DE102022203098A1

DE102022203098A1 - Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102022203098A1
Application number: DE102022203098.2A
Authority: DE
Inventors: Niclas Raeder
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-10-05
Also published as: US20230311629A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (10) für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs umfassend eine erste und zweite elektrische Maschine (EM1, EM2), ein Differential (5) mit einem Differentialeingang (6) und zwei Differentialausgangswellen (7, 8), die dazu eingerichtet sind, mit einem jeweiligen Antriebsrad (R1, R2) der Antriebsachse antriebswirksam verbunden zu sein, und ein Schaltgetriebe (1). Das Schaltgetriebe umfasst eine erste Getriebeeingangswelle (2) zur Anbindung der ersten elektrischen Maschine (EM1), eine zweite Getriebeeingangswelle (3) zur Anbindung der zweiten elektrischen Maschine (EM2), eine Getriebeausgangswelle (4) zur Anbindung des Differentials (5), eine erste Schalteinheit (S1) mit drei Schaltelementen (A, B, C), eine zweite Schalteinheit (S2) mit zwei Schaltelementen (D, E) sowie zwei miteinander gekoppelte Planetensätze (PS1, PS2). Das Differential (5) ist achsparallel zu den beiden elektrischen Maschinen (EM1, EM2) und zu dem Schaltgetriebe (1) angeordnet, wobei die Getriebeausgangswelle (4) über eine erste Stirnradstufe (SR1) mit einem Differentialeingang (6) antriebswirksam verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs, insbesondere für einen elektrischen Achsantrieb. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Antriebsachse, die eine solche Antriebseinheit aufweist.
Beispielsweise geht aus der WO 2021/063789 A1 eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges mit einem ersten und einem zweiten Antriebsrad, einer ersten und zweiten elektrischen Maschine, einem Schaltgetriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle sowie einem Achsdifferential mit einem Differentialeingang und zwei Differentialausgangswellen hervor. Die erste elektrische Maschine ist mit der Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle ist mit dem Differentialeingang verbunden. Die zweite elektrische Maschine ist bedarfsweise als zusätzlicher Antrieb zuschaltbar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs bereitzustellen. Insbesondere soll die Antriebseinheit kompakt und energieeffizient aufgebaut sein. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs umfasst eine erste elektrische Maschine, eine zweite elektrische Maschine, ein Differential mit einem Differentialeingang und zwei Differentialausgangswellen, die dazu eingerichtet sind, mit einem jeweiligen Antriebsrad der Antriebsachse antriebswirksam verbunden zu sein, und ein Schaltgetriebe aufweisend eine erste Getriebeeingangswelle zur Anbindung der ersten elektrischen Maschine, eine zweite Getriebeeingangswelle zur Anbindung der zweiten elektrischen Maschine, eine Getriebeausgangswelle zur Anbindung des Differentials, eine erste Schalteinheit mit einem ersten Schaltelement, einem zweiten Schaltelement und einem dritten Schaltelement, eine zweite Schalteinheit mit einem vierten Schaltelement und einem fünften Schaltelement sowie zwei miteinander gekoppelte Planetensätze, wobei der erste Planetensatz eine erste Sonnenradwelle, eine erste Hohlradwelle und eine erste Stegwelle aufweist, wobei der zweite Planetensatz eine zweite Sonnenradwelle, eine zweite Hohlradwelle und eine zweite Stegwelle aufweist, wobei die erste Stegwelle mit der zweiten Hohlradwelle drehfest verbunden ist, wobei die erste Sonnenradwelle mit der ersten Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist, wobei die erste Hohlradwelle stationär an einem drehfesten Bauteil festgelegt ist, wobei die zweite Stegwelle mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden ist, wobei mittels des ersten Schaltelements die zweite Sonnenradwelle mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbindbar ist, wobei mittels des zweiten Schaltelements zwei der drei Wellen des zweiten Planetensatzes drehfest miteinander verbindbar sind, wobei mittels des dritten Schaltelements die zweite Sonnenradwelle mit der ersten Getriebeeingangswelle drehfest verbindbar ist, wobei das Differential achsparallel zu den beiden elektrischen Maschinen und zu dem Schaltgetriebe angeordnet ist, wobei die Getriebeausgangswelle über eine erste Stirnradstufe mit dem Differentialeingang antriebswirksam verbunden ist.
Unter einer „antriebswirksam Verbindung“ ist eine Verbindung zwischen zwei Elementen oder zwischen zwei Vorrichtungen oder zwischen einem Element und einer Vorrichtung zu verstehen, die unmittelbar, also ohne die Einbeziehung weiterer Elemente und/oder Vorrichtungen, oder mittelbar, also durch Einbeziehung weiterer Elemente und/oder Vorrichtungen, erfolgen kann.
Das Schaltgetriebe ermöglicht den Anschluss zweier elektrischer Maschinen zur Einleitung einer Antriebsleistung über die beiden Getriebeeingangswellen. Das Schaltgetriebe ist antriebswirksam mit dem als Achsdifferential ausgebildeten Differential verbunden, wobei das Differential zum Anschluss zweier Ausgangswellen, welche zum Abtrieb auf das jeweilige Antriebsrad der Antriebsachse des Fahrzeugs vorgesehen sind, eingerichtet ist. Insbesondere wird die Antriebseinheit in einer elektrischen Antriebsachse für ein elektrisches Fahrzeug verwendet. Das Schaltgetriebe weist drei Gänge auf, wodurch eine hohe Energieeffizienz, insbesondere für elektrische Nutzfahrzeuge, geschaffen wird, wobei dafür lediglich zwei Schalteinheiten benötigt werden.
Unter einer „Schalteinheit“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest in einer der Schaltstellungen zwei Wellen miteinander drehfest verbindet und in einer anderen Schaltstellung die Wellen voneinander entkoppelt, sodass diese relativ zueinander rotieren können. In einem geschlossenen Zustand eines Schaltelements der Schalteinheit sind somit zwei Wellen drehfest miteinander verbunden, wobei in einem geöffneten Zustand eines Schaltelements oder einer Neutralposition der Schalteinheit die Wellen unterschiedliche Drehzahlen und/oder Drehrichtungen aufweisen können. Insbesondere kann eine Schalteinheit mehrere Schaltelemente umfassen und zur formschlüssigen oder reibschlüssigen Verbindung zweier Wellen eingerichtet sein. Bevorzugt sind die Schaltelemente formschlüssig ausgebildet, wobei die Schalteinheit dadurch kompakter und effizienter ist als eine Schalteinheit mit reibschlüssigen Schaltelementen.
Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung einer der Schalteinheiten hergestellt werden kann. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird. Der Begriff „Welle“ schließt dabei nicht aus, dass die zu verbindenden Komponenten einteilig ausgeführt sein können. Insbesondere können zwei drehfest miteinander verbundene Wellen einteilig ausgebildet sein.
