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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine elektrische Antriebsachse in einem Fahrzeug.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK UND ABRISS
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Elektro- und Hybridelektrofahrzeuge nutzen elektrische Energie, um einen Motor zu betreiben, der die Antriebsachsen des Fahrzeugs antreibt. Fahrzeuge mit elektrischer Antriebsachse bilden ein Segment des Marktes für Elektro- und Hybridfahrzeuge. Elektrische Antriebsachsen können aufgrund ihres relativ kleinen Profils in einer Vielzahl von Fahrzeugplattformen eingesetzt werden.
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Bisherige elektrische Tauchachsen haben jedoch, wie der Erfinder erkannt hat, Probleme in Bezug auf die Achsanordnung und Verpackung sowie die Langlebigkeit des Getriebes aufgeworfen. So kann beispielsweise die Anordnung eines elektrischen Motors koaxial zu den Achswellen Probleme mit dem Spielraum aufwerfen und in bestimmten Szenarien Kompromisse zwischen der strukturellen Integrität der Achse und der Kompaktheit erforderlich machen. Getriebekupplungen in bestimmten elektrischen Antriebsachsen erhöhen die Komplexität des Getriebes und stellen eine Herausforderung in Bezug auf die Unterbrechung der Kraftübertragung während Schaltvorgängen dar. Aufgrund der zusätzlichen Komplexität erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass Komponenten beschädigt werden. Außerdem können die Kupplungen zu kürzeren Wartungsintervallen des Getriebes führen.
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Um zumindest einige der oben genannten Nachteile zu beheben, ist eine elektrische Antriebsachse vorgesehen. Die Antriebsachse umfasst einen Motor-Generator, ein Getriebe und ein Differential. Im Getriebe befindet sich ein Planetenradsatz mit einer Sonnenradwelle, die mit der Rotorwelle des Motors gekoppelt ist. Das Getriebe umfasst außerdem eine Zwischenwelle. Ein Zwischenrad auf der Zwischenwelle kämmt mit einem Ritzel, das im Träger der Planetenanordnung enthalten ist. Ein Abtriebszahnrad auf der Zwischenwelle kämmt mit einem Abtriebsrad (z. B. einem Kegelrad) im Differential.
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In einem anderen Beispiel kann die elektrische Antriebsachse außerdem einen Parkmechanismus umfassen. Dieser Mechanismus umfasst ein Stellglied, das die Drehung der Sonnenradwelle verhindern soll. Um diese Parksperrenfunktion zu realisieren, kann ein Parkzahnrad mit einem Abschnitt der Sonnenradwelle gekoppelt werden, der sich durch eine Öffnung im Träger erstreckt. Auf diese Weise kann die Funktionalität der Achse platzsparend um eine Parksperre erweitert werden. Die Anwendbarkeit der Antriebsachse und die Attraktivität für den Kunden können entsprechend erhöht werden.
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Es versteht sich, dass der obige Abriss dafür vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben sind. Er soll nicht dazu dienen, wichtige oder essenzielle Merkmale des beanspruchten Gegenstands, dessen Schutzumfang durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird, zu bezeichnen. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnte Nachteile beheben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Achssystem.
- 2 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Beispiel einer elektrischen Antriebsachse.
- 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Sonnenradwellenanordnung, die in der in 2 dargestellten elektrischen Antriebsachse enthalten ist.
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Beispiels einer elektrischen Antriebsachse.
- 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Sonnenradwellenanordnung, die in der in 4 dargestellten elektrischen Antriebsachse enthalten ist.
- 6 zeigt eine Querschnittsansicht der Sonnenradwelle und des Differentials, die in der in 4 dargestellten elektrischen Antriebsachse enthalten sind.
