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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs, wobei die Antriebsvorrichtung zwei Elektromaschinen aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebsvorrichtung.
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Beispielsweise offenbart
DE 10 2020 119 290 A1 eine Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Fahrzeugs, mit einem ersten Elektromotor, der mit einem ersten Antriebsstrang zum Antreiben eines ersten Fahrzeugrads gekoppelt ist, mit einem zweiten Elektromotor, der mit einem zweiten Antriebsstrang zum Antreiben eines zweiten Fahrzeugrads gekoppelt ist, und mit einem Differential zum Antreiben einer ersten Antriebswelle, die mit dem ersten Fahrzeugrad antriebsmäßig koppelbar ist, und einer zweiten Antriebswelle, die mit dem zweiten Fahrzeugrad antriebsmäßig koppelbar ist. Der erste Antriebsstrang weist eine erste Kupplung zum Koppeln des ersten Antriebsstrangs mit der ersten Antriebswelle und eine zweite Kupplung zum Koppeln des ersten Antriebsstrangs mit dem Differential auf. Der zweite Antriebsstrang weist eine dritte Kupplung zum Koppeln des zweiten Antriebsstrangs mit dem Differential und eine vierte Kupplung zum Koppeln des zweiten Antriebsstrangs mit der zweiten Antriebswelle auf. Der zweite Antriebsstrang weist ein mehrere Gänge aufweisendes erstes Getriebe auf, wobei das erste Getriebe einen ersten Gang mit einem ersten Übersetzungsverhältnis aufweist, der antriebsmäßig zwischen der vierten Kupplung und der zweiten Antriebswelle angeordnet ist. Das erste Getriebe weist einen zweiten Gang mit einem vom ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen zweiten Übersetzungsverhältnis auf, der antriebsmäßig zwischen der dritten Kupplung und dem Differential angeordnet ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Antriebsvorrichtung zu schaffen, die insbesondere leichter und kompakter ausgebildet ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine erste Elektromaschine mit einer ersten Rotorwelle und einem ersten Stator sowie eine zweite Elektromaschine mit einer zweiten Rotorwelle und einem zweiten Stator, ein Differentialgetriebe mit einer ersten Seitenwelle zum Antreiben eines ersten Fahrzeugrads und einer zweiten Seitenwelle zum Antreiben eines zweiten Fahrzeugrads, sowie eine erste Kupplung, eine zweite Kupplung und eine dritte Kupplung, wobei mittels der drei Kupplungen zumindest eine Differentialfunktion, eine Differentialsperre, eine Torque-Vectoring-Funktion und eine Entkopplung der zweiten Elektromaschine von den Seitenwellen realisierbar ist, wobei die erste Elektromaschine über die erste Kupplung mit der ersten Seitenwelle antriebswirksam verbindbar ist, wobei die zweite Elektromaschine über die zweite Kupplung mit der zweiten Seitenwelle antriebswirksam verbindbar ist, wobei die erste Elektromaschine über die dritte Kupplung mit einer Eingangswelle des Differentialgetriebes antriebswirksam verbindbar ist, wobei in einem ersten Betriebszustand die dritte Kupplung geöffnet ist und die erste Kupplung sowie die zweite Kupplung geschlossen sind, sodass die beiden Seitenwellen nicht miteinander verbunden sind, sondern die erste Seitenwelle mit der ersten Elektromaschine antriebswirksam verbunden ist und die zweite Seitenwelle mit der zweiten Elektromaschine antriebswirksam verbunden ist, wobei in einem zweiten Betriebszustand die erste Kupplung und die zweite Kupplung geöffnet sind sowie die dritte Kupplung geschlossen ist, sodass beide Seitenwellen über das Differentialgetriebe mit der ersten Elektromaschine antriebswirksam verbunden sind und die zweite Elektromaschine von den Seitenwellen entkoppelt ist, wobei in einem dritten Betriebszustand die zweite Kupplung geöffnet ist sowie die erste Kupplung und die dritte Kupplung geschlossen sind, sodass die zweite Elektromaschine von den Seitenwellen entkoppelt ist sowie das Differentialgetriebe gesperrt ist und beide Seitenwellen mit der ersten Elektromaschine antriebswirksam verbunden sind. Hierzu wird auf die Ausführungsform gemäß 2 verwiesen.
