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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer solchen Antriebsvorrichtung.
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Aus der
DE 10 2018 210 329 A1 geht ein Antriebsaggregat für ein Fahrzeug hervor, wobei das Antriebsaggregat eine erste E-Maschine als Traktionsmaschine und eine zweite E-Maschine als Traktionsmaschine aufweist, deren erzeugte Drehmomente über ein Summiergetriebe aufsummiert werden und auf eine gemeinsame Abtriebswelle des Summiergetriebes geleitet werden. Zudem sind ein erster Wechselrichter zur elektrischen Bestromung der ersten E-Maschine und ein vom ersten Wechselrichter getrennter zweiter Wechselrichter zur elektrischen Bestromung der zweiten E-Maschine sind vorgesehen. Das Summiergetriebe verfügt über eine Zwischenwelle, die mit zwei Teilgetrieben gekoppelt ist. Diese Zwischenwelle ist über ein weiteres Teilgetriebe mit der Abtriebswelle des Summiergetriebes antriebstechnisch gekoppelt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine bauraumsparende Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird mit einer Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den davon abhängigen Unteransprüchen.
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Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine, die eine auf einer Antriebsachse angeordnete Rotorwelle aufweist, wobei die Rotorwelle über eine Übersetzungsstufe mit wenigstens einer parallel dazu auf einer Abtriebsachse angeordneten ersten Abtriebswelle antriebstechnisch verbunden ist, wobei die Übersetzungsstufe ein drehfest mit der Rotorwelle verbundenes erstes Zahnrad und ein damit in Zahneingriff stehendes sowie antriebstechnisch mit der jeweiligen Abtriebswelle verbundenes zweites Zahnrad aufweist, wobei die jeweilige Abtriebswelle und die elektrische Maschine parallel nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuseraum eines Gehäuses der Antriebsvorrichtung angeordnet sind, und wobei radial zwischen der elektrischen Maschine und der jeweiligen Abtriebswelle ein leerer Zwischenraum ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist radial zwischen der elektrischen Maschine und der jeweiligen Abtriebswelle kein weiteres Bauteil, wie etwa ein Gehäusebauteil oder ein Gehäuseabschnitt, im Gehäuseraum angeordnet. Vielmehr ist räumlich zwischen der elektrischen Maschine, insbesondere dem Statorgehäuse der elektrischen Maschine, und der jeweiligen Abtriebswelle ein Luftspalt ausgebildet, in dem kein weiteres Bauteil angeordnet ist. Mithin ist die Abtriebswelle wenigstens über die gesamte axiale Erstreckung der elektrischen Maschine zusammen mit den anderen Bauteilen der Antriebsvorrichtung im Gehäuseraum des Gehäuses integriert, wobei sich die elektrische Maschine und die Abtriebswelle parallel nebeneinander in axialer Richtung durch den Gehäuseraum erstrecken. Die Gehäusewandung ist folglich nicht radial zwischen der Abtriebswelle und der elektrischen Maschine angeordnet, sondern umschließt in radialer Richtung die elektrische Maschine sowie die jeweilige Abtriebswelle. Durch Wegfall einer Gehäusewandung zwischen der jeweiligen Abtriebswelle und der elektrischen Maschine, beziehungsweise durch Verschiebung der Gehäusewandung nach radial außen mit gleichzeitiger Integration der Abtriebswelle in den Gehäuseraum, kann die Antriebsachse bzw. die jeweilige Abtriebswelle radial näher an der elektrischen Maschine angeordnet werden, sodass der Achsabstand zwischen der Antriebsachse und der Abtriebsachse reduziert und infolgedessen radialer Bauraum der Antriebsvorrichtung eingespart werden können. Dies hat den Vorteil, dass ein Übersetzungsverhältnis der Übersetzungsstufe bei gleichbleibendem Differenzialdurchmesser vergrößert werden kann. Anders gesagt kann bei gleichbleibendem Differenzialdurchmesser bzw. gleichbleibendem Durchmesser des zweiten Zahnrades sowie sich annähernden Achsen der Durchmesser des ersten Zahnrades, also dem Ritzel der Übersetzungsstufe, reduziert werden. Dies reduziert die Zähnezahl sowie den Teilkreisdurchmesser, wodurch die mit der Übersetzungsstufe erreichbare Übersetzung im Umkehrschluss steigt. Mit steigender Übersetzung kann eine zweite Übersetzungsstufe, die zur Vergrößerung der Übersetzung vorgesehen wäre, entfallen, wobei insbesondere axialer Bauraum der Antriebsvorrichtung eingespart und die Antriebsvorrichtung insgesamt kostengünstiger und einfacher ausgebildet werden kann. Der Durchmesser des ersten Zahnrades ist bevorzugt kleiner als der Durchmesser des zweiten Zahnrades.
