Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsaggregat, das über ein Antriebsrad auf ein in einer Achsbrücke angeordnetes Differentialgetriebe und auf zwei Abtriebswellen wirkt, sowie mit einer als Elektromotor und/oder Generator wirkenden Elektromaschine.

Bei einer derartigen Antriebsvorrichtung ist es bekannt zwei Elektromaschinen anzuordnen, die jeweils über eine Planetengetriebestufe antriebsmäßig mit einer Abtriebswelle verbunden sind. Das Antriebsaggregat ist dabei ein Verbrennungsmotor, dessen Leistung durch die Elektromaschine unterstützt werden kann. Auch ist es möglich, daß das Fahrzeug nur durch die Elektromaschine angetrieben wird. Bei Bergabfahrt sowie beim Bremsbetrieb kann die Elektromaschine als Generator betrieben werden und einen Akkumulator aufladen, durch den später die Elektromaschine als Antrieb betrieben werden kann. Diese Ausbildung benötigt einen aufwendigen Aufbau und damit auch einen großen Bauraum.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die als Mildhybrid bei einer hohen Leistungssummierung von Antriebsaggregat und Elektromaschine einen geringen Bauraum benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzige Elektromaschine über eine erste Getriebestufe mit dem Antriebsrad oder dem Differentialkorb des Differentialgetriebes antriebsmäßig verbunden ist..

Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein Bus.

Da nur eine einzige Elektromaschine zur Unterstützung beider Abtriebswellen benötigt wird, ist der Aufbau wenig aufwendig und benötigt nur einen geringen Bauraum.

Ist die einzige Elektromaschine zusätzlich zur ersten Getriebestufe über wenigstens eine weitere Getriebestufe mit dem Antriebsrad oder dem Differentialkorb des Differentialgetriebes antriebsmäßig verbunden, kann der erforderliche Bauraum weiter verringert werden. Die erste Getriebestufe und/oder die weiteren Getriebestufen können Stirnradstufen sein, deren Aufbau einfach ist und einen geringen Bauraum erfordert.

Sind die erste Getriebestufe und/oder die weiteren Getriebestufen Planetengetriebestufen, so ist bei geringem Bauraumbedarf eine wesentliche Drehzahlreduzierung der Drehzahl der Elektromaschine erreichbar.

Ebenfalls nur geringen Bauraum erfordernd kann die Elektromaschine und/oder die erste Getriebestufe und/oder eine oder mehrere der weiteren Getriebestufen ganz oder teilweise in der Achsbrücke angeordnet sein.

Es ist aber auch möglich, daß die Elektromaschine und/oder die erste Getriebestufe und/oder eine oder mehrere der weiteren Getriebestufen ganz oder teilweise außerhalb der Achsbrücke angeordnet sind.

Je nach dem vorhandenen Bauraum kann die Elektromaschine längs zur Fahrzeuglängsrichtung oder quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sein.

In dem vom Antriebsaggregat zum Antriebsrad führenden Antriebsstrang kann eine im Normalbetrieb der Antriebsvorrichtung geschlossene offenbare Kupplung angeordnet sein.

Durch Öffnen der Kupplung ist ein Stopp/Start-Betrieb möglich.

In dem Antriebsstrang von dem Antriebsaggregat zum Antriebsrad kann eine Bremse angeordnet sein.

Zum rein elektromotorischen Fahren wird die bei Normalbetrieb geschlossene Kupplung geöffnet und die Bremse festgesetzt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Prinzipdarstellung einer Achsbrücke im Bereich eines Differentialgetriebes im Längsschnitt

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Prinzipdarstellung einer Achsbrücke im Bereich eines Differentialgetriebes im Längsschnitt

Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Prinzipdarstellung einer Achsbrücke im Bereich eines Differentialgetriebes im Längsschnitt

Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Prinzipdarstellung einer Achsbrücke im Bereich eines Differentialgetriebes im Längsschnitt

Figur 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Prinzipdarstellung einer Achsbrücke im Bereich eines Differentialgetriebes im Längsschnitt

