DE102018221603A1

DE102018221603A1 - Antriebsachse eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102018221603A1
Application number: DE102018221603.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes GLÜCKLER; Stefan Renner; Kai Bornträger; Stefan Spühler; Johannes Kaltenbach
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-18
Also published as: WO2020120721A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges, umfassend zwei elektrische Maschinen (EM1, EM2), zwei antreibbare Fahrzeugsräder (R1, R2), ein Achsdifferenzial (14), welches zwischen den Fahrzeugrädern (R1, R2) angeordnet ist, ein Getriebe (13), über welches die Fahrzeugräder (R1, R2) von den elektrischen Maschinen (EM1, EM2) antreibbar sind.Es wird vorgeschlagen, dass das Getriebe (13) einen ersten Antriebsstrang (1a, 3, 4, 5) zwischen der ersten elektrischen Maschine (EM1) und dem Achsdifferenzial (14) und einen zweiten Antriebsstrang (1b, 3) zwischen der zweiten elektrischen Maschine (EM2) und dem Achsdifferenzial (14) aufweist und dass der erste Antriebsstrang (1a, 3, 4, 5) und der zweite Antriebsstrang (1b, 3) unterschiedliche Übersetzungen zwischen der ersten elektrischen Maschine (EM1) und dem Achsdifferenzial (14) sowie zwischen der zweiten elektrischen Maschine (EM2) und dem Achsdifferenzial (14) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges, umfassend zwei elektrische Maschinen, zwei antreibbare Fahrzeugräder, ein Achsdifferenzial, welches zwischen den Fahrzeugrädern angeordnet ist, sowie ein Getriebe, über welches die Fahrzeugräder von den elektrischen Maschinen antreibbar sind.
Elektrische Antriebe für Fahrzeuge sind in vielen Varianten bekannt, beispielsweise mit einer oder zwei elektrischen Maschinen für eine oder zwei Antriebsachsen. Wird jedes Rad einer Achse von einer elektrischen Maschine angetrieben, so ist jeder elektrischen Maschine ein eigenes Getriebe zugeordnet, sodass sich zwei getrennte und gleiche Antriebsstränge ergeben. Bei Nutzfahrzeugen werden wegen der hohen Zugkraftanforderungen in der Regel Zweigang-Schaltgetriebe eingesetzt. Ein Problem bei derartigen elektrischen Antrieben besteht darin, die einzelnen Antriebskomponenten wie elektrische Maschinen und Getriebe möglichst bauraumgünstig im Bereich der Antriebsachse anzuordnen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Antrieb für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug vorzuschlagen, welcher im Bereich der Antriebsachse angeordnet ist und einen möglichst geringen Bauraum beansprucht.
Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 27. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist bei einer Antriebsachse eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges, im Folgenden auch kurz Elektrofahrzeug genannt, vorgesehen, dass das Getriebe einen ersten und einen zweiten Antriebsstrang aufweist, welche sich jeweils von der ersten elektrischen Maschine bis zum Achsdifferential und von der zweiten elektrischen Maschine bis zum Achsdifferential erstrecken. Dabei weisen der erste Antriebsstrang und der zweite Antriebsstrang unterschiedliche Übersetzungen auf. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass trotz zweier Antriebsstränge nicht alle Getriebekomponenten, insbesondere das Schaltgetriebe doppelt vorliegen und dadurch Bauraum sowie Gewicht gespart werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste Antriebsstrang ein Zweigang-Schaltgetriebe, während der zweite Antriebsstrang eine konstante Übersetzung aufweist. Das Zweigang-Schaltgetriebe übernimmt somit die Schaltfunktion sowohl für die rechte als auch für die linke Radseite - somit wird ein Schaltgetriebe eingespart.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind beide Antriebsstränge durch mindestens ein Getriebeglied, beispielsweise eine Koppelwelle oder ein gemeinsames Gehäuse miteinander gekoppelt. Damit sind die Getriebekomponenten beider Antriebsstränge kinematisch miteinander verbunden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Zweigang-Schaltgetriebe als erster, schaltbarer Planetensatz ausgebildet, welcher bevorzugt drei Wellen oder Getriebeglieder aufweist, nämlich eine Stegwelle, auch Planetenträger genannt, eine Sonnenradwelle mit Sonnenrad und eine Hohlradwelle mit Hohlrad. Ein derartiger Planetensatz ist schaltbar, wenn eines der Getriebeglieder festgehalten wird oder zwei Getriebeglieder miteinander gekoppelt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen der erste Antriebsstrang und der zweite Antriebsstrang jeweils einen zweiten Planetensatz auf, wobei beide zweite Planetensätze miteinander gekoppelt sind und bevorzugt mit einer (konstanten) Standübersetzung laufen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die beiden zweiten Planetensätze durch eine gemeinsame Stegwelle respektive einen gemeinsamen Planetenträger sowie durch eine gemeinsame festgehaltene Hohlradwelle gekoppelt. Beide Hohlräder sind somit gegenüber einem gemeinsamen Gehäuse abgestützt. Dadurch ergibt sich für die beiden zweiten Planetensätze eine Standübersetzung.