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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Antriebsvorrichtung zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben von Rädern einer Achse eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2017 211 881 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Antriebsvorrichtung weist eine elektrische Maschine auf, welche einen Stator und einen Rotor umfasst. Außerdem umfasst die Antriebsvorrichtung, insbesondere die elektrische Maschine, ein Gehäuse, in welchem der Stator und der Rotor angeordnet sind. Der Stator ist dabei an dem Gehäuse festgelegt und somit zumindest drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Der Rotor ist von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem Stator drehbar. Die Antriebsvorrichtung weist eine erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle auf. Über die erste Abtriebswelle kann wenigstens oder genau ein erstes der Räder von der elektrischen Maschine elektrisch, insbesondere rein elektrisch, angetrieben werden. Über die zweite Abtriebswelle kann wenigstens oder genau eines zweites der Räder elektrisch, insbesondere rein elektrisch, von der elektrischen Maschine angetrieben werden.
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Die Antriebsvorrichtung umfasst dabei einen ersten Planetenradsatz, über welchen die erste Abtriebswelle von dem Rotor und somit von der elektrischen Maschine elektrisch, insbesondere rein elektrisch, antreibbar ist. Außerdem umfasst die Antriebsvorrichtung einen zweiten Planetenradsatz, über welchen die zweite Abtriebswelle von dem Rotor elektrisch, insbesondere rein elektrisch, antreibbar ist. Die Antriebsvorrichtung umfasst außerdem ein Differentialgetriebe, über welches die Planetenradsätze von dem Rotor und somit von der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden können. Dabei weist das Differentialgetriebe ein Eingangselement auf, welches, insbesondere direkt, drehfest mit dem Rotor verbunden ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Antriebsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich der jeweilige Planetenradsatz in axialer Richtung der elektrischen Maschine zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, an den Rotor anschließt und dadurch zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, außerhalb des Rotors angeordnet ist. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der jeweilige Planetenradsatz nicht oder nicht vollständig innerhalb des Rotors angeordnet ist, sondern sich in axialer Richtung der elektrischen Maschine zumindest überwiegend oder vollständig an den Rotor anschließt. Unter dem Merkmal, dass sich der jeweilige Planetenradsatz in axialer Richtung der elektrischen Maschine zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, an den Rotor anschließt, ist insbesondere zu verstehen, dass mehr als die Hälfte der in axialer Richtung der elektrischen Maschine verlaufende Erstreckung des jeweiligen Planetenradsatzes, insbesondere die gesamte, in axialer Richtung verlaufende Erstreckung, außerhalb des Rotors verläuft und somit in radialer Richtung der elektrischen Maschine nach außen hin nicht durch den Rotor überdeckt ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein jeweiliges Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich das Differentialgetriebe in axialer Richtung der elektrischen Maschine zumindest überwiegend an den Rotor anschließt und dadurch zumindest überwiegend außerhalb des Rotors angeordnet ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Differentialgetriebe in radialer Richtung der elektrischen Maschine nach außen zumindest teilweise durch einen Wickelkopf einer Wicklung des Stators überdeckt ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Planetenträger des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Abtriebswelle verbunden ist, wobei ein zweiter Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbunden ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich beide Planetenradsätze in axialer Richtung der elektrischen Maschine vollständig an den Rotor anschließen und dadurch jeweils vollständig außerhalb des Rotors angeordnet sind.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Differentialgetriebe als ein Stirnraddifferential oder als ein Kegelraddifferential ausgebildet ist.
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Die Erfindung ermöglicht insbesondere die Realisierung einer bezüglich der Räder koaxialen, elektrischen Antriebsvorrichtung ohne ineinander geschachtelte drehmomentführende Wellen, das heißt, ohne dass eine vom Rotor angetriebene Welle mit einer zur Rotordrehmomentübertragung vorgesehenen Verzahnung als eine Hohlwelle ausgebildet ist, welche von einer das Abtriebsdrehmoment führenden Welle durchdrungen ist. Dadurch kann vermieden werden, dass ein Teilkreisdurchmesser eines jeweiligen Sonnenrads des jeweiligen Planetenradsatzes einem einer Hohlwelle folgen muss, so dass das jeweilige Sonnenrad mit kleinem Teilkreisdurchmesser dargestellt werden kann. Dies ermöglicht es wiederum, eine hohe Übersetzung durch den jeweiligen, vorzugsweise einreihigen beziehungsweise einstückigen Planetenradsatz darzustellen. Vorzugsweise weist der jeweilige, auch als Planetensatz bezeichnete Planetenradsatz eine Standübersetzung auf, welche in einem Bereich von einschließlich 7 bis einschließlich 10 liegt. Das vom Differential auf beide Abtriebsseiten übertragene, noch zu übersetzende Drehmoment, teilt sich zu gleichen Teilen auf beide Seiten auf. Durch die sehr geringen Drehmomente am Sonnenrad kann dieses und die zugehörige Abtriebswelle mit kleinem Durchmesser ausgeführt werden. Dies ermöglicht es, eine hohe Übersetzung, insbesondere Standübersetzung von ca. 7 bis 10, zu realisieren. Außerdem kann das Differentialgetriebe als besonders kompaktes Differential ausgestaltet werden, da die zu übertragenden Drehmomente um ca. 90% geringer sind als bei herkömmlichen Lösungen. Außerdem können an dem Gehäuse abzustützende Kräfte vermieden oder gering gehalten werden. Hierzu ist es vorzugsweise vorgesehen, dass jeweilige Schrägungen von jeweiligen, in axialer Richtung der elektrischen Maschine einander gegenüberliegenden Schrägverzahnungen von Zahnrädern gegenläufig ausgebildet beziehungsweise angeordnet sind. Durch diese gegenwärtig angeordneten Schrägverzahnungen können Axialkräfte, durch eine geeignete Anordnung der Lager im Differentialgetriebe, innerhalb des Differentialgetriebes abgestützt werden und somit ihre Kraftwirkung nach außen kompensiert werden.
