DE102012100865A1

DE102012100865A1 - Antriebsanordnung mit elektrischer Maschine und Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebsanordnung

Info

Publication number: DE102012100865A1
Application number: DE102012100865A
Authority: DE
Inventors: Theodor Gassmann; Mark Schmidt; Michael Schwekutsch
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: CN104185565B; US20150021112A1; DE102012100865B4; CN104185565A; WO2013113907A1; US9643490B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektroantriebsanordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor und ein Stufengetriebe mit einer Ausgangswelle zum Antreiben einer Hinterachse sowie eine bedarfsweise antreibbare Vorderachse aufweist. Die Antriebsanordnung umfasst eine elektrische Maschine 6, ein mit der elektrischen Maschine 6 antriebsverbundes Untersetzungsgetriebe 7, eine mit dem Untersetzungsgetriebe 7 antriebsverbunde Antriebswelle 9, die mit einer vorderen Längsantriebswelle 65 zum Antrieben der Vorderachse verbindbar ist, und ein Gehäuse 5, in dem die elektrische Maschine 6 und das Untersetzungsgetriebe 7 angeordnet sind, wobei das Gehäuse 5 Verbindungsmittel 16 zum Befestigen an das Stufengetriebe 56 aufweist, wobei die Elektroantriebsanordnung derart gestaltet ist, dass eine hintere Längsantriebswelle 57, bei an das Stufengetriebe 56 montierter Elektroantriebsanordnung, zumindest mittelbar mit der Ausgangswelle des Stufengetriebes zum Antreiben der Hinterachse verbindbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebsstranganordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektroantriebsanordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug mit zwei Antriebsquellen sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Elektroantriebsanordnung. Antriebskonzepte mit zwei Antriebsquellen werden auch als Hybridantriebe, entsprechend ausgestattete Fahrzeuge auch als Hybridfahrzeuge bezeichnet. Dabei ist in der Regel ein Verbrennungsmotor als eine erste Antriebsquelle vorgesehen und ein Elektromotor als zweite Antriebsquelle. Verbrennungsmotor und Elektromotor können jeweils für sich, oder gemeinsam überlagert das Kraftfahrzeug antreiben.
Ein Vorteil des Hybridantriebs ist, dass der Verbrennungsmotor häufiger und länger in einem günstigen Wirkungsgradbereich betrieben werden kann. Beim Beschleunigen können Verbrennungs- und Elektromotor gemeinsam betrieben werden. Beim Bremsen und im Schubbetrieb kann ein Teil der Bremsenergie rückgewonnen und in einem Energiespeicher gespeichert werden. Insbesondere im Stadtverkehr und beim bergab Fahren trägt die Rückgewinnung zur Verbrauchsverminderung bei. Wird keine oder wenig Antriebsleistung benötigt, kann der Verbrennungsmotor ganz abschalten. Dies geschieht im Schubbetrieb, bei Stillstand oder bei Langsamfahren (z. B. Einparken) mit geladenem Energiespeicher.
Üblicherweise ist dem Verbrennungsmotor ein Stufengetriebe nachgeschaltet, welches das vom Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment auf den Antriebsstrang überträgt. Bei rein hinterachsgetriebenen Kraftfahrzeugen wird das Drehmoment von dem Stufengetriebe über eine Längsantriebswelle auf ein Hinterachs-Differentialgetriebe übertragen. Das Differentialgetriebe teilt das eingeleitete Drehmoment auf zwei Ausgangswellen zum Antreiben der Räder auf. Dabei haben die beiden Ausgangswellen untereinander eine ausgleichende Wirkung, d. h. dreht eine der beiden Ausgangswellen schneller, so dreht die andere der beiden Ausgangswellen entsprechend langsamer, und umgekehrt. Bei allradgetriebenen Kraftfahrzeugen ist dem Stufengetriebe ein Mittendifferential nachgeschaltet, welches einen Teil des eingeleiteten Drehmoments auf die Hinterachse und einen Teil auf die Vorderachse aufteilt.
Aus der DE 199 19 454 A1 ist eine Fahrzeugantriebseinrichtung mit einem Verbrennungsmotor, einem Gangwechselgetriebe und einer elektrischen Maschine bekannt. Der Verbrennungsmotor treibt über eine Kardanwelle die Hinterräder an. Die elektrische Maschine ist über eine Trennkupplung und eine Antriebswelle mit den Vorderrädern antriebsmäßig verbindbar. Der Rotor der elektrischen Maschine ist über ein Verbindungsgetriebe mit der Trennkupplung verbunden.
Aus der US 2006/0113127 A1 ist ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem Elektro-Hauptmotor und einem Elektro-Hilfsmotor bekannt. Der Elektro-Hauptmotor ist an dem hinteren Ende des Stufengetriebes angeordnet, wobei die Ausgangswelle des Elektro-Hauptmotors mit der Ausgangswelle des Stufengetriebes antriebsverbunden ist. Der Elektro-Hilfsmotor ist benachbart zum Verbrennungsmotor angeordnet und über einen Riementrieb mit der Kurbelwelle verbunden. Die beiden Elektromotoren sind jeweils mit einer Batterie verbunden.
Aus der DE 10 2008 037 886 A1 ist eine Antriebsanordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug bekannt. Die Antriebsanordnung umfasst ein Verteilergetriebe, das von einem Antriebseinheit eingeleitetes Drehmoment auf einen hinteren und einen vorderen Antriebsstrang überträgt. Der hintere Antriebsstrang ist ständig mit dem Verteilergetriebe antriebsverbunden, um permanent Drehmoment auf die Hinterachse zu übertragen. Der vordere Antriebsstrang kann optional mit dem Verteilergetriebe antriebsverbunden werden, um Drehmoment auf die Vorderachse zu übertragen.
Die Integration eines Elektromotors für einen Hybridantrieb gestaltet sich insbesondere bei hinterachsgetriebenen Kraftfahrzeugen mit längs eingebautem Verbrennungsmotor aufgrund eines knapp bemessenen verfügbaren Bauraums häufig als schwierig. Hinzu kommen gegebenenfalls aufwendige Umkonstruktionen an ortsfesten Bauteilen, an welche der Hybridantrieb anzuschließen ist, wodurch die Variantenanzahl und damit die Kosten in die Höhe getrieben werden.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Elektroantriebsanordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit längs eingebautem Verbrennungsmotor, zu schaffen, die kompakt baut und eine einfache Integration in bestehende Bauraumverhältnisse ermöglicht. Weiter besteht die Aufgabe darin, ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Elektroantriebsanordnung vorzuschlagen.
