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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Betätigungsanordnung für ein Mehrgang-Stufengetriebe, das eine Getriebewelle aufweist, die über ein erstes formschlüssiges Schaltelement mit einem Gehäuse verbindbar ist und die über ein zweites reibschlüssiges Schaltelement mit einem an der Getriebewelle drehbar gelagerten Drehglied verbindbar ist, mit einem an der Getriebewelle in Drehrichtung festgelegten und in Bezug auf die Getriebewelle axial zwischen einer ersten Axialposition und einer zweiten Axialposition verschieblichen Betätigungselement und mit einem Betätigungsmechanismus, der elektrisch antreibbar ist und der dazu ausgebildet ist, das Betätigungselement zwischen der ersten und der zweiten Axialposition zu verschieben.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen elektrischen Achsantrieb für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse, einer Elektromaschine, die eine Rotorwelle aufweist, und einem Mehrgang-Stufengetriebe, das eingangsseitig mit der Rotorwelle verbunden ist und das ausgangsseitig mit einem Abtrieb verbunden ist, wobei das Mehrgang-Stufengetriebe wenigstens einen Stirnradsatz und ein Planetengetriebe aufweist, wobei eine Getriebewelle des Mehrgang-Stufengetriebes über ein erstes Schaltelement mit dem Gehäuse verbindbar ist und über ein zweites Schaltelement mit einem an der Getriebewelle drehbar gelagerten Drehglied verbindbar ist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem elektrischen Achsantrieb der genannten Art.
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Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge ist es bekannt, als Antriebseinheit einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor oder eine Kombination hiervon (Hybridantrieb) zu verwenden.
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Bei einem reinen Elektroantrieb und bei einem Hybridantrieb ist es generell bekannt, eine Achse des Kraftfahrzeugs mittels einer Elektromaschine anzutreiben. Die Elektromaschine ist in diesem Fall häufig in unmittelbarer Nachbarschaft zu der angetriebenen Achse angeordnet. In diesem Fall spricht man häufig auch von einem elektrischen Achsantrieb. Bei reinen Elektrofahrzeugen kann dies die einzige angetriebene Achse sein. Ein derartiger elektrischer Achsantrieb kann jedoch an beiden Achsen eines Kraftfahrzeuges wie einem Personenkraftwagen angeordnet sein, um einen Allradantrieb zu realisieren. Bei einem Hybridantrieb kann eine Achse mittels eines Verbrennungsmotors angetrieben sein, und eine zweite Achse mittels eines elektrischen Achsantriebs.
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Zwischen der Rotorwelle und Abtriebswellen der angetriebenen Achse wird häufig eine feste Übersetzung eingerichtet. In vielen Fällen ist ein hierzu verwendetes Stufengetriebe als Eingang-Getriebe ausgebildet.
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Der eingangs beschriebene elektrische Achsantrieb weist jedoch ein Mehrgang-Stufengetriebe auf, das wenigstens zwei unterschiedliche Übersetzungen zwischen der Rotorwelle der Elektromaschine und den Abtriebswellen ermöglicht.
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Ein derartiger Achsantrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine ist aus dem Dokument
DE 10 2020 201 093 A1 bekannt. Eine Rotorwelle als Antriebswelle ist über ein Getriebe mit zumindest zwei Schaltelementen zum Realisieren von zumindest zwei Gangstufen mit einem Abtriebsdifferential zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle verbunden. Die Rotorwelle und die Abtriebswellen sind achsparallel zueinander angeordnet. Als Getriebe sind zumindest eine Stirnradstufe sowie zumindest ein Planetengetriebe vorgesehen. Das Planetengetriebe ist als Summiergetriebe zum Realisieren eines leistungsverzweigten Getriebes ausgeführt. Die Rotorwelle ist zum Realisieren eines ersten Leistungspfades über eine erste Stirnradstufe mit einem Element des Planetengetriebes verbunden. Eine Getriebe welle, an der die zwei Schaltelemente angeordnet sind, ist koaxial zu den Abtriebswellen angeordnet.
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Es ist vor diesem Hintergrund eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte elektromechanische Betätigungseinrichtung, einen verbesserten elektrischen Achsantrieb und ein Fahrzeug mit einem solchen verbesserten elektrischen Achsantrieb anzugeben.
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Die obige Aufgabe wird gelöst durch eine elektromechanische Betätigungsanordnung für ein Mehrgang-Stufengetriebe, das eine Getriebewelle aufweist, die über ein erstes, formschlüssiges Schaltelement mit einem Gehäuse verbindbar ist und die über ein zweites, reibschlüssiges Schaltelement mit einem an der Getriebewelle drehbar gelagerten Drehglied verbindbar ist, mit einem an der Getriebewelle in Drehrichtung festgelegten und in Bezug auf die Getriebewelle axial zwischen einer ersten Axialposition und einer zweiten Axialposition verschieblichen Betätigungselement und mit einem Betätigungsmechanismus, der elektrisch antreibbar ist und der dazu ausgebildet ist, das Betätigungselement zwischen der ersten und der zweiten Axialposition zu verschieben, wobei das Betätigungselement im Bereich von einem axialen Ende eine Klaue des ersten formschlüssigen Schaltelementes aufweist, die in der ersten Axialposition mit einer an dem Gehäuse festgelegten Gegenklaue des ersten formschlüssigen Schaltelementes in Eingriff steht und die in der zweiten Axialposition hiervon gelöst ist, und wobei das Betätigungselement im Bereich von einem entgegengesetzten axialen Ende dazu eingerichtet ist, das zweite reibschlüssige Schaltelement mit einer Betätigungskraft zu beaufschlagen, um das zweite reibschlüssige Schaltelement in der zweiten Axialposition zu schließen.
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Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen elektrischen Achsantrieb für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse, einer Elektromaschine, die eine Rotorwelle aufweist, und einem Mehrgang-Stufengetriebe, das eingangsseitig mit der Rotorwelle verbunden ist und das ausgangsseitig mit einem Abtrieb verbunden ist, wobei das Mehrgang-Stufengetriebe wenigstens einen Stirnradsatz und ein Planetengetriebe aufweist, wobei eine Getriebewelle des Mehrgang-Stufengetriebes über ein erstes Schaltelement mit dem Gehäuse verbindbar ist und über ein zweites Schaltelement mit einem an der Getriebewelle drehbar gelagerten Drehglied verbindbar ist, und wobei das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement mittels einer kombinierten Betätigungsanordnung betätigbar sind, insbesondere mittels einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung der erfindungsgemäßen Art.
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Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug mit einem solchen Achsantrieb.
