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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, einer elektrischen Maschine, einem Planetengetriebe und einem Achsgetriebe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Ein gattungsgemäßes elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug ist im Wesentlichen aus der
DE 10 2013 225 519 A1 bekannt. Darin wird ein Aufbau mit einer elektrischen Maschine einem Planetengetriebe und einem Achsgetriebe beschrieben, wobei das Planetengetriebe über einen Planetenträger mit jeweils zwei drehfest gekoppelten Planetenrädern für jeden der Planeten verfügt. Diese kämmen mit zwei unterschiedlichen Hohlrädern, welche über Bremselemente gegenüber einem Gehäuse des elektrischen Antriebssystems festgebremst werden können. Hierdurch werden zwei unterschiedliche Übersetzungen zwischen der elektrischen Maschine einerseits und dem Achsgetriebe andererseits realisiert.
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Der Nachteil bei dem beschriebenen Zweigangsystem besteht nun insbesondere in diesen Schalt- bzw. Bremselementen für die beiden Planetenräder. Diese müssen als Lamellenschaltelemente ausgeführt sein, was zu erhöhten Verlusten im offenen Betrieb, also bei einem Segeln des Fahrzeugs führt. Letztlich verursacht dies einen höheren Leistungsbedarf des Fahrzeugs an sich und verringert so die Reichweite des Fahrzeugs.
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Einen sehr ähnlichen Aufbau zeigt auch die
US 2012/0149520 A1 . Auch darin wird Aufbau zwischen zwei unterschiedlichen Hohlrädern umgeschaltet, wobei hier zur Umschaltung zwischen den Hohlrädern ein Klauenschaltelement vorgesehen werden kann.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes elektrisches Antriebssystem anzugeben, welches insbesondere die genannten Nachteile vermeidet oder zumindest verringert.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein elektrisches Antriebssystem mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem umfasst, ähnlich wie das Antriebssystem im oben genannten Stand der Technik, eine elektrische Maschine, deren Rotorwelle, einerseits drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine, und andererseits drehfest mit dem genau einen Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden ist.
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„Drehfest verbunden“ im Sinne der hier vorliegenden Erfindung bedeutet dabei, dass die drehfest miteinander gekoppelten Elemente bzw. Bauteile derart miteinander verbunden sind, dass sie mit derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Die auf diese Weise drehfest verbundenen Elemente bzw. Bauteile sind hierzu zwingend koaxial zueinander angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist nun ein in zumindest eine Drehrichtung formschlüssig wirkendes Kupplungselement vorgesehen, welches zwischen dem Planetenträger und einer Eingangswelle des Achsgetriebes angeordnet ist. Über dieses Kupplungselement wird der Planetenträger derart mit der Eingangswelle gekoppelt oder ist über dieses Kupplungselement mit der Eingangswelle koppelbar, dass eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger und der Eingangswelle in zumindest einer Vorwärtsdrehrichtung des Rotors herstellbar ist. Über dieses Kupplungselement kann für den Zugbetrieb, also wenn über die elektrische Maschine in ihrem motorischen Betrieb das Kraftfahrzeug angetrieben werden soll, Kraft über das Kupplungselement auf die Eingangswelle des Achsgetriebes und damit letztlich auf die durch das Achsgetriebe angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs übertragen werden.
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Unter der „Vorwärtsdrehrichtung“ ist zunächst eine von zwei möglichen Drehrichtungen des Rotors zu verstehen, Insbesondere ist unter der „Vorwärtsdrehrichtung“ eine Drehrichtung des Rotors zu verstehen, die zu einem Vorwärtsbetrieb des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist. Unter dem „Zugbetrieb“ ist ein Betrieb der elektrischen Maschine zu verstehen, bei welchem ein von der elektrischen Maschine erzeugtes Antriebsmoment zum Zwecke eines Antriebs des Kraftfahrzeuges von der elektrischen Maschine auf das Achsgetriebe übertragen wird.
