DE212019000317U1

DE212019000317U1 - Mehrganggetriebe mit hohem Drehmomentverhältnis und damit hergestellter Antriebsachse

Info

Publication number: DE212019000317U1
Application number: DE212019000317.6U
Authority: DE
Original assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2029-06-18
Also published as: US10995835B2; US11441652B2; US20190383373A1; CN216112016U; US20210222760A1; WO2019241773A1

Abstract

Achsbaugruppe, umfassend:
einen elektrischen Motor, der eine Ausgangswelle aufweist;
mindestens eines von einem Getriebe und einer ersten Planetengetriebeanordnung, die mit der Ausgangswelle gekoppelt ist;
einen Differentialmechanismus, der mit dem Getriebe und/oder der ersten Planetengetriebeanordnung verbunden ist, wobei der Differentialmechanismus mit mindestens einer Achswelle gekoppelt ist;
eine erste Kupplungsanordnung, die antriebsmäßig mit der Ausgangswelle und/oder dem Differentialmechanismus verbunden ist, wobei ein Einrücken der ersten Kupplungsanordnung ein erstes Drehzahlverhältnis erzeugt; und
eine zweite Kupplungsanordnung, die antriebsmäßig mit der Ausgangswelle und/oder dem Differentialmechanismus verbunden ist, wobei ein Einrücken der zweiten Kupplungsanordnung ein zweites Drehzahlverhältnis erzeugt.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/685,766 , die am 15. Juni 2018 eingereicht wurde und die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
GEBIET
Der hier offenbarte Gegenstand betrifft eine Achsbaugruppe, und genauer ein Mehrganggetriebe mit hohem Drehmomentverhältnis für eine Achsbaugruppe.
Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung betrifft Getriebe und elektrische Antriebsachsen. Elektrische und hybridelektrische Fahrzeuge nutzen eine elektrische Energiequelle in Kommunikation mit einem elektrischen Motor, um dem Fahrzeug einen Antrieb oder einen verstärkten Antrieb zu liefern. Elektrofahrzeuge weisen verschiedene Eigenschaften auf, die konventionellen, mit einem Motor mit Innenverbrennung angetriebenen Fahrzeugen überlegen sind. Zum Beispiel erzeugen elektrische Motoren weniger Vibrationen als Brennkraftmaschinen und elektrische Motoren erreichen ein maximales Drehmoment schneller als Brennkraftmaschinen.
Damit jedoch das konventionelle Elektrofahrzeug eine ausreichende Geschwindigkeit erreicht, muss der elektrische Motor über einen breiten Geschwindigkeitsbereich eine angemessene Leistung gestatten. Ein elektrischer Motor, der über einen breiten Geschwindigkeitsbereich eine angemessene Leistung liefern kann, ist in der Regel groß und schwer.
In Anbetracht dessen wäre es wünschenswert, eine Achsbaugruppe herzustellen, die in der Lage ist, bei hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit zu arbeiten und gleichzeitig Größe, Gewicht und Produktionskosten zu reduzieren.
ABRISS
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung wurde überraschend eine Achsbaugruppe gefunden, die in der Lage ist, bei hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit zu arbeiten, wobei sie eine verringerte Größe, ein verringertes Gewicht und verringerte Produktionskosten aufweist.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Achsbaugruppe: einen elektrischen Motor mit einer Ausgangswelle; ein Getriebe und/oder eine erste Planetengetriebeanordnung, die mit der Ausgangswelle gekoppelt ist; einen Differentialmechanismus, der mit dem Getriebe und/oder der ersten Planetengetriebeanordnung verbunden ist, wobei der Differentialmechanismus mit mindestens einer Achswelle gekoppelt ist; eine erste Kupplungsanordnung, die antriebsmäßig mit der Ausgangswelle und/oder dem Differentialmechanismus verbunden ist, wobei ein Einrücken der ersten Kupplungsanordnung ein erstes Übersetzungsverhältnis erzeugt; und eine zweite Kupplungsanordnung, die antriebsmäßig mit der Ausgangswelle und/oder dem Differentialmechanismus verbunden ist, wobei ein Einrücken der zweiten Kupplungsanordnung ein zweites Übersetzungsverhältnis erzeugt.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst die Achsbaugruppe außerdem eine dritte Kupplungsanordnung, die antriebsmäßig mit der Ausgangswelle und/oder dem Differentialmechanismus verbunden ist, wobei ein Einrücken der dritten Kupplungsanordnung ein drittes Drehzahlverhältnis erzeugt.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst die Achsbaugruppe außerdem eine zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe, die mit der Ausgangswelle und/oder dem Differentialmechanismus verbunden ist.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe versetzt und parallel zur Ausgangswelle des elektrischen Motors angeordnet.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist mindestens eine der ersten Planetengetriebeanordnung, der ersten Kupplungsanordnung und der zweiten Kupplungsanordnung auf der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe angeordnet.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist eine der ersten Kupplungsanordnung, der zweiten Kupplungsanordnung und der dritten Kupplungsanordnung mit der ersten Planetengetriebeanordnung gekoppelt.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist die mindestens eine Achswelle koaxial mit der Ausgangswelle ausgerichtet.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist die erste Planetengetriebeanordnung selektiv mit der Ausgangswelle über die erste Kupplungsanordnung und die zweite Kupplungsanordnung gekoppelt.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst die Achsanordnung ferner eine zweite mit der Ausgangswelle gekoppelte Planetengetriebeanordnung.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist die zweite Planetengetriebeanordnung selektiv mit der Ausgangswelle über die erste Kupplungsanordnung und die zweite Kupplungsanordnung gekoppelt.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist die zweite Planetengetriebeanordnung mit der ersten Planetengetriebeanordnung gekoppelt.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst die Achsanordnung ferner eine dritte, mit mindestens einer Achswelle gekoppelte Planetengetriebeanordnung.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst die Achsanordnung ferner eine vierte, mit mindestens einer Achswelle gekoppelte Planetengetriebeanordnung.
In einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren für eine Achsbaugruppe: Bereitstellen einer Achsbaugruppe, aufweisend: einen elektrischen Motor mit einer Ausgangswelle; ein Getriebe und/oder eine erste Planetengetriebeanordnung, die mit der Ausgangswelle gekoppelt ist; einen Differentialmechanismus, der mit dem Getriebe und/oder der ersten Planetengetriebeanordnung verbunden ist, wobei der Differentialmechanismus mit mindestens einer Achswelle gekoppelt ist; eine erste Kupplungsanordnung, die antriebsmäßig mit der Ausgangswelle und/oder dem Differentialmechanismus verbunden ist, wobei ein Einrücken der ersten Kupplungsanordnung ein erstes Übersetzungsverhältnis erzeugt; und eine zweite Kupplungsanordnung, die antriebsmäßig mit der Ausgangswelle und/oder dem Differentialmechanismus verbunden ist, wobei ein Einrücken der zweiten Kupplungsanordnung ein zweites Übersetzungsverhältnis erzeugt; und das Einrücken einer der ersten Kupplungsanordnung und der zweiten Kupplungsanordnung.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen erzeugt das Einrücken der ersten Kupplungsanordnung ein erstes Drehzahlverhältnis und das Einrücken der zweiten Kupplungsanordnung ein zweites Drehzahlverhältnis.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen werden als Teil der Anmeldung hierin aufgenommen. Die hierin beschriebenen Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele des hier offenbarten Gegenstands dar und sollen ausgewählte Prinzipien und die Lehren der vorliegenden Offenbarung erläutern. Jedoch stellen die Zeichnungen nicht alle möglichen Implementierungen des vorliegend offenbarten Gegenstands dar und sollen den Bereich der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise beschränken.

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges gemäß einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstands;
2 ist eine schematische Darstellung einer elektrischen Achsbaugruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstands;
3 ist eine schematische graphische Darstellung einer elektrischen Achsbaugruppe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstands;
4 ist eine schematische graphische Darstellung einer elektrischen Achsbaugruppe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstands;
5 ist eine schematische graphische Darstellung einer elektrischen Achsbaugruppe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstands;
6 ist eine schematische graphische Darstellung einer elektrischen Achsbaugruppe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstands;
7 ist eine schematische graphische Darstellung einer elektrischen Achsbaugruppe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstands; und
8 ist eine schematische graphische Darstellung einer elektrischen Achsbaugruppe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des vorliegend offenbarten Gegenstands.

Ausführliche Beschreibung
Es sei verstanden, dass der hier offenbarte Gegenstand verschiedene alternative Ausrichtungen und Schrittfolgen annehmen kann, außer wenn ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Es sei außerdem verstanden, dass die jeweiligen Baugruppen und Systeme, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der folgenden Anmeldung beschrieben sind, nur Ausführungsbeispiele der hierin definierten erfinderischen Ideen sind. Somit sollen konkrete Abmessungen, Richtungen oder andere physische Eigenschaften in Bezug auf die offenbarten Ausführungsformen nicht als Beschränkungen aufgefasst werden, solange nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Auch wenn dies nicht der Fall sein muss, können einander ähnliche Elemente in verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen innerhalb dieses Abschnitts der Anmeldung jeweils mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele einer elektrischen Antriebsachsbaugruppe 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 beschrieben. In bestimmten Ausführungsbeispielen wird eine der elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 mit einem reinen Elektrofahrzeug (nicht abgebildet) verwendet, wobei eine der elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 die einzige Antriebsachse ist. In anderen Ausführungsbeispielen, wie in 1 veranschaulicht, wird die eine der elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 mit einem Hybridallradantriebsfahrzeug 10 verwendet, wobei die Vorderachse durch eine Brennkraftmaschine 12 angetrieben ist, und die Hinterachse eine der elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 ist. In noch anderen Ausführungsbeispielen wird die eine der elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 in einem Hybrid-Nutzfahrzeug (nicht abgebildet) genutzt, umfassend eine Tandemachse, in dem die vordere Tandemachse durch eine Brennkraftmaschine angetrieben ist, und die hintere Tandemachse die elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 (oder umgekehrt) ist. Die elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 kann Anwendungen in Nutzfahrzeugen haben, sowohl Leichtlast- als auch Schwerlastfahrzeugen, und für Personenkraftwagen, nicht straßengebundene und Sport-Utility-Fahrzeuge. Außerdem können die hierin beschriebenen elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 zur Verwendung in vorderen und/oder hinteren Antriebsachsen und in lenkbaren und nicht-lenkbaren Achsen angepasst werden. Ein Fachmann wird verstehen, dass die elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 auch in der Industrie, auf der Schiene, beim Militär, in der Landwirtschaft und in der Luft- und Raumfahrt Anwendung findet.
Wie in 2 - 9 dargestellt, kann jede der elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 ein integriertes Antriebssystem enthalten. Die elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 können jeweils einen Elektromotor 104, 204, 304, 404, 504, 604, 704 enthalten, der mit einer Energiequelle gekoppelt ist (nicht abgebildet). Der Elektromotor 104, 204, 304, 404, 504, 604, 704 kann eine Permanentmagnet-Synchronmaschine sein, die einen konzentrisch um einen Rotor (nicht abgebildet) angeordneten Stator (nicht abgebildet) umfasst. Die elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 kann zusätzlich einen Umrichter (nicht abgebildet) zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom, wenn die Elektromotoren 104, 204, 304, 404, 504, 604, 704 zum Antreiben des Fahrzeugs genutzt wird, und zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom umfassen, wenn sich das Fahrzeug 10 verlangsamt. Jeder der Elektromotoren 104, 204, 304, 404, 504, 604, 704 kann hier als Motor-Generator bezeichnet werden. Darüber hinaus können die elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 Kühlflüssigkeit (nicht abgebildet) enthalten, aber nicht darauf beschränkt, wie Automatikgetriebefluid oder Achsöl, das in das Schmiermittel der elektrischen Antriebsachsbaugruppen 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 zur Kühlung der Elektromotoren 104, 204, 304, 404, 504, 604, 704 und des Umrichters integriert ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel (nicht abgebildet) kann das Kühlfluid für die Elektromotoren 104, 204, 304, 404, 504, 604, 704 und den Umrichter nicht in das Achsöl integriert sein.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Ausgangswelle 106 ist mit dem Rotor des Elektromotors 104 zur Drehung damit gekoppelt. Ein erstes Zahnrad 108 ist mit der Ausgangswelle 106 zu seiner Drehung gekoppelt. Die Ausgangswelle 106 kann über erste und zweite Rollenlager 110A, 110B drehbar gelagert sein. In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Zahnrad 108 an die Ausgangswelle 106 angeschmiedet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erste Zahnrad 108 an die Ausgangswelle 106 angeschweißt sein. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erste Zahnrad 108 mit der Ausgangswelle 106 kerbverzahnt sein. Der elektrische Motor 104 treibt eine zusammengesetzte Zwischenradradbaugruppe 112 über die Ausgangswelle 106 und das erste Zahnrad 108 an.
Wie dargestellt, sind die Ausgangswelle 106, die zusammengesetzte Zwischenradradbaugruppe 112 und die Achswellen 16, 18 der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 100 versetzt und parallel zueinander angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 112 eine Zwischenradwelle 114. Es ist zu beachten, dass die Zwischenradwelle 114 in einem Achsgehäuse 14, dargestellt in 1, über dritte und vierte Rollenlager 116A, 116B drehbar gelagert sein kann. Ein zweites Zahnrad 118 ist konzentrisch um mindestens einen Abschnitt der Zwischenradwelle 114 angeordnet. Das zweite Zahnrad 118 befindet sich in kämmendem Eingriff mit dem ersten Zahnrad 108 und empfängt von dort Drehmoment, wenn der Elektromotor 104 ein Drehmoment an die Ausgangswelle 106 ausgibt. In einem Ausführungsbeispiel weist das zweite Zahnrad 118 eine allgemein zylindrische Form auf. Das zweite Zahnrad 118 ist Teil einer ersten Kupplungsanordnung 125.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Kupplungsanordnung 125 eine erste Kupplungstrommel 126, die mindestens teilweise konzentrisch innerhalb des dritten Zahnrads 118 angeordnet ist. Eine radiale äußere Fläche der ersten Kupplungstrommel 126 ist mit einer radialen inneren Fläche des zweiten Zahnrads 118 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel können die erste Kupplungstrommel 126 und das zweite Zahnrad 118 über einen kerbverzahnten Eingriff gekoppelt sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die erste Kupplungstrommel 126 und das zweite Zahnrad 118 über eine Presspassung gekoppelt sein. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können das zweite Zahnrad 118 und die Kupplungstrommel 126 aus einer einstückigen Komponente bestehen. Die erste Kupplungstrommel 126 kann über ein fünftes Rollenlager 129 drehbar auf der Zwischenradwelle 114 gelagert sein. Ein erstes Drehdichtungselement 131 ist neben dem fünften Rollenlager 129 angeordnet, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen einem Teil der ersten Kupplungstrommel 126 und einem Abschnitt der Zwischenradwelle 114 zu erzeugen.
Eine erste Kupplungsnabe 128 ist mindestens teilweise konzentrisch innerhalb der ersten Kupplungstrommel 126 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 128 zur Drehung mit der Zwischenradwelle 114 gekoppelt sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 128 eine kerbverzahnte radial innere Fläche in kämmendem Eingriff mit komplementären Kerbverzahnungen an der Zwischenradwelle 114 umfassen. Das zweite Zahnrad 118 ist über die erste Kupplungstrommel 126 von der ersten Kupplungsnabe 128 vollständig auf der Zwischenradwelle 114 getragen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 128 einstückig und integral mit der Zwischenradwelle 114 ausgebildet sein.
Eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben 134 sind zur Drehung mit der ersten Kupplungstrommel 126 gekoppelt. Die Kupplungsscheiben 134 empfangen ein Drehmoment von der ersten Kupplungstrommel 126 und können sich axial in der ersten Kupplungstrommel 126 bewegen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 136 befinden sich in kämmendem Eingriff mit der ersten Kupplungsnabe 128. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 136 ist mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 134 ineinander verschachtelt. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 136 können sich axial entlang der ersten Kupplungsnabe 128 bewegen. Die erste Kupplungsanordnung 125 kann in das zweite Zahnrad 118 geschachtelt sein.
Ein drittes Zahnrad 138 ist konzentrisch um die Zwischenradwelle 114 herum angeordnet. Ein drittes Zahnrad 138 ist mit dem zweiten Zahnrad 118 zu seiner Drehung gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel kann das dritte Zahnrad 138 mit dem zweiten Zahnrad 118 über eine hohle zylindrische Welle 139 gekoppelt sein. Ein zweites Drehdichtungselement 141 kann radial zwischen der hohlen zylindrischen Welle 139 und der Zwischenradwelle 114 angeordnet sein. Ein sechstes Rollenlager 143 kann axial neben dem zweiten Drehdichtungselement 141 angeordnet sein, um das dritte und vierte Zahnrad 118, 138 auf der Zwischenradwelle 114 zumindest teilweise drehbar zu lagern. In bestimmten Ausführungsbeispielen ist das zweite Drehdichtungselement 141 neben dem sechsten Rollenlager 143 angeordnet, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen einem Teil der ersten Kupplungstrommel 126 und einem Abschnitt der Zwischenradwelle 114 zu erzeugen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel, wie in 2 veranschaulicht, kann das dritte Zahnrad 138 ein Sonnenrad der Planetengetriebeanordnung 140 sein. Die Planetengetriebeanordnung 140 kann ferner zwei oder mehr Planetenräder 142 in kämmendem Eingriff mit dem dritten Zahnrad 138 umfassen. Die Planetenräder 142 können drehbar auf Planetenzapfen (nicht abgebildet) angeordnet sein, die mit einem Planetenträger 144 gekoppelt sind. Der Planetenträger 144 kann mit der Zwischenradwelle 114 zur Drehung mit dieser gekoppelt sein. Die Planetenräder 142 können auch in verzahnendem Eingriff mit einem Hohlrad 146 stehen, das zumindest teilweise konzentrisch um die Planetenräder 142 und das dritte Zahnrad 138 angeordnet ist. Das Hohlrad 146 kann über eine zweite Kupplungsanordnung 150 selektiv mit einer stationären Struktur wie dem Achsgehäuse 14 verbunden sein.