Figur 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Prinzipdarstellung einer Achsbrücke im Bereich eines Differentialgetriebes im Längsschnitt

Figur 7 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Prinzipdarstellung einer Achsbrücke im Bereich eines Differentialgetriebes im Längsschnitt

Figur 8 ein achtes Ausführungsbeispiel einer Prinzipdarstellung einer Achsbrücke im Bereich eines Differentialgetriebes im Längsschnitt

Figur 9 ein neuntes Ausführungsbeispiel einer Prinzipdarstellung einer Achsbrücke im Bereich eines Differentialgetriebes im Längsschnitt

Figur 10 ein zehn Ausführungsbeispiel einer Prinzipdarstellung einer Achsbrücke im Bereich eines Differentialgetriebes im Längsschnitt

Figur 11 ein elftes Ausführungsbeispiel einer Prinzipdarstellung einer Achsbrücke im Bereich eines Differentialgetriebes im Längsschnitt. Die Figuren zeigen Ausschnitte von Achsbrücken eines Kraftfahrzeugs, das vorzugsweise ein Bus ist.

Die Achsbrücken weisen ein als Au ßenkegelzahnrad ausgebildetes Antriebsrad 1 auf, das von einem Antriebsaggregat 2, nämlich einem Verbrennungsmotor, drehbar antreibbar ist. Das Antriebsrad ist dabei um eine sich in Fahrzeuglängsrichtung 3 erstreckende Drehachse 4 drehbar.

Das Antriebsrad 1 greift in ein Außenkegelrad 5 eines in einer Achsbrücke 6 angeordneten Differentialgetriebes 7 ein, das um eine sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung 3 erstreckende zweite Drehachse 8 drehbar gelagert ist.

Mit dem Außenkegelrad 5 ist ein Differentialkorb 9 fest verbunden, an dem sich diametral gegenüberliegend zwei Ausgleichskegelräder 10, 10' um eine sich in Fahrzeuglängsrichtung 3 erstreckende dritte Drehachse 1 1 drehbar gelagert sind.

In die Ausgleichskegelräder 10, 10' greifen zwei sich ebenfalls diametral gegenüberliegende Achswellenkegelräder 12, 12' ein, wobei das Achswellenkegelrad 12 auf einer linken Abtriebswelle 17 und das Achswellenkegelrad 12' auf einer Abtriebswelle 17' drehfest angeordnet ist. Die Abtriebswellen 17 und 17' erstrecken sich voneinander weg zu nicht dargestellten Rädern des Fahrzeugs.

Weiterhin ist eine Elektromaschine 13 vorhanden, die sowohl im Motorbetrieb als auch im Generatorbetrieb betreibbar ist und mit der das Antriebsrad 1 oder eine Komponente des Differentialgetriebes 7 über einen Nebenabtrieb verbunden ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Elektromaschine 13 quer zur Fahrzeuglängsrichtung 3 angeordnet und befindet sich in Fahrzeuglängsrichtung 3 vor dem Differentialgetriebe 7. Über eine eine erste Getriebestufe bildende erste Planetengetriebestufe 14 an der Elektromaschine 13 wird die Drehzahl der als Motor betriebenen Elektromaschine 13 reduziert und die Leistung der Elektromaschine 13 mit einer zur ersten Planetenradstufe 14 koaxialen, eine zweite Getriebestufe bildenden ersten Stirnradstufe 15 übersetzt auf den Differentialkorb 9 des Differentialgetriebes 7 übertragen. Im Differentialkorb 9 wird dann die vom Verbrennungsmotor ggf. über ein nicht dargestelltes Schaltgetriebe kommende Verbrennungsmotorleistung mit der Elektroma- schinenleistung summiert und über die Antriebswellen 17, 17' auf die nicht dargestellten Räder des Kraftfahrzeugs weitergeleitet.

Wird über das Schaltgetriebe der Verbrennungsmotor von dem Triebstrang zum Differentialgetriebe 7 entkoppelt, kann das Kraftfahrzeug auch rein elektrisch von der im Motorbetrieb betriebenen Elektromaschine 13 angetrieben werden, insbesondere, wenn nur kurze Strecken zu fahren sind.