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Die erfindungsgemäße elektromechanische Betätigungseinrichtung ermöglicht die alternative Betätigung eines ersten Schaltelementes, das als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist, und eines zweiten Schaltelementes, das als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist. In der ersten Axialposition ist das erste formschlüssige Schaltelement geschlossen und das zweite reibschlüssige Schaltelement geöffnet. In der zweiten Axialposition ist das erste formschlüssige Schaltelement geöffnet und das zweite reibschlüssige Schaltelement geschlossen. Die erfindungsgemäße elektromechanische Betätigungseinrichtung ist eine kombinierte Betätigungseinrichtung, denn sie betätigt zwei Schaltelemente.
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Die im Bereich von einem axialen Ende des Betätigungselementes ausgebildete Klaue des ersten formschlüssigen Schaltelementes kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Stirnverzahnung, als Axialverzahnung oder als axialer Vorsprung/axiale Vertiefung. In entsprechender Weise kann die an dem Gehäuse festgelegte Gegenklaue als Stirnverzahnung, als Axialverzahnung oder als axiale Vertiefung/axialer Vorsprung ausgebildet sein. Der Begriff der Klaue ist folglich breit zu verstehen und beinhaltet jedes Element, das einen Formschluss einrichten kann.
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Vorzugsweise ist das erste formschlüssige Schaltelement ein unsynchronisiertes Schaltelement. Das erste formschlüssige Schaltelement kann jedoch auch als synchronisiertes Schaltelement ausgebildet sein, beispielsweise mit einer Synchronisierungseinrichtung, wie sie in Schaltelementen für Kraftfahrzeug-Handschaltgetriebe regelmäßig verwendet werden.
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Das zweite Schaltelement, das als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist, kann beispielsweise durch zwei aneinander andrückbare Drehkörper gebildet sein. Vorzugsweise ist das zweite reibschlüssige Schaltelement als Lamellenkupplung ausgebildet.
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Ein axialer Weg des Betätigungselementes zwischen der ersten Axialposition und der zweiten Axialposition kann einen ersten Wegpunkt beinhalten, der zwischen der ersten und der zweiten Axialposition liegt. Ausgehend von der ersten Axialposition und mit Erreichen des Wegpunktes wird das erste formschlüssige Schaltelement geöffnet. Bei diesem Wegpunkt zwischen der ersten Axialposition und der zweiten Axialposition kann das reibschlüssige Schaltelement so weit angedrückt sein, dass ein sog. „Kisspunkt“ erreicht ist. Alternativ hierzu kann dieser Wegpunkt jedoch auch noch vor einem solchen Kisspunkt liegen. Auch kann der Kisspunkt noch weiter in Richtung hin zu der zweiten Axialposition angeordnet sein. Der Kisspunkt entspricht jenem Zustand der zweiten reibschlüssigen Schaltkupplung, bei der die zweite reibschlüssige Schaltkupplung beginnt, ein Drehmoment zu übertragen.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Betätigungselement im Bereich des entgegengesetzten axialen Endes und dem zweiten reibschlüssigen Schaltelement eine Federanordnung vorgesehen, beispielsweise in Form einer Ringtellerfeder oder dergleichen.
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Das Betätigungselement kann nach der Art einer ringförmigen Schaltmuffe ausgebildet sein, die entlang einer Axialverzahnung an der Getriebewelle axial verschieblich ist. An dem Betätigungselement kann ein Schiebering drehbar gelagert sein. Der Schiebering ist vorzugsweise in beiden Axialrichtungen formschlüssig mit dem Betätigungselement verbunden. Der Schiebering kann mittels eines elektrischen Betätigungsmotors in Drehung versetzt werden. Der Schiebering kann sich beispielsweise über einen Kugelrampenmechanismus an einem Gehäuse abstützen, so dass eine Verdrehung des Schieberinges zwangsläufig zu einer Axialbewegung des Schieberinges und folglich des Betätigungselementes führt. Ein solcher Betätigungsmotor kann beispielsweise achsparallel versetzt zu der Getriebewelle angeordnet sein. Der Schiebering kann an seinem Außenumfang eine Außenverzahnung aufweisen, in die ein Antriebsritzel des elektrischen Betätigungsmotors zum Verdrehen des Schieberings ausgebildet ist.
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Generell ist es bevorzugt, wenn der Betätigungsmechanismus elektrisch antreibbar ist und einen Rotations-Translationswandler aufweist. Hierbei kann die elektrische Betätigung mittels eines elektrischen Betätigungsmotors erfolgen, wobei der Rotations-Translationswandler eine Drehbewegung des Elektromotors in eine Axialbewegung des Betätigungselementes umsetzt. Der Rotations-Translationswandler kann beispielsweise durch einen Kugelrampenmechanismus ausgebildet sein, wie oben erwähnt.
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Die Getriebewelle kann bei der elektromechanischen Betätigungsanordnung über einen Freilauf mit dem Gehäuse verbunden sein, der funktionaler Bestandteil eines ersten Schaltelementes sein kann.
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Heute bekannte Getriebetopologien basieren typischerweise auf dem Einsatz eines Verbrennungsmotors. Diese sind speziell auf die Charakteristik von Verbrennungskraftmaschinen ausgelegt. An Übersetzungsgetriebe für elektrische Maschinen werden jedoch aufgrund der unterschiedlichen Charakteristik andere Anforderungen gestellt. Die Kennlinie einer elektrischen Maschine besitzt typischerweise ein hohes Drehmoment über einen langen Drehzahlbereich. Im oberen Drehzahlbereich sinkt dieses dann linear zur Drehzahl ab.
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Klassische Stirnradgetriebe zur Lösung des Problems sind bekannt, haben jedoch den Nachteil, dass sie sehr viel Bauraum benötigen. Die Leistungsdichte der bekannten Getriebetopologien sinkt daher. Darüber hinaus eignen sie sich nicht für einen skalierbaren Ansatz. Dies ist erforderlich, da hierdurch auf unterschiedliche Kundenanforderungen bzw. unterschiedliche Fahrzeuge eingegangen werden kann. Auslegungsrelevant für einen elektrischen Achsantrieb sind das Anfahrmoment und die geforderte Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
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Mit dem vorliegenden elektrischen Achsantrieb können vorzugsweise alle Anforderungen erfüllt werden.
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Der elektrische Achsantrieb weist ein Mehrgang-Stufengetriebe auf, das beispielsweise zwei oder mehr Gangstufen zwischen der Rotorwelle und den Abtriebswellen der angetriebenen Achse ermöglicht. Der erste Gang wird so ausgelegt, damit das gewünschte Anfahrmoment realisiert werden kann. Die Übersetzung für den zweiten bzw. letzten Gang wird so gewählt, dass die Höchstgeschwindigkeit erreicht werden kann. Liegen die beiden Gänge zu weit auseinander, d.h. ist die erforderliche Spreizung zu hoch für zwei Gänge, lässt sich das Getriebeschema auf drei bzw. mehr Gänge erweitern.