Die zweite Kupplungsanordnung 150 kann eine zweite Kupplungsnabe 152 umfassen, die mit dem Hohlrad 146 gekoppelt ist. Die zweite Kupplungsnabe 152 kann eine Vielzahl von axial verlaufenden Kerbverzahnungen auf einer radial äußeren Fläche aufweisen. Eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben 154 befinden sich in verzahnendem Eingriff mit der zweiten Kupplungsnabe 152. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 154 kann sich axial entlang der zweiten Kupplungsnabe 152 bewegen. Die stationäre Struktur kann eine zweite Kupplungstrommel 156 mit einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Kerbverzahnungen auf einer radial inneren Fläche davon umfassen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 158 befinden sich in verzahnendem Eingriff mit der zweiten Kupplungstrommel 156. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 158 kann sich axial in der zweiten Kupplungstrommel 156 bewegen und ist mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 154 verschachtelt.
Ein viertes Zahnrad 160 ist konzentrisch um die Zwischenradwelle 114 axial zwischen dem Planetenträger 144 und dem vierten Rollenlager 116B angeordnet. Das viertes Zahnrad 160 kann zur Drehung mit der Zwischenradwelle 114 gekoppelt sein. Eine erste Stellantriebsbaugruppe 162 kann verwendet werden, um die erste Kupplungsanordnung 125 selektiv zu betätigen. In einem Ausführungsbeispiel kann, wie in 2 veranschaulicht, die erste Stellantriebsbaugruppe 162 einen hydraulischen Stellantrieb umfassen. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Stellantriebsbaugruppe 162 einen hohlen Abschnitt 164 der Zwischenradwelle 114. Der hohle Abschnitt 164 der Zwischenradwelle kann eine oder weitere radial verlaufende Öffnungen 166 in Fluidverbindung mit einer Kammer 168 aufweisen. Die Kammer 168 kann durch die Zwischenradwelle 114, einen Teil der ersten Kupplungstrommel 126, das rotierende Dichtungselement 131 und eine Druckplatte 170 begrenzt werden. Die erste Stellantriebsbaugruppe 162 kann einen Fluidbehälter (nicht abgebildet) in Fluidverbindung mit dem hohlen Abschnitt 164 der Zwischenradwelle 114 umfassen. Der hohle Abschnitt 164 der Zwischenradwelle 114 steht über die eine oder mehrere Öffnungen 166 in Fluidverbindung mit der Kammer 168 der ersten Stellantriebsbaugruppe 162. Wenn der Fluiddruck in der Kammer 168 über eine Pumpe (nicht abgebildet) erhöht wird, wird die Druckplatte 170 axial betätigt, um die erste und zweite Mehrzahl der Kupplungsscheiben 134, 136 der ersten Kupplungsanordnung 125 reibschlüssig in Eingriff zu bringen.
Das vierte Zahnrad 160 befindet sich in verzahnendem Eingriff mit einem fünften Zahnrad 172. Das fünfte Zahnrad 172 ist drehfest mit einem Differentialgehäuse 174 gekoppelt. Die Differentialgehäuse 174 ist Teil eines Differentialmechanismus 176. Das Differentialgehäuse 174 kann innerhalb des Achsgehäuses 14 über siebente und achte Rollenlager 178, 180 drehbar gelagert sein. Der Differentialmechanismus 176 weist ferner zwei oder mehr Differentialritzel 182 auf. Die Differentialritzel 182 sind über eine Ritzelwelle (d. h. Sternwelle) (nicht dargestellt) innerhalb des Differentialgehäuses 174 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Ritzelwelle ein Querelement umfassen. Die Differentialritzel 182 stehen mit einem ersten Achswellenrad 184 und einem zweiten Achswellenrad 186 kämmend in Eingriff. Das erste Achswellenrad 184 ist zur Drehung mit der ersten Achswelle 16 gekoppelt und das zweite Achswellenrad 186 ist zur Drehung mit der zweiten Achswelle 18 gekoppelt. Eine zweite Stellantriebbaugruppe (nicht abgebildet) kann verwendet werden, um die zweite Kupplungsanordnung 150 zu betätigen und selektiv in Eingriff zu bringen. Die zweite Stellantriebbaugruppe kann einen hydraulischen Stellantrieb, einen elektromagnetischen Stellantrieb, ein Nockenstellantrieb oder ein Kugel- und Rampenstellantrieb umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.
Die hohe Drehzahl von Elektromotoren stellt ein Hindernis für ihre Verwendung mit konventionellen Getriebekonstruktionen dar. Um zu verhindern, dass Lager, die zwischen einer rotierenden Kupplungsanordnung und einer Stellantriebsbaugruppe angeordnet sind, bei den hohen Drehzahlen, die von einem Elektromotor erzeugt werden, in Betrieb genommen werden, positioniert die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 112 die erste und zweite Kupplungsanordnung 125, 150 nach einer ersten Getriebeuntersetzung, die das erste Zahnrad 108 und das zweite Zahnrad 118 umfasst.
Im Betrieb, wenn ein erstes Drehzahlverhältnis gewünscht wird, bewirkt die erste Stellantriebbaugruppe 162 das Einrücken der ersten Kupplungsanordnung 125, während die zweite Kupplungsanordnung 150 ausgerückt bleibt. Wenn die erste Kupplungsanordnung 125 eingerückt wird, bewirkt die Ausgangswelle 106 des elektrischen Motors 104, dass sich die Ausgangswelle 106 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 108 mit ihr dreht. Das Drehmoment wird vom Elektromotor 104 auf das erste Zahnrad 108 übertragen. Eine Drehung des ersten Zahnrads 108 treibt das zweite Zahnrad 118 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 112 an. Somit wird dann das Drehmoment wird vom ersten Zahnrad 108 auf das zweite Zahnrad 118 übertragen. Da die erste Kupplungsanordnung 125 eingerückt ist, bewirkt die Drehung des zweiten Zahnrads 118, dass sich die Zwischenradwelle 114 und das daran gekoppelte vierte Zahnrad 160 mitdrehen. Das Drehmoment des zweiten Zahnrades 118 wird dann über die erste Kupplungsanordnung 125 auf die Zwischenradwelle 114 und von der Zwischenradwelle 114 auf das vierte Zahnrad 160 übertragen. Das vom zweiten Zahnrad 118 auf das vierte Zahnrad 160 übertragene Drehmoment bleibt unverändert, da sich die Planetengetriebeanordnung 140 aufgrund des Ausrückens der zweiten Kupplungsanordnung 150 frei dreht.
Eine Drehung des vierten Zahnrads 160 treibt das fünfte Zahnrad 172 des Differentialmechanismus 176 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 174 mit ihm dreht. So wird das Drehmoment vom vierten Zahnrad 160 über das fünfte Zahnrad 172 auf den Differentialmechanismus 176 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 174 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 176 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 176 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 100 in einem Leistung erzeugenden Modus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das erste Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schnellstraßenverhältnis bezeichnet werden. Das erste Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 100, bei niedrigem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit zu arbeiten.
Wenn ein zweites Drehzahlverhältnis gewünscht wird, wird die erste Kupplungsanordnung 125 ausgerückt, während die zweite Stellantriebbaugruppe die zweite Kupplungsanordnung 150 zum Einrücken veranlasst. Wenn die zweite Kupplungsanordnung 150 eingerückt wird, bewirkt die Ausgangswelle 106 des elektrischen Motors 104, dass sich die Ausgangswelle 106 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 108 mit ihr dreht. Das Drehmoment wird vom Elektromotor 104 auf das erste Zahnrad 108 übertragen. Eine Drehung des ersten Zahnrads 108 treibt das zweite Zahnrad 118 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 112 an. Somit wird das Drehmoment vom ersten Zahnrad 108 auf das zweite Zahnrad 118 übertragen. Da das zweite Zahnrad 118 und das dritte Zahnrad 138 auf der zylindrischen Welle 139 angeordnet sind und die zweite Kupplungsanordnung 150 eingerückt ist, bewirkt eine Drehung des zweiten Zahnrads 118, dass sich die zylindrische Welle 139 und das damit gekoppelte dritte Zahnrad 138 mitdrehen. Das Drehmoment wird dann vom ersten Zahnrad 108 auf das dritte Zahnrad 138 über das zweite Zahnrad 118 übertragen. Da die zweite Kupplungsanordnung 150 eingerückt ist, treibt eine Drehung des dritten Zahnrades 138 die Planetenräder 142 und den daran gekoppelten Planetenträger 144 an. Das Drehmoment des dritten Zahnrades 138 wird dann über die Planetenräder 142 auf den Planetenträger 144 übertragen. Eine Drehung des Planetenträgers 144 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 114 und das damit gekoppelte vierte Zahnrad 160 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom Planetenträger 144 wird dann auf die Zwischenradwelle 114 zum vierten Zahnrad 160 übertragen. Das vom zweiten Zahnrad 118 auf das vierte Zahnrad 160 übertragene Drehmoment wird wegen der Planetengetriebeanordnung 140 erhöht.
Eine Drehung des vierten Zahnrads 160 treibt das fünfte Zahnrad 172 des Differentialmechanismus 176 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 174 mit ihm dreht. So wird das Drehmoment vom vierten Zahnrad 160 über das fünfte Zahnrad 172 auf den Differentialmechanismus 176 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 174 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 176 überträgt ein gewünschtes zweites Drehmoment von dem Differentialmechanismus 176 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 100 in einem Leistung erzeugenden Modus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das zweite Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schneckentempoverhältnis bezeichnet werden. Das zweite Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 100, bei hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit zu arbeiten.
Dementsprechend ermöglicht die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 112 der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 100 eine Antriebsübersetzungsspanne, die das Fahren in der Stadt, auf dem Land und auf der Autobahn sowie das Schleppen und Bergkriechfahren erleichtert.
Wie in 3 dargestellt ist, kann in einem Ausführungsbeispiel die elektrische Antriebsachsbaugruppe 200 eine Ausgangswelle 206 umfassen. Die Ausgangswelle 206 ist mit dem Rotor des Elektromotors 204 zur gemeinsamen Drehung gekoppelt. Ein erstes Zahnrad 208 ist mit der Ausgangswelle 206 zu seiner Drehung gekoppelt. Die Ausgangswelle 206 kann über erste und zweite Rollenlager 210A, 210B drehbar gelagert sein. In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Zahnrad 208 an die Ausgangswelle 206 angeschmiedet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erste Zahnrad 208 an die Ausgangswelle 206 angeschweißt sein. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erste Zahnrad 208 mit der Ausgangswelle 206 kerbverzahnt sein. Der elektrische Motor 204 treibt eine zusammengesetzte Zwischenradradbaugruppe 212 über die Ausgangswelle 206 und das erste Zahnrad 208 an.
Wie dargestellt, ist die Ausgangswelle 206 koaxial mit den Achswellen 16, 18 und die zusammengesetzte Zwischenradradbaugruppe 212 ist versetzt und parallel zu der Ausgangswelle 206 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 212 eine Zwischenradwelle 214. Es ist zu beachten, dass die Zwischenradwelle 214 in dem Achsgehäuse 14, dargestellt in 1, über dritte und vierte Rollenlager 216A, 216B drehbar gelagert sein kann. Ein zweites Zahnrad 218 ist konzentrisch um mindestens einen Abschnitt der Zwischenradwelle 214 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel weist das zweite Zahnrad 218 eine allgemein zylindrische Form auf. Das zweite Zahnrad 218 ist Teil einer ersten Kupplungsanordnung 225.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Kupplungsanordnung 225 eine erste Kupplungstrommel 226, die mindestens teilweise konzentrisch innerhalb des dritten Zahnrads 218 angeordnet ist. Eine radiale äußere Fläche der ersten Kupplungstrommel 226 ist mit einer radialen inneren Fläche des zweiten Zahnrads 218 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel können die erste Kupplungstrommel 226 und das zweite Zahnrad 218 über einen kerbverzahnten Eingriff gekoppelt sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die erste Kupplungstrommel 226 und das zweite Zahnrad 218 über eine Presspassung gekoppelt sein. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können das zweite Zahnrad 218 und die Kupplungstrommel 226 aus einer einstückigen Komponente bestehen. Die erste Kupplungstrommel 226 kann über ein fünftes Rollenlager 229 drehbar auf der Zwischenradwelle 214 gelagert sein. Ein erstes Drehdichtungselement 231 ist neben dem fünften Rollenlager 229 angeordnet, um eine im wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen einem Teil der ersten Kupplungstrommel 226 und einem Abschnitt der Zwischenradwelle 214 zu erzeugen.
Eine erste Kupplungsnabe 228 ist mindestens teilweise konzentrisch innerhalb der ersten Kupplungstrommel 226 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 228 zur Drehung mit der Zwischenradwelle 214 gekoppelt sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 228 eine kerbverzahnte radial innere Fläche in kämmendem Eingriff mit komplementären Kerbverzahnungen an der Zwischenradwelle 214 umfassen. Das zweite Zahnrad 218 ist über die erste Kupplungstrommel 226 von der ersten Kupplungsnabe 228 vollständig auf der Zwischenradwelle 214 getragen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 228 einstückig und integral mit der Zwischenradwelle 214 ausgebildet sein.
Eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben 234 ist zur Drehung mit der ersten Kupplungstrommel 226 gekoppelt. Die Kupplungsscheiben 234 empfangen ein Drehmoment von der ersten Kupplungstrommel 226 und können sich axial in der ersten Kupplungstrommel 226 bewegen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 236 befinden sich in kämmendem Eingriff mit der ersten Kupplungsnabe 228. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 236 ist mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 234 ineinander verschachtelt. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 236 kann sich axial entlang der ersten Kupplungsnabe 228 bewegen. Die erste Kupplungsanordnung 225 kann in das zweite Zahnrad 218 geschachtelt sein.
Ein drittes Zahnrad 238 ist konzentrisch um die Zwischenradwelle 214 herum angeordnet. Ein dritte Zahnrad 238 ist mit dem zweiten Zahnrad 218 zu seiner Drehung gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel kann das dritte Zahnrad 238 mit dem zweiten Zahnrad 218 über eine hohle zylindrische Welle 239 gekoppelt sein. Ein zweites Drehdichtungselement 241 kann radial zwischen der hohlen zylindrischen Welle 239 und der Zwischenradwelle 214 angeordnet sein. Ein sechstes Rollenlager 243 kann axial neben dem zweiten Drehdichtungselement 241 angeordnet sein, um das dritte und vierte Zahnrad 218, 238 auf der Zwischenradwelle 214 zumindest teilweise drehbar zu lagern. In bestimmten Ausführungsbeispielen ist das zweite Drehdichtungselement 241 neben dem sechsten Rollenlager 243 angeordnet, um eine im wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen einem Teil der ersten Kupplungstrommel 226 und einem Abschnitt der Zwischenradwelle 214 zu erzeugen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel, wie in 3 veranschaulicht, kann das dritte Zahnrad 238 ein Sonnenrad der Planetengetriebeanordnung 240 sein. Die Planetengetriebeanordnung 240 kann ferner zwei oder mehr Planetenräder 242 in kämmendem Eingriff mit dem dritten Zahnrad 238 umfassen. Die Planetenräder 242 können drehbar auf Planetenzapfen (nicht abgebildet) angeordnet sein, die mit einem Planetenträger 244 gekoppelt sind. Der Planetenträger 244 kann mit der Zwischenradwelle 214 zur Drehung mit dieser gekoppelt sein. Die Planetenräder 242 können auch in verzahnendem Eingriff mit einem Hohlrad 246 stehen, das zumindest teilweise konzentrisch um die Planetenräder 242 und das dritte Zahnrad 238 angeordnet ist. Das Hohlrad 246 kann über eine zweite Kupplungsanordnung 250 selektiv mit einer stationären Struktur wie dem Achsgehäuse 14 verbunden sein.
Die zweite Kupplungsanordnung 250 kann eine zweite Kupplungsnabe 252 umfassen, die mit dem Hohlrad 246 gekoppelt ist. Die zweite Kupplungsnabe 252 kann eine Vielzahl von axial verlaufenden Keilnuten auf einer radial äußeren Fläche aufweisen. Eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben 254 befinden sich in verzahnendem Eingriff mit der zweiten Kupplungsnabe 252. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 254 kann sich axial entlang der zweiten Kupplungsnabe 252 bewegen. Die stationäre Struktur kann eine zweite Kupplungstrommel 256 mit einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Kerbverzahnungen auf einer radial inneren Fläche davon umfassen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 258 befinden sich in verzahnendem Eingriff mit der zweiten Kupplungstrommel 256. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 258 kann sich axial in der zweiten Kupplungstrommel 256 bewegen und ist mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 254 verschachtelt.
