WO2020108689A1 - Elektromechanischer antrieb - Google Patents

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WO2020108689A1
WO2020108689A1 PCT/DE2019/100952 DE2019100952W WO2020108689A1 WO 2020108689 A1 WO2020108689 A1 WO 2020108689A1 DE 2019100952 W DE2019100952 W DE 2019100952W WO 2020108689 A1 WO2020108689 A1 WO 2020108689A1
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WO
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gear
clutch
drive
rotation
shaft
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PCT/DE2019/100952
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tony ZEISS
Christian Hartmann
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/02Arrangement or mounting of electrical propulsion units comprising more than one electric motor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/02Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of clutch
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K17/12Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing of electric gearing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/26Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, of type of freewheel device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H3/00Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/003Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion the gear-ratio being changed by inversion of torque direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to an electromechanical drive at least with:
  • the first mechanical operative connection by a first drive shaft connected to the first rotor shaft (20) of the first electrical machine, by a first gearwheel operatively connected to the first drive shaft, by a first intermediate gear seated on an intermediate shaft and in meshing engagement with the first gearwheel, and by a is formed on the intermediate shaft and with the drive gear of the output meshing output gear and the first clutch associated with the first operative connection,
  • the second mechanical operative connection at least by a second drive shaft connected to the second rotor shaft of the second electrical machine, by a second drive shaft
  • operatively connected second gear is formed by a second idler on the intermediate shaft and by the driven gear which meshes with the drive wheel of the output and by the second clutch assigned to the second active connection, in which
  • one of the electrical machines has an opposite direction of rotation to the other of the electrical machines, the direction of rotation of the respective machine being a first direction of rotation about the axis of rotation of the rotor shaft of the at least one electrical machine when looking at a front side of this one electrical machine in the direction of rotation of the axis of rotation, and wherein the front side is the side of the electrical machine on which one of the drive shafts is connected to this rotor shaft
  • the invention relates to electromechanical drives in hybrid vehicles or in exclusively electrically operated vehicles. If these drives one
  • DE 10 2011 056 929 A1 describes an electromechanical drive of the type.
  • the electromechanical drive has two electrical machines, the axes of rotation of which are aligned coaxially with one another.
  • the electromechanical drive is also equipped with three clutches.
  • the output to two vehicle wheels on one axle is via a differential.
  • a first mechanical operative connection is provided in a first driving state. In this first one
  • the object of the invention is to provide an electric drive unit in which the drive power is transferred as effectively as possible to the driven wheels and which correspond to a simple and inexpensive design.
  • One embodiment of the invention provides only one reversing gear which meshes with both the second gear and the second idler gear.
  • the reversing wheel is rotatably mounted, for example, on a simple bolt or a similar shaft element. The bolt is fixed in a suitable manner in the housing of the electric drive unit.
  • the bolt is integral with the reversing wheel and rotatably supported in the housing.
  • Another embodiment of the invention provides that the second gear wheel and the second idler gear are operatively connected to one another via two reversing gears and a second idler shaft.
  • the reversing gears are firmly seated on the second intermediate shaft.
  • one of the reversing gears can be selectively connected or disconnected as a loose wheel via the second clutch to the second intermediate shaft.
  • the second gearwheel meshes with the first reversing gear and the second intermediate gear seated on the first intermediate shaft meshes with the second reversing gear.
  • the first reversing wheel and the second reversing wheel are either rigidly coupled to one another via the second intermediate shaft, or the connection to the second intermediate shaft and a respective one of the reversing wheels can be engaged or disengaged via the second clutch.
  • the two reversing wheels preferably have different numbers of teeth compared to one another, so that a step-up or step-down ratio can advantageously be integrated into the second operative connection.
  • the number of teeth is the same, so that only a reversal of the direction of rotation is initiated at this point.
  • an active connection in the sense of the technical arrangements described is a rigid mechanical or kinematic active connection (such as tooth engagement of two gears) or one that can be repeatedly engaged and disengaged
  • components and assemblies in the sense of the invention are operatively connected to one another, if directly or under them Interposition of other components, such as shafts, gears or couplings, at least temporarily, powers are transmitted.
  • One embodiment of the invention provides that at least one of the electrical machines can be switched over in both directions of rotation.
  • the direction of rotation or the direction of rotation of electrical machines is defined in accordance with DIN EN 60034-8.
  • the direction of rotation is that which results when looking at the drive side.
  • the drive side is the side that has the shaft end of the rotor shaft to which the respective of the two drive shafts is connected. The sense of rotation is thus obtained when looking at a front of this one electrical machine in the direction of rotation of the axis of rotation.
  • the front side of the electrical machine is the side on which the respective drive shaft is connected to the rotor shaft of the electrical machine in question. This creates an electromechanical drive with which, despite the simplified design, various
  • a further embodiment of the invention provides that a switchable third mechanical operative connection is formed between the first electrical machine and the second electrical machine.
  • the third mechanical operative connection is switched via a clutch which is connected between the first electrical machine and the second electrical machine, i. that is, between the drive shafts.
  • the drive shafts can be connected to one another for transmission or can be separated.
  • the performance of the two electrical machines can advantageously be brought together on the first drive wheel.
  • the gearbox of the electric drive is thus compatible with the coordination of the reduction or
  • Gear ratios variable and a reverse gear can advantageously be implemented with a suitable gear ratio and, if necessary, changing the direction of rotation of the electrical machine.
  • the fourth mechanical operative connection is achieved by coupling the third operative connection is established with the first operative connection, in which the first clutch and the third clutch are simultaneously closed and the second clutch is open.
  • the performance of the electrical machines are advantageous for the purpose of higher drive torques of the drive or higher speeds of the
  • the invention further provides that the second clutch in the second
  • An embodiment of the invention essential to the invention provides that at least one of the clutches is a freewheel. That is, either only the first clutch or only the second clutch or only the third clutch or only the first and second clutch or only the second and third clutch or both the first clutch and the second clutch and the third clutch are freewheels.
  • a freewheel is initially defined as a clutch, which only acts in one direction of rotation about the axis of rotation of the machine parts connected to one another via the clutch.
  • a switchable freewheel is not excluded, the one acting in only one or in the other opposite to the one
  • a one-way clutch acts when the direction of rotation of one of the machine parts changes or when one machine part overtakes the other machine part with the same direction of rotation.
  • Such freewheels can be self-switching freewheels or switchable freewheels.
  • all types of freewheels such as roller freewheels, sprag freewheels or the so-called wedge clutches (switchable freewheels of the applicant, which are equipped with disks or disk segments as sprags) are provided.
  • the first gear that is operatively connected to the first drive shaft is an idler gear.
  • the idler gear sits at least in one direction of rotation
  • the idler gear can be connected to the first drive shaft in a torque-transmitting manner.
  • the first operative connection results, in which the drive power of the electrical machine flows from the rotor shaft via the first drive shaft and from there via the first gearwheel coupled to the first drive shaft.
  • the first gear continues the operative connection because it is in mesh with the first idler at the same time.
  • the first intermediate wheel is rigid with the
  • first clutch on the first gear and from there into the first idler gear and further via the idler shaft to the driven gear and finally into the output.
  • the second clutch and the third clutch are open in the driving state of variant A.
  • the first gear is rigidly connected to the first drive shaft.
  • the first idler gear that sits on the first idler shaft is an idler gear.
  • This idler gear is freely rotatable on the first intermediate shaft at least in one direction of rotation about the axis of rotation of the first intermediate shaft. It can transmit torque with the first by means of the first clutch
  • the second gear which is operatively connected to the second drive shaft, is an idler gear.
  • the idler gear sits at least in one direction of rotation
  • Torques can be transmitted to the second drive shaft via the second clutch.
  • the second operative connection results, in which drive power from the rotor shaft of the second electrical machine from the second drive shaft and from there flows over the second gear coupled to the second drive shaft.
  • the second gear continues the operative connection because it is also meshed with a reversing gear.
  • the reversing gear meshes with the second idler gear.
  • the second intermediate gear is in turn rigidly connected to the intermediate shaft, on which the driven gear is also rigidly attached.
  • the driven gear is also meshed with a driven gear of the driven gear, as in the previously mentioned variants.
  • the power applied by the second electrical machine flows in the second operative connection from the rotor shaft of the second electrical machine to the second drive shaft and from there via the closed second clutch to the second gearwheel, then via the second gearwheel and the second idler gear, as well as the intermediate shaft on the driven gear and finally from there into the output.
  • the first clutch and the third clutch are disengaged in variant C.
  • the second gear is an idler gear on the second drive shaft and is operatively connected to the second drive shaft via the second clutch.
