiten Geschwindigkeitsbereich vorgesehen sein und das Schalten erfolgt, wenn in diesem Bereich temporär eine lediglich geringe Lastanforderung besteht, wobei diese bei einem Hybridfahrzeug auch durch entsprechende Ansteuerung des Primärantriebs aktiv herbeigeführt werden kann. Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es möglich, dass das Fahrzeug ohne Mitnahme des Rotors des Elektromotors einen Rollzustand einnimmt, wobei dann in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit bei Vorliegen einer Lastanforderung durch die Steuereinrichtung entschieden wird, mit welchem Übersetzungsverhältnis der Lastanforderung entsprochen werden soll und das gewünschte Übersetzungsverhältnis durch Einstellung der dieses Übersetzungsverhältnis generierenden Motordrehrichtung gewählt wird. Der Rotor wird bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung nicht zwangsweise mitgeschleppt und bei Antrieb des Fahrzeuges durch einen Primärantrieb kann dann die Ausgangswelle eines der Abtriebsräder und eines der Antriebsräder die Eingangswelle überholen. Es ist weiterhin möglich, die Wahl des Übersetzungsverhältnisses von fahrerseitig vorgenommenen Einstellungen abhängig zu machen. So ist es möglich, dem Fahrer im Bereich des Bedienumfeldes Eingabeeinrichtungen bereitzustellen, durch welche dieser z.B. einen bestimmten „Gang“ und damit eine bestimmte Drehrichtung des Motors wählen kann. Weiterhin kann er auch einen bestimmten Betriebsmodus, z.B. einen Sportbetriebsmodus wählen, bei welchem sich eine für das Beschleunigen optimierte Schaltcharakteristik ergibt, oder einen Energiesparmodus, in welchem der Elektromotor in einem hinsichtlich des Wirkungsgrades vorteilhaften Drehzahlbereich aktiv ist.
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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kann in vorteilhafter Weise einen Sekundärantrieb für ein Kraftfahrzeug bilden, während an der anderen Achse des Kraftfahrzeuges der Primärantrieb beispielsweise in Form eines Verbrennungsmotors oder einer weiteren elektrischen Maschine sitzt. Durch den Primärantrieb werden beispielsweise auch Funktionen wie das Fahren im Rückwärtsgang und die Rekuperation, übernommen. Außerdem kann in weiterhin vorteilhafter Weise der Primärantrieb etwaige Schaltpausen (beim Umpolen der E-Maschine) und die Zugkraftunterbrechungen bei Schaltvorgängen des Sekundärantriebs „überblenden“. Der Sekundärantrieb, oder wahlweise auch die gesamte Achse mit dem Sekundärantrieb, ist vorzugsweise optional abschaltbar (AWD-Disconnection, Hang-On-Kupplung). Alternativ, oder auch parallel dazu, sind in der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung vorzugsweise an geeigneten Stellen form- oder reibschlüssig koppelnde (z.B. Klauen-) Kupplungen vorgesehen, um die Freiläufe im Bedarfsfall für Rückwärtsfahrt und Rekuperation zu überbrücken.
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Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der erste Freilauf im ersten Abtriebszahnrad angeordnet ist. Der zweite Freilauf ist dann vorzugsweise im zweiten Antriebszahnrad angeordnet. Die Freiläufe können als form- und/oder reibschlüssig koppelnde Freiläufe ausgebildet sein. Sie können so ausgebildet sein, dass die Herbeiführung eines Koppelungszustands auch unter Wirkung von Zahnreaktionskräften und z.B. einer damit einhergehenden zumindest geringen axialen Verlagerung eines schräg verzahnten Abtriebsrades unterstützt wird.
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Die Antriebsanordnung ist weiterhin vorzugsweise derart ausgebildet, dass über die erste Stirnradstufe ein erstes Übersetzungsverhältnis realisiert wird, dessen Betrag größer ist als der Betrag eines zweiten Übersetzungsverhältnisses, das über die zweite Stirnradstufe realisiert wird. In diesem Fall hat dann das erste Antriebszahnrad einen kleineren Kopfkreisdurchmesser als das zweite Antriebszahnrad. Es ist jedoch auch möglich, die beiden Übersetzungsverhältnisse so abzustimmen, dass das erste Übersetzungsverhältnis betragsmäßig kleiner ist als das zweite. In diesem Falle hat dann das zweite Antriebszahnrad den kleineren Kopfkreisdurchmesser und die Überbrückung der Abstände der Antriebswelle und der Ausgangswelle erfolgt durch jenen Zahnradzug, der durch das Zwischenrad und das zweite Abtriebszahnrad gebildet wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Eingangswelle zur Rotorachse gleichachsig ausgerichtet oder wird direkt durch die Rotorwelle getrieben oder durch die Rotorwelle gebildet.