Die Lösung besteht in einer Elektroantriebsanordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor und ein Stufengetriebe mit einer Ausgangswelle zum Antreiben einer Hinterachse sowie eine bedarfsweise antreibbare Vorderachse aufweist, umfassend eine elektrische Maschine, ein mit der elektrischen Maschine antriebsverbundes Untersetzungsgetriebe, eine mit dem Untersetzungsgetriebe antriebsverbunde Antriebswelle, die mit einer vorderen Längsantriebswelle zum Antrieben der Vorderachse verbindbar ist, und ein Gehäuse, in dem die elektrische Maschine und das Untersetzungsgetriebe angeordnet sind, wobei das Gehäuse Verbindungsmittel zum Befestigen an das Stufengetriebe aufweist, wobei die Elektroantriebsanordnung derart gestaltet ist, dass eine hintere Längsantriebswelle, bei an das Stufengetriebe montierter Elektroantriebsanordnung, zumindest mittelbar mit der Ausgangswelle des Stufengetriebes zum Antreiben der Hinterachse verbindbar ist. Dabei soll mit „antriebsverbunden” vorliegend auch die Möglichkeit mit eingeschlossen sein, dass die genannten Bauelemente miteinander antriebsverbindbar sind, beispielsweise mittels einer im Leistungspfad angeordneten Kupplung.
Der Vorteil besteht darin, dass sich die Elektroantriebsanordnung einfach in bestehende Fahrzeugkonzepte mit längs eingebautem Verbrennungsmotor und primär angetriebener Hinterachse integrieren lässt. Hierfür kann die Antriebsanordnung, die auch als Hybridgetriebe oder Hybridantrieb bezeichnet werden kann, in dem Bauraum untergebracht werden, welcher sonst bei Fahrzeugmodellen mit Allradantrieb für ein Verteilergetriebe beziehungsweise Allradgetriebe verwendet wird. Die Antriebsanordnung wird über geeignete Verbindungsmittel, beispielsweise über Flansch- bzw. Schraubverbindungen, mit dem Gehäuse des Schaltgetriebes verbunden. Dabei können die Verbindungsstellen bzw. Anschlusspunkte eines ansonsten für einen Allradantrieb vorgesehenen Verteilergetriebes verwendet werden. Dies ist insofern vorteilhaft, als keine konstruktiven Änderungen der Fahrzeugarchitektur, des Stufengetriebes oder der Verbindungsmittel erforderlich ist, was sich günstig auf Konstruktion und Fertigung auswirkt. Es versteht sich, dass das Stufengetriebe, welches auch als Hauptgetriebe bezeichnet wird, nach Bedarf als automatisch oder von Hand geschaltetes Getriebe gestaltet sein kann. Ein weiterer Vorteil besteht in der Integration der elektrischen Maschine und des Untersetzungsgetriebes in einem gemeinsamen Gehäuse. Beide Komponenten bilden eine Baueinheit, die somit einen kompakten Aufbau hat. Durch die gemeinsame Anordnung in einem einzigen Gehäuses ergibt sich ein geringes Gewicht der Baueinheit; ferner kann der Fertigungs- und Montageaufwand reduziert werden.
In günstiger Weise hat die Elektroantriebsanordnung Mittel, die so gestaltet sind, dass die hintere Längsantriebswelle, bei an das Stufengetriebe montierter Elektroantriebsanordnung, mit der Ausgangswelle des Stufengetriebes zumindest mittelbar antriebsmäßig verbunden werden kann.
Die genannten Mittel können nach einer Ausführungsform eine Durchtriebswelle zum Übertragen von Drehmoment durch das Gehäuse aufweisen. In diesem Fall ist die Längsantriebswelle über die Durchtriebswelle mittelbar mit dem Stufengetriebe antriebsverbunden. Die Durchtriebswelle ist in dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar gelagert. An dem einen Ende hat die Durchtriebswelle ein Eingangsteil zum antriebsmäßigen Verbinden mit der Ausgangswelle des Stufengetriebes. Am anderen Ende hat die Durchtriebswelle ein Ausgangsteil zum antriebsmäßigen Verbinden mit der hinteren Längsantriebswelle. Die Integration des Elektroantriebs und des Durchtriebs in einem gemeinsamen Gehäuse ist im Hinblick auf die Baugröße der Baueinheit besonders günstig. Zwischen Durchtrieb und Aktivteil der elektrischen Maschine befindet sich nur die Wandung der elektrischen Maschine, so dass die elektrische Maschine nah an dem Durchtrieb angeordnet werden kann. Dies wirkt sich wiederum günstig auf die Baugröße der Anordnung aus, wodurch deren Platzierung an dieser Stelle, das heißt im Leistungsfluss hinter dem Stufengetriebe, anstelle eines Verteilergetriebes, bisweilen erst ermöglicht wird. Die Durchtriebswelle ist im Bereich des Eingangsteils mittels eines ersten Lagers in dem Gehäuse drehbar gelagert, wobei insbesondere vorgesehen ist, das erste Lager vorzugsweise von einer ersten Stirnfläche der elektrischen Maschine weg axial versetzt ist. Bei Einbau der elektrischen Maschine mit nach vorne weisendem Wellenzapfen hat das erste Lager vorzugsweise eine axiale Überdeckung mit dem Wellenzapfen. Im Bereich des Ausgangsteils ist die Durchtriebswelle mittels eines zweiten Lagers in dem Gehäuse drehbar gelagert, wobei das zweite Lager vorzugsweise von einer zweiten Stirnfläche der elektrischen Maschine weg axial versetzt ist.
Je nach Bauraumverhältnissen können die genannten Mittel, welche ein antriebsmäßiges Verbinden der Längsantriebswelle an das Stufengetriebe bei an das Stufengetriebe montierter Antriebsanordnung ermöglichen, auch anders als in Form einer Durchtriebswelle gestaltet sein. Beispielsweise können die Mittel in Form eines inbesondere ringförmigen oder C-förmigen Befestigungsarms (Bracket) des Gehäuses gestaltet sein. Der Befestigungsarm wird über die Verbindungsmittel mit dem Gehäuse des Stufengetriebes fest verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist die Längsantriebswelle direkt bzw. unmittelbar mit dem Abtrieb des Schaltgetriebes zu verbinden, wobei die Längsantriebswelle kontaktfrei gegenüber dem Befestigungsarm durch diesen hindurch beziehungswise an diesem vorbei geführt ist.
Die elektrische Maschine hat eine Längsachse, welche durch die Drehachse des Wellenzapfens definiert sein kann. Vorzugsweise ist die Längsachse der elektrischen Maschine mit Abstand zur Drehachse der Durchtriebswelle angeordnet, und zwar insbesondere so, dass der Abstand zwischen der elektrischen Maschine und der Durchtriebswelle möglichst gering ist. Dabei verlaufen die beiden Achsen vorzugsweise zumindest etwa parallel. Hiermit ist gemeint, dass die genannten Achsen parallel zueinander verlaufen können, aber sich auch mit Abstand kreuzen können, wobei ein zwischen den Achsen eingeschlossener Winkel bis zu 10° betragen kann. Nach einer günstigen Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass die Längsachse der elektrischen Maschine mit Abstand zur Drehachse der Antriebswelle angeordnet ist.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Drehachse der Antriebswelle so ausgerichtet ist, dass ein starrer Anschluss an die vordere Längsantriebswelle ermöglicht wird. Auf diese Weise kann auf ein Drehgelenk in der Längsantriebswelle verzichtet werden, was sich günstig auf die Kosten auswirkt. Die Drehachse der Antriebswelle und die Längsachse der elektrischen Maschine können zumindest etwa parallel zueinander verlaufen, wobei diesbezüglich die obige Definition gilt. Insgesamt wird durch die genannte Ausgestaltung ein kompakter Aufbau der Elektroantriebsanordnung erreicht.