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Dadurch, dass das Eingangselement des Differentialgetriebes drehfest mit dem Rotor verbunden ist, ist das Differentialgetriebe direkt an den Rotor angebunden. Die elektrische Maschine kann über den Rotor Drehmomente zum Antreiben der Räder bereitstellen. Dadurch, dass das Eingangselement direkt drehfest mit dem Rotor verbunden ist, wird das jeweilige Drehmoment von dem Rotor direkt beziehungsweise unmittelbar auf das Eingangselement übertragen und über das Eingangselement in das Differentialgetriebe eingeleitet. Somit ist vorzugsweise das Eingangselement das Bauteil des Differentialgetriebes, über welches das Drehmoment, welches von dem Rotor bereitgestellt wird, zuerst in das Differentialgetriebe eingeleitet wird.
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Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Realisierung der folgenden Vorteile:
- - koaxiale Wellenanordnung; mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die vorzugsweise als Vollwellen beziehungsweise Massivwellen ausgebildeten Abtriebswellen koaxial zueinander angeordnet sind;
- - kompaktes und gewichtsgünstiges Differentialgetriebe;
- - geringer Bauraumbedarf;
- - Einheit von elektrischer Maschine und Getriebe innerhalb eines Hüllzylinders darstellbar, so dass der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden kann;
- - es ist eine hohe Übersetzung, insbesondere Standübersetzung, mittels des jeweiligen Planetenradsatzes möglich;
- - insbesondere ist eine Gesamtübersetzung möglich, welche in einem Bereich von einschließlich 8 bis einschließlich 11 liegt;
- - jeweilige Planetenräder des jeweiligen Planetenradsatzes erzeugen, insbesondere an der jeweiligen Abtriebswelle, keine Axialkräfte, so dass die Abtriebswellen mittels bauraumgünstiger Lager gelagert werden können;
- - jeweilige gegenläufig schrägverzahnte Sonnenräder des jeweiligen Planetenradsatzes erzeugen gegenläufige Axialkräfte, welche im Differentialgetriebe abgestützt werden. Es treten keine weiteren nach außen wirksamen Lagerkräfte auf, welche durch Lager in den Planetenträgern oder Gehäusen aufgenommen werden müssten.
- - hoher Verzahnungswirkungsgrad, da vorzugsweise nur eine Planetenradstufe pro Abtriebsseite beziehungsweise Abtriebswelle vorgesehen ist;
- - hoher Wirkungsgrad an Lagerstellen, da kleine Lager verwendet werden können, welche auch axial gering belastet sind.
- - geringe Reibungsverluste an schnell drehenden Drehdurchführungen für das Kühl- und Schmiermedium, da diese nur einen kleinen Durchmesser aufweisen
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in
- 1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; und
- 2 ausschnittsweise eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Längsschnittansicht eine erste Ausführungsform einer Antriebsvorrichtung 10 zum elektrischen Antreiben von Rädern einer Achse eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Dies bedeutet, dass der vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildete Kraftwagen die genannte Achse umfasst, welche vorzugsweise genau zwei Räder in Form der zuvor genannten Räder aufweist. Dabei können die Räder und somit der Kraftwagen insgesamt mittels der Antriebsvorrichtung 10, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden. Hierzu umfasst die Antriebsvorrichtung 10 ein Gehäuse 12 und eine elektrische Maschine 14, welche einen in dem Gehäuse 12 angeordneten und an dem Gehäuse 12 festgelegten Stator 16 umfasst. Dies bedeutet, dass der Stator 16 zumindest drehfest mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. Der Stator 16 weist auch wenigstens eine Wicklung auf, welche jeweilige Wickelköpfe 18 und 20 bildet. Der Wickelkopf 18 ist auf einer ersten Seite S1 des Stators 16 angeordnet, während der Wickelkopf 20 auf einer zweiten Seite S2 des Stators 16 angeordnet ist. Dabei ist die zweite Seite S2 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 von der ersten Seite S1 abgewandt beziehungsweise umgekehrt. Der jeweilige Wickelkopf 18 beziehungsweise 20 ist insbesondere dadurch gebildet, dass die Wicklung auf der jeweiligen Seite S1 beziehungsweise S2 in axialer Richtung von einem beispielsweise als Blechpaket ausgebildeten Träger des Stators 16 absteht.