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Unter einer „Differentialfunktion“ ist in diesem Zusammenhang bei Kurvenfahrt die Rotation der beiden Seitenwellen mit unterschiedlichen Drehzahlen zu verstehen. Durch Sperren dieser Differentialfunktion, also durch Realisierung einer sogenannten „Differentialsperre“, rotieren beide Seitenwellen zwangsläufig mit derselben Drehzahl.
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Unter einer „Torque-Vectoring-Funktion“ ist ein individuelles Aufbringen einer Drehzahl und eines Drehmoments auf die jeweilige Seitenwelle zu verstehen. Durch Torque-Vectoring kann insbesondere die Dynamik bei Kurvenfahrten durch gezieltes Beschleunigen und Verzögern des jeweiligen Fahrzeugrads der Antriebsachse verbessert werden.
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Wenn die zweite Elektromaschine entkoppelt ist, kann die zweite Elektromaschine nicht am Antrieb des Kraftfahrzeugs mitwirken. Insbesondere ist die zweite Elektromaschine im entkoppelten Zustand nicht im Betrieb.
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Unter einer „antriebswirksamen Verbindung“ einer Vorrichtung oder eines Elements mit einer anderen Vorrichtung oder einem anderen Element ist zu verstehen, dass diese Bauteile, insbesondere Wellen entweder unmittelbar, beispielsweise drehfest, miteinander verbunden sind oder mittelbar, beispielsweise über mindestens ein weiteres Bauteil, insbesondere über mindestens eine weitere Welle oder ein weiteres Zahnrad, miteinander verbunden sind. Wenn zwei Wellen drehfest miteinander verbunden sind, rotieren sie gemeinsam in einer Drehrichtung mit einer Rotationsgeschwindigkeit. Insbesondere kann eine antriebswirksame Verbindung auch über eine Kupplung erfolgen, wobei dann bei geschlossener Kupplung eine antriebswirksame Kopplung vorliegt, wobei bei geöffneter Kupplung eine Entkopplung der Bauteile vorliegt.
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Unter einer „Welle“ ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Getriebeelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden. Zwei drehfest miteinander verbundene Wellen können einteilig ausgebildet sein.
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Die jeweilige Elektromaschine bzw. elektrische Maschine ist als Antriebsmaschine ausgebildet und zum Antrieb des Kraftfahrzeugs als Antriebsmotor sowie zur Rekuperation von elektrischer Energie als Generator betreibbar. Dazu ist die jeweilige Elektromaschine mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden. Die jeweilige Elektromaschine umfasst eine drehbewegliche Rotorwelle und einen gehäusefesten Stator. Die Elektromaschinen können auf einer gemeinsamen Rotationsachse mit dem Differentialgetriebe angeordnet sein und somit koaxial zu dem Differentialgetriebe ausgebildet sein. Alternativ können die Elektromaschinen achsparallel zu dem Differentialgetriebe angeordnet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Kupplung als reibschlüssige Kupplung ausgebildet und dazu eingerichtet, zumindest teilweise geschlossen zu werden, um einen Schlupf an der ersten Seitenwelle zu erzeugen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Kupplung als reibschlüssige Kupplung ausgebildet und dazu eingerichtet, zumindest teilweise geschlossen zu werden, um einen Schlupf an der zweiten Seitenwelle zu erzeugen.