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Heute bekannte Mehrganggetriebe für elektrische Fahrzeugantriebe weisen jedoch eine erhebliche Schwierigkeit hinsichtlich der Schaltelemente auf. Die zum Wechsel von Gangstufen notwendigen Schaltelemente sind so angeordnet, dass die gesamte Antriebsleistung von diesen übertragen werden muss. Dies macht die Schaltelemente groß und teuer. Ein weiterer erheblicher Nachteil ist die damit einhergehende Betätigungsenergie, insbesondere bei Reibschaltelementen. Schaltelemente zur Übertragung der heute bekannten Antriebsleistungen von 150 bis 300 kW lassen sich nicht mit einer effizienten elektromechanischen Betätigung realisieren. Typischerweise wird dann auf eine hydraulische Betätigung zurückgegriffen, die deutlich ineffizienter ist und die Vorteile eines Mehrganggetriebes zu Nichte machen kann.
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Der vorliegend offenbarte elektrische Achsantrieb ermöglicht, dass in wenigstens einer Gangstufe nur ein Teil der am Abtrieb zur Verfügung gestellten Leistung über das zweite Schaltelement fließt. In einer Gangstufe, bei der das zweite Glied des Planetengetriebes über ein erstes Schaltelement mit dem Gehäuse verbindbar ist, fließt vorzugsweise gar keine Leistung über das zweite Schaltelement. Das erste Schaltelement muss hierbei die Leistung vorzugsweise ebenfalls nicht übertragen, sondern lediglich ein Glied (das zweite Glied) des Planetengetriebes gegen das Gehäuse abstützen.
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Die Elektromaschine ist bei dem elektrischen Achsantrieb vorzugsweise achsparallel versetzt zu dem Planetengetriebe angeordnet. Vorzugsweise ist die Elektromaschine achsparallel versetzt zu einem Ausgleichsgetriebe angeordnet, mittels dessen die Antriebsleistung auf zwei Abtriebswellen und damit auf zwei angetriebene Räder der angetriebenen Achse verteilbar ist.
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Bei dem elektrischen Achsantrieb können Vorteile hinsichtlich des Bauraums und hinsichtlich der Ausführung der Wellen realisiert werden.
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Das Planetengetriebe weist vorzugsweise genau einen Planetenradsatz auf, der drei Glieder beinhaltet. Die Elektromaschine ist vorzugsweise als Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug realisiert und weist daher in der Regel eine Antriebsleistung von wenigstens 30 kW auf, in der Regel jedoch Antriebsleistungen von 100 kW und deutlich mehr.
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Eine maximale Drehzahl der Elektromaschine liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 8000 U/Min. und 12000 U/Min.
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Die Schaltelemente sind vorzugsweise so gewählt, dass ein Schaltvorgang von einer ersten Gangstufe (Anfahrgangstufe) in eine zweite Gangstufe unter Last möglich ist.
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Eine Rückschaltung ist jedoch ggf. auch mit Zugkrafteinbruch (also kein Rückschalten unter Last) realisierbar.
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In manchen Ausführungsformen kann das erste Schaltelement einen Freilauf beinhalten.
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Die Elektromaschine ist vorzugsweise auch dazu verwendbar, um einen Rückwärtsfahrbetrieb einzurichten, und zwar durch Umkehrung der Drehrichtung der Rotorwelle. Ferner ist die Elektromaschine vorzugsweise dazu ausgebildet, neben einem motorischen Betrieb auch einen generatorischen Betrieb zu realisieren, um eine Rekuperation durchführen zu können.
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Die folgenden Begriffe lassen sich im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insbesondere wie folgt verstehen.
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Eine Radpaarung beinhaltet genau zwei Zahnräder, die miteinander in Eingriff stehen, insbesondere miteinander kämmen. Die Zahnräder einer Radpaarung weisen vorzugsweise jeweils eine Stirnverzahnung auf, sind vorzugsweise in einer radialen Ebene angeordnet und sind vorzugsweise jeweils einer anderen Welle zugeordnet. Die Zahnräder der Radpaarung können zwei Festräder sein (sogenannte Konstanten-Radpaarung). Bei einer schaltbaren Radpaarung können die zwei Zahnräder ein Festrad und ein Losrad (siehe unten) sein, die vorzugsweise gemeinsam eine Gangstufe (siehe unten) definieren.
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Ein Radsatz (Stirnradsatz) beinhaltet wenigstens zwei miteinander in Eingriff stehende (insbesondere kämmende) Zahnräder und kann eine oder mehrere Radpaarungen beinhalten, die vorzugsweise in einer gemeinsamen radialen Radsatzebene liegen. Sofern ein Radsatz ein Festrad aufweist, das mit zwei unterschiedlichen Zahnrädern in Eingriff steht, spricht man auch von einer Doppelnutzung des Festrades. Ein Radsatz kann schaltbar sein oder kann nicht schaltbar sein (sogenannter Konstanten-Radsatz).
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Ein Losrad ist ein drehbar an einer Welle gelagertes Zahnrad, das mittels eines Schaltelementes mit der Welle verbindbar oder davon entkoppelbar ist. Ein Festrad ist ein an einer Welle drehfest festgelegtes Zahnrad.
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Ein Schaltelement dient zum Verbinden oder Lösen von Gliedern, wie einem Losrad und einer Welle oder einer Welle und einem Gehäuse.
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Ein Lastschaltelement ist ein Schaltelement, das einen Wechsel zwischen Gangstufen unter Last, also vorzugsweise zugkraftunterbrechungsfrei, ermöglicht. In der Regel ist ein Lastschaltelement eine Reibkupplung, die mittels einer Kraft angedrückt wird, um die miteinander zu verbindenden Glieder drehfest miteinander zu verbinden. Eine Reibkupplung ermöglicht in der Regel auch das Einstellen eines Schlupfzustandes zwischen den Gliedern bzw. ein allmähliches Verbinden oder Lösen der Glieder. Eine Reibkupplung kann als Lamellenkupplung ausgebildet sein.
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Bei Planetengetrieben wird in der Regel zwischen Bremsen und Kupplungen unterschieden. Eine Bremse ist in der Regel ein Lastschaltelement, das dazu ausgebildet ist, ein drehbares Glied eines Planetenradsatzes mit einem Gehäuse zu verbinden. Eine Kupplung ist in der Regel ein Lastschaltelement, das dazu ausgelegt ist, zwei drehbare Glieder von einem oder von unterschiedlichen Planetenradsätzen miteinander zu verbinden.