Die elektrische Maschine kann als Motor betrieben werden, wobei sie elektrische in mechanische Energie umwandelt, oder als Generator, wobei sie mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Im Motorbetrieb treibt die elektrische Maschine die Vorderachse an. Dies kann parallel zum Antrieb der Hinterachse erfolgen, das heißt, der Antrieb der Vorderachse mittels des Elektromotors erfolgt zeitgleich zum Antrieb der Hinterachse mittels des Verbrennungsmotors; dieser Betriebsmodus kann beispielsweise zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs gewählt werden. Der Antrieb der Vorderachse mittels des Elektromotors kann jedoch auch unabhängig vom Antrieb der Hinterachse, das heißt bei nicht-angetriebener Hinterachse erfolgen; dieser Betriebsmodus kann beispielsweise beim Einparken oder bei sogenannter Stop-and-go-Fahrt gewählt werden. Im Generatorbetrieb wird die elektrische Maschine von der Vorderachse angetrieben, wobei mechanische Energie in elektrische umgewandelt wird. Dieser Betriebsmodus kann insbesondere beim Bremsen des Kraftfahrzeugs verwendet werden, so dass die Bremsenergie rekuperiert werden kann. Die im Generatorbetrieb erzeugte elektrische Energie wird in einem im Kraftfahrzeug befindlichen Akkumulator, mit dem die elektrische Maschine elektrisch verbunden ist, gespeichert. Vorzugsweise hat die elektrische Maschine eine Nennspannung von maximal 60 Volt, insbesondere eine Nennspannung von 48 Volt. So hat die elektrische Maschine in vorteilhafter Weise eine kompakte Baugröße und sie kann in das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs integriert werden.
Für eine schnelle und variable Steuerung der elektrischen Maschine sowie eine optimale Anpassung des Kennfelds der elektrischen Maschine auf die erforderlichen Achsmomente, ist es günstig, dass eine extern steuerbare Kupplung im Leistungspfad zwischen der elektrischen Maschine und der Vorderachse vorgesehen ist. Hiermit lässt sich das auf die Vorderachse übertragbaren Dreh- bzw. Bremsmoments nach Bedarf steuern. Vorzugsweise ist die Kupplung innerhalb des Gehäuses der Elektroantriebsanordnung angeordnet, und zwar entweder im Leistungspfad zwischen der elektrischen Maschine und dem Untersetzungsgetriebe oder zwischen dem Untersetzungsgetriebe und der Antriebswelle. Die Kupplung ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass eine Drehmomentübertragung von der elektrischen Maschine auf die Antriebswelle bedarfsweise hergestellt oder unterbrochen werden kann. Es versteht sich, dass in alternativ oder in Ergänzung eine weitere Kupplung außerhalb der Elektroantriebsanordnung im vorderen Antriebsstrang vorgesehen sein kann, beispielsweise in der vorderen Längsantriebswelle, am oder im Vorderachsdifferential oder in einer oder beiden Vorderachs-Seitenwellen.
Nach einer möglichen Ausgestaltung ist ein erstes Kupplungsteil der Kupplung mit einem Ausgangsteil des Untersetzungsgetriebes drehfest verbunden, während ein zweites Kupplungsteil der Kupplung mit der Antriebswelle der Elektroantriebsanordnung drehfest verbunden ist. Die beiden Kupplungsteile können bedarfsweise miteinander in und außer Eingriff gebracht werden, so dass die Drehmomentübertragung auf die Vorderachse hergestellt oder unterbrochen ist. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kupplung als Formschlusskupplung gestaltet, das heißt es sind erste und zweite Formschlussmittel vorgesehen, die miteinander in Eingriff bringbar sind. Als Beispiel für eine Formschlusskupplung sei hier eine Klauen- oder Zahnkupplung genannt. Es versteht sich jedoch, dass die Kupplung auch eine andere Ausgestaltung haben kann, beispielsweise in Form einer Reiblamellenkupplung.
Die Kupplung wird vorzugsweise in Abhängigkeit vom Fahrzustand bzw. der Fahrdynamik von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert. Zur Betätigung der Kupplung ist ein Aktuator vorgesehen, der insbesondere elektromechanisch oder elektromagnetisch betätigbar ist. Es ist jedoch auch die Verwendung eines pneumatisch oder hydraulischen Aktuators denkbar.
Die elektrische Maschine ist mit dem Untersetzungsgetriebe antriebsverbunden oder antriebsverbindbar, das auch als Reduziergetriebe bezeichnet werden kann. Das Untersetzungsgetriebe untersetzt eine vom Elektromotor erzeugte Drehbewegung ins Langsame, d. h. die Drehzahl des Getriebeausgangsteils ist langsamer als die des Getriebeeingangsteils. Das Untersetzungsgetriebe ist vorzugsweise in Form eines einstufigen Stirnradgetriebes oder Beveloidgetriebes gestaltet. In diesem Zusammenhang ist mit Stirnradgetriebe ein Getriebe mit Zylinderrädern gemeint, deren Verzahnungen sowohl als Geradverzahnung als auch als Helixverzahnung ausgestaltet sein können. Bei einem Winkelversatz von etwa 90° zwischen Eingang und Ausgang des Getriebes ist auch eine Hypoidverzahnung nutzbar. Besonders günstig ist es, wenn das Untersetzungsgetriebe ein Untersetzungsverhältnis von vier bis sechs, vorzugsweise etwa fünf, aufweist. Alternativ kann das Untersetzungsgetriebe auch ein Ketten- oder Riementrieb mit entsprechender Untersetzung aufweisen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Gehäuse der Elektroantriebsanordnung Mittel zur Drehmomentabstützung auf. Diese dienen zur Fixierung der Elektroantriebsanordnung bzw. des die Elektroantriebsanordnung umfassenden Motor-Getriebe-Verbundes an einem ortsfesten Bauteil, beispielsweise der Fahrzeugkarosserie, sowie zur Abstützung von Reaktionsmomenten. Außerdem hat die Drehmomentstütze stoßdämpfende und geräuschisolierende Funktion. Die Mittel zur Drehmomentabstützung umfassen vorzugsweise eine Buchse, in die ein mit dem der Fahrzeugkarosserie zu verbindender Halte- und Dämpfungskörper eingeführt wird. Nach einer günstigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Mittel zur Drehmomentabstützung und die Antriebswelle – in montiertem Zustand – in Bezug auf eine Längsmittelebene zumindest etwa symmetrisch angeordnet sind. Besonders günstig ist es, wenn eine erste Ebene, die durch die Drehachse der Durchtriebswelle und die Drehachse der Antriebswelle aufgespannt wird, und eine zweite Ebene, die durch die Drehachse der Durchtriebswelle und die Achse der Drehmomentabstützmittel aufgespannt wird, einen Winkel von etwa 90° ± 15° einschließen. Hiermit wird ein kompakter Aufbau der Elektroantriebsanordnung und eine gute Integrierbarkeit in eine bestehende Fahrzeugarchitektur erreicht.