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Planetensatz von der Antriebswelle der zweiten elektrischen Maschine antreibbar, wobei die Antriebswelle der zweiten elektrischen Maschine die Sonnenradwelle des zweiten Planetensatzes bildet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erste, schaltbare Planetensatz von der Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine antreibbar und über eine Koppelwelle mit dem zweiten Planetensatz verbunden. Der Kraftfluss von der ersten elektrischen Maschine erfolgt somit über den ersten, schaltbaren Planetensatz auf den zweiten Planetensatz.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der erste, schaltbare Planetensatz eine Sonnenradwelle auf, welche beim Einlegen des ersten Ganges festsetzbar ist, wodurch der erste Gang durch eine Standübersetzung bestimmt ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine als Hohlradwelle des ersten, schaltbaren Planetensatzes ausgebildet, d. h. der erste, schaltbare Planetensatz wird über das Hohlrad angetrieben, welches beim Einlegen des zweiten Ganges mit der Sonnenradwelle gekoppelt wird, wodurch eine Umlaufübersetzung realisiert wird. Der Abtrieb erfolgt somit über die Stegwelle.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können für den ersten, schaltbaren Planetensatz zwei weitere Umlaufübersetzungen dadurch realisiert werden, dass zum Einlegen des zweiten Ganges entweder die Sonnenradwelle oder die Hohlradwelle mit der Stegwelle gekoppelt werden. In beiden Fällen ergibt sich ein Blockumlauf mit Umlaufübersetzung.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Achsdifferenzial, d. h. sein Käfig, auch Gehäuse genannt, von der gemeinsamen Stegwelle, welche die beiden zweiten Planetensätze miteinander koppelt, antreibbar. Damit treiben beide Antriebsstränge gemeinsam in das Achsdifferenzial, von welchem die Leistung auf die beiden Fahrzeugräder verteilt wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der zweite Antriebsstrang einen zweiten Planetensatz auf, welcher von der Antriebswelle der zweiten elektrischen Maschine über die Sonnenradwelle angetrieben wird. Bei dieser Radsatz- oder Getriebevariante weist der erste Antriebsstrang keinen zweiten Planetensatz auf, d. h. bezogen auf das Gesamtgetriebe ist ein Planetensatz bei gleicher Funktion entfallen, woraus sich Gewichts- und Bauraumvorteile ergeben.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Hohlrad des zweiten Planetensatzes gegenüber einem Gehäuse abgestützt. Der zweite Planetensatz im zweiten Antriebsstrang arbeitet somit mit einer Standübersetzung; der Abtrieb erfolgt über die Stegwelle zum Achsdifferenzial. Beide Antriebsstränge sind bei dieser Variante über ein gemeinsames Getriebeglied miteinander gekoppelt, nämlich die Stegwelle des ersten, schaltbaren Planetensatzes des ersten Antriebsstranges und die angetriebenen Sonnenradwelle des zweiten Planetensatzes des zweiten Antriebsstranges.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der erste, schaltbare Planetensatz des ersten Antriebsstranges ein Schaltelement auf, über welches ein erster und ein zweiter Gang schaltbar sind. Beide Gangübersetzungen wirken aufgrund der Koppelung beider Antriebsstränge auf das rechte und das linke Rad.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Schaltelement als unsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildet, d. h. als formschlüssige Kupplung, bei welcher beim Schalten grundsätzlich eine Zugkraftunterbrechung auftritt. Dennoch ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung keine Zugkraftunterbrechung beim Schalten der nicht synchronisierten Klauenkupplung, da die Klauenkupplung aufgrund der Koppelung beider Antriebsstränge durch die zweite elektrische Maschine gestützt und synchronisiert wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Achsdifferenzial zwei Abtriebswellen, vorzugsweise ausgebildet als Achswellen, auf, welche jeweils dritte Planetensätze oder Standgetriebe antreiben, die vorzugsweise radnah angeordnet sind und eine zusätzliche Untersetzung bilden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist bei den beiden dritten Planetensätzen jeweils das Hohlrad festgehalten, der Antrieb erfolgt über die Sonnenradwelle, und der Abtrieb erfolgt über die Stegwelle auf die Fahrzeugräder.