Über die Getriebeausgangswelle erfolgt die Anbindung des Differentials an das Schaltgetriebe und somit an die beiden elektrischen Maschinen. Dazu ist die Getriebeausgangswelle über eine erste Stirnradstufe mit dem Differentialeingang antriebswirksam verbunden. Die erste Stirnradstufe umfasst eine drehfest an der Getriebeausgangswelle angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest am Differentialeingang ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen der Rotationsachse des Schaltgetriebes und der Rotationsachse des Differentials. Der Betrag des Achsversatzes kann vorteilhafterweise über die beiden Verzahnungsdurchmesser der ersten Stirnradstufe angepasst werden, wobei das Schaltgetriebe in tangentialer Richtung frei um die Differentialachse positionierbar ist.
Über die erste Getriebeeingangswelle erfolgt die Anbindung der ersten elektrischen Maschine. Bevorzugt ist die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine über eine zweite Stirnradstufe mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Die zweite Stirnradstufe umfasst eine drehfest an der ersten Getriebeeingangswelle angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest an der Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen der Rotationsachse des Schaltgetriebes und der Rotationsachse der ersten elektrischen Maschine. Der Betrag des Achsversatzes kann über die beiden Verzahnungsdurchmesser der zweiten Stirnradstufe angepasst werden, wobei die erste elektrische Maschine in tangentialer Richtung frei um das Schaltgetriebe positionierbar ist.
Über die zweite Getriebeeingangswelle erfolgt die Anbindung der zweiten elektrischen Maschine. Bevorzugt ist die Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine über eine dritte Stirnradstufe mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Die dritte Stirnradstufe umfasst eine drehfest an der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest an einer Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen der Rotationsachse des Schaltgetriebes und der Rotationsachse der zweiten elektrischen Maschine. Der Betrag des Achsversatzes kann über die beiden Verzahnungsdurchmesser der dritten Stirnradstufe angepasst werden, wobei die zweite elektrische Maschine in tangentialer Richtung frei um das Schaltgetriebe positionierbar ist.
Beispielsweise sind an der jeweiligen Stegwelle des Planetensatzes, also am Planetenträger des jeweiligen Planetensatzes, mehrere Planetenräder über Planetenbolzen drehbar gelagert, wobei die Planetenräder mit der jeweiligen Sonnenradwelle und der jeweiligen Hohlradwelle im Zahneingriff stehen. Insbesondere dient der zweite Planetenradsatz als Überlagerungsgetriebe, wobei die Antriebsleistung der beiden elektrischen Maschinen in dem zweiten Planetenradsatz überlagert wird und über das Differential auf die Antriebsräder des Fahrzeugs verteilt wird.
Wenn zwei Wellen des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden sind, ist der zweite Planetenradsatz verblockt und befindet sich somit in einem Blockumlauf. Durch das Verblocken des zweiten Planetenradsatzes mittels des zweiten Schaltelements der ersten Schalteinheit ist die Übersetzung unabhängig von der Zähnezahl der miteinander im Zahneingriff stehenden Elemente i=1. Anders ausgedrückt läuft der zweite Planetenradsatz als Block um. Bevorzugt wird der zweite Planetenradsatz dadurch verblockt, dass die Sonnenradwelle des zweiten Planetenradsatzes und die Stegwelle des zweiten Planetenradsatzes mittels der ersten Schalteinheit drehfest miteinander verbunden werden.
Mittels des ersten Schaltelements ist die zweite Sonnenradwelle mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbindbar. Bei dem „drehfesten Bauteil“, kann es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente des Getriebes handeln, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement. Ist ein Element einer Getriebekomponente, wie beispielsweise ein Element eines Planetensatzes permanent oder mittels eines Schaltelements temporär an einem drehfesten Bauteil festgesetzt, so ist es permanent bzw. temporär an einer Drehbewegung gehindert. Mithin ist in einer ersten Schaltstellung der ersten Schalteinheit die zweite Sonnenradwelle des zweiten Planetenradsatzes stationär festgelegt.
Vorzugsweise ist zur Schaltung des ersten Ganges das erste Schaltelement betätigbar, wobei zur Schaltung des zweiten Ganges das zweite Schaltelement betätigbar ist, wobei zur Schaltung des dritten Ganges das dritte Schaltelement betätigbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die zweite Stirnradstufe und die dritte Stirnradstufe axial aneinander angrenzend angeordnet. Mithin befinden sich keine weiteren Bauteile axial zwischen der zweiten Stirnradstufe und der dritten Stirnradstufe.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Stirnradstufe an einem ersten axialen Endabschnitt des Schaltgetriebes angeordnet, wobei die dritte Stirnradstufe an einem entgegengesetzt dazu ausgebildeten zweiten axialen Endabschnitt des Schaltgetriebes angeordnet ist. Mithin sind die zweite und dritte Stirnradstufe axial maximal voneinander beabstandet, wobei die beiden Planetenradsätze, die beiden Schalteinheiten und die erste Stirnradstufe axial zwischen der zweiten und dritten Stirnradstufe angeordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mittels des vierten Schaltelements der zweiten Schalteinheit die zweite Getriebeeingangswelle mit der zweiten Sonnenradwelle drehfest verbindbar, wobei mittels des fünften Schaltelements der zweiten Schalteinheit die zweite Getriebeeingangswelle mit der ersten Getriebeeingangswelle drehfest verbindbar ist, wobei gemäß einer Neutralstellung der zweiten Schalteinheit die zweite Getriebeeingangswelle abkoppelbar ist. Insbesondere ist die Neutralstellung eine Zwischenstellung zwischen einer Schließstellung des vierten Schaltelements und einer Schließstellung des fünften Schaltelements der zweiten Schalteinheit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mittels des vierten Schaltelements der zweiten Schalteinheit die zweite elektrische Maschine über eine dritte Stirnradstufe mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbindbar, wobei mittels des fünften Schaltelements der zweiten Schalteinheit die zweite elektrische Maschine über eine vierte Stirnradstufe mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbindbar ist, wobei gemäß einer Neutralstellung der zweiten Schalteinheit die Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine abkoppelbar ist. Mithin weist die Antriebseinheit vier Stirnradstufen auf, wobei zwei der vier Stirnradstufen zur Anbindung der zweiten elektrischen Maschine eingerichtet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die zweite Schalteinheit und die zweite elektrische Maschine eine gemeinsame Rotationsachse auf, wobei die erste Getriebeeingangswelle und die beiden Planetensätze achsparallel dazu ausgebildet sind. Insbesondere ist an der Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine eine jeweilige als Losrad ausgebildete Verzahnung der dritten und vierten Stirnradstufe angeordnet und über das jeweilige Schaltelement der zweiten Schalteinheit drehfest mit der Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine verbindbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden elektrischen Maschinen, die beiden Planetensätzen und die beiden Schalteinheiten derart auf einer gemeinsamen Rotationsachse in axialer Richtung angrenzend angeordnet, dass die beiden Planetensätzen axial zwischen einer der beiden Schalteinheiten und einer der beiden elektrischen Maschinen angeordnet sind. Beispielsweise ist gemäß einer axialen Reihenfolge die erste elektrische Maschine axial angrenzend an der zweiten elektrischen Maschine angeordnet, wobei der erste Planetensatz an die erste elektrische Maschine axial angrenzend angeordnet ist, wobei der zweite Planetensatz an den ersten Planetensatz axial angrenzend angeordnet ist, wobei die erste Stirnradstufe an den zweiten Planetensatz axial angrenzend angeordnet ist, wobei die erste Schalteinheit an die erste Stirnradstufe axial angrenzend angeordnet ist, wobei die zweite Schalteinheit an die erste Schalteinheit axial angrenzend angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die beiden elektrischen Maschinen unterschiedliche Rotationsachsen auf. Mit anderen Worten sind die beiden elektrischen Maschinen achsparallel zueinander angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Schalteinheit eine mit der Sonnenradwelle des zweiten Planetensatzes drehfest verbundene erste Schiebemuffe auf, wobei die erste Schiebemuffe mittels eines ersten Aktuators in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar ist. Mithin verschiebt der erste Aktuator die erste Schiebemuffe an der Sonnenradwelle des zweiten Planetensatzes in die jeweilige Schaltstellung. Bevorzugt weist die erste Schiebemuffe Klauen auf, die in der jeweiligen Gangstellung, insbesondere in einer ersten, dritten und fünften Schaltstellung, mit einer jeweiligen entsprechenden Klauenverzahnung formschlüssig zusammenwirken. Mithin ist die jeweilige Klauenverzahnung mit der die erste Schiebemuffe formschlüssig zusammenwirkt als Schaltelement, also als erstes, zweites und drittes Schaltelement zu verstehen. Insbesondere ist die Schiebemuffe in einer jeweiligen Neutralstellung der ersten Schalteinheit axial zwischen zwei Gangstellungen der ersten Schalteinheit angeordnet, sodass ein Wechsel zwischen den Gängen, insbesondere zwischen der ersten, dritten und fünften Schaltstellung der ersten Schalteinheit stets einen Durchlauf durch eine Neutralstellung der ersten Schalteinheit erfordert. Bevorzugt umfasst die erste Schalteinheit eine unsynchronisierte Klauenkupplung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Schalteinheit eine mit der zweiten Getriebeeingangswelle drehfest verbundene zweite Schiebemuffe auf, wobei die zweite Schiebemuffe mittels eines zweiten Aktuators in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar ist. Mithin verschiebt der zweite Aktuator die zweite Schiebemuffe an der zweiten Getriebewelle in die jeweilige Schaltstellung. Bevorzugt weist die zweite Schiebemuffe Klauen auf, die in der ersten und zweiten Schaltstellung, mit einer jeweiligen entsprechenden Klauenverzahnung formschlüssig zusammenwirken. Mithin ist die jeweilige Klauenverzahnung mit der die zweite Schiebemuffe formschlüssig zusammenwirkt als Schaltelement zu verstehen. Insbesondere ist die Schiebemuffe in der Neutralstellung der zweiten Schalteinheit axial zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung der zweiten Schalteinheit angeordnet, sodass ein Wechsel zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung der zweiten Schalteinheit stets einen Durchlauf durch die Neutralstellung der zweiten Schalteinheit erfordert. Bevorzugt umfasst die erste Schalteinheit eine unsynchronisierte Klauenkupplung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebseinheit ferner zwei feste Übersetzungsstufen zur antriebswirksamen Anbindung der jeweiligen Differentialausgangswelle mit dem jeweiligen Antriebsrad der Antriebsachse auf. Mit anderen Worten ist die jeweilige Differentialausgangswelle über die jeweilige feste Übersetzungsstufe mit dem jeweiligen Antriebsrad antriebswirksam verbunden. Vorzugsweise ist die jeweilige Übersetzungsstufe als Planetensatz mit einer Sonnenradwelle, einer Hohlradwelle und einer Stegwelle ausgebildet. Insbesondere ist die jeweilige Sonnenradwelle der jeweiligen Übersetzungsstufe zur Anbindung am Differentialgetriebe eingerichtet, beispielsweise über eine jeweilige Gelenkwelle, die mit der Differentialausgangswelle drehfest verbunden ist. Insbesondere ist die jeweilige Hohlradwelle der jeweiligen Übersetzungsstufe stationär an einem Gehäuse festgelegt, wobei die jeweilige Stegwelle der jeweiligen Übersetzungsstufe zur Anbindung am Antriebsrad des Fahrzeugs eingerichtet ist. An der jeweiligen Stegwelle der jeweiligen Übersetzungsstufe sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differentialgetriebe als Kegelraddifferential ausgebildet. Ein als Kegelraddifferential ausgebildetes Differential weist zwei radseitige Abtriebselemente auf, insbesondere ein erstes Abtriebsrad und zweites Abtriebsrad. Die beiden Abtriebsräder kämmen jeweils mit einem Ausgleichselement. Die Ausgleichselemente sind in einem Differentialkorb um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Das jeweilige Abtriebsrad ist mit einer jeweiligen Seitenwelle drehfest verbunden. Der Antrieb des Differentials erfolgt über den Differentialkorb. Die in das Differentialgetriebe eingespeiste Antriebsleistung, das heißt eine Drehzahl und ein Drehmoment, wird auf die Seitenwellen verteilt und auf die Antriebsräder der Achse übertragen. Die Seitenwellen sind dazu eingerichtet, mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs wirkverbunden zu sein. Die jeweilige Seitenwelle kann direkt bzw. unmittelbar oder indirekt bzw. mittelbar über ein Gelenk, eine Gelenkwelle und/oder eine Radnabe mit dem dazugehörigen Antriebsrad verbunden sein.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug umfassend eine Antriebsachse mit zwei Antriebsrädern und einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit rahmenfest am Fahrzeug angeordnet ist, wobei das jeweilige Antriebsrad der Antriebsachse über eine jeweilige Gelenkwelle mit dem Differential antriebswirksam verbunden ist. Mit anderen Worten sind die beiden elektrischen Maschinen, das Schaltgetriebe und das Differential positionsfest am Rahmen des Fahrzeugs angeordnet, wobei die Antriebsleistung der elektrischen Maschinen vom Differential über Gelenkwellen an die Antriebsräder übertragen wird. Die Gelenkwellen sind dazu eingerichtet, Relativbewegungen zwischen den Antriebsrädern und der Antriebseinheit ausgleichen. Alternativ ist der Einsatz von starren Wellen, also einer Kombination der Antriebseinheit mit einer Starrachse denkbar.
Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Fahrzeug, insbesondere für die Antriebsachse des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei gleich oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

1 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer Antriebsachse, die eine erfindungsgemäße Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform aufweist;
2 eine stark abstrahierte schematische Ansicht der Antriebsachse mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß 1;
3 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer Antriebsachse mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer Antriebsachse mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform; und
5 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer Antriebsachse mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform.

Gemäß 1 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 100, das vorliegend als Elektronutzfahrzeug ausgebildet ist und eine erste Fahrzeugachse 101 sowie eine zweite Fahrzeugachse 102 aufweist, dargestellt, wobei die erste Fahrzeugachse 101 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 10 aufweist, die in 2 detaillierter dargestellt ist. Die erste Fahrzeugachse 101 ist vorliegend als Frontachse ausgebildet, kann aber alternativ als Heckachse des Fahrzeugs 100 ausgebildet sein. Ferner kann das Fahrzeug 100 weitere Fahrzeugachsen aufweisen. An der ersten Fahrzeugachse 101 sind zwei Antriebsräder R1, R2 drehbar gelagert angeordnet, wobei an der zweiten Fahrzeugachse 102 zwei Räder R3, R4 drehbar gelagert angeordnet sind. Die Antriebseinheit 10 ist rahmenfest am Fahrzeug 100 angeordnet und umfasst eine erste elektrische Maschine EM1, eine zweite elektrische Maschine EM2, ein Differential 5 und ein Schaltgetriebe 1, wobei das Differential 5 achsparallel zu den beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 und zu dem Schaltgetriebe 1 angeordnet ist. Eine Getriebeausgangswelle 4 des Schaltgetriebes 1 ist über eine erste Stirnradstufe SR1 mit dem Differentialeingang 6 antriebswirksam verbunden.
2 zeigt die Antriebsachse mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10 gemäß 1. Die elektrische Antriebsachse umfasst die beiden Antriebsräder R1, R2, die erste elektrische Maschine EM1 mit einer ersten Rotorwelle R01, die zweite elektrische Maschine EM2 mit einer zweiten Rotorwelle RO2, das Schaltgetriebe 1 und das Differential 5. Das Schaltgetriebe 1 weist eine erste Schalteinheit S1 mit einem ersten Schaltelement A, einem zweiten Schaltelement B und einem dritten Schaltelement C auf. Ferner weist das Schaltgetriebe 1 eine zweite Schalteinheit S2 mit einem vierten Schaltelement D und einem fünften Schaltelement E auf. Zwischen den beiden Antriebsrädern R1, R2 ist das als Achsdifferential ausgebildete Differential 5 mit einem als Differentialkorb ausgebildeten Differentialeingang 6 und zwei Differentialausgangswellen 7, 8 angeordnet. Das Differential 5 ist achsparallel zu den beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 und zu dem Schaltgetriebe 1 angeordnet, wobei die Getriebeausgangswelle 4 des Schaltgetriebes 1 über eine erste Stirnradstufe SR1 mit dem Differentialeingang 6 antriebswirksam verbunden ist. Die erste Stirnradstufe SR1 umfasst eine drehfest an der Getriebeausgangswelle 4 angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest am Differentialeingang 6 ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen einer Rotationsachse X1 des Schaltgetriebes 1 und einer Rotationsachse X2 des Differentials 5. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der ersten Stirnradstufe SR1 angepasst werden, wobei das Schaltgetriebe 1 in tangentialer Richtung frei um die Rotationsachse X2 des Differentials 5 positionierbar ist.
Das Schaltgetriebe 1 ist als Dreigang-Schaltgetriebe ausgebildet und umfasst zwei miteinander gekoppelte Planetensätze PS1, PS2. Die beiden Planetensätze PS1, PS2, von denen zur Vereinfachung jeweils nur die obere Hälfte dargestellt ist, sind rotationssymmetrisch zur Rotationsachse X1 des Schaltgetriebes 1 angeordnet. Der erste Planetensatz PS1 umfasst eine erste Sonnenradwelle SO1, eine erste Stegwelle ST1 und ein erste gehäusefeste Hohlradwelle HR1. Der zweite Planetensatz PS2 umfasst eine zweite Sonnenradwelle SO2, eine zweite Stegwelle ST2 und eine zweite Hohlradwelle HR2, welche mit der ersten Stegwelle ST1 drehfest verbunden ist und somit eine Koppelwelle zwischen den beiden Planetensätzen PS1, PS2 bildet. Die erste Sonnenradwelle SO1 ist drehfest mit einer ersten Getriebeeingangswelle 2 des Schaltgetriebes 1 verbunden. Die zweite Stegwelle ST2 ist drehfest mit der Getriebeausgangswelle 4, welche über die erste Stirnradstufe SR1 in das Differential 5 eintreibt, verbunden.
Die erste elektrische Maschine EM1 ist über eine zweite Stirnradstufe SR2 mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 antriebswirksam verbunden. Die zweite Stirnradstufe SR2 umfasst eine drehfest an der ersten Getriebeeingangswelle 2 angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest an der Rotorwelle RO1 der ersten elektrischen Maschine EM1 ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen der Rotationsachse X1 des Schaltgetriebes 1 und einer Rotationsachse X3 der ersten elektrischen Maschine EM1. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der zweiten Stirnradstufe SR2 angepasst werden, wobei die erste elektrische Maschine EM1 in tangentialer Richtung frei um die Rotationsachse X1 des Schaltgetriebes 1 positionierbar ist.
Die zweite elektrische Maschine EM2 ist über eine dritte Stirnradstufe SR3 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 3 antriebswirksam verbunden. Die dritte Stirnradstufe SR3 umfasst eine drehfest an der zweiten Getriebeeingangswelle 3 angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest an der Rotorwelle RO2 der zweiten elektrischen Maschine EM2 ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen der Rotationsachse X1 des Schaltgetriebes 1 und einer Rotationsachse X4 der zweiten elektrischen Maschine EM2. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der dritten Stirnradstufe SR3 angepasst werden, wobei die zweite elektrische Maschine EM2 in tangentialer Richtung frei um die Rotationsachse X1 des Schaltgetriebes 1 positionierbar ist.
Vorliegend sind die beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sowie achsparallel zueinander und zum Schaltgetriebe 1 angeordnet. Mithin weisen die beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 unterschiedliche Rotationsachsen X3, X4 auf. Die zweite Stirnradstufe SR2 und die dritte Stirnradstufe SR3 sind axial aneinander angrenzend angeordnet. Die beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 erstrecken sich in axialer Richtung weg von dem Schaltgetriebe 1. Alternativ kann sich zumindest eine der beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 in axialer Richtung hin zum Schaltgetriebe 1 erstrecken, insbesondere derart axial angeordnet sein, dass diese radial außerhalb einer oder beider Schalteinheiten S1, S2 positioniert ist, wodurch die Antriebseinheit 10 axial kompakter werden kann.