Die Lösung der obengenannten Aufgabe besteht weiter in einem mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug mit einer über eine hintere Längsantirebswelle antreibbaren Hinterachse, einer über eine vordere Längsantriebswelle antreibbaren Vorderachse, einem längs eingebauten Verbrennungsmotor, einem mit dem Verbrennungsmotor antriebsverbundenem Stufengetriebe und einer Elektroantriebsanordnung, die eine oder mehrere der obengenannten Ausgestaltungen haben kann. Dabei ist vorgesehen, dass das Gehäuse der Elektroantriebsanordnung über die Verbindungsmittel mit einem Gehäuse des Stufengetriebes fest verbunden ist, wobei die hintere Längsantriebswelle, unter Durchdringung des Gehäuses, zumindest mittelbar mit der Ausgangswelle des Stufengetriebes antriebsverbunden ist, und dass die Antriebswelle der Elektroantriebsanordnung über die vordere Längsantriebswelle mit der Vorderachse antriebsverbunden ist.
Hiermit ergeben sich die bereits oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektroantriebsanordnung genannten Vorteile, auf die insofern verwiesen wird. Die Elektroantriebsanordnung baut so kompakt, dass sie sich einfach in bestehende Fahrzeugarchitektur von Fahrzeugen mit längs eingebautem Verbrennungsmotor und primär angetriebener Hinterachse integrieren lässt. Es sind keine oder nur kaum Anpassungen hinsichtlich der Schnittstellen zwischen Elektroantriebsanordnung und Fahrzeug vorzunehmen, was sich günstig auf den Konstruktions- und Fertigungsaufwand auswirkt. Die Durchdringung des Gehäuses kann, wie oben beschrieben, mittels einer Durchtriebswelle erfolgen, deren Eingangsteil mit der Ausgangswelle des Stufengetriebes und deren Ausgangsteil mit der hinteren Längsantriebswelle verbunden wird. Es ist jedoch auch möglich, dass die Längsantriebswelle durch eine Öffnung des Gehäuses hindurchtritt und unmittelbar mit der Ausgangswelle des Stufengetriebes verbunden wird.
Die Vorderachse weist ein Vorderachsdifferential und zwei Seitenwellen zum Antreiben vorderer Räder auf. Das Vorderachsdifferential teilt ein von der vorderen Längsantriebswelle eingeleitetes Drehmoment auf die beiden Seitenwellen auf. Hierfür hat das Differential einen Eingang, der mit der Längsantriebswelle antriebsverbunden ist, und zwei Ausgänge, die jeweils mit einer Seitenwelle antriebsverbunden sind. Nach einer möglichen Ausgestaltung kann zumindest eine Kupplung im Leistungspfad zwischen der Antriebswelle der Elektroantriebsanordnung und den beiden vorderen Rädern angeordnet sein. Durch Öffnen der zumindest einen Kupplung kann die Drehbewegung der Räder vom restlichen Antriebsstrang abgekoppelt werden, so dass Reibungsverluste reduziert werden. Die Kupplung kann innerhalb des Differentials, beispielsweise zwischen Eingang (Tellerrad) und Differentialträger, oder außerhalb des Differentials, beispielsweise zwischen Ausgang (Seitenwellenrad) und Seitenwelle oder im Bereich der Radnabe, zwischen Seitenwelle und Rad, angeordnet sein.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem Eingang und den beiden Ausgängen des Differentials ein Untersetzungsverhältnis von drei bis fünf vorgesehen ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Untersetzung des Untersetzungsgetriebes einerseits und die des Vorderachsdifferentials andererseits gemeinsam benutzt beziehungsweise ausgelegt werden können, um ein gewünschtes Gesamtübersetzungsverhältnis zwischen Drehzahl der elektrischen Maschine und Drehzahl der Vorderachse einzustellen. Beispielsweise lässt sich mit einem nur einstufigen Untersetzungsgetriebe der Elektroantriebsanordnung, bei entsprechender Wahl der Untersetzung des Vorderachsdifferentials, eine Gesamtübersetzung i zwischen 18 und 22 erreichen. Dadurch, dass das Untersetzungsgetriebe nur eine Stufe benötigt, baut es besonders kompakt, was sich wiederum positiv auf die Baugröße der gesamten Elektroantriebsanordnung auswirkt.
Besonders günstig ist die Verwendung einer elektrischen Maschine mit 60 oder 48 Volt Nennspannung, welche sich leicht in ein Bordstromnetz des Kraftfahrzeugs integrieren lässt. Insofern kann die elektrische Maschine, neben dem Einsatz als Antrieb für die Vorderachse, auch die Stromversorgung aller elektrischen Aggregate des Kraftfahrzeugs übernehmen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt
1 eine erfindungsgemäße Elektroantriebsanordnung in einer ersten Ausführungsform

a) in einer ersten perspektivischen Ansicht von schräg hinten,
b) in einer zweiten perspektivischen Ansicht von schräg vorne,
c) in einer ähnlichen perspektivischen Ansicht, wie in 1b), mit einem weggeschnittenen Gehäuseteil,
d) im Längsschnitt durch die Achsen von Durchtrieb, elektrischer Maschine und Antriebswelle;

2 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Elektroantriebsanordnung gemäß den 1a) bis 1d),
3 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Elektroantriebsanordnung in einer zweiten Ausführungsform,
4 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Elektroantriebsanordnung in einer dritten Ausführungsform,
5 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Elektroantriebsanordnung in einer vierten Ausführungsform
6 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Elektroantriebsanordnung in einer fünften Ausführungsform, und
7 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Elektroantriebsanordnung in einer sechsten Ausführungsform.
Die 1a) bis 1d), welche im Folgenden gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Elektroantriebsanordnung 2. Die Elektroantriebsanordnung 2 kann zum Einsatz in einem hier nicht dargestellten mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeug dienen, das eine von einem Verbrennungsmotor als Primärantrieb angetriebene Hinterachse sowie eine bedarfsweise antreibbare Vorderachse aufweist. Die Hinterachse wird über eine mit dem Stufengetriebe des Kraftfahrzeugs antriebsverbundene hintere Längsantriebswelle angetrieben. Die Vorderachse wird über eine mit der Elektroantriebsanordnung 2 verbundene vordere Längsantriebswelle angetrieben. Die Elektroantriebsanordnung 2, welche den Sekundärantrieb bildet, kann an dem Stufengetriebe des Kraftfahrzeugs befestigt werden, insbesondere an einem hinteren Abschnitt des Stufengetriebes.
