WO2020030230A1 - Elektromechanische antriebsanordnung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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auxiliary unit
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Andrea Reichert
Martin Dressel
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to an electromechanical drive arrangement for a motor vehicle with an intended for the drive of the motor vehicle electromechanical main drive motor, which comprises a rotor and a stator, a reduction gear device, which is kinematically coupled to the rotor, an axle differential gear, for branching the United at the output of the reduction gear device drive power applied to a first and a second wheel drive section and at least one ne benaggregat eg in the form of a power steering pump, an air conditioning compressor or a pump for a coolant circuit guided via a battery module, that auxiliary unit being drivable via the main drive motor.
  • ne benaggregat eg in the form of a power steering pump, an air conditioning compressor or a pump for a coolant circuit guided via a battery module, that auxiliary unit being drivable via the main drive motor.
  • the main drive motor is composed of two coaxial sub-motors, the outputs of which are guided to two separate inputs of an epicyclic gear train.
  • the auxiliary unit provided in this drive arrangement is arranged coaxially to the axis of the inner sub-motor and kinematically coupled to its rotor.
  • the invention has for its object to show solutions by which it is possible to create an electromechanical drive arrangement for a purely electrically powered motor vehicle, which is characterized by an advantageously realizable overall structure and which can be operated advantageously from an energy point of view.
  • an electromechanical main drive motor comprising a rotor and a stator
  • a reduction gear device which comprises a transmission input, a transmission output, at least one reduction stage and a transmission housing which houses the reduction stage,
  • the auxiliary unit is arranged outside the transmission housing,
  • a switching element is provided in the gear housing and
  • the switching element is designed and integrated into the drive arrangement in such a way that the drive connection from the reduction stage to the axle differential gear is switchably closable and switchably separable.
  • the incorporation of the switching element and the auxiliary unit into the drive arrangement is preferably carried out in such a way that when the drive connection between the axle differential gear and the reduction stage and the operation of the motor vehicle is overridden, the auxiliary unit can be driven by the axle differential gear in overrun mode , This makes it possible in an advantageous manner to carry out a direct mechanical drive of the auxiliary unit without energy conversion.
  • the gear integration of the switching element and the auxiliary unit into the drive arrangement is also preferably also carried out in such a way that when the drive connection between the axle differential gear and the reduction stage and standstill of the motor vehicle is removed, the auxiliary unit can be driven by the main drive motor via the reduction stage.
  • the reduction stage is preferably constructed in such a way that it comprises an intermediate shaft. This intermediate shaft is preferably offset parallel to the rotor axis of the electric motor.
  • the reduction stage is further preferably constructed in such a way that it has a first gearwheel and a second gearwheel engaging in it, in which case the second gearwheel is arranged on the intermediate shaft and has a number of teeth which is greater than the number of teeth of the first gearwheel.
  • the reduction stage thus causes a translation "slow", ie a speed reduction and an increase in torque.
  • the auxiliary unit located outside the transmission housing uses the transmission effect of the reduction stage, in particular if it is driven by the electric motor when the vehicle is at a standstill and the auxiliary unit requires power and the drive train is separated from the reduction stage to the axle differential otherwise by setting a corresponding switching state of the switching element.
  • the switching element is preferably integrated in the interior of the transmission housing in the drive arrangement on that it couples the intermediate shaft with the second gear switchable.
  • the switching element in the interior of the transmission housing can also be designed and integrated into the drive arrangement such that it couples the intermediate shaft with a drive gear thereon with it.
  • the auxiliary unit located outside the transmission housing can be designed such that it has an input shaft and is preferably arranged such that this input shaft runs coaxially with the intermediate shaft.
  • the external unit can also be integrated into the drive arrangement in such a way that its input shaft is offset parallel to the intermediate shaft.
  • the gear coupling of the auxiliary unit to the reduction stage is then preferably carried out, including the traction mechanism drive running outside the gear housing, which itself makes a translation contribution if necessary.
  • the drive arrangement can also comprise a plurality, in particular two, of the auxiliary units located outside the gearbox, the first auxiliary unit then preferably having an input shaft which is arranged coaxially with the axis of the intermediate shaft and that the second auxiliary unit has a second input shaft which is parallel to the axis of the intermediate shaft is staggered.
  • the auxiliary units are preferably integrated into the drive arrangement in such a way that their input shafts for reduction indicate level.
  • the reduction stage then preferably sits axially between the main drive electric motor and the outer auxiliary units.
  • the switching element is preferably designed and integrated in the drive arrangement that it can be brought into a state in which the drive connection between the reduction stage and the axle differential gear is canceled and the auxiliary unit is driven in the vehicle overrun mode via the axle differential gear.
  • a positive or frictional clutch device and / or a freewheel device can be provided in the switching element.
  • an electronic control device is provided, the switching state of the switching element being set via this control device, the control device taking into account the current operating state of the vehicle and setting the switching state in accordance with a control concept which takes the overall energy efficiency into account.
  • the control device can take into account the current or a modeled thermal state of the battery system, the thermal energy for heating the vehicle interior, the cooling power requirement and the energy requirement of the auxiliary unit, and then, based on this input information, bring about switching states that cause, for example, when the vehicle is coasting, this energy that can be tapped is used as efficiently as possible and without conversion losses to cover the energy requirements of the auxiliary unit.
  • the control device can take into account the speeds at which the unit would be driven if the switching element were switched through and e.g. First perform an energy recuperation parallel to the operation of the auxiliary unit via the temporarily regeneratively operated main drive motor, and only then use the tapped power primarily for the drive of the auxiliary unit at slower run-down speeds of the vehicle. Mixed states can also be set temporarily, in which a direct mechanical drive of the ancillary units from the pushing power and also recuperation via the electric motor are carried out in overrun mode.
  • the control device can in particular be designed and configured in such a way that when the auxiliary unit needs power, this is covered primarily by power take-off from the axle differential in overrun mode of the vehicle.
  • the auxiliary unit arranged outside the gearbox housing is preferably designed such that this auxiliary unit has an input shaft and this input shaft to the intermediate shaft of the reduction stage is arranged coaxially.
  • the Volunteeraggre gat can be attached directly to the gear housing, it can also be connected to the gear housing via a linkage, struts or other holding arrangement.
  • the drive arrangement according to the invention can also be designed such that the input shaft of the auxiliary unit is offset from the intermediate shaft of the reduction stage in parallel.
  • the power transfer can then be accomplished by a drive train section running outside the transmission housing or also within the same, in particular in the form of a belt drive.
  • the drive arrangement can also be designed in such a way that it comprises two auxiliary units and in this case one of the auxiliary units with its input shaft to the intermediate shaft of the reduction stage has the same axis and the second auxiliary unit is arranged offset parallel to this rotational axis.
  • the switching element is preferably designed to be multifunctional in such a way that a drive connection to the axle differential gear can be established and canceled and also the two further coupling functions, i.e. selective coupling of the electric motor with the auxiliary unit and selective coupling of the axle differential with the auxiliary unit can be provided by this.
  • the switching element is preferably arranged between the intermediate shaft and the axle differential, in particular integrated into a gear of the reduction stage.
  • the reduction stage can be designed as a spur gear stage which has a spur gear which is arranged coaxially with the rotor axis, the power transfer to the intermediate shaft then again preferably being effected by the second spur gear.
  • the reduction stage can also be designed as an epicyclic gear and here again it can be designed in such a way that it offers at least two different transmission ratios in a switchable manner.
  • this belt drive being in particular a toothed belt, a flat or V-belt, or in particular a Poly-V belt forms
  • the drive arrangement can also be designed in such a way that it includes a freewheel device and that this freewheel device allows the input shaft of the auxiliary unit to be driven by the energy tapped from the axle differential gear when the vehicle is coasting and then rotates at a higher speed than that second, that is, the gear of the reduction stage seated on the intermediate shaft.
  • the switching element is preferably designed as a positive and / or frictionally coupling switching element.
  • the switching element can also be designed as a transmission device, the switching state of which by fixing / releasing a transmission element, e.g. a ring gear is adjustable bar.
  • the reduction gear device can also be designed as a multi-stage switchable gear device.
  • the drive arrangement according to the invention is a purely electrical drive arrangement in which the main drive power is provided by the electric motor.
  • the drive arrangement does not include an internal combustion engine.
  • the electric motor can be manufactured in an advantageous manner as an initially independent assembly and then connected to the gearbox housing as part of the assembly of the drive arrangement. It is also possible to provide at least part of the motor housing, in particular in the form of a pot housing section, through the gear housing.
  • the axle differential gear can be constructed so that it includes its own differential gear housing, which is then connected directly to the housing of the reduction gear device. It is also possible to accommodate the axle differential gear housing in the gearbox, or to manufacture the axle differential gear housing integrally with the housing of the reduction gearbox.
  • the motor housing can also form an integral part of the gear housing, i.e. be realized in one piece with this.
  • the inventive concept allows the same units such as water pump, air conditioning compressor and power steering pump to be operated in an energetically advantageous manner when the vehicle is at a standstill and in overrun mode.
  • the present invention proposes a novel connection of the external auxiliary units. This consists in the connection of the auxiliary units to the transmission in connection with "intelligent" switching elements, which make it possible to adjust the auxiliary units depending on the operating state of the vehicle and / or the drive motor (s) and / or the battery charge state and / or external factors (e.g. temperature) always operate in the most energy-efficient mode. This will This ensures that when the vehicle is moving, the auxiliary units are driven by the gear shaft. In particular, the kinetic energy of the vehicle can be used.
  • the mechanical drive also offers significant advantages in the overall efficiency chain compared to purely electrified units.
  • the drive When the vehicle is stationary, the drive is electrical via the direct connection to the electric motor. The connection of the external units to the transmission shaft is released, thereby reducing friction losses. This mode of operation enables the provision of comfort functions such as stationary air conditioning when the vehicle is stationary or the securing of necessary functions such as.