Zwischen dem Differential 5 und den Antriebsrädern R1, R2 sind jeweils feste Übersetzungsstufen 9 im Leistungsfluss angeordnet, vorliegend ausgebildet als rechts angeordneter Planetensatz und links angeordneter Planetensatz, welche spiegelbildlich aufgebaut sind. Die jeweilige Differentialausgangswelle 7, 8 ist über eine jeweilige Gelenkwelle G1, G2 mit einer jeweiligen Sonnenradwelle SO der jeweiligen Übersetzungsstufe 9 antriebswirksam verbunden. Dadurch können Relativbewegungen zwischen dem jeweiligen Antriebsrad R1, R2 und der rahmenfest angeordneten Antriebseinheit 10 kompensiert werden. Eine jeweilige Hohlradwelle HR der jeweiligen Übersetzungsstufe 9 ist stationär festgelegt, wobei der Abtrieb über eine jeweilige Stegwelle ST der jeweiligen Übersetzungsstufe 9 erfolgt. Mithin bilden die Stegwellen ST der Übersetzungsstufen 9 Abtriebswellen, die die Antriebsräder R1, R2 antreiben.
Mit der ersten Schalteinheit S1 sind drei Gänge schaltbar. Zum Einlegen des ersten Ganges wird die zweite Sonnenwelle SO2 mittels des ersten Schaltelements A mit einem als Gehäuse ausgebildeten drehfesten Bauteil G des Schaltgetriebes 1 drehfest verbunden, d. h. stationär festgesetzt. Damit laufen beide Planetensätze PS1, PS2 jeweils mit festen Übersetzungen, welche, miteinander multipliziert, die Übersetzung des ersten Ganges ergeben.
Das zweite Schaltelement B, durch welches der zweite Gang geschaltet wird, verblockt den zweiten Planetensatz PS2, wobei grundsätzlich zwei der drei Wellen SO2, HR2, ST2 des zweiten Planetensatz PS2 miteinander gekoppelt werden können. Vorliegend wird mittels des zweiten Schaltelements B die zweite Sonnenradwelle SO2 mit der zweiten Hohlradwelle HR2 drehfest verbunden. Durch diese Verblockung läuft der zweite Planetensatz PS2 als Block um, d. h. mit einer Übersetzung von 1:1, so dass sich die Übersetzung des zweiten Ganges aus der festen Übersetzung des ersten Planetensatzes PS1 ergibt.
Das dritte Schaltelement C, durch welches der dritte Gang eingelegt wird, verbindet die zweite Sonnenradwelle SO2 mit der ersten Sonnenradwelle SO1. Damit ergibt sich eine zweifache Koppelung des ersten und des zweiten Planetensatzes PS1, PS2. Dies führt zu einem Überlagerungsbetrieb des ersten und des zweiten Planetensatzes PS1, PS2 mit geringerer Übersetzung für den dritten Gang.
Die Schaltelemente A, B, C sind vorzugsweise als unsynchronisierte Klauen ausgebildet, wobei grundsätzlich auch reibschlüssige, synchronisierte Schaltelemente für die beschriebenen Schaltfunktionen verwendbar sind. Das Schaltgetriebe 1 weist zwischen den drei Schaltstellungen, in welchen entweder das Schaltelement A oder das Schaltelement B oder das Schaltelement C geschlossen ist, zwei Neutralstellungen auf, in welchen die erste elektrische Maschine EM1 vom Schaltgetriebe 1 abgekoppelt werden kann. Dies ermöglicht einen so genannten Segelbetrieb, d. h. ein freies Rollen des Fahrzeugs 100 ohne Verluste der mitdrehenden ersten elektrischen Maschine EM1.
Wie oben ausgeführt, ist die zweite Sonnenradwelle SO2 des zweiten Planetensatzes PS2 bei allen Schaltstellungen der ersten Schalteinheit S1 beteiligt. Daher können die Schaltelemente der ersten Schalteinheit S1, also das erste, zweite und dritte Schaltelement A, B, C in eine einzige Schiebemuffe SM1, welche in allen Schaltstellungen drehfest mit der zweiten Sonnenwelle SO2 verbunden ist, integriert werden. Diese erste Schiebemuffe SM1 wird durch einen ersten Aktuator A1 betätigt. Da die Gänge eins bis drei durch Verschieben der ersten Schiebemuffe SM1 in eine axiale Richtung, jeweils über Neutralstellungen, nacheinander geschaltet werden können, ergibt sich die Möglichkeit der Synchronisation der Schaltelemente.
Die zweite elektrische Maschine EM2 kann durch die zweite Schalteinheit S2 zugeschaltet oder abgekoppelt werden, wobei die zweite elektrische Maschine EM2 in einer Neutralstellung der zweiten Schalteinheit S2 die zweite Getriebeeingangswelle 3 und somit die zweite elektrische Maschine EM2 vom Antriebsstrang abkoppelt. Mithin ist die zweite Schalteinheit S2 als Koppeleinrichtung ausgebildet. Die zweite Schalteinheit S2 weist zwei Schaltelemente, nämlich das vierte Schaltelement D und das fünfte Schaltelement E auf, die als Koppelelemente eingerichtet sind. Mittels des fünften Schaltelements E der zweiten Schalteinheit S2 wird die zweite Getriebeeingangswelle 3 mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 drehfest verbunden. Dadurch wird der Rotor RO2 der zweiten elektrischen Maschine EM2 mit dem Rotor RO1 der ersten elektrischen Maschine EM1 gekoppelt. Durch diese Koppelung der beiden Rotoren RO1, RO2 laufen die beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 mit derselben Drehzahl. Die zweite elektrische Maschine EM2 erhöht damit die Antriebsleistung, welche bei baugleichen elektrischen Maschinen EM1, EM2 verdoppelt werden kann.
Mittels des vierten Schaltelements D der zweiten Schalteinheit S2 wird die zweite Getriebeeingangswelle 3 mit der zweiten Sonnenradwelle SO2 drehfest verbunden, wobei diese Koppelverbindung durch einen Durchgriff in der ersten Schiebemuffe SM1 der ersten Schalteinheit S1 ermöglicht wird. Damit fließt die Leistung der zweiten elektrischen Maschine EM2 auf einem anderen Leistungspfad in das Schaltgetriebe 1, wobei sich die Leistungsflüsse der beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 überlagern. Mithin wird mittels des vierten Schaltelements D der zweiten Schalteinheit S2 eine Zugkraftstützung beim Schalten erreicht, wodurch Lastschaltungen mit dem Schaltgetriebe 1 ermöglicht werden. Wird beispielsweise bei einer Schaltung, d. h. dem Einlegen eines neuen Ganges der Leistungsfluss von der ersten elektrischen Maschine EM1 unterbrochen, so liegt an der zweiten Sonnenradwelle SO2 des zweiten Planetensatzes PS2 ein von der zweiten elektrischen Maschine EM2 eingespeistes Drehmoment an, welches eine Aufrechterhaltung der Zugkraft in der Getriebeausgangswelle 4 respektive der zweiten Stegwelle ST2 bewirkt. Das Schalten ohne Zugkraftunterbrechung wird auch als Lastschaltverfahren bezeichnet, welches im Folgenden genauer beschrieben wird.