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Zwei relativ zueinander drehbare Glieder sind verbunden, wenn sie zwangsläufig mit einer proportionalen Drehzahl drehen. Der Begriff „verbunden“ ist gleichzusetzen mit „wirkverbunden“. Unter einer „drehfesten Verbindung“ ist zu verstehen, dass die zwei Glieder mit der gleichen Drehzahl drehen. Zwei Glieder sind dann verbindbar, wenn sie entweder miteinander verbunden oder voneinander entkoppelt sein können. Vorzugsweise sind die zwei Glieder dabei mittels eines Schaltelementes (z.B. einer Kupplung oder einer Bremse) miteinander verbindbar.
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Eine Anbindung verbindet zwei Drehglieder, insbesondere zwei Wellen, die auf unterschiedlichen Achsen liegen. Die Anbindung kann durch ein Zugmittel oder einen Konstanten-Stirnradsatz gebildet sein, der eine oder mehrere Radpaarungen beinhaltet.
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Zwei Elemente sind axial ausgerichtet, wenn sie sich in axialer Richtung zumindest teilweise überlappen und/oder wenn sie in einer gemeinsamen Radialebene liegen. Der Begriff der Radialebene ist vorzugsweise funktional zu verstehen und nicht geometrisch. Folglich können auch zwei Schaltelemente eines Doppelschaltelementes in einer gemeinsamen Radialebene liegen.
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Die Aufgabe wird vollkommen gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Achsantrieb ist es bevorzugt, wenn die Getriebewelle mit einem ersten Glied des Planetengetriebes verbunden ist, insbesondere drehfest verbunden ist.
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Alternativ oder akkumulativ hierzu ist es bevorzugt, wenn ein zweites Glied des Planetengetriebes mit der Rotorwelle verbunden ist.
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Alternativ oder akkumulativ hierzu ist es bevorzugt, wenn ein drittes Glied des Planetengetriebes mit dem Abtrieb verbunden ist.
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Vorzugsweise ist bei dem elektrischen Achsantrieb vorzugsweise vorgesehen, dass der Abtrieb einen Abtriebs-Stirnradsatz aufweist, über den das dritte Glied des Planetengetriebes mit einem Eingangsglied eines Ausgleichsgetriebes zur Verteilung von Antriebsleistung auf angetriebene Räder verbunden ist.
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Das Ausgleichsgetriebe ist vorzugsweise koaxial zu Abtriebswellen angeordnet, die mit jeweiligen angetriebenen Rädern der angetriebenen Achse drehfest verbunden sind.
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Ferner ist es bei dem elektrischen Achsantrieb vorteilhaft, wenn die Getriebewelle achsparallel versetzt zu der Rotorwelle der Elektromaschine angeordnet ist.
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Alternativ oder akkumulativ hierzu ist es bei dem elektrischen Achsantrieb bevorzugt, wenn die Getriebewelle achsparallel versetzt zu Abtriebswellen des Abtriebs angeordnet ist.
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Insgesamt ist es folglich bevorzugt, wenn der elektrische Achsantrieb im Wesentlichen auf zwei Achsen realisiert ist, nämlich einer ersten Achse, die koaxial zu der Elektromaschine angeordnet ist, und einer zweiten Achse, die koaxial zu dem Planetengetriebe und zu der Getriebewelle angeordnet ist.
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Das oben genannte Ausgleichsgetriebe, mit dem der Abtrieb des Achsantriebs verbunden ist, liegt vorzugsweise auf einer dritten Achse, die zudem vorzugsweise koaxial ist zu den Abtriebswellen der angetriebenen Achse.
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Bei dieser Ausführungsform kann eine Betätigung der Schaltelemente vergleichsweise einfach realisiert werden. Zudem kann ein in axialer Richtung kompakter Achsantrieb realisiert werden.
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Das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement sind vorzugsweise koaxial zu der Getriebewelle angeordnet.
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Bei dem elektrischen Achsantrieb ist es bevorzugt, wenn die Rotorwelle der Elektromaschine über einen ersten Stirnradsatz mit einem zweiten Glied des Planetengetriebes verbunden ist.
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Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn das zweite Glied des Planetengetriebes ein Hohlrad ist und wenn der erste Stirnradsatz ein an der Rotorwelle festgelegtes Stirnrad und ein drehfest mit dem Hohlrad verbundenes Stirnrad aufweist.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn das drehfest mit dem Hohlrad verbundene Stirnrad durch eine an dem Hohlrad ausgebildete Außenverzahnung des Hohlrades gebildet ist.
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Ferner ist es bei dem elektrischen Achsantrieb vorteilhaft, wenn die Rotorwelle der Elektromaschine über wenigstens einen zweiten Stirnradsatz und das zweite Schaltelement mit der Getriebewelle verbindbar ist.
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Der zweite Stirnradsatz ist in axialer Richtung vorzugsweise zwischen den Schaltelementen und dem Planetengetriebe angeordnet. Vorzugsweise ist der zweite Radsatz axial überlappend mit einem Ausgleichsgetriebe des elektrischen Achsantriebs ausgerichtet.
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Die Getriebewelle ist vorzugsweise über das erste Schaltelement mit dem Gehäuse verbindbar. Ferner ist die Getriebewelle vorzugsweise über das zweite Schaltelement mit einem Losrad des zweiten Stirnradsatzes verbindbar.
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Folglich ist es bevorzugt, wenn die Rotorwelle der Elektromaschine über den zweiten Stirnradsatz und das zweite Schaltelement mit der Getriebewelle verbindbar ist.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Rotorwelle der Elektromaschine über zumindest einen weiteren zweiten Stirnradsatz und ein weiteres zweites Schaltelement mit der Getriebewelle verbindbar ist.
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In diesem Fall ist mittels des ersten Schaltelementes, mittels des zweiten Schaltelementes und mittels des weiteren zweiten Schaltelementes eine Anzahl von wenigstens drei unterschiedlichen Gangstufen schaltbar. Die Übersetzungen der zwei zweiten Stirnradsätze sind in diesem Fall vorzugsweise unterschiedlich, um die unterschiedlichen Übersetzungen einzurichten.
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In der Regel sind auch bei dieser Ausführungsform das erste und das zweite Schaltelement mittels einer kombinierten Betätigungsanordnung betätigbar. Das weitere zweite Schaltelement ist in diesem Fall vorzugsweise mittels einer separaten Betätigungseinrichtung betätigbar.
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Aufgrund dessen, dass das erste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist und vorzugsweise einen Freilauf beinhaltet, ist es vergleichsweise einfach, einen Gangwechsel von der ersten Gangstufe in die zweite Gangstufe unter Last durchzuführen. Hierbei wird das als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildete zweite Schaltelement geschlossen. Anschließend kann das erste Schaltelement geöffnet werden, um den Freilauf zu entlasten.