  • the concept according to the invention enables energy consumption to be reduced by auxiliary units in purely electrically driven vehicles and leads to an increase in the vehicle range.
  • the invention is essentially aimed at a drive train of an electric vehicle with an electric drive machine, with a gear and with at least one Mauaggre gat.
  • the transmission can only contain the final drive and the differential, as described in more detail below.
  • the drive arrangement can also have further gear stages.
  • the at least one auxiliary unit is arranged outside the housing of the drive unit or the transmission.
  • the electric drive machine and the transmission are connected to one another via an intermediate shaft.
  • the intermediate shaft drives the auxiliary unit or units.
  • a switching element located in the transmission housing is arranged in the power flow between the electrical machine, the auxiliary unit and the transmission and is assigned to the intermediate shaft.
  • the external auxiliary units can be arranged coaxially or axially parallel to the intermediate shaft of the reduction stage.
  • a gear connection is formed between the intermediate shaft and the auxiliary unit, preferably formed by a planetary gear.
  • the drive arrangement can be constructed in an advantageous manner so that it also enables an optional drive of two auxiliary units, which are preferably arranged axially parallel to one another and are coupled via an active transmission connection.
  • At least one Ne- arranged outside the gear housing benaggregat coupled via a switching element with the electric drive machine.
  • At least two, preferably three, “paths” can be switched by means of this switching element. Only the axle differential is supplied with power via the first path. The power flows from the electric motor via the reduction stage to the auxiliary unit (when the vehicle is stationary) via a second path. Power flows from the differential to the auxiliary unit via the third path (drive via the gear shaft in vehicle overrun mode).
  • the axes of the intermediate shaft and the auxiliary unit can be arranged coaxially to one another or parallel to the axis.
  • a second or further auxiliary unit is optionally arranged coaxially or axially parallel to one another via a further gear stage.
  • Auxiliary units arranged axially parallel to one another can, for example, be connected to one another in a geared manner via a traction mechanism drive.
  • FIG. 1 shows a first schematic illustration to illustrate the structure of an electromechanical drive arrangement according to the invention with an auxiliary unit arranged outside the gear housing and coaxially arranged with the intermediate shaft of the reduction gear, and a switching element integrated in the gear unit for selective coupling of the external components of the auxiliary unit with the reduction stage and preferably also the drive train section leading to the axle differential;
  • FIG. 2 shows a second schematic illustration to illustrate the structure of an electromechanical drive arrangement according to the invention, likewise with an auxiliary unit arranged outside the transmission housing, and also for its selective coupling to the intermediate shaft of the reduction gear and the drive train section leading to the axle differential and integrated in the transmission switching element, but here the Crowag gregat is arranged axially offset with respect to the intermediate shaft;
  • FIG. 3 shows a third schematic representation to illustrate the structure of an electromechanical drive arrangement according to the invention now with two auxiliary units arranged outside the transmission housing, and egg nem for their selective coupling to the reduction stage and the transmission-internal switching element provided for the axle differential section, one of the auxiliary units being used here Axis of the inter mediate shaft coaxial and the other auxiliary unit is arranged offset parallel to this axis;
  • FIG. 4 shows a fourth schematic representation to illustrate the mode of operation and the switching states of the drive arrangement according to the invention in the case of different vehicle operating states.
  • FIG. 1 shows an electromechanical drive arrangement with an electromechanical main drive motor E, which comprises a rotor ER and a stator ES, a reduction gear device G, which comprises a transmission input GE, a transmission output GA, at least one reduction stage GR and a transmission housing GH, which houses the reduction stage GR, an axle differential gear AD, for branching the drive power present at the output of the reduction gear device GR to a first and a second wheel drive train section DL, DR, and an auxiliary unit AUX1 which can be driven via the main drive motor E.
  • an electromechanical main drive motor E which comprises a rotor ER and a stator ES
  • a reduction gear device G which comprises a transmission input GE, a transmission output GA, at least one reduction stage GR and a transmission housing GH, which houses the reduction stage GR
  • an axle differential gear AD for branching the drive power present at the output of the reduction gear device GR to a first and a second wheel drive train section DL, DR, and
  • the auxiliary unit AUX1 can in particular be an air conditioning compressor, a power steering pump, a delivery module of a brake system or a cooling water pump for cooling a battery module and for circulating a fluid for heating the vehicle interior of a corresponding motor vehicle.
  • the auxiliary unit AUX1 is arranged outside the transmission housing GH and integrated into the drive arrangement such that it can be driven by the main drive motor E via the reduction stage GR.
  • a switching element SE1 intended in the gear housing GH.
  • This switching element SE1 is designed and incorporated into the drive arrangement such that the drive connection from the reduction stage GR to the axle differential gear AD can be switched, closed and switched, via this. (Coupling function S1 in Figure 4).
  • the integration of the switching element SE1 and the auxiliary unit AUX1 in the Antriebsanord voltage is accomplished such that when the drive connection between the axle differential gear AD and the reduction stage GR and operation of the motor vehicle in overrun operation, the auxiliary unit can be driven by the axle differential gear. (Coupling function S3 in FIG. 4)
  • the integration of the switching element SE1 and the auxiliary unit AUX1 in the drive arrangement is also accomplished in such a way that when the drive connection between the axle differential gear AD and the reduction stage GR and the motor vehicle comes to a standstill, the auxiliary unit AUX1 can be driven by the main drive motor E via the reduction stage GR is. (Coupling function S2 in FIG. 4)
  • the reduction stage GR comprises an intermediate shaft GW, as well as a first gear G1 and a second gear G2 engaging in it.
  • the second gear G2 is arranged on the intermediate shaft GW and has a number of teeth that is greater than the number of teeth of the first gear G1, so that the reduction stage GR causes a translation into slow.
  • the switching element SE1 is designed here so that it couples the intermediate shaft GW to the second gear G2.
  • the auxiliary unit AUX1 lying outside the transmission housing GH has an input shaft E1 and this input shaft E1 is arranged coaxially with the axis of the intermediate shaft GW.
  • the drive arrangement according to the invention is characterized in that the auxiliary unit gat AUX1 is arranged outside the transmission housing GH and, in addition, in the transmission housing GH a switching element SE is provided, the switching element SE being designed and integrated into the drive arrangement in such a way that the drive connection is via this between the rotor ER and the axle differential gear AD is switchable closable and separable and the auxiliary unit AUX1 can be driven selectively via the rotor ER when the drive connection between the rotor ER and the axle differential gear AD is canceled.
  • the auxiliary unit AUX1 has an input shaft E1 and this input shaft E1 is arranged coaxially with the rotational axis X of the rotor ER of the electric motor E.
  • the switching element SE1 is arranged coaxially to the axis of the intermediate shaft and switches its output torque to an output of the switching element or causes a decoupling.
  • the switching element SE1 is designed such that a drive connection to the axle differential gear AD can be established.
  • the switching element SE1 is directly integrated into the reduction stage GR.
  • the reduction stage GR is designed here as a spur gear stage and the switching element SE1 enables coupling of a first spur gear G1, which is small in terms of its diameter, to the rotor shaft RS.
  • the switching element SE1 is designed as a form-fitting or frictionally coupling switching element SE1.
  • the actuators provided for setting the respective switching state are not shown further here, they can be integrated in the switching element and, in particular, can be designed as electromagnetic or fluid mechanical actuators.
  • the electric motor E and the reduction gear G are integrated in a common housing device GH.
  • the axle differential gear AD is connected to this housing device GH or also integrated.
  • the axle differential is housed in a differential housing ADH. This can be formed integrally with the gear housing GH or attached to it.
  • the transmission G is connected on the input side to at least one electric drive motor E and on the output side to at least one vehicle axis DL, DR.
  • the gearbox G comprises one or more shafts in which a planetary gear set can be integrated or which with spur gear stages or planetary gear sets are interconnected.
  • the auxiliary unit AUX1 such as an air conditioning compressor, a water pump or the like, is coaxial with it. tethered.
  • FIG. 2 again shows an electromechanical drive arrangement with an electromechanical main drive motor E which comprises a rotor ER and a stator ES, a reduction gear device G which comprises a transmission input GE, a transmission output GA, at least one reduction stage GR and a transmission housing GH, that houses the reduction stage GR, an axle differential gear AD, for branching the drive power present at the output of the reduction gear device to a first and a second wheel drive train section DL, DR, and an auxiliary unit AUX1 that can be driven by the main drive motor E.
  • an electromechanical main drive motor E which comprises a rotor ER and a stator ES
  • a reduction gear device G which comprises a transmission input GE, a transmission output GA, at least one reduction stage GR and a transmission housing GH, that houses the reduction stage GR
  • an axle differential gear AD for branching the drive power present at the output of the reduction gear device to a first and a second wheel drive train section DL, DR, and an auxiliary unit
  • This drive arrangement is characterized in that the ne benaggregat AUX1 is arranged outside the transmission housing GH and in the transmission housing GH a switching element SE1 is provided and the switching element SE1 forms out and is integrated into the drive arrangement that the drive connection via this is switchable closable and separable between the reduction stage GR and the axle differential gear AD and the auxiliary unit AUX1 can also be driven via the reduction stage GR if the drive connection between the reduction stage GR and the axle differential AD is canceled.
  • the auxiliary unit AUX1 is connected to the transmission housing from the outside in such a way that the input shaft E1 of the auxiliary unit AUX1 is offset parallel to the axis of the intermediate shaft GW.
  • a traction mechanism drive TM This comprises a first traction wheel TM1 and a second traction wheel TM2 and a traction device TM3 designed as a belt or chain.
  • the first traction wheel TM1 is arranged coaxially with the axis of the intermediate shaft and can be coupled to the intermediate shaft or the second spur gear G2 of the reduction stage via the switching element SE1.
  • the traction mechanism drive TM is located outside the gear housing GH.