Die Elektroantriebsanordnung 2 weist eine elektrische Maschine 6, ein Untersetzungsgetriebe 7, das auch als Reduziergetriebe bezeichnet werden kann, optionial eine extern steuerbare Kupplung 8 mit einem Aktuator, sowie eine Antriebswelle 9 auf. Von den genannten Komponenten sind zumindest das Untersetzungsgetriebe 7 und die elektrische Maschine 6 in einem gemeinsamen Gehäuse 5 angeordnet und bilden eine kompakte Baueinheit. Das Untersetzungsgetriebe 7 übersetzt die von der Elektrischen Maschine 6 erzeugte Drehbewegung ins Langsame, d. h. die Drehzahl des Getriebeausgangsteils ist langsamer als die des Getriebeeingangsteils. Elektrische Maschine 6 und Untersetzungsgetriebe 7 werden gemeinsam auch als Elektroantrieb 4 bezeichnet. Die Elektroantriebsanordnung 2 weist ferner Mittel 3 auf, die so gestaltet sind, dass die hintere Längsantriebswelle, bei an das Stufengetriebe montierter Elektroantriebsanordnung 2, mit einer Ausgangswelle des Stufengetriebes antriebsmäßig verbunden werden kann.
Die Kupplung 8 dient zum bedarfsweisen antriebsmäßigen Verbinden der elektrischen Maschine 4 mit der Antriebswelle 9 bzw. der Vorderachse des Kraftfahrzeugs. Die Kupplung 8 wird in Abhängigkeit von der Fahrdynamik bzw. vom Drehmomentbedarf von einer elektronischen Steuereinheit (schematisch dargestellt) angesteuert. Zum Betätigen der Kupplung 8 ist ein Aktuator 12 vorgesehen, der vorliegend in Form eine elektromagnetischen Aktuators gestaltet ist. Es versteht sich, dass jedoch auch andere Formen von Aktuatoren, beispielsweise elektromechanische, pneumatische oder hydraulische Aktuatoren verwendet werden können. Mit der über den Aktuator 12 steuerbaren Kupplung 8 kann wahlweise eine Drehmomentübertragung von dem Elektroantrieb 4 auf die Vorderachse hergestellt oder unterbrochen werden. Insofern fungiert die Kupplung 8 als sogenannte Hang-on Kupplung.
Das Gehäuse 5 der Antriebsanordnung 2 ist zweigeteilt und umfasst ein erstes Gehäuseteil 13 und ein zweites Gehäuseteil 14, welche über entsprechende Schraubverbindungen 15 miteinander verbindbar sind. Die Fügeebene der beiden Gehäuseteile 13, 14 schneidet die Drehachse A des Durchtriebs 3 und die Drehachse C der Antriebswelle 9. Auf diese Weise wird eine axiale Montage der genannten Bauteile ermöglicht. Das zweite Gehäuseteil 14 hat Anschlussmittel 16, die beispielsweise in Form von Flanschvorsprüngen gestaltet sein können und über entsprechende Schraubverbindungen mit dem hier mit dargestellten Stufengetriebe des Kraftfahrzeugs zu verbinden sind. Zur Abdichtung der Fügestelle zum Schaltgetriebe bzw. der drehenden Bauteile ist ein Dichtring 21 vorgesehen, der in montiertem Zustand mit einer entsprechenden Dichtfläche des Schaltgetriebes in dichtendem Kontakt ist. Durch die feste Verbindung der Antriebsanordnung 2 mit dem Stufengetriebe 56 bilden die beiden genannten Maschinenelemente, gemeinsam mit dem Verbrennungsmotor und der Hauptkupplung, eine starre Baueinheit. Für die Anbindung an einem Karosseriebauteil muss lediglich eines der beiden Maschinenelemente, Stufengetriebe oder Antriebsanordnung, ensprechende Anschlussmittel aufweisen.
Die genannten Mittel 3, welche bei an das Stufengetriebe montierter Antriebsanordnung 2 eine Verbindung der Längsantriebswelle mit dem Stufengetriebe ermöglichen, sind in Form einer Durchtriebswelle gestaltet. Die Durchtriebswelle 3 ist in dem Gehäuse 5 drehbar gelagert und dient zum Durchleiten eines Drehmoments vom Stufengetriebe auf die Längsantriebswelle. Zur Lagerung ist in dem Gehäuse 5 eingangsnah ein erstes Lager 17 und ausgangsnah ein zweites Lager 18 vorgesehen, welche eine Drehachse A definieren. Zur Abdichtung der zwischen der Durchtriebswelle 3 und dem Gehäuse 5 gebildeten Ringräume sind entsprechende Wellendichtringe 19, 20 vorgesehen.
An einem ersten Ende 22, das auch als eingangsseitiges Ende bezeichnet werden kann, hat die Durchtriebswelle 3 ein Eingangsteil 23 zur Einleitung eines Drehmoments. Das Eingangsteil 23 umfasst vorliegend eine Bohrung, in der eine Zahnnabenprofil 24 (Splines) ausgebildet ist. In das Zahnnabenprofil 24 wird ein hier nicht dargestellter Wellenzapfen mit einem entsprechenden Zahnwellenprofil verdrehfest eingesteckt. Es versteht sich, dass die hier beschriebene drehfeste Verbindung der Welle 3 mit einem Anschlussbauteil nur eine von vielen denkbaren Möglichkeiten ist. Neben einer Zahn- bzw. Keilwellenverbindung, bei der Wellenprofil und Nabenprofil auch kinematisch umgekehrt sein können, sind beliebige andere unrunde Einsteckprofile zur Drehmomentübertragung geeignet, oder auch Flansch- oder Schraubverbindungen.
An dem zweiten Ende 25, das auch als ausgangsseitiges Ende bezeichnet werden kann, hat die Durchtriebswelle 3 ein Ausgangsteil 26, das vorliegend in Form eines Flanschelements gestaltet ist. Das Flanschelement 26 ist drehfest und axial gesichert mit der Durchtriebswelle 3 verbunden. Die drehfeste Verbindung erfolgt über eine Zahnwellenverbindung 27 (Splines), wobei auch hier beliebige andere Verbindungsmittel denkbar sind. Das Flanschelement 26 dient zum Anschließen einer hier nicht dargestellten Längsantriebswelle, über die Drehmoment an ein Hinterachsdifferential übertragen wird. Es versteht sich auch hier, dass das Ausgangsteil 26 bzw. die Verbindung zur Längsantriebswelle auch andere Ausgestaltungen haben kann, beispielsweise wie bereits im Zusammenhang mit dem Eingangsteil beschrieben.
Benachbart zur Durchtriebswelle 3 ist die elektrische Maschine 6 in dem Gehäuse 5 aufgenommen. Dabei ist der Spalt zwischen einer Außenfläche der Durchtriebswelle 3 und einer Außenfläche der elektrischen Maschine 6 klein gehalten, so dass die Elektroantriebsanordnung 2 insgesamt eine kompakte radiale Baugröße aufweist. Das erste und zweite Lager 17, 18 zur Lagerung der Durchtriebswelle 3 sind axial versetzt zum Aktivteil der elektrischen Maschine 6 angeordnet, was sich platzsparend auf die Anordnung auswirkt. Dabei befindet sich das erste Lager 17 zumindest teilweise in axialer Überdeckung mit dem Antriebszapfen 28 bzw. mit dem Untersetzungsgetriebe 7. Es ist erkennbar, dass die Drehachse B der elektrischen Maschine 6 zumindest etwa parallel zur Drehachse A der Durchtriebswelle 3 verläuft.