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Dabei kann das Kupplungselement gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung einen ersten Freilauf aufweisen. Der erste Freilauf ist dabei zwischen dem Planetenträger und einer Eingangswelle des Achsgetriebes vorgesehen, mittels welchem der Planetenträger derart mit der Eingangswelle gekoppelt ist, dass eine Drehung des Planetenträgers gegenüber der Eingangswelle in einer Vorwärtsdrehrichtung des Rotors der elektrischen Maschine blockiert ist. Über den ersten Freilauf zwischen dem Hohlrad und dem Gehäuse lassen sich also nur Zugmomente der elektrischen Maschine übertragen. Im Schub kommt es zu einem automatischen Abkoppeln, bei einem erneuten Wechsel vom Schub zu Zug wird dann automatisch wieder angekoppelt.
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Der Aufbau ist außerordentlich einfach und effizient und kann, ohne dass hierfür eine Aktuatorik notwendig ist, dafür sorgen, dass die elektrische Maschine in der Vorwärtsdrehrichtung Drehmoment auf das Achsgetriebe übertragen kann. In einer Rückwärtsdrehrichtung, also wenn der Leistungsfluss vom Achsgetriebe in Richtung der elektrischen Maschine läuft, muss diese dann jedoch nicht mitgeschleppt werden, sondern wird zusammen mit dem ganzen Planentengetriebe über den ersten Freilauf selbstständig abgekoppelt, sodass ein Segeln ohne zusätzliche Leistungsverluste im Bereich des elektrischen Antriebssystems möglich wird, was insgesamt die Leistungsfähigkeit und den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebssystems steigert. Dies führt zu einer größeren Reichweite eines mit einem solchen elektrischen Antriebssystem als Hauptantrieb oder zusätzlicher Antrieb ausgestatteten Fahrzeugs.
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Durch die Abkopplung im Schub über den ersten Freilauf ist dabei prinzipbedingt keine Rückwärtsfahrt und keine Rekuperation möglich. Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung dieser Ausführung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung kann es deshalb vorgesehen sein, dass das Kupplungselement einen zweiten Freilauf aufweist, welcher zwischen dem Planetenträger und der Eingangswelle angeordnet ist, mittels welchem der Planetenträger derart mit der Eingangswelle des Achsgetriebes gekoppelt ist, dass eine Drehung des Planetenträgers gegenüber der Eingangswelle entgegen der Vorwärtsdrehrichtung des Rotors blockiert ist. Dieser zweite Freilauf wirkt nun also im Schub und eben nicht im Zug. Im Zugbetrieb der elektrischen Maschine wirkt diese also über den ersten Freilauf, welcher im Schubbetrieb öffnet auf das Achsgetriebe. Gleichzeitig wird über den zweiten Freilauf, welcher im Zugbetrieb automatisch öffnet, im Schubbetrieb eine Verbindung hergestellt, sodass dann sowohl ein Rückwärtsfahren als auch eine Rekuperation möglich sind.
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Um nun den oben genannten Vorteil des verlustfreien bzw. verlustarmen Segelns nicht zu verlieren ist es dabei vorgesehen, dass der zweite Freilauf schaltbar ausgeführt ist. Schaltbar bei dem Freilauf bedeutet dabei im Sinne der Erfindung, dass dieser ein- und ausgeschaltet werden kann. Im eingeschalteten Zustand wirkt er dann wie eine nicht schaltbarer Freilauf. Blockiert also die Drehung in der einen Richtung und erlaubt ein freies Drehen in der Gegenrichtung dazu. Im ausgeschalteten Zustand, wird dann die Blockade aufgehoben, der Freilauf wird somit deaktiviert und die Verbindung kann sich in beiden Drehrichtungen frei drehen. Durch das Ausschalten des zweiten Freilaufs kann also die von ihm ausgehende Blockade im Schubbetrieb gelöst werden, Damit ist im Schubbetrieb dann weiterhin ein verlustfreies Segeln mit einem mit dem elektrischen Antriebssystem ausgestatteten Kraftfahrzeug möglich wird. Soll nun rekuperiert werden oder ist eine Rückwärtsfahrt notwendig, kann durch ein Umschalten des zweiten Freilaufs, sodass dessen Blockierfunktion wieder eingeschaltet ist, ein solcher Betrieb einfach und effizient ermöglicht werden.