  • the switching element SE1 is integrated in the reduction stage GR, in particular the second spur gear G2 thereof.
  • the reduction stage GR comprises two spur gears G1, G2.
  • the first spur gear G1 is driven by the rotor shaft RS of the electric motor and engages radially from the outside in the second spur gear G2 of the reduction stage GR.
  • the further power transfer Fer from the reduction stage GR takes place via a third spur gear G3 which sits on the intermediate shaft.
  • This third spur gear G3 engages in a fourth spur gear G4, which forms the large or ring gear of the axle differential gear AD and is torsionally connected to the Umlaufgepat se UH or the web of the axle differential gear AD.
  • the Heidelbergor gan SE1 provides power to the external auxiliary unit AUX1. This implementation is switchable via the switching element SE1, ie closable and separable.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 3 shows a third variant of an electromechanical drive arrangement according to the invention with an electromechanical main drive motor E, which comprises a rotor ER and a stator ES, a reduction gear device G, a gear input GE, a gear output GA, at least one reduction stage GR and a gear housing GH includes, which houses the reduction stage GR, an axle differential gear AD, for branching the drive power present at the output of the reduction gear unit to a first and a second wheel drive section DL, DR, and a first auxiliary unit AUX1 and a second auxiliary unit AUX2, both via the reduction stage GR can be driven by the main drive motor E.
  • an electromechanical main drive motor E which comprises a rotor ER and a stator ES, a reduction gear device G, a gear input GE, a gear output GA, at least one reduction stage GR and a gear housing GH includes, which houses the reduction stage GR, an axle differential gear AD, for branching the drive power present
  • This drive arrangement is characterized in that both auxiliary units AUX1, AUX2 are arranged outside the transmission housing GH and in the transmission housing GH a switching element SE1 is provided, the switching element SE1 being designed and integrated into the drive arrangement in such a way that the drive connection is connected via it between the second gear G2 of the reduction stage and the axle differential gear AD is switchable closable and separable and the external auxiliary units te AUX1, AUX2 can still be driven as required via the reduction stage when the drive connection between the rotor ER and the axle differential gear AD is canceled.
  • the external auxiliary unit AUX1 has an input shaft E1 and this input shaft E1 is arranged coaxially with the circumferential axis of the intermediate shaft GW.
  • the auxiliary unit AUX2 is integrated into the drive arrangement such that the input shaft E2 of the auxiliary unit AUX2 is arranged parallel to the axis of the intermediate shaft.
  • a traction mechanism drive TM that is external to the gear housing GH.
  • This comprises a first traction wheel TM1 and a second traction wheel TM2 and a traction device designed as a belt or chain TM3.
  • the first traction wheel TM1 is arranged coaxially with the rotor axis X and can be coupled to the rotor shaft or the first spur gear G1 of the reduction stage via the switching element SE.
  • the switching element SE1 can be active, e.g. as a magnetic clutch, as a multi-plate clutch as well as passively, e.g. as a freewheel, connectable or detachable. At the same time, this enables a switching element SE1 to decouple the electric motor and the auxiliary unit, independently of one another or simultaneously, from the transmission and thus from the drive train of the vehicle. This functional integration reduces the number of components to a minimum.
  • the switching element SE1 can contain constant or variable step-up / step-down stages, e.g. a planetary gear set.
  • the switching element SE1 can simultaneously have a damping or decoupling effect on the drive train and / or units, e.g. by means of a spring-damper element similar to a dual-mass flywheel.
  • the switching element SE1 can e.g. also be integrated into the interior of a gear of the GR gear stage.
  • the illustration according to FIG. 4 illustrates the mode of operation of the drive arrangement according to the invention in conjunction with selected vehicle operating states.
  • the Heidelbergor gan SE1 is designed here in such a way that it can provide three coupling functions S1, S2, S3.
  • the first coupling function S1 enables a power transfer from the electric motor E to the axle differential AD.
  • the second coupling function enables power to be transferred from the electric motor E to the auxiliary unit AUX1.
  • the third coupling function enables power transfer from the axle differential AD to the auxiliary unit AUX1.
  • the setting of the coupling functions S1, S2, S3 of the switching element SE are illustrated in accordance with the different operating states of a motor vehicle via tables T1 and T2.
  • the specification "close” means torque-carrying, the specification "open” means that no torque can be carried out.
  • the electric motor E In the operating state 1 specified in table T1, the electric motor E is active and the switching element SE1 provides the coupling function S1, according to which the torque of the rotor shaft is guided to the axle differential via the reduction gear stage GR. If the auxiliary unit AUX1 is to be active in this state, the coupling functions S2 and / or S3 are also provided. When the vehicle is coasting in accordance with operating state 2 in table T1 and the excess thrust is exceeded, the coupling function S1 and the coupling function S3 are set via the switching element SE1. The electric motor E now converts the power in the recuperation operating mode and also mechanically drives the auxiliary unit AUX1 directly by tapping the power from the axle differential AD.
  • the switching element SE1 can assume any state, since in this state no specific coupling function is required per se. However, it is also possible to activate the coupling functions S1 and S3 here in order to bring about a slightly increased holding torque, a braking effect in the event of unintentional rolling and, if appropriate, an active braking effect by actuating the electric motor E.
  • the coupling functions S1, S2 can be carried out via a form-locking coupling element or correspondingly activatable clutches.
  • the coupling function S3 can also be accomplished by a freewheel and thus automatically result in overrun of the vehicle.
  • the drive arrangement according to the invention is aimed at a novel connection of the ne benaggregate.
  • the auxiliary units are connected in or on the transmission in conjunction with "intelligent" switching elements, which make it possible to connect the auxiliary units depending on the operating state of the vehicle and / or the drive motor (s) and / or the battery charge state and / or of external factors (e.g. temperature) to always operate in the most energy-efficient mode.
  • the drive of the auxiliary units gate via the gear shaft.
  • the kinetic energy of the vehicle can also be used.
  • the mechanical drive generally has significant advantages in the overall efficiency chain compared to purely electrified units.
  • the drive is electrical via the direct connection to the electric motor.
  • the connection of the units to the gear shaft is released, reducing friction losses.
  • This mode of operation enables the provision of comfort functions such as stationary air conditioning when the vehicle is stationary or the securing of necessary functions such as operation of the battery cooling circuit via a water pump for after-cooling after parking the vehicle.
  • the drive arrangement comprises a transmission which is connected on the input side to at least one electric drive motor and on the output side to at least one driving axle.
  • the gearbox consists of an input shaft, at least one intermediate shaft and one or more output shafts.
  • the gearbox can contain one or more re planetary gear sets and / or spur gear stages.
  • On the intermediate shaft is coaxial and parallel to this is an auxiliary unit such as Air conditioning compressor, water pump or similar tied up (Figurl). But it is also a connection e.g. by means of belt or chain drive possible, one of the drive wheels or one of the drive pulleys being connected coaxially and the traction mechanism drive being arranged axially parallel to the intermediate shaft (FIG. 2).
  • the chain or belt drives can be equipped with conventional guide and / or tensioning rails or deflection and / or tensioning rollers.
  • connection of the unit to the intermediate shaft and the combination described here with a switching element has the advantage that the intermediate shaft can be designed as a complete and independent module and the design / construction of the rest of the gearbox is not influenced by the connection of an unit. It is e.g. retrofitting or only optional equipment possible.
  • the speed of the intermediate shaft is lower than that of the electric motor or transmission input shaft, so that the unit can be operated with less friction than when connected to the transmission input shaft.
  • the e-machine and auxiliary unit (s) are connected to the gear housing from the outside, which enables the use of proven components and facilitates maintenance and, if necessary, replacement of these components.
  • the intermediate shaft is also equipped with a switching element, which enables both the electric motor and the auxiliary unit to be operated independently or in the same way. decoupled from the transmission and thus from the drive train of the vehicle. With complete decoupling from the drive train, there is still a connection between the electric motor and the auxiliary unit.
  • the switching element can be active, e.g. Magnetic coupling, as well as passive, e.g. Freewheel, be connectable or detachable.
  • the switching element can contain constant or variable step-up / step-down levels, e.g. a planetary gear set.
  • the switching element can simultaneously have a damping or decoupling effect on the drive train and / or units, e.g. using a spring-damper element similar to an DMF.
  • the switching element can e.g. also be integrated in a gear wheel of the intermediate shaft.
  • the switching states of the element corresponding to the different operating states are explained in more detail in FIG. 4 for an example.
  • the coaxially connected auxiliary unit can also be combined with other auxiliary units, e.g. be connected by chain or toothed belt drive ( Figure 3).
  • all of the attachments that are attached can additionally have a further coupling and / or damping and / or decoupling element on their drive shaft. This enables individual operation of each individual unit depending on the operating state of the vehicle and on the other elements.
  • the aggregate can be decoupled from torsional vibrations of the drive train, which ensures more even and efficient operation and / or avoids possible negative effects of the connection process on the drive train and thus indirectly on the vehicle.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem elektromechanischen Hauptantriebsmotor, der einen Rotor und einen Stator umfasst, einer Reduktionsgetriebeeinrichtung, die einen Getriebeeingang, einen Getriebeausgang, wenigstens eine Reduktionsstufe und ein Getriebegehäuse umfasst, das die Reduktionsstufe beherbergt, einem Achsdifferentialgetriebe zur Verzweigung der über die Reduktionsstufe geführten Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangabschnitt, und einem Nebenaggregat, das über die Reduktionsstufe durch den Hauptantriebsmotor antreibbar ist, wobei das Nebenaggregat außerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist, in dem Getriebegehäuse ein Schaltorgan vorgesehen ist und das Schaltorgan derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung eingebunden ist, dass über dieses die Antriebsverbindung von der Reduktionsstufe zu dem Achsdifferentialgetriebe schaltbar schließbar und schaltbar trennbar ist.

