Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

In der Regel entspricht die Anordnung des Antriebsstrangs bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen der Anordnung des Antriebsstrangs bei Fahrzeugen, welche einen Zentralantrieb, umfassend einen Verbrennungsmotor, aufweisen. Hierbei wird eine Antriebsvorrichtung, umfassend eine elektrische Maschine, ein Getriebe und ein Differenzial karosseriefest in der Fahrzeugmitte zwischen den Vorder- oder Hinterrädern angeordnet; das Abtriebsmoment wird wie bei konventionellen Zentralantrieben über Seitenwellen auf die angetriebenen Räder übertragen. Bei einer derartigen Anordnung des Antriebsstrangs bleibt das Fahrwerkkonzept weitestgehend erhalten, wobei lediglich Modifikationen der Aggregatelagerung und des Hilfsrahmens erforderlich sind.

Bei elektrisch angetriebenen bzw. antreibbaren Fahrzeugen, umfassend einen Zentralantrieb stellt die Batterieunterbringung einen erheblichen Eingriff in die Fahrzeugstruktur dar. Hierbei ist bekannt, die Batterie in den Unterboden, beispielsweise unter der Rücksitzbank oder im Bereich, der bei Zentralantrieben mit einem Verbrennungsmotor vom Getriebetunnel eingenommen wurde, zu integrieren.

Auch sind im Stand der Technik radnahe elektrische Antriebe bekannt, wobei unter radnahen elektrischen Antrieben im Weiteren Antriebe verstanden werden, welche pro Antriebsrad des Fahrzeugs ein oder mehrere Elektromotoren vorsehen. So sind Fahrzeuge mit zwei oder mehreren Antriebsrädern bekannt, die eine entsprechende Anzahl an Antrieben, also zwei oder mehrere aufweisen. Dabei kann jeweils ein Elektromotor auf genau ein Antriebsrad wirken.

Unter radnahen Antrieben können aber auch Antriebe verstanden werden, die einen lenkerfesten oder einen radfesten Antrieb aufweisen.

Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik radnahe elektrische Antriebe zum Antreiben eines Rades einer angetriebenen Achse für elektrisch antreibbare Fahrzeuge bekannt, die in das Fahrwerk des Fahrzeugs integriert sind, wobei in Anhängigkeit von der Anzahl der angetriebenen Fahrzeugachsen beispielsweise zwei oder vier elektrische Antriebe vorgesehen sind.

Hierbei können die elektrischen Antriebe radträgerfest angeordnet sein; in diesem Fall federt der elektrische Antrieb unmittelbar mit dem jeweiligen Rad mit und die ungefederte Masse wird durch den Antrieb direkt beeinflusst.

Eine weitere Möglichkeit der Anordnung der radnahen elektrischen Antriebe besteht darin, diese aufbaufest anzuordnen. Hierbei rücken die elektrischen Antriebe aus der Fahrzeugmitte heraus hin zu den Rädern. Dabei können die Antriebe am Aufbau befestigt sein, womit eine Beeinflussung der ungefederten Masse verhindert wird.

Ferner können die elektrischen Antriebe lenkerfest angeordnet sein, wobei sie in diesem Fall an den Fahrwerkslenkern, beispielsweise am Verbundlenker befestigt sind. Durch diese Konzeption wird die ungefederte Masse reduziert, indem die elektrischen Antriebe nahe am aufbaufesten Lenkeranbin- dungspunkt angeordnet werden.

Aus der DE 10 2007 039 059 A1 der Anmelderin ist eine als Verbundlenkerachse ausgeführte angetriebene Fahrzeugachse bekannt, bei der für jedes Rad der Achse ein Elektromotor vorgesehen ist, welcher mit der Dreh- achse in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet ist, wobei dessen Gehäuse einen Teil der Längsschwinge der Verbundlenkerachse darstellt.

Radnahe Antriebe können bei Fahrzeugen mit Allrad-, Front-,

oder Heckantrieb vorgesehen sein, wobei die Achstypen der angetriebenen Fahrzeugachsen konventionelle Achstypen, wie z.B. Federbein- oder Doppel- querlenkerachstypen sein können. Ferner können radnahe Antriebe in radintegrierte Fahrwerke integriert sein.

Des Weiteren können die radnahen elektrischen Antriebe zum Antreiben eines Rades einer Achse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug ein Getriebe aufweisen.

Aus der EP 1 961 602 A1 ist eine in ein Fahrzeugrad integrierbare Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Rades bekannt, welche einen Elektromotor und zwei in Reihe geschaltete Planetengetriebe aufweist, die axial betrachtet zwischen dem Elektromotor und dem Rad angeordnet sind.