Auf dem Antriebszapfen 28 der elektrischen Maschine 6 ist ein Ritzel 29 drehfest und axial gesichert befestigt. Das Ritzel 29 kämmt mit einem Zahnrad 30, das einen größeren Durchmesser und eine größere Zähnzahl aufweist, als das Ritzel 29. Ritzel 29 und Zahnrad 30 bilden gemeinsam das Untersetzungsgetriebe 7. Es versteht sich, dass anstelle des hier dargestellten Stirnradgetriebes auch andere Untersetzungsgetriebe denkbar sind, wie beispielsweise ein Ketten- oder Riementrieb.
Das Zahnrad 30 ist über ein Lager 32 in einem Hülsenansatz 33 des Gehäuses 5 um eine Drehachse C drehbar gelagert. Das Zahnrad 30 hat eine gestufte Durchgangsbohrung 34, in der die Antriebswelle 9 drehbar gelagert ist. Zur drehbaren Lagerung ist zwischen einer zylindrischen Außenfläche der Antriebswelle 9 und einer zylindrischen Innenfläche des Zahnrads 30 eine Gleitbuchse 35 vorgesehen. Die Antriebswelle 9 hat an ihrem elektromotornahen Ende einen nach radial außen vorstehenden Flanschabschnitt 36, welcher axial gegen eine Stützfläche 37 des Zahnrads 30 abgestützt ist. Zwischen dem Flanschabschnitt 36 und der Stützfläche 37 können reibmindernde Mittel, wie beispielsweise eine entsprechende Beschichtung oder eine Gleitscheibe, vorgesehen sein. Im Bereich ihres freien Endes ist die Antriebswelle 9 mittels eines weiteren Lagers 38 um die Drehachse C drehbar gelagert und mittels eines Dichtrings 39 gegenüber dem Gehäuse 5 abgedichtet.
Die Kupplung 8 ist als formschlüssige Kupplung gestaltet und umfasst ein erstes Kupplungsteil 42, das einteilig mit einer Nabe 31 des Zahnrads 30 ausgebildet ist, sowie ein zweites Kupplungsteil 43, welches drehfest und axial verschiebbar auf der Antriebswelle 9 angeordnet ist. Das erste Kupplungsteil 42 und das zweite Kupplungsteil 43 haben jeweils Klauen, die zur Drehmomentübertragung miteinander in Eingriff gebracht werden können, bzw. zum Öffnen der Kupplung außer Eingriff bringbar sind. Zum Öffnen bzw. Schließen der Kupplung 8 kann das zweite Kupplungsteil 43 auf der Antriebswelle 9 axial in Richtung auf das erste Kupplungsteil 42 zu oder von diesem weg bewegt werden. Zur drehfesten und axial beweglichen Verbindung zwischen zweitem Kupplungsteil 43 und Antriebswelle 9 ist eine Keil- oder Zahnwellenverbindung 44 vorgesehen.
Wie oben bereits erwähnt, ist ein Aktuator 12 zum Betätigen der Kupplung 8 vorgesehen. Der Aktuator 12 ist vorliegend als elektromagnetischer Aktuator ausgestaltet und mit einer elektronischen Steuereinheit (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs elektrisch verbunden. Durch entsprechendes Ansteuern des Aktuators 12 mittels der elektronischen Steuereinheit (ECU) wird eine Schaltgabel 45, die in eine entsprechende Umfangsnut 46 des Kupplungsteils 43 eingreift, axial von dem Aktuator weg oder auf diesen zu bewegt werden. Auf diese Weise wird das Kupplungsteil 43 entsprechend axial bewegt, so dass die Klauen der beiden Kupplungsteile 42, 43 miteinander in oder außer Eingriff gebracht werden.
In geschlossenem Zustand der Kupplung 8 wird eine antriebsmäßige Verbindung zwischen der Vorderachse und der elektrischen Maschine 6 hergestellt. In diesem Schaltzustand kann die elektrische Maschine 6 die Vorderachse des Kraftfahrzeugs antreiben (Motorbetrieb) oder sie kann von der Vorderachse zur Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie angetrieben werden (Generatorbetrieb).
Wie insbesondere in den 1b und 1c zu erkennen ist, hat die Elektroantriebsanordnung 2 Mittel 47 zur Drehmomentabstützung. Diese stützen die Elektroantriebsanordnung 2 bei Betrieb an einem ortsfesten Bauteil, beispielsweise der Fahrzeugkarosserie ab. Die Mittel zur Drehmomentabstützung weisen eine Buchse 48 auf, durch das ein mit der Fahrzeugkarosserie verbundener Bolzen (nicht dargestellt) eingesteckt wird. die Buchse 48 und die Antriebswelle 9 sind in Bezug auf eine vertikale Ebene, die in montiertem Zustand von der Drehachse A der Durchtriebswelle 3 aufgespannt wird, auf unterschiedlichen Seiten angeordnet. In Axialansicht auf die Elektroantriebsanordnung 2 betrachtet liegen eine Längsachse D der Buchse, die Drehachse A der Durchtriebswelle und die Drehachse C der Antriebswelle 9 die Eckpunkte eines etwa gleichschenkligen Dreiecks. Dabei schließt eine erste Ebene, die durch die Drehachse A der Durchtriebswelle 3 und die Drehachse C der Antriebswelle 9 aufgespannt wird, und eine zweite Ebene, die durch die Drehachse A der Durchtriebswelle 3 und die Achse D der Buchse 48 aufgespannt wird, einen Winkel von etwa 90° ± 15° ein.
Die 2 bis 7 werden hinsichtlich ihrer Gemeinsamkeiten zunächst gemeinsam beschrieben. Es ist jeweils die Antriebsstranganordnung 49 eines Kraftfahrzeugs 50 mit primär angetriebener Hinterachse 52 und zuschaltbarer Vorderachse 53 gezeigt. Von dem primären (ersten) Antriebsstrang 51 sind der längs eingebaute Verbrennungsmotor 54, die Hauptkupplung 55, das Stufengetriebe 56 mit Ausgangswelle 41, der Durchtrieb 3, eine hintere Längsantriebswelle 57 sowie die Hinterachse 52 erkennbar. Die Hinterachse 52 umfasst ein Hinterachsdifferential 58, welches das von der Längsantriebswelle 57 eingeleitete Drehmoment auf die beiden Seitenwellen 59, 60 bzw. die damit verbundenen Räder 62, 63 überträgt.