Description

Elektromechanische Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Antriebsanordnung für ein Kraftfahr zeug mit einem für den Antrieb des Kraftfahrzeuges vorgesehenen elektromechanischen Hauptantriebsmotor, der einen Rotor und einen Stator umfasst, einer Reduktionsgetriebeein richtung, die mit dem Rotor kinematisch gekoppelt ist, einem Achsdifferentialgetriebe, zur Ver zweigung der am Ausgang der Reduktionsgetriebeeinrichtung anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangabschnitt und wenigstens einem Ne benaggregat z.B. in Form einer Lenkhilfepumpe, eines Klimakompressors oder einer Pumpe für einen über eine Akkubaugruppe geführten Kühlmittelkreis, wobei jenes Nebenaggregat über den Hauptantriebsmotor antreibbar ist.
Aus DE 10 2012 010 171 A1 ist eine elektromechanische Antriebsanordnung der oben ge nannten Art bekannt. Bei dieser bekannten Antriebsanordnung setzt sich der Hauptan triebsmotor aus zwei koaxial gefügten Teilmotoren zusammen, deren Ausgänge auf zwei se parate Eingänge eines Umlaufrädergetriebes geführt sind. Das in dieser Antriebsanordnung vorgesehene Nebenaggregat ist koaxial zur Achse des inneren Teilmotors angeordnet und mit dessen Rotor kinematisch gekoppelt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen aufzuzeigen durch welche es möglich wird, eine elektromechanische Antriebsanordnung für ein rein elektrisch betriebenes Kraft fahrzeug zu schaffen, die sich durch einen vorteilhaft realisierbaren Gesamtaufbau auszeich net und welche unter energetischen Aspekten vorteilhaft betreibbar ist.
Erfindungsgemäße Lösung Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektromechanische An triebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit:
- einem elektromechanischen Hauptantriebsmotor, der einen Rotor und einen Stator umfasst,
- einer Reduktionsgetriebeeinrichtung, die einen Getriebeeingang, einen Getriebeausgang, wenigstens eine Reduktionsstufe und ein Getriebegehäuse umfasst, das die Reduktionsstufe beherbergt,
- einem Achsdifferentialgetriebe zur Verzweigung der über die Reduktionsstufe geführten An triebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangabschnitt und
- einem Nebenaggregat, das über die Reduktionsstufe durch den Hauptantriebsmotor antreib- bar ist, wobei
- das Nebenaggregat außerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist,
- in dem Getriebegehäuse ein Schaltorgan vorgesehen ist und
- das Schaltorgan derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung eingebunden ist, dass über dieses die Antriebsverbindung von der Reduktionsstufe zu dem Achsdifferentialgetriebe schaltbar schließbar und schaltbar trennbar ist.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Antriebsanordnung für ein rein elektro mechanisch betriebenes Kraftfahrzeug zu schaffen, bei welcher das Nebenaggregat bei Still stand des Fahrzeuges über das Reduktionsgetriebe angetrieben werden kann.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Einbindung des Schalt organs und des Nebenaggregats in die Antriebsanordnung vorzugsweise derart bewerkstel ligt, dass bei Aufhebung der Antriebsverbindung zwischen dem Achsdifferentialgetriebe und der Reduktionsstufe und Betrieb des Kraftfahrzeuges in einem Schubbetrieb das Nebenag gregat durch das Achsdifferentialgetriebe antreibbar ist. Dadurch wird es auf vorteilhafte Wei se möglich, einen direkten mechanischen Antrieb des Nebenaggregats ohne Energiekonver sion vorzunehmen.
Weiterhin wird vorzugsweise die getriebliche Einbindung des Schaltorgans und des Nebenag gregats in die Antriebsanordnung auch zudem derart bewerkstelligt, dass bei Aufhebung der Antriebsverbindung zwischen dem Achsdifferentialgetriebe und der Reduktionsstufe und Still stand des Kraftfahrzeuges das Nebenaggregat über die Reduktionsstufe durch den Hauptan triebsmotor antreibbar ist. Die Reduktionsstufe ist vorzugsweise derart aufgebaut, dass diese eine Zwischenwelle um fasst. Diese Zwischenwelle ist dabei vorzugsweise zur Rotorachse des Elektromotors parallel versetzt angeordnet. Die Reduktionsstufe ist weiterhin vorzugsweise derart aufgebaut, dass diese ein erstes Zahnrad und ein in dieses eingreifendes zweites Zahnrad aufweist wobei hierbei das zweite Zahnrad auf der Zwischenwelle angeordnet ist und eine Zähnezahl auf weist, die größer ist als die Zähnezahl des ersten Zahnrades. Die Reduktionsstufe bewirkt damit eine Übersetzung„ins Langsame“, d.h. eine Drehzahlreduktion und eine Drehmomen- tenerhöhung. Das außerhalb des Getriebegehäuses liegende Nebenaggregat nutz hierbei die Übersetzungswirkung der Reduktionsstufe, insbesondere wenn dieses bei Stillstand des Fahrzeugs und Leistungsbedarf des Nebenaggregats durch den Elektromotor angetrieben wird und der Antriebsstrang von der Reduktionsstufe zum Achsdifferential ansonsten durch Einstellung eines entsprechenden Schaltzustands des Schaltorgans aufgetrennt ist.
Das Schaltorgan ist vorzugsweise derart im Innenbereich des Getriebegehäuses in die An triebsanordnung eingebunden dass dieses die Zwischenwelle mit dem zweiten Zahnrad schaltbar koppelt. Alternativ hierzu, oder in Kombination mit dieser Maßnahme kann das Schaltorgan im Innenbereich des Getriebegehäuses auch derart ausgebildet und in die An triebsanordnung eingebunden sein, dass dieses die Zwischenwelle mit einem darauf sitzen den Abtriebszahnrad schaltbar koppelt.
Das außerhalb des Getriebegehäuses liegende Nebenaggregat kann derart ausgebildet sein, dass dieses eine Eingangswelle aufweist und ist vorzugsweise derart angeordnet, dass diese Eingangswelle zur Zwischenwelle gleichachsig verläuft. Alternativ hierzu kann das außenlie gende Nebenaggregat auch so in die Antriebsanordnung eingebunden werden, dass dessen Eingangswelle zur Zwischenwelle parallel versetzt angeordnet ist. Die getriebliche Koppelung des Nebenaggregats mit der Reduktionsstufe erfolgt dann vorzugsweise unter Einschluss ei nes außerhalb des Getriebegehäuses verlaufenden Zugmitteltriebs der erforderlichenfalls selbst noch einmal einen Übersetzungsbeitrag leistet.
Die Antriebsanordnung kann auch mehrere, insbesondere zwei außerhalb des Getriebege häuses liegende Nebenaggregate umfassen, wobei dann vorzugsweise das erste Nebenag gregat eine Eingangswelle aufweist die zur Achse der Zwischenwelle gleichachsig angeordnet ist und dass das zweite Nebenaggregat eine zweite Eingangswelle aufweist, die zur Achse der Zwischenwelle parallel versetzt angeordnet ist. Die Nebenaggregate werden vorzugswei se derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass deren Eingangswellen zur Reduktions- stufe hinweisen. Die Reduktionsstufe sitzt dann vorzugsweise axial zwischen dem Hauptan triebselektromotor und den äußeren Nebenaggregaten.
Das Schaltorgan ist vorzugsweise derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung eingebun den, dass dieses in einen Zustand bringbar ist, in welchem die Antriebsverbindung zwischen der Reduktionsstufe und dem Achsdifferentialgetriebe aufgehoben ist und das Nebenaggregat im Fahrzeugschubbetrieb über das Achsdifferentialgetriebe angetrieben wird. Hierzu kann in dem Schaltorgan eine form- oder reibschlüssige Kupplungseinrichtung und/oder auch eine Freilaufeinrichtung vorgesehen sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektronische Steuerein richtung vorgesehen, wobei über diese Steuereinrichtung der Schaltzustand des Schaltorgans eingestellt wird, wobei die Steuereinrichtung hierbei den aktuellen Betriebszustand des Fahr zeuges berücksichtigt und den Schaltzustand nach Maßgabe eines die Gesamtenergieeffizi enz berücksichtigenden Regelkonzepts einstellt. Die Steuereinrichtung kann hierbei den aktu ellen oder einen modellierten thermischen Zustand des Akkusystems, den Wärmeenergiebe darf zur Heizung des Fahrzeuginnenraums, den Kühlleistungsbedarf sowie den Energiebedarf des Nebenaggregats berücksichtigen und basierend auf diesen Eingangsinformationen dann Schaltzustände herbeiführen die bewirken, dass z.B. im Schubbetrieb des Fahrzeugs aus die sem abgreifbare Energie möglichst effizient und ohne Konversionsverluste zur Deckung des Energiebedarfs des Nebenaggregats herangezogen wird. Die Steuereinrichtung kann dabei die Drehzahlen berücksichtigen mit welchen das Aggregat bei einer Durchschaltung des Schaltorgans angetrieben werden würde und z.B. zunächst eine zum Betrieb des Nebenag gregats parallele Energierekuperation über den temporär generatorisch betriebenen Hauptan triebsmotor vornehmen, und erst bei langsameren Auslaufgeschwindigkeiten des Fahrzeugs dann die abgreifbare Leistung primär für den Antriebs des Nebenaggregats heranziehen. Temporär können auch Mischzustände eingestellt werden bei welchen im Schubbetrieb so wohl ein direkter mechanischer Antrieb der Nebenaggregate aus der Schubleistung und auch eine Rekuperation über den Elektromotor vorgenommen wird. Die Steuereinrichtung kann insbesondere so ausgelegt und konfiguriert sein, dass bei Leistungsbedarf des Nebenaggre gats dieser im Schubbetrieb des Fahrzeuges primär durch Leistungsabgriff aus dem Achsdif ferentialgetriebe gedeckt wird.