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Die elektrische Maschine 14 weist dabei einen Rotor 22 auf, welcher von dem Stator 16 antreibbar und dadurch um eine Drehachse 24 relativ zu dem Stator 16 und relativ zu dem Gehäuse 12 drehbar ist. Über den Rotor 22 kann die elektrische Maschine 14 Drehmomente bereitstellen, mittels welchen die Räder und somit der Kraftwagen, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden können.
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Die Antriebsvorrichtung 10 weist eine auch als erste Seitenwelle bezeichnete, erste Abtriebswelle 26 und eine auch als zweiten Seitenwelle bezeichnete, zweite Abtriebswelle 28 auf. Die Abtriebswellen 26 und 28 sind um die Drehachse 24 relativ zueinander, relativ zu dem Gehäuse 12 und relativ zu dem Stator 16 drehbar und können - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - von dem Rotor 22 und somit von der elektrischen Maschine 14, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden. Dabei ist ein erstes der Räder von der Abtriebswelle 26 antreibbar, und ein zweites der Räder ist von der Abtriebswelle 28 antreibbar. Somit kann das erste Rad über die Abtriebswelle 26 elektrisch von der elektrischen Maschine 14 angetrieben werden, und das zweite Rad kann über die Abtriebswelle 28 elektrisch von der elektrischen Maschine 14 angetrieben werden. Beispielsweise ist das erste Rad koaxial zu der Abtriebswelle 26 angeordnet und/oder drehfest mit der Abtriebswelle 26 verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist das zweite Rad koaxial zur Abtriebswelle 28 angeordnet und/oder drehfest mit der Abtriebswelle 28 verbunden. Die Räder sind dabei in Fahrzeugquerrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Kraftwagens angeordnet, so dass beispielsweise das erste Rad auf der in Vorwärtsfahrtrichtung linken Seite des Kraftwagens und das zweite Rad auf der in Vorwärtsfahrtrichtung rechten Seite des Kraftwagens angeordnet ist.
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Je Abtriebswelle 26 beziehungsweise 28 ist wenigstens oder genau ein, einfach auch als Planetensatz bezeichneter Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 vorgesehen. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist die Abtriebswelle 26 über den zugehörigen Planetenradsatz 30 von dem Rotor 22 antreibbar, und die Abtriebswelle 28 ist über den zugehörigen Planetenradsatz 32 von dem Rotor 22 antreibbar. Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst außerdem ein einfach auch als Differential bezeichnetes Differentialgetriebe 34, über welches die Planetenradsätze 30 und 32 von dem Rotor 22 antreibbar sind. Dabei weist das Differentialgetriebe 34 ein Eingangselement 36 auf, welches, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor 22 verbunden ist. Bei der in der 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist das Differentialgetriebe 34 als Stirnrad-Differentialgetriebe ausgebildet. Dabei ist das Eingangselement 36 beispielsweise ein Träger bzw. Planetenträger, auf welchem jeweilige, separat voneinander ausgebildete Ausgleichsräder 38 drehbar gelagert sind. Die Ausgleichsräder 38 sind Zahnräder, welche vorliegend vorzugsweise als Stirnräder ausgebildet sind. Die Ausgleichsräder 38 sind separat voneinander ausgebildet und können sich um eine zweite Drehachse 42 relativ zu dem Eingangselement 36 und relativ zueinander drehen. Das Eingangselement 36 ist beispielsweise über eine Eingangswelle 44 drehfest mit dem Rotor 22 verbunden, wobei beispielsweise der Rotor 22 drehfest mit der Eingangswelle 44 verbunden und insbesondere auf der Eingangswelle 44 angeordnet ist. Außerdem ist das Eingangselement 36 beispielsweise drehfest mit der Eingangswelle 44 verbunden.