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Unter einer „reibschlüssigen Kupplung“ ist ein Schaltelement zu verstehen, das neben einer geöffneten Schaltstellung und einer geschlossenen Schaltstellung mindestens eine weitere Zwischenschaltstellung, insbesondere mehrere Zwischenschaltstellungen aufweist. Im geöffneten Zustand sind zwei an der Kupplung angeordnete Wellen voneinander entkoppelt, wobei keine Drehzahl und kein Drehmoment über die Kupplung übertragen werden. Im geschlossenen Zustand sind zwei an der Kupplung angeordnete Wellen drehfest miteinander verbunden, wobei die beiden Wellen dieselbe Drehzahl und dasselbe Drehmoment aufweisen. Gemäß der Zwischenschaltstellung sind die beiden an der Kupplung angeordnete Wellen derart miteinander verbunden, dass teilweise eine Drehzahl und ein Drehmoment über die Kupplung zwischen den beiden Wellen übertragen wird. Wenn eine Kupplung schlupft, dann weisen die daran angeordneten Wellen Drehzahlunterschiede auf. Beispielsweise ist die reibschlüssige Kupplung als Lamellenkupplung ausgebildet. Eine reibschlüssige Kupplung ist unter Last schaltbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die dritte Kupplung als reibschlüssige oder formschlüssige Kupplung ausgebildet. Unter einer „formschlüssigen Kupplung“ ist ein Schaltelement zu verstehen, das formschlüssige Eingriffsmittel sowie eine geöffnete Schaltstellung und eine geschlossene Schaltstellung aufweist. Im geöffneten Zustand sind zwei an der Kupplung angeordnete Wellen voneinander entkoppelt, wobei keine Drehzahl und kein Drehmoment über die Kupplung übertragen werden. Im geschlossenen Zustand sind zwei an der Kupplung angeordnete Wellen drehfest miteinander verbunden, wobei die beiden Wellen dieselbe Drehzahl und dasselbe Drehmoment aufweisen. Beispielsweise ist die formschlüssige Kupplung als Klauenkupplung ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Leistungsfluss zwischen der ersten Seitenwelle und dem ersten Fahrzeugrad eine erste Übersetzungsstufe angeordnet, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Seitenwelle und dem zweiten Fahrzeugrad eine zweite Übersetzungsstufe angeordnet ist. Die jeweilige Übersetzungsstufe ist somit im Leistungsfluss nach dem Differentialgetriebe angeordnet. Insbesondere ist die jeweilige Übersetzungsstufe als konstante Übersetzungsstufe ausgebildet. Vorzugsweise ist die jeweilige Übersetzungsstufe koaxial zu den Seitenwellen ausgebildet.
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Vorzugsweise ist die jeweilige Übersetzungsstufe als jeweiliger Planetenradsatz ausgebildet. Mithin ist im Leistungsfluss zwischen der ersten Seitenwelle und dem ersten Fahrzeugrad ein erster Planetenradsatz angeordnet, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Seitenwelle und dem zweiten Fahrzeugrad ein zweiter Planetenradsatz angeordnet ist. Die erste Seitenwelle ist über den ersten Planetenradsatz mit dem ersten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden, wobei die zweite Seitenwelle über den zweiten Planetenradsatz mit dem zweiten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist.
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Beispielsweise ist die erste Seitenwelle mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden, wobei ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden ist, wobei ein Planetenträger des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist, wobei die zweite Seitenwelle mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden ist, wobei ein Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist. Das Sonnenrad, das Hohlrad und der Planetenträger sind Elemente eines Planetenradsatzes, wobei an dem Planetenträger mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert aufgenommen ist, wobei das Planetenrad mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad im Zahneingriff steht. Unter einem „drehfesten Bauteil“ ist ein nicht rotierendes Bauteil zu verstehen. Beispielsweise ist das stationäre Bauteil als Gehäuse oder Gehäuseabschnitt der Antriebsvorrichtung ausgebildet. Alternativ kann das stationäre Bauteil als gehäusefeste Welle ausgebildet sein.