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Unter einer parallelen Anordnung der Antriebsachse zur Abtriebsachse bzw. der Rotorwelle zur jeweiligen Abtriebswelle ist eine im Wesentlichen achsparallele Anordnung zu verstehen, bei der auch eine geringfügige Abweichung einer exakt parallelen Anordnung der Bauteile der Antriebsvorrichtung bzw. der Achsen zueinander noch eine parallele Anordnung ist und somit unter den Schutzbereich der Erfindung fällt. Mit anderen Worten können die Rotorwelle und die jeweilige Abtriebswelle auch geringfügig geneigt zueinander angeordnet sein.
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Das erste Zahnrad der Übersetzungsstufe ist drehfest mit der Rotorwelle und somit drehfest mit einem relativ zu einem Stator drehbar angeordneten Rotor der elektrischen Maschine verbunden. Die Rotorwelle dient in einem Rotorbetrieb als Ausgangswelle der elektrischen Maschine. Die Rotorwelle mit dem drehfest daran angeordneten ersten Zahnrad ist im Rotorbetrieb der elektrischen Maschine Eingangswelle der Übersetzungsstufe. Im Rotorbetrieb der elektrischen Maschine wird beispielsweise von einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie, elektrische Energie in die elektrische Maschine gespeist, die resultierend eine Rotation des Rotors bzw. der Rotorwelle zur Erzeugung einer Antriebsleistung bewirkt, wobei die Antriebsleistung zum Drehantrieb des ersten Zahnrades vorgesehen ist. Die jeweilige Abtriebswelle der Antriebsvorrichtung fungiert als Ausgangswelle der Übersetzungsstufe und ist zumindest mittelbar mit dem zweiten Zahnrad der Übersetzungsstufe antriebswirksam verbunden. Die jeweilige Abtriebswelle überträgt die Antriebsleistung auf ein zumindest mittelbar mit der jeweiligen Abtriebswelle antriebstechnisch verbundenes Rad des Fahrzeugs.
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In einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine fungiert die jeweilige Abtriebswelle zumindest mittelbar als Eingangswelle der Übersetzungsstufe, wohingegen die Rotorwelle der elektrischen Maschine dementsprechend als Ausgangswelle der Übersetzungsstufe ausgebildet ist. Eine Antriebsleistung des Fahrzeugs wird über die Übersetzungsstufe in die elektrische Maschine geleitet, sodass mit der elektrischen Maschine elektrische Energie erzeugt wird, die in eine Batterie zur Speicherung eingespeist werden kann. Im Generatorbetrieb wird die Leistung beispielsweise aus einem oder mehreren sich drehenden Rädern des Fahrzeugs über die Übersetzungsstufe in die elektrische Maschine eingeleitet.
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Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen Wellen oder Zahnrädern noch weitere Bauteile angeordnet sein, die mit der Welle bzw. dem Zahnrad wirkverbunden sind.
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Unter einer Welle, sei es eine Rotorwelle, eine Abtriebswelle oder dergleichen, ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil der Antriebsvorrichtung zum Übertragen von Drehmomenten zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten der Antriebsvorrichtung drehfest miteinander verbunden sind.
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Die Übersetzungsstufe ist vorzugsweise einstufig ausgebildet und als Untersetzungsgetriebe ausgebildet. Die Übersetzungsstufe weist ein Übersetzungsverhältnis von größer als 1 bzw. i > 1 auf. Durch das Untersetzungsgetriebe wird eine Eingangsdrehzahl der elektrischen Maschine abgesenkt. Mit anderen Worten ist die Drehzahl der Rotorwelle größer als die Drehzahl der jeweiligen damit wirkverbundenen Abtriebswelle. Insbesondere ist die Übersetzungsstufe als Stirnradstufe ausgebildet, sodass das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad jeweils als Stirnrad ausgebildet sind, wodurch ein erforderlicher axialer Bauraum der Übersetzungsstufe minimiert wird. Durch die einstufige Ausbildung der Übersetzungsstufe kann ferner auf Zwischenwellen und damit einhergehende Lagerungen und Dichtungen verzichtet werden, wodurch zusätzlich axialer Bauraum eingespart wird.