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Als Alternative zu einem solchen Aufbau mit einem oder zwei Freiläufen, von welchen einer schaltbar ist, kann es auch vorgesehen werden, dass das Kupplungselement ein Klauenschaltelement mit wenigstens zwei Schaltstellungen aufweist. Über dieses Klauenschaltelement lassen sich dann der Planetenträger und die Eingangswelle des Achsgetriebes in einer ersten Schaltstellung drehfest verbinden, sodass sowohl für den Zug- als auch Schubbetrieb eine drehfeste Verbindung realisiert werden kann. Damit lässt sich sowohl eine Vorwärtsfahrt als auch eine Rückwärtsfahrt oder eine Rekuperation beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs mit einem dann generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine umsetzen. In der zweiten Schaltstellung dieses Klauenschaltelements sind dann die Eingangswelle des Achsgetriebes und der Planetenträger voneinander gelöst, sodass ein Segeln möglich ist, ohne dass die elektrische Maschine und das Planetengetriebe mitgeschleppt werden müssen. Dies ermöglicht ein außerordentlich energieeffizientes Segeln und erlaubt durch den Einsatz des Klauenschaltelements ein einfaches und effizientes Umschalten, welches im geöffneten Zustand des Klauenschaltelements keine Verluste verursacht, wie es beispielsweise Lamellenschaltelemente tun würden.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung dieser Variante des erfindungsgemäßen Antriebssystems mit dem Klauenschaltelement sieht es ferner vor, dass das Klauenschaltelement eine dritte Schaltstellung aufweist, in welcher die Eingangswelle des Achsgetriebes drehfest mit dem Gehäuse verbindbar ist. Diese Stellung würde dann eine Parksperrstellung darstellen, bei welcher die Eingangswelle des Achsgetriebes drehfest mit dem Gehäuse des elektrischen Antriebssystems verbunden ist, sodass das Achsgetriebe und die Räder des Fahrzeugs sich nicht drehen können.
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Alternativ hierzu kann das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem auch ein Parksperrenrad und ein Schaltelement vorsehen, über welches die Eingangswelle des Achsgetriebes drehfest mit dem Gehäuse verbindbar ist, um einen Parksperr-Zustand zu realisieren. Diese Variante mit dem Parksperrrad ließe sich dabei sowohl bei der Ausgestaltung des Kupplungselements mit einem oder zwei Freiläufen als auch bei der Ausgestaltung des Kupplungselements mit einem Klauenschaltelement entsprechend umsetzen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung, welche in beiden Varianten umgesetzt werden kann, sieht es vor, dass der Planetenträger einen Satz von ersten Planetenrädern und einen Satz von zweiten Planetenrädern trägt, wobei die ersten Planetenräder einen größeren Durchmesser als die zweiten Planetenräder aufweisen und wobei jeweils eines der ersten Planetenräder und eines der zweiten Planetenräder drehfest miteinander verbunden sind. Dabei kann das Sonnenrad mit den ersten Planetenrädern im Eingriff stehen.
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Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung dieses Aufbaus gemäß der Erfindung kann dann ein Hohlrad, welches drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, mit den zweiten Planetenrädern in Verbindung stehen. Durch die unterschiedlichen Durchmesser der Planetenräder lässt sich so sehr effizient und bei minimalem Bauraumbedarf eine entsprechend hohe Übersetzung des Planetengetriebes zwischen der elektrischen Maschine und der Eingangswelle des Achsgetriebes erzielen.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung kann es dabei vorgesehen sein, dass die zweiten Planetenräder axial überlappend zu dem Achsgetriebe angeordnet sind. Eine solche Anordnung axial überlappend zu dem Achsgetriebe, sodass die zweiten Planetenräder also zumindest teilweise in axialer Richtung des elektrischen Antriebssystems gesehen innerhalb desselben Bereichs liegen, ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau in axialer Richtung.
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Die axiale Richtung soll dabei für die hier vorliegende Erfindung immer als axiale Richtung entlang oder parallel zu der Hauptdrehachse des elektrischen Antriebssystems verstanden werden, hier parallel zu Drehachse der Rotorwelle. Die radiale Richtung im Sinne der hier vorliegenden Beschreibung steht auf dieser axialen Richtung senkrecht.