Ein viertes Zahnrad 260 ist konzentrisch um die Zwischenradwelle 214 axial zwischen dem Planetenträger 244 und dem vierten Rollenlager 216B angeordnet. Das viertes Zahnrad 260 kann zur Drehung mit der Zwischenradwelle 214 gekoppelt sein. Eine erste Stellantriebsbaugruppe 262 kann verwendet werden, um die erste Kupplungsanordnung 225 selektiv zu betätigen. In einem Ausführungsbeispiel kann, wie in 3 veranschaulicht, die erste Stellantriebsbaugruppe 262 einen hydraulischen Stellantrieb umfassen. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Stellantriebbaugruppe 262 einen hohlen Abschnitt 264 der Zwischenradwelle 214. Der hohle Abschnitt 264 der Zwischenradwelle kann eine oder weitere radial verlaufende Öffnungen 266 in Fluidverbindung mit einer Kammer 268 aufweisen. Die Kammer 268 kann durch die Zwischenradwelle 214, einen Teil der ersten Kupplungstrommel 226, das rotierende Dichtungselement 231 und eine Druckplatte 270 begrenzt werden. Die erste Stellantriebbaugruppe 262 kann einen Fluidbehälter (nicht abgebildet) in Fluidverbindung mit dem hohlen Abschnitt 264 der Zwischenradwelle 214 umfassen. Der hohle Abschnitt 264 der Zwischenradwelle 214 steht über die eine oder mehrere Öffnungen 266 in Fluidverbindung mit der Kammer 268 der ersten Stellantriebbaugruppe 262. Wenn der Fluiddruck in der Kammer 268 über eine Pumpe (nicht abgebildet) erhöht wird, wird die Druckplatte 270 axial betätigt, um die erste und zweite Mehrzahl der Kupplungsscheiben 234, 236 der ersten Kupplungsanordnung 225 reibschlüssig in Eingriff zu bringen.
Das vierte Zahnrad 260 befindet sich in verzahnendem Eingriff mit einem fünften Zahnrad 272. Das fünfte Zahnrad 272 ist drehfest mit einem Differentialgehäuse 274 gekoppelt. Die Differentialgehäuse 274 ist Teil eines Differentialmechanismus 276. Das Differentialgehäuse 274 kann innerhalb des Achsgehäuses 14 über siebente und achte Rollenlager 278, 280 drehbar gelagert sein. Der Differentialmechanismus 276 weist ferner zwei oder mehr Differentialritzel 282 auf. Die Differentialritzel 282 sind über eine Ritzelwelle (d. h. Sternwelle) (nicht dargestellt) innerhalb des Differentialgehäuses 274 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Ritzelwelle ein Querelement umfassen. Die Differentialritzel 282 stehen mit einem ersten Achswellenrad 284 und einem zweiten Achswellenrad 286 kämmend in Eingriff. Das erste Achswellenrad 284 ist zur Drehung mit der ersten Achswelle 16 gekoppelt und das zweite Achswellenrad 286 ist zur Drehung mit der zweiten Achswelle 18 gekoppelt. Eine zweite Stellantriebbaugruppe (nicht abgebildet) kann verwendet werden, um die zweite Kupplungsanordnung 250 zu betätigen und selektiv in Eingriff zu bringen. Die zweite Stellantriebbaugruppe kann einen hydraulischen Stellantrieb, einen elektromagnetischen Stellantrieb, ein Nockenstellantrieb oder ein Kugel- und Rampenstellantrieb umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.
Die elektrische Antriebsachsbaugruppe 200 umfasst außerdem ein sechstes Zahnrad 213, das mit dem ersten Zahnrad 208 und dem zweiten Zahnrad 218 in Eingriff steht. Das sechste Zahnrad 213 erhält ein Drehmoment vom ersten Zahnrad 208 und überträgt das Drehmoment auf das zweite Zahnrad 218, wenn der Elektromotor 204 das Drehmoment an die Ausgangswelle 206 abgibt.
Im Betrieb, wenn ein erstes Drehzahlverhältnis gewünscht wird, bewirkt die erste Stellantriebbaugruppe 262 das Einrücken der ersten Kupplungsanordnung 225, während die zweite Kupplungsanordnung 250 ausgerückt bleibt. Wenn die erste Kupplungsanordnung 225 eingerückt wird, bewirkt die Ausgangswelle 206 des elektrischen Motors 204, dass sich die Ausgangswelle 206 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 208 mit ihr dreht. Das Drehmoment wird vom Elektromotor 204 auf das erste Zahnrad 208 übertragen. Eine Drehung des ersten Zahnrads 208 treibt das sechste Zahnrad 213 und dabei das zweite Zahnrad 218 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 212 an. Somit wird dann das Drehmoment wird vom ersten Zahnrad 208 über das sechste Zahnrad 213 auf das zweite Zahnrad 218 übertragen. Da die erste Kupplungsanordnung 225 eingerückt ist, bewirkt die Drehung des zweiten Zahnrads 218, dass sich die Zwischenradwelle 214 und das daran gekoppelte vierte Zahnrad 260 mitdrehen. Das Drehmoment des zweiten Zahnrades 218 wird dann über die erste Kupplungsanordnung 225 auf die Zwischenradwelle 214 und von der Zwischenradwelle 214 auf das vierte Zahnrad 260 übertragen. Das vom zweiten Zahnrad 218 auf das vierte Zahnrad 260 übertragene Drehmoment bleibt unverändert, da sich die Planetengetriebeanordnung 240 aufgrund des Ausrückens der zweiten Kupplungsanordnung 250 frei dreht.
Eine Drehung des vierten Zahnrads 260 treibt das fünfte Zahnrad 272 des Differentialmechanismus 276 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 274 mit ihm dreht. So wird das Drehmoment vom vierten Zahnrad 260 über das fünfte Zahnrad 272 auf den Differentialmechanismus 276 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 274 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 276 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 276 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 200 in einem Leistungserzeugungsmodus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das erste Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schnellstraßenverhältnis bezeichnet werden. Das erste Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 200, bei niedrigem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit zu arbeiten.
Wenn ein zweites Drehzahlverhältnis gewünscht wird, wird die erste Kupplungsanordnung 225 ausgerückt, während die zweite Stellantriebbaugruppe die zweite Kupplungsanordnung 250 zum Einrücken veranlasst. Wenn die zweite Kupplungsanordnung 250 eingerückt wird, bewirkt die Ausgangswelle 206 des elektrischen Motors 204, dass sich die Ausgangswelle 206 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 208 mit ihr dreht. Das Drehmoment wird vom Elektromotor 204 auf das erste Zahnrad 208 übertragen. Eine Drehung des ersten Zahnrads 208 treibt das sechste Zahnrad 213 und dabei das zweite Zahnrad 218 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 212 an. Somit wird das Drehmoment wird vom ersten Zahnrad 208 über das sechste Zahnrad 213 auf das zweite Zahnrad 218 übertragen. Da das zweite Zahnrad 218 und das dritte Zahnrad 238 auf der zylindrischen Welle 239 angeordnet sind und die zweite Kupplungsanordnung 250 eingerückt ist, bewirkt eine Drehung des zweiten Zahnrads 218, dass sich die zylindrische Welle 239 und das damit gekoppelte dritte Zahnrad 238 mitdrehen. Das Drehmoment wird dann vom ersten Zahnrad 208 auf das dritte Zahnrad 238 über das zweite Zahnrad 218 übertragen. Da die zweite Kupplungsanordnung 250 eingerückt ist, treibt eine Drehung des dritten Zahnrades 238 die Planetenräder 242 und den daran gekoppelten Planetenträger 244 an. Das Drehmoment des dritten Zahnrades 238 wird dann über die Planetenräder 242 auf den Planetenträger 244 übertragen. Eine Drehung des Planetenträgers 244 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 214 und das damit gekoppelte vierte Zahnrad 260 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom Planetenträger 244 wird dann auf die Zwischenradwelle 214 zum vierten Zahnrad 260 übertragen. Das vom zweiten Zahnrad 218 auf das vierte Zahnrad 260 übertragene Drehmoment wird wegen der Planetengetriebeanordnung 240 erhöht.
Eine Drehung des vierten Zahnrads 260 treibt das fünfte Zahnrad 272 des Differentialmechanismus 276 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 274 mit ihm dreht. So wird das Drehmoment vom vierten Zahnrad 260 über das fünfte Zahnrad 272 auf den Differentialmechanismus 276 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 274 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 276 überträgt ein gewünschtes zweites Drehmoment von dem Differentialmechanismus 276 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 200 in einem Leistung erzeugenden Modus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das zweite Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schneckentempoverhältnis bezeichnet werden. Das zweite Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 200, bei hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit zu arbeiten.
Dementsprechend ermöglicht die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 212 der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 200 eine Antriebsübersetzungsspanne, die das Fahren in der Stadt, auf dem Land und auf der Autobahn sowie das Schleppen und Bergkriechfahren erleichtert.
Die hohe Drehzahl von Elektromotoren stellt ein Hindernis für ihre Verwendung mit konventionellen Getriebekonstruktionen dar. Um zu verhindern, dass Lager, die zwischen einer rotierenden Kupplungsanordnung und einer Stellantriebbaugruppe angeordnet sind, bei den hohen Drehzahlen, die von einem Elektromotor erzeugt werden, in Betrieb genommen werden, positioniert die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 212 die erste und zweite Kupplungsanordnung 225, 250 nach einer ersten Getriebeuntersetzung, die das erste Zahnrad 208 und das zweite Zahnrad 218 umfasst.
Nun bezugnehmend auf ein in 4 gezeigtes Ausführungsbeispiel umfasst die elektrische Antriebsachsbaugruppe 300 eine Ausgangswelle 306, die Achswellen 16, 18 und eine zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 307, die versetzt und parallel zur Motorausgangswelle relativ zueinander angeordnet sind. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die elektrische Antriebsachse 300 die Ausgangswelle 306, die mit dem Rotor des Elektromotors 304 drehfest gekoppelt ist. Ein erstes Zahnrad 308 kann drehfest mit der Ausgangswelle 306 gekoppelt sein. In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Zahnrad 308 an die Ausgangswelle 306 angeschmiedet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erste Zahnrad 308 an die Ausgangswelle 306 angeschweißt sein. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erste Zahnrad 308 mit der Ausgangswelle 306 kerbverzahnt sein. Das erste Zahnrad 308 kann ein Sonnenrad eines Planetengetriebes 309 sein. Die Planetengetriebeanordnung 309 kann ferner zwei oder mehr Planetenräder 312 in verzahnendem Eingriff mit dem ersten Zahnrad 308 umfassen. Die Planetenräder 312 können drehbar auf Planetenzapfen (nicht abgebildet) angeordnet sein, die mit einem Planetenträger 314 gekoppelt sind. Der Planetenträger 314 kann mit einer zweiten Welle 316 zur Drehung mit dieser drehfest gekoppelt sein. Die Planetenräder 312 können auch in verzahnendem Eingriff mit einem Hohlrad 318 sein, das zumindest teilweise konzentrisch um die Planetenräder 312 und das erste Zahnrad 308 angeordnet ist. Das Hohlrad 318 kann mit einer stationären Struktur wie dem Achsgehäuse 14, beispielsweise, verbunden und daran befestigt sein.
Die zweite Welle 316 kann koaxial mit der Ausgangswelle 306 angeordnet und im Achsgehäuse 14 über erste und zweite Lager 320A, 320B drehbar gelagert sein. Ein zweites Zahnrad 322 ist mit der zweiten Welle 316 zu seiner Drehung drehfest gekoppelt. Das zweite Zahnrad 322 ist mit einem dritten Zahnrad 324 in verzahnendem Eingriff. Das dritte Zahnrad 324 ist mit einer ersten Kupplungstrommel 328 einer ersten Kupplungsanordnung 326 gekoppelt. In bestimmten Ausführungsbeispielen enthält die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 307 die erste Kupplungsanordnung 326. Es sei verstanden, dass die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 307 im Achsgehäuse 14 über dritte und vierte Lager 327A, 327B drehbar gelagert sein kann.
Zusätzlich ist die erste Kupplungstrommel 328 zumindest teilweise konzentrisch im dritten Zahnrad 324 angeordnet. Eine radiale äußere Fläche der ersten Kupplungstrommel 328 ist mit einer radialen inneren Fläche des dritten Zahnrads 324 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel können die erste Kupplungstrommel 328 und das dritte Zahnrad 324 über einen kerbverzahnten Eingriff gekoppelt sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die erste Kupplungstrommel 328 und das dritte Zahnrad 324 über eine Presspassung gekoppelt sein. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können das dritte Zahnrad 324 und die Kupplungstrommel 328 aus einer einstückigen Komponente bestehen. Die erste Kupplungstrommel 328 ist über fünfte und sechste Lager 332A, 332B drehbar auf einer dritten Welle 330 gelagert. Außerdem sind Drehdichtungselemente 334A, 334B jeweils neben den Rollenlagern 332A, 332B angeordnet, um eine im wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen einem Teil der ersten Kupplungstrommel 328 und einem ersten Abschnitt 336 der dritten Welle 330 zu erzeugen. Das dritte Zahnrad 324 ist von der ersten Kupplungstrommel 328 vollständig auf dem ersten Abschnitt 336 getragen.
Eine erste Kupplungsnabe 338 ist mindestens teilweise konzentrisch innerhalb der ersten Kupplungstrommel 328 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 338 zur Drehung mit einem ersten Abschnitt 336 der dritten Welle 330 gekoppelt sein. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 338 eine kerbverzahnte radial innere Fläche in verzahnendem Eingriff mit komplementären Kerbverzahnungen an dem ersten Abschnitt 336 der dritten Welle 330 umfassen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 338 einstückig und integral mit dem ersten Abschnitt 336 der dritten Welle 330 ausgebildet sein.
Eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben 340 ist zur Drehung mit der ersten Kupplungstrommel 328 gekoppelt. Die Kupplungsscheiben 340 empfangen Drehmoment von der ersten Kupplungstrommel 328 und können sich axial in der ersten Kupplungstrommel 328 bewegen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 342 befinden sich in verzahnendem Eingriff mit der ersten Kupplungsnabe 338. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 342 ist mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 340 ineinander verschachtelt. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 342 kann sich axial auf der ersten Kupplungsnabe 338 bewegen. Die erste Kupplungsanordnung 326 kann insgesamt in das zweite Zahnrad 324 eingeschachtelt sein.
Eine erste Stellantriebsbaugruppe 344 kann verwendet werden, um die erste Kupplungsanordnung 326 selektiv zu betätigen. In einem Ausführungsbeispiel kann, wie in 4 veranschaulicht, die erste Stellantriebsbaugruppe 344 einen hydraulischen Stellantrieb umfassen. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Stellantriebbaugruppe 344 den ersten Abschnitt 336 der dritten Welle 330. In einem Ausführungsbeispiel kann der erste Abschnitt 336 eine allgemein zylindrische Form aufweisen, die einen Fluidkanal 346 definiert. Der erste Abschnitt 336 kann auch eine oder weitere radial verlaufende Öffnungen 348 in Fluidverbindung sowohl mit dem Fluidkanal 346 als auch mit einer Kammer 350 aufweisen. Die Kammer 350 kann durch den ersten Abschnitt 336, einen Teil der ersten Kupplungstrommel 328, die rotierenden Dichtungselemente 334A, 334B und eine Druckplatte 352 begrenzt werden. Die erste Stellantriebbaugruppe 344 kann auch einen Fluidbehälter (nicht abgebildet) in Fluidverbindung mit dem Fluidkanal 346 umfassen. Der Fluidkanal 346 ist über die eine oder mehrere Öffnungen 348 in Fluidverbindung mit der Kammer 350. Wenn der Fluiddruck in der Kammer 350 über eine Pumpe (nicht abgebildet) erhöht wird, wird die Druckplatte 352 axial betätigt, um die erste und zweite Mehrzahl der Kupplungsscheiben 340, 342 der ersten Kupplungsanordnung 326 reibschlüssig in Eingriff zu bringen.
Ein viertes Zahnrad 354 ist mit der zweiten Welle 316 zur gemeinsamen Drehung drehfest gekoppelt. Das vierte Zahnrad 354 befindet sich in verzahnendem Eingriff mit einem fünften Zahnrad 356. Das fünfte Zahnrad 356 ist mit einer zweiten Kupplungstrommel 360 einer zweiten Kupplungsanordnung 358 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel besteht die zweite Kupplungsanordnung 358 im Wesentlichen aus den gleichen Komponenten wie die erste Kupplungsanordnung 326 und wird im Wesentlichen auf die gleiche Weise betätigt.
Eine zweite Kupplungstrommel 360 ist mindestens teilweise konzentrisch innerhalb des fünften Zahnrades 356 angeordnet. Eine radiale äußere Fläche der zweiten Kupplungstrommel 360 ist mit einer radialen inneren Fläche des fünften Zahnrads 356 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel können die zweite Kupplungstrommel 360 und das fünfte Zahnrad 356 über einen kerbverzahnten Eingriff gekoppelt sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die zweite Kupplungstrommel 360 und das fünfte Zahnrad 356 über eine Presspassung gekoppelt sein. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können das fünfte Zahnrad 356 und die zweite Kupplungstrommel 360 aus einer einstückigen Komponente bestehen. Die zweite Kupplungstrommel 360 ist drehbar auf der dritten Welle 330 über siebente und achte Lager 332C, 332D gelagert. Außerdem sind Drehdichtungselemente 334C, 334D jeweils neben den Lagern 332C, 332D angeordnet, um eine im wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen einem Teil der zweiten Kupplungstrommel 360 und einem zweiten Abschnitt 362 der dritten Welle 330 zu erzeugen. Das fünfte Zahnrad 356 wird von der zweiten Kupplungstrommel 360 vollständig auf dem zweiten Abschnitt 362 getragen.