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Alternativ zu der oben genannten Variante ist es auch möglich, die Antriebsanordnung so zu gestalten, dass auf der Eingangswelle ein Vorstufenrad sitzt, wobei dieses Vorstufenrad dann durch ein Antriebsritzel angetrieben wird, das auf der Rotorwelle des Elektromotors sitzt.
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Bei einer Integration eines Achsdifferentialgetriebes direkt in die Antriebsanordnung können das erste und das zweite Abtriebsstirnrad, oder zumindest eines dieser Zahnräder, direkt über den entsprechenden Freilauf auf ein Umlaufgehäuse, d.h. den Korb des Achsdifferentialgetriebes, aufgesetzt oder seitlich an diesen angesetzt sein. Insbesondere bei einer Anordnung der beiden Abtriebsstirnräder seitlich des Umlaufgehäuses können die Abtriebszahnräder auf Zapfenabschnitten des Umlaufgehäuses sitzen und jener der Abtriebswelle zugeordnete Freilauf kann durch Strukturen des Abtriebsstirnrades und des Umlaufgehäuses sowie axial dazwischen liegende Koppelglieder oder Reibbelagsstrukturen realisiert sein. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle sind vorzugsweise zueinander parallel ausgerichtet und das Achsdifferentialgetriebe kann direkt in dem Getriebegehäuse der Antriebsanordnung aufgenommen sein.
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Die Antriebsanordnung ist vorzugsweise dazu ausgelegt, in verbautem Zustand in einem Kraftfahrzeug so angeordnet zu sein, dass die Eingangswelle horizontal und quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Die Antriebsanordnung bildet dabei vorzugsweise ein Achsantriebsmodul, das in einem Zwischenbereich zwischen einem linken und einem rechten Fahrzeugrad angeordnet ist. Soweit die Antriebsanordnung als Sekundärantrieb fungiert, sitzt sie dabei vorzugsweise im Bereich der Hinterachse. Es ist möglich, Gehäuseabschnitte der Antriebsanordnung als Anbindungsstellen für Radaufhängungsorgane zu nutzen. Das Gehäuse der Antriebsanordnung kann dabei als Hinterachsträger fungieren und z.B. Lagerstellen für Dreiecks- oder Querlenker sowie auch für Federungsorgane, insbesondere Federbeine oder Torsionsfedern, bereitstellen.
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Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung sind beide Getriebestufen mit Freiläufen ausgestattet, wobei einer dieser Freiläufe kinematisch zwischen der Eingangswelle und einem darauf sitzenden Antriebsstirnrad wirksam ist und der andere Freilauf in der anderen Getriebestufe zwischen der Ausgangswelle und dem diese treibenden Abtriebsstirnrad wirksam ist. Je nach Drehrichtung der E-Maschine erfolgt der Kraftfluss entweder über den ersten Gang oder über den zweiten Gang und dabei über eine Zwischenwelle zur Ausgangswelle. Durch die Drehrichtungsumkehr der E-Maschine kann damit zwischen zwei Übersetzungen geschaltet werden.
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Das Getriebe der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung umfasst eine Antriebswelle, eine Zwischenwelle, eine Ausgangswelle und zwei Freiläufe oder Überholkupplungen als vorzugsweise passive Schaltelemente, wobei einer der Freiläufe auf der Einganswelle und der weitere Freilauf auf der Ausgangswelle vorgesehen ist und die Sperrwirkung dieser Freiläufe so abgestimmt ist, dass je nach Drehrichtung des Rotors nur einer der Freiläufe ein Drehmoment zwischen Zahnrad und Welle überträgt.