Die Elektromaschine ist in Fahrzeuglängsrichtung 3 vor der Achsbrücke 6 angeordnet, so daß kein wesentlicher zusätzlicher Bauraum dafür erforderlich ist.

Durch die Summierung der Verbrennungsmotorleistung mit der Elektromaschinen- leistung ist es möglich einen kleineren Verbrennungsmotor zu verwenden, was wiederum zu einer Reduzierung des erforderlichen Bauraums sowie zu einer Kraftstoffeinsparung führt. Da sich gleichzeitig auch die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors erhöht, kann die Abgasanlage des Kraftfahrzeugs optimal betrieben werden, was einen vorzeitigen Ausfall oder eine vorzeitige Wartung vermeidet.

Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 . Im Unterschied dazu ist eine von der Elektromaschine 13 antreibbare erste Getriebestufe von einer zweiten Stirnradstufe 18 und die weitere Getriebestufe durch eine dritte Stirnradstufe 19 gebildet. Dadurch kann die Elektromaschine flexibel zum Antrieb der dritten Stirnradstufe 19 verdreht werden.

Auch das Ausführungsbeispiel der Figur 3 entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 . Im Unterschied dazu ist die Elektromaschine 13 in Fahrzeuglängsrichtung 3 hinter der Achsbrücke 6 angeordnet. Dadurch kommt es nicht zu einer möglichen Kollision mit nicht dargestellten Dreiecksachslenkern des Kraftfahrzeugs. Das Ausführungsbeispiel der Figur 4 entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel der Figur 2. Im Unterschied dazu ist wie in Figur 3 die Elektromaschine 13 in Fahrzeuglängsrichtung 3 hinter der Achsbrücke 6 angeordnet.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist die Elektromaschine 13 längs zur Fahrzeuglängsrichtung 3 angeordnet. Die Elektromaschine 13 liegt dabei in Fahrzeuglängsrichtung 3 vor der Achsbrücke 6. Über eine eine erste Getriebestufe bildende erste Planetengetriebestufe 14 an der Elektromaschine 13 wird die Drehzahl der als Motor betriebenen Elektromaschine 13 reduziert und mit einer zur ersten Pla- netenradstufe 14 koaxialen, eine zweite Getriebestufe bildenden ersten Stirnradstufe 15 übersetzt die Leistung der Elektromaschine auf das Antriebsrad 1 übertragen.

An dem Antriebsrad 1 wird dann die vom Verbrennungsmotor kommende Leistung mit der von der Elektromaschine 13 kommenden Leistung summiert und auf das Differentialgetriebe 7 übertragen und über die Abtriebswellen 13, 13' auf die nicht dargestellten Räder des Kraftfahrzeugs weitergeleitet.

Wird über das Schaltgetriebe der Verbrennungsmotor von dem Triebstrang zum Differentialgetriebe 7 entkoppelt, kann das Kraftfahrzeug auch rein elektrisch von der im Motorbetrieb betriebenen Elektromaschine 13 angetrieben werden, insbesondere, wenn nur kurze Strecken zu fahren sind.

Die Elektromaschine 13 ist in Fahrzeuglängsrichtung 3 vor der Achsbrücke 6 angeordnet, so daß kein wesentlicher zusätzlicher Bauraum dafür erforderlich ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 kann die komplette Achsübersetzung zum Reduzieren der Drehzahl der Elektromaschine 13 genutzt werden.