- 2-6 sind annähernd maßstabgerecht gezeichnet. In anderen Ausführungsformen können jedoch andere relative Abmessungen verwendet werden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Hierin wird eine elektrische Antriebsachse beschrieben. In der Antriebsachse ist ein Getriebe (z. B. ein dreistufiges Untersetzungsgetriebe) effizient in die Achsbaugruppe integriert. Das Getriebe umfasst eine Planetenanordnung, die drehbar mit einer Rotorwelle in einem elektrischen Motor-Generator gekoppelt ist. Beim Planetenradsatz dient ein Sonnenrad als Eingang und ein Träger mit einem Ritzel als Ausgang des Planetenradsatzes. Das Ritzel des Trägers kämmt mit einem Zwischenrad auf einer Zwischenwelle. Auf der Zwischenwelle befindet sich zusätzlich ein Abtriebsrad, das mit einem Kegelrad in einem Differential kämmt. Durch die direkte Kopplung des Planetenradsatzes mit der Rotorwelle kann das Getriebe eine bestimmte Übersetzung erreichen. Durch die Bereitstellung einer Leerlaufwelle mit einem Zwischenrad, das in die Planetenanordnung eingreift, kann die Achse außerdem eine parallele Motorkonfiguration aufweisen (eine Anordnung, bei der die Drehachse des Motors parallel zur Drehachse des Differentials verläuft). Die parallele Anordnung der Motoren ermöglicht eine Entkopplung der Motorkonstruktion von bestimmten Achsaufbauten im Vergleich zu Achsen mit koaxial zu den Achswellen angeordneten Motoren. Das Getriebe kann außerdem einen Parkmechanismus mit einem Parkzahnrad enthalten, das mit einem Sonnenradwellenabschnitt gekoppelt ist, der sich durch eine zentrale Trägeröffnung erstreckt. Auf diese Weise lässt sich die Funktionalität der Achse um eine Parksperre mit einer kompakten Parkbaugruppe erweitern. Dies führt zu einer Verringerung des Platzbedarfs der Antriebsachse für andere Fahrzeugsysteme.
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1 veranschaulicht ein Fahrzeug 100 mit einer elektrischen Antriebsachse 102. Bei dem Fahrzeug 100 kann es sich um ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug handeln, bei dem eine oder mehrere elektrische Antriebsachsen für die Erzeugung von Antriebsleistung verwendet werden. Es wurden auch Hybridfahrzeuge entwickelt, bei denen ein Verbrennungsmotor zusammen mit einer elektrischen Antriebsachse für die Erzeugung von Antriebsleistung verwendet wird. So kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor eine zweite Achse des Fahrzeugs antreiben. Es wurden jedoch zahlreiche Konzepte für Hybridfahrzeuge erwogen. Es versteht sich, dass das Fahrzeug 100 eine Vielzahl von Formen annehmen kann, wie z. B. ein Personenfahrzeug, ein Geländewagen, ein leichtes Nutzfahrzeug, ein mittelschweres Nutzfahrzeug, ein schweres Nutzfahrzeug und dergleichen. Obwohl das Fahrzeug in 1 schematisch dargestellt ist, kann das Fahrzeug strukturelle Merkmale aufweisen, die in der schematischen Darstellung nicht erfasst werden.
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In 1 sowie in den 2-6 ist ein Achsensystem als Referenz dargestellt. Das Achsensystem umfasst eine z-Achse, eine y-Achse und eine x-Achse. Die z-Achse kann parallel zu einer Schwerkraftachse verlaufen, die x-Achse kann eine Querachse sein und/oder die y-Achse kann eine Längsachse sein. Die Achsen können in anderen Beispielen jedoch auch andere Ausrichtungen aufweisen.
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Bei der elektrischen Antriebsachse 102 kann es sich um eine Starrachse handeln, die gewichtsbelastet ist. Die Starrachse umfasst einen Satz Räder, die seitlich durch Achswellen verbunden sind. Genauer kann die Starrachse eine durchgehende Struktur aufweisen, die sich zwischen den Rädern erstreckt, damit der Sturzwinkel zwischen den Rädern im Wesentlichen gleich bleibt, während sich die Achse durch den Federweg des Aufhängungssystems bewegt. Eine elektrifizierte Starrachse kann die Haltbarkeit des Antriebsstrangs des Fahrzeugs erhöhen und im Vergleich zu anderen Aufhängungskonstruktionen, wie z. B. Einzelradaufhängungen, Vorteile in Bezug auf Traktion und Bremsen bieten. So können z. B. Starrachsen im Vergleich zu Fahrzeugen mit Einzelradaufhängung eine längere Lebensdauer und eine höhere Tragfähigkeit aufweisen und eine größere Beweglichkeit ermöglichen.