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Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems kann es dabei vorsehen, dass das Achsgetriebe ein Kegelraddifferential mit einem Differentialkäfig aufweist. Dieser Differentialkäfig, welcher auch als Differentialgehäuse bezeichnet werden kann, bildet dabei die Differentialeingangswelle aus. Insbesondere bei diesem Aufbau des Achsgetriebes kann durch das axiale Überlappen mit den zweiten Planetenrädern, also den im Durchmesser kleineren Planetenrädern auf dem Planetenträger ein besonderer Bauraumvorteil erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung kann ferner ein erstes Radiallager vorgesehen sein, mittels welchem der Planetenträger radial gegenüber dem Gehäuse abgestützt ist, wobei eine planetenträgerseitige Lagerhälfte des ersten Radiallager radial außerhalb einer gehäuseseitigen zweiten Lagerhälfte angeordnet ist. Der Planetenträger stützt sich über das erste Radiallager also von radial außen auf einem radial weiter innen angeordneten Teil des Gehäuses, z.B. einen axial vorstehenden Bund einer Gehäusezwischenwand, ab.
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Eine weitere vorteilhafte Variante des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung kann außerdem ein zweites Radiallager vorsehen, mittels welchem der Planetenträger radial gegenüber dem Achsgetriebe abgestützt ist, wobei hier die erste planetenträgerseitige Lagerhälfte des zweiten Radiallagers radial außerhalb einer achsgetriebeseitigen zweiten Lagerhälfte angeordnet ist. Die Abstützung erfolgt also mit einem sich außen auf dem Achsgetriebe abstützenden Planetenträger. Die zweite Lagerhälfte des zweiten Radiallagers kann sich dabei vorzugsweise auf der Eingangswelle des Achsgetriebes abstützen. Bei der oben bereits angesprochenen Ausgestaltung als Kegelraddifferential würde sich diese Lagerhälfte des zweiten Radiallagers dann entsprechend auf den Differentialkäfig abstützen.
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Die Abstützung der Rotorwelle kann dabei gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung über Kombinationslager erfolgen, wozu ein erstes Kombinationslager und ein zweites Kombinationslager vorgesehen sind, welche jeweils zu einer axialen und radialen Abstützung der Rotorwelle gegenüber dem Gehäuse eingerichtet sind. Dabei ist sowohl bei dem ersten Kombinationslager als auch bei dem zweiten Kombinationslager die jeweils zugehörige rotorwellenseitige Lagerhälfte radial innerhalb der jeweiligen gehäuseseitigen Lagerhälfte angeordnet. Die Rotorwelle wird also an Teilen des Gehäuses, z.B. radial verlaufenden Zwischenwänden des Gehäuses abgestützt, welche radial außerhalb der Rotorwelle liegen.
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Die elektrische Maschine kann vorzugsweise als Axialflussmaschine realisiert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des elektrischen Antriebssystems ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher dargestellt sind.
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Dabei zeigen:
- 1 eine erste mögliche Ausführungsform einer elektrischen Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung; und
- 2 eine zweite mögliche Ausführungsform einer elektrischen Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung.
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In der Darstellung der 1 ist ein elektrisches Antriebssystem 1 für ein nicht gezeigtes Kraftfahrzeug schematisch dargestellt. Das elektrische Antriebssystem 1 umfasst ein Gehäuse 2 sowie eine elektrische Maschine 3 mit einem gegenüber dem Gehäuse 2 drehfest gehaltenen Stator 4 sowie einem gegenüber dem Stator 4 drehbaren Rotor 5, welcher seinerseits drehfest mit einer Rotorwelle 6 verbunden ist.
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Das elektrische Antriebssystem 1 umfasst außerdem ein Planetengetriebe 7 mit einem Sonnenrad 8, welches drehfest mit der Rotorwelle 6 verbunden ist und einem Planetenträger 9, welcher einen Satz erster Planetenräder 10 und einen Satz zweiter Planetenräder 11 trägt. Die ersten Planetenräder 10 haben dabei einen größeren Durchmesser als die zweiten Planetenräder 11. Die einander benachbarten ersten und zweiten Planetenräder 10, 11 sind jeweils drehfest miteinander gekoppelt. Die zweiten Planetenräder 11 mit dem kleineren Durchmesser als die ersten Planetenräder 10, stehen mit einem Hohlrad 12 des Planetengetriebes 7 im Eingriff. Dieses Hohlrad 12 ist gegen über dem Gehäuse 2 drehfest ausgebildet steht als fest.