Das außerhalb des Getriebegehäuses angeordnete Nebenaggregat ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieses Nebenaggregat eine Eingangswelle aufweist und diese Eingangs- welle zur Zwischenwelle der Reduktionsstufe gleichachsig angeordnet ist. Das Nebenaggre gat kann direkt an das Getriebegehäuse angesetzt sein, es kann auch über eine Gestänge-, Streben, oder anderweitige Halteanordnung an das Getriebegehäuse angebunden sein.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung kann auch so ausgebildet sein, dass die Ein gangswelle des Nebenaggregats zur Zwischenwelle der Reduktionsstufe parallel versetzt an geordnet ist. Der Leistungstransfer kann dann durch einen außerhalb des Getriebegehäuses oder auch innerhalb desselben verlaufenden Antriebsstrangabschnitt, insbesondere in Form eines Umschlingungstriebes bewerkstelligt werden. Die Antriebsanordnung kann weiterhin auch derart ausgebildet werden, dass diese zwei Nebenaggregate umfasst und hierbei eines der Nebenaggregate mit seiner Eingangswelle zur Zwischenwelle der Reduktionsstufe gleich achsig und das zweite Nebenaggregat zu dieser Umlaufachse parallel versetzt angeordnet ist.
Das Schaltorgan ist vorzugsweise derart multifunktional ausgebildet, dass über dieses eine Antriebsverbindung zu dem Achsdifferentialgetriebe herstellbar und aufhebbar ist und auch die beiden weiteren Koppelfunktionen, d.h. selektives Koppeln des E-Motors mit dem Neben aggregat und selektives Koppeln des Achsdifferentials mit dem Nebenaggregat durch dieses bereitgestellt werden. Das Schaltorgan ist vorzugsweise zwischen der Zwischenwelle und dem Achsdifferentialgetriebe angeordnet, insbesondere in ein Zahnrad der Reduktionsstufe eingebunden.
Die Reduktionsstufe kann als Stirnradstufe ausgebildet werden, die ein Stirnrad aufweist, das zur Rotorachse gleichachsig angeordnet ist, wobei wiederum vorzugsweise durch das zweite Stirnrad dann direkt der Leistungstransfer auf die Zwischenwelle bewerkstelligt wird.
Die Reduktionsstufe kann auch als Umlaufrädergetriebe ausgebildet sein und hierbei wiede rum derart gestaltet sein, dass diese auf schaltbarem Wege wenigstens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse bietet.
Wie oben bereits erwähnt ist es möglich, die kinematische Koppelung des außenliegenden Nebenaggregats mit der Reduktionsstufe über einen außerhalb des Getriebegehäuses verlau fenden Umschlingungstrieb zu bewerkstelligen, wobei dieser Umschlingungstrieb insbesonde re als Zahnriemen, als Flach- oder Keilriemen, oder insbesondere als Poly-V Riemen ausge bildet sein kann. Die Antriebsanordnung kann auch so gestaltet sein, dass diese eine Freilaufeinrichtung um fasst und dass diese Freilaufeinrichtung es gestattet, dass im Schubbetriebs des Fahrzeuges die Eingangswelle des Nebenaggregats durch die aus dem Achsdifferentialgetriebe abgreifba re Energie getrieben wird und dabei dann mit einer höheren Drehzahl rotiert als das zweite, also das auf der Zwischenwelle sitzende Zahnrad der Reduktionsstufe.
Das Schaltorgan ist vorzugsweise als form- und/oder reibschlüssig koppelndes Schaltorgan ausgebildet. Das Schaltorgan kann auch als Getriebeeinrichtung ausgebildet sein, deren Schaltzustand durch Festlegung/Freigabe eines Getriebeglieds, z.B. eines Hohlrades einstell bar ist.
Die Reduktionsgetriebeeinrichtung kann auch als mehrstufig schaltbare Getriebeeinrichtung ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ist eine rein elektrische An triebsanordnung bei welcher die Hauptantriebsleistung durch den Elektromotor bereitgestellt wird. Die Antriebsanordnung umfasst keine Brennkraftmaschine. Der Elektromotor kann in vorteilhafter Weise als zunächst eigenständige Baugruppe gefertigt werden und im Rahmen des Zusammenbaus der Antriebsanordnung dann an das Getriebegehäuse angebunden wer den. Es ist auch möglich, zumindest einen Teil des Motorgehäuses, insbesondere in Form ei nes Topfgehäuseabschnitts noch durch das Getriebegehäuse bereitzustellen.
Das Achsdifferentialgetriebe kann so aufgebaut sein, dass dieses ein eigenes Differentialge triebegehäuse umfasst, das dann unmittelbar an das Gehäuse der Reduktionsgetriebeeinrich tung angebunden ist. Es ist auch möglich, das Achsdifferentialgetriebe noch in dem Getrie begehäuses unterzubringen, oder das Achsdifferentialgetriebegehäuse integral mit dem Ge häuse des Reduktionsgetriebes zu fertigen. Das Motorgehäuse kann ebenfalls einen integra len Bestandteil des Getriebegehäuses bilden, d.h. einstückig mit diesem realisiert sein.
Durch das erfindungsgemäße Konzept können bei Stillstand des Fahrzeuges, sowie im Schubbetrieb desselben Aggregate wie Wasserpumpe, Klimakompressor und Lenkhilfepumpe energetisch vorteilhaft betrieben werden. Die vorliegende Erfindung schlägt eine neuartige Anbindung der außenliegenden Nebenaggregate vor. Diese besteht in der Anbindung der Ne benaggregate am Getriebe in Verbindung mit„intelligenten“ Schaltorganen, welche es ermög lichen, die Nebenaggregate abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs und/oder des/der Antriebsmotors/Antriebsmotoren und/oder vom Batterieladezustand und/oder von äußeren Faktoren (z.B. der Temperatur) immer im energieeffizientesten Modus zu betreiben. Dies wird dadurch gewährleistet, dass bei bewegtem Fahrzeug der Antrieb der Nebenaggregate über die Getriebewelle erfolgt. Dabei kann insbesondere auch die kinetische Energie des Fahr zeugs genutzt werden. Außerdem bietet der mechanische Antrieb deutliche Vorteile in der Gesamtwirkungsgradkette gegenüber rein elektrifizierten Aggregaten. Bei stehendem Fahr zeug erfolgt der Antrieb elektrisch über die direkte Verbindung zum E-Motor. Dabei wird die Verbindung der außenliegenden Aggregate zur Getriebewelle gelöst, wodurch Reibungsver luste reduziert werden. Diese Betriebsweise ermöglicht die Bereitstellung von Komfortfunktio nen wie Standklimatisierung bei stillstehendem Fahrzeug oder die Sicherstellung von notwen digen Funktionen wie z. B. Betrieb des Batteriekühlkreislaufs über eine Wasserpumpe für ein Nachkühlen nach Fahrzeugabstellen.
Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht eine Reduzierung des Energieverbrauchs durch Nebenaggregate in rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und führt zu einer Erhöhung der Fahrzeugreichweite.
Die Erfindung richtet sich im Kern auf einen Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs mit einer elektrischen Antriebsmaschine, mit einem Getriebe und mit wenigstens einem Nebenaggre gat. Das Getriebe kann entsprechend den im Folgenden noch näher erläuterten Darstellungen nur den Final Drive und das Differential beinhalten. Die Antriebsanordnung kann alternativ aber auch noch weitere Getriebestufen aufweisen. Das mindestens eine Nebenaggregat ist außerhalb des Gehäuses der Antriebseinheit bzw. des Getriebes angeordnet. Die elektrische Antriebsmaschine und das Getriebe sind über eine Zwischenwelle miteinander verbunden. Die Zwischenwelle treibt das oder die Nebenaggregate an. Ein im Getriebegehäuse liegendes Schaltelement ist im Leistungsfluss zwischen der elektrischen Maschine, dem Nebenaggregat und dem Getriebe angeordnet und dabei der Zwischenwelle zugeordnet.
Die Anordnung der außenliegenden Nebenaggregate kann koaxiale oder achsparallel zur Zwischenwelle der Reduktionsstufe erfolgen. Bei achsparalleler Anordnung wird eine getrieb- liche Verbindung zwischen der Zwischenwelle und dem Nebenaggregat ausgebildet vorzugs weise durch ein Umlaufmittelgetriebe gebildet. Die Antriebsanordnung kann in vorteilhafter Weise so aufgebaut sein, dass diese auch einen wahlweisen Antrieb von zwei Nebenaggrega ten, die vorzugsweise achsparallel zueinander angeordnet und über eine getriebliche Wirk verbindung gekoppelt sind ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird mindestens ein außerhalb des Getriebegehäuses angeordnetes Ne- benaggregat über ein Schaltorgan mit der elektrischen Antriebsmaschine gekoppelt. Mittels dieses Schaltorgans können wenigstens zwei, vorzugsweise drei„Pfade“ geschaltet werden. Über den ersten Pfad wird nur das Achsdifferential mit Leistung versorgt. Über einen zweiten Pfad fließt die Leistung vom Elektromotor über die Reduktionsstufe auf das Nebenaggregat (bei stehendem Fahrzeug). Über den dritten Pfad fließt Leistung vom Differential zum Neben aggregat (Antrieb über die Getriebewelle im Fahrzeugschubbetrieb).