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Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn durch Schließen des ersten Schaltelementes eine erste Übersetzung zwischen einer Rotorwelle der Elektromaschine und einer Abtriebswelle des Abtriebs in einem Bereich von 9,0 bis 14,0 eingerichtet wird, insbesondere in einem Bereich von 10,5 bis 13,5.
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Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn durch Schließen des zweiten Schaltelementes eine zweite Übersetzung zwischen einer Rotorwelle der Elektromaschine und einer Abtriebswelle des Abtriebs in einem Bereich von 4,0 bis 8,5 eingerichtet wird. Diese Übersetzung ist vorzugsweise kleiner als die Übersetzung, die mittels des ersten Schaltelementes einrichtbar ist. Vorzugsweise liegt die zweite Übersetzung in einem Bereich von 5,5 bis 7,5.
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Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn eine Spreizung des Mehrgang-Stufengetriebes zwischen einer höchsten Übersetzung und einer niedrigsten Übersetzung in einem Bereich von 1,3 bis 2,4 liegt.
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Bei dem elektrischen Achsantrieb sind vorzugsweise genau zwei unterschiedliche Übersetzungsstufen einrichtbar, die mit zwei Schaltelementen realisierbar sind. Bei einer derartigen Anordnung kann eine Leistungsverzweigung eingerichtet werden, insbesondere über den zweiten Stirnradsatz. Das Planetengetriebe kann dabei als Summiergetriebe wirken und die beiden Leistungspfade wieder zusammenführen.
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Im ersten Gang erfolgt vorzugsweise eine Übertragung des Drehmomentes über das Hohlrad eines Planetenradsatzes und über den Planetenträger bzw. Steg des Planetenradsatzes direkt auf das Ausgleichsgetriebe, wobei die Sonne gegen das Gehäuse festgelegt ist. Mit anderen Worten ist vorzugsweise die Sonne des Planetenradsatzes durch das erste Schaltelement gegen das Gehäuse blockiert.
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Das erste Schaltelement ist vorzugsweise durch eine Kombination aus einem Freilauf und einer formschlüssigen Klauenkupplung realisiert. Dies ermöglicht bei geschlossener Klauenkupplung eine Übertragung von Drehmoment in beiden Richtungen, um beispielsweise auch einen Rückwärtsfahrbetrieb einzurichten.
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Um in die zweite Gangstufe zu schalten, kann die Klauenkupplung zunächst geöffnet werden. Der Freilauf übernimmt in diesem Moment die Momentenübertragung in Vorwärtsrichtung. Ein Schalten in den zweiten Gang während einer Rückwärtsfahrt ist in der Regel nicht möglich.
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Durch das Schließen des zweiten Schaltelementes erfolgt das Ansynchronisieren der Getriebewelle in Freilaufrichtung. Hierfür wird lediglich ein Teil der Antriebsleistung über das zweite Schaltelement übertragen, das vorzugsweise als reibschlüssige Kupplung realisiert ist.
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Sobald das zweite Schaltelement geschlossen ist, befindet sich das Mehrgang-Stufengetriebe in der zweiten Gangstufe. Eine Rückschaltung kann hierbei in der Regel nicht ohne Zugkraftunterbrechung erfolgen. Durch Öffnen des zweiten Schaltelementes wird die Drehzahl der Getriebewelle reduziert. Sobald eine Drehzahl von Null erreicht wird, übernimmt der Freilauf und blockiert die Getriebewelle gegen das Gehäuse, um wieder die erste Gangstufe einzurichten.
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Das zweite Schaltelement wird in der zweiten Gangstufe vorzugsweise nicht mit der gesamten Antriebsleistung belastet. Durch die reduzierte Leistungsübertragung kann das zweite Schaltelement deutlich kleiner ausgeführt werden. Dies ermöglicht vorzugsweise den Einsatz einer effizienten elektromechanischen Betätigung. Unter einer elektromechanischen Betätigung wird hierbei vorzugsweise die direkte Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie verstanden, die dann für die Aktuierung des Schaltelements verwendet wird. Darüber hinaus können die beiden Gangstufen durch die Anordnung wahlweise mit nur einem Aktuator (kombinierte Betätigungseinrichtung) betätigt werden. Dies kann die Bauteilkosten und den Sicherheitsaufwand reduzieren. Merkmale wie eine Parksperre und/oder eine Abkuppelfunktion („disconnect“) können optional implementiert werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines elektrischen Achsantriebs in einem Fahrzeug;
- 2 eine schematische Längsschnittansicht einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung in einem Mehrgang-Stufengetriebe;
- 3 eine schematische Schnittansicht entlang einer Linie III-III in 2;
- 4 eine Darstellung des elektrischen Achsantriebs der 1 bei eingerichteter erster Gangstufe; und
- 5 eine Darstellung des elektrischen Achsantriebs der 1 bei eingerichteter zweiter Gangstufe.
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In 1 ist ein elektrischer Achsantrieb für ein schematisch angedeutetes Kraftfahrzeug F generell mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug F kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug sein.
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Der elektrische Achsantrieb beinhaltet eine Elektromaschine 12, die auf einer ersten Achse A1 angeordnet ist. Ferner beinhaltet der elektrische Achsantrieb 10 ein Mehrgang-Stufengetriebe 14 zur Einrichtung von wenigstens zwei unterschiedlichen Gangstufen. Das Mehrgang-Stufengetriebe 14 ist eingangsseitig mit einer Rotorwelle der Elektromaschine 12 verbunden. Ausgangsseitig ist das Mehrgang-Stufengetriebe 14 mit einem Abtrieb 16 verbunden, der ein Ausgleichsgetriebe 18 aufweist. Das Ausgleichsgetriebe 18 ist dazu ausgebildet, eingespeiste Antriebsleistung auf zwei Abtriebswellen 20l, 20r zu verteilen, die mit jeweiligen angetriebenen Rädern L bzw. R des Fahrzeugs F drehfest verbunden sind.
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Die angetriebene Achse ist in 1 mit A3 bezeichnet, wobei das Ausgleichsgetriebe 18 koaxial zu der (dritten) Achse A3 angeordnet ist.
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Das Mehrgang-Stufengetriebe 14 beinhaltet ein Planetengetriebe 24 in Form eines einzelnen Planetenradsatzes. Das Planetengetriebe 24 beinhaltet eine Sonne 26, ein Hohlrad 28 und einen Steg (Planetenträger) 30. Das Planetengetriebe 24 ist koaxial zu einer zweiten Achse A2 angeordnet. Eine Rotorwelle 32 der Elektromaschine 12 ist koaxial zu der ersten Achse A1 angeordnet.