  • the second gear meshes with a first reversing gear and the second idler meshes with a second reversing gear.
  • the reversing gears sit on a common second intermediate shaft.
  • the intermediate shaft is an idler gear, that is, via the second clutch, an operative connection between a reversing gear and the second intermediate shaft indented or disengaged.
  • This active connection is otherwise analogous to variant D ..
  • a third operative connection is made by engaging the third clutch
  • the two drive shafts are connected to each other.
  • the gearbox is variable with regard to the translation and the choice of the direction of rotation of the electrical machines. Depending on the direction of rotation, one of the electrical machines can be driven or dragged along.
  • a fourth operative connection is established by a combination of the engaged third clutch and the first clutch.
  • the power of both electrical machines flows analogously to A ..
  • the second clutch is open.
  • the output is preferably provided with a differential which is driven by the drive wheel and from which the power is transmitted to driven vehicle wheels.
  • FIGS 1 to 8 each show schematically very simplified
  • electromechanical drive 1, 25, 26, 27, 28, 29, 30 and 31 respectively
  • Electromechanical drives 1, 25, 26, 27, 28, 29, 30 and 31 each have the following machine elements or assemblies:
  • a first electrical machine 2 with a first rotor shaft 20 and a second electrical machine 3 with a second rotor shaft 21, a first drive shaft 9, a second drive shaft 10, a first
  • the clutches can be designed as desired, for example as multi-plate clutches or claw clutches. According to a preferred embodiment of the invention:
  • the first clutch 5 is a first one-way clutch 5A.
  • the second clutch 6 is a second one-way clutch 6A.
  • the third clutch 7 is a third one-way clutch 7A.
  • the freewheels 5A, 6A or 7A can be designed as self-switching, but optionally also as switchable freewheels.
  • the first gear 11 is seated on the first drive shaft 9.
  • the first drive shaft 9 is connected to the first rotor shaft 20.
  • the second gear wheel 12 is seated on the second drive shaft 10.
  • the second drive shaft 10 is connected to the second rotor shaft 21.
  • a third clutch 7 is arranged coaxially between the drive shafts 9 and 10, via which a drive connection between the first drive shaft 9 and the second drive shaft 10 is engaged or disengaged. is disengageable.
  • the third clutch is preferably a one-way clutch 7A.
  • the rotor shafts 20 and 21 and the drive shafts 9 and 10 are arranged coaxially to one another in such a way that the first electrical machine 2 and the second electrical machine 3 with the front sides 22 and 23 lie opposite one another and the shafts 9, 10, 20 and 21 axially between them the electrical machines 2 and 3 run.
  • the first gear 11 is in the
  • the driven wheel 8 is a differential, which is shown in a highly simplified manner.
  • the differential has two output shafts 32 and 33, each of which is connected to a vehicle grade, not shown, which is driven by the respective drive 1, 25, 26, 27, 28, 29, 30 or 31.
  • Figures 2, 4, 7 and 8 - In contrast to the drive devices 1, 26, 28 and 29 shown with Figures 1, 3, 5 and 6, the drive devices 25, 27, 30 and 31 additionally have a second reversing wheel 24.
  • Reversing wheel 24 sits together with first reversing wheel 17 on a second intermediate shaft 14. Second reversing wheel 24 meshes with second intermediate wheel 16.
  • the first gearwheel 11 is an idler gear which, when the first clutch 5 is open, is freely rotatable on the first drive shaft 9 about the axis of rotation of the first drive shaft 9.
  • the second gear 12 is an idler gear, which is freely rotatable on the second drive shaft 10 when the second clutch is open.
  • the first intermediate gear 15 and the driven gear 18 are firmly seated on the first intermediate shaft.
  • the first gear 11 is an idler gear which, when the first clutch 5 is open, is freely rotatable on the first drive shaft 9 about the axis of rotation of the first drive shaft 9.
  • the second gear 12 is an idler gear, which is freely rotatable on the second drive shaft 10 when the second clutch is open.
  • the first reversing wheel 17 and the second reversing wheel 24 are stuck on the second intermediate shaft 14.
  • the first intermediate gear 15 and the driven gear 18 are firmly seated on the first intermediate shaft.
  • Electromechanical drives 26 and 27 are aligned in series and together coaxially with the drive shafts 9 and 10 and the rotor shafts 20 and 21.
  • the first gearwheel 11 is an idler gear which, when the first clutch 5 is open, is freely rotatable on the first drive shaft 9 about the axis of rotation of the first drive shaft 9.
  • the second gear 12 is seated firmly on the second drive shaft 10.
  • the second clutch 6 is aligned coaxially with the first intermediate shaft 13.
  • the second intermediate gear 16 is an idler gear which, when the second clutch 6 is open, can be freely rotated on the first intermediate shaft 13 about the axis of rotation of the first intermediate shaft 13.
  • Axis of rotation of the second drive shaft 10 is rotatable.
  • the first clutch 5 is aligned coaxially with the first intermediate shaft 13.
  • the first intermediate gear 15 is an idler gear, which is freely rotatable on the first intermediate shaft 13 when the first clutch 5 is open.
  • Figures 6 and 7 - The two gears 11 and 12 of the electromechanical
  • Drives 29 and 30 are firmly seated on their respective drive shafts 9 and 10, respectively.
  • the first clutch 5 and the second clutch 6 are aligned coaxially with the first intermediate shaft 13.
  • the first idler gear 15 and the second idler gear 16 are idler gears, respectively, with their first clutch 5 and second open, respectively
  • Coupling 6 are freely rotatable on the first intermediate shaft 13.
  • the first clutch 5 and the third clutch 7 of the electromechanical drive 31 are in series and together coaxial with the drive shafts 9 and 10 and the rotor shafts 20 and 21 aligned.
  • the first gear 11 is an idler gear which, when the first clutch 5 is open, is freely rotatable on the first drive shaft 9 about the axis of rotation of the first drive shaft 9.
  • the second gear wheel 12 is seated firmly on the second drive shaft 10.
  • the first reversing wheel 17 is an idler gear which, when the second clutch 6 is open, can be rotated about the axis of rotation of the second intermediate shaft 14 about the second intermediate shaft 14.
  • Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8 - In one embodiment of a first
  • the first clutch 5 is closed and the second and third clutch 6 and 7 are open.
  • drive power of the first electrical machine 2 flows via the rotor shaft 20 to the first drive shaft 9 and from there via the first clutch 5 to the first gear 11 and further via the tooth engagement between the first gear 11 and the first intermediate gear 15 to the first intermediate shaft 13 and from there on over the first
  • Figures 1 and 5 - In one embodiment of a second operative connection, the second clutch 6 is closed and the clutches 5 and 7 are open.
  • drive power of the second electrical machine 3 flows via the rotor shaft 21 to the second drive shaft 10 and from there via the second clutch 6 to the second gear wheel 12.
  • the power flows via the tooth engagement of the second gear wheel 12 with the first reversing wheel 17 to the first reversing wheel 17.
  • the drive power is transferred to the first intermediate shaft 13 via the meshing between the reversing wheel 17 and the second intermediate wheel 16. From there, the power continues to flow via the first intermediate shaft 13 to the driven gear 18 and from there via the drive gear 19 into the differential.
  • Figures 4 and 7 - In one embodiment of a second operative connection, the second clutch 6 is closed and the first clutch 5 and the third clutch 6 and 7 are open.
  • drive power of the second electrical machine 3 flows via the rotor shaft 21 onto the second drive shaft 10 and from there onto the second gear wheel 12.
  • the power flows via the tooth engagement of the second gear wheel 12 with the first reversing wheel 17 to the first reversing wheel 17 and thus to the second intermediate shaft 14.
  • the power is transferred via the second intermediate shaft 14 to the second reversing wheel 24 and via the tooth engagement of the second reversing wheel 24 with the second intermediate wheel 16 via the second clutch 6 to the first intermediate shaft 13 . From there the power continues to flow via the first intermediate shaft 13 to the driven gear 18 and from there via the drive gear 19 into the differential.
  • Figure 8 - In one embodiment of a second operative connection is the second
  • Clutch 6 is closed and the first clutch 5 and the third clutch 6 and 7 are open.
  • drive power of the second electrical machine 3 flows via the rotor shaft 21 onto the second drive shaft 10 and from there onto the second gear wheel 12.
  • the power flows through the meshing engagement of the second gear wheel 12 with the first reversing wheel 17 to the first reversing wheel 17 and from there via the second clutch 6 to the second intermediate shaft 14.
  • the power is transmitted via the second intermediate shaft 14 to the second reversing wheel 24 and via the meshing of the second reversing wheel 24 with the second intermediate wheel 16 to the second intermediate wheel and thus transferred to the first intermediate shaft 13.