In vorteilhafter Weise resultiert die Verwendung von radnahen elektrischen Antrieben zum Antreiben eines Rades einer angetriebenen Achse beim Fahrzeugaufbau in einer hohen Flexibilität, da sich durch den Entfall des zentralen Antriebs in der Fahrzeugmitte neue Freiheitsgrade bei der Fahrzeuggestaltung, insbesondere bei der Gestaltung des Fahrzeuginnenraums, der Batterieunterbringung und der Crash-Sicherheit ergeben.

Zudem können durch radnahe elektrische Antriebe radindividuelle Antriebsmomente erzeugt werden, wodurch Funktionen wie Torque Vectoring, ESP, ABS, ASR etc. auf einfache Weise realisiert werden können. Durch die schnelle und genauere Regelbarkeit von elektrischen Antrieben können diese Funktionen im Vergleich zu herkömmlichen bremsenbasierten Regelsystemen optimiert werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend eine elektrische Maschine und ein in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine geschaltetes Getriebe, wobei das Gehäuse der elektrischen Maschine oder das Gehäuse des Getriebes direkt mit dem Radträger der Federbeinachse verbunden, vorzugsweise verschraubt, als mehrteiliges Schweißbauteil in den Radträger integriert oder mit dem Radträger einstückig ausgeführt sind. Im Rahmen einer Weiterbildung können die elektrische Maschine und das Getriebe ein gemeinsames Gehäuse aufweisen.

Die Antriebsvorrichtung kann koaxial zur Radachse angeordnet sein. Zudem kann das Gehäuse der elektrischen Maschine oder das Gehäuse des Getriebes als vorgefertigte Einheit axial in den Radträger eingefügt werden, der in diesem Fall als Gesamtgehäuse dient. Dazu können zwei Lagerschilde der elektrischen Maschine gemeinsam mit einem axial verpressten Statorblechpaket als Hilfsgehäuse dienen.

Auch kann ein Drehzahl- und/oder Winkelsensor an der Motorwelle der elektrischen Maschine angeordnet sein, um die Drehzahl und/oder den Winkel der Motorwelle zu erfassen. Vorzugsweise ist die Anordnung der elektrischen Maschine und des Getriebes derart, dass in der überwiegenden Betriebslage des Fahrzeugs der Schmierstoff selbsttätig unter Einwirkung der Schwerkraft aus der elektrischen Maschine in den Ölsumpf im Getrieberaum zurückfließt, wobei zu diesem Zweck das Gehäuse der elektrischen Maschine derart ausgestaltet ist, dass eine ausreichende Schmierung der Lager der Rotorwelle gewährleistet ist. Dies resultiert in dem Vorteil, dass die Notwendigkeit des Vorsehens berührender oder nicht berührender Dichtungen, insbesondere bei schnelldrehenden Wellen der Antriebsvorrichtung entfällt, wodurch Wärmeentwicklung und Verlustleistungen reduziert werden.

Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung sind die Anbindung des dem Rad zugeordneten Bremssattels und/oder Dämpfers und/oder der Feder der Federbeinachse in ein Gehäuse der Antriebsvorrichtung integriert, wobei die Verbindungsschrauben zur Fixierung des Bremssattels gleichzeitig Gehäuseschrauben für die Befestigung der Antriebsvorrichtung am Radträger darstellen können.

Auf diese Weise wird eine kompakte Bauweise erzielt und es entfällt die Notwendigkeit separater Bauteile, was in einer Reduzierung der Kosten resultiert.

Vorzugsweise ist die elektrische Maschine hochdrehend ausgeführt, wobei das Getriebe eine hohe Übersetzung aufweist, so dass sich ein hohes Leis- tungs-/Gewichtsverhältnis (kW/kg) der Antriebsvorrichtung und eine kleine Dimensionierung der elektrischen Maschine ergeben.

Unter einer Übersetzung wird hier das Verhältnis der Umdrehungsgeschwindigkeit der Abtriebswelle des Getriebes zur Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes verstanden. Unter einer hohen Übersetzung wird dabei ein Verhältnis größer 1 :10, bevorzugt 1 :10 bis 1 :20, besonders bevorzugt 1 :14 bis 1 :18, insbesondere 1 :16 verstanden.

Unter einer hochdrehenden Maschine wird eine Maschine verstanden, die eine maximale Rotorgeschwindigkeit von mehr als 15000 Umdrehungen/ Minute bevorzugt zwischen 19000 und 25000 Umdrehungen pro Minute aufweist.

Vorzugsweise umfasst das abtriebsseitig der elektrischen Maschine geschaltete Getriebe zwei in Reihe geschaltete Planetengetriebe.