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Das Mehrgang-Stufengetriebe 14 beinhaltet ferner eine Getriebewelle 34, die auf der zweiten Achse A2 angeordnet ist, die achsparallel versetzt zu der ersten Achse A1 und zu der dritten Achse A3 angeordnet ist.
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Das Planetengetriebe 24 ist über einen ersten Stirnradsatz 36 mit der Rotorwelle 32 verbunden.
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Genauer gesagt ist der erste Stirnradsatz 36 durch ein mit der Rotorwelle 32 drehfest verbundenes Festrad und ein Rad des Planetengetriebes 24 gebildet. Vorliegend ist der erste Stirnradsatz 36 durch das an der Rotorwelle 32 festgelegte Festrad und das Hohlrad 28 des Planetengetriebes 24 gebildet, indem das Hohlrad 28 an seinem Außenumfang mit einer Stirnradverzahnung versehen ist, die in Eingriff steht (kämmt) mit dem an der Rotorwelle 32 festgelegten Festrad des ersten Stirnradsatzes 36.
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Das Mehrgang-Stufengetriebe 14 weist ferner einen zweiten Stirnradsatz 38 auf. Der Planetenradsatz 24 ist vorzugsweise in axialer Richtung zwischen der Elektromaschine 12 und dem zweiten Stirnradsatz 38 angeordnet.
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Der zweite Stirnradsatz 38 beinhaltet ein mit der Rotorwelle 32 drehfest verbundenes Festrad und ein Losrad 39, das drehbar an der Getriebewelle 34 gelagert ist und das mit dem Festrad in Eingriff steht (kämmt).
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Ferner beinhaltet das Mehrgang-Stufengetriebe 14 einen Abtriebs-Stirnradsatz 40. Der Abtriebs-Stirnradsatz 40 ist als Konstanten-Radsatz ausgebildet und beinhaltet ein mit dem Steg (Planetenträger) 30 drehfest verbundenes Festrad und ein drehfest mit einem Eingangsglied 19 des Ausgleichsgetriebes 18 verbundenes Festrad. Der Abtriebs-Stirnradsatz 40 ist in axialer Richtung zwischen dem zweiten Stirnradsatz 38 und dem Planetengetriebe 24 angeordnet.
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Das Mehrgang-Stufengetriebe 14 beinhaltet ein erstes Schaltelement 44 und ein zweites Schaltelement 46.
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Das erste Schaltelement 44 ist dazu ausgelegt, die Getriebewelle 34 mit einem Gehäuse G zu verbinden.
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Wie oben ausgeführt, ist das erste Schaltelement 44 vorzugsweise durch eine Kombination einer Klauenkupplung und eines Freilaufes gebildet.
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Das zweite Schaltelement 46 ist vorzugsweise als Reibkupplung ausgebildet, insbesondere als Lamellenkupplung.
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Zur Betätigung des ersten Schaltelementes 44 ist eine erste elektromechanische Betätigungseinrichtung 48 vorgesehen. Zur Betätigung des zweiten Schaltelementes 46 ist eine zweite elektromechanische Betätigungseinrichtung 50 vorgesehen.
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Das erste Schaltelement 44 liegt vorzugsweise in einer ersten Radialebene R1. Das zweite Schaltelement 46 ist vorzugsweise in einer zweiten Radialebene R2 angeordnet.
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Der zweite Stirnradsatz 38 ist in einer dritten Radialebene R3 angeordnet. Der Abtriebs-Stirnradsatz 40 ist in einer vierten Radialebene R4 angeordnet.
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Das Planetengetriebe 24 und der erste Stirnradsatz 36 sind in einer fünften Radialebene R5 angeordnet. Die Elektromaschine 12 ist vorzugsweise in einer sechsten Radialebene R6 angeordnet, kann jedoch alternativ im Bereich der ersten Radialebene R1 angeordnet sein.
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Das Ausgleichsgetriebe 18 ist vorzugsweise axial auf einer Seite des Abtriebs-Stirnradsatzes 40 angeordnet, die dem Planetengetriebe 24 gegenüberliegt.
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Das Ausgleichsgetriebe 18 ist vorzugsweise in der dritten Radialebene R3 angeordnet.
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Die Radialebenen R1 bis R6 liegen in axialer Richtung zwischen dem linken Rad L und dem rechten Rad R.
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Wie es bei 38a gezeigt ist, kann der elektrische Achsantrieb 10 ein Mehrgang-Stufengetriebe 14 beinhalten, das einen oder mehrere weitere zweite Stirnradsätze 38a und eine entsprechende Anzahl von weiteren zweiten Schaltelementen 46a aufweist, um beispielsweise ein Dreigang- oder ein Vierganggetriebe einzurichten.
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Vorliegend sind die erste elektromechanische Betätigungseinrichtung 48 und die zweite elektromechanische Betätigungseinrichtung 50 zusammen als eine einzelne kombinierte Betätigungseinrichtung 60 ausgebildet.
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In den 2 und 3 ist ein Beispiel einer derartigen kombinierten Betätigungseinrichtung 60' schematisch dargestellt, mittels der alternativ ein erstes Schaltelement 44' in Form eines formschlüssigen Schaltelementes und ein zweites Schaltelement 46' in Form eines reibschlüssigen Schaltelementes betätigbar sind.
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Die Schaltelemente 44', 46' sind an einer Getriebewelle 34' gelagert, die koaxial ausgebildet ist zu einer Achse A2.
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An der Getriebewelle 34' ist ein Losrad 39' eines Stirnradsatzes 38' drehbar gelagert.
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Das erste Schaltelement 44' dient dazu, die Getriebewelle 34' mit einem Gehäuse G zu verbinden. Das zweite Schaltelement 46' dient dazu, das Losrad 39 mit der Getriebewelle 34' zu verbinden.
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In 2 ist ferner schematisch dargestellt, dass koaxial zu der Getriebewelle 34' ein Planetenradsatz 24' angeordnet sein kann, dessen Sonnenrad drehfest mit der Getriebewelle 34' verbunden ist und dessen Steg mit einem ersten Festrad 41' eines Abtriebs-Stirnradsatzes 40' verbunden ist, wobei das erste Festrad 41' drehbar an der Getriebewelle 34' gelagert sein kann.
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Das erste Schaltelement 44' beinhaltet eine Klauenkupplung 62, mittels der die Getriebewelle 34' mit dem Gehäuse G verbindbar ist. Ferner ist die Getriebewelle 34' über einen Freilauf 64 mit dem Gehäuse G verbunden, der dem ersten Schaltelement 44 funktional zugeordnet ist.
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Die Getriebewelle 34' ist mittels eines ersten Wellenlagers 66 und mittels eines zweiten Wellenlagers 68 drehbar in Bezug auf das Gehäuse G gelagert.
