DE102019206950A1

DE102019206950A1 - Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges

Info

Publication number: DE102019206950A1
Application number: DE102019206950.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes GLÜCKLER; Johannes Kaltenbach; Kai Bornträger; Stefan Spühler; Stefan Renner; Michael Trübenbach
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2020-11-19
Also published as: WO2020229061A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges, umfassend eine erste und eine zweite elektrische Maschine (EM1, EM2), ein erstes und ein zweites Antriebsrad (R1, R2) mit einer gemeinsamen Radachse (a) sowie ein erstes und ein zweites Zweigang-Schaltgetriebe (G1, G2) mit gleichen Übersetzungen, wobei die erste elektrische Maschine (EM1) über das erste Zweigang-Schaltgetriebe (G1) das erste Antriebsrad (R1) und die zweite elektrische Maschine (EM2) über das zweite Zweigang-Schaltgetriebe (G2) das zweite Antriebsrad (R2) antreiben, wobei das erste und das zweite Zweigang-Schaltgetriebe (G1, G2) jeweils einen ersten Planetensatz (PS1) und einen zweiten mit dem ersten gekoppelten Planetensatz (PS2) aufweisen und wobei der erste Planetensatz (PS1) und der zweite Planetensatz (PS2) jeweils eine Stegwelle (ST1, ST2), eine Hohlradwelle (HR1, HR2) und eine Sonnenwelle (SO1, SO2) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges, umfassend eine erste und eine zweite elektrische Maschine, ein erstes und ein zweites Antriebsrad mit einer gemeinsamen Radachse, ein erstes und ein zweites Zwei-gang-Schaltgetriebe mit gleichen Übersetzungen, wobei die erste elektrische Maschine über das erste Schaltgetriebe das erste Antriebsrad und die zweite elektrische Maschine über das zweite Schaltgetriebe das zweite Antriebsrad antreiben.
Durch die DE 10 2009 002 437 A1 wurde ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug in mehreren Varianten bekannt, wobei eine Variante gemäß 2 eine rein elektrisch antreibbare Hinterachse mit Einzelradantrieben, d. h. einem so genannten radindividuellen Antrieb aufweist. Jedem Antriebsrad ist eine elektrische Maschine mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe zugeordnet, wobei beide Einzelradantriebe voneinander getrennt sind. Die Schaltgetriebe sind als Zwei-Gang-Getriebe ausgebildet und werden mittels einer Klauenschaltung geschaltet, d. h. während des Schaltvorganges tritt eine Zugkraftunterbrechung auf. Wird beispielsweise nur das Getriebe auf der rechten Seite, welches das rechte Rad antreibt, geschaltet, so tritt infolge der Zugkraftunterbrechung am rechten Rad ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeuges auf, welches das Fahrzeug nach rechts zu lenken versucht. Um ein solches Giermoment zu vermeiden, werden die Schaltungen daher gleichzeitig auf beiden Seiten durchgeführt. Andererseits kann ein Giermoment, z. B. bei Kurvenfahrten erwünscht sein, um die Agilität des Fahrzeuges zu verbessern. In einem solchen Falle kann das Giermoment gezielt durch eine unterschiedliche Drehmomentverteilung am rechten und linken Antriebsrad erzeugt werden (so genanntes torque-vectoring).
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug die Antriebskomponenten, d. h. die elektrischen Maschinen, auch E-Maschinen genannt, und das Getriebe Raum und Gewicht sparend im Bereich der Antriebsachse anzuordnen.
