WO2024008719A1 - Elektrische antriebsanordnung für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2024008719A1
WO2024008719A1 PCT/EP2023/068396 EP2023068396W WO2024008719A1 WO 2024008719 A1 WO2024008719 A1 WO 2024008719A1 EP 2023068396 W EP2023068396 W EP 2023068396W WO 2024008719 A1 WO2024008719 A1 WO 2024008719A1
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gear set
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clutch element
differential
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Patrick KNIESS
Martin Brehmer
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Zf Friedrichshafen Ag
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Definitions

  • Electric drive arrangement for a vehicle The present invention relates to an electric drive arrangement for a vehicle with an electric machine with a rotor shaft for driving at least a first output shaft and a second output shaft via at least one gear, the gear being a differential gear radially inside the rotor shaft is arranged and several planetary gear sets are provided, the rotor shaft and the planetary gear sets as well as the output shafts being arranged coaxially with one another and the rotor shaft being connected to the differential gear for differential operation.
  • a torque-limiting clutch arrangement for an electric drive with an electric machine and with a differential gear as well as several planetary gear sets for driving two assigned output shafts is known.
  • a rotor shaft of the electrical machine is designed as a hollow shaft, with the differential gear being arranged inside the hollow shaft and being connected to the rotor shaft.
  • the torque-limiting clutch is arranged between the differential gear and the associated planetary gear sets, which prevents the transmission of excessive torque to the drive train.
  • the present invention is based on the object of proposing an electric drive arrangement and a vehicle with the drive arrangement, with which a controllable individual wheel drive and also a differential operation of the output shafts can be realized in a particularly space-saving and cost-effective manner. This task is solved by the features of patent claims 1 and 10. Advantageous and claimed further developments result from the subclaims and the description as well as the drawings.
  • An electric drive arrangement for a vehicle with an electric machine with a rotor shaft for driving at least a first output shaft and a second output shaft via at least one transmission is thus proposed.
  • a differential gear is arranged radially within the rotor shaft as a gear and a plurality of planetary gear sets are provided, the rotor shaft and the planetary gear sets as well as the output shafts being arranged coaxially to one another and the rotor shaft being connected to the differential gear for differential operation.
  • the rotor shaft can be connected to the first output shaft via a first coupling element with at least one planetary gear set for individual wheel drive, and that the rotor shaft can be connected via a second coupling element at least one planetary gear set for individual wheel drive can be connected to the second output shaft and that the differential gear connected to the rotor shaft can be connected to the first output shaft and the second output shaft via the first clutch element and the second clutch element for differential operation via the planetary gear sets.
  • the proposed electric drive arrangement torque-directed control of the output shafts (torquevectoring) as well as slip control on the output shafts via the rotor shaft of the electric machine and also differential operation of both output shafts are made possible in a particularly compact design.
  • the rotor shaft is, for example, connected to a differential cage or the like of the differential gear and can be connected to one of the balance shafts of the differential gear via a third coupling element.
  • a differential lock can also be implemented by providing braking of the coupled elements of the differential gear via the third coupling element.
  • the proposed drive arrangement provides that a first end of the rotor shaft is connected to the first via the first coupling element and via at least a first planetary gear set and a second downstream planetary gear set or the like.
  • th output shaft can be connected and that a second end of the rotor shaft can be connected to the second output shaft via the second coupling element and via at least a third planetary gear set and a fourth downstream planetary gear set or the like.
  • the drive torque can be provided on both sides of the rotor shaft via the respective assigned planetary gear sets on the respective output shaft in a very compact manner.
  • At least one element of the planetary gear sets can be fixed via an assigned switching element.
  • several switching elements can be assigned to the planetary gear sets, so that several transmission stages can be implemented in the single-wheel drive on each output shaft and also in the differential operation.
  • the proposed electrical drive arrangement provides that at least the first coupling element and the second coupling element each have several switching positions in order to implement the different operating modes in the proposed drive arrangement. It is provided here that the two clutch elements are switched synchronously, which means that, apart from the switching position of the differential lock, they are always in the same switching position. The switching position for the differential lock is only required on one of the two clutch elements.
  • the first clutch element and the second clutch element are designed as a frictional shift claw or the like, while the third clutch element is designed as a frictional multi-plate clutch in order to achieve braking between the elements of the differential gear to be coupled to one another.
  • the switching elements assigned to the planetary gear sets can preferably be brake elements that are designed as friction-locking multi-disc brakes.
