Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb eines Fahrzeuges, welcher aus zwei axial nebeneinander in Reihe angeordneten elektrische Traktionsmaschinen besteht, die über je ein Reduktionsgetriebe zwei Fahrzeugräder antreiben und die mit einem Getriebe in einer Wirkverbindung stehen.

Aus der EP 3 519222 B1 ist eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse, insbesondere eine Hinterachse, bekannt, bei welcher zwei Elektromaschinen je ein an einer gemeinsamen Achse angeordnetes Fahrzeugrad über ein Achsdifferential antreiben, welchen jeweils ein Reduktionsgetriebe vorgeschaltet ist. Die Elektromaschinen sind in koaxialer Anordnung zu den ersten und zweiten, die Fahrzeugräder antreibenden Flanschwellen positioniert, wobei ein Stirnradgetriebe zwischen den beiden Elektromaschinen angeordnet ist.

Die DE 10 2011 086 743 A1 offenbart eine elektromechanische Fahrzeugantriebseinrichtung, welche für eine Fahrzeugachse zwei separate Radantriebsstränge mit jeweils einem eigenen Elektrische Traktionsmaschine aufweist. Diese Radantriebsstränge sind mit einer eine Klauenkupplung und eine Rutschkupplung aufweisenden Koppeleinrichtung verbindbar, die so ausgebildet ist, dass diese unterschiedliche Radwinkelgeschwindigkeiten an den Fahrzeugrädern zulässt und eine Parksperrenfunktion umfasst, mittels welcher beide Fahrzeugräder gleichzeitig sperrbar sind. Die Koppeleinrichtung ist dabei zwischen den beiden Radantriebswellen der Radantriebsstränge angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb eines Fahrzeuges anzugeben, bei welchem Bauraum und Gewicht des Antriebs reduziert werden.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Der eingangs erläuterte elektrische Antrieb eines Fahrzeuges besteht aus zwei axial nebeneinander in Reihe angeordneten elektrischen Traktionsmaschinen, die über je ein Reduktionsgetriebe zwei Fahrzeugräder antreiben und die mit einem Getriebe in einer Wirkverbindung stehen. Bei diesem elektrischen Antrieb ist das Getriebe zur Herstellung einer Verbindung zwischen getrennten Rotorwellen der elektrischen Traktionsmaschinen als Differentialausgleichsgetriebe ausgeführt, an dessen Ausgangswelle ein Parksperrenmechanismus ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass eine gemeinsame Parksperrenmechanik für beide Traktionsmaschinen realisiert wird. Ein Querstellen des Fahrzeuges, wie es bei Verwendung zweier getrennter Parksperrenmechanismen für jede Traktionsmaschine bei einseitigem Einlegen eines Parksperrenmechanismus vorkommen kann, wird somit genau so zuverlässig verhindert, wie ein Rutschen des Fahrzeuges. Darüber hinaus wird der Antrieb hinsichtlich Bauraum und Gewicht reduziert und weiter kann die Mechanik über eine einzige Aktuatorik angesteuert werden, was zu einer Kostenoptimierung beiträgt.