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Standgetriebe einen Achsversatz zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle auf. Damit wird der Vorteil einer größeren Bodenfreiheit für das Fahrzeug erreicht, da die Radachsen unterhalb der Abtriebswellen des Achsdifferenzials angeordnet sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Standgetriebe in einer ersten Variante einen Planetensatz, umfassend eine festgehaltene Stegwelle, Planetenräder, ein Sonnenrad und ein Hohlrad, auf, wobei der Antrieb über eines der Planetenräder und der Abtrieb über das Hohlrad auf die Fahrzeugräder erfolgen. Der Achsversatz ergibt sich hierbei aus dem Achsabstand zwischen den Achsen des angetriebenen Planetenrades und des Sonnenrades. Aufgrund der Planetenräder erfolgt eine Teilung des Leistungsflusses.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst eine zweite Variante des Standgetriebes ein Antriebs- und ein Abtriebszahnrad sowie zwei Zwischenräder, welche jeweils mit dem Antriebszahnrad und dem Abtriebszahnrad in Eingriff stehen. Der Achsversatz wird hier durch die Anordnung der Zwischenräder dargestellt, welche ebenfalls eine Leistungsteilung bewirken.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Achsdifferenzial als Sperrdifferenzial ausgebildet, d. h. es kann durch ein Schaltelement gesperrt werden, sodass kein Drehzahlausgleich mehr zwischen den beiden Achswellen erfolgen kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Achsdifferenzial mittels des Schaltelements dadurch gesperrt werden, dass entweder die Stegwelle des zweiten Planetensatzes oder der Käfig des Achsdifferenzials mit einer Abtriebswelle des Achsdifferenzials gekoppelt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Achsdifferenzial als Kegel- oder als Stirnraddifferenzial ausgebildet werden, womit die gleiche Funktion bei unterschiedlichen Bauweisen erzielt wird und Bauraumvorteile erreichbar sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die elektrischen Maschinen, insbesondere deren etwa hohlzylindrisch ausgebildete Rotoren koaxial zu den Achswellen angeordnet. Aus dieser Anordnung ergibt sich eine kompakte Bauweise, verbunden mit einem niedrigen Schwerpunkt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind einzelne Getriebekomponenten wie die Planetensätze, das Achsdifferenzial und/oder die Schaltelemente - zumindest teilweise - innerhalb der Rotoren der elektrischen Maschinen und koaxial zu den Achswellen angeordnet. Damit wird der vorhandene Bauraum, insbesondere auch der Hohlraum innerhalb der Rotoren durch eine kompakte und koaxiale Anordnung des gesamten Getriebe- und Antriebsaggregats maximal ausgenutzt. Es ergibt sich somit eine kompakte Antriebsachse, welche insbesondere für Nutzfahrzeuge einsetzbar ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einem Verfahren zum Antrieb eines Elektrofahrzeuges mittels der oben beschriebenen Antriebsachse vorgesehen, dass der erste Antriebsstrang mit zwei Übersetzungen, gegebenenfalls auch mehr als zwei Übersetzungen, betrieben wird, während der zweite Antriebsstrang ständig mit derselben Übersetzung betrieben wird. Die konstante Übersetzung des zweiten Antriebsstranges kann dem zweiten Gang des ersten Antriebsstranges entsprechen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Schaltvorgang beim Schalten des ersten und des zweiten Ganges mittels der Klauenkupplung durch die zweite elektrische Maschine gestützt, da - wie oben ausgeführt - beide Antriebsstränge durch mindestens ein Getriebeglied miteinander gekoppelt sind. Insofern erfolgt beim Schaltvorgang keine Zugkraftunterbrechung; vielmehr erhält man den gleichen Schaltkomfort wie bei einem Automatik- oder Doppelkupplungsgetriebe.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges mit asymmetrischer Getriebeanordnung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges mit modifizierter Getriebeanordnung,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Antriebsachse mit Sperrdifferential,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Antriebsachse mit radnahen Standgetrieben und
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Antriebsachse mit radnahen Standgetrieben anderer Bauart.