  • FIG. 1 a schematic view of a possible embodiment variant of an electric drive arrangement according to the invention in a vehicle as an electric drive axle; 2 shows a schematic partial view of the drive arrangement in a first switching position of a first clutch element, also exemplarily for a first switching position of a second clutch element; 3 shows a schematic partial view of the drive arrangement in a second switching position of the first coupling element, exemplary of a second switching position of the second coupling element; 4 shows a schematic partial view of the drive arrangement in a third switching position of the first coupling element as an example of a third switching position of the second coupling element; and FIG. 5 shows a schematic partial view of the drive arrangement in a fourth switching position of the first clutch element.
  • the electric drive arrangement includes an electric machine EM with a rotor shaft 2 for driving a first output shaft 3 and a second output shaft 4 via at least one gear.
  • a gear a differential gear 5 is arranged radially within the rotor shaft 2, which is designed, for example, as a hollow shaft.
  • several planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4 are provided as transmissions, with the rotor shaft 2 and the planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4 as well as the output shafts 3, 4 being arranged coaxially to one another.
  • the rotor shaft 2 is centrally connected to a differential carrier 6 of the differential gear 5 for differential operation. Furthermore, the rotor shaft 2 can be connected to the first output shaft 3 via the first coupling element K1 with a first planetary gear set RS1 and a downstream second planetary gear set RS2 for individual wheel drive. In addition, the rotor shaft 2 can be connected to the second output shaft 4 via the second coupling element K2 with a third planetary gear set RS3 and a downstream fourth planetary gear set RS4 for individual wheel drive.
  • the differential gear 5 connected to the rotor shaft 2 can be connected to the first output shaft 3 and the second output shaft 4 via the first clutch element K1 and the second clutch element K2 for differential operation via the planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4.
  • a first end 7 of the rotor shaft 2 can be connected to the first output shaft 3 via the first coupling element K1 and via the first planetary gear set RS1 and the second downstream planetary gear set RS2, while a second end 8 of the rotor shaft 2 via the second clutch element K2 and the third planetary gear set RS3 and the fourth downstream planetary gear set RS4 can be connected to the second output shaft 4.
  • the first end 7 of the rotor shaft 2 can be connected to a sun gear SR1 of the first planetary gear set RS1 via the first switching element K1, and that a ring gear HR1 of the first planetary gear set RS1 can be connected to a housing 11 via a first braking element B1 that a planetary gear carrier PT1 of the first planetary gear set RS1 is connected to a sun gear SR2 of the second planetary gear set RS2, that a ring gear HR2 of the second planetary gear set RS2 is connected to the housing 11 and that a planetary gear carrier PT2 of the second planetary gear set RS2 is connected to the first Output shaft 3 is connected.
  • the second end 8 of the rotor shaft 2 can be connected via the second switching element K2 to a sun gear SR3 of the third planetary gear set RS3, with a ring gear HR3 of the third planetary gear set RS3 being connectable to the housing 11 via a second braking element B2, with a planet gear carrier PT3 of the third Planetary gear set RS3 is connected to a sun gear SR4 of the fourth planetary gear set RS4, a ring gear HR4 of the fourth planetary gear set RS4 being connected to the housing 11 and a planetary gear carrier PT4 of the fourth planetary gear set RS4 being connected to the second output shaft 4.
  • the same switching positions are always set for the first clutch element K1 and the second clutch element K2, apart from a fourth switching position D for the differential lock.
  • a first switching position A of the first clutch element K1 an individual wheel drive is provided via the first planetary gear set RS1 and the second planetary gear set RS2 on the first output shaft 3, that in a first switching position A of the second clutch element K2, an individual wheel drive is provided.
  • the switching positions of the first coupling element K1 shown in FIGS. 2 to 5 are explained below as representative of the corresponding switching positions of the second coupling element K2.
  • the coupling elements K1 and K2 are advantageously designed as positive shifting claws. 2 shows the first switching position A of the first clutch element K1, in which the sun gear SR1 of the first planetary gear set RS1 is connected to the first end 5 of the rotor shaft 2 for individual wheel drive on the first output shaft 3. Accordingly, in the first switching position A of the second clutch element K2, the sun gear SR3 of the third planetary gear set RS3 is connected to the second end 6 of the rotor shaft 2 for individual wheel drive on the second output shaft 4.
  • FIG. 3 shows the second switching position B of the first clutch element K1, in which the first planetary gear set RS1 and the second planetary gear set RS2 are decoupled from the rotor shaft 2. Accordingly, in the second switching position B of the second clutch element K2, the third planetary gear set RS3 and the fourth planetary gear set RS4 are decoupled from the rotor shaft 4. 4 shows the third switching position C of the first clutch element K1, in which the sun gear SR1 of the first planetary gear set RS1 is connected to the first balancing shaft 9 of the differential gear 5 for differential operation.