Eine zweite Kupplungsnabe 368 mindestens teilweise konzentrisch innerhalb der zweiten Kupplungstrommel 360 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel kann die zweite Kupplungsnabe 368 zur Drehung mit einem zweiten Abschnitt 362 der dritten Welle 330 gekoppelt sein. In einem Ausführungsbeispiel kann die zweite Kupplungsnabe 368 eine kerbverzahnte radial innere Fläche in verzahnendem Eingriff mit komplementären Kerbverzahnungen an dem zweiten Abschnitt 362 umfassen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die zweite Kupplungsnabe 368 einstückig und integral mit dem zweiten Abschnitt 362 der dritten Welle 330 ausgebildet sein.
Eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben 370 ist zur Drehung mit der zweiten Kupplungstrommel 360 gekoppelt. Die Kupplungsscheiben 370 empfangen ein Drehmoment von der zweiten Kupplungstrommel 360 und können sich axial in der zweiten Kupplungstrommel 360 bewegen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 372 befinden sich in verzahnendem Eingriff mit der zweiten Kupplungsnabe 368. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 372 ist mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 370 ineinander verschachtelt. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 372 kann sich axial auf der zweiten Kupplungsnabe 368 bewegen. Die zweite Kupplungsanordnung 358 kann insgesamt in das fünfte Zahnrad 356 eingeschachtelt sein.
Eine zweite Stellantriebsbaugruppe 374 kann verwendet werden, um die zweite Kupplungsanordnung 358 selektiv zu betätigen. In einem Ausführungsbeispiel kann, wie in 4 veranschaulicht, die zweite Stellantriebsbaugruppe 374 einen hydraulischen Stellantrieb umfassen. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Stellantriebsbaugruppe 374 den zweiten Abschnitt 362 der dritten Welle 330. In einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Abschnitt 362 eine allgemein zylindrische Form aufweisen, die einen Fluidkanal 376 definiert. Der zweite Abschnitt 362 kann auch eine oder weitere radial verlaufende Öffnungen 378 in Fluidverbindung sowohl mit dem Fluidkanal 376 als auch mit einer Kammer 380 aufweisen. Die Kammer 380 kann durch den zweiten Abschnitt 362, einem Teil der ersten Kupplungstrommel 360, die rotierenden Dichtungselemente 334C, 334D und eine Druckplatte 381 begrenzt werden. Die zweite Stellantriebbaugruppe 374 kann auch einen Fluidbehälter (nicht abgebildet) in Fluidverbindung mit dem Fluidkanal 376 umfassen. Der Fluidkanal 376 ist über die eine oder mehrere Öffnungen 378 in Fluidverbindung mit der Kammer 380. Wenn der Fluiddruck in der Kammer 380 über eine Pumpe (nicht abgebildet) erhöht wird, wird die Druckplatte 381 axial betätigt, um die erste und zweite Mehrzahl der Kupplungsscheiben 370, 372 der zweiten Kupplungsanordnung 358 reibschlüssig in Eingriff zu bringen.
Ein sechstes Zahnrad 382 ist mit der dritten Welle 330 zur gemeinsamen Drehung drehfest gekoppelt. Das sechste Zahnrad 382 ist in verzahnendem Eingriff mit einem siebenten Zahnrad 384. Das siebente Zahnrad 384 ist drehfest mit einem Differentialgehäuse 386 gekoppelt. Die Differentialgehäuse 386 ist Teil eines Differentialmechanismus 388. Das Differentialgehäuse 386 ist über ein Paar Lager 390A, 390B drehbar innerhalb des Achsgehäuses 14 gelagert. Der Differentialmechanismus 388 weist ferner zwei oder mehr Differentialritzel 392 auf. Die Differentialritzel 392 sind über eine Ritzelwelle (d. h. Sternwelle) (nicht dargestellt) innerhalb des Differentialgehäuses 386 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Ritzelwelle ein Querelement umfassen. Die Differentialritzel 392 sind mit einem ersten und einem zweiten Achswellenrad 394A, 394B verzahnt. Das erste Achswellenrad 394A ist für Drehung mit der ersten Achswelle 16 gekoppelt, und das zweite Achswellenrad 394B ist zur Drehung mit der zweiten Achswelle 18 gekoppelt.
Im Betrieb, wenn ein erstes Drehzahlverhältnis gewünscht wird, bewirkt die erste Stellantriebbaugruppe 344 das Einrücken der ersten Kupplungsanordnung 326, während die zweite Kupplungsanordnung 358 ausgerückt bleibt. Wenn die erste Kupplungsanordnung 326 eingerückt wird, bewirkt die Ausgangswelle 306 des elektrischen Motors 304, dass sich die Ausgangswelle 306 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 308 der Planetengetriebeanordnung 309 mit ihr dreht. Das Drehmoment wird vom Elektromotor bzw. elektrischen Motor 304 auf das erste Zahnrad 308 übertragen. Eine Drehung des ersten Zahnrades 308 treibt die Planetenräder 312 und den daran gekoppelten Planetenträger 314 an. Als solches wird das Drehmoment von dem ersten Zahnrad 308 dann über die Planetenräder 312 auf den Planetenträger 314 übertragen. Eine Drehung des Planetenträgers 314 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 316, das zweite Zahnrad 322 und das damit gekoppelte fünfte Zahnrad 354 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom Planetenträger 314 wird dann auf die Zwischenradwelle 316 zum zweiten Zahnrad 322 und fünften Zahnrad 354 übertragen. Das vom ersten Zahnrad 308 auf das zweite Zahnrad 322 und das fünfte Zahnrad 354 übertragene Drehmoment wird wegen der Planetengetriebeanordnung 309 erhöht.
Da die erste Kupplungsanordnung 326 im Eingriff bzw. eingerückt ist, treibt eine Drehung des ersten Zahnrads 322 das zweite Zahnrad 324 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 307 an. Somit wird das Drehmoment dann vom ersten Zahnrad 308 auf das dritte Zahnrad 324 über das zweite Zahnrad 322 übertragen. Eine Drehung des dritten Zahnrades 324 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 330 und das damit gekoppelte sechste Zahnrad 382 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment des dritten Zahnrades 324 wird dann über die erste Kupplungsanordnung 326 auf die Zwischenradwelle 330 und von der Zwischenradwelle 330 auf das sechste Zahnrad 382 übertragen.
Eine Drehung des sechsten Zahnrads 382 treibt das siebente Zahnrad 384 des Differentialmechanismus 388 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 386 mit ihm dreht. So wird das Drehmoment vom sechsten Zahnrad 382 über das siebente Zahnrad 384 auf den Differentialmechanismus 388 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 386 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 388 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 388 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 300 in einem Energieerzeugungsmodus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das erste Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schnellstraßenverhältnis bezeichnet werden. Das erste Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 300, bei niedrigem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit zu arbeiten.
Wenn ein zweites Drehzahlverhältnis gewünscht wird, wird die erste Kupplungsanordnung 326 ausgerückt, während die zweite Stellantriebbaugruppe 374 die zweite Kupplungsanordnung 358 zum Einrücken veranlasst. Wenn die zweite Kupplungsanordnung 358 eingerückt wird, bewirkt die Ausgangswelle 306 des elektrischen Motors 304, dass sich die Ausgangswelle 306 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 308 mit ihr dreht. Das Drehmoment wird vom Elektromotor bzw. elektrischen Motor 304 auf das erste Zahnrad 308 übertragen.
Eine Drehung des ersten Zahnrades 308 treibt die Planetenräder 312 und den daran gekoppelten Planetenträger 314 an. Als solches wird das Drehmoment von dem ersten Zahnrad 308 dann über die Planetenräder 312 auf den Planetenträger 314 übertragen. Eine Drehung des Planetenträgers 314 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 316, das zweite Zahnrad 322 und das damit gekoppelte fünfte Zahnrad 354 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom Planetenträger 314 wird dann auf die Zwischenradwelle 316 zum zweiten Zahnrad 322 und fünften Zahnrad 354 übertragen. Das vom ersten Zahnrad 308 auf das zweite Zahnrad 322 und das fünfte Zahnrad 354 übertragene Drehmoment wird wegen der Planetengetriebeanordnung 309 erhöht.
Da die zweite Kupplungsanordnung 358 im Eingriff bzw. eingerückt ist, treibt eine Drehung des fünften Zahnrads 354 das vierte Zahnrad 356 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 307 an. Somit wird das Drehmoment dann vom ersten Zahnrad 308 auf das vierten Zahnrad 356 über das fünfte Zahnrad 354 übertragen. Eine Drehung des vierten Zahnrades 356 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 330 und das damit gekoppelte sechste Zahnrad 382 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom dritten Zahnrad 324 wird dann über die zweite Kupplungsanordnung 358 auf die Zwischenradwelle 330 und von der Zwischenradwelle 330 auf das sechste Zahnrad 382 übertragen.
Eine Drehung des sechsten Zahnrads 382 treibt das siebente Zahnrad 384 des Differentialmechanismus 388 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 386 mit ihm dreht. So wird das Drehmoment vom sechsten Zahnrad 382 über das siebente Zahnrad 384 auf den Differentialmechanismus 388 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 386 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 388 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 388 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 300 in einem Energieerzeugungsmodus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das zweite Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schneckentempoverhältnis bezeichnet werden. Das zweite Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 300, bei hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit zu arbeiten.
Dementsprechend ermöglicht die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 307 der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 300 eine Antriebsübersetzungsspanne, die das Fahren in der Stadt, auf dem Land und auf der Autobahn sowie das Schleppen und Bergkriechfahren erleichtert.
In noch einem anderen in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die elektrische Antriebsachse 400 eine Ausgangswelle 406, die koaxial zu den Achswellen 16, 18 angeordnet ist, und eine zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 407, die versetzt und parallel zur Ausgangswelle 406 und der Achswellen 16, 18 angeordnet sind. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die elektrische Antriebsachse 400 die Ausgangswelle 406, die mit dem Rotor des Elektromotors 404 drehfest gekoppelt ist. Ein erstes Zahnrad 408 kann drehfest mit der Ausgangswelle 406 gekoppelt sein. In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Zahnrad 408 an die Ausgangswelle 406 angeschmiedet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erste Zahnrad 408 an die Ausgangswelle 406 angeschweißt sein. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erste Zahnrad 408 mit der Ausgangswelle 406 kerbverzahnt sein. Das erste Zahnrad 408 kann ein Sonnenrad eines Planetengetriebeanordnung 409 sein. Die Planetengetriebeanordnung 409 kann ferner zwei oder mehr Planetenräder 412 in verzahnendem Eingriff mit dem ersten Zahnrad 408 umfassen. Die Planetenräder 412 können drehbar auf Planetenzapfen (nicht abgebildet) angeordnet sein, die mit einem Planetenträger 414 gekoppelt sind. Der Planetenträger 414 kann mit einer zweiten Welle 416 zur Drehung mit dieser drehfest gekoppelt sein. Die Planetenräder 412 können auch in verzahnendem Eingriff mit einem Hohlrad 418 sein, das zumindest teilweise konzentrisch um die Planetenräder 412 und das erste Zahnrad 408 angeordnet ist. Das Hohlrad 418 kann mit einer stationären Struktur wie dem Achsgehäuse 14, beispielsweise, verbunden und daran befestigt sein.
Die zweite Welle 416 kann koaxial mit der Ausgangswelle 406 angeordnet und im Achsgehäuse 14 über ein erstes und zweites Lager 420A, 420B drehbar gelagert sein. Ein zweites Zahnrad 422 ist mit der zweiten Welle 416 zu seiner Drehung drehfest gekoppelt. Das zweite Zahnrad 422 ist mit einem dritten Zahnrad 424 in verzahnendem Eingriff. Das dritte Zahnrad 424 ist mit einer ersten Kupplungstrommel 428 einer ersten Kupplungsanordnung 426 gekoppelt. In bestimmten Ausführungsbeispielen enthält die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 407 die erste Kupplungsanordnung 426. Es sei verstanden, dass die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 407 im Achsgehäuse 14 über dritte und vierte Lager 427A, 427B drehbar gelagert sein kann.
Zusätzlich ist die erste Kupplungstrommel 428 zumindest teilweise konzentrisch im dritten Zahnrad 424 angeordnet. Eine radiale äußere Fläche der ersten Kupplungstrommel 428 ist mit einer radialen inneren Fläche des dritten Zahnrads 424 gekoppelt. In einer Ausführungsform können die erste Kupplungstrommel 428 und das dritte Zahnrad 424 über einen kerbverzahnten Eingriff gekoppelt sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die erste Kupplungstrommel 428 und das dritte Zahnrad 424 über eine Presspassung gekoppelt sein. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können das dritte Zahnrad 424 und die Kupplungstrommel 428 aus einer einstückigen Komponente bestehen. Die erste Kupplungstrommel 428 ist über fünfte und sechste Lager 432A, 432B drehbar auf einer dritten Welle 430 gelagert. Außerdem sind Drehdichtungselemente 434A, 434B jeweils neben den Rollenlagern 432A, 432B angeordnet, um eine im wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen einem Teil der ersten Kupplungstrommel 428 und einem ersten Abschnitt 436 der dritten Welle 430 zu erzeugen. Das dritte Zahnrad 424 ist von der ersten Kupplungstrommel 428 vollständig auf dem ersten Abschnitt 436 getragen.
Eine erste Kupplungsnabe 438 ist mindestens teilweise konzentrisch innerhalb der ersten Kupplungstrommel 428 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 438 zur Drehung mit dem ersten Abschnitt 436 der dritten Welle 430 gekoppelt sein. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 438 eine kerbverzahnte radial innere Fläche in verzahnendem Eingriff mit komplementären Kerbverzahnungen an dem ersten Abschnitt 436 der dritten Welle 430 umfassen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 438 einstückig und integral mit dem ersten Abschnitt 436 der dritten Welle 430 ausgebildet sein.
Eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben 440 ist zur Drehung mit der ersten Kupplungstrommel 428 gekoppelt. Die Kupplungsscheiben 440 empfangen ein Drehmoment von der ersten Kupplungstrommel 428 und können sich axial in der ersten Kupplungstrommel 428 bewegen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 442 befinden sich in verzahnendem Eingriff mit der ersten Kupplungsnabe 438. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 442 ist mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 440 verschachtelt. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 442 kann sich axial auf der ersten Kupplungsnabe 438 bewegen. Die erste Kupplungsanordnung 426 kann insgesamt in das zweite Zahnrad 424 eingeschachtelt sein.
Eine erste Stellantriebsbaugruppe 444 kann verwendet werden, um die erste Kupplungsanordnung 426 selektiv zu betätigen. In einem Ausführungsbeispiel kann, wie in 5 veranschaulicht, die erste Stellantriebsbaugruppe 444 einen hydraulischen Stellantrieb umfassen. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Stellantriebbaugruppe 444 den ersten Abschnitt 436 der dritten Welle 430. In einem Ausführungsbeispiel kann der erste Abschnitt 436 eine allgemein zylindrische Form aufweisen, die einen Fluidkanal 446 definiert. Der erste Abschnitt 436 kann auch eine oder weitere radial verlaufende Öffnungen 448 in Fluidverbindung sowohl mit dem Fluidkanal 446 als auch mit einer Kammer 450 aufweisen. Die Kammer 450 kann durch den ersten Abschnitt 436, einen Teil der ersten Kupplungstrommel 428, die rotierenden Dichtungselemente 434A, 434B und eine Druckplatte 452 begrenzt werden. Die erste Stellantriebbaugruppe 444 kann auch einen Fluidbehälter (nicht abgebildet) in Fluidverbindung mit dem Fluidkanal 446 umfassen. Der Fluidkanal 446 ist über die eine oder mehrere Öffnungen 448 in Fluidverbindung mit der Kammer 450. Wenn der Fluiddruck in der Kammer 450 über eine Pumpe (nicht abgebildet) erhöht wird, wird die Druckplatte 452 axial betätigt, um die erste und zweite Mehrzahl der Kupplungsscheiben 440, 442 der ersten Kupplungsanordnung 426 reibschlüssig in Eingriff zu bringen.
Ein viertes Zahnrad 454 ist mit der zweiten Welle 416 zur gemeinsamen Drehung drehfest gekoppelt. Das vierte Zahnrad 454 befindet sich in verzahnendem Eingriff mit einem fünften Zahnrad 456. Das fünfte Zahnrad 456 ist mit einer zweiten Kupplungstrommel 460 einer zweiten Kupplungsanordnung 458 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel besteht die zweite Kupplungsanordnung 458 im Wesentlichen aus den gleichen Komponenten wie die erste Kupplungsanordnung 426 und wird im Wesentlichen auf die gleiche Weise betätigt.
Eine zweite Kupplungstrommel 460 ist mindestens teilweise konzentrisch innerhalb des fünften Zahnrades 456 angeordnet. Eine radiale äußere Fläche der zweiten Kupplungstrommel 460 ist mit einer radialen inneren Fläche des fünften Zahnrads 456 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel können die zweite Kupplungstrommel 460 und das fünfte Zahnrad 456 über einen kerbverzahnten Eingriff gekoppelt sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die zweite Kupplungstrommel 460 und das fünfte Zahnrad 456 über eine Presspassung gekoppelt sein. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können das fünfte Zahnrad 456 und die zweite Kupplungstrommel 460 aus einer einstückigen Komponente bestehen. Die zweite Kupplungstrommel 460 ist drehbar auf der dritten Welle 430 über siebente und achte Lager 432C, 432D gelagert. Außerdem sind Drehdichtungselemente 434C, 434D jeweils neben den Lagern 432C, 432D angeordnet, um eine im wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen einem Teil der zweiten Kupplungstrommel 460 und einem zweiten Abschnitt 462 der dritten Welle 430 zu erzeugen. Das fünfte Zahnrad 456 wird von der zweiten Kupplungstrommel 460 vollständig auf dem zweiten Abschnitt 462 getragen.