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Die Rotorwelle, die Zahnräder der Übersetzungsstufe sowie die jeweilige Abtriebswelle sind durch Lagerelemente im Gehäuse drehbar gelagert. Je nachdem wie groß die wirkenden Kräfte sind und in welche Richtung sie wirken, können die Lagerelemente als reine Radiallager, als reine Axiallager und/oder als Lager, die sowohl Radial- als auch Axialkräfte übertragen, ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist die Rotorwelle über die Übersetzungsstufe mit einem Differential antriebstechnisch verbunden, wobei das Differential eine Antriebsleistung auf die erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle aufteilt. Anders gesagt sind an Stelle mindestens einer Abtriebswelle zwei Abtriebswellen in der Antriebsvorrichtung vorgesehen. Das Differential ist zusammen mit der elektrischen Maschine und der Übersetzungsstufe im gemeinsamen Gehäuseraum des Gehäuses angeordnet. Vorzugsweise ist das Differential als Kegelraddifferential ausgebildet. Ferner sind auch andere alternative Ausbildungsformen des Differentials denkbar, beispielsweise als Stirnraddifferential bzw. Planetendifferential.
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Die beiden Abtriebswellen sind bevorzugt koaxial zur Abtriebsachse angeordnet. Über die jeweilige Abtriebswelle wird wenigstens ein Rad des Fahrzeugs durch die mit der antriebstechnisch damit verbundenen elektrischen Maschine erzeugte sowie durch die mit der Übersetzungsstufe gewandelte Antriebsleistung zumindest mittelbar drehangetrieben. Eine der Antriebswellen erstreckt sich ausgehend von der Übersetzungsstufe in der vorher beschriebenen Weise parallel zur elektrischen Maschine und ist somit radial nebeneinander dazu angeordnet. Die jeweils andere Abtriebswelle erstreckt sich ausgehend vom Differential bzw. der Übersetzungsstufe in die entgegengesetzte Richtung.
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Bevorzugt ist das zweite Zahnrad der Übersetzungsstufe als Differentialrad des Differentials ausgebildet. Somit vereint das zweite Zahnrad die Funktionen der Übersetzungsstufe sowie die Funktionen des Differentials. Das zweite Zahnrad der Übersetzungsstufe überträgt somit eine Antriebsleistung vom ersten Zahnrad in das Differential, wobei das zweite Zahnrad gleichzeitig mit weiteren Zahnrädern und/oder Wellen des Differentials, beispielsweise mit Ausgleichsrädern des Differentials, zusammenwirkt, um die Antriebsleistung entsprechend auf die Abtriebswellen aufzuteilen.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die erste Abtriebswelle im Bereich einer Durchführung durch das Gehäuse mittels eines ersten Lagerelements drehbar zum Gehäuse gelagert. Mit anderen Worten ist das erste Lagerelement am Hauptgehäuse der Antriebsvorrichtung angeordnet, um die erste Abtriebswelle, also die radial neben der elektrischen Maschine angeordnete Abtriebswelle, drehbar am Gehäuse zu lagern. Die Montage der Bauteile der Antriebsvorrichtung im Gehäuseraum erfolgt in diesem Fall beispielsweise durch eine auf einer axial gegenüberliegenden Seite ausgebildeten Gehäuseöffnung am Gehäuse oder durch wenigstens eine auf einer bezogen auf die Abtriebsachse seitlichen Gehäuseöffnung am Gehäuse. Die jeweilige Gehäuseöffnung dient insbesondere als Montageöffnung, durch die eine Montage, Demontage oder Wartung der Bauteile der Antriebsvorrichtung, insbesondere der elektrischen Maschinen, einer eventuellen im Gehäuseraum angeordneten Leistungselektronik, der Übersetzungsstufe und der jeweiligen Abtriebswelle möglich ist.
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Alternativ ist der Gehäuseraum durch einen Gehäusedeckel räumlich begrenzt ist, wobei das erste Lagerelement am Gehäusedeckel angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das erste Lagerelement am Gehäusedeckel integriert, wobei der Gehäusedeckel den Gehäuseraum auf Seiten der elektrischen Maschine in axialer Richtung räumlich begrenzt. Neben diesem Gehäusedeckel können weitere Gehäusedeckel vorgesehen sein, die den Gehäuseraum radial und/oder axial räumlich begrenzen und eine Montage und/oder Wartung der Antriebsvorrichtung vereinfachen. Ferner können Gehäusedeckel auch axiale Durchbrüche aufweisen, durch die beispielsweise die Rotorwelle oder die jeweilige Abtriebswelle axial hindurchgeführt werden.