  • the sun gear SR3 of the third planetary gear set RS3 is connected to a second balancer shaft 10 of the differential gear 5 for differential operation.
  • 5 shows the fourth switching position D of the first clutch element K1, in which the sun gear SR1 of the first planetary gear set RS1, which is connected to the first balance shaft 9 of the differential gear 5, is connected via the third clutch element K3 to the differential basket 6 of the differential gear 5 to implement a differential lock is connectable. Since the differential lock only needs to be switched on one side of the differential gear 5, there is no fourth switching position in the second clutch element K2. It is possible to implement the differential lock on the right side, i.e. on the second balancer shaft 10.
  • a multi-plate clutch is preferably used as the third clutch element K3 in order to enable the rotating elements in the differential gear 5 to be braked.
  • the first brake element B1 on the first planetary gear set RS1 and the second brake element B2 on the third planetary gear set RS3 are each designed as a multi-disc brake.

Abstract

Es wird eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug (1) mit einer elektrischen Maschine (EM) mit einer Rotorwelle (2) zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle (3) und einer zweiten Abtriebswelle (4) über zumindest ein Getriebe vorgeschlagen, wobei als Getriebe ein Differentialgetriebe (5) radial innerhalb der Rotorwelle (2) angeordnet ist und mehrere Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) vorgesehen sind, wobei die Rotorwelle (2) und die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) sowie die Abtriebswellen (3, 4) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die Rotorwelle (2) mit dem Differentialgetriebe (5) zum Differentialbetrieb verbunden ist, wobei die Rotorwelle (2) über ein erstes Kupplungselement (K1) mit zumindest einem Planetenradsatz (RS1, RS2) zum Einzelradantrieb mit der ersten Abtriebswelle (3) verbindbar ist, wobei die Rotorwelle (2) über ein zweites Kupplungselement (K2) mit zumindest einem Planetenradsatz (RS3, RS4) zum Einzelradantrieb mit der zweiten Abtriebswelle (4) verbindbar ist, und wobei das mit der Rotorwelle (2) verbundene Differentialgetriebe (5) über das erste Kupplungselement (K1) und das zweite Kupplungselement (K2) zum Differentialbetrieb über die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) mit der ersten Abtriebswelle (3) und der zweiten Abtriebswelle (4) verbindbar ist. Ferner wird ein Fahrzeug (1) mit der elektrischen Antriebsanordnung vorgeschlagen.

Description

Elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahr- zeug mit einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle über zumindest ein Ge- triebe, wobei als Getriebe ein Differentialgetriebe radial innerhalb der Rotorwelle an- geordnet ist und mehrere Planetenradsätze vorgesehen sind, wobei die Rotorwelle und die Planetenradsätze sowie die Abtriebswellen koaxial zueinander angeordnet sind und wobei die Rotorwelle mit dem Differentialgetriebe zum Differentialbetrieb verbunden ist. Beispielsweise aus der Druckschrift US 20200124149 A1 ist eine drehmomentbe- grenzende Kupplungsanordnung für einen elektrischen Antrieb mit einer elektrischen Maschine und mit einem Differentialgetriebe sowie mehreren Planetenradsätzen zum Antrieb von zwei zugeordneten Abtriebswellen bekannt. Eine Rotorwelle der elektri- schen Maschine ist als Hohlwelle ausgebildet, wobei im Inneren der Hohlwelle das Differentialgetriebe angeordnet ist und mit der Rotorwelle verbunden ist. Zwischen dem Differentialgetriebe und den zugeordneten Planetenradsätzen ist die drehmo- mentbegrenzende Kupplung angeordnet, die die Übertragung eines übermäßigen Drehmoments auf den Antriebsstrang verhindert. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Antriebsan- ordnung sowie ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung vorzuschlagen, mit denen besonders bauraumgünstig und kostengünstig ein ansteuerbarer Einzelradantrieb und zudem ein Differentialbetrieb der Abtriebswellen realisiert werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw.10 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü- chen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Somit wird eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einer elektri- schen Maschine mit einer Rotorwelle zum Antrieb zumindest einer ersten Ab- triebswelle und einer zweiten Abtriebswelle über zumindest ein Getriebe vorgeschla- gen, wobei als Getriebe ein Differentialgetriebe radial innerhalb der Rotorwelle ange- ordnet ist und mehrere Planetenradsätze vorgesehen sind, wobei die Rotorwelle und die Planetenradsätze sowie die Abtriebswellen koaxial zueinander angeordnet