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Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung sind auf der Antriebswelle zwei Zahnräder vorgesehen, wobei eines dieser Zahnräder fest mit der Antriebswelle verbunden ist und das andere unidirektional drehmomentenführend über einen Freilauf oder eine Überholkupplung auf der Antriebswelle sitzt. Eines der Zahnräder auf der Ausgangswelle ist mit dieser fest gekoppelt, das andere Zahnrad ist über den weiteren Freilauf unidirektional drehmomentenführend mit der Ausgangswelle verbunden. Die Freiläufe der Gangpaare sind dabei gleichläufig ausgeführt. Aufgrund der Drehrichtungsumkehr in der zweiten Getriebestufe rotieren die Antriebsräder gegenläufig, sofern der Leistungstransfer über das starr auf der Eingangswelle sitzende Antriebsstirnrad erfolgt. Erfolgt der Leistungstransfer über den auf der Eingangswelle sitzenden Freilauf, so rotieren beide Antriebsräder der Eingangswelle zwar in der gleichen Drehrichtung, jedoch rotiert das auf der Ausganswelle über den (sich in diesem Modus öffnenden) Freilauf sitzende Abtriebsrad lastfrei in Gegenrichtung. Es ist damit stets nur einer der Freiläufe drehmomentenführend.
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In der ersten Stirnradstufe erfolgt der Kraftfluss direkt vom Antriebsrad zum ersten Abtriebsrad und dann auf die Ausgangswelle. In der zweiten Getriebestufe erfolgt der Kraftfluss vom Antriebsrad über das Zwischenrad zum zweiten Abtriebsrad und von dort auf die Ausgangswelle. Das Zwischenrad kompensiert die Drehrichtungsumkehr der E-Maschine und das zweite Abtriebsrad wird damit wieder mit der richtigen Drehrichtung angetrieben. Durch die beiden auf der Eingangswelle und der Ausgangswelle sitzenden unidirektional koppelnden Freiläufe wird ein Gangwechsel im Wege einer Drehrichtungsumkehr der E-Maschine möglich. Es wird hierzu in einer einfachsten Ausführungsform keine weitere Schalteinrichtung benötigt, was die Kosten, den benötigten Bauraum und das Gewicht des Getriebes verringert. Es wird auch kein zusätzlicher Schaltaktuator benötigt.
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Das erste Stirnradpaar ist durch ein auf der Antriebswelle oder Zwischenwelle sitzendes erstes Zahnradmodul im Zahneingriff mit einem ersten Abtriebsrad auf der Ausgangswelle gebildet. Das zweite Stirnradpaar ist durch ein zweites Zahnradmodul auf der Antriebswelle/Zwischenwelle im Zahneingriff mit einem Umkehrrad gebildet. Das dritte Stirnradpaar ist durch den Zahneingriff des Umkehrrades mit einem zweiten Abtriebsritzel auf der Ausgangswelle gebildet. Das jeweilige die Ausgangswelle treibende Zahnradmodul besteht aus Zahnrad und Freilauf. Die beiden Freiläufe sperren in aufeinander abgestimmten Drehrichtungen, jedoch treibt einer der Freiläufe direkt die Ausgangswelle während der andere in der anderen Getriebestufe auf der Eingangswelle sitzt. Die Wälzlager befinden sich vorzugsweise neben den Freiläufen. Die Ausgangswelle ist vorzugsweise zugleich der Korb, der Steg, oder das Umlaufgehäuse eines zur Leistungsverzweigung vorgesehenen Differentialgetriebes. Dieses Differentialgetriebe kann in besonders vorteilhafter Weise als Stirnraddifferential ausgebildet sein.
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Die Übersetzungsverhältnisse der beiden Stufen können so abgestimmt sein, dass durch diese auch bestimmten Einsatzszenarien besonders vorteilhaft entsprochen werden kann. So kann die hochübersetzende Stufe auf eine Wirkungsgradoptimierung im innerstädtischen Betrieb, z.B. im Betrieb bei Fahrzeuggeschwindigkeiten bis 60 km/h, ausgelegt sein und die geringer übersetzende Stufe für den Betrieb außerhalb geschlossener Ortschaften. Vorzugsweise wird jene Stufe, welche das Zwischenrad umfasst, für den statistisch selteneren Anwendungsfall herangezogen, sodass die Leistungsführung über den zusätzlichen Zahneingriff des Zwischenrades in das Abtriebszahnrad seltener erfolgt als über die Stufe mit einem direkten Eingriff des Antriebszahnrades in das Abtriebszahnrad der Ausgangswelle.