Das erfindungsgemäße Konzept kann in unterschiedlichen Ausgestaltungen verwirklicht wer den. So können die Achsen der Zwischenwelle und des Nebenaggregats koaxial zueinander angeordnet sein oder achsparallel. Im Falle der achsparallelen Anordnung besteht eine ge- triebliche Verbindung zwischen der Reduktionsstufe und der Rotorachse des Nebenaggre gats. Ein zweites oder weiteres Nebenaggregat ist wahlweise koaxial bzw. achsparallel zuei nander angeordnet über eine weitere getriebliche Stufe miteinander verbunden. Achsparallel zueinander angeordnete Nebenaggregate können beispielsweise über einen Zugmitteltrieb getrieblich miteinander verbunden werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:
Figur 1 eine erste Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfin dungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung mit einem außerhalb des Getriebegehäuses angeordneten und dabei zur Zwischenwelle des Reduk tionsgetriebes gleichachsig angeordnetem Nebenaggregat, sowie einem in das Getriebe integrierten Schaltorgan, zur selektiven Koppelung des außenliegen den Nebenaggregats mit der Reduktionsstufe und vorzugsweise auch dem zum Achsdifferential führenden Antriebsstrangabschnitt;
Figur 2 eine zweite Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer er findungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung ebenfalls mit au ßerhalb des Getriebegehäuses angeordneten Nebenaggregat, sowie einem zu dessen selektiver Koppelung mit der Zwischenwelle des Reduktionsgetriebes und dem zum Achsdifferential führenden Antriebsstrangabschnitt vorgesehenen und in das Getriebe integrierten Schaltorgan, wobei hier jedoch das Nebenag gregat bezüglich der Zwischenwelle achsparallel versetzt angeordnet ist;
Figur 3 eine dritte Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfin dungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung nunmehr mit zwei außerhalb des Getriebegehäuses angeordneten Nebenaggregaten, sowie ei nem zu deren selektiver Koppelung mit der Reduktionsstufe und dem zum Achsdifferential führenden Antriebsstrangabschnitt vorgesehenen getriebein ternen Schaltorgan, wobei hier eines der Nebenaggregate zur Achse der Zwi schenwelle gleichachsig und das weitere Nebenaggregat hierzu achsparallel versetzt angeordnet ist;
Figur 4 eine vierte Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise und der Schaltzustände der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung bei unter schiedlichen Fahrzeugbetriebszuständen.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die Darstellung nach Figur 1 zeigt eine elektromechanische Antriebsanordnung mit einem elektromechanischen Hauptantriebsmotor E, der einen Rotor ER und einen Stator ES um fasst, einer Reduktionsgetriebeeinrichtung G, die einen Getriebeeingang GE, einen Getriebe ausgang GA, wenigstens eine Reduktionsstufe GR und ein Getriebegehäuse GH umfasst, das die Reduktionsstufe GR beherbergt, einem Achsdifferentialgetriebe AD, zur Verzweigung der am Ausgang der Reduktionsgetriebeeinrichtung GR anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangabschnitt DL, DR, und einem Nebenaggregat AUX1 das über den Hauptantriebsmotor E antreibbar ist. Bei dem Nebenaggregat AUX1 kann es sich insbesondere um einen Klimakompressor, eine Lenkhilfepumpe, ein Fördermo dul einer Bremsanlage oder eine Kühlwasserpumpe zur Kühlung einer Akkubaugruppe und zur Umwälzung eines Fluids zur Heizung des Fahrzeuginnenraumes eines entsprechenden Kraftfahrzeuges handeln.
Das Nebenaggregat AUX1 ist außerhalb des Getriebegehäuses GH angeordnet und derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass dieses über die Reduktionsstufe GR durch den Hauptantriebsmotor E antreibbar ist. In dem Getriebegehäuse GH ist ein Schaltorgan SE1 vorgesehen. Dieses Schaltorgan SE1 ist derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung ein gebunden, dass über dieses die Antriebsverbindung von der Reduktionsstufe GR zu dem Achsdifferentialgetriebe AD schaltbar schließbar und schaltbar trennbar ist. (Koppelfunktion S1 in Figur 4).
Die Einbindung des Schaltorgans SE1 und des Nebenaggregats AUX1 in die Antriebsanord nung ist derart bewerkstelligt, dass bei Aufhebung der Antriebsverbindung zwischen dem Achsdifferentialgetriebe AD und der Reduktionsstufe GR und Betrieb des Kraftfahrzeuges in einem Schubbetrieb das Nebenaggregat durch das Achsdifferentialgetriebe antreibbar ist. (Koppelfunktion S3 in Figur 4)
Zudem ist die Einbindung des Schaltorgans SE1 und des Nebenaggregats AUX1 in die An triebsanordnung auch noch derart bewerkstelligt, dass bei Aufhebung der Antriebsverbindung zwischen dem Achsdifferentialgetriebe AD und der Reduktionsstufe GR und Stillstand des Kraftfahrzeuges das Nebenaggregat AUX1 über die Reduktionsstufe GR durch den Hauptan triebsmotor E antreibbar ist. (Koppelfunktion S2 in Figur 4)
Die Reduktionsstufe GR umfasst eine Zwischenwelle GW, sowie ein erstes Zahnrad G1 und ein in dieses eingreifendes zweites Zahnrad G2. Das zweite Zahnrad G2 ist hierbei auf der Zwischenwelle GW angeordnet und weist eine Zähnezahl auf, die größer ist als die Zähnezahl des ersten Zahnrades G1 , so dass die Reduktionsstufe GR eine Übersetzung ins Langsame bewirkt.
Das Schaltorgan SE1 ist hier so ausgebildet, dass dieses die Zwischenwelle GW mit dem zweiten Zahnrad G2 schaltbar koppelt. Alternativ ist es auch möglich, das Schaltorgan SE1 so auszubilden, dass dieses die Zwischenwelle GW mit einem darauf sitzenden Abtriebszahnrad G3 schaltbar koppelt. Jenes Abtriebszahnrad G3 der Zwischenwelle GW greift radial von au ßen her in ein Großrad G4 ein, das hier unmittelbar torsionsstarr mit dem Umlaufgehäuse UH des Achsdifferentialgetriebes AD gekoppelt ist.
Das außerhalb des Getriebegehäuses GH liegende Nebenaggregat AUX1 weist eine Ein gangswelle E1 auf und diese Eingangswelle E1 ist zur Achse der Zwischenwelle GW gleich- achsig angeordnet. Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Nebenaggre gat AUX1 außerhalb des Getriebegehäuse GH angeordnet ist und zudem in dem Getriebege häuse GH ein Schaltorgan SE vorgesehen ist, wobei das Schaltorgan SE derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung eingebunden ist, dass über dieses die Antriebsverbindung zwi schen dem Rotor ER und dem Achsdifferentialgetriebe AD schaltbar schließbar und trennbar ist und dabei das Nebenaggregat AUX1 selektiv über den Rotor ER antreibbar ist, wenn die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor ER und dem Achsdifferentialgetriebe AD aufgehoben ist.
Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung weist das Nebenaggregat AUX1 eine Ein gangswelle E1 auf und diese Eingangswelle E1 ist zur Umlaufachse X des Rotors ER des Elektromotors E gleichachsig angeordnet. Auch das Schaltorgan SE1 ist zur Achse der Zwi schenwelle gleichachsig angeordnet und schaltet deren Ausgangsdrehmoment auf einen Ausgang des Schaltorgans oder bewirkt eine Abkopplung.
Das Schaltorgan SE1 ist derart ausgebildet, dass über dieses eine Antriebsverbindung zu dem Achsdifferentialgetriebe AD herstellbar ist. Das Schaltorgan SE1 ist bei diesem Ausfüh rungsbeispiel direkt in die Reduktionsstufe GR eingebunden. Die Reduktionsstufe GR ist hier als Stirnradstufe ausgebildet und das Schaltorgan SE1 ermöglicht eine Koppelung eines ers ten und hinsichtlich seines Durchmessers kleinen Stirnrades G1 mit der Rotorwelle RS. Das Schaltorgan SE1 ist hierzu als form- oder reibschlüssig koppelndes Schaltorgan SE1 ausge bildet. Die zur Einstellung des jeweiligen Schaltzustands vorgesehenen Aktuatoren sind hier nicht weiter dargestellt, sie können in das Schaltorgan integriert sein und insbesondere als elektromagnetische oder fluidmechanische Aktoren ausgebildet sein.
Der Elektromotor E und das Reduktionsgetriebe G sind in eine gemeinsame Gehäuseeinrich tung GH eingebunden. Das Achsdifferentialgetriebe AD ist an diese Gehäuseeinrichtung GH angebunden oder ebenfalls integriert. Das Achsdifferentialgetriebe ist in einem Differentialge häuse ADH untergebracht. Dieses kann integral mit dem Getriebegehäuse GH ausgebildet sein, oder an dieses angesetzt sein.
In der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist das Getriebe G eingangsseitig mit mindes tens einem elektrischen Antriebsmotor E und abtriebsseitig mit mindestens einer Fahrzeug achse DL, DR verbunden. Das Getriebe G umfasst eine oder mehrere Wellen, in welche ein Planetenradsatz integriert sein kann oder welche mit Stirnradstufen oder Planetenradsätzen miteinander verbunden sind. An die Zwischenwelle GW des Reduktionsgetriebes GR ist, ko axial zu dieser das Nebenaggregat AUX1 wie z.B. ein Klimakompressor, eine Wasserpumpe o.ä. angebunden.
Die Darstellung nach Figur 2 zeigt wiederum eine elektromechanische Antriebsanordnung mit einem elektromechanischen Hauptantriebsmotor E, der einen Rotor ER und einen Stator ES umfasst, einer Reduktionsgetriebeeinrichtung G, die einen Getriebeeingang GE, einen Getrie beausgang GA, wenigstens eine Reduktionsstufe GR und ein Getriebegehäuse GH umfasst, das die Reduktionsstufe GR beherbergt, einem Achsdifferentialgetriebe AD, zur Verzweigung der am Ausgang der Reduktionsgetriebeeinrichtung anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangabschnitt DL, DR, und einem Nebenaggregat AUX1 das über den Hauptantriebsmotor E antreibbar ist.