sind und wobei die Rotorwelle mit dem Differentialgetriebe zum Differentialbetrieb ver- bunden ist. Um bei dieser bauraumsparenden Anordnung sowohl ein Einzelradan- trieb als auch ein Differentialbetrieb zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die Ro- torwelle über ein erstes Kupplungselement mit zumindest einen Planetenradsatz zum Einzelradantrieb mit der ersten Abtriebswelle verbindbar ist, dass die Rotorwelle über ein zweites Kupplungselement mit zumindest einem Planetenradsatz zum Einzelrad- antrieb mit der zweiten Abtriebswelle verbindbar ist und dass das mit der Rotorwelle verbundene Differentialgetriebe über das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement zum Differentialbetrieb über die Planetenradsätze mit der ersten Abtriebswelle und der zweiten Abtriebswelle verbindbar ist. Auf diese Weise werden mit der vorgeschlagenen elektrischen Antriebsanordnung eine drehmomentgerichtete Ansteuerung der Abtriebswellen (torquevectoring) sowie ein Schlupfkontrolle an den Abtriebswellen über die Rotorwelle der elektrischen Ma- schine und zudem ein Differentialbetrieb beider Abtriebswellen konstruktiv besonders kompakt ermöglicht. Um den Differentialbetrieb konstruktiv einfach bei der vorgeschlagenen elektrischen Antriebsanordnung zu realisieren, ist beispielsweise die Rotorwelle mit einem Diffe- rentialkorb oder dergleichen des Differentialgetriebes verbunden und über ein drittes Kupplungselement mit einer der Ausgleichswellen des Differentialgetriebes verbind- bar. Auf diese Weise ist neben dem Differentialbetrieb mit der vorgeschlagenen elektrischen Antriebsanordnung auch eine Differentialsperre realisierbar, in dem über das dritte Kupplungselement eine Abbremsung der miteinander gekoppelten Elemen- te des Differentialgetriebes vorgesehen wird. Für den jeweils an jeder Abtriebswelle vorgesehene Einzelradantrieb ist bei der vor- geschlagenen Antriebsanordnung vorgesehen, dass ein erstes Ende der Rotorwelle über das erste Kupplungselement und über zumindest einen ersten Planetenradsatz sowie einen zweiten nachgeschalteten Planetenradsatz oder dergleichen mit der ers- ten Abtriebswelle verbindbar ist und dass ein zweites Ende der Rotorwelle über das zweite Kupplungselement und über zumindest einen dritten Planetenradsatz sowie einen vierten nachgeschalteten Planetenradsatz oder dergleichen mit der zweiten Abtriebswelle verbindbar ist. Auf diese Weise kann das Antriebsmoment beidseitig an der Rotorwelle über die jeweils zugeordneten Planetenradsätze an der jeweiligen Abtriebswelle konstruktiv sehr kompakt bereitgestellt werden. Um zumindest eine Übersetzungsstufe an den Abtriebswellen bei den vorgesehenen Einzelradantrieben zur Verfügung zu stellen, ist zumindest ein Element der Planeten- radsätze über ein zugeordnetes Schaltelement festsetzbar. Beispielsweise ist es auch möglich, dass mehrere Schaltelemente den Planetenradsätzen zugeordnet sind, sodass auch mehrere Übersetzungsstufen bei dem Einzelradantrieb an jeder Abtriebswelle und auch bei dem Differentialbetrieb realisiert werden können. Für eine kompakte und kostengünstige Bauweise ist bei der vorgeschlagenen elektri- schen Antriebsanordnung vorgesehen, dass zumindest das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement jeweils mehrere Schaltstellungen aufweisen, um die verschiedenen Betriebsweisen bei der vorgeschlagenen Antriebsanordnung zu realisieren. Hierbei ist vorgesehen, dass die beiden Kupplungselemente synchron geschaltet werden, dies bedeutet, dass sich diese, abgesehen von der Schaltstellung der Differentialsperre, immer in derselben Schaltstellung befinden. Die Schaltstellung für die Differentialsperre ist nur an einem der beiden Kupplungselemente erforderlich. Demzufolge wird in einer ersten Schaltstellung des ersten Kupplungselements und des zweiten Kupplungselements jeweils ein Einzelradantrieb über die zugeordneten Planetenradsätze an den Abtriebswellen realisiert. In einer zweiten Schaltstellung des ersten Kupplungselements und des zweiten Kupplungselements wird eine Neut- ralstellung zum Entkoppeln der beiden Abtriebswellen realisiert. In einer dritten Schaltstellung der beiden Kupplungselemente wird ein Differentialbetrieb an den bei- den Abtriebswellen über die zugeordneten Planetenradsätze realisiert. Schließlich wird in einer vierten Schaltstellung des ersten Kupplungselements oder des zweiten Kupplungselements eine Differentialsperre bei der vorgeschlagenen Antriebsanord- nung realisiert. Vorzugsweise werden bei der vorgeschlagenen elektrischen Antriebsanordnung das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement als reibschlüssige Schaltklaue oder dergleichen ausgeführt, während das dritte Kupplungselement als reibschlüssige Lamellenkupplung ausgeführt ist, um eine Abbremsung zwischen den miteinander zu koppelenden Elementen des Differentialgetriebes zu realisieren. Die den Planetenradsätzen zugeordneten Schaltelemente können vorzugsweise Brem- selemente sein, die als reibschlüssige Lamellenbremse ausgeführt sind. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Fahrzeug mit zu- mindest einer vorbeschriebenen elektrischen Antriebsanordnung gelöst. Hieraus er- geben sich die bereits beschriebenen Vorteile und weitere Vorteile. Somit wird ein Fahrzeug mit zumindest einer drehmomentgerichtet antreibbaren elektrischen Achse zum Antreiben der daran gelagerten Fahrzeugräder realisiert. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläu- tert. Es zeigen: Fig.1 eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfin- dungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung bei einem Fahrzeug als elekt- rische Antriebsachse; Fig.2 eine schematische Teilansicht der Antriebsanordnung in einer ersten Schalt- stellung eines ersten Kupplungselements exemplarisch auch für eine erste Schaltstellung eines zweiten Kupplungselements; Fig.3 eine schematische Teilansicht der Antriebsanordnung in einer zweiten Schalt- stellung des ersten Kupplungselements exemplarisch für eine zweite Schalt- stellung des zweiten Kupplungselements; Fig.4 eine schematische Teilansicht der Antriebsanordnung in einer dritten Schalt- stellung des ersten Kupplungselements exemplarisch für eine dritte Schaltstel- lung des zweiten Kupplungselements; und Fig.5 eine schematische Teilansicht der Antriebsanordnung in einer vierten Schalt- stellung des ersten Kupplungselements. In Figur 1 ist eine mögliche Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen elektri- schen Antriebsanordnung eines Fahrzeuges 1 schematisch dargestellt, während in den Figuren 2 bis 7 verschiedene Schaltstellungen eines ersten Kupplungselements K1 stellvertretend für die gleichen Schaltstellungen eines zweiten Kupplungsele- ments K2 der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung gezeigt sind. Die elektrische Antriebsanordnung umfasst eine elektrische Maschine EM mit einer Rotorwelle 2 zum Antrieb einer ersten Abtriebswelle 3 und einer zweiten Abtriebswel- le 4 über zumindest ein Getriebe. Als Getriebe ist ein Differentialgetriebe 5 radial in- nerhalb der zum Beispiel als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle 2 angeordnet. Fer- ner sind als Getriebe mehrere Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 vorgesehen, wobei die Rotorwelle 2 und die Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sowie die Abtriebswellen 3, 4 koaxial zueinander angeordnet sind. Die Rotorwelle 2 ist zentral mit einem Differentialkorb 6 des Differentialgetriebes 5 zum Differentialbetrieb verbunden. Ferner ist die Rotorwelle 2 über das erste Kupp- lungselement K1 mit einem ersten Planetenradsatzes RS1 und einem nachgeschal- teten zweiten Planetenradsatzes RS2 zum Einzelradantrieb mit der ersten Ab- triebswelle 3 verbindbar. Zudem ist die Rotorwelle 2 über das zweite Kupplungsele- ment K2 mit einem dritten Planetenradsatz RS3 und einem nachgeschalteten vierten Planetenradsatz RS4 zum Einzelradantrieb mit der zweiten Abtriebswelle 4 verbind- bar. Darüber hinaus ist das mit der Rotorwelle 2 verbundene Differentialgetriebe 5 über das erste Kupplungselement K1 und das zweite Kupplungselement K2 zum Dif- ferentialbetrieb über die Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 mit der ersten Ab- triebswelle 3 und der zweiten Abtriebswelle 4 verbindbar. Somit ist bei der vorgeschlagenen Antriebsanordnung ein erstes Ende 7 der Rotor- welle 2 über das erste Kupplungselement K1 und über den ersten Planetenradsatz RS1 sowie den zweiten nachgeschalteten Planetenradsatz RS2 mit der ersten Ab- triebswelle 3 verbindbar, während ein zweites Ende 8 der Rotorwelle 2 über das zweite Kupplungselement K2 und über den dritten Planetenradsatz RS3 sowie den vierten nachgeschalteten Planetenradsatz RS4 mit der zweiten Abtriebswelle 4 ver- bindbar ist. Im Detail ist vorgesehen, dass das erste Ende 7 der Rotorwelle 2 über das erste Schaltelement K1 mit einem Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 ver- bindbar ist, dass ein Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über ein erstes Bremselement B1 mit einem Gehäuse 11 verbindbar ist, dass ein Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit einem Sonnenrad SR2 des zweiten Pla- netenradsatzes RS2 verbunden ist, dass ein Hohlrad HR2 des zweiten Planetenrad- satzes RS2 mit dem Gehäuse 11 verbunden ist und dass ein Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit der ersten Abtriebswelle 3 verbunden ist. Ferner ist das zweite Ende 8 der Rotorwelle 2 über das zweite Schaltelement K2 mit einem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar, wobei