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Die kombinierte elektromechanische Betätigungseinrichtung 60' der 2 und 3 beinhaltet einen Betätigungsmechanismus 70. Der Betätigungsmechanismus 70 ist als Rotations-Translationswandler ausgebildet, insbesondere als Kugelrampenmechanismus, der wenigstens eine Kugel 72 und Rampe 74 beinhaltet. Die Rampe kann insbesondere schraubenartig ausgerichtet sein.
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Der Betätigungsmechanismus 70 beinhaltet ein Betätigungselement („Kolben“) 76, das drehfest mit der Getriebewelle 34' verbunden ist. Das Betätigungselement 76 ist über eine Axialverzahnung 77 axial verschieblich an der Getriebewelle 34' gelagert.
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Das Betätigungselement 76 ist an der Getriebewelle 34' zwischen einer ersten Axialposition P1 und einer zweiten Axialposition P2 axial verschieblich gelagert.
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An dem Gehäuse G ist ein Klauenring 78 festgelegt.
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In der ersten Axialposition P1 steht eine nicht näher bezeichnete Klaue des Betätigungselementes 76 in Eingriff (in Drehrichtung formschlüssig) mit einer an dem Klauenring 78 ausgebildeten Gegenklaue der Klauenkupplung 62.
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Die Klaue und die Gegenklaue können jeweils durch eine Stirnverzahnung gebildet sein, insbesondere in Form einer ringförmigen Stirnverzahnung. Die Klaue und die Gegenklaue können jedoch auch durch eine jeweilige Axialverzahnung gebildet sein. Auch können die Klaue und die Gegenklaue durch eine Vertiefung bzw. einen Vorsprung gebildet sein.
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Der Begriff Klaue und Gegenklaue wird vorliegend allgemein verwendet, um darauf hinzuweisen, dass in der ersten Axialposition P1 das Betätigungselement 76 drehfest mit dem Klauenring 78 verbunden ist, um auf diese Weise die Getriebewelle 34' in Drehrichtung formschlüssig mit dem Gehäuse G zu verbinden.
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In der zweiten Axialposition P2 stehen die Klaue und die Gegenklaue der Klauenkupplung 62 außer Eingriff bzw. sind voneinander gelöst.
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Das zweite Schaltelement 46' ist als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet, insbesondere in Form einer Lamellenkupplung mit einer Vielzahl von ersten Lamellen, die drehfest mit der Getriebewelle 34' verbunden sind, und einer Vielzahl von zweiten Lamellen, die drehfest mit dem Drehglied in Form des Losrades 39 verbunden sind.
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Die hierdurch gebildete Lamellenkupplung ist in axialer Richtung zwischen dem Losrad 39 und dem Betätigungselement 76 angeordnet, insbesondere zwischen einem der Klauenkupplung 62 axial entgegengesetzten Ende des Betätigungselementes 76 und dem Losrad 39.
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Zwischen dem Betätigungselement 76 und dem als Lamellenkupplung ausgebildeten zweiten Schaltelement 46' ist vorzugsweise eine Axialfeder in Form einer ringförmigen Tellerfeder angeordnet, die in 2 nicht näher bezeichnet ist.
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In der ersten Axialposition P1 ist das Betätigungselement 76 so angeordnet, dass das Lamellenpaket des zweiten Schaltelementes 46' entlastet ist, also im Wesentlichen kein Drehmoment überträgt.
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In der zweiten Axialposition P2 ist das Lamellenpaket des zweiten Schaltelementes 46' axial so angepresst, dass ein Reibschluss erreicht ist.
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Durch die kombinierte elektromechanische Betätigungseinrichtung kann folglich alternativ entweder das erste Schaltelement 44' oder das zweite Schaltelement 46' geschlossen werden, je nachdem, ob sich das Betätigungselement 76 in der ersten Axialposition P1 oder in der zweiten Axialposition P2 befindet.
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Zum Bewegen des Betätigungselementes 76 zwischen der ersten Axialposition P1 und der zweiten Axialposition P2 ist an dem Betätigungselement 76 radial außen ein Schiebering 80 drehbar gelagert, der in beiden axialen Richtungen formschlüssig mit dem Betätigungselement 76 verbunden ist. Der Schiebering 80 ist Teil des oben beschriebenen Kugelrampenmechanismus und bildet eine axiale Seite der Rampe 74, während die andere axiale Seite der Rampe 74 durch den Klauenring 78 (oder ein anderes mit dem Gehäuse G verbundenes Element) gebildet ist.
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An dem Außenumfang des Schieberings 80 ist eine Außenverzahnung 82 ausgebildet, mittels der der Schiebering 80 in Drehung versetzt werden kann, und zwar relativ zu dem Betätigungselement 76 und zu dem Gehäuse G. Wie es in 2 schematisch angedeutet ist, kann die Außenverzahnung 82 mit einem nicht näher bezeichneten Ritzel eines elektrischen Betätigungsmotors oder einer anderen elektrischen Betätigungseinrichtung 84 verbunden sein.
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Durch Rotation der Rotorwelle der elektrischen Betätigungseinrichtung 84 wird mittels des so gebildeten Betätigungsmechanismus 70 der Schiebering 80 in Drehung versetzt, derart, dass der Schiebering 80 über den Kugelrampenmechanismus 72, 74 zwangsläufig in axialer Richtung versetzt wird, wobei das Betätigungselement 76 hierbei mitgenommen wird.
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Der Betätigungsmechanismus 70 bildet folglich einen Rotations-Translationswandler.
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Der Betätigungsmechanismus 70 kann mittels der oben genannten Axialfeder, die zwischen dem Betätigungselement 76 und dem Lamellenpaket des zweiten Schaltelementes 46' angeordnet ist, in axialer Richtung vorgespannt sein, und zwar in die erste Axialposition P1.
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Ein Übergang in die zweite Axialposition P2 wird folglich durch Antrieb des Schieberings 80 mittels der elektrischen Betätigungseinrichtung 84 erreicht.
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Ein Übergang von der zweiten Axialposition P2 in die erste Axialposition P1 kann dann mittels der Federkraft der Axialfeder erfolgen. Alternativ kann die elektrische Betätigungseinrichtung selbsthemmend sein, so dass das zweite Schaltelement 46' dauerhaft in der geschlossenen Axialposition (Reibschluss) P2 gehalten wird, bis die elektrische Betätigungseinrichtung 84 in der entgegengesetzten Richtung angetrieben wird, um erneut die erste Axialposition P1 einzurichten.
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Wie oben erwähnt, kann die kombinierte elektromechanische Betätigungseinrichtung 60' der 2 und 3 zur Betätigung der Schaltelemente 44, 46 des elektrischen Achsantriebs 10 der 1 verwendet werden.