Die Erfindung umfasst die Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß sind bei einer Antriebsachse für ein Elektrofahrzeug zwei unabhängige Antriebsstränge, welche jeweils eine E-Maschine und ein Zweigang-Schaltgetriebe umfassen, zum Antrieb eines Rades auf der rechten Seite und eines Rades auf der linken Seite vorgesehen. Beide Schaltgetriebe sind gleich, d. h. sie weisen jeweils dieselben Übersetzungen auf und sind spiegelbildlich zu einer Mittelebene angeordnet. Das erste und das zweite Schaltgetriebe umfassen jeweils einen ersten und einen zweiten Planetensatz, die jeweils als Umlaufgetriebe mit drei Wellen, nämlich einer Stegwelle, einer Hohlradwelle und einer Sonnenwelle ausgebildet sind. Beide Planetensätze sind miteinander gekoppelt, d. h. erster und zweiter Planetensatz bilden ein Koppelgetriebe, mit dem zwei Gänge respektive Übersetzungen schaltbar sind. Die Übersetzungen dienen der Reduktion der Drehzahl der elektrischen Maschine auf die Drehzahl des Antriebsrades. Damit werden ein größeres Drehmoment am Antriebsrad und ein größerer Geschwindigkeitsbereich für das Elektrofahrzeug erreicht. Der erfindungsgemäße radindividuelle Antrieb ermöglicht die Funktion des torque vectoring.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sonnenwelle des ersten Planetensatzes mit der Sonnenwelle des zweiten Planetensatzes gekoppelt, d. h. fest verbunden. Die beiden Sonnenwellen bilden eine gemeinsame Welle, die Koppelwelle, durch welche beide Planetensätze kinematisch miteinander zu einem Koppelgetriebe verbunden sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Stegwellen der ersten Planetensätze jeweils von einer elektrischen Maschine angetrieben, d. h. die Stegwellen sind jeweils fest mit den Antriebswellen der elektrischen Maschinen, auch kurz E-Maschinen genannt, verbunden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Hohlradwellen der zweiten Planetensätze fest gehalten, d. h. fest mit dem Gehäuse verbunden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden die Stegwellen der zweiten Planetensätze die Abtriebswellen der beiden Zweigang-Schaltgetriebe. Jede Abtriebswelle treibt - direkt oder mittelbar - ein Antriebsrad des Elektrofahrzeuges an.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der erste Gang durch „Verblockung“ des ersten Planetensatzes geschaltet, d. h. zwei von den drei Wellen des ersten Planetensatzes werden miteinander gekoppelt. Dadurch läuft der erste Planetensatz im Block um, was einer Übersetzung von 1 : 1 entspricht und weniger Verluste verursacht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der erste Gang durch Koppelung der Hohlradwelle mit der Sonnenwelle des ersten Planetensatzes geschaltet werden, sodass sich ein Blockumlauf mit geringeren Verlusten ergibt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Gang durch Koppelung der Hohlradwelle des ersten Planetensatzes mit der Stegwelle des zweiten Planetensatzes geschaltet. Dadurch sind beide Planetensätze über zwei Wellen miteinander gekoppelt - es ergibt sich ein Überlagerungsbetrieb.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die beiden ersten Planetensätze in ihrer Position auf der Radachse jeweils außen angeordnet, während die beiden zweiten Planetensätze innen, d. h. im unmittelbaren Bereich der Mittelebene angeordnet sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Hohlradwellen der beiden innen liegenden zweiten Planetensätze gemeinsam am Gehäuse abgestützt. Daraus ergibt sich ein Gewinn an Bauraum in axialer Richtung.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der erste und der zweite Gang durch Schaltelemente schaltbar, welche durch Aktuatoren betätigbar sind. Jedem Schaltgetriebe sind zwei Schaltelemente zugeordnet, die vorzugsweise spiegelbildlich zu der Mittelebene angeordnet sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die E-Maschinen sowie die Planetensätze koaxial zur Radachse angeordnet. Dadurch können die Planetensätze respektive die Zweigang-Schaltgetriebe radial innerhalb der Rotoren angeordnet werden. Damit wird der Vorteil einer sehr kompakten Bauweise, bei welcher die wesentlichen Antriebskomponenten um die Radachse herum angeordnet sind, erreicht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Bereich des ersten und des zweiten Antriebsrades jeweils eine Konstantübersetzungsstufe angeordnet, welche jeweils dem Schaltgetriebe auf der rechten und der linken Seite nachgeschaltet ist und eine weitere Übersetzung ins Langsame bewirkt. Somit multiplizieren sich jeweils die Übersetzungen des ersten oder des zweiten Ganges des Schaltgetriebes mit der Übersetzung der Konstantübersetzungsstufe.