Durch die Summierung der Verbrennungsmotorleistung mit der Elektromaschinen- leistung ist es möglich einen kleineren Verbrennungsmotor zu verwenden, was wiederum zu einer Reduzierung des erforderlichen Bauraums sowie zu einer Kraftstoffeinsparung führt. Da sich gleichzeitig auch die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors speziell im Stadtbuseinsatz erhöht, kann die Abgasanlage des Kraft- fahrzeugs optimal betrieben werden, was einen vorzeitigen Ausfall oder eine vorzeitige Wartung vermeidet.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 6 entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel der Figur 5. Im Unterschied dazu ist eine von der Elektromaschine 13 antreibbare erste Getriebestufe von einer zweiten Stirnradstufe 18 und die weitere Getriebestufe durch eine dritte Stirnradstufe 19 gebildet. Dadurch kann die Elektromaschine 13 flexibel zum Antrieb der dritten Stirnradstufe 19 verdreht werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 7 ist die Elektromaschine 13 längs zur Fahrzeuglängsrichtung 3 in Fahrzeuglängsrichtung 3 vor der Achsbrücke 6 angeordnet. Über eine eine erste Getriebestufe bildende erste Stirnradstufe 15 wird die Drehzahl der im Motorbetrieb betriebenen Elektromaschine 13 reduziert. Die Abtriebswelle 20 der ersten Stirnradstufe 15 geht auf ein Stirnrad 21 , welches zusammen mit einem au ßenverzahnten Hohlrad 22 eine weitere Übersetzung bildet. An dem Achseingang 23 des Antriebsrads 1 sitzt eine eine zweite Getriebestufe bildende Planetengetriebestufe 24. Die Planetenräder 25 der zweiten Planetengetriebestufe 24 sind mittels einem Steg 26 mit dem Achseingang 23 des Antriebsrades 1 verbunden. Das Sonnenrad 27 der zweiten Planetengetriebestufe 24 ist über eine Gelenkwelle 28 mit dem Antriebsaggregat 2 verbunden. Ein Teil der Leistung kommt somit von dem von einem Verbrennungsmotor gebildeten Antriebsaggregat 1 auf das Sonnenrad 27 der Planetengetriebestufe 24 und ein weiterer Teil der Leistung kommt von der Elektromaschine über das Hohlrad 22 auf die Planetengetriebestufe 24. Die beiden Leistungen werden in den Planetenrädern 25 summiert und auf den Achseingang 24 des Antriebsrades 1 übertragen.

Steht das Kraftfahrzeug still, dreht sich das Hohlrad 22 entgegen dem Sonnenrad 27, so daß die Planetenräder 25 relativ zum Antriebsrad 1 still stehen. Beim Anfahren wird die Drehzahl des Antriebsaggregats 2 erhöht und die Drehzahl der Elektromaschine 13 konstant gehalten, bis sich das Antriebsaggregat 2 in seinem optimalen Betriebspunkt befindet. Im weiteren Beschleunigungsvorgang wird die Drehzahl der Elektromaschine 13 verringert und dann umgekehrt, bis die geforderte Geschwindigkeit erreicht ist. Beim Verzögern des Kraftfahrzeugs erfolgt dies in umgekehrter Reihenfolge und die Bremsenergie kann dabei rekuperiert werden. Beim Stillstand des Kraftfahrzeugs kann die Leerlaufdrehzahl des Antriebsaggregats 2 zum Aufladen der Batterie des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Dadurch ist keine Stopp/Start-Funktion des Antriebsaggregats 2 zur Energieeinsparung notwendig.

Durch die Summierung der Verbrennungsmotorleistung mit der Elektromaschinen- leistung ist es möglich einen kleineren Verbrennungsmotor zu verwenden, was wiederum zu einer Reduzierung des erforderlichen Bauraums sowie zu einer Kraftstoffeinsparung führt. Da sich gleichzeitig auch die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors erhöht, kann die Abgasanlage des Kraftfahrzeugs optimal betrieben werden, was einen vorzeitigen Ausfall oder eine vorzeitige Wartung vermeidet.

Durch die erste Stirnradstufe 15 an der Elektromaschine kann diese zum Antrieb des Stirnrads 21 radial verdreht werden und dadurch eine optimale Nutzung des vorhandenen Bauraums erfolgen.