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Der oder die Gehäusedeckel sind insbesondere formschlüssig mit dem Gehäuse verbindbar ausgebildet. Eine formschlüssige Verbindung kann Positioniermittel, beispielsweise komplementär ausgebildete Erhebungen und Vertiefungen, zur Vorabpositionierung und vereinfachten Montage des Gehäuses umfassen. Ferner können die Gehäuseteile lösbar miteinander verbunden, insbesondere verschraubt werden. Das Gehäuse kann zudem aus einem oder mehreren Gehäusesegmenten, die das Hauptgehäuse bilden, bestehen, die wiederum formschlüssig miteinander verbindbar sind. Der bzw. die Gehäusedeckel sind mit dem Gehäuse bzw. mit einem oder mehreren Gehäusesegmenten des Gehäuses formschlüssig verbindbar, insbesondere verschraubbar. Durch geeignete Anordnung der Bauteile der Antriebsvorrichtung zueinander und im Gehäuseraum lässt sich die erforderliche Anzahl der Gehäuseteile reduzieren.
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Die Antriebsvorrichtung kann in unterschiedlicher Weise gekühlt und/oder geschmiert werden. Es ist beispielsweise denkbar, eine Luftkühlung und/oder Ölkühlung und/oder Wasserkühlung der elektrischen Maschine vorzusehen, wobei insbesondere das den Stator der elektrischen Maschine aufnehmende Statorgehäuse entsprechende Luftführungs- bzw Ölkanäle oder Wasserleitungen aufweist, um den Stator zu kühlen. Zudem kann eine Schmierung und/oder Kühlung der Übersetzungsstufe und/oder der elektrischen Maschine mittels eines Schmiermittels bzw. Kühlmittels erfolgen.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Sammelraum für ein Kühl- und/oder Schmiermittel vorgesehen ist, der mit dem Gehäuseraum fluidisch verbunden ist. Der Sammelraum kann direkt oder mittelbar, beispielsweise über Fluidleitungen, mit dem Gehäuseraum verbunden sein, wobei über den Sammelraum eine passive und/oder aktive Schmierung und/oder Kühlung der elektrischen Maschine, der Übersetzungsstufe, des Differentials oder weiterer zu kühlender und/oder zu schmierender Bauteile der Antriebsvorrichtung erfolgt. Der Sammelraum ist beispielsweise direkt mit einer Ölwanne verbunden oder als solche ausgebildet, in welche das zweite Zahnrad der Übersetzungsstufe zum Eintauchen in ein Schmiermittel hineinragt.
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Vorzugsweise ist eine Pumpe im Sammelraum angeordnet und dazu ausgebildet, das Kühl- und/oder Schmiermittel zu fördern. Mittels der Pumpe ist insbesondere eine aktive Schmierung und/oder Kühlung der Antriebsvorrichtung realisierbar, wobei die Pumpe ein Schmiermittel und/oder Kühlmittel zu einem beliebigen Punkt des Gehäuseraums fördern kann. Insbesondere kann die Pumpe über entsprechende Führungskanäle zumindest mittelbar fluidisch mit einem Statorgehäuse, insbesondere einem im Statorgehäuse ausgebildeten Kühlsystem der elektrischen Maschine, mit der Rotorwelle, mit den Zahnrädern der Übersetzungsstufe, mit der jeweiligen Abtriebswelle und/oder mit Lagerelementen der Antriebsvorrichtung, insbesondere Lagerelementen der Rotorwelle, der Zahnräder, des Differentials und/oder der jeweiligen Abtriebswelle, verbunden sein. Die Pumpe ist beispielsweise als Ölpumpe zur Förderung eines Schmieröls ausgebildet.
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Bevorzugt ist der Sammelraum mit wenigstens einem am Gehäuse ausgebildeten Führungskanal fluidisch verbunden. Der Führungskanal kann beispielsweise mit der Pumpe fluidisch verbunden sein und somit ein Kühl- und/oder Schmiermittel zur Schmierung bzw. Kühlung fördern. Die Pumpe kann das Schmiermittel und/oder Kühlmittel über einen jeweiligen Führungskanal an die entsprechende Stelle des Gehäuseraums fördern. Alternativ kann der Führungskanal dazu ausgebildet sein, ein gesammeltes oder zusammengeführtes Kühl- bzw. Schmiermittel zum Sammelraum zu fördern. Mehrere Führungskanäle können zu einem Kanalsystem zusammengefasst werden, die ein Kühl- und/oder Schmiermittel in geeigneter Weise über die Führungskanäle verteilen oder zusammenführen. Ferner ist denkbar, dass sich der jeweilige Führungskanal durch mehrere Segmente des Gehäuses erstreckt, wobei beispielsweise ein Führungskanal in einem Gehäusedeckel eindeutig einem Führungskanal in einem Gehäusesegment bzw. im Hauptgehäuse zuordenbar ist. In diesem Sinn kann ein Führungskanal ferner im oder am Gehäusedeckel angeordnet sein.