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In den Fig. ist eines der Ausgleichsräder 38 erkennbar, wobei ein anderes der Ausgleichsräder 38 nicht erkennbar ist. Das Differentialgetriebe 34 weist Abtriebsräder 46 und 48 auf. Das Abtriebsrad 46 kämmt mit dem einen Ausgleichrad 38, nicht jedoch mit dem anderen Ausgleichsrad 38, und das Abtriebsrad 48 kämmt mit dem anderen Ausgleichsrad 38, nicht jedoch mit dem einen Ausgleichsrad 38. Die Abtriebsräder 46 und 48 sind jeweilige Zahnräder, welche vorzugsweise als Stirnräder ausgebildet sind. Die Abtriebsräder 46 und 48 sind um die Drehachse 24 relativ zueinander und relativ zu dem Gehäuse 12 drehbar. Insgesamt ist erkennbar, dass das Abtriebsrad 46 über das Ausgleichsrad 38 von dem Eingangselement 36 antreibbar ist, und das Abtriebsrad 48 ist über das andere Ausgleichsrad 38 von dem Eingangselement 36 antreibbar. Das Abtriebsrad 46 ist drehfest mit einer ersten Ausgangswelle 50 verbunden, und das Abtriebsrad 48 ist drehfest mit einer zweiten Ausgangswelle 52 verbunden. Die Ausgangswellen 50 und 52 sind beispielsweise um die Drehachse 24 relativ zueinander und relativ zu dem Gehäuse 12 drehbar. Die Ausgangswelle 50 wird auch als erste Differentialwelle oder als erste Differentialgetriebewelle bezeichnet, und die zweite Ausgangswelle 52 wird auch als zweite Differentialwelle oder als zweite Differentialgetriebewelle bezeichnet. Dabei ist der Planetenradsatz 30 von der Ausgangswelle 50 und somit über die Ausgangswelle 50 von dem Rotor 22 antreibbar, und der Planetenradsatz 32 ist von der Ausgangswelle 52 und über die Ausgangswelle 52 von dem Rotor 22 antreibbar.
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Der jeweilige Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 weist ein jeweiliges Sonnenrad 54 beziehungsweise 56, ein jeweiliges Hohlrad 58 beziehungsweise 60, jeweilige Planetenräder und einen jeweiligen Planetenträger 62 beziehungsweise 64 auf. Von dem Planetenrädern des Planetenradsatzes 30 ist in 1 besonders schematisch und beispielhaft ein mit 65 bezeichnetes Planentenrad dargestellt. Von den Planetenrädern des Planetenradsatzes 32 ist in 1 besonders schematisch und beispielhaft ein mit 67 bezeichnetes Planentenrad dargestellt. Die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem Planentenrad 65 können ohne weiteres auch auf die anderen Planetenräder des Planetenradsatzes 30 übertragen werden und umgekehrt. Die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem Planentenrad 67 können ohne weiteres auch auf die anderen Planetenräder des Planetenradsatzes 32 übertragen werden und umgekehrt. Die Planetenräder des Planetenradsatzes 30 können einerseits mit dem Sonnenrad 54 und andererseits mit dem Hohlrad 58 des Planetenradsatzes 30 und sind drehbar an dem auch als erster Steg bezeichneten Planetenträger 62 gelagert. Die Planetenräder des Planetenradsatzes 32 kämmen mit dem Sonnenrad 56 und mit dem Hohlrad 60 des Planetenradsatzes 32 und sind drehbar an dem auch als zweiter Steg bezeichneten Planetenträger 64 gelagert. Die Hohlräder 58 und 60 sind dabei drehfest mit dem Gehäuse 12 verbunden. Das Sonnenrad 54 ist drehfest mit der Ausgangswelle 50 verbunden, und das Sonnenrad 56 ist drehfest mit der Ausgangswelle 52 verbunden. Das jeweilige Sonnenrad 54 beziehungsweise 56 ist somit ein Eingang des jeweiligen Planetenradsatzes 30 beziehungsweise 32, über dessen Eingang von der jeweiligen Ausgangswelle 50 beziehungsweise 52 bereitgestellte Drehmomente in den jeweiligen Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 einleitbar sind beziehungsweise eingeleitet werden. Der jeweilige Planetenträger 62 beziehungsweise 64 ist ein jeweiliger Ausgang des jeweiligen Planetenradsatzes 30 beziehungsweise 32, über dessen Ausgang der jeweilige Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 Drehmomente zum Antreiben des jeweiligen Rads bereitstellen kann. Dabei ist der Planetenträger 62 drehfest mit der Abtriebswelle 26 verbunden, so dass die Abtriebswelle 26 über den Planetenträger 62 von dem Planetenradsatz 30 antreibbar ist. Der Planetenträger 64 ist drehfest mit der Abtriebswelle 28 verbunden, so dass die Abtriebswelle 28 über den Planetenträger 64 von dem Planetenradsatz 32 antreibbar ist.
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Es ist vorgesehen, dass sich der jeweilige Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, an den Rotor 22 anschließt und dadurch zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, außerhalb des Rotors 22 angeordnet ist. Dabei sind die Planetenradsätze 30 und 32 auf den in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 einander gegenüberliegenden Seiten S1 und S2 des Stators 16 beziehungsweise des Rotors 22 angeordnet. Insbesondere sind die auf den Seiten S1 und S2 angeordneten Hohlräder in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, außerhalb des Rotors 22 angeordnet.