  • the power continues to flow via the first intermediate shaft 13 to the driven gear 18 and from there via the drive gear 19 into the differential.
  • the second clutch 6 is connected between the second reversing wheel 24 and the second intermediate shaft 14 instead of between the first reversing wheel 17 and the second intermediate shaft 14.
  • the third clutch 7 is operatively connected and thus the first electric machine 2 is connected to the electric machine 3 via the drive shafts 9 and 10 and the closed clutch 7 between the drive shafts 9 and 10.
  • the first electrical machine 2 drives in a direction of rotation.
  • the first freewheel 5A is closed and takes the first gear 11 with it.
  • Machine 3 turns in the opposite direction.
  • the second freewheel 6 opens and separates the second active connection.
  • the third freewheel 7 closes and connects the drive shafts 9 and 10.
  • the drive power of both electrical machines 2 and 3 are summed on the first gear 11. From there, the power flows as previously described with the first active connection.
  • Another operative connection is also conceivable, in which the power is added up via the closed clutches 6 and 7 when the first clutch 5 is open on the second gear 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Antrieb (1, 25) zumindest mit: - einer ersten elektrischen Maschine (2) mit einer ersten Rotorwelle (20) und einer zweiten elektrischen Maschine (3) mit einer zweiten Rotorwelle (21) - einer ersten Kupplung (5), einer zweiten Kupplung (6) sowie einer dritten Kupplung (7) - einem Abtrieb (8) - einer schaltbaren ersten mechanischen Wirkverbindung zwischen der ersten elektrischen Maschine (2) und dem Abtrieb (8) - einer schaltbaren zweiten mechanischen Wirkverbindung zwischen der zweiten elektrischen Maschine (3) und dem Abtrieb (8), in dem in der zweiten mechanische Wirkverbindung ein Umkehrrad (17, 24) angeordnet ist und in dem in der zweiten Wirkverbindung die zweite Kupplung (6) eingerückt ist sowie die erste Kupplung (5) und die dritte Kupplung (7) ausgerückt sind.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Elektromechanischer Antrieb
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Elektromechanischer Antrieb zumindest mit:
einer ersten elektrischen Maschine mit einer ersten Rotorwelle und einer zweiten elektrischen Maschine mit einer zweiten Rotorwelle
einer ersten Kupplung, einer zweiten Kupplung sowie einer dritten Kupplung
einem Abtrieb
einer schaltbaren ersten mechanischen Wirkverbindung zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem Abtrieb
einer schaltbaren zweiten mechanischen Wirkverbindung zwischen der zweiten elektrischen Maschine und dem Abtrieb
wobei
die erste mechanische Wirkverbindung durch eine an die erste Rotorwelle (20) der ersten elektrischen Maschine angeschlossene erste Antriebswelle, durch ein mit der ersten Antriebswelle wirkverbundenes erstes Zahnrad, durch ein auf einer Zwischenwelle sitzendes und mit dem ersten Zahnrad im Zahneingriff stehendes erstes Zwischenrad und durch ein auf der Zwischenwelle sitzendes sowie mit einem Antriebsrad des Abtriebs im Zahneingriff stehendes Abtriebsrad und die der ersten Wirkverbindung zugeordnete erste Kupplung gebildet ist,
und wobei
die zweite mechanische Wirkverbindung zumindest durch eine an die zweite Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine angeschlossene zweite Antriebswelle, durch ein mit der zweiten Antriebswelle
wirkverbundenes zweites Zahnrad, durch ein auf der Zwischenwelle sitzendes zweites Zwischenrad sowie durch das mit dem Antriebsrad des Abtriebs im Zahneingriff stehende Abtriebsrad sowie durch die der zweiten Wirkverbindung zugeordnete zweite Kupplung gebildet ist, wobei
eine der elektrischen Maschinen einen gegensinnigen Drehsinn zur anderen der elektrischen Maschinen aufweist, wobei der Drehsinn der jeweiligen Maschine eine erste Drehrichtung um die Rotationsachse der Rotorwelle der wenigstens einen elektrischen Maschine ist, wenn in Verlaufsrichtung der Rotationsachse auf eine Frontseite dieser einen elektrischen Maschine geblickt wird, und wobei die Frontseite die Seite der elektrischen Maschine ist, an welcher eine der Antriebswellen an diese Rotorwelle angeschlossen ist
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft elektromechanische Antriebe in Hybridfahrzeugen oder in ausschließlich elektrisch betriebenen Fahrzeugen. Wenn diese Antriebe ein
Schaltgetriebe aufweisen, ist bei der Schaltung der Gänge mit Synchronkupplungen unter Umständen mit Zugkraftunterbrechungen zu rechnen.
In DE 10 2011 056 929 A1 ist ein elektromechanischer Antrieb der Gattung beschrieben. Der elektromechanische Antrieb weist zwei elektrische Maschinen auf, deren Rotationsachsen koaxial zueinander ausgerichtet sind. Darüber hinaus ist der elektromechanische Antrieb mit drei Kupplungen versehen. Der Abtrieb zu zwei Fahrzeugrädern einer Achse geht über ein Differenzial. In einem ersten Fahrzustand ist eine erste mechanische Wirkverbindung vorgesehen. In dieser ersten
mechanischen Wirkverbindung fließt Leistung von nur einer der elektrischen
Maschinen über eine Stirnradstufe auf eine Zwischenwelle und von der
Zwischenwelle aus über eine weitere Stirnradstufe und durch eine geschlossene erste Kupplung zu dem Differenzial. Dabei sind die anderen beiden Kupplungen des elektromechanischen Antriebs geöffnet. In einer zweiten mechanischen
Wirkverbindung fließt Leistung von beiden der elektrischen Maschinen zunächst über getrennte Zweige von jeweils einer ersten Stirnradstufe über die Zwischenwelle und einer zweiten Stirnradstufe über die zweite bzw. dritte Kupplung auf die angetriebene Achse, an der schließlich die Leistung zusammengeführt wird. Das Differenzial ist dabei„kurzgeschlossen“, d. h., die beiden Kupplungen in dieser Anordnung gleichen im eingerückten Zustand einer Differenzialsperre. Die erste Kupplung ist offen.
Daraus ergibt sich, dass, wenn die zweite Kupplung und die dritte Kupplung jeweils vollständig eingerückt sind, die natürliche Ausgleichsbewegung von
Differenzdrehzahlen des Differenzials gesperrt ist. Relativdrehzahlen zwischen beiden angetriebenen Rädern der Achse sind nur durch Ansteuerung der
Kupplungen im Schlupfbetrieb und/oder durch Regelung der Drehzahlen der elektrischen Maschinen möglich. Das kann gegebenenfalls mit Leistungsverlusten verbunden sein. Die drei an der angetriebenen Achse angeordneten Kupplungen beanspruchen außerdem viel Bauraum, der nicht in jedem Fall zur Verfügung steht.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Antriebseinheit zu schaffen, in der die Antriebsleistung möglichst effektiv zu den angetriebenen Rädern transferiert wird und die einer einfachen und kostengünstig herzustellende Bauart entsprechen.
Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 und eines weiteren unabhängigen Anspruchs gelöst.
Erfindungsgemäß ist in der zweiten mechanischen Wirkverbindung zwischen dem auf der zweiten Antriebswelle sitzenden zweiten Zahnrad und dem auf der
Zwischenwelle sitzenden zweiten Zwischenrad wenigstens ein Umkehrrad
angeordnet. Damit sind die Drehrichtungen des zweiten Antriebsrades und des zweiten Zwischenrades bzw. der Zwischenwelle in der zweiten Wirkverbindung gleich, während das erste Zwischenrad in der ersten Wirkverbindung mit
entgegengesetztem Drehsinn zum ersten Antriebsrad dreht. Daraus ergibt sich, dass in dem erfindungsgemäßen Getriebe vorteilhaft nur eine Zwischenwelle zum Einsatz kommt. Durch geeignete Anordnung der Kupplungen lassen sich vorteilhaft verschiedene Leistungszweige in dem Getriebe der elektrischen Antriebseinheit erzeugen. Es wird Material zur Herstellung gespart, die Fertigungskosten gesenkt und weniger Bauraum beansprucht. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht nur ein Umkehrrad vor, welches sowohl mit dem zweiten Zahnrad als auch mit dem zweiten Zwischenrad im Zahneingriff steht. Das Umkehrrad ist wie in klassischen Getriebe beispielsweise auf einem einfachen Bolzen oder einem ähnlichen Wellenelement drehbar gelagert. Der Bolzen ist auf geeignete Weise fest im Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit gelagert.