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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:
- 1a eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 1b eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit einem in die Ausgangswelle integrierten Achsdifferentialgetriebe;
- 3 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, ebenfalls mit einem in die Ausgangswelle integrierten Achsdifferentialgetriebe und zudem einem zwischen dem Elektromotor und der Eingangswelle vorgesehenen Vorstufengetriebe.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1a zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebsanordnung umfasst einen Elektromotor E mit einem Stator S und einem Rotor R sowie ein Reduktionsgetriebe G das als Stirnradgetriebe ausgeführt ist und eine Eingangswelle EW sowie eine Ausgangswelle AW aufweist.
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Das Reduktionsgetriebe G umfasst eine erste Stirnradstufe GS1 mit einem ersten Übersetzungsverhältnis i1 und eine zweite Stirnradstufe GS2 mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis i2. Die erste Stirnradstufe GS1 weist ein erstes Antriebsstirnrad S1A und ein erstes Abtriebsstirnrad S1B auf. Das erste Antriebsstirnrad S1A sitzt auf der Eingangswelle EW und greift in das erste Abtriebsstirnrad S1B ein, das auf der Ausgangswelle AW sitzt.
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Die zweite Stirnradstufe GS2 weist ein zweites Antriebsstirnrad S2A, ein Zwischenrad S2Z und ein zweites Abtriebsstirnrad S2B auf. Das zweite Antriebsstirnrad S2A sitzt auf der Eingangswelle EW und greift dabei in das Zwischenrad S2Z ein. Das Zwischenrad S2Z greift radial von außen her in das zweite Abtriebsstirnrad S2B ein, das auf der Ausgangswelle AW sitzt.
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Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist zwischen der Ausgangswelle AW und dem ersten Abtriebsstirnrad S1B ein erster Freilauf FR1 vorgesehen. Zudem ist zwischen der Eingangswelle EW und dem zweiten Antriebsstirnrad S2A ein zweiter Freilauf FR2 vorgesehen. Der erste Freilauf FR1 ist konstruktiv derart ausgelegt, dass dieser bei Drehung des Rotors R in einer ersten Drehrichtung in einen Koppelungszustand gelangt und damit ein Drehmoment überträgt. Der zweite Freilauf FR2 ist konstruktiv derart gestaltet, dass dieser bei Drehung des Rotors R in einer der ersten Drehrichtung entgegen gesetzten Drehrichtung in einen Koppelungs- oder Drehmomenten-Transferzustand gelangt und dann ein Drehmoment überträgt.
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Der erste Freilauf FR1 ist im ersten Abtriebszahnrad S1B angeordnet. Der zweite Freilauf FR2 ist im zweiten Antriebszahnrad S2A angeordnet. Über die erste Stirnradstufe GS1 wird ein erstes Übersetzungsverhältnis i1 realisiert, dessen Betrag bei diesem Ausführungsbeispiel größer ist als der Betrag des zweiten Übersetzungsverhältnisses i2, das über die zweite Stirnradstufe GS2 realisiert wird.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Eingangswelle EW zur Rotorachse X des Elektromotors E gleichachsig ausgerichtet und die Eingangswelle EW wird hierbei direkt durch die Rotorwelle RW getrieben oder auch direkt durch die Rotorwelle RW gebildet.
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Die Darstellung nach 1b zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebsanordnung umfasst einen Elektromotor E mit einem Stator S und einem Rotor R sowie ein Reduktionsgetriebe G, das als Stirnradgetriebe ausgeführt ist und eine Eingangswelle EW sowie eine Ausgangswelle AW aufweist.
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Das Reduktionsgetriebe G umfasst eine erste Stirnradstufe GS1 mit einem ersten Übersetzungsverhältnis i1 und eine zweite Stirnradstufe GS2 mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis i2. Die erste Stirnradstufe GS1 weist ein erstes Antriebsstirnrad S1A und ein erstes Abtriebsstirnrad S1B auf. Das erste Antriebsstirnrad S1A sitzt auf der Eingangswelle EW und greift in das erste Abtriebsstirnrad S1B ein, das auf der Ausgangswelle AW sitzt.
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Die zweite Stirnradstufe GS2 weist ein zweites Antriebsstirnrad S2A, ein Zwischenrad S2Z und ein zweites Abtriebsstirnrad S2B auf. Das zweite Antriebsstirnrad S2A sitzt auf der Eingangswelle EW und greift dabei in das Zwischenrad S2Z ein. Das Zwischenrad S2Z greift radial von außen her in das zweite Abtriebsstirnrad S2B ein, das auf der Ausgangswelle AW sitzt.