Durch die zwei Planetengetriebe wird eine große Übersetzung ermöglicht, wobei dadurch die Abmessungen sowie das Gewicht der elektrischen Maschine gering gehalten werden können; beispielsweise kann die durch die zwei Planetengetriebe erzielbare Übersetzung, also das Verhältnis der Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes zur Abtriebswelle des Getriebes, einen Wert annehmen, der zwischen 10 und 30 ist, wobei die Aufteilung der erzielbaren Übersetzung auf die Planetengetriebe symmetrisch oder asymmetrisch erfolgt.

In vorteilhafter Weise ergibt die Kombination eines niedrigen Antriebsmomentes mit einer hohen Drehzahlausnutzung in Summe in Verbindung mit den zwei Planetengetrieben der Antriebsvorrichtung ein hohes Leistungs- /Gewichtsverhältnis (kW/kg). Die elektrische Maschine kann dadurch klein dimensioniert sein, was die Integration der elektrischen Maschine in den Radträger ermöglicht bzw. vereinfacht.

Auch kann die Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug dadurch gekennzeichnet sein, dass die Verbindungsschrauben zur Fixierung des Bremssattels der Scheibenbremse gleichzeitig Gehäuseschrauben für die Befestigung der Antriebsvorrichtung am Radträger (8) darstellen.

Das in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine geschaltete Getriebe kann ferner auch als Planetengetriebe, Stirnradgetriebe oder als Kombination eines Planetengetriebes mit einem Stirnradgetriebe oder mit einem Kegelradgetriebe ausgeführt sein.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert, wobei für gleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:

Figur 1 : Eine schematische Ansicht der Anordnung einer erfindungsgemäß ausgeführten Antriebsvorrichtung; und

Figur 2: Eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Federbeinachse umfassend eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung.

Bezugnehmend auf Figur 1 umfasst eine Antriebsvorrichtung 1 zum Antreiben eines Rades 2 einer Federbeinachse eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs eine elektrische Maschine 3 und zwei in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine 3 in Reihe geschaltete Planetengetriebe 4, 5. Das erste und das zweite Planetengetriebe 4, 5 sind bei dem gezeigten Beispiel an der dem Rad 2 zugewandten Seite der elektrischen Maschine 3 angeordnet. In der Figur ist der Dämpfer der Federbeinachse mit dem Bezugszeichen 6 versehen, wobei mit 7 der Querlenker und mit 8 der Radträger bezeichnet ist.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist die Antriebsvorrichtung 1 koaxial zur Radachse 9 angeordnet. Gemäß der Erfindung sind das Gehäuse 10 der elektri- sehen Maschine 3 oder das Gehäuse 1 1 der Planetengetriebe 4, 5 direkt mit dem Radträger 8 der Federbeinachse verbunden, vorzugsweise verschraubt, als mehrteiliges Schweißbauteil in den Radträger 8 integriert oder mit dem Radträger 8 einstückig ausgeführt.

Hierbei ist der Rotor der vorzugsweise als Innenläufer ausgeführten elektrischen Maschine 3 über eine Welle 12 mit dem Sonnenrad 13 des ersten Planetengetriebes 4 drehfest verbunden, wobei der Steg 14 des ersten Planetengetriebes 4 über eine weitere Welle 15 mit dem Sonnenrad 16 des zweiten Planetengetriebes 5 drehfest verbunden ist. Der Abtrieb der Antriebsvorrichtung

I erfolgt über den Steg 17 des zweiten Planetengetriebes 5 und eine mit dem Steg 17 drehfest verbundene Welle 18, die mit der Radnabe des Rades 2 drehfest verbunden ist.

Des Weiteren sind das Hohlrad 19 des ersten Planetengetriebes 4 und das Hohlrad 20 des zweiten Planetengetriebes 5 gehäusefest angeordnet; sie können an das Gehäuse 1 1 der Planetengetriebe 4, 5 der Antriebsvorrichtung 1 gekoppelt, einstückig mit dem Gehäuse 1 1 ausgeführt oder in das Gehäuse 1 1 eingepresst sein. Für den Fall, dass ein Hohlrad einstückig mit dem Gehäuse

I I ausgeführt ist, kann ein radialer Absatz vorgesehen sein, um einen Durchmesserunterschied zwischen dem Gehäuse 1 1 und dem Hohlrad auszugleichen.

Durch die Ausgestaltung eines Hohlrades als in ein zylindrisches Gehäuse einpressbarer Hohlradring kann in Abhängigkeit der Belastung der Werkstoff gewählt werden, wobei dies in einer Reduzierung des Gewichts resultieren kann.