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Bei der elektrischen Antriebsachse 102 kann es sich um eine Vorder- oder Hinterachse handeln, die in einigen Ausführungsformen lenkbar oder in anderen Ausführungsformen nicht lenkbar ist. In jeder dieser Ausführungsformen kann der elektrische Motor-Generator in der Antriebsachse in Bezug auf die x-Achse längs versetzt zu den Wellenabschnitten (z. B. Halbwellen) 104, 106 angeordnet sein. Die Anordnung des elektrischen Motor-Generators in Längsrichtung versetzt zu den Wellenabschnitten ermöglicht eine platzsparende Integration des Motors in die Antriebsachse. In anderen Ausführungsformen kann der elektrische Motor-Generator jedoch axial zu den Wellenabschnitten ausgerichtet sein.
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Die elektrische Antriebsachse 102 umfasst eine elektrische Maschine 108 (z. B. einen Motor-Generator oder Motor). Die elektrische Maschine 108 umfasst einen Rotor 110 mit einer Welle 111 und einen Stator 112, die während des Betriebs elektromagnetisch zusammenwirken, um eine Drehleistung zu erzeugen und, im Beispiel des Motor-Generators, während des Generatorbetriebs elektrische Energie zu erzeugen. Der Rotor und der Stator in den Maschinen können Komponenten wie Statorwicklungen, Rotorbleche, Rotorwicklungen, elektrische Schnittstellen, Magnete usw. enthalten, um die oben genannten Funktionen zu erreichen. Eine Energiespeichervorrichtung 114 (z. B. eine Batterie, ein Kondensator usw.) kann elektrisch mit der elektrischen Maschine 108 gekoppelt sein und daher Energie an die elektrische Maschine 108 übertragen und in der Motor-Generator-Konfiguration Energie von ihr empfangen.
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Eine Reihe verschiedener geeigneter Elektromotorkonfigurationen kann abhängig von den Endanwendungs-Designzielen verwendet werden. So sind zum Beispiel Wechselstrom(AC)-motoren vorgesehen. Wechselstrommotoren können aufgrund ihres höheren Wirkungsgrads bei der Energieumwandlung, ihrer höheren Leistungsdichte, ihrer größeren Zuverlässigkeit und ihres geringeren Wartungsaufwands eingesetzt werden, was zumindest teilweise auf die Verringerung (z. B. Vermeidung) des mechanischen Verschleißes zwischen Stator und Rotor sowie auf die regenerative Bremseffizienz im Vergleich zu Gleichstrommotoren zurückzuführen ist. Allerdings können in einigen Fällen auch Varianten mit Gleichstrommotoren verwendet werden. AC-Motortypen schließen Motoren der asynchronen (z.B. solche mit Käfigläufern und mit Wickelläufern) und der synchronen Art ein. In bestimmten Ausführungsformen können Synchronmotoren mit drei, sechs oder neun Phasen verwendet werden. Zu den Arten von Mehrphasenmotoren, die eingesetzt werden können, gehören Permanentmagnet-, Synchron-Reluktanz-, Synchron-Induktions- und Hysteresemotoren. In einem Anwendungsfall kann ein Permanentmagnet- oder ein anderer geeigneter Synchron-Wechselstrommotor aufgrund seines hohen Umwandlungswirkungsgrades eingesetzt werden. In anderen Fällen kann jedoch ein Induktions-Wechselstrommotor aufgrund seiner geringeren Komponentenkosten im Vergleich zu Permanentmagnetmotoren verwendet werden, die teurere Seltenerdmetalle verwenden. Im Falle eines Wechselstrommotors kann der Motor außerdem elektrische Energie von einem Wechselrichter empfangen oder in einigen Fällen einen Wechselrichter enthalten.