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Es ist vorgesehen, dass sich das Differentialgetriebe 34 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14, deren axiale Richtung mit der Drehachse 24 der Abtriebswelle 26 zusammenfällt, zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, an den Rotor 22 anschließt und dadurch zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, außerhalb des Rotors 22 angeordnet ist. Vorliegend sind zumindest das Eingangselement 36, die Ausgleichsräder 38 die Abtriebsräder 46 und 48 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 vollständig außerhalb des Rotors 22 angeordnet und somit in radialer Richtung der elektrischen Maschine 14 überdeckungsfrei zu dem Rotor 22. Das Differentialgetriebe 34 wird dabei in radialer Richtung der elektrischen Maschine 14 nach außen hin zumindest teilweise durch den Wickelkopf 20 überdeckt beziehungsweise überlappt, insbesondere derart, dass die Ausgleichsräder 38 und/oder die Abtriebsräder 46 und 48 in radialer Richtung der elektrischen Maschine 14 nach außen hin jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch den Wickelkopf 20 überlappt beziehungsweise überdeckt sind. Außerdem schließen sich beiden Planetenradsätze 30 und 32 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 vollständig an den Rotor 22 und auch an den Stator 16 an, so dass beide Planetenradsätze 30 und 32 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 vollständig außerhalb des Rotors 22 und auch vollständig außerhalb des Stators 16 angeordnet sind. Dabei sind der Planetenradsatz 30 und die Abtriebswelle 26 auf der Seite S1 des Stators 16 angeordnet, während der Planetenradsatz 32 und die Abtriebswelle 28 auf der der Seite S1 gegenüberliegenden Seite S2 des Stators 16 angeordnet sind.
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Insgesamt ist erkennbar, dass das Differentialgetriebe 34 axial an den Rotor 22 angebunden ist und nicht etwa in radialer Richtung nach außen hin durch den Rotor 22 überdeckt wird. Bei der ersten Ausführungsform ist das Differentialgetriebe 34 in einem Raum unter dem Wickelkopf 20 angeordnet. Bei der ersten Ausführungsform ist das Differentialgetriebe 34 ein Wellendifferential, könnte jedoch alternativ ein Kegelraddifferential sein. Die Ausführung des Differentialgetriebes 34 als Wellenbeziehungsweise Stirnraddifferentialgetriebe ist insofern vorteilhaft, als dadurch der Bauraumbedarf des Differentialgetriebes 34 in axialer Richtung besonders gering gehalten werden kann.
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Der jeweilige Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 hat wenigstens oder genau eine Übersetzungsstufe beziehungsweise ist ein Übersetzungsstufe, wobei bezogen auf einen Drehmomentenfluss, entlang welchem das jeweilige, von der elektrischen Maschine 14 über den Rotor 22 bereitgestellte Drehmoment von dem Rotor 22 auf das jeweilige Rad übertragen wird, das Differentialgetriebe 34 stromauf der Planetenradsätze 30 und 32, das heißt vor den Planetenradsätzen 30 und 32 angeordnet ist. Hierdurch kann die jeweilige Übersetzungsstufe für besonders geringe Drehmomente ausgelegt werden, so dass der Bauraumbedarf und das Gewicht und die Kosten besonders gering gehalten werden. Bei Übersetzungen von 7 bis 12, insbesondere 10, ergibt sich daraus eine um 90% geringere Drehmomentkapazität im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen. Das Differential kann somit besonders bauraum- und gewichtsgünstig ausgestaltet werden. Die beiden, auch als Differentialabtriebswellen bezeichneten Ausgangswellen 50 und 52 übertragen Antriebsleistung an die beiden Planetenradsätze 30 und 32.
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Die Planetenradsätze 30 und 32 sind entweder als einstückige Planetenradsätze ausgebildet, wie dies in 1 gezeigt ist, oder als zweistufige beziehungsweise zweigestufte Planetenradsätze ausgeführt. Das jeweilige, auch als Antriebsmoment bezeichnete Drehmoment wird beispielsweise mittels des Differentialgetriebes 34 zu gleichen Teilen aufgeteilt und somit beispielsweise jeweils zur Hälfte auf die Planetenradsätze 30 und 32 verteilt. Dadurch, dass die Antriebsmomente 50/50 aufgeteilt werden, können die Ausgangswellen 50 und 52 einen besonders kleinen Durchmesser haben, so dass auch eine jeweilige Verzahnung des jeweiligen Sonnenrads 54 beziehungsweise 56 mit einem besonders geringen Teilkreis beziehungsweise Teilkreisdurchmesser ausgestaltet werden kann. Ein solch kleiner Durchmesser des jeweiligen Sonnenrads 54 beziehungsweise 56 ermöglicht es, vorteilhafte Übersetzungen von zum Beispiel 9 in dem jeweiligen, vorzugsweise einstufigen Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 darzustellen.