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Ergänzend dazu weist das elektrische Antriebssystem 1 ein Achsgetriebe 13 auf, welches hier als Kegelraddifferential ausgebildet ist. Eine Ausgangswelle 14 des Achsgetriebes 13 bildet dabei den durch die Pfeile angedeuteten Abtrieb, insbesondere zu den Rädern des Kraftfahrzeugs aus. Der Differentialkäfig 15 bildet die Eingangswelle 15 des Achsgetriebes 13 und ist mit dem Planetenträger 9 in später noch näher beschriebener Art und Weise gekoppelt oder koppelbar. Der Differentialkäfig 15 lässt sich außerdem über ein Parksperrenrad 16 und ein entsprechendes Schaltelement 17 gegenüber dem Gehäuse 2 drehfest fixieren, um eine Parksperre für das Kraftfahrzeug zu realisieren.
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Der hier dargestellte Aufbau mit dem einen Hohlrad 12 des Planetengetriebes 7 stellt also letztlich ein Ein-Gang-System zum Antreiben oder zumindest teilweise Antreiben des Kraftfahrzeugs über das elektrische Antriebssystem 1 dar.
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Zwischen dem Differentialkäfig 15 als Eingangswelle 15 des Achsgetriebes 13 und dem Planetenträger 9 ist nun ein in zumindest eine Drehrichtung formschlüssig wirkendes Kupplungselement 28 angeordnet, welches hier durch eine strichpunktierte Linie umrandet ist. Dieses Kupplungselement 28 umfasst in der Ausgestaltung gemäß 1 des elektrischen Antriebssystems 1 einen ersten Freilauf 18 sowie einen zweiten schaltbaren Freilauf 19.
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Über den ersten Freilauf 18 werden dabei nur Zugmomente der elektrischen Maschine 3 auf die Abtriebswelle 14 übertragen, während im Schubbetrieb der erste Freilauf 18 automatisch frei umläuft und damit die elektrische Maschine 3 und das Planetengetriebe 7 vom Achsgetriebe 13 abkoppelt. Hierdurch ist ein Schubbetrieb ohne ein Mitschleppen der elektrischen Maschine 3 und des Planetengetriebes 7 möglich, was einen effizienten und verlustarmen Betrieb der elektrischen Antriebsvorrichtung 1 beim sogenannten Segeln, also einem antriebslosen Rollenlassen des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Wird wieder vom Schub in den Zug gewechselt, dann schließt der erste Freilauf 18 automatisch und das Drehmoment der elektrischen Maschine 3 kann wieder auf den Abtrieb 14 übertragen werden.
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Mit dem ersten Freilauf 18 alleine ließe sich nun keine Rekuperation realisieren und auch ein Rückwärtsfahren des Kraftfahrzeugs über die elektrische Maschine 3 wäre so nicht möglich, da dies eine Kraftübertragung zwischen dem Abtrieb 14 und der elektrischen Maschine 3 in der entgegengesetzten Richtung, also der Schubrichtung, erforderlich macht. Um dies zu ermöglichen, ist nun der zweite Freilauf 19 vorgesehen. Dieser Freilauf 19 ist in der Art ausgebildet, dass er im Schubbetrieb Drehmomente übertragen kann, im Zugbetrieb nicht. Er ergänzt also den ersten Freilauf 18 entsprechend, sodass nun Rekuperation und Rückwärtsfahren möglich wird. Der zweite Freilauf 19 ist dabei schaltbar ausgebildet. Durch das Schalten dieses zweiten Freilaufs 19, was in der Darstellung der 1 durch den Pfeil angedeutet ist, lässt sich die Blockierfunktion ein- oder ausschalten, sodass der zweite Freilauf 19 entweder in der beschriebenen Art als im Schub blockierender Freilauf 19 arbeitet oder zu einem sowohl im Schub als auch im Zug freien Freilauf 19 umgeschaltet werden kann, sodass je nach Schaltstellung dieses zweiten Freilaufs 19 entweder eine Rekuperation oder ein Rückwärtsfahren möglich ist, während bei ausgeschalteter Blockierfunktion ein Segeln ohne das Mitschleppen der elektrischen Maschine 3 ermöglicht wird.