Eine zweite Kupplungsnabe 468 mindestens teilweise konzentrisch innerhalb der zweiten Kupplungstrommel 460 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel kann die zweite Kupplungsnabe 468 zur Drehung mit einem zweiten Abschnitt 462 der dritten Welle 430 gekoppelt sein. In einem Ausführungsbeispiel kann die zweite Kupplungsnabe 468 eine kerbverzahnte radial innere Fläche in verzahnendem Eingriff mit komplementären Kerbverzahnungen an dem zweiten Abschnitt 462 umfassen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die zweite Kupplungsnabe 468 einstückig und integral mit dem zweiten Abschnitt 462 der dritten Welle 430 ausgebildet sein.
Eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben 470 ist zur Drehung mit der zweiten Kupplungstrommel 460 gekoppelt. Die Kupplungsscheiben 470 empfangen ein Drehmoment von der zweiten Kupplungstrommel 460 und können sich axial in der zweiten Kupplungstrommel 460 bewegen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 472 befinden sich in verzahnendem Eingriff mit der zweiten Kupplungsnabe 468. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 472 ist mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 470 verschachtelt. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 472 kann sich axial auf der zweiten Kupplungsnabe 468 bewegen. Die zweite Kupplungsanordnung 458 kann insgesamt in das fünfte Zahnrad 456 eingeschachtelt sein.
Eine zweite Stellantriebsbaugruppe 474 kann verwendet werden, um die zweite Kupplungsanordnung 458 selektiv zu betätigen. In einem Ausführungsbeispiel kann, wie in 4 veranschaulicht, die zweite Stellantriebsbaugruppe 474 einen hydraulischen Stellantrieb umfassen. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Stellantriebsbaugruppe 474 den zweiten Abschnitt 462 der dritten Welle 430. In einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Abschnitt 462 eine allgemein zylindrische Form aufweisen, die einen Fluidkanal 476 definiert. Der zweite Abschnitt 462 kann auch eine oder weitere radial verlaufende Öffnungen 478 in Fluidverbindung sowohl mit dem Fluidkanal 476 als auch mit einer Kammer 480 aufweisen. Die Kammer 480 kann durch den zweiten Abschnitt 462, einem Teil der ersten Kupplungstrommel 460, die rotierenden Dichtungselemente 434C, 434D und eine Druckplatte 481 begrenzt werden. Die zweite Stellantriebbaugruppe 474 kann auch einen Fluidbehälter (nicht abgebildet) in Fluidverbindung mit dem Fluidkanal 476 umfassen. Der Fluidkanal 476 ist über die eine oder mehrere Öffnungen 478 in Fluidverbindung mit der Kammer 480. Wenn der Fluiddruck in der Kammer 480 über eine Pumpe (nicht abgebildet) erhöht wird, wird die Druckplatte 481 axial betätigt, um die erste und zweite Mehrzahl der Kupplungsscheiben 470, 472 der zweiten Kupplungsanordnung 458 reibschlüssig in Eingriff zu bringen.
Ein sechstes Zahnrad 482 ist mit der dritten Welle 430 zur gemeinsamen Drehung drehfest gekoppelt. In bestimmten Ausführungsbeispielen ist das sechste Zahnrad 482 axial außerhalb der zweiten Kupplungsbaugruppe 458 angeordnet. Das sechste Zahnrad 482 ist in verzahnendem Eingriff mit einem siebenten Zahnrad 484. Das siebente Zahnrad 484 ist drehfest mit einem Differentialgehäuse 486 gekoppelt. Die Differentialgehäuse 486 ist Teil eines Differentialmechanismus 488. Das Differentialgehäuse 486 ist über ein Paar Lager 490A, 490B drehbar innerhalb des Achsgehäuses 14 gelagert. Der Differentialmechanismus 488 weist ferner zwei oder mehr Differentialritzel 492 auf. Die Differentialritzel 492 sind über eine Ritzelwelle (d. h. Sternwelle) (nicht dargestellt) innerhalb des Differentialgehäuses 486 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Ritzelwelle ein Querelement umfassen. Die Differentialritzel 492 sind mit einem ersten und einem zweiten Achswellenrad 494A, 494B verzahnt. Das erste Achswellenrad 494A ist für Drehung mit der ersten Achswelle 16 gekoppelt, und das zweite Achswellenrad 494B ist zur Drehung mit der zweiten Achswelle 18 gekoppelt.
Im Betrieb, wenn ein erstes Drehzahlverhältnis gewünscht wird, bewirkt die erste Stellantriebbaugruppe 444 das Einrücken der ersten Kupplungsanordnung 426, während die zweite Kupplungsanordnung 458 ausgerückt bleibt. Wenn die erste Kupplungsanordnung 426 eingerückt wird, bewirkt die Ausgangswelle 406 des elektrischen Motors 404, dass sich die Ausgangswelle 406 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 408 der Planetengetriebeanordnung 409 mit ihr dreht. Das Drehmoment wird vom Elektromotor bzw. elektrischen Motor 404 auf das erste Zahnrad 408 übertragen. Eine Drehung des ersten Zahnrades 408 treibt die Planetenräder 412 und den daran gekoppelten Planetenträger 414 an. Als solches wird das Drehmoment von dem ersten Zahnrad 408 dann über die Planetenräder 412 auf den Planetenträger 414 übertragen. Eine Drehung des Planetenträgers 414 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 416, das zweite Zahnrad 422 und das damit gekoppelte fünfte Zahnrad 454 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom Planetenträger 414 wird dann auf die Zwischenradwelle 416 zum zweiten Zahnrad 422 und fünften Zahnrad 454 übertragen. Das vom ersten Zahnrad 408 auf das zweite Zahnrad 422 und das fünfte Zahnrad 454 übertragene Drehmoment wird wegen der Planetengetriebeanordnung 409 erhöht.
Da die erste Kupplungsanordnung 426 im Eingriff bzw. eingerückt ist, treibt eine Drehung des ersten Zahnrads 422 das zweite Zahnrad 424 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 407 an. Somit wird das Drehmoment dann vom ersten Zahnrad 408 auf das dritte Zahnrad 424 über das zweite Zahnrad 422 übertragen. Eine Drehung des dritten Zahnrades 424 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 430 und das damit gekoppelte sechste Zahnrad 482 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment des dritten Zahnrades 424 wird dann über die erste Kupplungsanordnung 426 auf die Zwischenradwelle 430 und von der Zwischenradwelle 430 auf das sechste Zahnrad 482 übertragen.
Eine Drehung des sechsten Zahnrads 482 treibt das siebente Zahnrad 484 des Differentialmechanismus 488 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 486 mit ihm dreht. So wird das Drehmoment vom sechsten Zahnrad 482 über das siebente Zahnrad 484 auf den Differentialmechanismus 488 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 486 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 488 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 488 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 400 in einem Leistung erzeugenden Modus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das erste Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schnellstraßenverhältnis bezeichnet werden. Das erste Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 400, bei niedrigem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit zu arbeiten.
Wenn ein zweites Drehzahlverhältnis gewünscht wird, wird die erste Kupplungsanordnung 426 ausgerückt, während die zweite Stellantriebbaugruppe 474 die zweite Kupplungsanordnung 458 zum Einrücken veranlasst. Wenn die zweite Kupplungsanordnung 458 eingerückt wird, bewirkt die Ausgangswelle 406 des elektrischen Motors 404, dass sich die Ausgangswelle 406 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 408 mit ihr dreht. Das Drehmoment wird vom Elektromotor bzw. elektrischen Motor 404 auf das erste Zahnrad 408 übertragen.
Eine Drehung des ersten Zahnrades 408 treibt die Planetenräder 412 und den daran gekoppelten Planetenträger 414 an. Als solches wird das Drehmoment von dem ersten Zahnrad 408 dann über die Planetenräder 412 auf den Planetenträger 414 übertragen. Eine Drehung des Planetenträgers 414 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 416, das zweite Zahnrad 422 und das damit gekoppelte fünfte Zahnrad 454 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom Planetenträger 414 wird dann auf die Zwischenradwelle 416 zum zweiten Zahnrad 422 und fünften Zahnrad 454 übertragen. Das vom ersten Zahnrad 408 auf das zweite Zahnrad 422 und das fünfte Zahnrad 454 übertragene Drehmoment wird wegen der Planetengetriebeanordnung 409 erhöht.
Da die zweite Kupplungsanordnung 458 im Eingriff bzw. eingerückt ist, treibt eine Drehung des fünften Zahnrads 454 das vierte Zahnrad 456 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 407 an. Somit wird das Drehmoment dann vom ersten Zahnrad 408 auf das vierten Zahnrad 456 über das fünfte Zahnrad 454 übertragen. Eine Drehung des vierten Zahnrades 456 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 430 und das damit gekoppelte sechste Zahnrad 482 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom dritten Zahnrad 424 wird dann über die zweite Kupplungsanordnung 458 auf die Zwischenradwelle 430 und von der Zwischenradwelle 430 auf das sechste Zahnrad 482 übertragen.
Eine Drehung des sechsten Zahnrads 482 treibt das siebente Zahnrad 484 des Differentialmechanismus 488 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 486 mit ihm dreht. So wird das Drehmoment vom sechsten Zahnrad 482 über das siebente Zahnrad 484 auf den Differentialmechanismus 488 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 486 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 488 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 488 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 400 in einem Leistung erzeugenden Modus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das zweite Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schneckentempoverhältnis bezeichnet werden. Das zweite Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 400, bei hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit zu arbeiten.
Dementsprechend ermöglicht die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 407 der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 400 eine Antriebsübersetzungsspanne, die das Fahren in der Stadt, auf dem Land und auf Schnellstraßen sowie das Schleppen und Bergkriechfahren erleichtert.
Wie in 6 gezeigt, umfasst in einem anderen Ausführungsbeispiel die elektrische Antriebsachsbaugruppe 500 eine Ausgangswelle 506, die Achswellen 16, 18 und eine zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 512, die versetzt und parallel zur Ausgangswelle 506 relativ zueinander angeordnet sind. In bestimmten Ausführungsbeispiel ist die Ausgangswelle 506 ist mit dem Rotor des Elektromotors 504 zur gemeinsamen Drehung gekoppelt. Die gezeigte Ausgangswelle 506 ist mit einer konzentrischen Doppelkupplung 508 verbunden. Es sei verstanden, dass jede Art von Kupplung 508 beliebig eingesetzt werden kann, wie beispielsweise eine Nasskupplung, eine einfache Klauenkupplung, eine Klauenkupplung mit Synchronisierung und ähnliches.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die Kupplung 508 eine erste oder äußere Kupplungsanordnung 510, die konzentrisch um die Ausgangswelle 506 angeordnet ist, und eine zweite oder innere Kupplungsanordnung 514, die konzentrisch um die Ausgangswelle 506 und radial innerhalb der ersten Kupplungsbaugruppe 510 angeordnet ist. Die Kupplungsanordnung 510, 514 können radial nebeneinander angeordnet werden, so dass ein einziger Stellantriebsmechanismus (nicht abgebildet) jede der Kupplungsanordnungen 510, 514 getrennt betätigen kann. Somit ist nur eine der Kupplungsanordnungen 510, 514 zu einem Zeitpunkt eingerückt. Der Stellantriebsmechanismus kann einen Stellantrieb, einen zusätzlichen Zahnradsatz und eine Rollen- und Rampenanordnung umfassen. Der Stellantrieb kann ein reversibler Elektromotor sein, da er kompakt und leicht steuerbar ist. Es sei verstanden, dass jeder andere geeignete Typ von Stellantrieb und Stellmechanismus verwendet werden kann, wie beispielsweise hydraulische oder pneumatische Stellantriebe.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die erste Kupplungsanordnung 510 einen Satz von Kupplungsscheiben 516, die sich von einer ersten Kupplungsnabe 518 radial nach innen erstrecken. Die Kupplungsscheiben 516 sind mit der ersten Kupplungsnabe 518 axial verschiebbar gelagert. Die erste Kupplungsanordnung 510 enthält außerdem eine zweite Kupplungsnabe 520. Die zweite Kupplungsnabe 520 hat einen Satz von Kupplungsscheiben 522, die sich von der zweiten Kupplungsnabe 520 radial nach außen erstrecken. Die Kupplungsscheiben 522 verschachteln sich mit den Kupplungsscheiben 516. Es sei verstanden, dass die erste Kupplungsanordnung 510 jede Anzahl von Kupplungsscheiben 516, 522 aufweisen kann, wie gewünscht. Die zweite Kupplungsnabe 520 ist mit einer gemeinsamen Welle 523 verbunden. Die gemeinsame Welle 523 ist koaxial mit der Ausgangswelle 506 angeordnet und kann in einer stationären Struktur (z.B. dem Achsgehäuse 14) durch mindestens ein Lager (nicht abgebildet) drehbar gelagert sein. Es sei verstanden, dass mindestens ein Lager ein beliebiger Typ von Lager sein kann, wie beispielsweise ein Wälzlager, ein Kugellager, ein konisches Lager und dergleichen, je nach Wunsch.
Ein viertes Zahnrad 526 ist zur Drehung mit der gemeinsamen Welle 523 gekoppelt. In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das erste Zahnrad 526 ein Sonnenrad eines Planetengetriebeanordnung 529 sein. Die Planetengetriebeanordnung 529 kann ferner zwei oder mehr Planetenräder 532 in verzahnendem Eingriff mit dem ersten Zahnrad 526 umfassen. Die Planetenräder 532 können drehbar auf Planetenzapfen (nicht abgebildet) angeordnet sein, die mit einem Planetenträger 534 gekoppelt sind. Der Planetenträger 534 kann mit einer zweiten Welle 536 zur Drehung mit dieser drehfest gekoppelt sein. Die Ausgangswelle 506 und die zweite Welle 536 können in einer stationären Struktur wie beispielsweise dem Achsgehäuse 14 durch erste und zweite Lager 519A, 519B drehbar gelagert sein. Es sei verstanden, dass mindestens ein Lager ein beliebiger Typ von Lager sein kann, wie beispielsweise ein Nadellager, ein Wälzlager, ein Kugellager, ein konisches Lager und dergleichen, je nach Wunsch. Die Planetenräder 532 können auch in verzahnendem Eingriff mit einem Hohlrad 538 sein, das zumindest teilweise konzentrisch um die Planetenräder 532 und das erste Zahnrad 526 angeordnet ist. Das Hohlrad 538 kann mit einer stationären Struktur wie dem Achsgehäuse 14, beispielsweise, verbunden und daran befestigt sein. Dementsprechend treibt der Elektromotor 504 das erste Zahnrad 526 der Planetengetriebeanordnung 529 an, wenn die erste Kupplungsanordnung 510 eingerückt ist.
Wie dargestellt, umfasst die zweite Kupplungsanordnung 514 einen Satz von Kupplungsscheiben 528, die sich von einer ersten Kupplungsnabe 530 radial nach innen erstrecken. Die Kupplungsscheiben 528 sind mit der ersten Kupplungsnabe 530 axial verschiebbar gelagert. Die zweite Kupplungsanordnung 514 umfasst ferner eine zweite Kupplungsnabe 531 mit einem Satz Kupplungsscheiben 533, die sich von der zweiten Kupplungsnabe 531 radial nach außen erstrecken. Die Kupplungsscheiben 533 verschachteln sich mit den Kupplungsscheiben 528. Es sei auch verstanden, dass die erste Kupplungsanordnung 514 jede Anzahl von Kupplungsscheiben 528, 533 aufweisen kann, wie gewünscht. Ein zweites Zahnrad 537 ist antriebsmäßig mit der zweiten Kupplungsanordnung 514 verbunden. In bestimmten Ausführungsbeispielen ist das zweite Zahnrad 537 konzentrisch um die zweite Welle 536 zwischen dem ersten Zahnrad 526 und dem zweiten Lager 519B angeordnet. Dementsprechend treibt der Elektromotor 504 das zweite Zahnrad 537, wenn die zweite Kupplungsanordnung 514 eingerückt ist.
In bestimmten Ausführungsformen treibt der Elektromotor 504 die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 512 über die Planetengetriebeanordnung 529 und das zweite Zahnrad 537 an, wenn die erste Kupplungsanordnung 510 eingerückt ist, oder über das zweite Zahnrad 537, wenn die zweite Kupplungsanordnung 514 eingerückt ist. Wie in 6 dargestellt ist, ist die erste zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 512 parallel zur Ausgangswelle 506 des elektrischen Motors 504 angeordnet. Die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 512 umfasst eine Zwischenradwelle 542, die in der stationären Struktur (z. B. das Achsgehäuse 14) über dritte und vierte Lager 544A, 544B drehbar gelagert ist. Es sei verstanden, dass jedes der Lager 544A, 544B jeder Typ von Lager sein kann, wie beispielsweise ein Wälzlager, ein Kugellager, ein konisches Lager und dergleichen, je nach Wunsch.