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Alternativ ist die jeweilige Übersetzungsstufe als jeweilige Stirnradstufe ausgebildet. Mithin ist im Leistungsfluss zwischen der ersten Seitenwelle und dem ersten Fahrzeugrad eine erste Stirnradstufe angeordnet, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Seitenwelle und dem zweiten Fahrzeugrad eine zweite Stirnradstufe angeordnet ist. Die erste Stirnradstufe umfasst beispielsweise ein erstes Zahnrad, das mit der ersten Seitenwelle drehfest verbunden ist, und ein zweites Zahnrad, das mit dem ersten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist. Ferner umfasst die zweite Stirnradstufe beispielsweise ein erstes Zahnrad, das mit der zweiten Seitenwelle drehfest verbunden ist, und ein zweites Zahnrad, das mit dem zweiten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist. Insbesondere kann die jeweilige Stirnradstufe mindestens ein Zwischenrad, beispielsweise ein Stufenrad aufweisen, das die Übersetzung weiter erhöht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erster Planetenradsatz im Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine und der ersten sowie dritten Kupplung angeordnet, wobei ein zweiter Planetenradsatz im Leistungsfluss zwischen der zweiten Elektromaschine und der zweiten Kupplung angeordnet ist. Der jeweilige Planetenradsatz stellt eine Übersetzungsstufe dar, die vor den Kupplungen und dem Differentialgetriebe angeordnet ist.
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Beispielsweise ist die erste Rotorwelle mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden, wobei ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden ist, wobei ein Planetenträger des ersten Planetenradsatzes über die erste Kupplung mit der ersten Seitenwelle antriebswirksam verbindbar ist und über die dritte Kupplung mit dem Differentialgetriebe antriebswirksam verbindbar ist, wobei die zweite Rotorwelle mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden ist, wobei ein Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes über die zweite Kupplung mit der zweiten Seitenwelle antriebswirksam verbindbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Rotorwellen und die beiden Seitenwellen koaxial zueinander angeordnet, wobei die erste Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Seitenwelle sich axial durch die erste Rotorwelle erstreckt, wobei die zweite Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die zweite Seitenwelle sich axial durch die zweite Rotorwelle erstreckt. Mithin sind die beiden Rotorwellen und die beiden Seitenwellen auf einer gemeinsamen Rotationsachse angeordnet. Alternativ dazu können die beiden Rotorwellen achsparallel zu den beiden Seitenwellen angeordnet sein und somit auf zwei Rotationsachsen, die achsparallel zueinander angeordnet sind, angeordnet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das Differentialgetriebe und die drei Kupplungen axial zwischen den beiden Elektromaschinen angeordnet. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung insbesondere in radialer Richtung kompakt ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differentialgetriebe als Planetenraddifferential ausgebildet. Alternativ kann das Differentialgetriebe als Stirnraddifferential oder als Kugeldifferential ausgebildet sein.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug ausgebildet und weist eine elektrische Antriebsachse mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung auf. Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei gleiche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
- 1 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung;
- 2 eine stark abstrahierte schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 3 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 4 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform; und
- 5 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100 mit einer ersten Achse 101 mit zwei Fahrzeugrädern R1, R2 und einer zweiten Achse 102 mit zwei Fahrzeugrädern R3, R4. Vorliegend ist die erste Achse 101 als hintere Antriebsachse des Kraftfahrzeugs 100 ausgebildet und mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 ausgestattet. Die Antriebsvorrichtung 1 umfasst eine erste Elektromaschine EM1 und eine zweite Elektromaschine EM2, die zum Generieren einer Antriebsleistung eingerichtet sind, und ein Differentialgetriebe 2 mit einer ersten Seitenwelle S1 zum Antreiben eines ersten Fahrzeugrads R1 und einer zweiten Seitenwelle S2 zum Antreiben eines zweiten Fahrzeugrads R2. Mithin ist das Kraftfahrzeug 100 als elektrisches Fahrzeug ausgebildet. Die Antriebsvorrichtung 1 ist quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet und mit den Fahrzeugrädern R1, R2 der ersten Achse 101 antriebswirksam verbunden. Vorliegend ist an der zweiten Achse 102, also an der Frontachse des Kraftfahrzeugs 100, keine weitere Antriebsvorrichtung angeordnet, wodurch Kosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden. Alternativ kann die Antriebsvorrichtung 1 anstatt an der Heckachse an der Frontachse des Kraftfahrzeugs 100 angeordnet sein. Zur Realisierung eines Allradantriebsystems kann an der zweiten Achse 102 eine weitere Antriebsvorrichtung angeordnet und mit den Fahrzeugrädern R3, R4 dieser Achse 102 antriebswirksam verbunden sein.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 1, die besonders kompakt und kostengünstig ausgebildet ist. Die erste Elektromaschine EM1 weist eine erste Rotorwelle 10 und einen ersten gehäusefesten Stator 11 auf. Die zweite Elektromaschine EM2 weist eine zweite Rotorwelle 20 und einen zweiten gehäusefesten Stator 21 auf. Das Differentialgetriebe 2 umfasst eine erste Seitenwelle S1 zum Antreiben eines ersten Fahrzeugrads und eine zweite Seitenwelle S2 zum Antreiben eines zweiten Fahrzeugrads. Ferner sind eine erste Kupplung K1, eine zweite Kupplung K2 und eine dritte Kupplung K3 vorgesehen, wobei mittels der drei Kupplungen K1, K2, K3 zumindest eine Differentialfunktion, eine Differentialsperre, eine Torque-Vectoring-Funktion und eine Entkopplung der zweiten Elektromaschine EM2 von den Seitenwellen S1, S2 realisierbar ist.