Auch diese erfindungsgemäße Antriebsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Ne benaggregat AUX1 außerhalb des Getriebegehäuses GH angeordnet ist und in dem Getrie begehäuse GH ein Schaltorgan SE1 vorgesehen ist und das Schaltorgan SE1 derart ausge bildet und in die Antriebsanordnung eingebunden ist, dass über dieses die Antriebsverbindung zwischen der Reduktionsstufe GR und dem Achsdifferentialgetriebe AD schaltbar schließbar und trennbar ist und dabei das Nebenaggregat AUX1 über die Reduktionsstufe GR auch an treibbar ist, wenn die Antriebsverbindung zwischen der Reduktionsstufe GR und dem Achsdif ferentialgetriebe AD aufgehoben ist.
Bei dieser Variante ist das Nebenaggregat AUX1 derart von außen an das Getriebegehäuse angebunden, dass die Eingangswelle E1 des Nebenaggregats AUX1 zur Achse der Zwi schenwelle GW parallel versetzt angeordnet ist. Dies wird hier durch einen Zugmitteltrieb TM erreicht. Dieser umfasst ein erstes Zugmittelrad TM1 und ein zweites Zugmittelrad TM2 sowie ein als Riemen oder Kette ausgeführtes Zugmittel TM3. Das erste Zugmittelrad TM1 ist zur Achse der Zwischenwelle gleichachsig angeordnet und über das Schaltorgan SE1 schaltbar mit der Zwischenwelle oder dem zweiten Stirnrad G2 der Reduktionsstufe koppelbar. Der Zugmitteltrieb TM befindet sich außerhalb des Getriebegehäuses GH.
Das Schaltorgan SE1 ist in die Reduktionsstufe GR, insbesondere das zweite Stirnrad G2 derselben eingebunden. Die Reduktionsstufe GR umfasst zwei Stirnräder G1 , G2. Das erste Stirnrad G1 wird durch die Rotorwelle RS des Elektromotors getrieben und greift radial von außen her in das zweite Stirnrad G2 der Reduktionsstufe GR ein. Der weitere Leistungstrans- fer aus der Reduktionsstufe GR erfolgt über ein drittes Stirnrad G3 das auf der Zwischenwelle sitzt. Dieses dritte Stirnrad G3 greift in ein viertes Stirnrad G4 ein, welches das Groß- oder Tellerrad des Achsdifferentialgetriebes AD bildet und hierzu torsionsfest an das Umlaufgehäu se UH oder den Steg des Achsdifferentialgetriebes AD angebunden ist. Durch das Schaltor gan SE1 erfolgt eine Leistungsdurchführung zum außenliegenden Nebenaggregat AUX1. Die se Durchführung ist über das Schaltorgan SE1 schaltbar, d.h. schließbar und trennbar.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 zeigt eine dritte Variante einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung mit einem elektromechanischen Hauptantriebsmotor E, der einen Rotor ER und einen Stator ES umfasst, einer Reduktionsgetriebeeinrichtung G, die einen Getriebeeingang GE, einen Getriebeausgang GA, wenigstens eine Reduktionsstufe GR und ein Getriebegehäuse GH umfasst, das die Reduktionsstufe GR beherbergt, einem Achsdifferentialgetriebe AD, zur Verzweigung der am Ausgang der Reduktionsgetriebeeinrich tung anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangab schnitt DL, DR, und einem ersten Nebenaggregat AUX1 und einem zweiten Nebenaggregat AUX2 die beide über die Reduktionsstufe GR durch den Hauptantriebsmotor E antreibbar sind.
Diese erfindungsgemäße Antriebsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass beide Neben aggregate AUX1 , AUX2 außerhalb des Getriebegehäuse GH angeordnet sind und in dem Getriebegehäuse GH ein Schaltorgan SE1 vorgesehen ist wobei das Schaltorgan SE1 derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung eingebunden ist, dass über dieses die Antriebsver bindung zwischen dem zweiten Zahnrad G2 der Reduktionsstufe und dem Achsdifferentialge triebe AD schaltbar schließbar und trennbar ist und dabei die außenliegenden Nebenaggrega te AUX1 , AUX2 weiterhin bedarfsweise über die Reduktionsstufe antreibbar sind, wenn die Antriebsverbindung zwischen dem Rotor ER und dem Achsdifferentialgetriebe AD aufgehoben ist.
Bei dieser Variante weist das außenliegende Nebenaggregat AUX1 eine Eingangswelle E1 auf und diese Eingangswelle E1 ist zur Umlaufachse der Zwischenwelle GW gleichachsig an geordnet. Das Nebenaggregat AUX2 ist derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass die Eingangswelle E2 des Nebenaggregats AUX2 zur Achse der Zwischenwelle parallel ver setzt angeordnet ist. Dies wird hier wiederum durch einen bezüglich des Getriebegehäuses GH außenliegenden Zugmitteltrieb TM erreicht. Dieser umfasst ein erstes Zugmittelrad TM1 und ein zweites Zugmittelrad TM2 sowie ein als Riemen oder Kette ausgeführtes Zugmittel TM3. Das erste Zugmittelrad TM1 ist zur Rotorachse X gleichachsig angeordnet und über das Schaltorgan SE schaltbar mit der Rotorwelle oder dem ersten Stirnrad G1 der Reduktionsstufe koppelbar.
Das Schaltorgan SE1 kann sowohl aktiv, z.B. als Magnetkupplung, als Lamellenkupplung als auch passiv, z.B. als Freilauf, koppelbar oder lösbar sein. Gleichzeitig ermöglicht dieses eine Schaltorgan SE1 die Entkopplung des E-Motors und des Nebenaggregats, unabhängig vonei nander oder auch gleichzeitig, vom Getriebe und damit vom Antriebsstrang des Fahrzeuges. Durch diese Funktionsintegration wird die Anzahl der Bauteile auf ein Minimum reduziert.
Das Schaltorgan SE1 kann konstante oder variable Über-/Untersetzungsstufen enthalten, wie z.B. einen Planetenradsatz. Das Schaltorgan SE1 kann gleichzeitig dämpfende oder entkop pelnde Wirkung auf Antriebsstrang und/oder Aggregate haben, z.B. mittels eines Feder- Dämpfer-Elements ähnlich einem Zweimassenschwungrad. Das Schaltorgan SE1 kann z.B. auch in den Innenbereich eines Zahnrades der Getriebestufe GR eingebunden sein.
Die Darstellung nach Figur 4 veranschaulicht die Funktionsweise der erfindungsgemäßen An triebsanordnung in Verbindung mit ausgewählten Fahrzeugbetriebszuständen. Das Schaltor gan SE1 ist hier derart ausgelegt, dass dieses drei Koppelfunktionen S1 , S2, S3 bereitstellen kann. Die erste Koppelfunktion S1 ermöglicht einen Leistungstransfer vom Elektromotor E zum Achsdifferential AD. Die zweite Koppelfunktion ermöglicht einen Leistungstransfer vom Elektromotor E zum Nebenaggregat AUX1. Die dritte Koppelfunktion ermöglicht einen Leis tungstransfer vom Achsdifferential AD zum Nebenaggregat AUX1. Die Einstellung der Koppel funktionen S1 , S2, S3 des Schaltorgans SE sind entsprechend den unterschiedlichen Be triebszuständen eines Kraftfahrzeuges über die Tabellen T1 und T2 veranschaulicht. Die An gabe„zu“ bedeutet hier drehmonentenführend, die Angabe„auf“ bedeutet, dass keine Dreh- momentendurchführung erfolgen kann.
In den in der Tabelle T1 angegebenen Betriebszustand 1 ist der Elektromotor E aktiv und das Schaltorgan SE1 stellt die Koppelfunktion S1 bereit, nach welcher das Drehmoment der Ro torwelle über die Reduktionsgetriebestufe GR zum Achsdifferential geführt wird. Soweit in die sem Zustand das Nebenaggregat AUX1 aktiv sein soll werden auch die Koppelfunktionen S2 und/oder S3 bereitgestellt. Bei Schubbetrieb des Fahrzeuges gemäß dem Betriebszustand 2 in Tabelle T1 und Schub leistungsüberschuss werden über das Schaltorgan SE1 die Koppelfunktion S1 und die Kop pelfunktion S3 eingestellt. Nun erfolgt über den Elektromotor E eine Leistungskonversion im Rekuperationsbetriebsmodus und zudem ein mechanischer Antrieb des Nebenaggregats AUX1 direkt durch Leistungsabgriff aus dem Achsdifferential AD.
Im sog. Segelbetrieb, also einem sanften Weiterlaufen des Fahrzeuges ohne gewünschte sig nifikante Bremswirkung gemäß dem Betriebszustand 3 in Tabelle T1 werden die Koppelfunk tionen S1 , S2 aufgehoben und nur die Koppelfunktion S3 aktiviert. Nunmehr wird ohne elektri schen Leistungsbezug das Nebenaggregat AUX1 direkt durch das Achsdifferential AD getrie ben.
Im Standbetrieb des Fahrzeuges nach dem Betriebszustand 4 in der Tabelle T1 werden die Koppelfunktionen S1 und S3 deaktiviert und das Nebenaggregat wird über die Koppelfunktion S2 direkt durch den Elektromotor E angetrieben.
Bei Stillstand des Fahrzeuges ohne Aktionsbedarf des Nebenaggregats AUX1 , z.B. beim Par ken, wird der Elektromotor E abgeschaltet. In diesem Zustand kann das Schaltorgan SE1 be liebige Zustände einnehmen, da in diesem Zustand an sich keine bestimmte Koppelfunktion gefordert wird. Es ist jedoch möglich auch hier die Koppelfunktionen S1 und S3 zu aktivieren, um ein leicht erhöhtes Haltemoment, eine Bremswirkung bei unbeabsichtigtem Rollen und ggf. eine aktive Bremswirkung durch Ansteuerung des Elektromotors E herbeizuführen.