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Bei dieser Wellenanordnung werden ineinander geschachtelte, drehmomentführende Wellen, wie beispielsweise eine Kombination aus Vollwelle und Hohlwelle, vermieden. Dadurch können beispielsweise die Ausgangswellen 50 und 52 einen besonders geringen Durchmesser haben, so dass auch die jeweilige Verzahnung des jeweiligen Sonnenrads 54 beziehungsweise 56 mit einem kleinen Teilkreis gewählt werden kann. Ein solch kleiner Teilkreis beziehungsweise Teilkreisdurchmesser des jeweiligen Sonnenrads 54 beziehungsweise 56 ermöglicht es, auch vorteilhafte Übersetzungen von zum Beispiel 9 in einem einstufigen Planentenradsatz darzustellen. Bei üblichen koaxialen Anordnungen wird mit einer Welle das übersetzte Drehmoment durch die elektrische Maschine 14 und insbesondere durch eine drehmomentführende Hohlwelle des Rotors geführt. Die Welle muss im Hinblick ihres Durchmessers für das übersetzte Drehmoment ausgelegt sein. Der Hohlwellendurchmesser folgt dem Wellendurchmesser. Dadurch ist der Teilkreisdurchmesser des Sonnenrads nach unten begrenzt, und es können bei gegebenem Bauraum für das Hohlrad in einer Zahnradspur nur geringe Übersetzungen realisiert werden. Um in einem Planetenradsatz, insbesondere mit einem Planetenträger, dennoch hohe Übersetzungen zu realisieren, kommt üblicherweise ein zweistufiger Planetenradsatz mit gestuften Planetenrädern zum Einsatz, was zu einer hohen Breite und somit zu einem großen axialen Bauraumbedarf führt. Dies kann bei der Antriebsvorrichtung 10 vermieden werden.
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Wie aus 1 erkennbar ist, weist die Antriebsvorrichtung 10 Lager 66 und 68 auf, über welche die Planetenträger 62 und 64 beziehungsweise die Abtriebswellen 26 und 28 drehbar an dem Gehäuse 12 gelagert sind. Die Lager 66 und 68 sind beispielsweise Wälzlager und/oder Radiallager und/oder Axiallager. Das jeweilige Lager 66 bis 68 ist ein langsam drehendes Lager beziehungsweise ein langsam drehende Lagerstelle. Außerdem weist die Antriebsvorrichtung 10 Lager 70 und 72 auf, wobei über das Lager 70 die Ausgangswelle 50 beziehungsweise das Sonnenrad 54 drehbar an dem Planetenträger 62 beziehungsweise an dem Gehäuse 12 gelagert ist. Über das Lager 72 ist die Ausgangswelle 52 beziehungsweise das Sonnenrad 56 drehbar an dem Planetenträger 64 beziehungsweise an dem Gehäuse 12 gelagert. Die Lager 70 und 72 sind dabei schnelldrehende Lager beziehungsweise schnelldrehende Lagerstellen. Die Lager 70 und 72 sind beispielsweise Wälzlager und/oder Radiallager und/oder Axiallager. Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst darüber hinaus Lager 74 und 76, über welche die Ausgangswelle 50 drehbar an dem Rotor 22 beziehungsweise an der Eingangswelle 44 gelagert ist. Das jeweilige Lager 74 beziehungsweise 76 ist beispielsweise ein Radiallager und/oder ein Gleitlager und/oder ein Nadellager und/oder beispielsweise nur bei Lenkeinschlagdifferenzdrehzahl vorgesehen. Gleiches gilt beispielsweise auch für Lager 78 und 80 der Antriebsvorrichtung 10, wobei über die Lager 78 und 80 die Ausgangswelle 52 drehbar an der Ausgangswelle 50 gelagert ist. Außerdem sind beispielsweise Lager 82 und 84 vorgesehen, über welche beispielsweise das Eingangselement 36, zumindest in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14, drehbar an den Abtriebsrädern 46 und 48 gelagert ist. Außerdem umfasst die Antriebsvorrichtung 10 ein Lager 86, über welches beispielsweise die Abtriebsräder 46 und 48 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 drehbar einander gelagert beziehungsweise abgestützt sind.
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Des Weiteren ist ein erstes Dichtungselement 88 vorgesehen, mittels welchem die Abtriebswelle 26 gegen das Gehäuse 12 abgedichtet ist. Des Weiteren ist ein Dichtungselement 90 vorgesehen, mittels welchem die Abtriebswelle 28 gegen das Gehäuse 12 abgedichtet ist. Die Dichtungselemente 88 und 90 sind beispielsweise als Radialwellendichtringe ausgebildet.
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Die auch als Lagerstellen bezeichneten Lager 78 und 80 zwischen den Ausgangswellen 50 und 52 erzeugen eine in sich stabile, nicht durchknickende Wellenanordnung. Das auch als Lagerstelle bezeichnete Lager 81 im Differential ergänzt die Lagerung der Welle, um zusätzliche Stabilität der Wellenanordnung zu erzielen. Die auch als Lagerstellen bezeichneten Lager 74 und 76 in dem Rotor 22 lagern den Rotor 22 radial auf der Ausgangswelle 50. Die auch als Lagerstellen bezeichneten Lager 82, 84 und 86 lagern den Rotor 22 axial.