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Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist zwischen der Eingangswelle EW und dem ersten Antriebsstirnrad S1A ein erster Freilauf FR1 vorgesehen. Zudem ist zwischen der Ausgangswelle AW und dem zweiten Abtriebsstirnrad S2B ein zweiter Freilauf FR2 vorgesehen. Der erste Freilauf FR1 gelangt in einer ersten Drehrichtung des Rotors R in einen Koppelungszustand und der zweite Freilauf FR2 gelangt bei Drehung des Rotors R in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung in einen Koppelungs- oder Drehmomenten-Transferzustand.
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Der erste Freilauf FR1 ist im ersten Antriebszahnrad S1A angeordnet. Der zweite Freilauf FR2 ist im zweiten Abtriebszahnrad S2B angeordnet. Über die erste Stirnradstufe GS1 wird ein erstes Übersetzungsverhältnis i1 realisiert, dessen Betrag bei diesem Ausführungsbeispiel größer ist als der Betrag des zweiten Übersetzungsverhältnisses i2, das über die zweite Stirnradstufe GS2 realisiert wird.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Eingangswelle EW wiederum zur Rotorachse X des Elektromotors E gleichachsig ausgerichtet und die Eingangswelle EW wird hierbei direkt durch die Rotorwelle RW getrieben oder auch direkt durch die Rotorwelle RW gebildet.
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Die Darstellung nach 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, die insbesondere und vorzugsweise als Hinterachs-Antriebseinheit in ein Kraftfahrzeug eingebunden werden kann.
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Diese Antriebsanordnung umfasst wiederum einen Elektromotor E mit einem Stator S und einem Rotor R sowie ein Reduktionsgetriebe G, das als Stirnradgetriebe ausgeführt ist und eine Eingangswelle EW sowie eine Ausgangswelle AW aufweist. Das Reduktionsgetriebe G umfasst auch hier eine erste Stirnradstufe GS1 mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und eine zweite Stirnradstufe GS2 mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis. Die erste Stirnradstufe GS1 weist ein erstes Antriebsstirnrad und ein erstes Abtriebsstirnrad S1B auf. Das erste Antriebsstirnrad S1A sitzt auf der Eingangswelle EW und greift in das erste Abtriebsstirnrad S1B ein, das auf der Ausgangswelle AW sitzt.
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Die zweite Stirnradstufe GS2 weist ein zweites Antriebsstirnrad S2A, ein Zwischenrad S2Z und ein zweites Abtriebsstirnrad S2B auf. Das zweite Antriebsstirnrad S2A sitzt auf der Eingangswelle EW und greift dabei in das Zwischenrad S2Z ein. Das Zwischenrad S2Z greift radial von außen her in das zweite Abtriebsstirnrad S2B ein, das auf der Ausgangswelle AW sitzt.
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Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist zwischen der Ausgangswelle AW und dem ersten Abtriebsstirnrad S1B ein erster Freilauf FR1 vorgesehen. Zudem ist zwischen der Eingangswelle EW und dem zweiten Antriebsstirnrad S2A ein zweiter Freilauf FR2 vorgesehen. Der erste Freilauf FR1 gelangt in einer ersten Drehrichtung der Rotorwelle RW in einen Koppelungszustand und der zweite Freilauf FR2 gelangt in einer der ersten Drehrichtung der Rotorwelle RW entgegengesetzten Drehrichtung in einen Koppelungszustand.
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Der erste Freilauf FR1 ist im ersten Abtriebszahnrad S1B angeordnet. Der zweite Freilauf FR2 ist im zweiten Antriebszahnrad S2A angeordnet. Über die erste Stirnradstufe GS1 wird ein erstes Übersetzungsverhältnis realisiert, dessen Betrag größer ist als der Betrag eines zweiten Übersetzungsverhältnisses, das über die zweite Stirnradstufe GS2 realisiert wird.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Eingangswelle EW zur Rotorachse X des Elektromotors E gleichachsig ausgerichtet und die Eingangswelle EW wird hierbei direkt durch die Rotorwelle RW getrieben oder auch direkt durch die Rotorwelle RW gebildet.
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Abweichend von der Variante nach den 1a und 1b ist nunmehr ein Achsdifferentialgetriebe AD, das der Verzweigung der Antriebsleistung auf eine linke und eine rechte Radantriebswelle WSL, WSR dient, derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass dessen Umlaufgehäuse ADH als Ausgangswelle AW und Träger der beiden Abtriebszahnräder S1B, S2B sowie des Freilaufs FR1 fungiert. Das Achsdifferentialgetriebe AD ist vorzugsweise als Stirnraddifferentialgetriebe ausgebildet.