Gemäß einer Ausführungsform sind eine Rotorwelle und der/die Stator(en) der elektrischen Traktionsmaschinen axial nebeneinander angeordnet und dabei in eine I- Anordnung oder einer H-Anordnung betreibbar. In beiden Fällen liegen Rotor und Stator axial zueinander, wobei bei der I-Anordnung der Rotor innen und die Statoren außen liegen, während es sich bei der H-Anordnung umgekehrt verhält. Somit ist eine vielfältige Ausgestaltung des elektrischen Antriebs möglich.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Eingangswellen des Differentialausgleichsgetriebes mit den elektrischen Traktionsmaschinen drehfest gekoppelt und die Ausgangswelle über den Parksperrenmechanismus mit einem Gehäuse koppelbar. Bei der Sperrfunktion des Parksperrenmechanismus werden beide Traktionsmaschinen gleichzeitig festgesetzt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Rotorwellen über das Differentialausgleichsgetriebe in einem festen Drehzahlverhältnis miteinander gekoppelt, sofern ein Parksperrenrad des Parksperrenmechanismus fest mit dem Gehäuse gesperrt und somit ist die Ausgangswelle festgesetzt ist. Wenn das Parksperrenrad gesperrt ist, können die beiden Rotorwellen nicht mehr unabhängig voneinander drehen und es stellt sich ein festes Drehzahlverhältnis ein, was bei einer gegenläufigen Drehbewegung der Rotorwellen zu einem Stehen des Fahrzeuges führt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Differentialausgleichsgetriebe zwei Eingangswellen und eine Ausgangswelle auf, wobei die Eingangswellen mit je einer Rotorwelle der elektrischen Traktionsmaschine drehfest gekoppelt sind und die Ausgangswelle eine mittlere Drehzahl zu den beiden Eingangswellen aufweist, sofern der Parksperrenmechanismus geöffnet ist. Dabei wird das Differentialausgleichsgetriebe mit einer umgekehrten Kinematik als bereits bekannte Differentialgetriebe genutzt, indem die beiden Wellenanschlüsse, an welchen die Rotorwellen angreifen, einen Eingang des Differentialausgleichsgetriebes bilden, während der einzelne Wellenanschluss den Ausgang des Differentialausgleichsgetriebes bildet, auf welchen die Parksperrenmechanismus zugreift. Somit können die Rotorwellen der elektrischen Traktionsmaschinen mit verschiedenen Drehzahlen beaufschlagt werden, die auf die Fahrzeugräder übertragen werden und dabei beispielsweise eine schlupffreie Kurvenfahrt gewährleisten, solange das Parksperrenrad des Parksperrenmechanismus nicht gebremst wird. An dem Wellenanschluss, der dem Parksperrenrad zugeordnet ist, liegt dann immer ein Mittel des beiden Rotordrehzahlen an.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Differentialausgleichsgetriebe als Planetenradgetriebe mit mindestens drei Planetenradpaaren ausgebildet und jeweils ein Planet eines der Planetenradpaare mit einer drehfest mit der ersten Rotorwelle in Verbindung stehenden Sonne und die zweiten Planeten eines Planetenradpaares mit einem Hohlrad im Verzahnungskontakt stehen, während ein gemeinsamer Steg, in dem die Planetenradpaare drehbar gelagert sind, mit der zweiten Rotorwelle drehfest verbunden ist. Die äußeren Planeten der Planetenradpaare kämmen mit dem Hohlrad, an welchem der Parksperrenmechanismus anliegt. Durch die Verwendung eines als Planetenradgetriebe ausgebildeten Differentials, beispielsweise eines „scheibenförmigen“ Stirnraddifferentials, wird der in axialer Richtung benötigte Bauraum des elektrischen Antriebes weiter reduziert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Parksperrenrad zum Eingriff des Parksperrenmechanismus drehfest mit der Ausgangswelle des Differentialausgleichsgetriebes gekoppelt. Infolge dieser Anordnung wird Bauraum und Gewicht weiter reduziert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Parksperrenrad einteilig mit der Ausgangswelle des Differentialausgleichsgetriebes ausgeführt. Dadurch kann der Parksperrenmechanismus ohne Verwendung zusätzlicher Bauteile mit dem elektrischen Antrieb verbunden werden. Dies führt zu einer weiteren Gewichtsabnahme des elektrischen Antriebs und trägt ferner zu einer kostenoptimierten Gestaltung des Antriebs bei.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die über das Differentialausgleichsgetriebe miteinander verbundenen Rotorwellen mit jeweils einem der Reduktionsgetriebe verbunden. Durch solche Reduktionsgetriebe wird die Drehzahl der Fahrzeugräder gegenüber der Drehzahl der elektrischen Traktionsmaschinen reduziert, wobei das Drehmoment erhöht wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Reduktionsgetriebe als Planetenradgetriebe ausgeführt, bei denen die Getriebeausgangswelle koaxial zu den Getriebeeingangswellen angeordnet sind, wobei das Planetenradgetriebe als gestufter oder einfacher Planetenradsatz ausgebildet ist. Die koaxiale Lage bringt Bauraumvorteile und erlaubt die Verwendung unterschiedlicher Planetenradgetriebe im selben Bauraum.