Das dritte und vierte Zahnrad 550, 552 sind jeweils drehfest mit der Zwischenradwelle 542 verbunden. Das dritte Zahnrad 550 ist axial angrenzend an das zweite Lager 544B angeordnet. Das vierte Zahnrad 552 ist axial angrenzend an das erste Lager 544A angeordnet. Das dritte Zahnrad 550 ist mit dem zweiten Zahnrad 537 verzahnt und empfängt von diesem ein Drehmoment, wenn eine der Kupplungen 510, 514 eingerückt ist und der elektrische Motor 504 die elektrische Antriebsachse 500 antreibt. Ein Paar Positionierungselemente (nicht abgebildet) kann jeweils an Enden der Zwischenradwelle 542 angeordnet sein, um eine Position der Lager 544A, 544B und des zweiten und des dritten Zahnrads 550, 552 aufrechtzuerhalten. Es sei verstanden, dass jedes der Positionierungselemente irgendeine Art von Positionierungselement sein kann, wie gewünscht, wie beispielsweise ein Schnappring, aber auch ein Klemmstück und Presssitzlager verwenden könnte, falls die Anwendung dies zulässt.
Wie dargestellt, ist das vierte Zahnrad 552 sich in verzahnendem Eingriff mit einem fünften Zahnrad 558. Das vierte Zahnrad 552 treibt das fünfte Zahnrad 558 an, wenn eine der ersten und zweiten Kupplungen 510, 514 jeweils eingerückt ist und der Elektromotor 504 die elektrische Antriebsachsbaugruppe 500 antreibt. Das fünfte Zahnrad 558 ist für eine Drehung mit einem Differentialmechanismus 560 gekoppelt. Der Differentialmechanismus 560 ist in der stationären Struktur (z. B. dem Achsgehäuse 14) über ein Paar Lager 562A, 562B drehbar innerhalb gelagert. Es sei verstanden, dass jedes der Lager 562A, 562B jeder Typ von Lager sein kann, wie beispielsweise ein Wälzlager, ein Kugellager, ein konisches Lager und dergleichen, je nach Wunsch.
Wie in 6 dargestellt, enthält der Differentialmechanismus 560 zwei oder mehr Differentialritzel 566, die in einem Differentialgehäuse 568 angeordnet sind. Die Differentialritzel 566 sind über eine Ritzelwelle (nicht dargestellt) mit dem Differentialgehäuse 568 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Ritzelwelle ein Querelement umfassen. Die Differentialritzel 566 sind mit einem ersten und einem zweiten Achswellenrad 570A, 570B verzahnt. Das erste und das zweite Achswellenrad 570A, 570B sind drehbar mit der ersten und der zweiten Halbwelle 16, 18 jeweils gekoppelt.
Im Betrieb, wenn ein erstes Drehzahlverhältnis gewünscht wird, bewirkt die erste Stellantriebanordnung das Einrücken der ersten Kupplungsanordnung 510, während die zweite Kupplungsanordnung 514 ausgerückt bleibt. Wenn die erste Kupplungsanordnung 510 eingerückt wird, bewirkt die Ausgangswelle 506 des elektrischen Motors 504, dass sich die Ausgangswelle 506 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 526 der Planetengetriebeanordnung 529 mit ihr dreht. Das Drehmoment wird vom Elektromotor bzw. elektrischen Motor 504 auf das erste Zahnrad 526 übertragen. Eine Drehung des ersten Zahnrades 526 treibt die Planetenräder 532 und den daran gekoppelten Planetenträger 529 an. Als solches wird das Drehmoment von dem ersten Zahnrad 526 dann über die Planetenräder 532 auf den Planetenträger 534 übertragen. Eine Drehung des Planetenträgers 534 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 536 und das damit gekoppelte zweite Zahnrad 537 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom Planetenträger 534 wird dann über die Zwischenradwelle 536 zum zweiten Zahnrad 537 übertragen. Das von der Ausgangswelle 506 auf das zweite Zahnrad 537 übertragene Drehmoment wird wegen der Planetengetriebeanordnung 529 erhöht.
Da die erste Kupplungsanordnung 510 im Eingriff bzw. eingerückt ist, treibt eine Drehung des ersten Zahnrads 537 das zweite Zahnrad 550 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 512 an. Somit wird das Drehmoment dann vom ersten Zahnrad 526 über das zweite Zahnrad 537 durch die Planetenradanordnung 529 auf das dritte Zahnrad 550 übertragen. Eine Drehung des dritten Zahnrades 550 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 542 und das damit gekoppelte vierte Zahnrad 552 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom dritten Zahnrad 550 wird dann über die Zwischenradwelle 542 zum vierten Zahnrad 552 übertragen.
Eine Drehung des vierten Zahnrads 552 treibt das fünfte Zahnrad 558 des Differentialmechanismus 560 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 568 mit ihm dreht. So wird das Drehmoment vom vierten Zahnrad 552 über das fünfte Zahnrad 558 auf den Differentialmechanismus 560 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 568 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 560 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 560 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 500 in einem Leistungserzeugungsmodus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das erste Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schneckentempoverhältnis bezeichnet werden. Das erste Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 500, bei hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit zu arbeiten.
Wenn ein zweites Drehzahlverhältnis gewünscht wird, wird die erste Kupplungsanordnung 510 ausgerückt, während die zweite Stellantriebbaugruppe die zweite Kupplungsanordnung 514 zum Einrücken veranlasst. Wenn die zweite Kupplungsanordnung 514 eingerückt wird, bewirkt die Ausgangswelle 506 des elektrischen Motors 504, dass sich die Ausgangswelle 506 und das mit der Zwischenradwelle 536 gekoppelte zweite Zahnrad 537 mit ihr dreht. Das vom Elektromotor bzw. elektrischen Motor 504 auf das zweite Zahnrad 537 übertragene Drehmoment bleibt unverändert.
Da die zweite Kupplungsanordnung 514 im Eingriff bzw. eingerückt ist, treibt eine Drehung des zweiten Zahnrads 537 das dritte Zahnrad 550 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 512 an. Somit wird das Drehmoment dann vom ersten Zahnrad 526 über das zweite Zahnrad 537 durch die Planetenradanordnung 529 auf das dritte Zahnrad 550 übertragen. Eine Drehung des dritten Zahnrades 550 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 542 und das damit gekoppelte vierte Zahnrad 552 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom dritten Zahnrad 550 wird dann über die Zwischenradwelle 542 zum vierten Zahnrad 552 übertragen.
Eine Drehung des vierten Zahnrads 552 treibt das fünfte Zahnrad 558 des Differentialmechanismus 560 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 568 mit ihm dreht. So wird das Drehmoment vom vierten Zahnrad 552 über das fünfte Zahnrad 558 auf den Differentialmechanismus 560 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 568 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 560 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 560 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 500 in einem Leistungserzeugungsmodus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das zweite Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schnellstraßenverhältnis bezeichnet werden. Das zweite Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 500, bei niedrigem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit zu arbeiten.
Dementsprechend ermöglicht die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 512 der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 500 eine Antriebsübersetzungsspanne, die das Fahren in der Stadt, auf dem Land und auf Schnellstraßen sowie das Schleppen und Bergkriechfahren erleichtert.
7 zeigt eine elektrische Antriebsachsbaugruppe 600. Die elektrische Antriebsachsbaugruppe 600 besteht aus einer Ausgangswelle 606 und Achswellen 16, 18, die koaxial zur Ausgangswelle 606 angeordnet sind. In bestimmten Ausführungsbeispiel ist die Ausgangswelle 606 ist mit dem Rotor des Elektromotors 604 zur gemeinsamen Drehung gekoppelt.
Ein erstes Zahnrad 608 kann drehfest mit der Ausgangswelle 606 gekoppelt sein. In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Zahnrad 608 an die Ausgangswelle 606 angeschmiedet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erste Zahnrad 608 an die Ausgangswelle 606 angeschweißt sein. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erste Zahnrad 608 mit der Ausgangswelle 606 kerbverzahnt sein. Das erste Zahnrad 608 kann ein Sonnenrad einer ersten Planetengetriebeanordnung 609 sein. Die erste Planetengetriebeanordnung 609 kann ferner zwei oder mehr Planetenräder 612 in verzahnendem Eingriff mit dem ersten Zahnrad 608 umfassen. Die Planetenräder 612 können drehbar auf Planetenzapfen (nicht abgebildet) angeordnet sein, die mit einem Planetenträger 614 gekoppelt sind. Die Planetenräder 612 können auch in verzahnendem Eingriff mit einem Hohlrad 618 sein, das zumindest teilweise konzentrisch um die Planetenräder 612 und das erste Zahnrad 608 angeordnet ist. Das Hohlrad 618 kann über eine erste Kupplungsanordnung 620 selektiv mit einer stationären Struktur wie beispielsweise dem Achsgehäuse 14 gekoppelt sein. In bestimmten Ausführungsbeispiel ist das Hohlrad 618 ist mit einer ersten Kupplungstrommel 622 einer ersten Kupplungsanordnung 620 gekoppelt.
Wie gezeigt ist eine radiale innere Fläche der ersten Kupplungstrommel 622 mit einer radialen äußeren Fläche des Hohlrads 618 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel können die erste Kupplungstrommel 622 und das Hohlrad 618 über einen kerbverzahnten Eingriff gekoppelt sein. In einer weiteren Ausführungsform können die erste Kupplungstrommel 622 und das Hohlrad 618 über eine Presspassung gekoppelt sein. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können das Hohlrad 618 und die Kupplungstrommel 622 aus einer einstückigen Komponente bestehen. Eine erste Kupplungsnabe 624 ist mindestens teilweise konzentrisch innerhalb der ersten Kupplungstrommel 622 angeordnet. Eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben 624 ist zur Drehung mit der ersten Kupplungstrommel 622 gekoppelt. Die Kupplungsscheiben 624 empfangen Drehmoment von der ersten Kupplungstrommel 622 und können sich axial in der ersten Kupplungstrommel 622 bewegen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 626 ist in verzahnendem Eingriff mit der stationären Struktur wie beispielsweise dem Achsgehäuse 14. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 626 ist mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 624 verschachtelt. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 626 kann sich axial auf der stationären Struktur bewegen. Eine erste Stellantriebsbaugruppe (nicht dargestellt) kann verwendet werden, um die erste Kupplungsanordnung 620 selektiv zu betätigen. Als erste Stellantriebsbaugruppe können verschiedene Arten von Stellantrieben eingesetzt werden, wie beispielsweise ein hydraulischer Stellantrieb.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann der Planetenträger 614 mit einem Planetenträger 628 einer zweiten Planetengetriebeanordnung 630 sein. Die zweite Planetengetriebeanordnung 630 kann ferner zwei oder mehr Planetenräder 632 umfassen. Die Planetenräder 632 können drehbar auf Planetenzapfen (nicht abgebildet) angeordnet sein, die mit einem Planetenträger 628 gekoppelt sind. Die Planetenräder 632 können auch in verzahnendem Eingriff mit einem Hohlrad 634 sein, das zumindest teilweise konzentrisch um die Planetenräder 632 angeordnet ist. Das Hohlrad 634 kann über eine zweite Kupplungsanordnung 636 selektiv mit einer stationären Struktur wie beispielsweise dem Achsgehäuse 14 gekoppelt sein. In bestimmten Ausführungsbeispiel ist das Hohlrad 634 ist mit einer zweiten Kupplungstrommel 638 einer zweiten Kupplungsanordnung 636 gekoppelt.
Wie gezeigt ist eine radiale innere Fläche der zweiten Kupplungstrommel 638 mit einer radialen äußeren Fläche des Hohlrads 634 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel können die zweite Kupplungstrommel 638 und das Hohlrad 634 über einen kerbverzahnten Eingriff gekoppelt sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die zweite Kupplungstrommel 638 und das Hohlrad 634 über eine Presspassung gekoppelt sein. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können das Hohlrad 634 und die zweite Kupplungstrommel 638 aus einer einstückigen Komponente bestehen. Eine zweite Kupplungsnabe 640 mindestens teilweise konzentrisch innerhalb der zweiten Kupplungstrommel 638 angeordnet. Eine erste Vielzahl von Kupplungsscheiben 642 sind für Drehung mit der zweiten Kupplungstrommel 638 gekoppelt. Die Kupplungsscheiben 642 empfangen Drehmoment von der zweiten Kupplungstrommel 638 und können sich axial in der zweiten Kupplungstrommel 638 bewegen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 644 ist in verzahnendem Eingriff mit der stationären Struktur wie beispielsweise dem Achsgehäuse 14. Die zweite Vielzahl von Kupplungsscheiben 644 sind mit der ersten Vielzahl von Kupplungsscheiben 642 ineinander verschachtelt. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 644 kann sich axial auf der stationären Struktur bewegen. Eine zweite Stellantriebsbaugruppe (nicht dargestellt) kann verwendet werden, um die zweite Kupplungsanordnung 636 selektiv zu betätigen. Als zweite Stellantriebsbaugruppe können verschiedene Arten von Stellantrieben eingesetzt werden, wie beispielsweise ein hydraulischer Stellantrieb.
In bestimmten Ausführungsbeispielen ist der Planetenträger 628 mit einem Differentialgehäuse 646 gekoppelt und drehfest verbunden. Die Differentialgehäuse 646 ist Teil eines Differentialmechanismus 648. Das Differentialgehäuse 646 ist über ein Paar Lager 650A, 650B drehbar innerhalb des Achsgehäuses 14 gelagert. Der Differentialmechanismus 648 weist ferner zwei oder mehr Differentialritzel 652 auf. Die Differentialritzel 652 sind über eine Ritzelwelle (d. h. Sternwelle) (nicht dargestellt) innerhalb des Differentialgehäuses 646 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Ritzelwelle ein Querelement umfassen. Die Differentialritzel 652 sind mit einem ersten und einem zweiten Achswellenrad 654A, 654B verzahnt. Das erste Achswellenrad 654A ist für Drehung mit der ersten Achswelle 16 gekoppelt, und das zweite Achswellenrad 654B ist zur Drehung mit der zweiten Achswelle 18 gekoppelt.
Wie in 7 dargestellt, kann in einem Ausführungsbeispiel die erste Achswelle 16 mit der dritten Planetengetriebeanordnung 656 gekoppelt sein. In bestimmten Ausführungsbeispielen enthält die dritte Planetengetriebeanordnung 656 ein Sonnen- oder zweites Zahnrad 658, das mit der ersten Achswelle 16 gekoppelt ist. Die dritte gezeigte Planetengetriebeanordnung 656 kann ferner zwei oder mehr Planetenräder 660 in verzahnendem Eingriff mit dem zweiten Zahnrad 658 umfassen. Die Planetenräder 660 können auch in verzahnendem Eingriff mit einem Hohlrad 661 sein, das zumindest teilweise konzentrisch um die Planetenräder 660 und das zweite Zahnrad 658 angeordnet ist. Das Hohlrad 661 kann mit einer stationären Struktur wie dem Achsgehäuse 14, beispielsweise, gekoppelt und daran befestigt sein. Die Planetenräder 660 können auch drehbar auf Planetenzapfen (nicht abgebildet) angeordnet sein, die mit einem Planetenträger 662 gekoppelt sind. Der Planetenträger 662 kann mit einer dritten Achswelle 664 zur Drehung mit dieser drehfest gekoppelt sein. Die dritte Achswelle 664 kann in einer stationären Struktur wie dem Achsgehäuse 14 beispielsweise durch ein Lager 666 drehbar gelagert werden. Es sei verstanden, dass das Lager 666 ein beliebiger Typ von Lager sein kann, wie beispielsweise ein Nadellager, ein Wälzlager, ein Kugellager, ein konisches Lager und dergleichen, je nach Wunsch. In bestimmten Ausführungsbeispielen kann die dritte Achswelle 664 antriebsmäßig mit einem Rad 6 des in 1 dargestellten Fahrzeugs 10 verbunden sein.
In ähnlicher Weise kann die zweite Achswelle 18 mit der vierten Planetengetriebeanordnung 670 gekoppelt sein. In bestimmten Ausführungsbeispielen enthält die vierte Planetengetriebeanordnung 670 ein Sonnen- oder drittes Zahnrad 672, das mit der zweiten Achswelle 18 gekoppelt ist. Die vierte gezeigte Planetengetriebeanordnung 670 kann ferner zwei oder mehr Planetenräder 674 in verzahnendem Eingriff mit dem dritten Zahnrad 672 umfassen. Die Planetenräder 674 können in verzahnendem Eingriff mit einem Hohlrad 676 sein, das zumindest teilweise konzentrisch um die Planetenräder 674 und das dritte Zahnrad 670 angeordnet ist. Das Hohlrad 676 kann mit einer stationären Struktur wie dem Achsgehäuse 14, beispielsweise, gekoppelt und daran befestigt sein. Die Planetenräder 674 können auch drehbar auf Planetenzapfen (nicht abgebildet) angeordnet sein, die mit einem Planetenträger 678 gekoppelt sind. Der Planetenträger 678 kann mit einer vierten Achswelle 679 zur Drehung mit dieser drehfest gekoppelt sein. Die vierte Achswelle 679 kann in einer stationären Struktur wie dem Achsgehäuse 14 beispielsweise durch ein Lager 680 drehbar gelagert werden. Es sei verstanden, dass das Lager 680 ein beliebiger Typ von Lager sein kann, wie beispielsweise ein Nadellager, ein Wälzlager, ein Kugellager, ein konisches Lager und dergleichen, je nach Wunsch. In bestimmten Ausführungsbeispielen kann die vierte Achswelle 679 antriebsmäßig mit einem Rad 8 des in 1 dargestellten Fahrzeugs 10 verbunden sein.