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Die Eingangswelle EW und die Ausgangswelle AW sind zueinander parallel ausgerichtet. Die Antriebsanordnung ist dazu ausgelegt, in verbautem Zustand in einem Kraftfahrzeug so angeordnet zu sein, dass die Eingangswelle EW quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Dabei kann die Antriebsanordnung ein Achsantriebsmodul bilden, das in einem Zwischenbereich zwischen einem linken und einem rechten Fahrzeugrad LW, RW angeordnet ist.
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Die Darstellung nach 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, die wiederum insbesondere und zudem vorzugsweise als Hinterachs-Antriebseinheit in ein Kraftfahrzeug eingebunden werden kann, das ggf. über einen Primärantrieb verfügt und bei welchem die erfindungsgemäße Antriebsanordnung als Sekundärantrieb fungiert.
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Diese Antriebsanordnung umfasst wiederum einen Elektromotor E mit einem Stator S und einem Rotor R sowie ein Reduktionsgetriebe G, das als Stirnradgetriebe ausgeführt ist und eine Eingangswelle EW sowie eine Ausgangswelle AW aufweist. Das Reduktionsgetriebe G umfasst auch hier eine erste Stirnradstufe GS1 mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und eine zweite Stirnradstufe GS2 mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis. Die erste Stirnradstufe GS1 weist ein erstes Antriebsstirnrad S1A und ein erstes Abtriebsstirnrad S1B auf. Das erste Antriebsstirnrad S1A sitzt auf der Eingangswelle EW und greift in das erste Abtriebsstirnrad S1B ein, das auf der Ausgangswelle AW sitzt.
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Die zweite Stirnradstufe GS2 weist ein zweites Antriebsstirnrad S2A, ein Zwischenrad S2Z und ein zweites Abtriebsstirnrad S2B auf. Das zweite Antriebsstirnrad S2A sitzt auf der Eingangswelle EW und greift dabei in das Zwischenrad S2Z ein. Das Zwischenrad S2Z greift radial von außen her in das zweite Abtriebsstirnrad S2B ein, das auf der Ausgangswelle AW sitzt.
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Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist zwischen der Ausgangswelle AW und dem ersten Abtriebsstirnrad S1B ein erster Freilauf FR1 vorgesehen. Zudem ist zwischen der Eingangswelle EW und dem zweiten Antriebsstirnrad S2B ein zweiter Freilauf FR2 vorgesehen. Der erste Freilauf FR1 wird bei einer Drehung der Eingangswelle in einer ersten Drehrichtung lastführend und der zweite Freilauf FR2 wird bei Drehung der Eingangswelle EW in eine der ersten Drehrichtung der Eingangswelle entgegengesetzten Drehrichtung lastführend.
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Der erste Freilauf FR1 ist im ersten Abtriebszahnrad S1B angeordnet. Der zweite Freilauf FR2 ist im zweiten Antriebszahnrad S2A angeordnet. Über die erste Stirnradstufe GS1 wird ein erstes Übersetzungsverhältnis realisiert, dessen Betrag größer ist als der Betrag eines zweiten Übersetzungsverhältnisses, das über die zweite Stirnradstufe GS2 realisiert wird.
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Abweichend von den Ausführungsbeispielen nach den 1a, 1b und 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Eingangswelle EW zur Rotorachse X des Elektromotors E nicht gleichachsig ausgerichtet, sondern zu dieser parallel versetzt. Die Eingangswelle EW wird indirekt unter Einbindung eine Vorstufe GS3 getrieben. Die Vorstufe GS3 umfasst ein Stirnrad S3A, das direkt durch die Rotorwelle RW getrieben wird, und weist zudem ein Stirnrad S3B auf, das auf der Eingangswelle EW sitzt und mit dem Stirnrad S3A in Eingriff steht.
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Abweichend von der Variante nach den 1a und 1b und in gleicher Weise wie bei der Variante nach 2 ist nunmehr ein Achsdifferentialgetriebe AD das der Verzweigung der Antriebsleistung auf eine linke und eine rechte Radantriebswelle WSL, WSR dient, derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass dessen Umlaufgehäuse ADH als Ausgangswelle AW und Träger der beiden Abtriebszahnräder S1B, S2B und Träger von einem der Freiläufe FR1, FR2 - hier FR1, fungiert. Das Achsdifferentialgetriebe AD ist wiederum vorzugsweise - obwohl abweichend als Kegelraddifferentialgetriebe dargestellt - als Stirnraddifferentialgetriebe ausgebildet.