1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Antriebsachse 10 eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges, vorzugsweise eines Nutzfahrzeuges. Die schematisch dargestellte Antriebsachse 10, welche eine Dreh- und Mittelachse a aufweist, umfasst zwei elektrische Maschinen EM1, EM2 mit einem ersten Rotor 11 und einem zweiten Rotor 12, einer Getriebeanordnung 13 und zwei angetriebenen Fahrzeugrädern R1, R2, im Folgenden auch kurz Räder R1, R2 genannt. Die Getriebeanordnung 13, auch kurz Getriebe 13 genannt, umfasst zwei unterschiedliche Antriebsstränge, wobei der erste Antriebsstrang - im weiteren Sinne - den Kraftfluss vom ersten Rotor 11 bis zum ersten Rad R1 und der zweite Antriebsstrang - im weiteren Sinne - den Kraftfluss vom zweiten Rotor 12 bis zum zweiten Rad R2 darstellt. Der erste Antriebsstrang weist ein schaltbares dreigliedriges Planetengetriebe PS1, auch erster, schaltbarer Planetensatz PS1 genannt, auf. Der erste Planetensatz PS1 wird vom ersten Rotor 11 über eine Antriebswelle 1a, welche gleichzeitig die Hohlradwelle 1a des ersten Planetensatzes PS1 bildet, angetrieben. Der erste Planetensatz PS1 umfasst ferner eine Sonnenradwelle 4 sowie eine Stegwelle 5, auch Planetenträger 5 genannt. Die Darstellung der elektrischen Maschinen EM1, EM2, der Rotoren 11, 12 sowie der Planetengetriebe zeigt jeweils nur die Hälfte oberhalb der Drehachse a. Die untere nicht dargestellte Hälfte ist spiegelbildlich zur oberen ausgebildet. Der erste Antriebsstrang umfasst ferner einen zweiten Planetensatz PS2a, welcher als dreigliedriges Planetengetriebe mit einer Hohlradwelle 0 und einer Sonnenradwelle 5 ausgebildet ist, welche gleichzeitig eine Koppelwelle und die Stegwelle 5 des ersten, schaltbaren Planetensatzes PS1 bildet. Der zweite Antriebsstrang umfasst einen zweiten Planetensatz PS2b, welcher spiegelbildlich zu dem zweiten Planetensatz PS2a des ersten Antriebsstranges ausgebildet ist und von einer Antriebswelle 1b der zweiten elektrischen Maschine EM2 bzw. des zweiten Rotors 12 angetrieben wird, und zwar über die Sonnenradwelle. Beide zweiten Planetensätze PS2a, PS2b sind durch zwei Getriebeglieder miteinander gekoppelt, nämlich eine festgehaltene, d. h. an einem Gehäuse F abgestützte Hohlradwelle 0 und eine gemeinsame Stegwelle 3. Damit sind auch der erste und der zweite Antriebsstrang miteinander gekoppelt. Die gemeinsame Stegwelle 3 oder Koppelwelle 3 treibt ein Achsdifferenzial 14 an, welches zwischen den beiden Rädern R1, R2 angeordnet ist und zwei Abtriebs- oder Achswellen 3a, 3b aufweist. Das Achsdifferenzial 14 weist einen Käfig 14a auf, welcher fest mit der Stegwelle 3 verbunden ist und mit dieser um die Drehachse a rotiert. Beide Antriebsstränge umfassen ferner jeweils einen dritten Planetensatz PS3a und PS3b, welche jeweils als dreigliedriger Planetensatz und als Standgetriebe mit fest gehaltenem Hohlrad 15a, 15b ausgebildet sind. Der Antrieb erfolgt jeweils über ein Sonnenrad 16a, 16b. Der Abtrieb der dritten Planetensätze PS3a, PS3b erfolgt jeweils über eine Stegwelle 2a, 2b auf die Räder R1, R2. Die beiden dritten Planetensätze 3a, 3b sind vorzugsweise radnah oder auch direkt in der Radnabe der Räder R1, R2 angeordnet. Man erkennt, dass der erste Antriebsstrang und der zweite Antriebsstrang unsymmetrisch aufgebaut sind, weil nur der erste Antriebsstrang ein Schaltgetriebe, nämlich den ersten, schaltbaren Planetensatz PS1 aufweist. Der zweite Antriebsstrang weist dagegen eine konstante Übersetzung auf, die durch die Standübersetzung des zweiten Planetensatzes PS2b bestimmt wird. Der erste Planetensatz PS1 ist über ein Schaltelement 17, vorzugsweise ausgebildet als formschlüssige Kupplung, insbesondre als unsynchronisierte Klauenkupplung 17, schaltbar. Grundsätzlich sind auch reibschlüssige Schaltelemente möglich. Die beiden Schaltpositionen sind durch die Buchstaben A, B gekennzeichnet. Der erste Gang wird eingelegt, wenn durch die Klauenkupplung 17 eine formschlüssige Verbindung zwischen der Sonnenradwelle 4 des ersten Planetensatzes PS1 und dem Gehäuse F hergestellt wird, d. h. wenn die Sonnenradwelle 4 festgehalten wird. Der erste Planetensatz PS1 läuft dann mit einer Standübersetzung, welche das Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebs- oder Hohlradwelle 1a und der Stegwelle 5 bestimmt. Der zweite Gang wird eingelegt, wenn die Schaltmuffe in die Schaltposition B bewegt und eine formschlüssige Verbindung (Koppelung) zwischen der Antriebs- und Hohlradwelle 1a und der Sonnenradwelle 4 hergestellt wird. In diesem Falle läuft der erste Planetensatz PS1 mit einer Umlaufübersetzung, welche das Übersetzungsverhältnis für den zweiten Gang bestimmt. Die unsynchronisierte Klauenkupplung 17 wird während des Schaltvorganges durch die erste elektrische Maschine EM1 synchronisiert. Während des Schaltvorganges, wenn sich die Schaltmuffe zwischen der Schaltposition A und der Schaltposition B befindet und die Klauenkupplung geöffnet ist, ist das Übersetzungsverhältnis des ersten Planetensatzes PS1 nicht definiert, d. h. es würde beim Schaltvorgang eine Zugkraftunterbrechung geben. Dies tritt allerdings deswegen nicht ein, weil der erste Antriebsstrang in dieser Phase des Schaltvorganges durch die zweite elektrische Maschine EM2 aufgrund der Koppelung über die beiden Koppelwellen 0, 3 gestützt wird. Somit tritt bei der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung 13 keine Zugkraftunterbrechung während des Schaltvorganges auf. Zusammenfassend wird festgestellt, dass der erste Antriebsstrang - im weiteren Sinne - folgende Wellen umfasst: die Antriebswelle 1a, die Sonnenradwelle 4, die Steg- und Koppelwelle 5, die gemeinsame Stegwelle 3, die gemeinsame Hohlradwelle 0, die Abtriebs- oder Achswelle 3a und die Stegwelle 2a. Der zweite Antriebsstrang umfasst dagegen - im weiteren Sinne - die Antriebs- und Sonnenradwelle 1b, die gemeinsame Stegwelle 3, die gemeinsame Hohlradwelle 0, die Abtriebs- oder Achswelle 3a sowie die Stegwelle 2b.