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Die elektrische Antriebsachse 102 umfasst außerdem ein Getriebe 116 und ein Differential 118. In einem Antriebsmodus fließt die Leistung von der elektrischen Maschine 108 durch das Getriebe 116 und das Differential 118 zu den Antriebsrädern 120. Das Getriebe 116 ist im gezeigten Beispiel ein dreistufiges Getriebe. Durch die Verwendung eines dreistufigen Getriebes kann die Antriebsachse eine kompakte parallele Motoranordnung mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis erreichen, ohne dass die Effizienz des Achsenaufbaus übermäßig beeinträchtigt wird. In einem Anwendungsfall kann das Übersetzungsverhältnis etwa 8:1 betragen. Obwohl das Getriebe zusätzliche Stufen haben kann, gibt es auch andere Beispiele. Durch die Hinzufügung weiterer Untersetzungsstufen kann das Übersetzungsverhältnis erhöht werden, was jedoch auf Kosten der Kompaktheit des Getriebes gehen kann.
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Das Getriebe 116 umfasst einen Planetenradsatz 122 mit einer Sonnenradwelle 124. Durch die Anordnung des Planetenradsatzes 122 auf der Sonnenradwelle 124 kann das Getriebe eine gezielte Übersetzung in einem platzsparenden Gehäuse aufweisen. Durch die Anordnung des Planetenradsatzes auf der Sonnenradwelle kann der Rotor der elektrischen Maschine auch auf Belastungen durch die Planetenanordnung reagieren.
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Der Planetenradsatz 122 kann ein Hohlrad 126, Planetenräder 128, die sich auf einem Träger 130 drehen, und ein Sonnenrad 132 umfassen. Das Sonnenrad 132 kann in einem Beispiel als Eingang der Planetenanordnung fungieren. In einem solchen Beispiel dient der Träger 130 als Ausgang des Planetenrads. Es wurden jedoch auch andere Eingangs-/Abtriebsrad-Konfigurationen für den Planetenradsatz in Betracht gezogen. Zusätzlich kann das Hohlrad 126 geerdet sein. Das Hohlrad kann z. B. über ein Getriebegehäuse geerdet sein.
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Der Träger 130 enthält ein Ritzel 134. Das Ritzel 134 kann mit einem Trägerkörper verbunden (z. B. verschweißt, angeformt, eingepresst und/oder mechanisch befestigt) werden.
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Das Ritzel 134 wiederum ist drehbar mit einem Zwischenrad 138 auf einer Zwischenwelle 140 verbunden. Ein Abtriebsrad 142 auf der Zwischenwelle 140 ist mit einem Zahnrad 144 (z. B. einem Kegelrad) im Differential 118 gekoppelt. Das Differential 118 wiederum überträgt die Kraft auf die Achswellen 104, 106, die drehbar mit den Antriebsrädern 120 verbunden sind.
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Bei dem Differential 118 kann es sich um ein Kegelraddifferential handeln, das außerdem ein Gehäuse 146 umfasst, das zumindest teilweise Planetenräder, Achswellenräder und dergleichen umschließt, um eine Geschwindigkeitsdifferenzierung zwischen den Achswellen zu ermöglichen. In alternativen Beispielen können jedoch auch andere Arten von Differentialen verwendet werden, wie z. B. Planetendifferentiale, deren Herstellung, Montage und Reparatur in einigen Fällen zeitaufwändiger sein kann. Das Differential kann in einem Beispiel eine Sperrvorrichtung wie eine elektronische Sperrvorrichtung oder eine pneumatische Sperrvorrichtung enthalten. Die Sperrvorrichtung verhindert, dass die Achsendrehzahl während bestimmter Zeiträume variiert, um die Traktion des Fahrzeugs zu erhöhen.
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In der elektrischen Maschine 108 befinden sich Lager 148, die eine Rotation des Rotors ermöglichen. Wie hierin beschrieben, ist ein Lager ein Bauteil, das die Bewegung eines Bauteils einschränkt und dem Bauteil ermöglicht, sich zu drehen und auf radiale Belastungen und in einigen Fällen auf axiale Belastungen zu reagieren, wenn es sich um ein Axiallager handelt. Ein Lager kann Laufringe (Innen- und Außenlaufringe) und Rollenelemente (z. B. Kugeln, Zylinder, konische Zylinder usw.) enthalten, obwohl unter bestimmten Umständen auch Magnetlager, Gleitlager usw. verwendet werden können. Die Lager 150 sind mit der Sonnenradwelle 124, die Lager 152, 154 mit dem Planetenradsatz 122, die Lager 155 mit der Zwischenwelle 140 und die Lager 157 mit den Achswellen 104, 106 verbunden. Zur Erläuterung: Die Lager 152, 154 können an gegenüberliegenden axialen Seiten des Trägers 130 angebracht werden.