Durch die Verzweigung der dem Antriebsrad 1 zugeführten Leistung ist eine stufenlose Variierung der Drehzahl des Antriebsrades 1 möglich, was auch einen Entfall eines konventionellen Schaltgetriebes im Antriebsstrang von dem Antriebsaggregat 2 zum Differentialgetriebe 7 ermöglicht.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 8 entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel der Figur 7. Im Unterschied dazu ist zwischen dem Antriebsaggregat 2 und der Gelenkwelle 28 eine dritte Planetengetriebestufe 29 angeordnet, durch die eine Reduzierung der Achsübersetzung erfolgt. Dies verbessert die Lebensdauer der Antriebsvorrichtung.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 ist die Elektromaschine 13 längs zur Fahrzeuglängsrichtung 3 in Fahrzeuglängsrichtung 3 vor der Achsbrücke 6 angeordnet. Über eine eine erste Getriebestufe bildende erste Planetengetriebestufe 14 wird die Drehzahl der im Motorbetrieb betriebenen Elektromaschine 13 reduziert. Die Abtriebswelle 20 der ersten Planetengetriebestufe 14 geht auf ein Stirnrad 21 , welches zusammen mit einem außenverzahnten Hohlrad 22 eine weitere Übersetzung bildet. An dem Achseingang 23 des Antriebsrads 1 sitzt eine eine zweite Getriebestufe bildende Planetengetriebestufe 24. Die Planetenräder 25 der zweiten Planetengetrie- bestufe 24 sind mittels einem Steg 26 mit dem Achseingang 23 des Antriebsrades 1 verbunden. Das Sonnenrad 27 der zweiten Planetengetriebestufe 24 ist über eine Gelenkwelle 28 und eine dritte Stirnradstufe 19 mit dem Antriebsaggregat 2 verbunden. Ein Teil der Leistung kommt somit von dem von einem Verbrennungsmotor gebildeten Antriebsaggregat 1 über die dritte Stirnradstufe 19 auf das Sonnenrad 27 der zweiten Planetengetriebestufe 24 und ein weiterer Teil der Leistung kommt von der Elektromaschine über das Hohlrad 22 auf die zweite Planetengetriebestufe 24. Die beiden Leistungen werden in den Planetenrädern 25 summiert und auf den Achseingang 24 des Antriebsrades 1 übertragen.

Diese Ausbildung ermöglicht eine kleinere Achsübersetzung, was zu einer verbesserten Lebensdauer führt. Darüber hinaus ergibt sich ein reduzierter Beugewinkel der Gelenkwelle 28.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 10 entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel der Figur 9. Im Unterschied dazu ist zwischen dem Antriebsaggregat 2 und der Gelenkwelle 28 eine dritte Planetengetriebestufe 29 angeordnet. Damit ist eine kleinere Achsübersetzung realisierbar, wodurch die Lebensdauer verbessert wird.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 1 1 entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel der Figur 10. Zusätzlich sind zwischen dem Antriebsaggregat und der dritten Planetengetriebestufe 29 eine Kupplung 30 und eine Bremse 31 angeordnet.

Zum rein elektromotorischen Fahren wird die bei Normalbetrieb geschlossene Kupplung 30 geöffnet und die Bremse 31 festgesetzt.

Außerdem kann durch Öffnen der Kupplung ein Stopp/Start-Betrieb ermöglicht werden, wodurch der Fahrzeugenergiehaushalt optimal eingestellt werden kann, da das Antriebsaggregat unabhängig ein- und abgeschaltet werden kann. Bezugszeichen Antriebsrad

Antriebsaggregat

Fahrzeuglängsrichtung

Drehachse

Außenkegelrad

Achsbrücke

Differentialgetriebe

zweite Drehachse

Differentialkorb

0 Ausgleichskegelrad

0' Ausgleichskegelrad

1 dritte Drehachse

2 Achswellenkegelrad

2' Achswellenkegelrad

3 Elektromaschine

4 erste Planetenradgetriebestufe

5 erste Stirnradstufe

7 Antriebswelle

T Antriebswelle

8 zweite Stirnradstufe

9 dritte Stirnradstufe

0 Abtriebswelle erste Stirnradstufe

1 Stirnrad

2 Hohlrad

3 Achseingang

4 zweite Planetenradgetriebestufe

5 Planetenräder

6 Steg

7 Sonnenrad

8 Gelenkwelle

9 dritte Planetenradgetriebestufe

0 Kupplung Bremse