Dieses Lastschaltverfahren geht davon aus, dass die erste elektrische Maschine EM1 als Haupt-Antriebsmaschine eingerichtet ist. Zur Stützung der Schaltungen wird die zweite elektrische Maschine EM2 vorbereitend mit der zweiten Sonnenradwelle SO2 verbunden. Im Folgenden wird der Schaltvorgang vom ersten in den zweiten Gang beschrieben, wobei zunächst das erste Schaltelement A der ersten Schalteinheit S1 geöffnet und anschließend das zweite Schaltelement B der ersten Schalteinheit S1 geschlossen wird. Ausgehend von dem Fall, dass die zweite elektrische Maschine EM2 zuvor mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 verbunden war, d. h. beide elektrische Maschinen EM1, EM2 gemeinsam antreiben, wird zuerst die Last an der zweiten elektrischen Maschine EM2 abgebaut, d. h. das fünfte Schaltelement E der zweiten Schalteinheit S2 wird geöffnet und das vierte Schaltelement D wird mit der zweiten elektrischen Maschine EM2 synchronisiert, d.h. hier auf die Drehzahl Null abgebremst. Dann wird das vierte Schaltelement D geschlossen. Die zweite elektrische Maschine EM2 ist dann mit der zweiten Sonnenradwelle SO2 verbunden. Nachfolgend wird durch die zweite elektrische Maschine EM2 ein Drehmoment aufgebaut, so dass das erste Schaltelement A, welches als Bremse wirkt, entlastet wird. Falls die zweite elektrische Maschine EM2 nicht genügend Drehmoment aufbringen kann, wird das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine EM1 entsprechend reduziert. Dann wird das erste Schaltelement A geöffnet. Die Drehmomente der ersten und der zweiten elektrischen Maschine EM1, EM2 werden so gesteuert bzw. geregelt, dass sich die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine EM2 erhöht und die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine EM1 absinkt. Dazu wird vorzugsweise das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine EM2 erhöht und gleichzeitig das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine EM1 abgesenkt. Die Soll-Drehzahl der zweiten Sonnenradwelle S02, welche der Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine EM2 entspricht, ist die Drehzahl der zweiten Hohlradwelle HR2, so dass das zweite Schaltelement B synchron wird. Sobald das zweite Schaltelement B synchron ist, kann es geschlossen werden. Die Drehmomente der ersten und der zweiten elektrischen Maschine EM1, EM2 können jetzt beliebig aufgeteilt werden, da ein fester Gang, nämlich der zweite Gang eingelegt ist. Bei Bedarf kann die zweite elektrische Maschine EM2 von der zweiten Sonnenwelle SO2 abgekoppelt werden. Wenn die volle Antriebsleistung gewünscht wird, kann die zweite elektrische Maschine EM2 auch mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 respektive der ersten Sonnenradwelle SO1 verbunden werden. Das Lastschaltverfahren beim Schalten vom zweiten in den dritten Gang, wobei das zweite Schaltelement B geöffnet und das dritte Schaltelement C geschlossen wird, verläuft analog zu dem Schaltvorgang vom ersten in den zweiten Gang, wie oben beschrieben. Die Rückschaltungen erfolgen analog, nur in umgekehrter Richtung der Drehzahlen bei der ersten und der zweiten elektrischen Maschine EM1, EM2.
Wie oben ausgeführt, ist die zweite Getriebeeingangswelle 3 bei allen Schaltstellungen der zweiten Schalteinheit S2 beteiligt. Daher können beide Schaltelemente der zweiten Schalteinheit S2, also das vierte und fünfte Schaltelement D, E, in eine einzige Schiebemuffe SM2, welche in den Schaltstellungen drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 3 verbunden ist, integriert werden. Die zweite Schiebemuffe SM2 wird gemäß 2 durch einen zweiten Aktuator A2 betätigt, also axial verschoben. Eine Neutralstellung ist axial zwischen den beiden Schaltstellungen der zweite Schiebemuffe SM2 angeordnet, wobei die zweite Schiebemuffe SM2 in der Neutralstellung nur zur zweiten Getriebeeingangswelle 3 eine drehfeste Verbindung aufweist, sodass diese entkoppelt ist.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Antriebsachse mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10. Die Antriebsachse gemäß 3 entspricht im Wesentlichen der Antriebsachse gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anordnung der dritten Stirnradstufe SR3 und der zweiten elektrischen Maschine EM2 besteht. Vorliegend ist die dritte Stirnradstufe SR3 auf der rechten Seite des Schaltgetriebes 1 angrenzend an den Schalteinheiten S1, S2 positioniert. Mit anderen Worten ist die zweite Stirnradstufe SR2 an einem ersten axialen Endabschnitt des Schaltgetriebes 1 angeordnet, wobei die dritte Stirnradstufe SR3 an einem, entgegengesetzt dazu ausgebildeten, zweiten axialen Endabschnitt des Schaltgetriebes 1 angeordnet ist. Mithin sind die zweite und dritte Stirnradstufe SR2, SR3 axial maximal voneinander beabstandet, wobei die erste Stirnradstufe SR1 axial zwischen der zweiten und dritten Stirnradstufe SR2, SR3 angeordnet ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die erste Getriebeeingangswelle 2 nicht zwangsläufig als Hohlwelle ausgebildet sein muss, sondern als Vollwelle ausgebildet werden kann, wie vorliegend dargestellt. Dadurch, dass die elektrischen Maschinen EM1, EM2 auf unterschiedlichen Seiten der Planetenradsätze PS1, PS2 angeordnet sind, erhöht sich insbesondere die Anordnungsfreiheit für die tangentiale Anordnung der beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 3 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Antriebsachse mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10. Die Antriebsachse gemäß 4 entspricht im Wesentlichen der Antriebsachse gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anordnung und Anbindung der beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 besteht, weil keine zweite und dritte Stirnradstufe vorgesehen sind. Die Rotationsachsen X3, X4 der beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 fallen mit der Rotationsachse X1 des Schaltgetriebes 1 zusammen und sind somit identisch. Mithin sind die beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2, die beiden Planetensätze PS1, PS2, und die beiden Schalteinheiten S1, S2 auf einer gemeinsamen Rotationsachse, die achsparallel zur Rotationsachse X2 des Differentials 5 ist, angeordnet, und zwar derart in axialer Richtung positioniert, dass die beiden Planetensätzen PS1, PS2 axial zwischen den beiden Schalteinheiten S1, S2 und den beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 angeordnet sind. Dadurch wird die Antriebseinheit 10 in radialer Richtung kompakter ausgebildet. Der gesamte Achsversatz wird über die erste Stirnradstufe SR1 realisiert. Ferner ist eine versetzte Einbaulage der zweiten elektrischen Maschine EM2 gegenüber der ersten elektrischen Maschine EM1 gemäß 3 möglich, also derart, dass die erste elektrische Maschine EM1 auf einer Seite des Schaltgetriebes 1 angeordnet ist und die zweite elektrische Maschine EM2 auf einer anderen Seite des Schaltgetriebes 1 angeordnet ist. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 4 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Antriebsachse mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10. Die Antriebsachse gemäß 5 entspricht im Wesentlichen der Antriebsachse gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anordnung der beiden Schalteinheiten S1, S2 besteht, wodurch insbesondere der Durchgriff in der ersten Schiebemuffe SM1 der ersten Schalteinheit S1 entfällt. Vorliegend ist die zweite Schalteinheit S2 auf der Rotationsachse X4 der zweiten elektrischen Maschine EM2 angeordnet, wobei die erste Getriebeeingangswelle 2 und die beiden Planetensätze PS1, PS2 achsparallel dazu auf der Rotationsachse X1 des Schaltgetriebes 1 angeordnet sind. Die zweite elektrische Maschine EM2 ist über eine dritte Stirnradstufe SR31 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 3 und über eine vierte Stirnradstufe SR32 mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 antriebswirksam verbindbar. Die zweite Schalteinheit S2 ist axial zwischen der dritten Stirnradstufe SR31 und der vierten Stirnradstufe SR32 angeordnet. Ebenso ist die erste Schalteinheit S1 axial zwischen der dritten Stirnradstufe SR31 und der vierten Stirnradstufe SR32 angeordnet, jedoch achsparallel zur zweiten Schalteinheit S2 und koaxial zu den beiden Planetenradsätzen PS1, PS2. Die Funktion der ersten Schalteinheit S1 ist gegenüber 2 unverändert. Demgegenüber ist die Funktion der zweite Schalteinheit S2 gegenüber 2 dahingehend verändert, dass mittels des vierten Schaltelements D der zweiten Schalteinheit S2 die zweite Rotorwelle RO2 der zweiten elektrischen Maschine EM2 über die dritte Stirnradstufe SR31 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 3 antriebswirksam verbindbar ist, wobei mittels des fünften Schaltelements E der zweiten Schalteinheit S2 die zweite Rotorwelle RO2 der zweiten elektrischen Maschine EM2 über die vierte Stirnradstufe SR32 mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 antriebswirksam verbindbar ist. Gemäß einer Neutralstellung der zweiten Schalteinheit S2 ist die Rotorwelle RO2 der zweiten elektrischen Maschine EM2 abkoppelbar. Mit anderen Worten wird der Überlagerungsbetrieb dadurch geschaffen, dass die Antriebsleistung von der zweiten elektrischen Maschine EM2 bei geschlossenem Schaltelement D über die dritte Stirnradstufe SR32 gewandelt und an die zweite Getriebeeingangswelle 3 übertragen wird, wobei die zweite Getriebeeingangswelle 3 mit der zweiten Sonnenradwelle SO2 des zweiten Planetensatzes PS2 drehfest verbunden ist. Ferner wird die Kopplung der beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 dadurch geschaffen, dass die Antriebsleistung von der zweiten elektrischen Maschine EM2 über die vierte Stirnradstufe SR32 gewandelt und an die erste Getriebeeingangswelle 2 übertragen wird, wobei die erste elektrische Maschine EM1 über die zweite Stirnradstufe SR2 Antriebsleistung auf die erste Getriebeeingangswelle 2 überträgt. Vorliegend sind die zweite Stirnradstufe SR2 und die vierte Stirnradstufe SR32 vorteilhaft ineinander integriert, sodass sie eine einzige Verzahnung an der ersten Getriebeeingangswelle 2 gemeinsam nutzen. Alternativ kann die zweite und vierte Stirnradstufe SR2, SR32 jeweils eine eigene Verzahnung an der ersten Getriebeeingangswelle 2 aufweisen. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 5 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
Bezugszeichen

1: Schaltgetriebe
2: erste Getriebeeingangswelle
3: zweite Getriebeeingangswelle
4: Getriebeausgangswelle
5: Differential
6: Differentialeingang
7: Differentialausgangswelle
8: Differentialausgangswelle
9: Übersetzungsstufe
10: Antriebseinheit
100: Fahrzeug
101: erste Fahrzeugachse
102: zweite Fahrzeugachse
R1: Antriebsrad
R2: Antriebsrad
R3: Rad
R4: Rad
EM1: erste elektrische Maschine
EM2: zweite elektrische Maschine
PS1: erster Planetensatz
SO1: erste Sonnenradwelle
HO1: erste Hohlradwelle
ST1: erste Stegwelle
PS2: zweiter Planetensatz
S02: zweite Sonnenradwelle
HO2: zweite Hohlradwelle
ST2: zweite Stegwelle
SO: Sonnenradwelle
HO: Hohlradwelle
ST: Stegwelle
S1: erste Schalteinheit
SM1: erste Schiebemuffe
A: erstes Schaltelement
B: zweites Schaltelement
C: drittes Schaltelement
S2: zweite Schalteinheit
SM2: zweite Schiebemuffe
E: viertes Schaltelement
D: fünftes Schaltelement
SR1: erste Stirnradstufe
SR2: zweite Stirnradstufe
SR3: dritte Stirnradstufe
SR31: dritte Stirnradstufe
SR32: vierte Stirnradstufe
G: drehfestes Bauteil
G1: Gelenkwelle
G2: Gelenkwelle
A1: erster Aktuator
A2: zweiter Aktuator
X1: Rotationsachse des Schaltgetriebes
X2: Rotationsachse des Differentials
X3: Rotationsachse der ersten elektrischen Maschine
X4: Rotationsachse der zweiten elektrischen Maschine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2021/063789 A1 [0002]

Claims