Im Rahmen einer Weiterbildung kann der Rotor der elektrischen Maschine 3 einstückig mit der Welle 12 ausgeführt sein, über die der Rotor mit dem Sonnenrad 13 des ersten Planetengetriebes 4 verbunden ist; ferner kann die Welle 15, über die der Steg 14 des ersten Planetengetriebes 4 mit dem Sonnenrad 16 des zweiten Planetengetriebes 5 drehfest verbunden ist, mit dem Steg 14 des ersten Planetengetriebes 4 einstückig ausgeführt sein.

Die Verzahnungen der Planetengetriebe 4, 5 sind vorzugsweise schrägverzahnt ausgeführt, wobei die Verbindung zwischen dem Steg 14 des ersten Planetengetriebes 4 mit dem Sonnenrad 16 des zweiten Planetengetriebes 5 axial durch Wälzlager, Gleitlager oder Anlaufscheiben axial und radial abgestützt wird.

Hierbei ist der Schrägungswinkel des Sonnenrades 13 des ersten Planetengetriebes 4 entgegengesetzt zum Schrägungswinkel des Sonnenrades 16 des zweiten Planetengetriebes 5. Zudem sind in vorteilhafter Weise die Richtungen der Schrägungswinkel des Sonnenrades 13 des ersten Planetengetriebes 4 und des Sonnenrades 16 des zweiten Planetengetriebes 5 so zu wählen, dass die Belastungen auf die Lager der Antriebsvorrichtung 1 , insbesondere auf die Lager der Welle 12, über die der Rotor mit dem Sonnenrad 13 des ersten Planetengetriebes 4 verbunden ist, minimiert werden. Dadurch werden die Reibungsverluste minimiert und es wird eine kleinere Dimensionierung der Lager ermöglicht.

Die Lagerung der Welle 12, über die der Rotor mit dem Sonnenrad 13 des ersten Planetengetriebes 4 verbunden ist, fällt gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit der antriebsseitigen Lagerung des Rotors der elektrischen Maschine 3 zusammen, so dass die Notwendigkeit separater Lager entfällt, wobei die dem Sonnenrad 13 des ersten Planetengetriebes 4 abgewandte Lagerung des Rotors der elektrischen Maschine 3 vorzugsweise durch ein Federelement axial vorgespannt sein kann.

Ferner wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mindestens eine Lagerseite der mit dem Steg 17 des zweiten Planetengetriebes 5 verbundenen Welle 18, d.h. des Abtriebs der Antriebsvorrichtung 1 , durch das Radlager des Rades 2 gebildet, welches als Lager üblicher Bauart, beispielsweise als zweireihiges Rollenlager oder als Lager umfassend zwei Einzelschrägrollenlager mit einem Druckwinkel zwischen 15° und 60 ° ausgeführt sein kann. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Lageranzahl der Antriebsvorrichtung 1 reduziert werden.

Die Verbindung der mit dem Steg 17 des zweiten Planetengetriebes 5 verbundenen Welle 18 mit der Radnabe des Rades 2 kann mittels einer steckbaren Keilwellenverbindung oder eines Polygonprofils erfolgen; alternativ dazu kann das der Antriebsvorrichtung 1 abgewandte Ende der mit dem Steg 17 des zweiten Planetengetriebes 5 drehfest verbundenen Welle 18 die Radnabe selbst darstellen, wodurch die Montage- und Herstellungskosten reduziert werden. Gemäß der Erfindung ist auch das Vorsehen einer zusätzlichen, zylindrischen Passverbindung zwischen der Radnabe und der Welle 18 zur besseren Zentrierung der Welle 18 möglich.

Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine 3 und die Planetengetriebe 4, 5 ein gemeinsames Gehäuse aufweisen, wobei in diesem Fall die beiden Lagerschilde der elektrischen Maschine 3 gemeinsam mit dem axial verpressten Statorblech ein Hilfsgehäuse bilden können, welches wie eine Art Patrone in das vorgefertigte Gehäuse der Antriebsvorrichtung axial einführbar ist.