Zusätzlich umfasst die Antriebsstranganordnung 49 einen zweiten Antriebsstrang 64 zum Antreiben der Vorderachse 53. Der zweite Antriebsstrang 64 umfasst den Elektroantrieb 4 mit Untersetzungsgetriebe 7 und Kupplung 8, eine vordere Längsantriebswelle 65 sowie die damit antriebsverbundene Vorderachse 53. Die Vorderachse 53 umfasst ein Differentialgetriebe 61, welches das eingeleitete Drehmoment auf die beiden vorderen Seitenwellen 66, 67 bzw. die damit verbundenen Räder 68, 69 überträgt.
Die erfindungsgemäße Antriebsstranganordnung 49 ist gekennzeichnet durch Einsatz einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 2, welche die Durchtriebswelle 3 als Teil des ersten Antriebsstranges 51 sowie den Elektroantrieb 4 als Teil des zweiten Antriebsstranges 64 umfasst.
Das Gehäuse 5 der erfindungsgemäßen Elektroantriebsanordnung 2 ist fest mit dem Gehäuse des Stufengetriebes 56 verbunden. Durch die Integration der Durchtriebswelle 3 und des Elektroantriebs 4 in der Elektroantriebsanordnung 2 als einer Baueinheit ergibt sich ein kompakter Aufbau, wodurch die Anordnung der erfindungsgemäßen Baueinheit 2 im Bereich des Schaltgetriebeabtriebs bisweilen erst ermöglich wird.
Mit der erfindungsgemäßen Antriebsstranganordnung 49 lassen sich diverse Betriebsweisen realisieren. Nach einer ersten Betriebsweise kann die Vorderachse 53 bei Bedarf mittels des Elektroantriebs 4 zusätzlich zur primär angetriebenen Hinterachse 52 zugeschaltet werden. Dies kann beispielsweise beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs oder bei Fahrt mit wenig Drehmoment zur Unterstützung des Hauptantriebs, sogenanntes „Segeln”, erfolgen. Dabei wird die Traktion des Kraftfahrzeugs verbessert, was zu einer hohen Effizienz führt. Nach einer weiteren Betriebsweise kann der Elektroantrieb 4 allein, d. h. bei abgeschaltetem Hauptantrieb 64, zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 50 verwendet werden. Dies kommt beispielsweise bei Kriechfahrten, innerstädtischem Fahren mit geringen Geschwindigkeiten, Stop-and-go-Fahrten oder beim Einparken in Frage. Nach einer weiteren Betriebsweise kann die elektrische Maschine 6 als Generator betrieben werden, wobei von der mitrollenden Vorderachse 53 übertragene mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Eine solche Energierückgewinnung kann beispielsweise beim Bremsen erfolgen, was an der Vorderachse, aufgrund der dort vorliegenden stärkeren Bremswirkung, besonders effektiv ist.
Im Folgenden wird näher auf die Besonderheiten der verschiedenen Ausführungsformen gemäß den 2 bis 7 eingegangen. Die Ausführungsform gemäß 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Elektroantriebsanordnung 2 gemäß 1. Hier ist die Kupplung 8 im Leistungspfad zwischen dem Untersetzungsgetriebe 7 und der Antriebswelle 9 angeordnet.
Die Ausführungsform gemäß 3 entspricht weitestgehend derjenigen gemäß 2, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Gleiche bzw. abgewandelte Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen, wie in 2 bzw. 1. Der einzige Unterschied besteht darin, dass bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß 3 die Kupplung 8 im Leistungspfad zwischen der elektrischen Maschine 6 und dem Übersetzungsgetriebe 7 angeordnet ist.
Die Ausführungsform gemäß 4 zeigt schematisch eine Antriebsstrangsanordnung 2 ohne Kupplung. Im übrigen entspricht die Ausführungsform gemäß 4 derjenigen gemäß 2, so dass diesbezüglich auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann.
Die Antriebsstranganordnung gemäß 5 entspricht weitestgehend derjenigen gemäß 2, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung verwiesen wird. Dabei sind gleiche bzw. abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wie schon bei den Ausführungsformen gemäß den 2 bis 4, ist auch die vorliegenden Ausführungsform nur schematisch, d. h. nicht maßstabsgetreu, gezeichnet. Die wesentliche Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform gemäß 5 besteht darin, dass die Ausgangswelle 28 der elektrischen Maschine 6 in Richtung Hinterachse 52 weist. Die Kupplung 8 ist, wie auch bei der Ausführungsform gemäß 2, zwischen dem Übersetzungsgetriebe 7 und der Antriebswelle 9 angeordnet. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass das Vorderachsdifferential relativ zum Verbrennungsmotor 54 nach links versetzt ist. Es versteht sich jedoch, dass diese Anordnung beliebig ist und sich nach der Fahrzeugarchitektur richtet.
Die Antriebsstranganordnung gemäß 6 entspricht weitestgehend derjenigen gemäß 3, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Gleiche bzw. abgewandelte Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen, wie in 3. Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform gemäß 6 besteht darin, dass zusätzlich zur Kupplung 8 in der Elektroantriebsanordnung 2 noch eine weitere Kupplung 8' im vorderen Antriebsstrang vorgesehen ist. Diese weitere Kupplung 8' ist im Leistungspfad zwischen dem Vorderachsdifferential 61 und einem der Räder 68 angeordnet, und zwar vorzugsweise im Anschlussbereich der Seitenwelle 66. Es versteht sich, dass die vorliegende Ausführungsform auch dahingehend abgewandelt werden könnte, dass auf die Kupplung 8 in der Elektroantriebsanordnung 2 verzichtet wird, das heißt nur die Kupplung 8' in der Vorderachse 53 vorgesehen wäre. Des weiteren ist es denkbar, dass in Ergänzung oder alternativ zur Kupplung 8' im Bereich der ersten Seitenwelle 66 auch in der zweiten Seitenwelle 67 eine entsprechende Kupplung vorgesehen sein könnte. Die Anordnung zumindest einer Kupplung im Leistungspfad zwischen den Rädern 68, 69 und dem Vorderachsdifferential 61 bietet den Vorteil, dass bei geöffneter Kupplung eine Drehbewegung des Differentialkorbs und der darin aufgenommenen drehbaren Teile unterbunden werden kann. Dies führt in vorteilhafter Weise zu geringeren Reibungsverlusten innerhalb des Antriebsstrangs.
Die Antriebsstranganordnung gemäß 7 entspricht weitestgehend derjenigen gemäß 6, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Gleiche bzw. abgewandelte Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen, wie in 6. Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform gemäß 7 besteht darin, dass die Kupplung 8'' im Leistungspfad zwischen dem Eingangsteil und den zwei Ausgangsteilen des Differentials 61 angeordnet ist. Als Beispiel für eine solche im Vorderachsdifferential 61 integrierte Abschaltung kann die Kupplung zwischen dem Tellerrad und dem Differentialträger angeordnet werden.