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Die beiden Elektromaschinen EM1, EM2 und das Differentialgetriebe 2 sind zusammen mit den drei Kupplungen K1, K2, K3 in einem gemeinsamen Gehäuse G angeordnet, wobei das Differentialgetriebe 2 und die drei Kupplungen K1, K2, K3 besonders kompaktbauend zwischen den beiden Elektromaschinen EM1, EM2 angeordnet sind. Die beiden Rotorwellen 10, 20 und die beiden Seitenwellen S1, S2 sind koaxial zueinander auf einer gemeinsamen Rotationsachse A angeordnet. Die erste Rotorwelle 10 ist als Hohlwelle ausgebildet, wobei sich die erste Seitenwelle S1 axial durch die erste Rotorwelle 10 und die erste Elektromaschine EM1 erstreckt. Die zweite Rotorwelle 20 ist als Hohlwelle ausgebildet, wobei sich die zweite Seitenwelle S2 axial durch die zweite Rotorwelle 20 und die zweite Elektromaschine EM2 erstreckt. Die Elektromaschinen EM1, EM2, das Differentialgetriebe 2 mit den Seitenwellen S1, S2 und die Kupplungen K1, K2, K3 sind koaxial zueinander angeordnet. Die erste Seitenwelle S1 ist mit einem ersten Fahrzeugrad der Antriebsachse antriebswirksam verbunden. Die zweite Seitenwelle S2 ist mit einem zweiten Fahrzeugrad der Antriebsachse antriebswirksam verbunden. Die Fahrzeugräder sind in 2 und den nachfolgenden Figuren nicht näher dargestellt, sondern lediglich durch einen Pfeil an der jeweiligen Seitenwelle S1, S2 angedeutet.
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Die erste Rotorwelle 10 ist über die erste Kupplung K1 mit der ersten Seitenwelle S1 drehfest verbindbar. Die zweite Rotorwelle 20 ist über die zweite Kupplung K2 mit der zweiten Seitenwelle S2 drehfest verbindbar. Die erste Rotorwelle 10 ist über die dritte Kupplung K3 mit dem Differentialgetriebe 2, insbesondere mit einer Eingangswelle des Differentialgetriebes 2 drehfest verbindbar. Vorliegend sind alle Kupplungen K1, K2, K3 als reibschlüssige Kupplung ausgebildet. Alternativ kann die dritte Kupplung K3 als formschlüssige Kupplung, beispielsweise als Klauenkupplung, ausgebildet sein. Reibschlüssige Kupplungen weisen neben einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand zumindest einen Zwischenzustand, bevorzugt eine Vielzahl von Zwischenzuständen auf, die zumindest teilweise eine Drehzahl und ein Drehmoment übertragen. Demgegenüber weisen formschlüssige Kupplungen lediglich zwei Schaltzustände auf, nämlich einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand.