Gemäß einer weiteren Ausführungseinheit sind die Reduktionsgetriebe als Stirnräderkette ausgeführt, bei denen die Getriebeausgangswelle achsparallel zur Getriebeeingangswelle angeordnet sind. Durch diese alternative Ausgestaltung wird ebenfalls Bauraum eingespart.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform greift die Abkoppeleinheit an einer Getriebezwischenwelle oder einem Hohlrad oder einer Getriebeeingangswelle des Reduktionsgetriebes an. Durch die Betätigung der Abkoppeleinheiten können die Fahrzeugräder unabhängig voneinander von dem elektrischen Antrieb getrennt werden.

Die Anordnung der Abkoppeleinheit kann dabei in Abhängigkeit des abzustützenden Drehmomentes gewählt werden.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes dargestellt. Der elektrische Antrieb 1 umfasst zwei elektrische Traktionsmaschinen 2, 3, die in Reihe angeordnet sind, so dass die Rotorwellen 4, 5 der beiden elektrische Traktionsmaschinen 2,3 koaxial zueinander liegen. Jede Rotorwelle 4, 5 ist an jeweils ein Reduktionsgetriebe 6, 7 geführt, welches mit einer Getriebeausgangswelle 8, 9 an jeweils einem Fahrzeugrad 10, 11 angreift.

Zwischen den beiden elektrische Traktionsmaschinen 2, 3 ist ein Differentialausgleichsgetriebe 12 in Form eines Planetenradgetriebes ausgebildet, an welchem die beiden Rotorwellen 4, 5 angekoppelt sind. Das als Planetenradgetriebe ausgebildete Differentialausgleichsgetriebe 12 weist eine Anzahl von Planetenradpaare 13, 14 auf, deren Einzelplaneten miteinander kämmen. Ein Planet 15 oder 16 des Planeten- radpaares 13 bzw. 14 ist mit einer Sonne 17 über die Eingangswelle 35 verbunden, die drehtest mit der ersten Rotorwelle 4 verbunden ist. Die außenliegenden zweiten Planeten 18a bzw. 18b der Planetenradpaare stehen in einer Wirkverbindung mit einem Hohlrad 19. D. h. die beiden Planeten 18a bzw.18b und das Hohlrad 19 sind miteinander verzahnt, an welchen eine Ausgangswelle 37 angeordnet ist. Ein gemeinsamer Steg 20, in dem die Planetenradpaare 13, 14 drehbar gelagert sind, ist als zweite Eingangswelle 36 drehtest mit der zweiten Rotorwelle 5 der elektrischen Traktionsmaschine 3 verbunden. Ein Parksperrenrad 21 ist fest mit dem Hohlrad 19 gekoppelt. Alternativ kann dieses auch einteilig mit dem Hohlrad 19 ausgeführt sein. Am äußeren Umfang des Parksperrenrades 21 greift mindestens eine Bremse 22 an, die das Parksperrenrad 21 und somit das Hohlrad 19 fest gegenüber einem Gehäuse 23 sperrt. Vorteilhafterweise kann die Bremse 22 als nicht weiter dargestellter Parksperrenmechanismus ausgebildet sein, der lediglich durch eine Klinke 38 angedeutet ist, die formschlüssig in das Parksperrenrad 21 eingreift, insofern das Parksperrenrad 21 eine Drehzahl von etwa <10 1/min aufweist. Ein Mechanismus der Klinke 38 wird dabei hydraulisch oder elektromechanisch aktuiert.