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Konstantübersetzungsstufe als dritter Planetensatz ausgebildet, welcher eine antreibende Sonnwelle, eine abtreibende Stegwelle und eine festgehaltene Hohlradwelle aufweist, wobei die antreibende Sonnenwelle mit der abtreibenden Stegwelle des zweiten Planetensatzes und die abtreibende Stegwelle des dritten Planetensatzes mit dem Antriebsrad verbunden sind. Aufgrund der koaxialen Bauweise des dritten Planetensatzes lässt sich dieser bevorzugt in das Antriebsrad, insbesondere in dessen Radnabe integrieren.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Konstantübersetzungsstufen als Portalstufen ausgebildet, wobei deren Antriebs- und Abtriebswellen einen Achsversatz aufweisen. Durch den Achsversatz ist die Rotationsachse der E-Maschinen gegenüber der Radachse nach oben versetzt, es ergibt sich somit eine größere Bodenfreiheit für das Elektrofahrzeug. Diese Ausführung der Antriebsachse wird auch als Portalachse bezeichnet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Portalstufe einen Steg mit Planetenrädern, ein Sonnenrad sowie ein Hohlrad auf, wobei der Steg festgehalten ist, der Antrieb über eines der Planetenräder und der Abtrieb der Portalstufe über das Hohlrad auf das Antriebsrad erfolgt. Infolge der Planetenräder, von denen mindestens zwei auf dem Umfang angeordnet sind, ergibt sich eine Leistungsteilung von der Antriebs- zur Abtriebsseite.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Portalstufe als Stirnradgetriebe mit einem Antriebszahnrad, zwei Zwischenrädern sowie einem Abtriebszahnrad ausgebildet, wobei die Zwischenräder sowohl mit dem Antriebszahnrad als auch mit dem Abtriebszahnrad in Zahneingriff stehen. Durch die Zwischenräder wird einerseits der Achsabstand vergrößert, und andererseits wird der Leistungsfluss vom Antrieb zum Abtrieb geteilt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die E-Maschinen Rotoren auf, innerhalb welcher die Planetensätze - zumindest teilweise - angeordnet sind. Damit wird der innerhalb der Rotoren vorhandene Hohlraum als Bauraum für die Zweigang-Schaltgetriebe maximal ausgenutzt.
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 eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges mit einem radindividuellen Antrieb und symmetrischem Aufbau von zwei Antriebssträngen, welche jeweils eine E-Maschine und ein Zweigang-Schaltgetriebe umfassen,
2 die Antriebsachse gemäß 1, jedoch mit einer Schaltungsvariante für den ersten Gang,
3 die Antriebsachse gemäß 1, jedoch als Portalachse (erste Ausführung) und
4 die Antriebsachse gemäß 1, jedoch als Portalachse (zweite Ausführung).

1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Antriebsachse 1 eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges, im Folgenden auch kurz Elektrofahrzeug genannt, mit zwei Antriebsrädern R1, R2, welche von einer ersten elektrischen Maschine EM1, im Folgenden auch kurz E-Maschine EM1 genannt, und einer zweiten elektrischen Maschine EM2, im Folgenden auch kurz E-Maschine EM2 genannt, angetrieben werden. Die Antriebsräder R1, R2 und die E-Maschinen EM1, EM2 sind koaxial zu einer Rotationsachse a, identisch mit der Radachse a, angeordnet - die Zeichnung zeigt nur die Hälfte oberhalb der Rotationsachse a, die untere (nicht dargestellte) Hälfte ist spiegelbildlich zur oberen ausgebildet. Ein erster Leistungsfluss zwischen der ersten E-Maschine EM1 und dem ersten Antriebsrad R1, im folgenden auch kurz Rad R1 genannt, erstreckt sich von einer Antriebswelle 1a, welche mit einem ersten Rotor RO1 der ersten E-Maschine EM1 verbunden ist, bis zu einer ersten Abtriebswelle 2a, welche mit dem ersten Rad R1 verbunden ist. Unabhängig vom ersten Leistungsfluss erstreckt sich ein zweiter Leistungsfluss von einer zweiten Antriebswelle 1b eines zweiten Rotors RO2 der zweiten E-Maschine EM2 bis zur zweiten Abtriebswelle 2b, welche mit dem zweiten Rad R2 verbunden ist. Zwischen der Antriebswelle 1a und der Abtriebswelle 2b sind ein erstes Zweigang-Schaltgetriebe G1, umfassend einen ersten schaltbaren Planetensatz PS1 und einen zweiten schaltbaren Planetensatz PS2, sowie eine Konstantübersetzungsstufe PS3, welche als dritter Planetensatz PS3 ausgebildet ist, angeordnet. Gleiches gilt analog für die in der Zeichnung rechte Seite, die spiegelsymmetrisch zu einer Mittel- und Symmetrieebene M ausgebildet ist. Für die drei Planetensätze der rechten Seite werden dieselben Bezeichnungen PS1, PS2, PS3 wie auf der linken Seite verwendet. Die Planetensätze PS1, PS2, PS3 der rechten Seite sind spiegelbildlich zu den Planetensätzen PS1, PS2, PS3 der linken Seite ausgebildet, d. h. sie weisen dieselben Übersetzungen und kinematisch denselben Aufbau auf. Bei der Antriebsachse 1 handelt es sich somit um einen radindividuellen Antrieb, der durch zwei voneinander unabhängige Antriebsstränge gekennzeichnet ist.