Da der erste und der zweite Antriebsstrang, d. h. der Leistungsfluss vom ersten Rotor 11 und vom zweiten Rotor 12 jedoch an der Steg- oder Koppelwelle 3 summiert werden, umfassen der erste und der zweite Antriebsstrang - im engeren Sinne - definitionsgemäß nur die Wellen 1a, 3, 4, 5 respektive die Wellen 1b, 3, d. h. ohne die Abtriebswellen 3a, 3b des Achsdifferentials 14 und ohne die Stegwellen 2a, 2b. Es liegt somit kein „radindividueller“ Antrieb vor.
Die elektrischen Maschinen EM1, EM2, die jeweils aus einem Stator (ohne Bezugszahl) und einem Rotor 11, 12 bestehen, können grundsätzlich auch aus mehreren Teilmaschinen zusammen gesetzt werden, welche auch durch weitere Getriebe mit den Antriebswellen 1a, 1b verbunden sind. Die Rotoren 11, 12, die koaxial zur Drehachse a angeordnet sind, weisen einen etwa zylindrischen, inneren Hohlraum auf, in welchem vorzugsweise die Planetensätze PS1, PS2a, PS2b sowie das Differenzial 14 angeordnet werden können, was zu einer Bauraumeinsparung führt. Somit ergibt sich für diese Getriebekomponenten eine kompakte koaxiale Bauweise. Wie oben ausgeführt, ist bei den zweiten Planetensätzen PS2a, PS2b jeweils die Hohlradwelle 0 festgesetzt, d. h. mit einem ortfesten Gehäuse F verbunden. Eine solche Gehäuseanbindung kann vorzugsweise Bauraum sparend zwischen den beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 dargestellt werden. An der Antriebswelle 1a der ersten elektrischen Maschine EM1 kann - wie durch einen punktierten Pfeil P dargestellt - ein Nebenantrieb, beispielsweise für eine Hydraulikpumpe vorgesehen werden.
2 zeigt eine Antriebsachse 20 als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Darstellung. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszahlen wie in 1 bezeichnet. Die Antriebsachse 20, welche eine Radsatzvariante zu der Antriebsachse 10 gemäß 1 darstellt, unterscheidet sich von dieser im Wesentlichen dadurch, dass der zweite Planetensatz PS2a aus dem ersten Antriebsstrang in 1 weggelassen wurde. Der erste Antriebsstrang der Antriebsachse 20 umfasst somit den ersten, schaltbaren Planetensatz PS1, der ein von der Antriebswelle 1a des ersten Rotors 11 angetriebenes Hohlrad, eine festsetzbare oder koppelbare Sonnenradwelle 4 und eine als Koppelwelle ausgebildete Stegwelle 5 aufweist. Der zweite Antriebsstrang umfasst den dreigliedrigen zweiten Planetensatz PS2, dessen Hohlradwelle am Gehäuse F abgestützt ist und dessen Sonnenradwelle von der Antriebswelle 1b des zweiten Rotors 12 angetrieben wird. Die beiden Antriebsstränge sind miteinander über die Stegwelle 5 und die Antriebswelle 1b gekoppelt. Insofern stützt auch hier beim Schalten die zweite elektrische Maschine EM2, sodass keine Zugkraftunterbrechung während des Schaltvorganges auftritt. Der erste, schaltbare Planetensatz PS1 ist in gleicher Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 über die Schaltvorrichtung 17 in einen ersten Gang (Schaltposition A) und in einen zweiten Gang (Schaltposition B) schaltbar, wobei eine Standübersetzung und drei Umlaufübersetzungen möglich sind (wie zu 1 ausgeführt wurde). Der erste und der zweite Antriebsstrang der Antriebsachse 20 umfassen wie bei der Antriebsachse 10 gemäß 1 jeweils radnahe dritte Planetensätze PS3a, PS3b, welche eine Standübersetzung aufweisen und über die Stegwellen 2a, 2b die beiden Räder R1, R2 antreiben. Das Achsdifferenzial 14 wird von der Stegwelle 3 des zweiten Planetensatzes PS2 angetrieben. Die Abtriebs- oder Achswellen 3a, 3b treiben über die Sonnenräder die beiden dritten Planetensätze PS3a, PS3b an.