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Ferner bevorzugt ist der Führungskanal an einem Innenmantel des Gehäuses im Bereich der ersten Abtriebswelle ausgebildet. Der jeweilige Führungskanal kann derart am Innenmantel bzw. an der dem Gehäuseraum zugewandten Innenfläche des Gehäuses ausgebildet sein, insbesondere als Nut, Rille oder sich länglich erstreckende Vertiefung, sodass ein Schmiermittel und/oder Kühlmittel vom Führungskanal, wie zuvor beschrieben, gesammelt wird und entsprechend zum Sammelraum geführt wird.
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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ist in rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen sowie gleichermaßen in hybridisch angetriebenen Fahrzeugen einsetzbar, die teilweise elektrisch und teilweise mittels eines separaten Verbrennungsmotors antreibbar sind. Vorzugsweise ist die Antriebsvorrichtung quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnet. Das Fahrzeug kann je nach Ausbildung und Anzahl der angetriebenen Achsen auch zwei oder mehrere derartige Antriebsvorrichtungen umfassen, wobei eine Achse, mehrere Achsen oder alle Achsen des Fahrzeugs mit der jeweiligen erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ausgestattet und dadurch antreibbar ausgeführt sein können. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Automobil (z.B. ein Personenkraftfahrwagen mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t), Bus oder Lastkraftwagen (Bus und Lastkraftwagen z. B. mit einem Gewicht von über 3,5 t).
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Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeug.
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Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen ggf. auch kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte kumuliert umsetzen zu können.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß 1, und
- 3 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 1 mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 2 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Antriebsvorrichtung 2 umfasst eine elektrische Maschine 3, die eine Antriebsleistung erzeugt und über eine Übersetzungsstufe 5 auf ein Differential 13 überträgt. Das Differential 13 teilt die Antriebsleistung auf einer erste und zweite Abtriebswelle 6a, 6b auf. Jede Abtriebswelle 6a, 6b ist mit einem Rad 20a, 20b des Fahrzeugs 1 antriebswirksam verbunden.
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Die elektrische Maschine 3 ist mit einer - hier nicht gezeigten - Leistungselektronik elektrisch und steuerungstechnisch verbunden, wobei die Leistungselektronik sowie die elektrische Maschine 3 mit einem - hier ebenfalls nicht gezeigten - Energiespeicher verbunden sind. In einem umgekehrten Leistungsfluss bzw. in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 3 kann der Energiespeicher mit elektrischer Energie gespeist werden. Der Energiespeicher kann beispielsweise eine Batterie oder dergleichen sein. Mittels der elektrischen Maschine 3 kann im Generatorbetrieb elektrische Energie erzeugt, gespeichert und zur erneuten Speisung der elektrischen Maschine 3 vorgehalten werden.
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Die Antriebsvorrichtung 2 ist detailliert in 2 dargestellt. Vorliegend ist gezeigt, dass die elektrische Maschine 3 einen auf einer Antriebsachse 4 angeordneten Stator 22 mit einer radial innerhalb des Stators 22 angeordneten und drehantreibbaren Rotorwelle 8 aufweist. Die Rotorwelle 8 ist einteilig mit einem ersten Zahnrad 9 der Übersetzungsstufe 5 verbunden, die ebenfalls koaxial zur Antriebsachse 4 angeordnet ist. Das erste Zahnrad 9 dient als Ritzel der Übersetzungsstufe 5 und steht mit einem auf einer Abtriebsachse 7 angeordneten zweiten Zahnrad 10 in Zahneingriff. Das erste Zahnrad 9 weist einen geringeren Durchmesser auf als das zweite Zahnrad 10. Das zweite Zahnrad 10 bildet gleichzeitig ein Differentialrad eines im Leistungsfluss nach der Übersetzungsstufe 5 angeordneten Differentials 13, welches eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine 3, die über die Übersetzungsstufe 5 mit Übersetzungsverhältnis von größer als 1 bzw. i > 1 gewandelt und in das Differential 13 geleitet wird, auf die beiden Abtriebswellen 6a, 6b aufteilt.
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Das Differential 13 ist vorliegend nicht detailliert dargestellt. Jedenfalls wird die Antriebsleistung über das vorliegend als Differentialrad ausgebildete zweite Zahnrad 10 auf die beiden Abtriebswellen 6a, 6b in geeigneter Weise aufgeteilt und ein Drehmoment sowie eine Drehzahl entsprechend übertragen. Die beiden Abtriebswellen 6a, 6b sind zusammen mit dem Differential 13 koaxial zueinander auf der parallel zur Antriebsachse 4 verlaufenden Abtriebsachse 7 angeordnet.