Figur 2 stellt eine weitere Ansicht eines Teils einer Federbeinachse umfassend eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 dar. In Figur 2 sind der Rotor der elektrischen Maschine 3 mit dem Bezugszeichen 21 und der Stator mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet. Ferner sind ein Querlenker 23, ein Stabilisator 24, die Spurstange 25 und eine Scheibenbremse 26 dargestellt. Das Gehäuse 10 der elektrischen Maschine 3 ist bei dem gezeigten Beispiel direkt mit dem Radträger 8 der Federbeinachse verbunden. Im Rahmen einer nicht dargestellten Weiterbildung der Erfindung sind die Anbindung des Bremssattels der Scheibenbremse 26 und/oder des Dämpfers 6 und/oder der Feder in das Gehäuse 1 1 der Planetengetriebe 4, 5 oder in das Gehäuse 10 der elektrischen Maschine 3 der Antriebsvorrichtung 1 integriert, wobei die Verbindungsschrauben zur Fixierung des Bremssattels gleichzeitig Gehäuseschrauben für die Befestigung der Antriebsvorrichtung 1 am Radträger 8 darstellen können.

Auf diese Weise wird eine kompakte Bauweise erzielt und es entfällt die Notwendigkeit separater Bauteile, was in einer Reduzierung der Kosten resultiert.

Im Rahmen einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann die elektrische Maschine 3 als Hohlwellenmotor, d.h. als elektrische Maschine mit einem als Hohlwelle ausgeführten Rotor 21 ausgeführt sein, wobei das erste und das zweite Planetengetriebe 4, 5 an der dem Rad 7 abgewandten Seite der elektrischen Maschine 3 angeordnet sind und die Abtriebswelle der Antriebsvorrichtung 1 , die durch die mit dem Steg 17 des zweiten Planetengetriebes 5 drehfest verbundene Welle 18 gebildet ist, durch den Hohlraum des Rotors 21 der elektrischen Maschine 3 zum Rad 1 geführt wird, wo sie beispielsweise über vorzugsweise ein konventionelles Keilwellenprofil mit der Radnabe verbunden wird oder die Radnabe selbst darstellt, wie bereits erläutert.

Hierbei ist an dem der elektrischen Maschine abgewandten Ende der Antriebsvorrichtung 1 eine weitere Lagerung (eine erste Lagerung wird durch das Radlager des Rades 1 gebildet, wie bereits erläutert) der mit dem Steg 17 des zweiten Planetengetriebes 5 drehfest verbundenen Welle 18 vorgesehen, die vorzugsweise auf einem Zapfen der Welle 18 angeordnet ist. Durch die Vertauschung der Anordnung der elektrischen Maschine 3 und des ersten und des zweiten Planetengetriebes 4, 5 im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und Figur 2 wird der Vorteil erzielt, dass Bauraum zur Verfügung gestellt wird, der beim Einfedern genutzt wird, da das Gehäuse 1 1 des ersten und des zweiten Planetengetriebes 4, 5 mit kleinerem Außendurchmesser ausführbar ist als das Gehäuse der elektrischen Maschine 3. Ferner kann die Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 3 und der Radnabe weiniger steif ausgeführt werden als bei der Ausführung gemäß Figuren 1 und 2.

Die elektrische Maschine der Antriebsvorrichtung kann als Asynchronmaschine, als fremderregt- oder permanentmagnet-erregte Synchronmaschine oder als Querfeldmaschine ausgeführt werden, was eine hohe Flexibilität bietet.

Durch die erfindungsgemäße Konzeption kann bei einer geringen ungefederten Masse und hohem Leistungs-/Gewichtsverhältnis (kW/kg) eine sehr kompakte Bauweise der Antriebsvorrichtung realisiert werden.

Des Weiteren weist die Antriebsvorrichtung eine geringe Lageranzahl und eine gute Zugänglichkeit auf, wobei sie mit geringer Modifikation einer bestehenden Fahrzeugachse in die Achse integriert werden kann.

Ferner kann die Bremsvorrichtung der Räder als Scheibenbremse oder Trommelbremse ausgeführt sein; die Antriebsvorrichtung kann luftgekühlt oder fluidgekühlt ausgeführt sein, wobei die elektrische Maschine, das Getriebe und die Leistungselektronik eine gemeinsame Kühlung aufweisen können. Die Leistungselektronik kann zudem radträgerfest angeordnet sein. Bezuqszeichen

Antriebsvorrichtung

Rad

elektrische Maschine

erstes Planetengetriebe

zweites Planetengetriebe

Dämpfer

Radträger

Radachse

Gehäuse der elektrischen Maschine 3 Gehäuse der Planetengetriebe 4, 5

Welle

Sonnenrad des ersten Planetengetriebes 4 Steg des ersten Planetengetriebes 4 Welle

Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes 5 Steg des zweiten Planetengetriebes 5 Welle

Hohlrad des ersten Planetengetriebes 4 Hohlrad des zweiten Planetengetriebes 5 Rotor der elektrischen Maschine 3

Stator der elektrischen Maschine 3

Querlenker

Stabilisator

Spurstange

Scheibenbremse