Die Koppelfunktionen S1 , S2 können über ein formschlüssig koppelndes Schaltorgan oder entsprechend aktivierbare Kupplungen bewerkstelligt werden. Die Koppelfunktion S3 kann auch durch einen Freilauf bewerkstelligt werden und sich damit im Schubbetrieb des Fahr zeuges selbsttätig ergeben.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung richtet sich auf eine neuartige Anbindung der Ne benaggregate. So erfolgt die Anbindung der Nebenaggregate in bzw. am Getriebe in Verbin dung mit„intelligenten“ Schaltelementen, welche es ermöglichen, die Nebenaggregate ab hängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs und/oder des/der Antriebsmo tors/Antriebsmotoren und/oder vom Batterieladezustand und/oder von äußeren Faktoren (z.B. Temperatur) immer im energieeffizientesten Modus zu betreiben.
Dies wird dadurch gewährleistet, dass bei bewegtem Fahrzeug der Antrieb der Nebenaggre- gate über die Getriebewelle erfolgt. Dabei kann insbesondere auch die kinetische Energie des Fahrzeugs genutzt werden. Außerdem weist der mechanische Antrieb generell deutliche Vor teile in der Gesamtwirkungsgradkette gegenüber rein elektrifizierten Aggregaten auf. Bei ste hendem Fahrzeug erfolgt der Antrieb elektrisch über die direkte Verbindung zum E-Motor. Dabei wird die Verbindung der Aggregate zur Getriebewelle gelöst, wodurch Reibungsverluste reduziert werden. Diese Betriebsweise ermöglicht die Bereitstellung von Komfortfunktionen wie Standklimatisierung bei stillstehendem Fahrzeug oder die Sicherstellung von notwendigen Funktionen wie z.B. Betrieb des Batteriekühlkreislaufs über eine Wasserpumpe für ein Nach kühlen nach Fahrzeugabstellen.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung umfasst ein Getriebe, welches eingangsseitig mit mindestens einem elektrischen Antriebsmotor und abtriebsseitig mit mindestens einer Fahr zeugachse verbunden ist. Das Getriebe besteht aus einer Antriebswelle, mindestens einer Zwischenwelle und einer oder mehrerer Abtriebswellen. Das Getriebe kann einen oder mehre re Planetenradsätze und/oder Stirnradstufen enthalten. An die Zwischenwelle ist koaxial und parallel zu dieser ist ein Nebenaggregat wie z.B. Klimakompressor, Wasserpumpe o.ä. ange bunden (Figurl). Es ist aber auch eine Anbindung z.B. mittels Riemen- oder Kettentrieb mög lich, wobei eines der Antriebsräder bzw. eine der Antriebsscheiben koaxial angebunden ist und der Zugmitteltrieb achsparallel zur Zwischenwelle angeordnet ist (Figur2). Falls erforder lich, können die Ketten- oder Riementriebe mit konventionellen Führungs- und/oder Spann schienen bzw. Umlenk- und/oder Spannrollen ausgestattet sein.
Die Anbindung des Aggregats an die Zwischenwelle und die hier beschriebene Kombination mit einem Schaltelement hat den Vorteil, dass die Zwischenwelle als komplettes und eigen ständiges Modul ausgeführt werden kann und die Ausführung/Konstruktion des restlichen Ge triebes nicht durch die Anbindung eines Aggregates beeinflusst wird. Es ist somit z.B. ein Nachrüsten oder nur eine optionale Ausstattung möglich. Außerdem ist die Drehzahl der Zwi schenwelle kleiner als die der E-Motoren- bzw. Getriebeeingangswelle, so dass das Aggregat mit weniger Reibleistung betrieben werden kann als bei einer Anbindung an die Getriebeein gangswelle. Die E-Maschine und Nebenaggregat(e) sind dabei von außen an das Getrie begehäuse angebunden, was eine Verwendung bewährter Komponenten ermöglicht und die Wartung und ggf. den Austausch dieser Komponenten erleichtert.
Die Zwischenwelle ist zusätzlich mit einem Schaltelement ausgestattet, welches es ermög licht, sowohl den E-Motor als auch das Nebenaggregat, unabhängig voneinander oder gleich- zeitig, vom Getriebe und damit vom Antriebsstrang des Fahrzeuges zu entkoppeln. Bei voll ständiger Entkopplung vom Antriebsstrang ist eine Verbindung zwischen E-Motor und Neben aggregat aber weiterhin gegeben.
Das Schaltelement kann sowohl aktiv, z.B. Magnetkupplung, als auch passiv, z.B. Freilauf, koppelbar oder lösbar sein. Das Schaltelement kann konstante oder variable Über- /Untersetzungsstufen enthalten, wie z.B. einen Planetenradsatz. Das Schaltelement kann gleichzeitig dämpfende oder entkoppelnde Wirkung auf Antriebsstrang und/oder Aggregate haben, z.B. mittels eines Feder-Dämpfer-Elements ähnlich einem ZMS. Das Schaltelement kann z.B. auch in einem Zahnrad der Zwischenwelle integriert sein. Die Schaltzustände des Elements entsprechend den unterschiedlichen Betriebszuständen sind in Figur 4 für ein Bei spiel näher erläutert.
Das koaxial angebundene Nebenaggregat kann ebenfalls mit weiteren Nebenaggregaten, z.B. mittels Ketten- oder Zahnriementrieb, verbunden sein (Figur3). Dabei können alle angebun denen Nebenaggregate an ihrer Antriebswelle zusätzlich ein weiteres Kupplungs- und/oder Dämpf- und/oder Entkopplungselement besitzen. Damit wird ein individueller Betrieb jedes einzelnen Aggregats abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs und abhängig von den anderen Elementen ermöglicht. Gleichzeitig kann das Aggregat von Drehschwingungen des Antriebsstranges entkoppelt werden, was einen gleichmäßigeren und effizienteren Betrieb gewährleistet und/oder mögliche negative Auswirkungen des Anschaltvorganges auf den Triebstrang und damit indirekt auf das Fahrzeug vermeidet.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanische Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit:
- einem elektromechanischen Hauptantriebsmotor (E), der einen Rotor (ER) und einen Stator (ES) umfasst,
- einer Reduktionsgetriebeeinrichtung (G), die einen Getriebeeingang (GE), einen Getriebe ausgang (GA), wenigstens eine Reduktionsstufe (GR) und ein Getriebegehäuse (GH) um fasst, das die Reduktionsstufe (GR) beherbergt,
- einem Achsdifferentialgetriebe (AD) zur Verzweigung der über die Reduktionsstufe (GR) ge führten Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Radantriebsstrangabschnitt (DL, DR) und
- einem Nebenaggregat (AUX1), das über die Reduktionsstufe (GR) durch den Hauptan triebsmotor (E) antreibbar ist, wobei
- das Nebenaggregat (AUX1) außerhalb des Getriebegehäuses (GH) angeordnet ist,
- in dem Getriebegehäuse (GH) ein Schaltorgan (SE1) vorgesehen ist, und
- das Schaltorgan (SE1) derart ausgebildet und in die Antriebsanordnung eingebunden ist, dass über dieses die Antriebsverbindung von der Reduktionsstufe (GR) zu dem Achsdifferen tialgetriebe (AD) schaltbar schließbar und schaltbar trennbar ist.
2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einbindung des Schaltorgans (SE1) und des Nebenaggregats (AUX1) in die Antriebsanordnung derart be werkstelligt ist, dass bei Aufhebung der Antriebsverbindung zwischen dem Achsdifferentialge triebe (AD) und der Reduktionsstufe (GR) und Betrieb des Kraftfahrzeuges in einem Schubbe trieb das Nebenaggregat (AUX) durch das Achsdifferentialgetriebe (AD) antreibbar ist.
3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbindung des Schaltorgans (SE1) und des Nebenaggregats in die Antriebsanordnung derart bewerkstel ligt ist, dass bei Aufhebung der Antriebsverbindung zwischen dem Achsdifferentialgetriebe (AD) und der Reduktionsstufe (GR) und Stillstand des Kraftfahrzeuges das Nebenaggregat (AUX1) über die Reduktionsstufe (GR) durch den Hauptantriebsmotor (E) antreibbar ist.
4. Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass die Reduktionsstufe(GR) eine Zwischenwelle (GW) umfasst.
5. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsstufe (GR) ein erstes Zahnrad (G1) und ein in dieses eingreifendes zweites Zahnrad (G2) aufweist und dabei das zweite Zahnrad (G2) auf der Zwischenwelle (GW) angeordnet ist und eine Zähnezahl aufweist, die größer ist als die Zähnezahl des ersten Zahnrades (G1).
6. Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, dass das Schaltorgan (SE1) die Zwischenwelle (GW) mit dem zweiten Zahnrad (G2) schaltbar koppelt.
7. Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, dass das Schaltorgan (SE1) die Zwischenwelle mit einem darauf sitzenden Abtriebszahn rad (G3) schaltbar koppelt.
8. Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, dass das Nebenaggregat (AUX1) eine Eingangswelle (E1) aufweist und dass diese Ein gangswelle (E1) zur Zwischenwelle (GW) gleichachsig angeordnet ist, oder das Nebenaggre gat (AUX1) eine Eingangswelle (E1) aufweist und dass diese Eingangswelle (E1) zur Zwi schenwelle (GW) parallel versetzt angeordnet ist.
9. Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, dass ein erstes Nebenaggregat (AUX1) und ein zweites Nebenaggregat (AUX2) vorgese hen sind und dass das erste Nebenaggregat (AUX1) eine Eingangswelle (E1) aufweist die zur Achse der Zwischenwelle (GW) gleichachsig angeordnet ist und dass das zweite Nebenag gregat (AUX2) eine zweite Eingangswelle (E2) aufweist, die zur Achse der Zwischenwelle (GW) parallel versetzt angeordnet ist.
10. Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich net, dass das Nebenaggregat (AUX1) derart in die Antriebsanordnung eingebunden ist, dass dessen Eingangswelle (E1) zur Reduktionsstufe (GR) hinweist.
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