Im Betrieb, wenn ein erstes Drehzahlverhältnis gewünscht wird, bewirkt die erste Stellantriebanordnung das Einrücken der ersten Kupplungsanordnung 620, während die zweite Kupplungsanordnung 636 ausgerückt bleibt. Wenn die erste Kupplungsanordnung 620 eingerückt wird, bewirkt die Ausgangswelle 606 des elektrischen Motors 604, dass sich die Ausgangswelle 606 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 608 der ersten Planetengetriebeanordnung 609 mit ihr dreht. Das Drehmoment wird vom Elektromotor bzw. elektrischen Motor 604 auf das erste Zahnrad 608 übertragen. Eine Drehung des ersten Zahnrades 608 treibt die Planetenräder 612 und den daran gekoppelten Planetenträger 614 an. Als solches wird das Drehmoment von dem ersten Zahnrad 608 dann über die Planetenräder 612 auf den Planetenträger 614 übertragen. Eine Drehung des Planetenträgers 614 bewirkt, dass die zweite Planetengetriebeanordnung 630 und der damit gekoppelte Differentialmechanismus 648 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom Planetenträger 614 wird dann über die zweite Planetengetriebeanordnung 630 auf das Differentialgehäuse 646 übertragen. Da die erste Kupplungsanordnung 620 eingerückt ist, wird das vom ersten Zahnrad 608 auf den Differentialmechanismus 648 übertragene Drehmoment durch die erste Planetengetriebeanordnung 609 erhöht. Das vom Planetenträger 614 durch die zweite Planetengetriebeanordnung 630 übertragene Drehmoment bleibt unverändert, da die zweite Planetengetriebeanordnung 630 frei rotiert, da die zweite Kupplungsanordnung 636 ausgerückt ist.
Eine Drehung des Differentialgehäuses 646 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 648 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 648 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18.
Eine Drehung der ersten Achswelle 16 bewirkt eine Drehung des zweiten Zahnrads 658 der damit gekoppelten dritten Planetengetriebeanordnung 656, um sich damit zu drehen. Das Drehmoment wird von der Achswelle 16 auf das zweite Zahnrad 658 übertragen. Eine Drehung des zweiten Zahnrades 658 treibt die Planetenräder 660 und den daran gekoppelten Planetenträger 662 an. Als solches wird das Drehmoment von dem zweiten Zahnrad 658 dann über die Planetenräder 660 auf den Planetenträger 662 übertragen. Eine Drehung des Planetenträgers 662 bewirkt, dass die dritte Planetengetriebeanordnung 656 und die damit gekoppelte dritte Achswelle 664 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom Planetenträger 662 wird dann über die dritte Achswelle 664 zum in 1 gezeigten Rad 6 übertragen. Wenn die elektrische Antriebsachse 600 in einem Leistung erzeugenden Modus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das erste Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schneckentempoverhältnis bezeichnet werden. Das erste Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 600, bei hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit zu arbeiten.
Wenn ein zweites Drehzahlverhältnis gewünscht wird, bewirkt die zweite Stellantriebbaugruppe das Einrücken der zweiten Kupplungsanordnung 636, während die erste Kupplungsanordnung 620 ausgerückt bleibt. Wenn die zweite Kupplungsanordnung 636 eingerückt wird, bewirkt die Ausgangswelle 606 des elektrischen Motors 604, dass sich die Ausgangswelle 606 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 608 der ersten Planetengetriebeanordnung 609 mit ihr dreht. Das Drehmoment wird vom Elektromotor bzw. elektrischen Motor 604 auf das erste Zahnrad 608 übertragen. Eine Umdrehung des ersten Zahnrades 608 bewirkt die Drehung des Planetenträgers 614 des ersten Planetengetriebesystems 609 und des Planetenträgers 628 des zweiten Planetengetriebesystems 630. Da die zweite Kupplungsanordnung 636 eingerückt ist, wird das Drehmoment vom ersten Zahnrad 608 dann auf den Planetenträger 628 übertragen. Eine Drehung des Planetenträgers 628 bewirkt, dass der damit gekoppelte Differentialmechanismus 648 sich mit ihm dreht. Das Drehmoment vom Planetenträger 628 wird dann über die zweite Planetengetriebeanordnung 630 auf das Differentialgehäuse 646 übertragen. Da die erste Kupplungsanordnung 620 ausgerückt ist, bleibt das vom ersten Zahnrad 608 auf den Differentialmechanismus 648 übertragene Drehmoment unverändert, da die erste Planetengetriebeanordnung 620 frei dreht.
Eine Drehung des Differentialgehäuses 646 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 648 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 648 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18.
Eine Drehung der zweiten Achswelle 18 bewirkt eine Drehung des dritten Zahnrads 672 der damit gekoppelten vierten Planetengetriebeanordnung 670, um sich damit zu drehen. Das Drehmoment wird von der Achswelle 18 auf das dritte Zahnrad 672 übertragen. Eine Drehung des dritten Zahnrades 672 treibt die Planetenräder 674 und den daran gekoppelten Planetenträger 678 an. Als solches wird das Drehmoment des dritten Zahnrades 672 dann über die Planetenräder 674 auf den Planetenträger 678 übertragen. Eine Drehung des Planetenträgers 678 bewirkt, dass die vierte Planetengetriebeanordnung 670 und die damit gekoppelte vierte Achswelle 679 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment vom Planetenträger 678 wird dann über die vierte Achswelle 679 zum in 1 gezeigten Rad 8 übertragen.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das zweite Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schnellstraßenverhältnis bezeichnet werden. Das zweite Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 600, bei niedrigem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit zu arbeiten.
Nun bezugnehmend auf ein in 8 gezeigtes Ausführungsbeispiel umfasst die elektrische Antriebsachsbaugruppe 700 eine Ausgangswelle 706, Achswellen 16, 18 und eine zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 712, die versetzt und parallel zur Motorausgangswelle relativ zueinander angeordnet sind. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die elektrische Antriebsachse 700 die Ausgangswelle 706, die mit dem Rotor des Elektromotors 704 drehfest gekoppelt ist. Die Ausgangswelle 706 ist in einer stationären Struktur wie beispielsweise dem Achsgehäuse 14 durch erste und zweite Lager 707A, 707B drehbar gelagert. Es sei verstanden, dass jedes der Lager 707A, 707B jeder Typ von Lager sein kann, wie beispielsweise ein Wälzlager, ein Kugellager, ein konisches Lager und dergleichen, je nach Wunsch. Ein erstes Zahnrad 708 kann drehfest mit der Ausgangswelle 706 gekoppelt sein. In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Zahnrad 708 an die Ausgangswelle 706 angeschmiedet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erste Zahnrad 708 an die Ausgangswelle 706 angeschweißt sein. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das erste Zahnrad 708 mit der Ausgangswelle 706 kerbverzahnt sein.
In bestimmten Ausführungsbeispielen ist das erste Zahnrad 708 konzentrisch um die Ausgangswelle 706 axial neben dem Lager 707A angeordnet. Ein zweites Zahnrad 710 ist ebenfalls mit der Ausgangswelle 706 gekoppelt. In bestimmten Ausführungsbeispielen ist das zweite Zahnrad 710 konzentrisch um die Ausgangswelle 706 axial neben dem ersten Zahnrad 708 angeordnet.
In bestimmten Ausführungsbeispielen, die im Folgenden näher beschrieben werden, treibt der Elektromotor 704 die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 712 über das erste Zahnrad 708 an, wenn eine einer ersten Kupplungsanordnung 714 und einer zweiten Kupplungsanordnung 716 eingerückt ist, oder über das zweite Zahnrad 710, wenn eine dritte Kupplungsanordnung 718 eingerückt ist. Wie in 8 dargestellt ist, ist die erste zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 712 parallel zur Ausgangswelle 706 des elektrischen Motors 704 angeordnet. Die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 712 umfasst eine Zwischenradwelle 720, die in der stationären Struktur (z. B. das Achsgehäuse 14) über dritte und vierte Lager 722A, 722B drehbar gelagert ist. Es sei verstanden, dass jedes der Lager 722A, 722B jeder Typ von Lager sein kann, wie beispielsweise ein Wälzlager, ein Kugellager, ein konisches Lager und dergleichen, je nach Wunsch. Ein Paar Positionierungselemente (nicht abgebildet) kann jeweils an Enden der Zwischenradwelle 720 angeordnet sein, um eine Position der Lager 722A, 722B aufrechtzuerhalten. Es sei verstanden, dass jedes der Positionierungselemente irgendeine Art von Positionierungselement sein kann, wie gewünscht, wie beispielsweise ein Schnappring, aber auch ein Klemmstück und Presssitzlager verwenden könnte, falls die Anwendung dies zulässt.
Ein drittes Zahnrad 724 ist konzentrisch um die zwischenradwelle 720 axial neben dem dritten Lager 722A angeordnet. Das dritte Zahnrad 724 kann sich über mindestens ein radial dazwischen angeordnetes Lager (nicht abgebildet) relativ zur Zwischenradwelle 720 drehen. Es sei verstanden, dass mindestens ein Lager ein beliebiger Typ von Lager sein kann, wie beispielsweise ein Nadellager, ein Wälzlager, ein Kugellager, ein konisches Lager und dergleichen, je nach Wunsch. Das dritte Zahnrad 724 steht mit dem ersten Zahnrad 724 in verzahnendem Eingriff und empfängt von diesem ein Drehmoment, wenn die erste Kupplungsanordnung 714 eingerückt ist und der elektrische Motor 704 die elektrische Antriebsachsbaugruppe 700 antreibt.
Wie dargestellt, ist die erste Kupplungsanordnung 714 konzentrisch um die Zwischenradwelle 720 angeordnet. Das dritte Zahnrad 724 ist mit einer ersten Kupplungstrommel 728 der ersten Kupplungsanordnung 714 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel können die erste Kupplungstrommel 728 und das dritte Zahnrad 724 über einen kerbverzahnten Eingriff gekoppelt sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die erste Kupplungstrommel 728 und das dritte Zahnrad 724 über eine Presspassung gekoppelt sein. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können das dritte Zahnrad 724 und die Kupplungstrommel 728 aus einer einstückigen Komponente bestehen. Die erste Kupplungstrommel 728 ist drehbar auf der Zwischenradwelle 720 gelagert. Außerdem können Drehdichtungselemente (nicht abgebildet) neben der ersten Kupplungsanordnung 714 angeordnet sein, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen einem Teil der ersten Kupplungstrommel 728 und einem ersten Abschnitt 736 der Zwischenradwelle 720 herzustellen. Das dritte Zahnrad 724 kann durch die ersten Kupplungstrommel 728 vollständig auf dem ersten Abschnitt 736 gelagert sein.
Eine erste Kupplungsnabe 738 ist mindestens teilweise konzentrisch innerhalb der ersten Kupplungstrommel 728 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 738 zur Drehung mit dem ersten Abschnitt 736 der Zwischenradwelle 720 gekoppelt sein. In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 738 eine kerbverzahnte radial innere Fläche in verzahnendem Eingriff mit komplementären Kerbverzahnungen an dem ersten Abschnitt 736 der Zwischenradwelle 720 umfassen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Kupplungsnabe 738 einstückig und integral mit dem ersten Abschnitt 736 der Zwischenradwelle 720 ausgebildet sein.
Eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben 740 ist zur Drehung mit der ersten Kupplungstrommel 728 gekoppelt. Die Kupplungsscheiben 740 empfangen ein Drehmoment von der ersten Kupplungstrommel 728 und können sich axial in der ersten Kupplungstrommel 728 bewegen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 742 sind in verzahnendem Eingriff mit dem ersten Abschnitt 736 der Zwischenradwelle 720. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 742 ist mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 740 verschachtelt. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 742 kann sich axial auf dem ersten Abschnitt 736 der Zwischenradwelle 720 bewegen. Die erste Kupplungsanordnung 714 kann insgesamt in das zweite Zahnrad 724 eingeschachtelt sein.
Eine erste Stellantriebsbaugruppe 744 kann verwendet werden, um die erste Kupplungsanordnung 714 selektiv zu betätigen. In einem Ausführungsbeispiel kann, wie in 8 veranschaulicht, die erste Stellantriebsbaugruppe 744 einen hydraulischen Stellantrieb umfassen. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Stellantriebbaugruppe 744 den ersten Abschnitt 736 der Zwischenradwelle 720. In einem Ausführungsbeispiel kann der erste Abschnitt 736 eine allgemein zylindrische Form aufweisen, die einen Fluidkanal 746 definiert. Der erste Abschnitt 736 kann auch eine oder weitere radial verlaufende Öffnungen 748 in Fluidverbindung sowohl mit dem Fluidkanal 746 als auch mit einer Kammer 750 aufweisen. Die Kammer 750 kann durch den ersten Abschnitt 736, einen Teil der ersten Kupplungstrommel 728, die Drehdichtungselemente und eine Druckplatte 752 begrenzt werden. Die erste Stellantriebbaugruppe 744 kann auch einen Fluidbehälter (nicht abgebildet) in Fluidverbindung mit dem Fluidkanal 746 umfassen. Der Fluidkanal 746 ist über die eine oder mehrere Öffnungen 748 in Fluidverbindung mit der Kammer 750. Wenn der Fluiddruck in der Kammer 750 über eine Pumpe (nicht abgebildet) erhöht wird, wird die Druckplatte 752 axial betätigt, um die erste und zweite Mehrzahl der Kupplungsscheiben 740, 742 der ersten Kupplungsanordnung 714 reibschlüssig in Eingriff zu bringen. Dementsprechend treibt der Elektromotor 704 das dritte Zahnrad 724 an, wenn die erste Kupplungsanordnung 714 eingerückt ist. Es sei verstanden, dass jede Art der ersten Kupplungsanordnung 714 beliebig eingesetzt werden kann, wie beispielsweise eine Nasskupplung, eine einfache Klauenkupplung, eine Klauenkupplung mit Synchronisierung und ähnliches.
In bestimmten Ausführungsbeispielen ist das dritte Zahnrad 724 mit einem vierten Zahnrad 754 gekoppelt. Wie in 8 dargestellt, können das dritte Zahnrad 724 und das vierte Zahnrad 754 mit einer gemeinsamen Welle 755 gekoppelt sein, die konzentrisch um die Zwischenradwelle 720 angeordnet ist. Das vierte Zahnrad 754 kann ein Sonnenrad eines Planetengetriebeanordnung 756 sein. Die Planetengetriebeanordnung 756 kann ferner zwei oder mehr Planetenräder 758 in verzahnendem Eingriff mit dem vierten Zahnrad 754 umfassen. Die Planetenräder 758 können drehbar auf Planetenzapfen (nicht abgebildet) angeordnet sein, die mit einem Planetenträger 760 gekoppelt sind. Der Planetenträger 760 kann mit einem zweiten Abschnitt 762 der Zwischenradwelle 720 zur Drehung mit dieser drehfest gekoppelt sein. Die Planetenräder 758 können auch in verzahnendem Eingriff mit einem Hohlrad 764 sein, das zumindest teilweise konzentrisch um die Planetenräder 758 und das vierte Zahnrad 754 angeordnet ist. Das Hohlrad 764 kann über eine zweite Kupplungsanordnung 716 selektiv mit einer stationären Struktur wie dem Achsgehäuse 14 verbunden sein.
Die zweite Kupplungsanordnung 716 kann eine zweite Kupplungsnabe 766 umfassen, die mit dem Hohlrad 764 gekoppelt ist. Die zweite Kupplungsnabe 766 kann eine Vielzahl von axial verlaufenden Keilnuten auf einer radial äußeren Fläche aufweisen. Eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben 768 befinden sich in verzahnendem Eingriff mit der zweiten Kupplungsnabe 766. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 768 kann sich axial entlang der zweiten Kupplungsnabe 766 bewegen. Die stationäre Struktur kann eine zweite Kupplungstrommel 770 mit einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Kerbverzahnungen auf einer radial inneren Fläche davon umfassen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 772 ist in verzahnendem Eingriff mit der stationären Struktur wie beispielsweise dem Achsgehäuse 14. Die zweite Vielzahl von Kupplungsscheiben 772 sind mit der ersten Vielzahl von Kupplungsscheiben 768 ineinander verschachtelt. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 772 kann sich axial auf der stationären Struktur bewegen. Eine zweite Stellantriebsbaugruppe (nicht dargestellt) kann verwendet werden, um die zweite Kupplungsanordnung 716 selektiv zu betätigen. Als zweite Stellantriebsbaugruppe können verschiedene Arten von Stellantrieben eingesetzt werden, wie beispielsweise ein hydraulischer Stellantrieb.
Ein fünftes Zahnrad 774 ist mit dem zweiten Abschnitt 762 der Zwischenradwelle 720 verbunden und dreht sich mit dieser. Das fünfte Zahnrad 774 ist mit dem zweiten Zahnrad 710 in verzahnendem Eingriff und empfängt von diesem ein Drehmoment, wenn die dritte Kupplungsanordnung 718 eingerückt ist und der elektrische Motor 704 die elektrische Antriebsachsbaugruppe 700 antreibt.
Wie dargestellt, ist die dritte Kupplungsanordnung 718 konzentrisch um die Zwischenradwelle 720 angeordnet. Das fünfte Zahnrad 774 ist mit einer dritten Kupplungstrommel 776 der dritten Kupplungsanordnung 718 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel können die dritte Kupplungstrommel 776 und das fünfte Zahnrad 774 über einen kerbverzahnten Eingriff gekoppelt sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die dritte Kupplungstrommel 776 und das fünfte Zahnrad 774 über eine Presspassung gekoppelt sein. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können das fünfte Zahnrad 774 und die dritte Kupplungstrommel 776 aus einer einstückigen Komponente bestehen. Die erste Kupplungstrommel 776 ist drehbar auf der Zwischenradwelle 720 gelagert. Außerdem können Drehdichtungselemente (nicht abgebildet) neben der dritten Kupplungsanordnung 718 angeordnet sein, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung zwischen einem Teil der dritten Kupplungstrommel 776 und einem zweiten Abschnitt 762 der Zwischenradwelle 720 herzustellen. Das fünfte Zahnrad 774 kann durch die dritte Kupplungstrommel 776 vollständig auf dem zweiten Abschnitt 762 gelagert sein.