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Das jeweilige Sonnenrad 54 beziehungsweise 56 weist beispielsweise eine Schrägverzahnung auf, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Schrägverzahnungen gegenläufig ausgeführt sind. Mit anderen Worten sind die Schrägverzahnungen vorzugsweise zueinander gegenläufig. Bei einer solchen gegenläufigen Ausführung der Schrägverzahnungen der Sonnenräder 54 und 56 wirken Axialkräfte entgegengesetzt. Die Axialkräfte sind stets gleich groß, wodurch die Axialkräfte kompensiert werden. Die vorzugsweise als Axiallager ausgebildeten Lager 82, 84 und 86 innerhalb des Differentialgetriebes 34 und/oder des Rotors 22 stützen die Kräfte so ab, dass eine axiale Kraftübertragung zwischen den beiden Sonnenrädern 54 und 56 möglich ist. Dadurch wirken keine Kräfte nach außen beziehungsweise werden keine Verzahnungskräfte an die Lager 66, 68, 70 und 72 übertragen.
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Die auch als Lagerstellen bezeichneten Lager 74, 76, 78, 80, 81, 82, 84 und 86 erfahren bei einer Geradeausfahrt des Kraftwagens keine Differenzdrehzahlen und erzeugen dann auch keine Reibleistung. Bei Kurvenfahrten hingegen treten nur geringe Differenzdrehzahlen auf. Geringe Differenzdrehzahlen erlauben auch die Auswahl einfacher Lager mit höherer Reibung, zum Beispiel Gleitlager, da dies einen geringen Einfluss auf den Wirkungsgrad hat. Nur die auch als Lagerstellen bezeichneten Lager 70 und 72 am jeweiligen Sonnenrad 54 beziehungsweise 56 erfahren eine hohe Drehzahl, welche jedoch kleiner als die Drehzahl des Rotors ist. Eine um die Abtriebsdrehzahl reduzierte Drehzahl (Drehzahl Sonnenrad minus Drehzahl Abtrieb) an dem jeweiligen Lager 70 beziehungsweise 72 reduziert die Reibleistung. Insgesamt existieren nur vier Lager in Form der Lager 66, 68, 70 und 72, die sich auch bei einer Geradeausfahrt drehen. Nur zwei Lager in Form der Lager 70 und 72 davon erfahren eine große Drehzahl. Dadurch, dass die Lager 66, 68, 70 und 74 keine axialen Verzahnungskräfte übertragen müssen, können sie klein dimensioniert werden. Dadurch, dass der Wellenabschnitt für die Aufnahme der Lager 70 und 72 nicht im Drehmomentenfluss ist, wird der minimale Lagerinnendurchmesser nicht durch die Drehmomentkapazität der Welle definiert. Kleinere Lagerdurchmesser erzeugen eine überproportional geringere drehzahlabhängige Reibleistung. Geringe beziehungsweise keine Axialkräfte in drehenden Lagern erzeugen geringe lastabhängige Reibleistung. Die Sonnenräder 54 und 56 beziehungsweise die Ausgangswellen 50 und 52 sind beispielsweise in den Abtriebswellen 26 und 28 gelagert. Die Abtriebswellen 26 und 28 sind wiederum in Gehäusedeckeln beziehungsweise über die Lager 66 und 68 gelagert. An den Planetenträgern 62 und 64 beziehungsweise an den Planetenrädern entstehen keine nach außen wirkenden Axialkräfte, welche durch die Lager 66 und 68 abgestützt werden müssten. Somit können Lager mit geringer Tragfähigkeit beziehungsweise kleinen Durchmessern gewählt werden, wodurch die Reibleistung besonders gering gehalten werden kann.
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Der Rotor 22 kann von innen gekühlt werden, indem ein Kühlmedium durch die Wellen geführt wird. Zwischen der Eingangswelle 44 und der Ausgangswelle 50 wird ein für die Rotorkühlung vorteilhafter ringförmiger Kanal ausgebildet. Bei einem Stirnradifferential ist ein gedichteter Kühlmediumübertritt zwischen beiden Abtriebsseiten darstellbar, zum Beispiel mit Wellendichtringen. Bei der Ausführung der Lager 74, 76, 78 und 80 als Gleitlager kann die Dichtung des Kühl-/Schmierkreislaufs durch den Lagerspalt mit Leckage erfolgen. Der Radsatz ist dabei nicht unter Öl. Die Schmierung der Verzahnung, Lager, Anlaufscheiben kann durch Leckageöl an Gleitlagern gewährleistet werden. Die Gleitlager können auch mit Wellendichtringen kombiniert werden. Statt Gleitlager können auch Wälzläger in Kombination mit Wellendichtringen eingesetzt werden.
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Bei einem Kegelraddifferential kann der Innenraum des Kegeldifferentials als Übertritt für das Öl genutzt werden. Die Kegelräder im Gehäuse wären in diesem Fall unter Öl. Bei Durchführung eines Kühl-/Schmiermediums können alle Komponenten, die eine Schmierung benötigen, versorgt werden, im einfachsten Fall als Radialbohrungen in den Wellen realisiert. Der Kühlmediumübertritt erfolgt an Drehdurchführungen 92 und 94, welche beispielsweise vorliegend die Dichtungselemente 88 und 90 umfassen beziehungsweise bilden. Insbesondere erfolgt der Kühlmediumübertritt an den Drehdurchführungen 92 und 94 mit einer geringen Differenzdrehzahl zwischen dem Gehäuse 12 und den Abtriebswellen 26 und 28. Der Kühlmediumübertritt erfolgt beispielsweise an Drehdurchführungen 96 und 98, gegebenenfalls mit einer hohen Differenzdrehzahl zwischen dem Gehäuse 12 und den Abtriebswellen 26 und 28, jedoch auch auf einem kleinen Dichtdurchmesser und somit mit nur geringer Reibleistung.