Der erste Planetensatz PS1 und der zweite Planetensatz PS2 sind jeweils als Umlaufgetriebe mit drei Wellen ausgebildet, nämlich Stegwellen ST1, ST2, Sonnenwellen SO1, SO2 sowie Hohlradwellen HR1, HR2. Der erste Planetensatz PS1 ist über seine Sonnenwelle SO1 mit der Sonnenwelle SO2 des zweiten Planetensatzes PS2 gekoppelt, d. h. fest verbunden; somit bilden beide Planetensätze PS1, PS2 ein Koppelgetriebe mit der Koppelwelle SO1/SO2. Die Stegwelle ST1 des ersten Planetensatzes PS1 ist mit der Antriebswelle 1a verbunden, d. h der erste Planetensatz PS1 wird über seine Stegwelle ST1 von der ersten E-Maschine EM1 angetrieben. Die Hohlradwellen HR2 der zweiten Planetensätze PS2 sind gemeinsam am Gehäuse (ohne Bezugszahl) abgestützt. Der Abtrieb des Koppelgetriebes erfolgt über die Stegwelle ST2 des zweiten Planetensatzes PS2. Die beiden Planetensätze PS1, PS2 sind auf der Radachse a nebeneinander angeordnet, wobei der erste Planetensatz PS1 - von der Mittelebene M aus gesehen - außen und der zweite Planetensatz PS2 innen angeordnet sind.
Das Koppelgetriebe oder das erste Zweigang-Schaltgetriebe G1, auch kurz erstes Schaltgetriebe G1 genannt, weist zwei Schaltelemente A, B auf, welche über einen ersten Aktuator AK1 betätigbar sind. In analoger Weise weist das zweite Schaltgetriebe G2 zwei spiegelbildlich angeordnete Schaltelemente D, C auf, welche über einen zweiten Aktuator AK2 betätigbar sind. Die Schaltelemente A, B, C, D sind vorzugsweise als unsynchronisierte Klauenschaltelemente ausgebildet, andere bekannte Schaltelemente, z. B. reibschlüssige sind grundsätzlich auch verwendbar.
Die folgende Beschreibung bezieht sich nur auf die linke Seite, d. h. auf den Leistungsfluss von der ersten E-Maschine EM1 bis zum Rad R1. Die Beschreibung gilt analog für die rechte Seite, d. h. für den Leistungsfluss von der zweiten E-Maschine EM2 bis zum zweiten Antriebsrad R2.
Der erste Planetensatz PS1 ist - wie erwähnt - über die Antriebswelle 1a des ersten Rotors RO1 und seine Stegwelle ST1 antreibbar. Zum Einlegen des ersten Ganges wird das Schaltelement B geschlossen: Dadurch werden die Hohlradwelle HR1 und die Stegwelle ST1 des ersten Planetensatzes PS1 mit einander gekoppelt, d. h. der erste Planetensatz PS1 wird „verblockt“ und läuft als Block mit einer Übersetzung von 1 : 1 um. Die Übersetzung des ersten Ganges ergibt sich aus dem Drehzahlverhältnis von Sonnenwelle SO2 und Stegwelle ST2 des zweiten Planetensatzes PS2. Der Abtrieb vom zweiten Planetensatz PS2 erfolgt über dessen Stegwelle ST2 auf den dritten Planetensatz PS3. Mit dem ersten Gang wird eine erste Übersetzung ins Langsame erreicht.