Eine dritte Kupplungsnabe 778 ist mindestens teilweise konzentrisch innerhalb der dritten Kupplungstrommel 776 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel kann die dritte Kupplungsnabe 778 zur Drehung mit dem zweiten Abschnitt 762 der Zwischenradwelle 720 gekoppelt sein. In einem Ausführungsbeispiel kann die dritte Kupplungsnabe 778 eine kerbverzahnte radial innere Fläche in verzahnendem Eingriff mit komplementären Kerbverzahnungen an dem zweiten Abschnitt 762 der Zwischenradwelle 720 umfassen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die dritte Kupplungsnabe 778 einstückig und integral mit dem zweiten Abschnitt 762 der Zwischenradwelle 720 ausgebildet sein.
Eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben 780 ist zur Drehung mit der dritten Kupplungstrommel 776 gekoppelt. Die Kupplungsscheiben 780 empfangen ein Drehmoment von der dritten Kupplungstrommel 776 und können sich axial in der dritten Kupplungstrommel 776 bewegen. Eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 782 ist in verzahnendem Eingriff mit dem zweiten Abschnitt 762 der Zwischenradwelle 720. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 782 ist mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben 780 verschachtelt. Die zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben 782 kann sich axial auf dem zweiten Abschnitt 762 der Zwischenradwelle 720 bewegen. Die dritte Kupplungsanordnung 718 kann insgesamt in das fünfte Zahnrad 774 eingeschachtelt sein.
Eine dritte Stellantriebsbaugruppe 784 kann verwendet werden, um die dritte Kupplungsanordnung 718 selektiv zu betätigen. In einem Ausführungsbeispiel kann, wie in 8 veranschaulicht, die dritte Stellantriebsbaugruppe 784 einen hydraulischen Stellantrieb umfassen. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die dritte Stellantriebsbaugruppe 784 den zweiten Abschnitt 762 der Zwischenradwelle 720. In einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Abschnitt 762 eine allgemein zylindrische Form aufweisen, die einen Fluidkanal 786 definiert. Der zweite Abschnitt 786 kann auch eine oder weitere radial verlaufende Öffnungen 787 in Fluidverbindung sowohl mit dem Fluidkanal 786 als auch mit einer Kammer 788 aufweisen. Die Kammer 788 kann durch den zweiten Abschnitt 762, einen Teil der dritten Kupplungstrommel 776, die Drehdichtungselemente und eine Druckplatte 790 begrenzt werden. Die dritte Stellantriebbaugruppe 784 kann auch einen Fluidbehälter (nicht abgebildet) in Fluidverbindung mit dem Fluidkanal 786 umfassen. Der Fluidkanal 786 ist über die eine oder mehrere Öffnungen 787 in Fluidverbindung mit der Kammer 788. Wenn der Fluiddruck in der Kammer 788 über eine Pumpe (nicht abgebildet) erhöht wird, wird die Druckplatte 790 axial betätigt, um die erste und zweite Mehrzahl der Kupplungsscheiben 780, 782 der dritten Kupplungsanordnung 718 reibschlüssig in Eingriff zu bringen. Dementsprechend treibt der Elektromotor 704 das fünfte Zahnrad 774 über das zweite Zahnrad 710 an, wenn die zweite Kupplungsanordnung 718 eingerückt ist. Es sei verstanden, dass jede Art der dritten Kupplungsanordnung 718 beliebig eingesetzt werden kann, wie beispielsweise eine Nasskupplung, eine einfache Klauenkupplung, eine Klauenkupplung mit Synchronisierung und ähnliches.
Ein sechstes Zahnrad 791 ist zur Drehung mit der Zwischenradwelle 720 gekoppelt. Das sechste gezeigte Zahnrad 791 ist axial angrenzend an das vierte Lager 722B angeordnet. Das sechste Zahnrad 791 vom ersten Zahnrad 708, wenn eine der Kupplungsanordnungen 714, 716 eingerückt ist, und vom zweiten Zahnrad 710, wenn die dritte Kupplungsanordnung 718 eingerückt ist, und der elektrische Motor 704 treiben die elektrische Antriebsachsbaugruppe 700 an. Wie dargestellt ist das sechste Zahnrad 791 in verzahnendem Eingriff mit einem siebenten Zahnrad 792. Das sechste Zahnrad 791 treibt das siebente Zahnrad 792 an, wenn eine der ersten, zweiten und dritten Kupplungsanordnung 714, 716, 718 eingerückt ist, und der elektrische Motor 704 treiben die elektrische Antriebsachsbaugruppe 700 an. Das siebente Zahnrad 792 ist zur Drehung mit einem Differentialmechanismus 794 gekoppelt. Der Differentialmechanismus 794 ist in dem Achsgehäuse 14 über ein Paar Lager 796A, 796B drehbar gelagert. Es sei verstanden, dass jedes der Lager 796A, 796B jeder Typ von Lager sein kann, wie beispielsweise ein Wälzlager, ein Kugellager, ein konisches Lager und dergleichen, je nach Wunsch.
Wie in 8 dargestellt, enthält der Differentialmechanismus 794 zwei oder mehr Differentialritzel 797, die in einem Differentialgehäuse 798 angeordnet sind. Die Differentialritzel 797 sind über eine Ritzelwelle (nicht dargestellt) mit dem Differentialgehäuse 798 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel kann die Ritzelwelle ein Querelement umfassen. Die Differentialritzel 797 sind mit einem ersten und einem zweiten Zwischenrad 799A, 799B verzahnt. Das erste und das zweite Zwischenrad 799A, 799B sind drehbar mit der ersten und der zweiten, in 1 gezeigten Halbwelle 16, 18 jeweils gekoppelt.
Im Betrieb, wenn ein erstes Drehzahlverhältnis gewünscht wird, bewirkt die erste Stellantriebbaugruppe 744 das Einrücken der ersten Kupplungsanordnung 714, während die zweite Kupplungsanordnung 716 und die dritte Kupplungsanordnung 718 ausgerückt bleiben. Wenn die erste Kupplungsanordnung 714 eingerückt ist, bewirkt die Ausgangswelle 706 des elektrischen Motors 704, dass sich die Ausgangswelle 706 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 708 und zweite Zahnrad 710 mit ihr dreht. Das Drehmoment wird vom Elektromotor bzw. elektrischen Motor 704 auf das erste Zahnrad 708 übertragen. Eine Drehung des ersten Zahnrads 708 treibt das dritte Zahnrad 724 und dabei das sechste Zahnrad 791 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 712 an. Somit wird das Drehmoment dann vom ersten Zahnrad 708 auf das sechste Zahnrad 791 über das dritte Zahnrad 724 übertragen. Da die erste Kupplungsanordnung 714 eingerückt ist, bewirkt die Drehung des dritten Zahnrads 724, dass sich die Zwischenradwelle 720 und das daran gekoppelte sechste Zahnrad 791 mitdrehen. Das Drehmoment des dritten Zahnrades 724 wird dann über die erste Kupplungsanordnung 714 auf die Zwischenradwelle 720 und von der Zwischenradwelle 720 auf das sechste Zahnrad 791 übertragen. Das vom dritten Zahnrad 724 auf das sechste Zahnrad 791 übertragene Drehmoment bleibt unverändert, da sich die Planetengetriebeanordnung 756 und das fünfte Zahnrad 774 aufgrund des Ausrückens der zweiten und dritten Kupplungsanordnung 716, 718 jeweils frei drehen.
Eine Drehung des sechsten Zahnrads 791 treibt das siebente Zahnrad 792 des Differentialmechanismus 794 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 798 mitdreht. So wird das Drehmoment vom dritten Zahnrad 724 über das sechste Zahnrad 791 auf den Differentialmechanismus 794 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 798 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 798 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 798 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 700 in einem Leistungserzeugungsmodus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das erste Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Stadtverhältnis bezeichnet werden. Das erste Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 700 bei mittlerem Drehmoment und mittlerer Geschwindigkeit zu arbeiten.
Wenn ein zweites Drehzahlverhältnis gewünscht wird, bewirkt die zweite Stellantriebbaugruppe das Einrücken der zweiten Kupplungsanordnung 716, während die erste Kupplungsanordnung 714 und die dritte Kupplungsanordnung 718 ausgerückt bleiben. Wenn die zweite Kupplungsanordnung 716 eingerückt ist, bewirkt die Ausgangswelle 706 des elektrischen Motors 704, dass sich die Ausgangswelle 706 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 708 und zweite Zahnrad 710 mitdrehen. Das Drehmoment wird vom Elektromotor bzw. elektrischen Motor 704 auf das erste Zahnrad 708 übertragen. Eine Drehung des ersten Zahnrads 708 treibt das vierte Zahnrad 754 der Planetengetriebeanordnung 756 und dabei das sechste Zahnrad 791 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 712 an. Somit wird das Drehmoment dann vom ersten Zahnrad 708 auf das sechste Zahnrad 791 über die Planetengetriebeanordnung 756 übertragen. Da die erste Kupplungsanordnung 714 ausgerückt und die zweite Kupplungsanordnung 716 eingerückt ist, bewirkt die Drehung des dritten Zahnrads 724, dass sich die gemeinsame Welle 755 und das daran gekoppelte vierte Zahnrad 754 mitdrehen. Das Drehmoment vom dritten Zahnrad 724 wird dann über die Zwischenradwelle 720 zum vierten Zahnrad 754 über die zweite Kupplungsanordnung 714 übertragen.
Eine Drehung des vierten Zahnrades 754 treibt die Planetenräder 758 und den daran gekoppelten Planetenträger 760 an. Als solches wird das Drehmoment des vierten Zahnrades 754 dann über die Planetenräder 758 auf den Planetenträger 760 übertragen. Eine Drehung des Planetenträgers 414 bewirkt, dass die Zwischenradwelle 720 und das damit gekoppelte sechste Zahnrad 791 sich mit ihm drehen. Das Drehmoment von dem Planetenträger 760 wird dann auf die Zwischenradwelle 720 über die zweite Kupplungsanordnung 716 auf das sechste Zahnrad 791 übertragen. Das vom ersten Zahnrad 408 über das zweite und dritte Zahnrad 724, 754 auf das sechste Zahnrad 791 übertragene Drehmoment wird wegen der Planetengetriebeanordnung 756 erhöht.
Eine Drehung des sechsten Zahnrads 791 treibt das siebente Zahnrad 792 des Differentialmechanismus 794 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 798 mitdreht. So wird das Drehmoment vom dritten Zahnrad 724 über das sechste Zahnrad 791 auf den Differentialmechanismus 794 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 798 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 798 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 798 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 700 in einem Leistungserzeugungsmodus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das zweite Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schneckentempoverhältnis bezeichnet werden. Das zweite Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 700, bei hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit zu arbeiten.
Wenn ein drittes Drehzahlverhältnis gewünscht wird, bewirkt die dritte Stellantriebbaugruppe 784 das Einrücken der dritten Kupplungsanordnung 718, während die erste Kupplungsanordnung 714 und die zweite Kupplungsanordnung 716 ausgerückt bleiben. Wenn die dritte Kupplungsanordnung 718 eingerückt ist, bewirkt die Ausgangswelle 706 des elektrischen Motors 704, dass sich die Ausgangswelle 706 und das mit ihr gekoppelte erste Zahnrad 708 und zweite Zahnrad 710 mitdrehen. Das Drehmoment wird vom Elektromotor bzw. elektrischen Motor 704 auf das zweite Zahnrad 710 übertragen. Eine Drehung des zweiten Zahnrads 710 treibt das fünfte Zahnrad 774 und dabei das sechste Zahnrad 791 der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe 712 an. Somit wird dann das Drehmoment wird vom zweiten Zahnrad 708 über das fünfte Zahnrad 774 auf das sechste Zahnrad 791 übertragen. Da die dritte Kupplungsanordnung 718 eingerückt ist, bewirkt die Drehung des fünften Zahnrads 774, dass sich die Zwischenradwelle 720 und das daran gekoppelte sechste Zahnrad 791 mitdrehen. Das Drehmoment vom fünften Zahnrades 774 wird dann über die dritte Kupplungsanordnung 718 auf die Zwischenradwelle 720 und von der Zwischenradwelle 720 auf das sechste Zahnrad 791 übertragen. Das vom fünften Zahnrad 774 auf das sechste Zahnrad 791 übertragene Drehmoment bleibt unverändert, da sich die Planetengetriebeanordnung 756 und das dritte Zahnrad 724 aufgrund des Ausrückens der ersten und zweiten Kupplungsanordnung 714, 716 jeweils frei drehen.
Eine Drehung des sechsten Zahnrads 791 treibt das siebente Zahnrad 792 des Differentialmechanismus 794 an und bewirkt, dass sich das Differentialgehäuse 798 mitdreht. So wird das Drehmoment vom dritten Zahnrad 724 über das sechste Zahnrad 791 auf den Differentialmechanismus 794 übertragen. Eine Drehung des Differentialgehäuses 798 bewirkt ferner, dass sich die erste und die zweite Achswelle 16, 18 mit ihm drehen. Die Drehung des Differentialmechanismus 798 überträgt ein gewünschtes erstes Drehmoment von dem Differentialmechanismus 798 auf die erste und die zweite Achswelle 16, 18. Wenn die elektrische Antriebsachse 700 in einem Leistungserzeugungsmodus ist, wird die oben beschriebene Drehmomentübertragung umgekehrt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das dritte Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlverhältnis auch als Schnellstraßenverhältnis bezeichnet werden. Das dritte Drehzahlverhältnis ermöglicht es der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 700, bei niedrigem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit zu arbeiten.
Dementsprechend ermöglicht die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe 712 der elektrischen Antriebsachsbaugruppe 700 eine Antriebsübersetzungsspanne, die das Fahren in der Stadt, auf dem Land und auf Schnellstraßen sowie das Schleppen und Bergkriechfahren erleichtert.
Ein oder mehrere Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können kombiniert werden, um zusätzliche Ausführungsbeispiele zu schaffen, die nicht dargestellt sind. Obgleich verschiedene Ausführungsbeispiele oben beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass diese beispielhalber und nicht als Einschränkung aufgeführt wurden. Dem Fachmann liegt nahe, dass der offenbarte Gegenstand auf andere Art ausgeführt werden kann, ohne vom Gedanken oder wesentlicher Merkmale davon abzuweichen. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind daher in jeder Hinsicht als Erläuterungen, nicht als Einschränkung aufzufassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/685766 [0001]

Claims

Achsbaugruppe, umfassend: einen elektrischen Motor, der eine Ausgangswelle aufweist; mindestens eines von einem Getriebe und einer ersten Planetengetriebeanordnung, die mit der Ausgangswelle gekoppelt ist; einen Differentialmechanismus, der mit dem Getriebe und/oder der ersten Planetengetriebeanordnung verbunden ist, wobei der Differentialmechanismus mit mindestens einer Achswelle gekoppelt ist; eine erste Kupplungsanordnung, die antriebsmäßig mit der Ausgangswelle und/oder dem Differentialmechanismus verbunden ist, wobei ein Einrücken der ersten Kupplungsanordnung ein erstes Drehzahlverhältnis erzeugt; und eine zweite Kupplungsanordnung, die antriebsmäßig mit der Ausgangswelle und/oder dem Differentialmechanismus verbunden ist, wobei ein Einrücken der zweiten Kupplungsanordnung ein zweites Drehzahlverhältnis erzeugt.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, außerdem eine dritte Kupplungsanordnung umfassend, die antriebsmäßig mit der Ausgangswelle und/oder dem Differentialmechanismus verbunden ist, wobei ein Einrücken der dritten Kupplungsanordnung ein drittes Drehzahlverhältnis erzeugt.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, außerdem eine zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe umfassend, die mit der Ausgangswelle und/oder dem Differentialmechanismus verbunden ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 3, wobei die zusammengesetzte Zwischenradbaugruppe versetzt und parallel zur Ausgangswelle des Elektromotors angeordnet ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 3, wobei mindestens eine der ersten Planetengetriebeanordnung, der ersten Kupplungsanordnung und der zweiten Kupplungsanordnung auf der zusammengesetzten Zwischenradbaugruppe angeordnet ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 2, wobei mindestens eine der ersten Kupplungsanordnung, der zweiten Kupplungsanordnung und der dritten Kupplungsanordnung mit der ersten Planetengetriebeanordnung gekoppelt ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die erste Planetengetriebeanordnung selektiv mit der Ausgangswelle über die erste Kupplungsanordnung und die zweite Kupplungsanordnung gekoppelt ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Achswelle koaxial mit der Ausgangswelle ausgerichtet ist.
Achsanordnung nach Anspruch 1, ferner eine zweite mit der Ausgangswelle gekoppelte Planetengetriebeanordnung umfassend.
Achsbaugruppe nach Anspruch 9, wobei die zweite Planetengetriebeanordnung selektiv mit der Ausgangswelle über die erste Kupplungsanordnung und die zweite Kupplungsanordnung gekoppelt ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 9, wobei die zweite Planetengetriebeanordnung mit der ersten Planetengetriebeanordnung gekoppelt ist.
Achsbaugruppe nach Anspruch 9, ferner eine dritte, mit der mindestens einen Achswelle gekoppelte Planetengetriebeanordnung umfassend.
Achsanordnung nach Anspruch 12, ferner eine vierte, mit der mindestens einen Achswelle gekoppelte Planetengetriebeanordnung umfassend.