ein Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über ein zweites Bremselement B2 mit dem Gehäuse 11 verbindbar ist, wobei ein Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 mit einem Sonnenrad SR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 verbunden ist, wobei ein Hohlrad HR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 mit dem Gehäuse 11 verbunden ist und wobei ein Planetenradträger PT4 des vierten Planetenradsatzes RS4 mit der zweiten Abtriebswelle 4 verbunden ist. Um die verschiedenen Betriebsweisen bei der elektrischen Antriebsanordnung zu realisieren, werden bei dem ersten Kupplungselement K1 und dem zweiten Kupp- lungselement K2, abgesehen von einer vierten Schaltstellung D für die Differential- sperre, immer die gleichen Schaltstellungen eingestellt. Im Detail ist vorgesehen, dass in einer ersten Schaltstellung A des ersten Kupp- lungselements K1 ein Einzelradantrieb über den ersten Planetenradsatz RS1 und den zweiten Planetenradsatz RS2 an der ersten Abtriebswelle 3 vorgesehen ist, dass in einer ersten Schaltstellung A des zweiten Kupplungselements K2 ein Einzelradan- trieb über den dritten Planetenradsatz RS3 und den vierten Planetenradsatz RS4 an der zweiten Abtriebswelle 4 vorgesehen ist, dass in einer zweiten Schaltstellung B des ersten Kupplungselements K1 und in einer zweiten Schaltstellung B des zweiten Kupplungselements K2 eine Neutralstellung zum Entkoppeln der ersten Abtriebswel- le 3 und der zweiten Abtriebswelle 4 vorgesehen ist, dass in einer dritten Schaltstel- lung C des ersten Kupplungselements K1 und in einer dritten Schaltstellung C des zweiten Kupplungselements K2 ein Differentialbetrieb an der ersten Abtriebswelle 3 und an der zweiten Abtriebswelle 4 vorgesehen ist, dass in einer vierten Schaltstel- lung D des ersten Kupplungselements K1 eine Differentialsperre über ein drittes Kupplungselement K3 vorgesehen ist, wobei das dritte Kupplungselement K3 die Rotorwelle 2 mit einer ersten Ausgleichswelle10 des Differentialgetriebes 5 verbindet. Nachfolgend werden die in den Figuren 2 bis 5 dargestellten Schaltstellungen des ersten Kupplungselements K1 stellvertretend für die entsprechenden Schaltstellun- gen des zweiten Kupplungselements K2 erläutert. Die Kupplungselement K1 und K2 werden in vorteilhafter Weise als formschlüssige Schaltklauen ausgeführt. In Figur 2 ist die erste Schaltstellung A des ersten Kupplungselements K1 gezeigt, in der das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dem ersten Ende 5 der Rotorwelle 2 zum Einzelradantrieb an der ersten Abtriebswelle 3 verbunden ist. Dementsprechend ist in der ersten Schaltstellung A des zweiten Kupplungselements K2 das Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 mit dem zweiten Ende 6 der Rotorwelle 2 zum Einzelradantrieb an der zweiten Abtriebswelle 4 verbunden. In Figur 3 ist die zweite Schaltstellung B des ersten Kupplungselements K1 gezeigt, in der der erste Planetenradsatz RS1 und der zweite Planetenradsatz RS2 von der Rotorwelle 2 entkoppelt sind. Dementsprechend sind in der zweiten Schaltstellung B des zweiten Kupplungselements K2 der dritte Planetenradsatz RS3 und der vierte Planetenradsatz RS4 von der Rotorwelle 4 entkoppelt. In Figur 4 ist die dritte Schaltstellung C des ersten Kupplungselements K1 gezeigt, in der das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit der ersten Aus- gleichswelle 9 des Differentialgetriebes 5 zum Differentialbetrieb verbunden ist. Dementsprechend ist in der dritten Schaltstellung C des zweiten Kupplungselements K2 das Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 mit einer zweiten Aus- gleichswelle 10 des Differentialgetriebes 5 zum Differentialbetrieb verbunden. In Figur 5 ist die vierte Schaltstellung D des ersten Kupplungselements K1 gezeigt, in der das mit der ersten Ausgleichswelle 9 des Differentialgetriebes 5 verbundene Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über das dritte Kupplungsele- ment K3 mit dem Differentialkorb 6 des Differentialgetriebes 5 zum Realisieren einer Differentialsperre verbindbar ist. Da die Differentialsperre lediglich auf einer Seite des Differentialgetriebes 5 geschaltet werden muss, ist bei dem zweiten Kupplungsele- ment K2 keine vierte Schaltstellung vorhanden. Es ist möglich, die Differentialsperre auch auf der rechten Seite also an der zweiten Ausgleichswelle 10 zu realisieren. Als drittes Kupplungselement K3 wird vorzugsweise eine Lamellenkupplung verwen- det, um die Abbremsung der sich drehenden Elemente bei dem Differentialgetriebe 5 zu ermöglichen. Ebenso sind das erste Bremselement B1 an dem ersten Planeten- radsatz RS1 und das zweite Bremselement B2 an dem dritten Planetenradsatz RS3 jeweils als Lamellenbremse ausgeführt.