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In einem ersten Betriebszustand ist die dritte Kupplung K3 geöffnet, wobei die erste Kupplung K1 und die zweite Kupplung K2 geschlossen sind, sodass die erste Seitenwelle S1 mit der ersten Elektromaschine EM1 antriebswirksam verbunden ist und die zweite Seitenwelle S2 mit der zweiten Elektromaschine EM2 antriebswirksam verbunden ist. Die beiden Seitenwellen S1, S2 sind somit voneinander entkoppelt und werde unabhängig voneinander von der jeweiligen Elektromaschine EM1, EM2 angetrieben. Der erste Betriebszustand stellt den Standardbetrieb des Kraftfahrzeugs dar, wobei durch Torque-Vectoring eine Drehzahl und ein Drehmoment radindividuell mit der vollen Eingriffsmöglichkeit der jeweiligen Elektromaschine EM1, EM2 eingestellt werden kann.
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In einem zweiten Betriebszustand sind die erste Kupplung K1 und die zweite Kupplung K2 geöffnet, wobei die dritte Kupplung K3 geschlossen ist, sodass beide Seitenwellen S1, S2 über das Differentialgetriebe 2 mit der ersten Elektromaschine EM1 antriebswirksam verbunden sind und die zweite Elektromaschine EM2 von den Seitenwellen S1, S2 entkoppelt ist. Der zweite Betriebszustand stellt einen Effizienzbetrieb des Kraftfahrzeugs dar, wobei die zweite Elektromaschine EM2 nicht am Antrieb des Fahrzeugs beteiligt ist. Dementsprechend ist auch die Antriebsleistung reduziert. Beide Seitenwellen S1, S2 werden gleichermaßen von der ersten Elektromaschine EM1 angetrieben. Die Differentialwirkung erfolgt über das Differentialgetriebe 2. Die erste Kupplung K1 ist dazu eingerichtet, zumindest teilweise geschlossen zu werden, um einen Schlupf an der ersten Seitenwelle S1 zu erzeugen. Mithin kann die erste Kupplung K1 derart schlupfend geregelt werden, dass dadurch ein geregeltes Sperrdifferential realisiert wird. Das Drehmoment, welches über die erste Seitenwelle S1 zum Antriebsrad übertragen wird, kann dadurch bedarfsgerecht eingestellt werden. Die zweite Kupplung K2 ist dazu eingerichtet, zumindest teilweise geschlossen zu werden, um einen Schlupf an der zweiten Seitenwelle S2 zu erzeugen. Mithin kann die zweite Kupplung K2 derart schlupfend geregelt werden, dass dadurch ein geregeltes Sperrdifferential realisiert wird. Das Drehmoment, welches über die zweite Seitenwelle S2 zum Antriebsrad übertragen wird, kann dadurch bedarfsgerecht eingestellt werden.
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In einem dritten Betriebszustand ist die zweite Kupplung K2 geöffnet, wobei die erste Kupplung K1 und die dritte Kupplung K3 geschlossen sind, sodass die zweite Elektromaschine EM2 von den Seitenwellen S1, S2 entkoppelt ist sowie das Differentialgetriebe 2 gesperrt ist und beide Seitenwellen S1, S2 mit der ersten Elektromaschine EM1 antriebswirksam verbunden sind. Durch Blockieren des Differentialgetriebes 2 werden die beiden Seitenwellen S1, S2 drehfest miteinander verbunden. Der dritte Betriebszustand stellt somit eine Differentialsperre dar, wobei dadurch auf ungleichem Untergrund ermöglicht wird, die Antriebsleistung der ersten Elektromaschine EM1 auf das greifende Fahrzeugrad der Antriebsachse zu übertragen. Dies verbessert insbesondere die Traktion des Kraftfahrzeugs im Gelände. Ferner kann auch noch die zweite Kupplung K2 geschlossen werden, um die volle Systemleistung beider Elektromaschinen EM1, EM2 auf das greifende Fahrzeugrad der Antriebsachse zu übertragen.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Die Antriebsvorrichtung 1 gemäß 3 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 2, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen darin besteht, dass im Leistungsfluss zwischen der ersten Seitenwelle S1 und dem ersten Fahrzeugrad eine erste Übersetzungsstufe 3 angeordnet ist, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Seitenwelle S2 und dem zweiten Fahrzeugrad eine zweite Übersetzungsstufe 4 angeordnet ist. Mithin sind die beiden Übersetzungsstufen 3, 4 im Leistungsfluss nach dem Differentialgetriebe 2 angeordnet. Die beiden Übersetzungsstufen 3, 4 erzeugen eine konstante Übersetzung und sind koaxial zu den Elektromaschinen EM1, EM2 und somit auch auf der Rotationsachse A angeordnet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 3 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