Alternativ ist der Bolzen integral mit dem Umkehrrad ausgebildet und drehbar in dem Gehäuse gelagert. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung wird eine besonders kostengünstige Ausführung angeboten.
Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Zahnrad und das zweite Zwischenrad über zwei Umkehrräder und eine zweite Zwischenwellen miteinander wirkverbunden sind. Die Umkehrräder sitzen fest auf der zweiten Zwischenwelle. Alternativ ist wahlweise eines der Umkehrräder als Losrad über die zweite Kupplung schaltbar mit der zweiten Zwischenwelle zu verbinden oder zu trennen. Dabei befindet sich das zweite Zahnrad mit dem ersten Umkehrrad im Zahneingriff und das auf der ersten Zwischenwelle sitzende zweite Zwischenrad steht mit dem zweiten Umkehrrad im Zahneingriff. Das erste Umkehrrad und das zweite Umkehrrad sind entweder starr über die zweite Zwischenwelle miteinander gekoppelt oder die Verbindung mit der zweiten Zwischenwelle und einem jeweiligen der Umkehrräder kann über die zweite Kupplung ein-bzw.
ausgekuppelt werden. Die beiden Umkehrräder weisen verglichen miteinander vorzugsweise unterschiedliche Zähnezahlen auf, sodass sich vorteilhaft in die zweite Wirkverbindung eine Unter- bzw. Übersetzung integrieren lässt. Alternativ sind die Zähnezahlen gleich, sodass an dieser Stelle lediglich eine Umkehr der Drehrichtung veranlasst ist.
Generell ist unter einer Wirkverbindung im Sinne der beschriebenen technischen Anordnungen eine starre mechanische bzw. kinematische Wirkverbindung (wie Zahneingriff zweier Zahnräder) oder eine wiederholt ein- und ausrückbare
Kupplungsverbindungen zur Übertragung von Leistung zu verstehen.
Dementsprechend sind Bauelemente und Baugruppen im Sinne der Erfindung miteinander wirkverbunden, wenn zwischen diesen direkt oder unter Zwischenschaltung weiterer Bauelemente, wie Wellen, Zahnrädern oder Kupplungen, zumindest zeitweise Leistungen übertragen werden.
Mit einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine der elektrischen Maschinen in beide Drehrichtungen umschaltbar ist. Die Drehrichtung bzw. der Drehsinn von elektrischen Maschinen ist gemäß DIN EN 60034-8 definiert. Der Drehsinn ist der, der sich bei Blick auf die Antriebsseite ergibt. Die Antriebsseite ist jeweils die Seite, die das Wellenende der Rotorwelle aufweist, an die die jeweilige der beiden Antriebswellen angeschlossen ist. Der Drehsinn ergibt sich also, wenn in Verlaufsrichtung der Rotationsachse auf eine Frontseite dieser einen elektrischen Maschine geblickt wird. Die Frontseite die Seite der elektrischen Maschine ist die Seite, an welcher die jeweilige Antriebswelle an die Rotorwelle der betreffenden elektrischen Maschine angeschlossen ist. Dadurch ist ein elektromechanischer Antrieb geschaffen, mit dem trotz vereinfachter Bauweise verschiedene
Leistungsübertragungszustände umsetzbar sind.
Dementsprechend ist mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine schaltbare dritte mechanische Wirkverbindung zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine ausgebildet ist. Die dritte mechanische Wirkverbindung wird über eine Kupplung geschaltet, welche zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine, d. h., zwischen den Antriebswellen, angeordnet ist. Über die dritte Kupplung können die Antriebswellen Leistungen übertragend miteinander verbunden bzw. voneinander getrennt werden. Die Leistung der beiden elektrischen Maschinen kann vorteilhaft am ersten Antriebsrad zusammengeführt werden. Damit ist das Schaltgetriebe des elektrischen Antriebs hinsichtlich der Abstimmung der Untersetzung- bzw.
Übersetzungsstufen variabler und ein Rückwärtsgang kann vorteilhaft mit geeignete Übersetzung und gegebenenfalls Änderung der Drehrichtung der elektrischen Maschine umgesetzt werden.
Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine vierte mechanische
Wirkverbindung zwischen der zweiten elektrischen Maschine und dem Abtrieb beansprucht. Die vierte mechanische Wirkverbindung wird durch eine Kopplung der dritten Wirkverbindung mit der ersten Wirkverbindung hergestellt, in dem zugleich die erste Kupplung und die dritte Kupplung geschlossen und die zweite Kupplung dabei geöffnet ist. Die Leistungen der elektrischen Maschinen werden vorteilhaft zwecks höherer Antriebsmomente des Antriebs bzw. höherer Geschwindigkeiten des
Fahrzeugs summiert.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die zweite Kupplung in der zweiten
Wirkverbindung eingerückt ist sowie die erste Kupplung und die dritte Kupplung ausgerückt sind. Im Gegensatz zum Stand der Technik, nachdem für die
Leistungszweige jeweils ein gesondertes Getriebe notwendig ist, kann die Leistung einer elektrischen Maschine auch beim Einsatz von nur einem Getriebe mit nur einer Zwischenwelle in einem zweiten Leistungszweig bis zum Abtrieb geführt und dort wieder zusammengeführt werden.
Eine erfindungswesentliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine der Kupplungen ein Freilauf ist. Das heißt, entweder nur die erste Kupplung oder nur die zweite Kupplung bzw. nur die dritte Kupplung oder nur die erste und die zweite Kupplung oder nur die zweite und die dritte Kupplung bzw. sowohl die erste Kupplung sowie die zweite Kupplung als auch die dritte Kupplung sind Freiläufe. Ein Freilauf ist zunächst nach Definition eine Kupplung, die nur in eine Drehrichtung um die Rotationsachse der über die Kupplung miteinander verbundenen Maschinenteile wirkt. Dabei ist jedoch ein schaltbarer Freilauf nicht ausgeschlossen, der wahlweise in nur die eine oder in nur die andere entgegengesetzt zu der einen wirkende
Drehrichtung sperrt. Eine Freilaufkupplung wirkt bei Änderung der Drehrichtung eines der Maschinenteile bzw. wenn das eine Maschinenteil das andere Maschinenteil bei gleichem Drehsinn überholt. Derartige Freiläufe können selbstschaltende Freiläufe aber auch schaltbare Freiläufe sein. Darüber hinaus sind alle Typen von Freiläufen wie Rollenfreiläufe, Klemmkörperfreiläufe oder die sogenannten Wedge-Clutches (schaltbare Freiläufe der Anmelderin, die mit Scheiben bzw. Scheibensegmenten als Klemmkörpern ausgerüstet sind) vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen folgende Varianten vor: A. Das erste Zahnrad, welches mit der ersten Antriebswelle wirkverbunden ist, ist ein Losrad. Das Losrad sitzt zumindest in eine Drehrichtung um die
Rotationsachse der Antriebswelle frei rotierbar auf der ersten Antriebswelle. Dabei kann das Losrad über die erste Kupplung Drehmomente übertragend mit der ersten Antriebswelle verbunden werden. Es ergibt sich die erste Wirkverbindung in der die Antriebsleistung der elektrischen Maschine von der Rotorwelle aus über die erste Antriebswelle und von da aus über das mit der ersten Antriebswelle gekoppelte erste Zahnrad fließt. Das erste Zahnrad setzt die Wirkverbindung fort, weil es zugleich im Zahneingriff mit dem ersten Zwischenrad steht. Das erste Zwischenrad wiederum ist starr mit der
Zwischenwelle verbunden, auf welcher ebenfalls starr das Abtriebsrad befestigt ist. Das Abtriebsrad steht schließlich am„Final Drive“ im Zahneingriff mit einem Antriebsrad des Abtriebs. Die von der ersten elektrischen Maschine aufgebrachte Leistung fließt in der ersten Wirkverbindung über die
geschlossene erste Kupplung auf das erste Zahnrad und von da aus in das erste Zwischenrad und weiter über die Zwischenwelle auf das Abtriebsrad und schließlich in den Abtrieb. Die zweite Kupplung und die dritte Kupplung sind im Fahrzustand der Variante A. geöffnet.
B. Das erste Zahnrad ist starr mit der ersten Antriebswelle wirkverbunden. Das erste Zwischenrad, das auf der ersten Zwischenwelle sitzt, ist ein Losrad. Dieses Losrad sitzt zumindest in eine Drehrichtung um die Rotationsachse der ersten Zwischenwelle frei rotierbar auf der ersten Zwischenwelle. Es kann mittels der ersten Kupplung Drehmomente übertragend mit der ersten
Zwischenwelle verbunden werden. Die von der ersten elektrischen Maschine aufgebrachte Antriebsleistung fließt analog A. und entspricht damit einer Ausgestaltung der Variante A.. Die zweite Kupplung und die dritte Kupplung sind im Fahrzustand der Variante B. geöffnet.