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Die Kombination der beiden Freiläufe 18, 19, von welchen der zweite Freilauf 19 schaltbar ist, ermöglicht also eine dauerhafte Anbindung in der einen Richtung und eine schaltbare Anbindung in der anderen Dreh- bzw. Kraftrichtung. Die beiden Freiläufe 18, 19 können dabei vorzugsweise als integriertes Kupplungselement 28 zusammengeführt sein, welche insbesondere in radialer Richtung R außerhalb des Differentialkäfigs 15 aber axial überlappend zu diesem angeordnet ist. Die Baueinheit ist vorzugsweise von der Außenseite des Gehäuses 2 her leicht zugänglich ist, insbesondere um die Schaltaktuatorik des zweiten Freilaufs 19 einfach und effizient, beispielsweise mittels einer Hydraulikleitung, einer elektrischen Signalleitung und/oder dergleichen betätigen zu können.
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Insgesamt lässt sich der Aufbau dabei außerordentlich kompakt realisieren. Nicht nur Kupplungselement 28 mit den beiden Freiläufen 18, 19 kann in der axialen Richtung A der Abtriebswelle 14 beziehungsweise der Rotorwelle 6 überlappend zu dem Achsgetriebe 13 beziehungsweise seinem Differentialkäfig 15 ausgebildet sein, sondern insbesondere auch der Satz der zweiten Planetenräder 11 sowie vorzugsweise das Hohlrad 12. All dies führt zu einem sehr kompakten Aufbau, insbesondere in der axialen Richtung A.
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Die elektrische Maschine 3, welche insbesondere als Axialflussmaschine ausgebildet sein kann, kann sich dabei hinsichtlich ihrer Rotorwelle 6 über ein erstes Kombinationslager 20 und ein zweites Kombinationslager 21 an dem Gehäuse 2 abstützen, wobei radial innen die Rotorwelle 6 und radial außerhalb der beiden Kombinationslager 20, 21 das Gehäuse angeordnet ist. Die Kombinationslager können dabei sowohl Axialkräfte als auch Radialkräfte übertragen, sind also eine Kombination aus Axiallagern und Radiallagern. Insbesondere kann es sich dabei über Schrägkugellager, Vierpunkt-Kugellager oder dergleichen handeln.
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Der Planetenträger 9 des Planetengetriebes 7 kann sich dann über ein erstes Radiallager 22 ebenfalls an dem Gehäuse 2 abstützen, wobei hier das Gehäuse 2 radial Innen und der Planetenträger 9 radial außerhalb dieses ersten Radiallagers 22 angeordnet ist. Das Radiallager 22 kann insbesondere als Zylinderrollenlager oder Rillenkugellager, wie dies allgemein bekannt und üblich ist, ausgebildet sein. Die Planeten 10, 11 sind über ein weiteres Radiallager 23 auf dem Planetenträger in an sich bekannter Art gelagert.
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Weitere relevante Lagerstellen in dem Aufbau des elektrischen Antriebssystems 1 liegen nun im Bereich der Abtriebswelle 14, wobei hier in der Darstellung der 1 links ein Radiallager 26 und in der Darstellung der 1 rechts ein Kombinationslager 27, welches also Axial- und Radialkräfte übertragen kann, angeordnet ist. In diesen stützt sich die radial innen liegende Abtriebswelle 14 auf dem radial außerhalb liegenden Gehäuse 2 ab.
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In der Darstellung der 2 ist nun ein alternatives Ausführungsbeispiel des elektrischen Antriebssystems 1 zu erkennen. Gleiche Bauelemente sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nachfolgend nicht nochmals erläutert. Ihr Aufbau ist vergleichbar zu dem im Rahmen des bisherigen Ausführungsbeispiels diskutierten Inhalt zu verstehen. Der Unterschied liegt nun darin, dass das Kupplungselement 28 anstelle der beiden Freiläufe 18, 19 ein Klauenschaltelement 24 aufweist. Dieses Klauenschaltelement 24 kann nun insbesondere von außerhalb des Gehäuses 2 aus über einen hier lediglich als Strich angedeuteten Aktuator 25 in verschiedene Schaltstellungen geschaltet werden. Im Ausführungsbeispiel der 2 sind dies drei diskrete Schaltstellungen. Die in der Darstellung der 2 eingezeichnete mittlere Schaltstellung ist eine Neutralstellung, bei welcher das Klauenschaltelement 24 lediglich mit dem Differentialkäfig 15 als Eingangswelle 15 des Achsgetriebes 13 verbunden ist. Dieses kann also frei umlaufen, was typischerweise als Neutralstellung oder umgangssprachlich als „Leerlauf" bezeichnet wird.