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Antriebsachse 30, die im Wesentlichen der Antriebsachse 20 gemäß 2 entspricht, wobei gleiche Teile wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Antriebsachse 30 weist ein Differenzial 31 auf, welches als schaltbares Sperrdifferenzial ausgebildet ist. Für die Sperrung und Entsperrung (Aufhebung der Sperrung) des Sperrdifferenzials 31 ist ein Schaltelement 32 vorgesehen, über welches die Stegwelle 3, welche das Sperrdifferenzial 31 antreibt, mit der Abtriebswelle 3b koppelbar ist. Das Schaltelement 32, vorzugsweise eine Schaltmuffe einer Klauenkupplung wird hierfür in die Schaltposition C verschoben. Das Sperrdifferenzial 31 weist einen Käfig 31a auf, welcher mit der Stegwelle 3 des zweiten Planetensatzes PS2 verbunden ist. Insofern kann auch der Käfig 31a - was nicht dargestellt ist - über ein Schaltelement mit einer der beiden Abtriebswellen 3a, 3b gekoppelt werden. Im Falle der Sperrung des Achsdifferenzials 31 laufen die Abtriebswellen 3a, 3b mit gleicher Drehzahl, ein Ausgleich der Drehzahlen ist dann nicht mehr möglich.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Antriebsachse 40, welche im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 entspricht, jedoch folgenden Unterschied aufweist: Anstelle der dritten Planetensätze PS3a, PS3b gemäß 2 sind bei der Antriebsachse 40 im radnahen Bereich Standgetriebe ST1a, ST1b angeordnet, welche über die Achswellen 3a, 3b angetrieben werden. Für gleiche Teile in 2 und 4 werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Die Abtriebswellen 2a, 2b der Standgetriebe ST1a, ST1b weisen gegenüber den Antriebswellen 3a, 3b einen Achsversatz h1 auf. Eine derartige Achskonfiguration wird auch als Portalachse bezeichnet und weist den Vorteil auf, dass eine größere Bodenfreiheit für das Fahrzeug realisierbar ist. Das Standgetriebe ST1b weist eine festgehaltene Stegwelle 41, auf welcher Planetenräder 42, 43 drehbar angeordnet sind, ein Sonnenrad 44 sowie ein Hohlrad 45 auf, welches mit den Planetenrädern 42, 43 in Eingriff steht. Der Antrieb erfolgt somit über das Planetenrad 42, der Abtrieb über das rotierende Hohlrad 45. Durch die Planetenräder 42, 43, von denen mindestens zwei auf dem Umfang vorgesehen sind, wird eine Leistungsverzweigung, d. h. eine Teilung des Leistungsflusses erreicht. Das weitere Standgetriebe ST1a für das linke Rad R1 ist spiegelbildlich zu dem Standgetriebe ST1b für das rechte Rad R2 aufgebaut.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Antriebsachse 50, die sich vom vierten Ausführungsbeispiel gemäß 4 durch abweichende Standgetriebe ST2a, ST2b im radnahen Bereich des linken Rades R1 und des rechten Rades R2 unterscheidet. Das Standgetriebe ST2b für das rechte Rad R2 ist als Stirnradgetriebe ausgebildet und weist ein von der Abtriebswelle 3b angetriebenes Antriebszahnrad 51, zwei Zwischenräder 52, 53 sowie ein Abtriebszahnrad 54 auf, welches über die Abtriebswelle 2b das Rad R2 antreibt. Zwischen der Antriebswelle 3b des Standgetriebes ST2b und der Abtriebswelle 2b besteht ein Achsversatz h2. Die beiden Zwischenräder 52, 53 sind aus Gründen der Darstellung in die Zeichenebene gedreht - sie stehen sowohl mit dem Antriebszahnrad 51 als auch mit dem Abtriebszahnrad 54 in Zahneingriff. Die Mittelpunkte der Zahnräder 51, 52, 53, 54 bilden die Spitzen einer gedachten Raute, was durch eine punktierte Linie z symbolisch dargestellt ist. Das zweite Standgetriebe ST2a im Bereich des linken Rades R1 ist spiegelbildlich zu dem Standgetriebe ST2b aufgebaut und wird von der Abtriebswelle 3a des Achsdifferenzials angetrieben; der Abtrieb erfolgt über die Abtriebswelle 2a. Beide Abtriebswellen 2a, 2b liegen auf den Drehachsen a der Räder R1, R2.