C. Das zweite Zahnrad, welches mit der zweiten Antriebswelle wirkverbunden ist, ist ein Losrad. Das Losrad sitzt zumindest in eine Drehrichtung um die
Rotationsachse der zweiten Antriebswelle frei rotierbar auf der zweiten
Antriebswelle. Es kann über die zweite Kupplung Drehmomente übertragend mit der zweiten Antriebswelle verbunden werden. Es ergibt sich die zweite Wirkverbindung, in welcher Antriebsleistung von der Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine aus über die zweite Antriebswelle und von da aus über das mit der zweiten Antriebswelle gekoppelte zweite Zahnrad fließt. Das zweite Zahnrad setzt die Wirkverbindung fort, weil es zugleich im Zahneingriff mit einem Umkehrrad steht. Das Umkehrrad steht im Zahneingriff mit dem zweiten Zwischenrad. Das zweite Zwischenrad wiederum ist starr mit der Zwischenwelle verbunden, auf welcher ebenfalls starr das Abtriebsrad befestigt ist. Das Abtriebsrad steht dabei auch wie in den zuvor genannten Varianten im Zahneingriff mit einem Antriebsrad des Abtriebs. Die von der zweiten elektrischen Maschine aufgebrachte Leistung fließt in der zweiten Wirkverbindung von der Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine aus auf die zweite Antriebswelle und von dort aus über die geschlossene zweite Kupplung auf das zweite Zahnrad, dann über das zweite Zahnrad und das zweite Zwischenrad sowie über die Zwischenwelle auf das Abtriebsrad und schließlich von da aus in den Abtrieb. Die erste Kupplung und die dritte Kupplung sind im Fahrzustand der Variante C. geöffnet.
D. Das zweite Zahnrad ist ein Losrad auf der zweiten Antriebswelle und ist über die zweite Kupplung mit der zweiten Antriebswelle wirkverbunden. Das zweite Zahnrad steht in einem Zahneingriff mit einem ersten Umkehrrad und das zweite Zwischenrad steht im Zahneingriff mit einem zweiten Umkehrrad. Die Umkehrräder sitzen auf einer gemeinsamen zweiten Zwischenwelle. Es ergibt sich eine Ausgestaltung der zweiten Wirkverbindung, in der die
Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine von der Rotorwelle aus über die zweite Antriebswelle und von da über die erste Kupplung auf das zweite Antriebsrad und von dem zweiten Antriebsrad aus zunächst auf das erste Umkehrrad und von dem ersten Umkehrrad aus in die die zweite
Zwischenwelle fließt. Von dort fließt die Antriebsleistung auf das zweite Umkehrrad. Von dem zweitem Umkehrrad aus fließt die Antriebsleistung über das zweite Zwischenrad weiter wie nach Variante C.. Die erste und die dritte Kupplung sind im Fahrzustand der Variante D. geöffnet.
E. Ist eine Ausgestaltung der Variante D.. Das zweite Zahnrad sitzt fest auf der ersten Antriebswelle. Wahlweise eines der Umkehrräder auf der
Zwischenwelle ist ein Losrad, d. h., über die zweite Kupplung kann eine Wirkverbindung zwischen einem Umkehrrad und der zweiten Zwischenwelle eingerückt bzw. ausgerückt werden. Diese Wirkverbindung verläuft ansonsten analog Variante D..
F. Ist eine weitere Ausgestaltung der Variante D.. Das zweite Zahnrad und die Umkehrräder sitzen fest auf ihrer jeweiligen Welle. Das zweite Zwischenrad ist ein Losrad und kann über die zweite Kupplung mit der ersten Zwischenwelle verbunden werden. Ansonsten verläuft die zweite Wirkverbindung wie nach Variante D..
G. Eine dritte Wirkverbindung wird durch Einrücken der dritten Kupplung
hergestellt. Dabei werden die beiden Antriebswellen miteinander verbunden. Das Getriebe ist hinsichtlich der Übersetzung und der Wahl des Drehsinns der elektrischen Maschinen variabel. Eine der elektrischen Maschinen kann je nach Drehsinn angetrieben oder mitgeschleppt werden.
H. Eine vierte Wirkverbindung wird durch eine Kombination der eingerückten dritten Kupplung und ersten Kupplung hergestellt. Dabei fließt die Leistung beider elektrischen Maschinen analog A.. Die zweite Kupplung ist geöffnet.
Generell ist der Abtrieb vorzugsweise mit einem Differenzial versehen, welches durch das Antriebsrad angetrieben wird und von welchem aus die Leistung auf angetriebene Fahrzeugräder übertragen wird.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Die Figuren 1 bis 8 zeigen schematisch stark vereinfacht jeweils einen
elektromechanischen Antrieb 1 , 25, 26, 27, 28, 29, 30 bzw. 31. Die
elektromechanischen Antriebe 1 , 25, 26, 27, 28, 29, 30 bzw. 31 weisen jede jeweils folgende Maschinenelemente bzw. Baugruppen auf:
eine erste elektrische Maschine 2 mit einer ersten Rotorwelle 20 sowie eine zweite elektrische Maschine 3 mit einer zweiten Rotorwelle 21 , eine erste Antriebswelle 9, eine zweite Antriebswelle 10, ein erstes
Zahnrad 11 , ein zweites Zahnrad 12, eine erste Kupplung 5, eine zweite Kupplung 6 sowie eine dritte Kupplung 7,
eine erste Zwischenwelle 13, ein erstes Zwischenrad 15, ein zweites Zwischenrad 16 sowie ein Abtriebsrad 18,
ein Umkehrrad 17
einen Abtrieb 8 mit einem Antriebsrad 19.
Generell können die Kupplungen beliebig, zum Beispiel als Lamellenkupplungen oder Klauenkupplungen ausgeführt sein. Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung gilt:
Die erste Kupplung 5 ist ein erster Freilauf 5A.
Die zweite Kupplung 6 ist ein zweiter Freilauf 6A.
Die dritte Kupplung 7 ist ein dritter Freilauf 7A.
Generell können die Freiläufe 5A, 6A oder 7A als selbst schaltend wahlweise jedoch auch als schaltbare Freiläufe ausgeführt sein.
Das erste Zahnrad 11 sitzt auf der ersten Antriebswelle 9. Die erste Antriebswelle 9 ist mit der ersten Rotorwelle 20 verbunden. Das zweite Zahnrad 12 sitzt auf der zweiten Antriebswelle 10. Die zweite Antriebswelle 10 ist mit der zweiten Rotorwelle 21 verbunden. Koaxial zwischen den Antriebswellen 9 und 10 ist eine dritte Kupplung 7 angeordnet, über die eine Antriebsverbindung zwischen der ersten Antriebswelle 9 und der zweiten Antriebswelle 10 ein-bzw. ausrückbar ist. Die dritte Kupplung ist vorzugsweise ein Freilauf 7A. Die Rotorwelle 20 und 21 sowie die Antriebswellen 9 und 10 sind so zueinander koaxial angeordnet, dass sich die erste elektrische Maschine 2 und die zweite elektrische Maschine 3 mit den Frontseiten 22 und 23 einander gegenüberliegen und die Wellen 9, 10, 20 sowie 21 axial zwischen den elektrischen Maschinen 2 und 3 verlaufen. Das erste Zahnrad 11 steht im
Zahneingriff mit dem ersten Zwischenrad 15. Das zweite Zahnrad 12 steht im
Zahneingriff mit dem ersten Umkehrrad 17. Das erste Zwischenrad 15, das zweite Zwischenrad 16 sowie das Abtriebsrad 18 sitzen auf der ersten Zwischenwelle 13. Das Abtriebsrad 18 ist fest mit der ersten Zwischenwelle 13 verbunden und steht im Zahneingriff mit dem Antriebsrad 19. Der Abtrieb 8 ist ein Differenzial, welches stark vereinfacht dargestellt ist. Das Differenzial weist zwei Abtriebswellen 32 und 33 auf, von denen jede an ein nicht dargestelltes und über den jeweiligen Antrieb 1 , 25, 26, 27, 28, 29, 30 bzw. 31 angetriebenes Fahrzeuggrad angeschlossen ist.
Figuren 1, 3, 5 und 6 - Das erste Umkehrrad 17 steht im Zahneingriff mit dem zweiten Zwischenrad 16.