Die in Fig. 1 dargestellten Elektrische Traktionsmaschinen 2, 3 sind in einer I- Anordnung ausgeführt, in welcher ein Rotor 24 innenliegend und die Statoren 25 axialflächig außenliegend angeordnet sind. Ein elektrischer Antrieb 26 mit elektrischen Traktionsmaschinen 27, 28, die in einer H-Anordnung ausgeführt sind, ist in Fig. 2 gezeigt. Bei dieser Ausführung liegt der Rotor 24 außen, während die Statoren 25 axialflächig innerhalb des Rotors 24 positioniert sind. Das zwischen den beiden elektrische Traktionsmaschinen 27, 28 liegende Differentialausgleichgetriebe 12 ist gemäß der in Fig. 1 erläuterten Ausführung aufgebaut.

In den Fig. 3 bis 6 sind in die im Zusammenhang mit Fig.1 und 2 beschriebenen elektrischen Antriebe 1 , 26 zusätzlich mit zwei Abkoppeleinheiten 29, 30 ausgestattet. Dabei greift die Abkoppeleinheit 29 an dem Reduktionsgetriebe 6 und die Abkoppeleinheit 30 an dem Reduktionsgetriebe 7 ein. Gemäß Fig. 3 und 4 sind die Abkoppeleinheiten 29, 30 an den Getriebeausgangswellen 8, 9 angeordnet. Dieses Anordnung erlaubt die Abkopplung des gesamten elektrischen Antriebs 1 , 26 während der Fahrt. Alle Abkoppeleinheiten 29, 30 müssen dabei als normally closed System ausgebildet sein, damit im Fehlerfall ein automatisches Schließen der Abkoppeleinheit 29, 30 ge- währleistet wird, um ein sicheres Abstellen des Fahrzeugs über den Parksperrenmechanismus 24 grundsätzlich zu ermöglichen.

In Fig. 5 ist der elektrische Antrieb 1 gezeigt, bei welchem die Abkoppeleinheiten 29, 30 an den Getriebezwischenwellen bzw. einem Hohlrad 31 , 32 der Reduktionsgetriebe 6, 7 angebunden sind. Im elektrischen Antrieb 26 gemäß Fig. 6 sind die Abkoppeleinheiten 29, 30 an den Getriebeeingangswellen 33, 34 der Reduktionsgetriebe 6, 7 positioniert, wodurch eine Abkopplung des elektrischen Antriebes 1 , 26 bereits am Eingang des Reduktionsgetriebes 6, 7 ermöglicht wird. Damit lassen sich zusätzlich Verluste vermeiden.

In jedem der beschriebenen Fälle werden die Abkoppeleinheiten 29, 30 hydraulisch betätigt. Dabei werden die Abkoppeleinheiten 29, 30 und der Aktuator für den Parksperrenmechanismus von einer gemeinsamen Hochdruckpumpe hydraulisch versorgt.

Bezuqszeichenliste

1 elektrischer Antrieb

2 elektrische Traktionsmaschine

3 elektrische Traktionsmaschine

4 Rotorwelle

5 Rotorwelle

6 Reduktionsgetriebe

7 Reduktionsgetriebe

8 Getriebeausgangswelle

9 Getriebeausgangswelle

10 Fahrzeugrad

11 Fahrzeugrad

12 Differentialausgleichsgetriebe

13 Planetenradpaar

14 Planetenradpaar

15 erster Planet eines Planetenradpaares

16 zweiter Planet eines Planetenradpaares

17 Sonne

18a äußerer Planet eines Planetenradpaares

18b äußerer Planet eines Planetenradpaares

19 Hohlrad

20 Steg

21 Parksperrenrad

22 Bremse 23 Gehäuse

24 Rotor

25 Stator

26 Elektrischer Antrieb 27 Elektrische Traktionsmaschine

28 Elektrische Traktionsmaschine

29 Abkoppeleinheit

30 Abkoppeleinheit

31 Hohlrad 32 Hohlrad

33 Getriebeeingangswelle

34 Getriebeeingangswelle

35 Ausgangswelle des Differentialausgleichsgetriebes

36 Ausgangswelle des Differentialausgleichsgetriebes 37 Eingangswelle der Differentialausgleichsgetriebes

38 Klinke eines Parksperrenmechanismus