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4 zeigt den elektrischen Achsantrieb 10 bei eingelegter erster Gangstufe.
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In diesem Zustand ist das erste Schaltelement 44 geschlossen und das zweite Schaltelement 46 ist geöffnet. Vorzugsweise ist eine formschlüssige Klauenkupplung des ersten Schaltelementes 44 geschlossen, so dass die Getriebewelle 34 in beiden Drehrichtungen gegen das Gehäuse G abgestützt ist.
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Dadurch, dass die Getriebewelle 34 mit dem Gehäuse G verbunden ist, ist das Sonnenrad 26 des Planetengetriebes 24 gegen das Gehäuse G festgesetzt.
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Antriebsleistung der Elektromaschine 12 fließt in diesem Fall von der Rotorwelle 32 über das Hohlrad 28 in den Steg 30, und von dort direkt in den Abtrieb 16, genauer über den Abtriebs-Stirnradsatz 40 zu dem Ausgleichsgetriebe 18. Der hierdurch eingerichtete Leistungsfluss ist in 4 mit LF1 bezeichnet. Die Festsetzung des Sonnenrades 26 in Bezug auf das Gehäuse G ist als Abstützung am Gehäuse AB1 bezeichnet.
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5 zeigt den elektrischen Achsantrieb 10 in der zweiten Gangstufe.
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Hierbei ist das zweite Schaltelement 46 geschlossen (insbesondere reibschlüssig geschlossen), und das erste Schaltelement 44 ist geöffnet.
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In diesem Fall fließt ein Teil der Leistung von der Rotorwelle 32 zum einen wie in der ersten Gangstufe in Form eines Leistungsflusses LF1 über das Hohlrad 28 und den Steg 30 hin zu dem Abtriebs-Stirnradsatz 40 und dem Ausgleichsgetriebe 18.
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Durch das geschlossene zweite Schaltelement 46 fließt Leistung jedoch auch von der Rotorwelle 32 über den zweiten Stirnradsatz 38 in die Getriebewelle 34 und von dort über das Sonnenrad 26 in das Planetengetriebe 24, das in diesem Fall als Summiergetriebe wirkt. Mit anderen Worten wird die von der Elektromaschine 12 bereitgestellte Antriebsleistung in einen ersten Leistungsfluss LF1 und einen zweiten Leistungsfluss LF2 aufgeteilt, wobei die Leistungsflüsse LF1 und LF2 in dem Planetengetriebe 24 aufsummiert werden, um einen Summenfluss LFS bereitzustellen, der von dem Steg 30 des Planetengetriebes 24 über den Abtriebs-Stirnradsatz 40 hin zu dem Ausgleichsgetriebe 18 fließt. Das zweite Schaltelement 46 überträgt nur einen Teil der von der Elektromaschine 12 bereit gestellten Leistung.
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Gangwechsel von der ersten Gangstufe (4) in die zweite Gangstufe (5) können unter Last durchgeführt werden.
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Hierzu wird zunächst die formschlüssige Klauenkupplung des ersten Schaltelements 44 geöffnet. Im Vorwärtsfahrbetrieb wird das anstehende Moment dann nach wie vor durch den Freilauf 64 des ersten Schaltelementes 44 abgestützt. Das Sonnenrad 26 bleibt folglich in Bezug auf das Gehäuse G festgelegt.
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Anschließend wird das zweite Schaltelement 46 allmählich geschlossen. Hierdurch wird die Getriebewelle in Freilaufrichtung synchronisiert.
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Sofern möglich, kann der Freilauf ggf. geöffnet werden, kann jedoch auch geschlossen bleiben.
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Ein Rückschalten ist nur mit Zugkraftunterbrechung möglich, wie oben beschrieben. Hierzu wird das zweite Schaltelement 46 geöffnet, bis die Getriebewelle 34 eine Drehzahl von Null hat. Anschließend greift der Freilauf des ersten Schaltelementes 44 und kann wiederum das anstehende Drehmoment an der Getriebewelle 34 abstützen, um wiederum in der ersten Gangstufe zu fahren. Anschließend kann die formschlüssige Klauenkupplung des ersten Schaltelementes 44 geschlossen werden.
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Das zweite Schaltelement 46 kann vergleichsweise klein dimensioniert werden. Denn in der ersten Gangstufe fließt gar keine Leistung über das zweite Schaltelement 46. In der zweiten Gangstufe fließt nur ein Teil der Antriebsleistung der Elektromaschine 12 über das zweite Schaltelement 46.
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Die Betätigung der Schaltelemente 44, 46 kann mittels einer einzelnen kombinierten und insbesondere elektromechanischen Betätigungseinrichtung 60 erfolgen.
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Bezugszeichen
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- 10
- Elektrischer Achsantrieb
- 12
- Elektromaschine
- 14
- Mehrgang-Stufengetriebe
- 16
- Abtrieb
- 18
- Ausgleichsgetriebe
- 19
- Eingangsglied
- 20l, 20r
- Abtriebswellen
- 24
- Planetengetriebe (Planetenradsatz)
- 26
- Sonne
- 28
- Hohlrad
- 30
- Steg/Planetenträger
- 32
- Rotorwelle
- 34
- Getriebewelle
- 36
- erster Stirnradsatz
- 38
- zweiter Stirnradsatz
- 38a
- weiterer zweiter Stirnradsatz
- 39
- Losrad (38)
- 40
- Abtriebs-Stirnradsatz
- 41
- erstes Festrad (40)
- 42
- zweites Festrad (40)
- 44
- erstes Schaltelement
- 46
- zweites Schaltelement
- 46a
- weiteres zweites Schaltelement
- 48
- erste elektromechanische Betätigungseinrichtung
- 50
- zweite elektromechanische Betätigungseinrichtung
- 60
- Kombinierte elektromechanische Betätigungseinrichtung
- 62
- Klauenkupplung (44)
- 64
- Freilauf (44)
- 66
- erstes Wellenlager
- 68
- zweites Wellenlager
- 70
- Betätigungsmechanismus
- 72
- Kugel(n)
- 74
- Rampe
- 76
- Betätigungselement („Kolben“)
- 77
- Axialverzahnung
- 78
- Klauenring
- 80
- Schiebering
- 82
- Außenverzahnung
- 84
- elektrische Betätigungseinrichtung
- F
- Fahrzeug
- L
- Linkes Rad
- R
- Rechtes Rad
- G
- Gehäuse (10)
- P1
- erste Axialposition
- P2
- zweite Axialposition
- A1-A3
- Achsen
- R1-R6
- Radialebenen
- LF1
- erster Leistungsfluss
- AB1
- Abstützung am Gehäuse
- LF2
- zweiter Leistungsfluss
- LFS
- Summenfluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020201093 A1 [0008]