Bezugszeichen 1 Fahrzeug 2 Rotorwelle 3 erste Abtriebswelle 4 zweite Abtriebswelle 5 Differentialgetriebe 6 Differentialkorb 7 erstes Ende der Rotorwelle 8 zweites Ende der Rotorwelle 9 erste Ausgleichswelle des Differentialgetriebes 10 zweiter Ausgleichswelle des Differentialgetriebe 11 Gehäuse A erste Schaltstellung des ersten und zweiten Kupplungselements B zweite Schaltstellung des ersten und zweiten Kupplungselements C dritte Schaltstellung des ersten und zweiten Kupplungselements D vierte Schaltstellung des ersten Kupplungselements K1 erstes Kupplungselement K2 zweites Kupplungselement K3 drittes Kupplungselement B1 erstes Bremselement B2 zweites Bremselement EM elektrische Maschine RS1 erster Planetenradsatz SR1 Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes PT1 Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes HR1 Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS2 zweiter Planetenradsatz SR2 Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes PT2 Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes HR2 Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS3 dritter Planetenradsatz SR3 Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes PT3 Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes HR3 Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS4 vierter Planetenradsatz SR4 Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes PT4 Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes HR4 Hohlrad des vierten Planetenradsatzes

Claims

Patentansprüche 1. Elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug (1) mit einer elektrischen Maschi- ne (EM) mit einer Rotorwelle (2) zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle (3) und einer zweiten Abtriebswelle (4) über zumindest ein Getriebe, wobei als Ge- triebe ein Differentialgetriebe (5) radial innerhalb der Rotorwelle (2) angeordnet ist und mehrere Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) vorgesehen sind, wobei die Rotorwelle (2) und die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) sowie die Ab- triebswellen (3, 4) koaxial zueinander angeordnet sind, und wobei die Rotorwelle (2) mit dem Differentialgetriebe (5) zum Differentialbetrieb verbunden ist, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Rotorwelle (2) über ein erstes Kupplungselement (K1) mit zumindest einem Planetenradsatz (RS1, RS2) zum Einzelradantrieb mit der ersten Abtriebswelle (3) verbindbar ist, dass die Rotorwelle (2) über ein zweites Kupplungs- element (K2) mit zumindest einem Planetenradsatz (RS3, RS4) zum Einzelradantrieb mit der zweiten Abtriebswelle (4) verbindbar ist, und dass das mit der Rotorwelle (2) verbundene Differentialgetriebe (5) über das erste Kupplungselement (K1) und das zweite Kupplungselement (K2) zum Differentialbetrieb über die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) mit der ersten Abtriebswelle (3) und der zweiten Abtriebswelle (4) verbindbar ist.
2. Elektrische Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (2) mit einem Differentialkorb (6) des Differentialgetriebes (5) verbun- den ist und dass die Rotorwelle (2) über ein drittes Kupplungselement (K3) mit einer der Ausgleichswellen (9, 10) des Differentialgetriebes (5) verbindbar ist.
3. Elektrische Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende (7) der Rotorwelle (2) über das erste Kupplungselement (K1) und über zumindest einen ersten Planetenradsatz (RS1) sowie einen zweiten nach- geschalteten Planetenradsatz (RS2) mit der ersten Abtriebswelle (3) verbindbar ist, und dass ein zweites Ende (8) der Rotorwelle (2) über das zweite Kupplungselement (K2) und über zumindest einen dritten Planetenradsatz (RS3) sowie einen vierten nachgeschalteten Planetenradsatz (RS4) mit der zweiten Abtriebswelle (4) verbind- bar ist.