Bezugszeichenliste

0: Hohlradwelle, fest
1a: Antriebswelle von erstem Rotor
1b: Antriebswelle von zweitem Rotor
2a: Stegwelle
2b: Stegwelle
3: Stegwelle/Koppelwelle
3a: Abtriebs-/Achswelle
3b: Abtriebs-/Achswelle
4: Sonnenradwelle
5: Stegwelle/Koppelwelle
10: Antriebsachse
11: erster Rotor
12: zweiter Rotor
13: Getriebeanordnung/Getriebe
14: Achsdifferenzial
14a: Käfig
15a: Hohlrad, fest
15b: Hohlrad, fest
16a: Sonnenrad
16b: Sonnenrad
17: Schaltelement
20: Antriebsachse
30: Antriebsachse
31: Sperrdifferenzial
31a: Käfig
32: Schaltelement
40: Antriebsachse (Portalachse)
41: Stegwelle (fest)
42: Planetenrad
43: Planetenrad
44: Sonnenrad
45: Hohlrad
50: Antriebsachse (Portalachse)
51: Antriebszahnrad
52: erstes Zwischenrad
53: zweites Zwischenrad
54: Abtriebszahnrad
a: Drehachse
A: Schaltposition (erster Gang)
B: Schaltposition (zweiter Gang)
C: Schaltposition (Differenzialsperre)
EM1: erste elektrische Maschine
EM2: zweite elektrische Maschine
h1: Achsversatz
h2: Achsversatz
F: Gehäuse
P: Pfeil, Nebenantrieb
PS1: erster, schaltbarer Planetensatz
PS2: zweiter Planetensatz (2)
PS2a: zweiter Planetensatz (1)
PS2b: zweiter Planetensatz (1)
PS3a: dritter Planetensatz
PS3b: dritter Planetensatz
R1: erstes Fahrzeugrad/Rad
R2: zweites Fahrzeugrad/ Rad
ST1a: Standgetriebe
ST1b: Standgetriebe
ST2a: Standgetriebe
ST2b: Standgetriebe
z: Verbindungslinie (punktiert) Zwischenräder

Claims

Antriebsachse eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges, umfassend - zwei elektrische Maschinen (EM1, EM2), - zwei antreibbare Fahrzeugsräder (R1, R2), - ein Achsdifferenzial (14), welches zwischen den Fahrzeugrädern (R1, R2) angeordnet ist, - ein Getriebe (13), über welches die Fahrzeugräder (R1, R2) von den elektrischen Maschinen (EM1, EM2) antreibbar sind, - wobei das Getriebe (13) einen ersten Antriebsstrang (1a, 3, 4, 5) zwischen der ersten elektrischen Maschine (EM1) und dem Achsdifferential (14) und einen zweiten Antriebsstrang (1b, 3) zwischen der zweiten elektrischen Maschine (EM2) und dem Achsdifferential (14) aufweist und - wobei der erste Antriebsstrang (1a, 3, 4, 5) und der zweite Antriebsstrang (1b, 3) unterschiedliche Übersetzungen zwischen der ersten elektrischen Maschine (EM1) und dem Achsdifferential (14) sowie zwischen der zweiten elektrischen Maschine (EM2) und dem Achsdifferential (14) aufweisen.
Antriebsachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebsstrang (1a, 3, 4, 5) ein Zweigang-Schaltgetriebe (PS1) und der zweite Antriebsstrang (1b, 3) eine konstante Übersetzung aufweisen.
Antriebsachse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Antriebsstränge (1a, 3, 4, 5; 1b, 3) durch mindestens ein Getriebeglied (0, 3; 5, 1b) miteinander gekoppelt sind.
Antriebsachse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweigang-Schaltgetriebe als erster, schaltbarer Planetensatz (PS1) ausgebildet ist.
Antriebsachse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Antriebsstrang (1a, 3, 4, 5; 1b, 3) jeweils einen zweiten Planetensatz (PS2a, PS2b) aufweisen, die miteinander gekoppelt sind.
Antriebsachse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zweiten Planetensätze (PS2a, PS2b) durch eine gemeinsame Stegwelle (3) und durch eine gemeinsame, fest gehaltene Hohlradwelle (0) gekoppelt sind.
Antriebsachse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetensatz (PS2b) des zweiten Antriebsstranges (1b, 3) von der Antriebswelle (1b) der zweiten elektrischen Maschine (EM2) antreibbar ist.
Antriebsachse nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, schaltbare Planetensatz (PS1) von der Antriebswelle (1a) der ersten elektrischen Maschine (EM1) antreibbar und mit dem zweiten Planetensatz (PS2a) über eine Koppelwelle (5) verbunden ist.