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Die Eingangswelle EW und die Ausgangswelle AW sind zueinander parallel ausgerichtet. Die Antriebsanordnung ist dazu ausgelegt, in verbautem Zustand in einem Kraftfahrzeug so angeordnet zu sein, dass die Eingangswelle EW quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Dabei kann die Antriebsanordnung ein Achsantriebsmodul bilden, das in einem Zwischenbereich zwischen einem linken und einem rechten Fahrzeugrad LW, RW angeordnet ist.
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Die Freiläufe FR1, FR2 gelangen in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Rotors R des Elektromotors E in einen Koppelungs- oder in einen Freilaufzustand. Die Freiläufe FR1, FR2 können als reib- und/oder formschlüssig koppelnde Freiläufe ausgebildet sein. Es ist möglich, die Freiläufe FR1, FR2 auch im Zusammenspiel mit einer axialen Verlagerbarkeit der Stirnräder zu realisieren. So können z.B. die Freiläufe so ausgebildet sein, dass diese zunächst als reibschlüssig koppelende Strukturen die ihnen zugeordneten Zahnräder mitnehmen wobei dann aufgrund von Zahnreaktionskräften, z.B. Axialkräften einer entsprechend ausgelegten Schrägverzahnung, die Zahnräder axial verlagert werden und dann auch noch einen formschlüssigen Koppelungszustand mit ihrer Welle einnehmen. Hierdurch ergibt sich ein besonders hohes Drehmonentenübertragungsvermögen und eine Entlastung der Freiläufe. Die Freiläufe FR1, FR2 können auch im Seitenbereich der entsprechenden Stirnräder angeordnet sein und dabei eine Drehmomentenübertragung zwischen den Stirnrädern und seitlich benachbarten Flanschabschnitten der sie tragenden Welle EW, AW oder des Umlaufgehäuses des Achsdifferentiales AD bewirken.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es auch in vorteilhafter Weise möglich, die beiden Stirnradstufen GS1, GS2 so auszulegen, dass auch die Achse X2 des Zwischenrades S2Z in der durch die Achsen XEW, XAW der Eingangswelle EW und der Ausgangswelle EW definierten Achsebene zu liegen kommt. Diese Maßnahme ist insbesondere für die Realisierung des hier nicht dargestellten Getriebegehäuses in Wannenbauweise von besonderem Vorteil. Soweit das Getriebegehäuse in Topfbauweise realisiert wird, kann die Achse X2 des Zwischenrades S2Z auch zur vorstehend genannten Ebene parallel versetzt sein. Die Eingangswelle EW und die Ausgangswelle AW, insbesondere wenn diese das Achsdifferentialgetriebe AD trägt, werden dann vorzugsweise von einander entgegengesetzten Seiten in das Getriebegehäuse eingesteckt. Der Abschluss des Getriebegehäuses auf der Seite des Elektromotors E kann durch einen Anschlussflansch des Elektromotors bewerkstelligt werden oder auch durch einen Gehäuseabschnitt, der das Vorstufengetriebe GS3 in sich trägt. Jenes Vorstufengetriebe GS3 kann auch konstruktiv abweichend realisiert sein, insbesondere als Planetengetriebe oder auch als Getriebe, bei welchem das Ritzel S3A direkt in eines der Antriebsräder S1A, S2A der Eingangswelle EW eingreift.
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Im breiten Sinne besteht die Erfindung in einer elektromechanischen Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit zwei Stirnradstufen, die parallele Leistungstransferwege mit abweichenden Übersetzungsverhältnissen bilden, wobei diese Stirnradstufen gegensinnige Übersetzungen liefern und unter Einbindung entsprechend orientierter und auf der Ein- und der Ausgangswelle sitzender Freiläufe mit der jeweiligen Welle unidirektional drehmomentenführend kinematisch gekoppelt sind. Damit sind die unterschiedlichen Übersetzungen für den Leistungstransfer zum Getriebeausgang, insbesondere einem integrierten Achsdifferentialgetriebe, durch Wahl der Drehrichtung des Rotors des Elektromotors selektierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015110839 A1 [0002]