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Wird das Klauenschaltelement 24 nun in der Darstellung der 2 nach links verschoben, verbindet es den Planetenträger 9 mit dem Differentialkäfig 15 als Eingangswelle 15 des Achsgetriebes 13. Es entsteht also eine drehfeste Verbindung zwischen der Eingangswelle 15 des Achsgetriebes 13 und dem Planetenträger 9. Diese drehfeste Verbindung wirkt dabei sowohl in der Zug- als auch in der Schubrichtung, sodass bei geschalteter drehfester Verbindung über das Klauenschaltelement 24 in beide Richtungen Kräfte übertragen werden. In dieser Schaltstellung ist also sowohl der Antrieb der Abtriebswelle 14 möglich als auch über die Abtriebswelle 14 der Antrieb der elektrischen Maschine, welche dann generatorisch wirkt, um Energie beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs zurückzugewinnen. Neben dieser sogenannten Rekuperation ist auch ein Rückwärtsfahren des Kraftfahrzeugs möglich, indem die elektrische Maschine in die Gegenrichtung dreht und somit quasi in der Schubrichtung Kraft auf die Abtriebswelle 14 abgibt.
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Um nun ein energieeffizientes Segeln des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, wird das Klauenschaltelement 23 über den Aktuator 25 einfach in seine Neutralstellung, wie sie in der Darstellung der 2 dargestellt ist, zurückgeschaltet. Damit kann ohne ein Schleppen der elektrischen Maschine 3 und des Planetengetriebes 7 ein verlustarmes Segeln erreicht werden.
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Wie bereits erwähnt verfügt das Klauenschaltelement 24 in der Darstellung der 2 über eine dritte Schaltstellung. In dieser dritten Schaltstellung wird das Klauenschaltelement 24 in der Darstellung der 2 von dem Aktuator 25 nach rechts bewegt. Es verbindet dann die Eingangswelle 15 des Achsgetriebes 13 drehfest mit dem Gehäuse 2 des elektrischen Antriebssystems 1. Hierdurch lässt sich eine Parksperrfunktion realisieren, weil nun die Eingangswelle 15 gegenüber dem Getriebe drehfest gehalten ist und somit die Abtriebswelle 14 nicht drehen kann.
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Selbstverständlich wäre es auch denkbar, anstelle der Ausgestaltung des Klauenschaltelements 24 mit drei Schaltstellungen dieses lediglich mit zwei Schaltstellungen zu realisieren, in der Darstellung der 2 der Neutralstellung und der linken Stellung zum Verbinden des Planetenträgers 9 mit der Eingangswelle 15. Um dennoch eine Parksperre realisieren zu können, könnte nun das Parksperrenrad 16 mit seinem Schaltelement 17 analog zur Darstellung in 1 in den Aufbau der 2 integriert werden. Selbstverständlich wäre dies auch umgekehrt denkbar, um anstelle des Parksperrenrads mit seiner Erstreckung in radialer Richtung R das sich in axialer Richtung A erstreckende Zwischenelement entsprechend einzusetzen, welches dann wiederum über das Schaltelement 17 gegenüber dem Gehäuse drehfest gehalten werden könnte.
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Neben den bisher bereits beschriebenen Lagern ist in der Darstellung der 2 ein zweites Radiallager 29 zu erkennen. Dieses Radiallager 29 ist zwischen dem Planetenträger 9 und dem Differentialkäfig 15 als Eingangswelle 15 des Achsgetriebes 13 ausgebildet, wobei dessen planetenträgerseitige Lagerhälfte radial außen und seine achsgetriebeseitige Lagerhälfte radial innen angeordnet ist. Der Planetenträger 9 stützt sich über dieses zweite Radiallager 29 also von außen her auf dem Differentialkäfig 15 ab. Dieses zweite Radiallager 29 wäre selbstverständlich auch beim Aufbau gemäß 1 möglich, auch wenn es dort zur Vereinfachung der Darstellung nicht eingezeichnet ist.
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Ferner ist es so, dass bezüglich des Aktuators 25 natürlich auch hier die Anordnung axial überlappend und radial außerhalb des Differentialkäfigs 15 von Vorteil ist, sodass dieser vergleichsweise einfach von außerhalb des Gehäuses 2 her zugänglich ist, wie es oben bereits für eine Aktuatorik des zweiten schaltbaren Freilaufs 19 beschrieben worden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013225519 A1 [0002]
- US 20120149520 A1 [0004]