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Die elektrische Maschine 3, die Übersetzungsstufe 5 sowie ein Teil der Abtriebswellen 6a, 6b sind in einem gemeinsamen Gehäuseraum 12 eines Gehäuses 11 der Antriebsvorrichtung 2 angeordnet. Vorliegend umfasst das Gehäuse 11 drei Einzelteile, die in nicht näher gezeigter Art und Weise wenigstens formschlüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschraubt, sind. Das Gehäuse 11 weist vorliegend zum einen ein erstes Gehäusesegment 11b zur Aufnahme der elektrischen Maschine 3 und eines Teils der ersten Abtriebswelle 6a sowie ein zweites Gehäusesegment 11c zur Aufnahme der Übersetzungsstufe 5 mit den Zahnrädern 9, 10 auf. Das erste Gehäusesegment 11b wird einerseits axial durch einen Gehäusedeckel 11a verschlossen, welcher an einer ersten Trennebene 23a am ersten Gehäusesegment 11b axial zur Anlage kommt und daran abdichtend befestigt ist. An einer gegenüberliegenden Seite des ersten Gehäusesegments 11b kommt an einer zweiten Trennebene 23b das zweite Gehäusesegment 11c axial zur Anlage, das analog zum Gehäusedeckel 11a am ersten Gehäusesegment 11b befestigt ist. Mithin ist das erste Gehäusesegment 11b axial zwischen dem Gehäusedeckel 11a und dem zweiten Gehäusesegment 11c angeordnet und ist abdichtend daran befestigt.
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Die erste Abtriebswelle 6a und die elektrische Maschine 3 sind parallel nebeneinander im gemeinsamen Gehäuseraum 12 des Gehäuses 11 der Antriebsvorrichtung 2 angeordnet, wobei radial zwischen der elektrischen Maschine 3 und der ersten Abtriebswelle 6a ein leerer Zwischenraum 18 ausgebildet ist. Anders gesagt ist radial zwischen der elektrischen Maschine 3 und der ersten Abtriebswelle 6a kein weiteres Bauteil, wie etwa ein weiteres Gehäusebauteil oder ein weiterer Gehäuseabschnitt, im Gehäuseraum 12 angeordnet. Somit nimmt das erste Gehäusesegment 11b sowohl die elektrische Maschine 3, umfassend den Stator 22 und die Rotorwelle 8, sowie die erste Abtriebswelle 6a radial auf. Somit ist der Zwischenraum 18 als Luftspalt zu verstehen, der radial zwischen dem Stator 22 und der ersten Abtriebswelle 6a vorliegt. Je kleiner der Luftspalt bzw. der radiale Zwischenraum 18 unter Berücksichtigung der Bauteilabmessungen der elektrischen Maschine 3 und der ersten Abtriebswelle 6a ausgebildet ist, desto näher sind die Abtriebsachse 7 und die Antriebsachse 4 in radialer Richtung zueinander positioniert. Dadurch kann das erste Zahnrad 9 kleiner ausgebildet werden, insbesondere einen kleineren Teilkreisdurchmesser und eine geringere Zähnezahl aufweisen, sodass im Verhältnis zu einem Teilkreisdurchmesser und einer Zähnezahl des zweiten Zahnrades 10 mit der Übersetzungsstufe 5 eine größere Übersetzung realisierbar ist.
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Die erste Abtriebswelle 6a ist über ein erstes Lagerelement 14 und ein zweites Lagerelement 24 drehbar gegenüber dem Gehäuse 11 gelagert. Vorliegend ist das erste Lagerelement 14 im Bereich einer Durchführung 15 durch den Gehäusedeckel 11a des Gehäuses 11 angeordnet, durch den die erste Abtriebswelle 6a aus dem Gehäuse 11 herausgeführt ist. Mithin ist das erste Lagerelement 14 im ersten Gehäusedeckel 11a angeordnet. Alternativ ist denkbar, dass, wenn kein Gehäusedeckel 11a vorgesehen ist, das erste Lagerelement 14 direkt am ersten Gehäusesegment 11b bzw. am Hauptgehäuse der Antriebsvorrichtung 2 angeordnet ist.