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4 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Die Antriebsvorrichtung 1 gemäß 4 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 2, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen darin besteht, dass im Leistungsfluss zwischen der ersten Seitenwelle S1 und dem ersten Fahrzeugrad ein erster Planetenradsatz P1 angeordnet ist, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Seitenwelle S2 und dem zweiten Fahrzeugrad ein zweiter Planetenradsatz P2 angeordnet ist. Mithin sind die beiden Planetenradsätze P1, P2 im Leistungsfluss nach dem Differentialgetriebe 2 angeordnet. Die beiden Planetenradsätze P1, P2 erzeugen eine konstante Übersetzung und sind koaxial zu den Elektromaschinen EM1, EM2 und somit auch auf der Rotationsachse A angeordnet.
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Die erste Seitenwelle S1 ist mit einem Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest verbunden. Das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einem als Gehäuse G ausgebildeten drehfesten Bauteil drehfest verbunden. Der Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem ersten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden. An dem Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1 sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert, die mit dem Sonnenrad SR1 und dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes P1 im Zahneingriff stehen. Die zweite Seitenwelle S2 ist mit einem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest verbunden. Das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit einem als Gehäuse G ausgebildeten drehfesten Bauteil drehfest verbunden. Der Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit dem zweiten Fahrzeugrad R2 antriebswirksam verbunden. An dem Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2 sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert, die mit dem Sonnenrad SR2 und dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 im Zahneingriff stehen. Der erste Planetenradsatz P1 grenzt axial an der ersten Elektromaschine EM1 an. Der zweite Planetenradsatz P2 grenzt axial an der zweiten Elektromaschine EM1 an. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung 1 in radialer Richtung besonders kompakt ausgebildet.
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Ferner ist das Differentialgetriebe 2 als Planetenraddifferential ausgebildet und umfasst ein Sonnenrad SR, ein Hohlrad HR und einen Planetenträger PT, der mehrere Planetenradpaare drehbar gelagert führt. Ein erstes Planetenrad eines jeweiligen Planetenradpaares steht mit dem Sonnenrad SR des Differentialgetriebes 2 und mit einem zweiten Planetenrad eines jeweiligen Planetenradpaares im Zahneingriff. Ein zweites Planetenrad eines jeweiligen Planetenradpaares steht ferner mit dem Hohlrad HR des Differentialgetriebes 2 im Zahneingriff. Das Sonnenrad SR des Differentialgetriebes 2 ist mit der ersten Seitenwelle S1 drehfest verbunden, und der Planetenträger PT des Differentialgetriebes 2 ist mit der zweiten Seitenwelle S2 drehfest verbunden. Das Hohlrad HR des Differentialgetriebes 2 ist als Eingangswelle des Differentialgetriebes 2 vorgesehen und über die dritte Kupplung K3 mit der ersten Rotorwelle 10 drehfest verbindbar. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 4 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
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5 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Die Antriebsvorrichtung 1 gemäß 5 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 2, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen darin besteht, dass im Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine EM1 und der ersten sowie dritten Kupplung K1, K3 ein erster Planetenradsatz P1' angeordnet ist, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Elektromaschine EM2 und der zweiten Kupplung K2 ein zweiter Planetenradsatz P2' angeordnet ist. Die beiden Planetenradsätze P1', P2' erzeugen eine konstante Übersetzung und sind koaxial zu den Elektromaschinen EM1, EM2 und somit auch auf der Rotationsachse A angeordnet.