Antriebsachse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, schaltbare Planetensatz (PS1) eine Sonnenradwelle (4) aufweist, die bei Einlegen des ersten Ganges festsetzbar ist.
Antriebsachse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1a) der ersten elektrischen Maschine (EM1) als Hohlradwelle (1a) des ersten, schaltbaren Planetensatzes (PS1) ausgebildet ist, welche bei Einlegen des zweiten Ganges mit der Sonnenradwelle (4) koppelbar ist.
Antriebsachse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetensatz (PS1) eine Sonnenradwelle (4) aufweist, dass die Antriebswelle (1a) als Hohlradwelle (1a) und die Koppelwelle (5) als Stegwelle (5) ausgebildet und dass zum Einlegen des zweiten Ganges die Sonnenradwelle (4) oder die Hohlradwelle (1a) mit der Stegwelle (5) koppelbar sind.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Achsdifferenzial (14) von der gemeinsamen Stegwelle (3) antreibbar ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antriebsstrang (1b, 3) einen zweiten Planetensatz (PS2) mit einer Sonnenradwelle (1b) aufweist, welche von der Antriebswelle (1b) der zweiten elektrischen Maschine (EM2) antreibbar ist.
Antriebsachse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetensatz (PS2) ein festgehaltenes Hohlrad und eine Stegwelle (3) aufweist, welche das Achsdifferenzial (14) antreibt.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetensatz (PS1) durch ein Schaltelement (17) in einen ersten und einen zweiten Gang (A, B) schaltbar ist.
Antriebsachse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement als Klauenkupplung (17) ausgebildet ist.
Antriebsachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Achsdifferenzial (14) zwei Abtriebswellen (3a, 3b) aufweist, welche jeweils einen dritten Planetensatz (PS3a, PS3b) oder ein Standgetriebe (ST1a, ST1b, ST2a, ST2b) antreiben.
Antriebsachse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Planetensätze (PS3a, PS3b) jeweils Sonnenräder (16a, 16b) und Stegwellen (2a, 2b) aufweisen und dass die Abtriebswellen (3a, 3b) die Sonnenräder (16a, 16b) und die Stegwellen (2a, 2b) die Fahrzeugräder (R1, R2) antreiben.
Antriebsachse nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Standgetriebe (ST1a, ST1b, ST2a, ST2b) eine Antriebswelle (3a, 3b) und eine Abtriebswelle (2a, 2b) aufweist und dass die Antriebswelle (3a, 3b) und die Abtriebswelle (2a, 2b) mit einem Achsversatz (h1, h2) zueinander angeordnet sind.
Antriebsachse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Standgetriebe (ST1a, ST1b) eine Stegwelle (41) mit Planetenrädern (42, 43), ein Sonnenrad (44) und ein Hohlrad (45) aufweist, dass die Stegwelle (41) fest gehalten ist, der Antrieb über eines der Planetenräder (42, 43) und der Abtrieb über das Hohlrad (45) erfolgen.
Antriebsachse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Standgetriebe (ST2a, ST2b) ein Antriebszahnrad (51), zwei Zwischenräder (52, 53) sowie ein Abtriebszahnrad (51) aufweist, wobei die Zwischenräder (52, 53) sowohl mit dem Antriebszahnrad (51) als auch mit dem Abtriebszahnrad (54) in Eingriff stehen.
Antriebsachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Achsdifferenzial (31), welches einen Käfig (31a) aufweist, durch ein Schaltelement (32) sperrbar ist.
Antriebsachse nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Schaltelement (32) die Stegwelle (3) des zweiten Planetensatzes (PS2) oder der Käfig (31a) des Achsdifferenzials (31) und die Abtriebswelle (3b) des Achsdifferenzials (31) koppelbar sind.
Antriebsachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Achsdifferenzial (14, 31) ais Kegel- oder Stirnraddifferenzial ausgebildet ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Maschinen (EM1, EM2) koaxial zu den Abtriebswellen (3a, 3b), die als Achswellen (3a, 3b) ausgebildet sind, angeordnet sind.
Antriebsachse mach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetensätze (PS1, PS2a, PS2b, PS2), das Achsdifferenzial (14) und/oder die Schaltelemente (17, 32) zumindest teilweise innerhalb der Rotoren (11, 12) und koaxial zu den Achswellen (3a, 3b) angeordnet sind.
Verfahren zum Antrieb eines Elektrofahrzeuges mittels einer Antriebsachse (10, 20, 30, 40, 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebsstrang (1a, 3, 4, 5) mit zwei Übersetzungen und der zweite Antriebsstrang (1b, 3) ständig mit derselben Übersetzung betrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltvorgang zwischen dem ersten und dem zweiten Gang (A, B) im ersten Antriebsstrang (1a, 3, 4, 5) durch die zweite elektrische Maschine (EM2) gestützt wird.