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In der Antriebsachse 102 kann außerdem ein Parkmechanismus 156 enthalten sein. Der Parkmechanismus 156 kann eine Betätigungseinheit umfassen, die elektronisch, pneumatisch und/oder hydraulisch betätigt werden kann. Die Betätigungseinheit 158 kann eine Gabel oder einen anderen Mechanismus umfassen, der so ausgelegt ist, dass er mit einem Parkzahnrad 159 zusammenwirkt, um die Bewegung des Parkzahnrad selektiv zu verhindern, was durch den Pfeil 161 gekennzeichnet ist. Die Sonnenradwelle 124 kann einen verlängerten Abschnitt 160 aufweisen, der eine zentrale Öffnung 162 im Träger 130 durchquert. Der verlängerte Abschnitt kann konzeptionell in den Parkmechanismus 156 einbezogen werden. Außerdem ist das Parkzahnrad 159 an einem ersten Ende 164 der Sonnenradwelle 124 und eine Schnittstelle 166 mit der Rotorwelle 111 am gegenüberliegenden zweiten Ende 168 der Sonnenradwelle 124 angeordnet. Auf diese Weise kann der Parkmechanismus 156 platzsparend in den Planetenradsatz integriert werden. So kann die Funktionalität des Getriebes auf kompakte Weise um eine Parksperrenfunktion erweitert werden.
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Das Getriebe 116 kann zusätzlich mit einem Schmiersystem ausgestattet sein. Bei dem Schmiersystem kann es sich um ein Zwangsschmiersystem handeln, bei dem Druckleitungen, Düsen, die Ölstrahlen erzeugen, Lager mit zirkulierendem Öl usw. zur Schmierung der Zahnräder eingesetzt werden. Alternativ kann das Schmiersystem auch eine Tauchschmierung sein.
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2 zeigt ein erstes Beispiel für eine elektrische Antriebsachse 200. Die elektrische Antriebsachse 200 ist ein Beispiel für die in 1 dargestellte Antriebsachse 102. Als solche können die Achsen gemeinsame strukturelle und/oder funktionelle Merkmale aufweisen. Auf eine wiederholte Beschreibung dieser Gemeinsamkeiten wird daher verzichtet.
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Die elektrische Antriebsachse 200 umfasst einen elektrischen Motor-Generator 202, ein Getriebe 204 und ein Differential 206. Das Getriebe 204 umfasst wiederum eine Sonnenradwelle 208 mit einem Planetenradsatz 210, ein Ritzel 212 und ein darauf angeordnetes Parkzahnrad 214. Der Planetenradsatz kann ein Hohlrad 215, einen Träger, auf dem die Planetenräder sitzen, und ein Sonnenrad umfassen. In der Planetenanordnung kämmen also die Planetenräder sowohl mit dem Hohlrad als auch mit dem Sonnenrad. Der elektrische Motor-Generator ist axial versetzt zu einer Drehachse 217 des Differentials dargestellt.
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Außerdem kann ein einteiliges Gehäuse das in 2 dargestellte Getriebe 204 umschließen. In einem solchen Beispiel kann das Hohlrad 215 durch das Gehäuse geerdet werden. Bei diesem Beispiel kann das Gehäuse eine muschelförmige Konstruktion haben, die das Getriebe und eine Parkvorrichtung umschließt.
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Das Ritzel 212 wiederum ist drehbar mit einem Zwischenrad 222 auf einer Zwischenwelle 224 verbunden. Auf der Zwischenwelle 224 befindet sich außerdem ein Abtriebsrad 226. Das Abtriebsrad 226 kämmt mit einem Differentialrad 228 (z. B. einem Kegelrad). So ist das Ritzel direkt mit dem Zwischenrad und das Abtriebsrad direkt mit dem Differentialrad gekoppelt. Das Abtriebsrad 226 ist axial näher am Motor-Generator 202 angeordnet als das Zwischenrad 222. Auf diese Weise kann das Getriebe eine kompakte Anordnung bilden.