Figuren 2, 4, 7 und 8 - Die Antriebsvorrichtungen 25, 27, 30 und 31 weisen abweichend von den mit den Figuren 1 , 3, 5 und 6 gezeigten Antriebsvorrichtungen 1 , 26, 28 und 29 zusätzlich noch ein zweites Umkehrrad 24 auf. Das zweite
Umkehrrad 24 sitzt gemeinsam mit dem ersten Umkehrrad 17 auf einer zweiten Zwischenwelle 14. Das zweite Umkehrrad 24 steht im Zahneingriff mit dem zweiten Zwischenrad 16.
Figur 1 - Die Kupplungen 5, 6 und 7 des elektromechanischen Antriebs 1 sind in Reihe und gemeinsam koaxial mit den Antriebswellen 9 und 10 sowie den
Rotorwellen 20 und 21 ausgerichtet. Das erste Zahnrad 11 ist ein Losrad, welches bei der geöffneten ersten Kupplung 5 frei auf der ersten Antriebswelle 9 um die Rotationsachse der ersten Antriebswelle 9 rotierbar ist. Das zweite Zahnrad 12 ist ein Losrad, welches bei geöffneter zweiter Kupplung frei auf der zweiten Antriebswelle 10 rotierbar ist. Das erste Zwischenrad 15 und das Abtriebsrad 18 sitzen fest auf der ersten Zwischenwelle.
Figur 2 - Die Kupplungen 5, 6 und 7 des elektromechanischen Antriebs 25 sind in Reihe und gemeinsam koaxial mit den Antriebswellen 9 und 10 sowie den
Rotorwellen 20 und 21 ausgerichtet. Das erste Zahnrad 11 ist ein Losrad, welches bei der geöffneten ersten Kupplung 5 frei auf der ersten Antriebswelle 9 um die Rotationsachse der ersten Antriebswelle 9 rotierbar ist. Das zweite Zahnrad 12 ist ein Losrad, welches bei geöffneter zweiter Kupplung frei auf der zweiten Antriebswelle 10 rotierbar ist. Das erste Umkehrrad 17 und das zweite Umkehrrad 24 sitzen fest auf der zweiten Zwischenwelle 14. Das erste Zwischenrad 15 und das Abtriebsrad 18 sitzen fest auf der ersten Zwischenwelle.
Figuren 3 und 4 - Die erste Kupplung 5 und die dritte Kupplung 7 der
elektromechanischen Antriebe 26 und 27 sind in Reihe und gemeinsam koaxial mit den Antriebswellen 9 und 10 sowie den Rotorwellen 20 und 21 ausgerichtet. Das erste Zahnrad 11 ist ein Losrad, welches bei der geöffneten ersten Kupplung 5 frei auf der ersten Antriebswelle 9 um die Rotationsachse der ersten Antriebswelle 9 rotierbar ist. Das zweite Zahnrad 12 sitzt fest auf der zweiten Antriebswelle 10. Die zweite Kupplung 6 ist koaxial zur ersten Zwischenwelle 13 ausgerichtet. Das zweite Zwischenrad 16 ist ein Losrad, welches bei der geöffneten zweiten Kupplung 6 frei auf der ersten Zwischenwelle 13 um die Rotationsachse der ersten Zwischenwelle 13 rotierbar ist. Figur 5 - Die zweite Kupplung 6 und die dritte Kupplung 7 des elektromechanischen Antriebs 28 sind in Reihe und gemeinsam koaxial mit den Antriebswellen 9 und 10 sowie den Rotorwelle 20 und 21 ausgerichtet. Das erste Zahnrad 11 sitzt fest auf der ersten Antriebswelle 9. Das zweite Zahnrad 12 ist ein Losrad, welches bei der geöffneten zweiten Kupplung 6 frei auf der zweiten Antriebswelle 10 um die
Rotationsachse der zweiten Antriebswelle 10 rotierbar ist. Die erste Kupplung 5 ist koaxial zur ersten Zwischenwelle 13 ausgerichtet. Das erste Zwischenrad 15 ist ein Losrad, welches bei der geöffneten ersten Kupplung 5 frei rotierbar auf der ersten Zwischenwelle 13 sitzt. Figuren 6 und 7 - Die beiden Zahnräder 11 und 12 der elektromechanischen
Antriebe 29 und 30 sitzen fest auf ihrer jeweiligen Antriebswelle 9 bzw. 10. Die erste Kupplung 5 und die zweite Kupplung 6 sind koaxial zur ersten Zwischenwelle 13 ausgerichtet. Das erste Zwischenrad 15 und das zweite Zwischenrad 16 sind jeweils Losräder, die bei ihrer jeweiligen geöffneten ersten Kupplung 5 bzw. zweiten
Kupplung 6 frei auf der ersten Zwischenwelle 13 rotierbar angeordnet sind.
Figur 8 - Die erste Kupplung 5 und die dritte Kupplung 7 des elektromechanischen Antriebs 31 sind in Reihe und gemeinsam koaxial mit den Antriebswellen 9 und 10 sowie den Rotorwellen 20 und 21 ausgerichtet. Das erste Zahnrad 11 ist ein Losrad, welches bei der geöffneten ersten Kupplung 5 frei auf der ersten Antriebswelle 9 um die Rotationsachse der ersten Antriebswelle 9 rotierbar ist. Das zweite Zahnrad 12 sitzt fest auf der zweiten Antriebswelle 10. Das erste Umkehrrad 17 ist ein Losrad, welches bei der geöffneten zweiten Kupplung 6 um die Rotationsachse der zweiten Zwischenwelle 14 um die zweite Zwischenwelle 14 rotierbar ist.
Figuren 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 - In einer Ausgestaltung einer ersten
Wirkverbindung ist die erste Kupplung 5 geschlossen und die zweite und dritte Kupplung 6 und 7 sind geöffnet. In diesem Betriebszustand fließt Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine 2 über die Rotorwelle 20 auf die erste Antriebswelle 9 und von dort aus über die erste Kupplung 5 auf das erste Zahnrad 11 und weiter über den Zahneingriff zwischen dem ersten Zahnrad 11 und dem ersten Zwischenrad 15 auf die erste Zwischenwelle 13 und von dort aus weiter über die erste
Zwischenwelle 13 zum Abtriebsrad 18 sowie von da aus über das Antriebsrad 19 in das Differenzial.
Figuren 1 und 5 - In einer Ausgestaltung einer zweiten Wirkverbindung ist die zweite Kupplung 6 geschlossen und die Kupplungen 5 und 7 sind geöffnet. In diesem Betriebszustand fließt Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine 3 über die Rotorwelle 21 auf die zweite Antriebswelle 10 und von dort aus über die zweite Kupplung 6 auf das zweite Zahnrad 12. Von dem zweiten Zahnrad 12 aus fließt die Leistung über den Zahneingriff des zweiten Zahnrades 12 mit dem ersten Umkehrrad 17 auf das erste Umkehrrad 17. Von dort aus wird die Antriebsleistung über den Zahneingriff zwischen dem Umkehrrad 17 und dem zweiten Zwischenrad 16 auf die erste Zwischenwelle 13 transferiert. Von dort aus fließt die Leistung weiter über die erste Zwischenwelle 13 zum Abtriebsrad 18 sowie von da aus über das Antriebsrad 19 in das Differenzial.
Figur 2 - In einer weiteren Ausgestaltung einer zweiten Wirkverbindung ist die zweite Kupplung 6 geschlossen und die erste Kupplung 5 und die dritte Kupplung 6 und 7 sind geöffnet. In diesem Betriebszustand fließt Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine 3 über die Rotorwelle 21 auf die zweite Antriebswelle 10 und von dort aus über die zweite Kupplung 6 auf das zweite Zahnrad 12. Von dem zweiten Zahnrad 12 aus fließt die Leistung über den Zahneingriff des zweiten Zahnrades 12 mit dem ersten Umkehrrad 17 auf das erste Umkehrrad 17 und damit auf die zweite Zwischenwelle 14. Die Leistung wird über die zweite Zwischenwelle 14 auf das zweite Umkehrrad 24 sowie über den Zahneingriff des zweiten Umkehrrads 24 mit dem zweiten Zwischenrad 16 auf die erste Zwischenwelle 13 transferiert. Von dort aus fließt die Leistung weiter über die erste Zwischenwelle 13 zum Abtriebsrad 18 sowie von da aus über das Antriebsrad 19 in das Differenzial.