Zum Einlegen des zweiten Ganges wird das Schaltelement A geschlossen: Dadurch wird die Hohlradwelle HR1 des ersten Planetensatzes PS1 mit der Stegwelle ST2 des zweiten Planetensatzes PS2 gekoppelt - es ergibt sich ein Überlagerungsbetrieb zwischen den beiden Planetensätzen PS1, PS2, die über zwei Wellen miteinander gekoppelt sind. Mit dem zweiten Gang wird eine zweite Übersetzung ins Langsame erreicht
Der Abtrieb des zweiten Planetensatzes PS2, d. h. die Stegwelle ST2 ist mit dem Eingang des dritten Planetensatzes PS3, d. h. dessen Sonnenwelle SO3 verbunden. Die Hohlradwelle HR3 des dritten Planetensatzes PS3 ist festgehalten, und der Abtrieb erfolgt von der Stegwelle ST3 über die Abtriebswelle 2a auf das Antriebsrad R1. Der dritte Planetensatz PS3 stellt eine Konstantübersetzungsstufe dar, womit eine weitere Übersetzung ins Langsame erreicht wird. Optional kann der dritte Planetensatz PS3 in die Radnaben der Antriebsräder R1, R2 integriert werden.
Die Schaltelemente A, B, C, D, auch Schaltpositionen genannt, sind - wie erwähnt - vorzugsweise als formschlüssige Schaltelemente, insbesondere als unsynchronisierte Klauenschaltung ausgebildet. Beim Schalten, d. h. bei einem Gangwechsel tritt daher eine Zugkraftunterbrechung auf. Wird beispielsweise auf der linken Seite eine Schaltung von der Schaltposition B (erster Gang) in die Schaltposition A (zweiter Gang) durchgeführt, so kann eine Synchronisation durch die erste elektrische Maschine EM1 durchgeführt werden, insofern wird der Nachteil der unsynchronisierten Klauen durch das Eingreifen der ersten elektrischen Maschine EM1 kompensiert. Da der Antriebsstrang auf der linken Seite vollständig getrennt vom Antriebsstrang auf der rechten Seite ist, empfiehlt es sich, insbesondere bei Geradeausfahrt des Elektrofahrzeuges auf beiden Seiten, d. h. im Schaltgetriebe G1 und im Schaltgetriebe G2 gleichzeitig zu schalten, damit beide Antriebsräder immer mit dem gleichen Drehmoment angetrieben werden, also z. B. die Schaltkombinationen A und C oder B und D. Würde man nicht gleichzeitig, sondern zeitlich verzögert schalten, so ergäbe sich ein Giermoment auf das Elektrofahrzeug, was ein Gegenlenken erforderlich machen würde. Dies ist bei Geradeausfahrt nicht erwünscht, kann allerdings bei Kurvenfahrten vorteilhaft sein, um das Elektrofahrzeug agiler zu machen. Bei einer Beschleunigung in einer Linkskurve beispielsweise könnte entweder auf der rechten Seite ein stärkeres Drehmoment auf das Antriebsrad gegeben oder eine Schaltung nur auf der linken Seite durchgeführt werden. Dies würde eine Kurvenfahrt nach links unterstützen, d. h. das Elektrofahrzeug würde zum Übersteuern neigen.
Wenn keines der Schaltelemente A und B geschlossen ist, ergibt sich eine Neutralposition, in welcher die erste elektrische Maschine EM1 abgekoppelt ist; dies gilt analog für die zweite elektrische Maschine EM2 bei einer Neutralposition zwischen den Schaltpositionen D und C. Bei abgekoppelten elektrischen Maschinen EM1, EM2 kann das Fahrzeug in einem so genannten Segelbetrieb frei rollen, d. h. es treten keine Verluste durch das Mitdrehen der E-Maschinen auf.
Die ersten und zweiten Planetensätze PS1, PS2 sind koaxial zu den beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 und radial innerhalb der beiden Rotoren RO1, RO2 angeordnet. Damit kann der durch die Rotoren RO1, RO2 zur Verfügung gestellte Hohlraum weitestgehend ausgefüllt und Bauraum in Richtung der Rotationsachse a eingespart werden.