Bezugszeichenliste

2: Elektroantriebsanordnung
3: Durchtrieb
4: Elektroantrieb
5: Gehäuse
6: elektrische Maschine
7: Untersetzungsgetriebe
8: Kupplung
9: Welle
12: Aktuator
13: Gehäuseteil
14: Gehäuseteil
15: Verbindungsmittel
16: Verbindungsmittel
17: Lager
18: Lager
19: Wellendichtring
20: Wellendichtring
21: Dichtung
22: erstes Ende
23: Eingangsteil
24: Längsverzahnung
25: zweites Ende
26: Flanschabschnitt
27: Längsverzahnung
28: Antriebszapfen
29: Ritzel
30: Zahnrad
31: Nabe
32: Lager
33: Hülsenansatz
34: Innenfläche
35: Lagerbuchse
36: Flanschabschnitt
37: Stützfläche
38: Lager
39: Dichtring
41: Ausgangswelle
42: erstes Kupplungsteil
43: zweites Kupplungsteil
44: Längsverzahnung
45: Schaltgabel
46: Ringnut
47: Drehmomentabstützmittel
48: Buchse
49: Antriebsstranganordnung
50: Kraftfahrzeug
51: erster Antriebsstrang
52: Hinterachse
53: Vorderachse
54: Verbrennungsmotor
55: Hauptkupplung
56: Stufengetriebe
57: hintere Längsantriebswelle
58: Hinterachsdifferential
59: Seitenwelle
60: Seitenwelle
61: Differentialgetriebe
62: Rad
63: Rad
64: zweiter Antriebsstrang
65: zweite Längswelle
66: Seitenwelle
67: Seitenwelle
68: Rad
69: Rad
A: Drehachse
B: Drehachse
C: Drehachse
D: Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19919454 A1 [0004]
US 2006/0113127 A1 [0005]
DE 102008037886 A1 [0006]

Claims

Elektroantriebsanordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor und ein Stufengetriebe mit einer Ausgangswelle zum Antreiben einer Hinterachse sowie eine bedarfsweise antreibbare Vorderachse aufweist, umfassend eine elektrische Maschine (6), ein mit der elektrischen Maschine (6) antriebsverbundes Untersetzungsgetriebe (7), eine mit dem Untersetzungsgetriebe (7) antriebsverbunde Antriebswelle (9), die mit einer vorderen Längsantriebswelle (65) zum Antrieben der Vorderachse verbindbar ist, und ein Gehäuse (5), in dem die elektrische Maschine (6) und das Untersetzungsgetriebe (7) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (5) Verbindungsmittel (16) zum Befestigen an das Stufengetriebe (56) aufweist, wobei die Elektroantriebsanordnung derart gestaltet ist, dass eine hintere Längsantriebswelle (57), bei an das Stufengetriebe (56) montierter Elektroantriebsanordnung, zumindest mittelbar mit der Ausgangswelle des Stufengetriebes zum Antreiben der Hinterachse verbindbar ist.
Elektroantriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchtriebswelle (3) zum Durchleiten von Drehmoment durch das Gehäuse (5) vorgesehen ist, die in dem Gehäuse (5) um eine Drehachse (A) drehbar gelagert ist und ein Eingangsteil (24) zum antriebsmäßigen Verbinden mit der Ausgangswelle des Stufengetriebes (56) und ein Ausgangsteil (26) zum antriebsmäßigen Verbinden mit der hinteren Längsantriebswelle (57) aufweist.
Elektroantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse (B) der elektrischen Maschine (6) mit Abstand zur Drehachse (A) der Durchtriebswelle (3) angeordnet ist und mit dieser einen Winkel einschließt, der kleiner als 10° ist.
Elektroantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (B) der elektrischen Maschine (6) mit Abstand zur Drehachse (C) der Antriebswelle (9) angeordnet ist und mit dieser einen Winkel einschließt, der kleiner als 10° ist.
Elektroantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (8) im Leistungspfad zwischen der elektrischen Maschine (6) und der Antriebswelle (9) angeordnet ist, die eine Drehmomentübertragung von der elektrischen Maschine (6) auf die Antriebswelle (9) bedarfsweise herstellen oder unterbrechen kann.
Elektroantriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (8) ein erstes Kupplungsteil (42) aufweist, das mit einem Ausgangsteil (30) des Untersetzungsgetriebes (7) drehfest verbunden sind, und ein zweites Kupplungsteil (43), das mit der Antriebswelle (9) drehfest verbunden sind, wobei das erste und zweite Kupplungsteil (42, 43) bedarfsweise miteinander in und außer Eingriff bringbar sind.
Elektroantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (12) zum Betätigen der Kupplung (8) vorgesehen ist, der insbesondere elektromechanisch oder elektromagnetisch betätigbar ist.
Elektroantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (7) ein einstufiges Stirnradgetriebe ist und insbesondere ein Untersetzungsverhältnis von vier bis sechs aufweist.
Elektroantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchtrieb (3) im Bereich des Eingangsteils (24) mittels eines ersten Lagers (17) drehbar gelagert ist und im Bereich des Ausgangsteils (26) mittels eines zweiten Lagers (18) drehbar gelagert ist, wobei zumindest eines der beiden ersten und zweiten Lager (17, 18) von einer Stirnfläche der elektrischen Maschine (6) axial weg versetzt angeordnet ist.
Elektroantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (6) eine Nennspannung von maximal 60 Volt hat.
Elektroantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) Mittel (47) zur Drehmomentabstützung aufweist.
Mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug mit einer über eine hintere Längsantirebswelle antreibbaren Hinterachse, einer über eine vordere Längsantriebswelle antreibbaren Vorderachse, einem längs eingebauten Verbrennungsmotor, einem mit dem Verbrennungsmotor antriebsverbundenem Stufengetriebe und einer Elektroantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) der Elektroantriebsanordnung (2) über die Verbindungsmittel (16) mit einem Gehäuse (5) des Stufengetriebes (56) fest verbunden ist, wobei die hintere Längsantriebswelle (57), unter Durchdringung des Gehäuses (5), zumindest mittelbar mit der Ausgangswelle (61) des Stufengetriebes (56) antriebsverbunden ist, und dass die Antriebswelle (9) der Elektroantriebsanordnung (2) über die vordere Längsantriebswelle (65) mit der Vorderachse (53) antriebsverbunden ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroantriebsanordnung (2) eine Durchtriebswelle (3) zum Durchleiten von Drehmoment durch das Gehäuse (5) aufweist, wobei ein Eingangsteil (24) der Durchtriebswelle (3) mit der Ausgangswelle des Stufengetriebes (56) verbunden ist und ein Ausgangsteil (26) der Durchtriebswelle (3) mit der hinteren Längsantriebswelle (57) verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderachse (53) ein Vorderachsdifferential (66, 67) und zwei Seitenwellen (66, 67) zum Antreiben vorderer Räder (68, 69) aufweist, wobei das Vorderachsdifferential (66, 67) ein von der vorderen Längsantriebswelle (57) eingeleitetes Drehmoment auf die beiden Seitenwellen (66, 67) aufteilt, wobei eine Kupplung (8) im Leistungspfad zwischen der Antriebswelle (9) der Elektroantriebsanordnung (2) und den beiden vorderen Rädern (68, 69) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (6) in ein Bordstromnetz des Kraftfahrzeugs (51) integriert ist.