Figuren 3 und 6 - In einer weiteren Ausgestaltung zweiten Wirkverbindung ist die zweite Kupplung 6 geschlossen und die erste Kupplung 5 und die dritte Kupplung 7 sind geöffnet. In diesem Betriebszustand fließt Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine 3 über die Rotorwelle 21 auf die zweite Antriebswelle 10 und von dort aus über die zweite Kupplung 6 auf das zweite Zahnrad 12. Von dem zweiten Zahnrad 12 aus fließt die Leistung über den Zahneingriff des zweiten Zahnrades 12 mit dem ersten Umkehrrad 17 auf das erste Umkehrrad 17. Von dem ersten Umkehrrad 17 aus wird die Antriebsleistung über den Zahneingriff des ersten Umkehrrads 17 mit dem zweiten Zwischenrad 16 über das zweite Zwischenrad 16 und die zweite Kupplung 6 auf die erste Zwischenwelle 13 transferiert. Von dort aus fließt die Leistung weiter über die erste Zwischenwelle 13 zum Abtriebsrad 18 sowie von da aus über das Antriebsrad 19 in das Differenzial.
Figuren 4 und 7 - In einer Ausgestaltung einer zweiten Wirkverbindung ist die zweite Kupplung 6 geschlossen und die erste Kupplung 5 und die dritte Kupplung 6 und 7 sind geöffnet. In diesem Betriebszustand fließt Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine 3 über die Rotorwelle 21 auf die zweite Antriebswelle 10 und von dort aus auf das zweite Zahnrad 12. Von dem zweiten Zahnrad 12 aus fließt die Leistung über den Zahneingriff des zweiten Zahnrades 12 mit dem ersten Umkehrrad 17 auf das erste Umkehrrad 17 und damit auf die zweite Zwischenwelle 14. Die Leistung wird über die zweite Zwischenwelle 14 auf das zweite Umkehrrad 24 sowie über den Zahneingriff des zweiten Umkehrrads 24 mit dem zweiten Zwischenrad 16 über die zweite Kupplung 6 auf die erste Zwischenwelle 13 transferiert. Von dort aus fließt die Leistung weiter über die erste Zwischenwelle 13 zum Abtriebsrad 18 sowie von da aus über das Antriebsrad 19 in das Differenzial.
Figur 8 -In einer Ausgestaltung einer zweiten Wirkverbindung ist die zweite
Kupplung 6 geschlossen und die erste Kupplung 5 und die dritte Kupplung 6 und 7 sind geöffnet. In diesem Betriebszustand fließt Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine 3 über die Rotorwelle 21 auf die zweite Antriebswelle 10 und von dort aus auf das zweite Zahnrad 12. Von dem zweiten Zahnrad 12 aus fließt die Leistung über den Zahneingriff des zweiten Zahnrades 12 mit dem ersten Umkehrrad 17 auf das erste Umkehrrad 17 und von da aus über die zweite Kupplung 6 auf die zweite Zwischenwelle 14. Die Leistung wird über die zweite Zwischenwelle 14 auf das zweite Umkehrrad 24 sowie über den Zahneingriff des zweiten Umkehrrads 24 mit dem zweiten Zwischenrad 16 auf das zweite Zwischenrad und damit auf die die erste Zwischenwelle 13 transferiert. Von dort aus fließt die Leistung weiter über die erste Zwischenwelle 13 zum Abtriebsrad 18 sowie von da aus über das Antriebsrad 19 in das Differenzial. Denkbar ist auch, dass die zweite Kupplung 6 anstelle zwischen das erste Umkehrrad 17 und die zweite Zwischenwelle 14 zwischen das zweite Umkehrrad 24 und die zweite Zwischenwelle 14 geschaltet ist.
Figuren 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 - in einer Ausgestaltung einer dritten
Wirkverbindung ist die dritte Kupplung 7 geschlossen und somit die erste elektrische Maschine 2 mit der elektrischen Maschine 3 über die Antriebswellen 9 und 10 und die geschlossene Kupplung 7 zwischen den Antriebswellen 9 und 10 miteinander verbunden. Durch geeignete Steuerung und Polung der elektrischen Maschinen 2 und 3 und Verwendung der ersten Kupplung 5 und zweiten Kupplung 6 sind diese gemeinsame Antriebsquelle bzw. wahlweise einzeln oder gemeinsam angetrieben.
Figuren 1 und 2 - Durch die dritte Wirkverbindung ergibt sich eine weitere
Ausgestaltung der Erfindung, nach der eine vierte Wirkverbindung durch eine
Kopplung der ersten Wirkverbindung mit der dritten Wirkverbindung vorgesehen ist. Die erste elektrische Maschine 2 treibt in einem Drehsinn an. Der erste Freilauf 5A ist geschlossen und nimmt das erste Zahnrad 11 mit. Die die zweite elektrische
Maschine 3 dreht im umgekehrten Drehsinn. Der zweite Freilauf 6 öffnet und trennt die zweite Wirkverbindung. Der dritte Freilauf 7 schließt und verbindet die Antriebswellen 9 und 10. Die Antriebsleistung beider elektrischen Maschinen 2 und 3 werden an dem ersten Zahnrad 11 summiert. Die Leistung fließt von da aus wie zuvor mit der ersten Wirkverbindung beschrieben. Denkbar ist auch eine weitere Wirkverbindung, in der die Leistung über die geschlossenen Kupplungen 6 und 7 bei einer geöffneten ersten Kupplung 5 an dem zweiten Zahnrad 12 summiert wird.
Bezugszeichen elektromechanischer Antrieb
erste elektrische Maschine
zweite elektrische Maschine
nicht belegt
erste Kupplung
A erster Freilauf
zweite Kupplung
A zweiter Freilauf
dritte Kupplung
A dritter Freilauf
Abtrieb
erste Antriebswelle
0 zweite Antriebswelle
1 erstes Zahnrad
2 zweites Zahnrad
3 erste Zwischenwelle
4 zweite Zwischenwelle
5 erstes Zwischenrad
6 zweites Zwischenrad
7 erstes Umkehrrad
8 Abtriebsrad
9 Antriebsrad
0 erste Rotorwelle
1 zweite Rotorwelle
2 erste Frontseite der ersten elektrischen Maschine3 zweite Frontseite der zweiten elektrischen Maschine4 zweites Umkehrrad
5 elektromechanischer Antrieb
6 elektromechanischer Antrieb
7 elektromechanischer Antrieb
8 elektromechanischer Antrieb 29 elektromechanischer Antrieb
30 elektromechanischer Antrieb
31 elektromechanischer Antrieb
32 Abtriebswelle
33 Abtriebswelle

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanischer Antrieb (1 , 25) zumindest mit:
- einer ersten elektrischen Maschine (2) mit einer ersten Rotorwelle (20) und einer zweiten elektrischen Maschine (3) mit einer zweiten Rotorwelle (21 )
- einer ersten Kupplung (5), einer zweiten Kupplung (6) sowie einer dritten Kupplung (7)
- einem Abtrieb (8)
- einer schaltbaren ersten mechanischen Wirkverbindung zwischen der ersten elektrischen Maschine (2) und dem Abtrieb (8)
- einer schaltbaren zweiten mechanischen Wirkverbindung zwischen der zweiten elektrischen Maschine (3) und dem Abtrieb (8)
wobei
- die erste mechanische Wirkverbindung durch eine an die erste Rotorwelle (20) der ersten elektrischen Maschine (2) angeschlossene erste
Antriebswelle (9), durch ein mit der ersten Antriebswelle (9)
wirkverbundenes erstes Zahnrad (11 ), durch ein auf einer ersten
Zwischenwelle (13) sitzendes und mit dem ersten Zahnrad (11 ) im
Zahneingriff stehendes erstes Zwischenrad (15) und durch ein auf der ersten Zwischenwelle (13) sitzendes sowie mit einem Antriebsrad (19) des Abtriebs (8) im Zahneingriff stehendes Abtriebsrad (18) und die der ersten Wirkverbindung zugeordnete erste Kupplung gebildet ist,
und wobei
- die zweite mechanische Wirkverbindung zumindest durch eine an die
zweite Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine (3) angeschlossene zweite Antriebswelle (10), durch ein mit der zweiten Antriebswelle (10) wirkverbundenes zweites Zahnrad (12), durch ein auf der ersten
Zwischenwelle sitzendes zweites Zwischenrad (16) sowie durch das mit dem Antriebsrad (19) des Abtriebs (8) im Zahneingriff stehende
Abtriebsrad (18) sowie durch die der zweiten Wirkverbindung zugeordnete zweite Kupplung gebildet ist,
wobei - eine der elektrischen Maschinen (2, 3) einen gegensinnigen Drehsinn zur anderen der elektrischen Maschinen (2, 3) aufweist, wobei der Drehsinn der jeweiligen Maschine eine erste Drehrichtung um die Rotationsachse der Rotorwelle (20, 21 ) der wenigstens einen elektrischen Maschine (2, 3) ist, wenn in Verlaufsrichtung der Rotationsachse auf eine Frontseite (22, 23) dieser einen elektrischen Maschine (2, 3) geblickt wird, und wobei die Frontseite (22, 23) die Seite der elektrischen Maschine ist, an welcher eine der Antriebswellen (9, 10) an diese Rotorwelle (20, 21 ) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten mechanischen
Wirkverbindung zwischen dem zweiten Zahnrad (12) und dem zweiten
Zwischenrad (16) das zweite Zahnrad (12) mit einem Umkehrrad (17) im Zahneingriff steht sowie ein Umkehrrad (17, 24) mit dem auf der ersten Zwischenwelle (13) sitzenden zweiten Zwischenrad (16) im Zahneingriff steht.