2 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Antriebsachse 2 mit Zweigang-Schaltgetrieben G1a, G2a, welche gegenüber den Zweigang-Schaltgetrieben G1, G2 gem. 1 eine Schaltungsvariante aufweisen. Für gleiche oder analoge Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Unterschiedlich ist hier die Bildung des ersten Ganges durch eine Verblockungsvariante. Dabei wird das Schaltelement B geschlossen, und die Hohlradwelle HR1 wird mit der Sonnenwelle SO1 verblockt, d. h. der erste Planetensatz PS1 läuft - wie im ersten Ausführungsbeispiel gem.1 - als Block um. Die Bildung des zweiten Ganges durch Schließen des Schaltelements A erfolgt wie im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1, nämlich durch Koppelung der Hohlradwelle HR1 des ersten Planetensatzes PS1 mit der Stegwelle ST2 des zweiten Planetensatzes PS2. Die Antriebsachse 2 ist ebenfalls spiegelbildlich in Bezug auf die Mittelebene M aufgebaut. Dem Schaltelement A auf der linken Seite entspricht das Schaltelement C auf der rechten Seite, dem Schaltelement B entspricht das Schaltelement D.
3 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Antriebsachse 3, welche bezüglich der Anordnung der elektrischen Maschinen EM1, EM2 und der Zwei-gang-Schaltgetriebe G1, G2 der Antriebsachse 1 gemäß 1 entspricht. Unterschiedlich ist, dass die Antriebsachse 3 als so genannte Portalachse ausgebildet ist. Die Konstantübersetzungsstufe gem. 1, ausgebildet als dritter Planetensatz PS3, ist durch eine Portalstufe PO1 ersetzt, und zwar auf beiden Seiten im Bereich der Antriebsräder R1, R2. Die Portalstufe PO1 ist als Planetensatz ausgebildet und weist einen Steg 31, Planetenräder 32, 33, welche gegenüber dem Steg 31 gelagert sind, ein Sonnenrad 34 sowie ein Hohlrad 35 auf. Der Steg 31 ist gehäusefest angeordnet, insofern ist der Planetensatz als Standgetriebe ausgebildet und läuft mit einer Standübersetzung. Der Antrieb erfolgt von der Stegwelle ST2 des zweiten Planetensatzes PS2 auf das Planetenrad 32. Der Abtrieb erfolgt über das Hohlrad 35 auf die Abtriebswelle 2a und damit auf das Antriebsrad R1. Die Portalstufe PO1 weist zwischen ihrer Antriebswelle ST2, koaxial zur Rotationsachse der E-Maschine EM1, und ihrer Abtriebswelle 2a, koaxial zur Radachse a, einen Achsversatz h1 auf. Diese Getriebeanordnung mit Achsversatz wird als Portalachse bezeichnet und hat gegenüber den zuvor beschriebenen Varianten den Vorteil einer größeren Bodenfreiheit für das Elektrofahrzeug. Infolge des Antriebes über das Planetenrad 32 und aufgrund weiterer Planetenräder auf dem Umfang wird eine Teilung des Leistungsflusses vom Antrieb zum Abtrieb erreicht. Die Portalstufe PO1 auf der rechten Seite, welche das rechte Antriebsrad R2 antreibt, ist spiegelbildlich zu der Portalstufe PO1 auf der linken Seite ausgebildet und weist die gleiche Übersetzung ins Langsame auf.
4 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Antriebsachse 4, welche der Antriebsachse 3 gem. 3 entspricht, jedoch eine abgewandelte Portalstufe PO2 aufweist. Für gleiche Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Die Portalstufe PO2 ist als Stirnradgetriebe ausgebildet und weist ein von der Stegwelle ST2 des zweiten Planetensatzes PS2 angetriebenes Antriebszahnrad 41, zwei Zwischenräder 42, 43 sowie ein Abtriebszahnrad 44 auf, welches über die Abtriebswelle 2a das Rad R1 antreibt. Zwischen der Antriebswelle der zweiten Portalstufe PO2, d. h. der Stegwelle ST2 des zweiten Planetensatzes PS2 und der Abtriebswelle 2b, koaxial zu Radachse a, besteht ein Achsversatz h2. Die beiden Zwischenräder 42, 43 sind aus Gründen der Darstellung in die Zeichenebene gedreht - sie stehen sowohl mit dem Antriebszahnrad 41 als auch mit dem Abtriebszahnrad 44 in Zahneingriff. Eine Abbildung oben links in 4 zeigt die vier Zahnräder 41, 42, 43, 44 als Ansicht in axialer Richtung: Daraus ist ersichtlich, dass durch die Anordnung der Zwischenräder 42, 43 der Achsabstand zwischen dem Antriebszahnrad 41 und dem Abtriebszahnrad 44 vergrößert wird. Darüber hinaus ergibt sich durch die beiden Zwischenräder 42, 43 eine Leistungsteilung. Die zweite Portalstufe PO2 auf der rechten Seite ist spiegelbildlich aufgebaut wie die erste auf der linken Seite und weist die gleiche Übersetzung auf.