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Das Differentialgetriebe kann Zahnräder wie Planetenräder und Achswellenräder im Differential antreiben, die die Kraft auf die Achswellen übertragen. Ein Gehäuse 229 des Differentials ist in 2 dargestellt. Das Gehäuse kann die Planetenräder im Differential aufnehmen und deren Drehen erleichtern.
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Die Lager 216, 218 können mit dem Träger oder anderen Komponenten der Planetenbaugruppe gekoppelt werden, um deren Drehung zu erleichtern. Das Lager 220 ist im Getriebe 204 vorgesehen und ist drehbar mit einer axialen Verlängerung des Parkzahnrades 214 verbunden. Die Welle des Parkzahnrades ist mit der Sonnenradwelle gekoppelt. Die Lager 221 sind mit der Zwischenwelle 224 verbunden. Die Lager 223 sind mit dem Differential 206 verbunden. Die Schnittebene A-A' zeigt die in 3 dargestellte Querschnittsansicht.
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3 zeigt eine detaillierte Darstellung der Sonnenradwelle 208 mit dem Planetenradsatz 210, der das Hohlrad 215, die Planetenräder 300 auf einem Träger 302 und ein Sonnenrad 304 umfasst. Das Ritzel 212 und das mit der Sonnenradwelle gekoppelte Parkzahnrad 214 sind in 3 näher dargestellt. Der Träger 302 weist eine Verlängerung 306 auf, auf der das Ritzel 212 sitzt. So treibt der Träger 302 die Drehung des Ritzels 212 an.
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Das Lager 220 ist mit einer ersten axialen Verlängerung 308 der des Parkzahnrades 214 verbunden. Eine zweite axiale Verlängerung 310 des Parkzahnrades 214 ist mit der Sonnenradwelle 208 verbunden. So kann das Parkzahnrad mit der Sonnenradwelle durch Einpressen, Schweißen, mechanisches Koppeln usw. verbunden werden. Ein Lager 312 kann zwischen der axialen Verlängerung 310 und einem Körper 314 des Trägers 302 angeordnet sein.
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Das Lager 218 ist mit dem Körper 314 des Trägers 302 verbunden. Die an den Planetenrädern 300 und dem Träger 302 angebrachten Lager 316 sind in 3 näher dargestellt.
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4 zeigt ein zweites Beispiel einer elektrischen Antriebsachse 400. Die elektrische Antriebsachse 400 umfasst wiederum ein Getriebe 402, das drehbar mit einem Differential 404 verbunden ist. Das Getriebe 402 umfasst eine Sonnenradwelle 406 mit einem an die Welle gekoppelten Sonnenrad eines Planetenradsatzes 408. Der Träger 409 des Planetenradsatzes enthält ein Ritzel 410, das mit einem Zwischenrad 412 auf einer Zwischenwelle 414 kämmt. Ein Abtriebsrad 416 in der Zwischenwelle kämmt mit einem Kegelrad 418 im Differential 404. Das Hohlrad 417 und die Planetenräder 419 der Planetenanordnung sind in 3 zusätzlich dargestellt.
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4 zeigt zusätzlich Planetenräder 420 und Achswellenräder 422 im Differential 404. Die Lager 424 des Differentials sind ebenso dargestellt wie die Lager 426 auf der Zwischenwelle 414 und die Lager 428, 430, 432 auf der Sonnenradwelle 406. Die Schnittebene B-B' zeigt die in 4 dargestellte Querschnittsansicht und die Schnittebene C-C' zeigt die in 6 dargestellte Querschnittsansicht.
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5 zeigt die Sonnenradwelle 406 mit dem Planetenradsatz 408. Das Ritzel 410, der Träger 409, die Planetenräder 419, das Hohlrad 417 und ein Sonnenrad 500 sind ebenfalls abgebildet. Das Sonnenrad 500 kann in einem Beispiel auf der Sonnenradwelle eingearbeitet sein. Alternativ kann das Sonnenrad auch geschweißt und/oder auf andere Weise mechanisch an der Sonnenradwelle befestigt werden. Die Lager 428, 430 und 432 sind ebenfalls in 5 dargestellt. Das Lager 432 ist mit einem Ende 502 des Trägers verbunden, das sich axial außerhalb des Ritzels 410 befindet.