2. Elektromechanische Antrieb (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnrad (12) und das zweite Zwischenrad (16) über ein Umkehrrad (17) miteinander wirkverbunden sind, wobei das Umkehrrad (17) sowohl mit dem zweiten Zahnrad (12) als auch mit dem auf der Zwischenwelle (13) sitzenden zweiten Zwischenrad (16) im Zahneingriff steht.
3. Elektromechanischer Antrieb (25) nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass das zweite Zahnrad (12) und das zweite Zwischenrad über zwei Umkehrräder (17, 24) und eine zweite Zwischenwellen (14) miteinander wirkverbunden sind, wobei die Umkehrräder (17, 24) auf der zweiten Zwischenwelle (14) sitzen, wobei das zweite Zahnrad (12) mit dem ersten Umkehrrad (17) und das zweite Zwischenrad (16) mit dem zweiten Umkehrrad (24) im Zahneingriff steht und wobei das erste Umkehrrad (17) und das zweite Umkehrrad (24) über die zweite Zwischenwelle (14) miteinander gekoppelt sind.
4. Elektromechanischer Antrieb (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehsinn wenigstens einer der elektrischen Maschinen (2, 3) in eine zur ersten Drehrichtung um die Rotationsachse entgegengesetzte zweite Drehrichtung umschaltbar ist.
5. Elektromechanische Antrieb (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine schaltbare dritte mechanischen Wirkverbindung zwischen der ersten elektrischen Maschine (2) und der zweiten elektrischen Maschine (3) ausgebildet ist, wobei die dritte mechanische Wirkverbindung über die dritte Kupplung (7) zwischen den Antriebswellen (9, 10) schaltbar ist.
6. Elektromechanische Antrieb (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine schaltbare vierte mechanische Wirkverbindung zwischen der zweiten elektrischen Maschine (3) und dem Abtrieb (8) ausgebildet ist, welche durch eine Koppelung der dritten Wirkverbindung mit der ersten
Wirkverbindung herstellbar ist.
7. Elektromechanischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (11 ) und die erste Antriebswelle (9) über die erste Kupplung (5) oder das erste Zwischenrad (15) und die Zwischenwelle (13) über die erste Kupplung (5) und/oder das zweite Zahnrad (12) und die zweite Antriebswelle (10) über die zweite Kupplung (6) alternativ das wenigstens eine Umkehrrad (17, 24) oder das zweite Zwischenrad (16) und die Zwischenwelle (13) über die zweite Kupplung (6) miteinander wirkverbunden sind.
8. Elektromechanischer Antrieb (1 ) zumindest mit:
- einer ersten elektrischen Maschine (2) mit einer ersten Rotorwelle (20) und einer zweiten elektrischen Maschine (3) mit einer zweiten Rotorwelle (21 )
- einer ersten Kupplung (5), einer zweiten Kupplung (6) sowie einer dritten Kupplung (7)
- einem Abtrieb (8)
- einer schaltbaren ersten mechanischen Wirkverbindung zwischen der
ersten elektrischen Maschine (2) und dem Abtrieb (8) - einer schaltbaren zweiten mechanischen Wirkverbindung zwischen der zweiten elektrischen Maschine (3) und dem Abtrieb (8)
wobei
- die erste mechanische Wirkverbindung durch eine an die erste Rotorwelle (20) der ersten elektrischen Maschine (2) angeschlossene erste
Antriebswelle (9), durch ein mit der ersten Antriebswelle (9)
wirkverbundenes erstes Zahnrad (11 ), durch ein auf einer Zwischenwelle (13) sitzendes und mit dem ersten Zahnrad (11 ) im Zahneingriff stehendes erstes Zwischenrad (15) und durch ein auf der Zwischenwelle (13) sitzendes sowie mit einem Antriebsrad (19) des Abtriebs (8) im
Zahneingriff stehendes Abtriebsrad (18) und die der ersten Wirkverbindung zugeordnete erste Kupplung gebildet ist,
und wobei
- die zweite mechanische Wirkverbindung zumindest durch eine an die
zweite Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine (3) angeschlossene zweite Antriebswelle (10), durch ein mit der zweiten Antriebswelle (10) wirkverbundenes zweites Zahnrad (12), durch ein auf der Zwischenwelle sitzendes und mit dem zweiten Zahnrad (12) wirkverbundenes zweites Zwischenrad (16) sowie durch das mit dem Antriebsrad (19) des Abtriebs (8) im Zahneingriff stehende Abtriebsrad (18) sowie durch die der zweiten Wirkverbindung zugeordnete zweite Kupplung gebildet ist,
wobei
- in der ersten mechanischen Wirkverbindung die erste Kupplung (5)
eingerückt und die zweite Kupplung (6) sowie die dritte Kupplung (7) ausgerückt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Wirkverbindung die zweite Kupplung (6) eingerückt ist sowie die erste Kupplung (5) und die dritte
Kupplung (7) ausgerückt sind.
9. Elektromechanische Antrieb (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten mechanischen Wirkverbindung die Antriebswellen (9, 10) über die dritte Kupplung (7) miteinander wirkverbunden sind sowie in einer vierten mechanischen Wirkverbindung die dritte Wirkverbindung mit der ersten Wirkverbindung gekoppelt ist, wobei in der vierten Wirkverbindung die erste Kupplung (5) und die dritte Kupplung (7) eingerückt sind und die zweite Kupplung (6) ausgerückt ist.
10. Elektromechanischer Antrieb (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kupplungen (5, 6, 7) ein Freilauf (5A, 6A, 7A) ist, welcher in Abhängigkeit der Drehrichtung wenigstens einer der Antriebswellen (9, 10) um die Rotationsachse der wenigstens einen der Antriebswellen (9, 10) selbst koppelnd bzw. selbst entkoppelnd ausgeführt ist.
11. Elektromechanischer Antrieb (1 ) nach Anspruch 8, in dem die Kupplungen (5, 6, 7) Freiläufe (5A, 6A, 7A) sind.
12. Elektromechanischer Antrieb (1 ) nach Anspruch 10 oder 11 , in dem
wenigstens einer der Freiläufe (5A) wahlweise in die eine und die andere in die andere Drehrichtung der gegensinnigen Drehrichtungen um die
Rotationsachse wenigstens einer dieser Antriebswellen (9, 10) sowohl koppelbar und als auch entkoppelbar ist.
13. Elektromechanischer Antrieb (1 ) nach Anspruch 8, 9, 10, 11 oder 12, in dem wenigstens eine der elektrischen Maschinen (2, 3) zumindest zeitweise einen gegensinnigen Drehsinn zur anderen der elektrischen Maschinen (2, 3) aufweist, wobei der Drehsinn der jeweiligen Maschine eine erste Drehrichtung um die Rotationsachse der Rotorwelle (20, 21 ) der wenigstens einen elektrischen Maschine (2, 3) ist, wenn in Verlaufsrichtung der Rotationsachse auf eine Frontseite (22, 23) dieser einen elektrischen Maschine (2, 3) geblickt wird, und wobei die Frontseite (22, 23) die Seite der elektrischen Maschine ist, an der eine der Antriebswellen (9, 10) an diese Rotorwelle (20, 21 )
angeschlossen ist, wobei sich die elektrischen Maschinen (2, 3) mit den Frontseiten (22, 23) einander zugewandt und koaxial mit den Rotationsachsen der Rotorwellen (20, 21 ) zueinander ausgerichtet einander gegenüber liegen und wobei der Drehsinn wenigstens einer der elektrischen Maschinen (2, 3) in eine zur ersten Drehrichtung um die Rotationsachse entgegengesetzte zweite Drehrichtung umschaltbar ist.
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