4. Elektrische Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (7) der Rotorwelle (2) über das erste Schaltelement (K1) mit einem Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbindbar ist, dass ein Hohl- rad (HR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) über ein erstes Bremselement (B1) mit einem Gehäuse (11) verbindbar ist, dass ein Planetenradträger (PT1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit einem Sonnenrad (SR2) des zweiten Planetenradsat- zes (RS2) verbunden ist, dass ein Hohlrad (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit dem Gehäuse (11) verbunden ist und dass ein Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit der ersten Abtriebswelle (3) verbunden ist.
5. Elektrische Antriebsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (8) der Rotorwelle (2) über das zweite Schaltelement (K2) mit einem Sonnenrad (SR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist, dass ein Hohlrad (HR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) über ein zweites Bremselement (B2) mit dem Gehäuse (11) verbindbar ist, dass ein Planetenradträger (PT3) des drit- ten Planetenradsatzes (RS3) mit einem Sonnenrad (SR4) des vierten Planetenrad- satzes (RS4) verbunden ist, dass ein Hohlrad (HR4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) mit dem Gehäuse (11) verbunden ist und dass ein Planetenradträger (PT4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) mit der zweiten Abtriebswelle (4) verbunden ist.
6. Elektrische Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Schaltstellung (A) des ersten Kupp- lungselements (K1) ein Einzelradantrieb über den ersten Planetenradsatz (RS1) und den zweiten Planetenradsatz (RS2) an der ersten Abtriebswelle (3) vorgesehen ist, dass in einer ersten Schaltstellung (A) des zweiten Kupplungselements (K2) ein Ein- zelradantrieb über den dritten Planetenradsatz (RS3) und den vierten Planetenrad- satz (RS4) an der zweiten Abtriebswelle (4) vorgesehen ist, dass in einer zweiten Schaltstellung (B) des ersten Kupplungselements (K1) und in einer zweiten Schalt- stellung (B) des zweiten Kupplungselements (K2) eine Neutralstellung zum Entkop- peln der ersten Abtriebswelle (3) und der zweiten Abtriebswelle (4) vorgesehen ist, dass in einer dritten Schaltstellung (C) des ersten Kupplungselements (K1) und in einer dritten Schaltstellung (C) des zweiten Kupplungselements (K2) ein Differential- betrieb an der ersten Abtriebswelle (3) und an der zweiten Abtriebswelle (4) vorgese- hen ist, dass in einer vierten Schaltstellung (D) des ersten Kupplungselements (K1) oder in einer vierten Schaltstellung (D) des zweiten Kupplungselements (K2) eine Differentialsperre vorgesehen ist.
7. Elektrische Antriebsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung (A) des ersten Kupplungselements (K1) das Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit dem ersten Ende (7) der Rotorwelle (2) zum Einzelradantrieb an der ersten Abtriebswelle (3) verbunden ist, dass in der zweiten Schaltstellung (B) des ersten Kupplungselements (K1) der erste Planeten- radsatz (RS1) und der zweite Planetenradsatz (RS2) von der Rotorwelle (2) entkop- pelt ist, dass in der dritten Schaltstellung (C) des ersten Kupplungselements (K1) das Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit einer ersten Ausgleichs- welle (9) des Differentialgetriebes (5) zum Differentialbetrieb verbunden ist, und dass in der vierten Schaltstellung (D) des ersten Kupplungselements (K1) das mit der ers- ten Ausgleichswelle (9) des Differentialgetriebes (5) verbundene Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) über das dritte Kupplungselement (K3) mit dem Differentialkorb (6) des Differentialgetriebes (5) verbindbar ist.
8. Elektrische Antriebsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung (A) des zweiten Kupplungselements (K2) das Son- nenrad (SR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) mit dem zweiten Ende (8) der Ro- torwelle (2) zum Einzelradantrieb an der zweiten Abtriebswelle (4) verbunden ist, dass in der zweiten Schaltstellung (B) des zweiten Kupplungselements (K2) der dritte Planetenradsatz (RS3) und der vierte Planetenradsatz (RS4) von der Rotorwelle (2) entkoppelt ist, und dass in der dritten Schaltstellung (C) des zweiten Kupplungsele- ments (K2) das Sonnenrad (SR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) mit einer zweiten Ausgleichswelle (10) des Differentialgetriebes (5) verbunden ist.
9. Elektrische Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (K1) und das zweite Kupplungselement (K2) als formschlüssige Schaltklauen ausgeführt sind, dass das dritte Kupplungselement (K3) als reibschlüssige Lamellenkupplung ausgeführt ist, und dass das erste Bremselement (B1) und das zweite Bremselement (B2) als reib- schlüssige Lamellenbremsen ausgeführt sind.
10.Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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