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6 zeigt eine Querschnittsansicht der Sonnenradwelle 406 und der Zwischenwelle 414. Die Lager 426 befinden sich an den axial gegenüberliegenden Enden 600 der Welle 414. Das Zwischenrad 412, das mit dem Ritzel 410 kämmt, und das Abtriebsrad 416 sind axial zwischen den Lagern 426 angeordnet. Das Zwischenrad 412 kann durch Presspassung, maschinelle Einarbeitung oder auf andere Weise integral mit der Zwischenwelle 414 geformt sein.
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1-6 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn gezeigt ist, dass diese Elemente einander direkt berühren oder direkt gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als einander direkt berührend bzw. als direkt gekoppelt bezeichnet werden. Ebenso können Elemente, die aneinander angrenzend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in zumindest einem Beispiel aneinander angrenzen bzw. zueinander benachbart sein. Beispielsweise können Komponenten, die in einem Flächenkontakt miteinander stehen, als in Flächenkontakt stehend bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die nur über einen Zwischenraum voneinander getrennt sind, ohne dass andere Komponenten dazwischen liegen, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über- bzw. untereinander, auf einander gegenüberliegenden Seiten oder links bzw. rechts voneinander gezeigt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, in mindestens einem Beispiel ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements als „an der Oberseite“ der Komponente liegend bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als „an der Unterseite“ der Komponente liegend bezeichnet werden. Wie hierin verwendet, können an der Oberseite/Unterseite liegend, obere/untere, oberhalb/unterhalb relativ zu einer vertikalen Achse der Figuren sein und zur Beschreibung des Positionierens von Elementen der Figuren relativ zueinander verwendet werden. Daher sind in einem Beispiel Elemente, die oberhalb von anderen Elementen gezeigt sind, vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die innerhalb der Figuren abgebildet sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (beispielsweise als rund, gerade, eben, gewölbt, abgerundet, gefast, abgewinkelt oder dergleichen). Ferner können Elemente, die einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als schneidende Elemente oder als einander schneidend bezeichnet werden. Ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements gezeigt wird oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt wird, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden. In anderen Beispielen können gegeneinander versetzte Elemente als solche bezeichnet werden. In weiteren Beispielen können gegeneinander versetzte Komponenten als solche bezeichnet werden.
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In den folgenden Abschnitten wird die Erfindung näher beschrieben. In einem Aspekt wird eine elektrische Antriebsachse bereitgestellt, die einen Elektromotor-Generator umfasst; ein Getriebe, das Folgendes umfasst: einen Planetenradsatz, der ein Sonnenrad umfasst, das eingerichtet ist, sich auf einer Sonnenradwelle zu drehen, die direkt mit einem Rotor des elektrischen Motor-Generators gekoppelt ist, wobei der Planetengetriebesatz einen Träger umfasst, der ein Ritzel umfasst; und eine Zwischenwelle, die ein Zwischenrad und ein damit gekoppeltes Abtriebsrad umfasst, wobei das Zwischenrad drehbar mit dem Ritzel gekoppelt ist; und ein Differential, das ein direkt mit dem Abtriebsrad gekoppeltes Eingangszahnrad umfasst.
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In einem anderen Aspekt wird eine elektrische Antriebsstarrachse bereitgestellt, umfassend einen elektrischen Motor-Generator; ein dreistufiges Getriebe mit einem Planetenradsatz, aufweisend: ein Sonnenrad, das eingerichtet ist, sich auf einer Sonnenradwelle zu drehen, die direkt mit einem Rotor des elektrischen Motor-Generators gekoppelt ist; und einen Träger, der ein Ritzel umfasst; und eine Zwischenwelle, die ein Zwischenrad umfasst, das mit dem Ritzel und einem Abtriebsrad kämmt; und ein Differential, das ein Kegelrad umfasst, das direkt mit dem Ausgangsrad kämmt.