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2 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10. Wie in 2 durch Pfeile 100 veranschaulicht ist, werden Kräfte am jeweiligen Hohlrad 58 beziehungsweise 60 am Gehäuse 12 abgestützt. Wie ferner durch Pfeile 102 dargestellt ist, schützen sich Kräfte am jeweiligen Sonnenrad 54 und 56 innerhalb der Wellenanordnung ab. Zahlenkräfte auf der linken und rechten Seite sind immer gleich groß, da die Zahlenkräfte nur auftreten können, wenn diese über Antriebswiderstand auf beiden Seiten gestützt werden. Ein Momenten- beziehungsweise Kraft-Ungleichgewicht wird durch das Differential ausgeglichen. An der jeweiligen Abtriebswelle 26 beziehungsweise 28 wirken keine Axialkräfte, da Planetenradsätze grundsätzlich axialkraftfrei beziehungsweise axialkraftneutral sind. Lager im Differential und/oder im Rotor 22 können Axialkräfte aufnehmen, und zwar auf Zug und/oder Druck. Eine Abstützung erfolgt beispielsweise über Gleitlagerringe oder Axialnadellager und Verzahnung im Differential. Außerdem besonders gut aus 2 sind die gegenläufigen Schrägverzahnungen der Sonnenräder 54 und 56 erkennbar.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Lager 70 und 72 außerhalb des drehmomentführenden Pfades der Wellen 26 und 52, d.h. nicht zwischen den Sonnenrädern 54 und 56 der Planetenradsätze und den Abtriebsrädern 46 und 48 des Differentialgetriebes 34, sondern in den Planetenträgern 62 und 64 bzw. Abtriebswellen 26 und 28 angeordnet sind.
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Vorzugsweise kann ferner vorgesehen sein, dass die drei Axiallager 82, 84 und 86 im Differentialgetriebe 34 und die feste Anbindung der Sonnen oder Sonnenräder 46 und 48 an die Wellen 50 und 52 es ermöglichen, die durch Verzahnungskräfte auftretenden Axialkräfte, abhängig von der Kraftrichtung, entweder direkt über das Lager 86 oder über die Lager 82 und 84 und das Eingangselement 36 bzw. den Planetenträger des Differentialgetriebes 34 abzustützen.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die auf der Welle 52 bzw. in der Welle 50 angeordneten Lager 78 und 80, so weit auseinander angeordnet sind, insbesondere mindestens im Abstand des zweifachen mittleren Lagerdurchmessers angeordnet sind, dass eine stabile und knickfeste Ausrichtung bzw. Lagerung der Welle zum Rotor ermöglicht ist.
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Vorzugsweise kann ferner vorgesehen sein, dass die Welle 50 durch die Eingangswelle 44 bzw. den Rotor 22 führt und somit den Rotor 22 an den Lagern 74 und 76 drehbar lagert.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Ausgangswellen 50 und 52 einen Ein- und Austritt und Kanäle zur Führung eines Kühl-/Schmierfluids aufweisen und die Eingangswelle 44 und Ausgangswelle 50 einen ringförmigen Raum zur Führung eines Fluids zum Zwecke der Rotorkühlung ausbilden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebsvorrichtung
- 12
- Gehäuse
- 14
- elektrische Maschine
- 16
- Stator
- 18
- Wickelkopf
- 20
- Wickelkopf
- 22
- Rotor
- 24
- Drehachse
- 26
- Abtriebswelle
- 28
- Abtriebswelle
- 30
- Planetenradsatz
- 32
- Planetenradsatz
- 34
- Differentialgetriebe
- 36
- Eingangselement
- 38
- Ausgleichsräder
- 42
- Drehachse
- 44
- Eingangswelle
- 46
- Abtriebsrad
- 48
- Abtriebsrad
- 50
- Ausgangswelle
- 52
- Ausgangswelle
- 54
- Sonnenrad
- 56
- Sonnenrad
- 58
- Hohlrad
- 60
- Hohlrad
- 62
- Planetenträger
- 64
- Planetenträger
- 65
- Planentenrad
- 66
- Lager
- 67
- Planentenrad
- 68
- Lager
- 70
- Lager
- 74
- Lager
- 76
- Lager
- 78
- Lager
- 80
- Lager
- 81
- Lager
- 82
- Lager
- 84
- Lager
- 86
- Lager
- 88
- Dichtungselement
- 90
- Dichtungselement
- 92
- Drehdurchführung
- 94
- Drehdurchführung
- 96
- Drehdurchführung
- 98
- Drehdurchführung
- 100
- Pfeil
- 102
- Pfeil
- S1
- Seite
- S2
- Seite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017211881 A1 [0002]