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Die zweite Abtriebswelle 6b ist vorliegend über ein drittes Lagerelement 25a drehbar im zweiten Gehäusesegment 11c gelagert und ist an einer zur Durchführung 15 axial gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 11 aus dem Gehäuse 11 geführt. Die Rotorwelle 8 ist vorliegend über ein viertes Lagerelement 25b, welches ebenfalls im Gehäusedeckel 11a angeordnet ist, ein fünftes Lagerelement 25c, das im ersten Gehäusesegment 11b angeordnet ist, sowie ein sechstes Lagerelement 25d, das im zweiten Gehäusesegment 11c angeordnet ist, drehbar gegenüber dem Gehäuse 11 gelagert. Die Lagerelemente 14, 24, 25a - 25d sind vorliegend als Rillenkugellager abgebildet, die sowohl radiale als auch axiale Kräfte übertragen. Die Auswahl und Dimensionierung der Lagerelemente 14, 24, 25a - 25d erfolgt in Abhängigkeit der auftretenden Lasten und ihrer Wirkungsrichtung in der Antriebsvorrichtung 2.
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Die Antriebsvorrichtung 2 weist ferner einen Sammelraum 17 in Schwerkraftrichtung unterhalb des ersten Gehäusesegmentes 11b auf, welcher fluidisch mit dem Gehäuseraum 12 verbunden ist und zum Sammeln und Vorhalten eines Schmiermittels 21 vorgesehen ist. Mithin ist der Sammelraum 17 als Ölwanne bzw. als Ölsumpf ausgebildet. Das Schmiermittel 21 kann beispielsweise ein Schmieröl sein. Der Sammelraum 17 ist fluidisch mit dem Gehäuseraum 12 verbunden, um eine passive Schmierung und Kühlung der Übersetzungsstufe 5 zu realisieren. Dazu taucht das zweite Zahnrad 10 der Übersetzungsstufe 5 in das Schmiermittel 21 ein und schmiert dadurch den Zahneingriff des zweiten Zahnrades 10 mit dem ersten Zahnrad 9 sowie, durch Fliehkräfte begünstigt, die umliegenden Lagerelemente 14, 24, 25a - 25d, die Rotorwelle 8 innerhalb des Stators 22 mit. Dadurch, dass radial zwischen der ersten Abtriebswelle 6a und der elektrischen Maschine 3 keine weiteren Bauteile angeordnet sind, wird eine Schmierwirkung zusätzlich verbessert, wobei auf eine zusätzliche Schmierung beispielsweise der Lagerelemente 14, 24, 25a - 25d verzichtet werden kann. Zur Rückführung des Schmiermittels 21 in den Sammelraum, ist der Sammelraum 17 über einen Führungskanal 19 fluidisch mit dem Gehäuseraum 12 verbunden. Der Führungskanal 19 ist vorliegend als radialer Durchbruch ausgebildet.
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Nach 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 2 dargestellt, wobei die Antriebsvorrichtung 2 im Gegensatz zu 1 und 2 zum Antrieb eines einzigen Rades 20a des Fahrzeugs 1 vorgesehen ist. Entsprechend ist das zweite Zahnrad 10 drehfest mit nur einer ersten Abtriebswelle 6a verbunden. Eine zweite Abtriebswelle 6b sowie wie ein Differential 13 sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen. Im Übrigen sind die elektrische Maschine 3, die Rotorwelle 8, die Übersetzungsstufe 5 sowie die erste Abtriebswelle 6a im Wesentlichen analog zu 1 und 2 ausgebildet.
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Die elektrische Maschine 3, die Übersetzungsstufe 5 sowie ein Teil der ersten Abtriebswelle 6a sind im gemeinsamen Gehäuseraum 12 eines Gehäuses 11 der Antriebsvorrichtung 2 angeordnet. Vorliegend umfasst das Gehäuse 11 drei Einzelteile, die in nicht näher gezeigter Art und Weise wenigstens formschlüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschraubt, sind. Das Gehäuse 11 weist vorliegend zum einen ein erstes Gehäusesegment 11b zur Aufnahme der elektrischen Maschine 3 und der ersten Abtriebswelle 6a auf. Das erste Gehäusesegment 11b wird einerseits axial durch einen Gehäusedeckel 11a verschlossen, welcher an einer ersten Trennebene 23a am ersten Gehäusesegment 11b axial zur Anlage kommt und daran abdichtend befestigt ist. An einer gegenüberliegenden Seite des ersten Gehäusesegments 11b kommt im Bereich einer zweiten Trennebene 23b ein als Gehäusedeckel ausgebildetes zweites Gehäusesegment 11c axial zur Anlage, das analog zum Gehäusedeckel 11a befestigt ist. Das zweite Gehäusesegment 11c ist zur Aufnahme der Übersetzungsstufe 5 ausgebildet. Mithin ist das erste Gehäusesegment 11b axial zwischen dem Gehäusedeckel 11a und dem zweiten Gehäusesegment 11c angeordnet und abdichtend daran befestigt.