Die Übersetzung des dritten Planetensatzes PS3, der eine Konstantübersetzungsstufe bildet, ist optional, d. h. auf die Konstantübersetzungsstufe kann verzichtet werden, wenn die beiden Übersetzungen des ersten und des zweiten Ganges der Schaltgetriebe G1, G2 ausreichen.
Die beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 können jeweils aus mehreren Teilmaschinen zusammengesetzt werden, welche auch durch weitere Getriebeelemente mit der Antriebswelle 1a bzw. 1b verbunden sein können.
Mit jeder der oben erwähnten Wellen kann eine Dauerbremse (z. B. eine Wirbelstrombremse oder ein hydraulischer Retarder) gekoppelt werden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsachse
1a: Antriebswelle (EM1)
1b: Antriebswelle (EM2)
2: Antriebsachse
2a: Abtriebswelle
2b: Abtriebswelle
3: Antriebsachse
4: Antriebsachse
31: Steg (PO1)
32: Planetenrad
33: Planetenrad
34: Sonnenrad
35: Hohlrad
41: Antriebszahnrad (PO2)
42: erstes Zwischenrad
43: zweites Zwischenrad
44: Abtriebszahnrad
a: Radachse
AK1: erster Aktuator
AK2: zweiter Aktuator
A, B: Schaltelemente (G1)
C, D: Schaltelemente (G2)
EM1: erste elektrische Maschine
EM2: zweite elektrische Maschine
G1: erstes Schaltgetriebe
G2: zweites Schaltgetriebe
G1a: erstes Schaltgetriebe
G2a: zweites Schaltgetriebe
h1: Achsversatz (PO1)
h2: Achsversatz (PO2)
HR1: Hohlradwelle (PS1)
HR2: Hohlradwelle (PS2)
HR3: Hohlradwelle (PS3)
M: Mittelebene
PO1: erste Portalstufe
PO2: zweite Portalstufe
R1: erstes (linkes) Antriebsrad
R2: zweites (rechtes) Antriebsrad
RO1: erster Rotor (EM1)
RO2: zweiter Rotor (EM2)
SO1: Sonnenwelle (PS1)
SO2: Sonnenwelle (PS2)
SO3: Sonnenwelle (PS3)
ST1: Stegwelle (PS1)
ST2: Stegwelle (PS2)
ST3: Stegwelle (PS3)
PS1: erster Planetensatz
PS2: zweiter Planetensatz
PS3: dritter Planetensatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009002437 A1 [0002]

Claims

Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges, umfassend - eine erste und eine zweite elektrische Maschine (EM1, EM2), - ein erstes und ein zweites Antriebsrad (R1, R2) mit einer gemeinsamen Radachse (a) sowie - ein erstes und ein zweites Zweigang-Schaltgetriebe (G1, G2; G1a, G2a) mit gleichen Übersetzungen, wobei die erste elektrische Maschine (EM1) über das erste Zweigang-Schaltgetriebe (G1, G1a) das erste Antriebsrad (R1) und die zweite elektrische Maschine (EM2) über das zweite Zweigang-Schaltgetriebe (G2, G2a) das zweite Antriebsrad (R2) antreiben, wobei das erste und das zweite Zweigang-Schaltgetriebe (G1, G2; G1a, G2a) jeweils einen ersten Planetensatz (PS1) und einen zweiten mit dem ersten gekoppelten Planetensatz (PS2) aufweisen und wobei der erste Planetensatz (PS1) und der zweite Planetensatz (PS2) jeweils eine Stegwelle (ST1, ST2), eine Hohlradwelle (HR1, HR2) und eine Sonnenwelle (SO1, SO2) aufweisen.
Antriebsachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenwelle (SO1) des ersten Planetensatzes (PS1) mit der Sonnenwelle (SO2) des zweiten Planetensatzes (PS2) gekoppelt ist.
Antriebsachse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegwelle (ST1) des ersten Planetensatzes (PS1) von der ersten elektrischen Maschine (EM1) antreibbar ist.
Antriebsachse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlradwelle (HR2) des zweiten Planetensatzes (PS2) fest gehalten ist.
Antriebsachse nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegwellen (ST2) der zweiten Planetensätze (PS2) jeweils den Abtrieb der Zwei-gang-Schaltgetriebe (G1, G2; G1a, G2a) bilden.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gang durch Verblockung des ersten Planetensatzes (PS1) schaltbar ist, indem zwei der drei Wellen (SO1, HR1, ST1) miteinander gekoppelt werden.
Antriebsachse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verblockung durch Koppelung der Sonnenwelle (SO1) mit der Hohlradwelle (HR1) erfolgt.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gang durch Koppelung der Hohlradwelle (HR1) des ersten Planetensatzes (PS1) mit der Stegwelle (ST2) des zweiten Planetensatze (PS2) schaltbar ist.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planetensätze (PS1), in Richtung der Radachse (a) zu den Antriebsrädern (R1, R2) gesehen, außerhalb der zweiten Planetensätze (PS2) angeordnet sind.
Antriebsachse nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlradwellen (HR2) der zweiten Planetensätze (PS2) gemeinsam gehäuseseitig abstützbar sind.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass den Zweigang-Schaltgetrieben (G1, G2; G1a, G2a) jeweils zwei Schaltelemente (A, B C, D) zugeordnet sind, dass die Gänge durch die Schaltelemente (A, B, C, D) schaltbar und dass die Schaltelemente (A, B, C, D) durch Aktuatoren (AK1, AK2) betätigbar sind.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Maschinen (EM1, EM2) sowie die ersten und die zweiten Planetensätze (PS1, PS2) koaxial zur Radachse (a) angeordnet sind.
Antriebsachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des ersten und des zweiten Antriebsrades (R1, R2) jeweils eine Konstantübersetzungsstufe (PS3, PO1, PO2) angeordnet ist.
Antriebsachse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantübersetzungsstufen als dritte Planetensätze (PS3) mit jeweils einer Sonnenwelle (SO3), einer Stegwelle (ST3) und einer festgehaltenen Hohlradwelle (HR3) ausgebildet sind, wobei die Sonnenwellen (SO3) mit den Stegwellen (ST2) der zweiten Planetensätze (PS2) und die Stegwellen (ST3) mit den Antriebsrädern (R1, R2) verbunden sind.
Antriebsachse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantübersetzungsstufen als Portalstufen (PO1, PO2) mit je einer Antriebswelle (ST2) und einer Abtriebswelle (2a, 2b) ausgebildet und dass die Antriebswellen (ST2) und die Abtriebswellen (2a, 2b) mit einem Achsversatz (h1, h2) zueinander angeordnet sind.
Antriebsachse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Portalstufe (PO1) einen Steg (31) mit Planetenrädern (32, 33), ein Sonnenrad (34) und ein Hohlrad (35) aufweist, dass der Steg (31) festgehalten ist, der Antrieb über eines der Planetenräder (32, 33) und der Abtrieb über das Hohlrad (35) erfolgen.
Antriebsachse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Portalstufe (PO2) ein Antriebszahnrad (41), zwei Zwischenräder (42, 43) sowie ein Abtriebszahnrad (44) aufweist, wobei die Zwischenräder (42, 43) sowohl mit dem Antriebszahnrad (41) als auch mit dem Abtriebszahnrad (44) in Eingriff stehen.
Antriebsachse nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Maschinen (EM1, EM2) Rotoren (RO1, RO2) aufweisen und dass innerhalb der Rotoren (RO1, RO2) die ersten Planetensätze (PS1) und/oder die zweiten Planetensätze (PS2) zumindest teilweise angeordnet sind.