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Die erste Rotorwelle 10 ist mit einem Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes P1' drehfest verbunden. Das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes P1' ist mit einem als Gehäuse G ausgebildeten drehfesten Bauteil drehfest verbunden. Der Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1' ist über die erste Kupplung K1 mit der ersten Seitenwelle S1 drehfest verbindbar und über die dritte Kupplung K3 mit dem Differentialgetriebe 2 drehfest verbindbar. An dem Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1' sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert, die mit dem Sonnenrad SR1 und dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes P1' im Zahneingriff stehen.
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Die zweite Rotorwelle 20 ist mit einem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes P2' drehfest verbunden. Das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2` ist mit einem als Gehäuse G ausgebildeten drehfesten Bauteil drehfest verbunden. Der Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2` ist über die zweite Kupplung K2 mit der zweiten Seitenwelle S2 drehfest verbindbar. An dem Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2` sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert, die mit dem Sonnenrad SR2 und dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2' im Zahneingriff stehen.
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Der erste Planetenradsatz P1' ist axial zwischen der ersten Elektromaschine EM1 und dem Differentialgetriebe 2 angeordnet. Der zweite Planetenradsatz P2' ist axial zwischen der zweiten Elektromaschine EM2 und dem Differentialgetriebe 2 angeordnet. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung 1 in radialer Richtung besonders kompakt ausgebildet.
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Ferner ist das Differentialgetriebe 2 als Planetenraddifferential ausgebildet und umfasst ein Sonnenrad SR, ein Hohlrad HR und einen Planetenträger PT, der mehrere Planetenradpaare drehbar gelagert führt. Ein erstes Planetenrad eines jeweiligen Planetenradpaares steht mit dem Sonnenrad SR des Differentialgetriebes 2 und mit einem zweiten Planetenrad eines jeweiligen Planetenradpaares im Zahneingriff. Ein zweites Planetenrad eines jeweiligen Planetenradpaares steht ferner mit dem Hohlrad HR des Differentialgetriebes 2 im Zahneingriff. Das Sonnenrad SR des Differentialgetriebes 2 ist mit der ersten Seitenwelle S1 drehfest verbunden, und der Planetenträger PT des Differentialgetriebes 2 ist mit der zweiten Seitenwelle S2 drehfest verbunden. Das Hohlrad HR des Differentialgetriebes 2 ist als Eingangswelle des Differentialgetriebes 2 vorgesehen und über die dritte Kupplung K3 mit der ersten Rotorwelle 10 drehfest verbindbar. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 5 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
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Bezugszeichen
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- 1
- Antriebsvorrichtung
- 2
- Differentialgetriebe
- SR
- Sonnenrad des Differentialgetriebes
- HR
- Hohlrad des Differentialgetriebes
- PT
- Planetenträger des Differentialgetriebes
- 3
- erste Übersetzungsstufe
- 4
- zweite Übersetzungsstufe
- 10
- ersten Rotorwelle
- 11
- erster Stator
- 20
- zweite Rotorwelle
- 21
- zweiter Stator
- S1
- erste Seitenwelle
- S2
- zweite Seitenwelle
- G
- Gehäuse
- K1
- erste Kupplung
- K2
- zweite Kupplung
- K3
- dritte Kupplung
- A
- Rotationsachse
- P1
- erster Planetenradsatz
- P1`
- erster Planetenradsatz
- SR1
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- HR1
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- PT1
- Planetenträger des ersten Planetenradsatzes
- P2
- zweiter Planetenradsatz
- P2'
- zweiter Planetenradsatz
- SR2
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- HR2
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- PT2
- Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes
- EM1
- erste Elektromaschine
- EM2
- zweite Elektromaschine
- 100
- Kraftfahrzeug
- 101
- erste Achse
- 102
- zweite Achse
- R1
- Fahrzeugrad
- R2
- Fahrzeugrad
- R3
- Fahrzeugrad
- R4
- Fahrzeugrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020119290 A1 [0002]