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Die erste Abtriebswelle 6a und die elektrische Maschine 3 sind parallel nebeneinander im gemeinsamen Gehäuseraum 12 des Gehäuses 11 der Antriebsvorrichtung 2 angeordnet, wobei radial zwischen der elektrischen Maschine 3 und der ersten Abtriebswelle 6a ein leerer Zwischenraum 18 ausgebildet ist. Bezüglich des Zwischenraumes 18 bzw. des Luftspalts radial zwischen der ersten Abtriebswelle 6a und der elektrischen Maschine 3 wird auf die Beschreibung zu 2 Bezug genommen.
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Die erste Abtriebswelle 6a ist über ein erstes Lagerelement 14 und ein zweites Lagerelement 24 drehbar gegenüber dem Gehäuse 11 gelagert. Vorliegend ist das erste Lagerelement 14 im Bereich einer Durchführung 15 durch den Gehäusedeckel 11a des Gehäuses 11 angeordnet, durch den die erste Abtriebswelle 6a aus dem Gehäuse 11 herausgeführt wird. Mithin ist das erste Lagerelement 14 im Gehäusedeckel 11a angeordnet.
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Die Rotorwelle 8 ist vorliegend über ein drittes Lagerelement 25a, welches ebenfalls im Gehäusedeckel 11a angeordnet ist, und ein viertes Lagerelement 25b, das im ersten Gehäusesegment 11b angeordnet ist, drehbar gegenüber dem Gehäuse 11 gelagert. Die Lagerelemente 14, 24, 25a, 25b sind vorliegend als Rillenkugellager dargestellt, die sowohl radiale als auch axiale Kräfte übertragen. Die Auswahl und Dimensionierung der Lagerelemente 14, 24, 25a, 25b erfolgt in Abhängigkeit der auftretenden Lasten und ihrer Wirkungsrichtung in der Antriebsvorrichtung 2.
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Der Sammelraum 17 ist im Wesentlichen identisch zum Sammelraum 17 nach 2 ausgebildet. Ein wesentlicher Unterschied besteht vorliegend darin, dass im Sammelraum 17 eine als Ölpumpe ausgebildete Pumpe 16 angeordnet ist, die das im Sammelraum 17 gesammelte Schmiermittel 21 an geeignete Stellen innerhalb des Gehäuses 11 fördert. Im Übrigen erfolgt die Schmierung bzw. Kühlung der Antriebsvorrichtung 2 analog zu 2. Für den Fall, dass bestimmte Elemente oder Bauteile der Antriebsvorrichtung 2 durch die passive Schmierung nicht hinreichend mit Schmiermittel 21 versorgt werden, können weitere Führungskanäle 19 im Gehäuse 11 ausgebildet werden.
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Es sei hiermit explizit erwähnt, dass am Gehäuse 11, da wo erforderlich, entsprechende Dichtelemente vorgesehen sein können, die den Gehäuseraum 12 gegenüber einer äußeren Atmosphäre abdichten. Durch die - hier nicht gezeigten - Dichtelemente wird insbesondere der Eintritt von Feuchtigkeit und/oder Schmutz in den Gehäuseraum 12 verhindert, wodurch die Lebensdauer der Lagerelemente und/oder der rotierenden Bauteile verbessert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Antriebsvorrichtung
- 3
- Elektrische Maschine
- 4
- Antriebsachse
- 5
- Übersetzungsstufe
- 6a
- Erste Abtriebswelle
- 6b
- Zweite Abtriebswelle
- 7
- Abtriebsachse
- 8
- Rotorwelle
- 9
- Erstes Zahnrad der Übersetzungsstufe
- 10
- Zweites Zahnrad der Übersetzungsstufe
- 11
- Gehäuse
- 11a
- Gehäusedeckel
- 11b
- Erstes Gehäusesegment
- 11c
- Zweites Gehäusesegment
- 12
- Gehäuseraum
- 13
- Differential
- 14
- Erstes Lagerelement
- 15
- Durchführung
- 16
- Pumpe
- 17
- Sammelraum für Kühl- und/oder Schmiermittel
- 18
- Zwischenraum
- 19
- Führungskanal
- 20a
- Erstes Rad
- 20b
- Zweites Rad
- 21
- Schmiermittel
- 22
- Stator
- 23a
- Erste Trennebene
- 23b
- Zweite Trennebene
- 23c
- Dritte Trennebene
- 24
- Zweites Lagerelement
- 25a
- Drittes Lagerelement
- 25b
- Viertes Lagerelement
- 25c
- Fünftes Lagerelement
- 25d
- Sechstes Lagerelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018210329 A1 [0002]