Antriebseinheit (10) für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs (100) umfassend eine erste elektrische Maschine (EM1), eine zweite elektrische Maschine (EM2), ein Differential (5) mit einem Differentialeingang (6) und zwei Differentialausgangswellen (7, 8), die dazu eingerichtet sind, mit einem jeweiligen Antriebsrad (R1, R2) der Antriebsachse antriebswirksam verbunden zu sein, und ein Schaltgetriebe (1) aufweisend eine erste Getriebeeingangswelle (2) zur Anbindung der ersten elektrischen Maschine (EM1), eine zweite Getriebeeingangswelle (3) zur Anbindung der zweiten elektrischen Maschine (EM2), eine Getriebeausgangswelle (4) zur Anbindung des Differentials (5), eine erste Schalteinheit (S1) mit einem ersten Schaltelement (A), einem zweiten Schaltelement (B) und einem dritten Schaltelement (C), eine zweite Schalteinheit (S2) mit einem vierten Schaltelement (D) und einem fünften Schaltelement (E) sowie zwei miteinander gekoppelte Planetensätze (PS1, PS2), wobei der erste Planetensatz (PS1) eine erste Sonnenradwelle (SO1), eine erste Hohlradwelle (HR1) und eine erste Stegwelle (ST1) aufweist, wobei der zweite Planetensatz (PS2) eine zweite Sonnenradwelle (SO2), eine zweite Hohlradwelle (HR2) und eine zweite Stegwelle (ST2) aufweist, wobei die erste Stegwelle (ST1) mit der zweiten Hohlradwelle (HR2) drehfest verbunden ist, wobei die erste Sonnenradwelle (SO1) mit der ersten Getriebeeingangswelle (2) drehfest verbunden ist, wobei die erste Hohlradwelle (HR1) stationär an einem drehfesten Bauteil (G) festgelegt ist, wobei die zweite Stegwelle (ST2) mit der Getriebeausgangswelle (4) drehfest verbunden ist, wobei mittels des ersten Schaltelements (A) die zweite Sonnenradwelle (SO2) mit einem drehfesten Bauteil (G) drehfest verbindbar ist, wobei mittels des zweiten Schaltelements (B) zwei der drei Wellen (SO2, HR2, ST2) des zweiten Planetensatzes (PS2) drehfest miteinander verbindbar sind, wobei mittels des dritten Schaltelements (C) die zweite Sonnenradwelle (SO2) mit der ersten Getriebeeingangswelle (2) drehfest verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Differential (5) achsparallel zu den beiden elektrischen Maschinen (EM1, EM2) und zu dem Schaltgetriebe (1) angeordnet ist, wobei die Getriebeausgangswelle (4) über eine erste Stirnradstufe (SR1) mit dem Differentialeingang (6) antriebswirksam verbunden ist.
Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1, wobei die erste elektrische Maschine (EM1) über eine zweite Stirnradstufe (SR2) mit der ersten Getriebeeingangswelle (2) antriebswirksam verbunden ist.
Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite elektrische Maschine (EM2) über eine dritte Stirnradstufe (SR3) mit der zweiten Getriebeeingangswelle (3) antriebswirksam verbunden ist.
Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1 in Kombination mit Anspruch 2 und 3, wobei die zweite Stirnradstufe (SR2) und die dritte Stirnradstufe (SR3) axial aneinander angrenzend angeordnet sind.
Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1 in Kombination mit Anspruch 2 und 3, wobei die zweite Stirnradstufe (SR2) an einem ersten axialen Endabschnitt des Schaltgetriebes (1) angeordnet ist, wobei die dritte Stirnradstufe (SR3) an einem entgegengesetzt dazu ausgebildeten zweiten axialen Endabschnitt des Schaltgetriebes (1) angeordnet ist.
Antriebseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mittels des vierten Schaltelements (D) der zweiten Schalteinheit (S2) die zweite Getriebeeingangswelle (3) mit der zweiten Sonnenradwelle (SO2) drehfest verbindbar ist, wobei mittels des fünften Schaltelements (E) der zweiten Schalteinheit (S2) die zweite Getriebeeingangswelle (3) mit der ersten Getriebeeingangswelle (2) drehfest verbindbar ist, wobei gemäß einer Neutralstellung der zweiten Schalteinheit (S2) die zweite Getriebeeingangswelle (3) abkoppelbar ist.
Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mittels des vierten Schaltelements (D) der zweiten Schalteinheit (S2) die zweite elektrische Maschine (EM2) über eine dritte Stirnradstufe (SR31) mit der zweiten Getriebeeingangswelle (3) antriebswirksam verbindbar ist, wobei mittels des fünften Schaltelements (E) der zweiten Schalteinheit (S2) die zweite elektrische Maschine (EM2) über eine vierte Stirnradstufe (SR32) mit der ersten Getriebeeingangswelle (2) antriebswirksam verbindbar ist, wobei gemäß einer Neutralstellung der zweiten Schalteinheit (S2) die Rotorwelle (RO2) der zweiten elektrischen Maschine (EM2) abkoppelbar ist.
Antriebseinheit (10) nach Anspruch 7, wobei die zweite Schalteinheit (S2) und die zweite elektrische Maschine (EM2) eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen, wobei die erste Getriebeeingangswelle (2) und die beiden Planetensätze (PS1, PS2) achsparallel dazu ausgebildet sind.
Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1, wobei die beiden elektrischen Maschinen (EM1, EM2), die beiden Planetensätzen (PS1, PS2) und die beiden Schalteinheiten (S1, S2) derart auf einer gemeinsamen Rotationsachse in axialer Richtung angrenzend angeordnet sind, dass die beiden Planetensätzen (PS1, PS2) axial zwischen einer der beiden Schalteinheiten (S1, S2) und einer der beiden elektrischen Maschinen (EM1, EM2) angeordnet sind.
Antriebseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die beiden elektrischen Maschinen (EM1, EM2) unterschiedliche Rotationsachsen aufweisen.
Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schalteinheit (S1) eine mit der Sonnenradwelle (SO2) des zweiten Planetensatzes (PS2) drehfest verbundene erste Schiebemuffe (SM1) aufweist, wobei die erste Schiebemuffe (SM1) mittels eines ersten Aktuators (A1) in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar ist.
Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schalteinheit (S2) eine mit der zweiten Getriebeeingangswelle (3) drehfest verbundene zweite Schiebemuffe (SM2) aufweist, wobei die zweite Schiebemuffe (SM2) mittels eines zweiten Aktuators (A2) in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar ist.
Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Schaltung des ersten Ganges das erste Schaltelement (A) betätigbar ist, wobei zur Schaltung des zweiten Ganges das zweite Schaltelement (B) betätigbar ist, wobei zur Schaltung des dritten Ganges das dritte Schaltelement (C) betätigbar ist.
Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zwei feste Übersetzungsstufen (9) zur antriebswirksamen Anbindung der jeweiligen Differentialausgangswelle (7, 8) mit dem jeweiligen Antriebsrad (R1, R2) der Antriebsachse.
Fahrzeug (100) umfassend eine Antriebsachse mit zwei Antriebsrädern (R1, R2) und einer Antriebseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Antriebseinheit (10) rahmenfest am Fahrzeug (100) angeordnet ist, wobei das jeweilige Antriebsrad (R1, R2) der Antriebsachse über eine jeweilige Gelenkwelle (G1, G2) mit dem Differential (5) antriebswirksam verbunden ist.