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In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die elektrische Antriebsachse außerdem einen Parkmechanismus umfassen, der eingerichtet ist, ein Drehen der Sonnenradwelle selektiv zu verhindern.
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Bei allen Aspekten oder Kombinationen der Aspekte kann der Parkmechanismus, wenn er aktiviert ist, ein Drehen eines Parkzahnrades auf der Sonnenradwelle verhindern.
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In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann sich die Sonnenradwelle axial durch eine zentrale Öffnung des Trägers erstrecken, und wobei das Parkzahnrad mit einem ersten axialen Ende der Sonnenradwelle und eine Rotorwelle mit einem zweiten axialen Ende der Sonnenradwelle verbunden ist.
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In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Planetenradsatz nur das Sonnenrad, den Träger, ein Hohlrad und eine Vielzahl von Planetenrädern umfassen, die drehbar mit dem Träger verbunden sind.
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Bei allen Aspekten oder Kombinationen der Aspekte kann das Eingangszahnrad des Differentials ein Kegelrad sein.
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In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die elektrische Antriebsachse außerdem ein einteiliges Gehäuse umfassen, das das Getriebe umschließt.
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Bei jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann ein Hohlrad im Planetenradsatz über das einteilige Gehäuse geerdet sein.
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Bei allen Aspekten oder Kombinationen der Aspekte kann eine Drehachse des elektrischen Motor-Generators parallel zu einer Drehachse des Differentials verlaufen.
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Bei allen Aspekten oder Kombinationen der Aspekte kann die elektrische Antriebsstarrachse außerdem einen Parkmechanismus umfassen, der ein Parkzahnrad auf der Sonnenradwelle selektiv sperrt.
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Bei allen Aspekten oder Kombinationen der Aspekte kann das Parkzahnrad auf einem ersten axialen Ende der Sonnenradwelle angeordnet sein, und eine Rotorwelle ist direkt mit einem zweiten axialen Ende der Sonnenradwelle verbunden.
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Bei jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann sich die Sonnenradwelle durch eine zentrale Öffnung im Träger erstrecken.
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Bei allen Aspekten oder Kombinationen der Aspekte kann die elektrische Antriebsstarrachse er außerdem ein Lager umfassen, das zwischen der Sonnenradwelle und dem Träger angeordnet ist.
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Bei allen Aspekten oder Kombinationen der Aspekte kann das dreistufige Getriebe ein Ein-Gang-Getriebe sein.
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In einer anderen Darstellung ist eine elektrifizierte Vollträgerachse vorgesehen, die ein Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis mit einem Sonnenrad auf einer Welle umfasst, die direkt drehbar mit einem elektrischen Motor-Generator gekoppelt ist, wobei das Getriebe außerdem eine Vorgelegewelle mit einem Zwischenrad umfasst, das drehbar mit einem Ritzel auf einer Verlängerung des Trägers gekoppelt ist.
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Während oben verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, versteht es sich, dass sie beispielhaft und nicht einschränkend präsentiert wurden. Dem Fachmann ist offenkundig, dass der offenbarte Gegenstand in anderen konkreten Formen verkörpert sein kann, ohne vom Geist des Gegenstands abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht restriktiv zu betrachten. Es versteht sich daher von selbst, dass die hier offengelegten Konfigurationen exemplarischen Charakter haben und dass diese spezifischen Beispiele nicht im einschränkenden Sinne zu betrachten sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technologie auf Antriebsstränge angewendet werden, die verschiedene Typen von Antriebsquellen umfassen, einschließlich verschiedener Typen von elektrischen Maschinen und Getrieben. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart wurden.
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Die Begriffe „im Wesentlichen“ und „annähernd“ bedeuten, sofern nicht anders angegeben, plus/minus fünf Prozent oder weniger eines Bereichs oder Wertes.
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Die folgenden Ansprüche stellen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht offensichtlich erachtet werden, besonders heraus. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie eine Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, nicht so, dass sie zwei oder mehr solcher Elemente erfordern oder ausschließen. Weitere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen in ihrem Schutzumfang breiter, enger, gleich oder unterschiedlich, gelten ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten.