Die vorliegende Erfindung betrifft ein Achsantnebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 . Ein derartiges Achsantriebssystem kommt beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder bei Hybridfahrzeugen zur Anwendung. Kennzeichnend für die gattungsgemäßen Achsantriebssysteme ist die koaxiale Anordnung einer zum elektrischen Antrieb vorgesehenen dynamoelektrischen Antriebsmaschine, eines die Drehzahl untersetzenden Überlagerungsgetriebes und eines Verteilergetriebes zur Verteilung des von der Antriebsmaschine erzeugten Drehmomentes auf die Abtriebswellen. Besagte drei Komponenten haben bei einem gattungsgemäßen Achsantriebssystem eine gemeinsame, quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs orientierte Rotationsachse.

Ein Achsantriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE102010036884A1 bekannt. Die koaxiale Bauweise des Achsantriebssystems und die Ineinanderverschachtelung von den Abtriebswellen in die als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle ermöglichen es, den elektrischen Antrieb auf geringem Bauraum zu realisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders kompaktes Achsantriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit schaltbarem Zweiganggetriebe verfügbar zu machen.

Diese Aufgabe wird durch ein Achsantriebssystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Achsantriebssystem umfasst zunächst eine dynamoelektrische Antriebsmaschine, insbesondere eine permanent erregte Synchronmaschine, mit einer ersten Rotorwelle, an der ein zum Antrieb des Kraftfahrzeuges benötigtes Drehmoment zur Verfügung gestellt wird. Der Antriebsmaschine im Momentenfluss nachgeschaltet ist ein schaltbares Überlagerungsgetriebe mit einer ersten und einer zweiten Getriebestufe. Dieses dient insbesondere der Untersetzung der Drehzahl der Antriebsmaschine. Eine Drehzahluntersetzung ist vorteilhafterweise vorzusehen, da eine schnell drehende elektrische Maschine bei gleicher Leistung eine geringere Achshöhe aufweist als eine niedrig drehende elektrische Maschine mit entsprechend höherem Drehmoment.

Das Achsantriebssystem umfasst ferner eine Schaltaktuatorik mit einer axial verschiebbaren Schiebemuffe zum Schalten der zwei Gänge. Das Überlagerungsgetriebe weist eine Getriebeeingangswelle auf, die drehfest mit der ersten Rotorwelle der Antriebsmaschine verbunden ist und mittels der besagten Schiebemuffe wahlweise unmittelbar mit der zweiten Getriebestufe oder mittelbar über die erste mit der zweiten Getriebestufe wirkverbunden werden kann. Die Getriebeeingangswelle ist beispielsweise mit der ersten Rotorwelle über eine Steckverzahnung verbunden, die eine axial gerichtete Relativbewegung der beiden Wellen zueinander erlaubt. Hierdurch werden Toleranzen ausgeglichen. Darüber hinaus bewirkt die Steckverzahnung, dass etwaige Schwingungsanregungen im Getriebe von der dynamoelektrischen Maschine entkoppelt werden.

Dem Überlagerungsgetriebe nachgeschaltet ist ein Verteilergetriebe mit einer ersten Verteilerwelle, die auf eine erste Abtriebswelle abtreibt, und mit einer zweiten Verteilerwelle, die auf eine zweite Abtriebswelle abtreibt. Mit besagtem Verteilergetriebe bzw. Differenzial werden unterschiedliche Drehzahlen auf der linken und rechten Abtriebsseite ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Achsantriebssystem ist durch einen koaxialen Aufbau charakterisiert. Das heißt, dass die Verteilerwellen, die Abtriebswellen und die erste Rotorwelle um eine gemeinsame, quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges orientierte Rotationsachse rotierbar angeordnet sind.

Besonders kompakt gestaltet sich das Achsantriebssystem erfindungsgemäß dadurch, dass die Schaltaktuatorik einen Elektromotor zur Verschiebung der Schiebemuffe umfasst und die Schaltaktuatorik in einem Bauraum angeordnet ist, der in axialer Richtung des Antriebssystems auf einer Seite durch die erste und auf der anderen Seite durch die zweite Getriebestufe begrenzt ist. Demnach befindet sich die komplette Schaltungsaktuatorik axial betrachtet zwischen den beiden schaltbaren Getriebestufen des Überlagerungsgetriebes. Auch die Ausdehnung des Elektromotors, der zur Verstellung der Schiebemuffe Verwendung findet, überragt in axialer Richtung betrachtet nicht den axialen Abstand der ersten und zweiten Getriebestufe.

Bei diesem Konzept kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Abstand zwischen der ersten und zweiten Getriebestufe dadurch besonders gering gehalten werden, dass der Elektromotor eine quer zur gemeinsamen Rotationsachse orientierte, zweite Rotorwelle aufweist und die Schaltaktuatorik Mittel zur Umwandlung einer Rotation der zweiten Rotorwelle in eine axial gerichtete Translation der Schiebemuffe umfasst. Das von der zweiten, senkrecht zur Rotationsachse orientierten Rotorwelle erzeugte Drehmoment wird beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Winkeltriebs auf eine Welle mit paralleler Ausrichtung zur gemeinsamen Rotationsachse übertragen, von wo aus die Drehbewegung schließlich in eine Translation der Schiebemuffe umgewandelt werden muss.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfassen besagte Mittel eine Spindel mit einem Kugelgewindetrieb. Wenn nun in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die zweite Rotorwelle als Ritzelwelle ausgebildet ist und die Spindel eine mit der Ritzelwelle im Wirkeingriff stehende Kronenverzahnung umfasst, kann der Elektromotor eine axiale Bewegung der Spindel herbeiführen.

Hierbei können besagte Mittel ferner eine schwenkbar gelagerte Wippe zur Umwandlung einer axialen Bewegung der Spindel in die axial gerichtete Translation der Schiebemuffe umfassen.

Das komplette System der Schaltaktuatorik umfassend den Elektromotor mit dessen Ritzelwelle, die Spindel mit der Kronenverzahnung, die Wippe sowie die hiermit in Wirkeingriff stehende Schiebemuffe befinden sich axial betrachtet in dem von der ersten Getriebestufe auf der einen Seite und der zweiten Getriebestufe auf der andere Seite begrenzten Bauraum.

Der für das Achsantriebssystem benötigte Bauraum kann bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung dadurch weiter reduziert werden, dass die erste Getriebestufe unmittelbar an einer Stirnseite eines Rotors der dynamoelektrischen Maschine angrenzt und in einem von Wickelköpfen eines Stators der Antriebsmaschine radial begrenzten Bauraum derart angeordnet ist, dass sie in axialer Richtung nicht über besagte Wickelköpfe herausragt. Auf diese Art und Weise erhöht die Existenz der ersten Getriebestufe die axiale Baulänge des Achsantriebssystems nicht, da der von der ersten Getriebestufe axial eingenommene Bauraum nicht größer ist als der von den Wickelköpfen des Stators ohnehin axial eingenommene Bauraum.

Vorteilhafterweise sind die erste und zweite Getriebestufe als Planetensätze ausgebildet, wobei die zweite Getriebestufe eine Ausgangswelle aufweist, die drehfest mit einer Eingangswelle des Verteilergetriebes gekoppelt ist.

Eine Trennung des Überlagerungsgetriebes von der Antriebsmaschine kann in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch erfolgen, dass die erste Getriebestufe des Überlagerungsgetriebes innerhalb eines Achsantriebsgehäuses von der Antriebsmaschine durch ein Lagerschild getrennt ist und das Lagerschild eine Lagerstelle zur Lagerung der ersten Rotorwelle und eine weitere Lagerstelle zur Lagerung der Getriebeeingangswelle aufweist. Hierbei sind die erste Rotorwelle und die Getriebeeingangswelle radial unabhängig voneinander gelagert, sodass auf der Getriebeeingangswelle vorliegende Schwingungen nicht auf die erste Rotorwelle übertragen werden.

Zur radialen Lagerung eines Planetenträgers der ersten Getriebestufe umfasst das Achsantriebssystem vorteilhafterweise ein erstes Schrägkugellager, während ein zweites Schrägkugellager zur radialen Lagerung eines Sonnenrades der zweiten Getriebestufe vorgesehen ist, wobei die beiden Schrägkugellager axial vorgespannt sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Achsantriebssystem eine Torque-Vectoring-Einheit zur gezielten Verteilung eines von der Antriebsmaschine eingebrachten Drehmomentes auf die Abtriebswellen aufweist, wobei die Torque-Vectoring-Einheit einen Torque-Vectoring Elektromotor und ein Umlaufgetriebe mit zwei Planetensätzen aufweist.

Das Verteilergetriebe ist vorteilhafterweise als Planetendifferenzial ausgebildet, wobei die erste Verteilerwelle ein Planetenträger des Verteilergetriebes ist, die zweite Verteilerwelle mit einem Sonnenrad des Planetendifferenzials drehfest verbunden ist und der Torque-Vectoring Elektromotor über eine Stirnradstufe mit dem Sonnenrad eines Planetensatzes des Umlaufgetriebes im Wirkeingriff steht, dessen Hohlrad mit dem Planetenträger des Verteilergetriebes drehfest verbunden ist.

Hierbei weist der Torque-Vectoring Elektromotor vorteilhafterweise eine dritte, parallel zu der Achse der ersten Rotorwelle orientierte Rotorwelle auf.

Mittels der Stirnradstufe und des Umlaufgetriebes wird die Drehzahl des Torque- Vectoring Elektromotors untersetzt, sodass zur gezielten Drehmomentverteilung mit einem vergleichsweise kleinen Elektromotor ein hohes Verstellmoment auf das Verteilergetriebe aufgebracht werden kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die vollständige Getriebeeinheit umfassend das Überlagerungsgetriebe, das Verteilergetriebe und das Umlaufgetriebe der Tor- que-Vectoring-Einheit axial mittels Axiallager vorgespannt, wobei die Axiallager alle den gleichen Teilkreis aufweisen, wobei besagte Getriebeeinheit in axialer Richtung betrachtet zwischen der Antriebsmaschine und dem Torque-Vectoring Elektromotor eingespannt ist. Von links nach rechts betrachtet beginnt der Aufbau der elektrischen Achsantriebseinheit beispielsweise mit der Antriebsmaschine, gefolgt von der ersten Getriebestufe des Umlaufgetriebes, gefolgt von der Schaltaktuatorik, gefolgt von der zweiten Getriebestufe des Umlaufgetriebes, gefolgt von dem Verteilergetriebe, gefolgt von dem Umlaufgetriebe, an welches sich schließlich die Stirnradstufe anschließt, die in Wirkverbindung mit der dritten Rotorwelle des Torque-Vectoring Elektromotors steht.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Achsantriebssystems in Neutralstellung,

Figur 2 die Ausführung nach Figur 1 in einem ersten Gang und

Figur 3 die Ausführung nach Figur 1 in einem zweiten Gang. Figur 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Achsantriebssystems in Neutralstellung. Das System umfasst eine als permanent erregte Synchronmaschine ausgebildete Antriebsmaschine 1 mit einem Stator 20 und einem Rotor 19, der eine als Hohlwelle ausgebildete erste Rotorwelle 2 antreibt. Innerhalb der ersten Rotorwelle 2 ist eine erste Abtriebswelle 10 geführt, die auf ein Rad der anzutreibenden Achse abtreibt. Über eine nicht dargestellte Steckverzahnung ist die erste Rotorwelle 2 mit einer Getriebeeingangswelle 7 eines Überlagerungsgetriebes verbunden, das eine erste und eine zweite Getriebestufe 3, 4 umfasst. Die beiden Getriebestufen 3, 4 sind als Planetenstufen ausgebildet. Die erste Planetenstufe stützt sich axial über ein Axiallager 36 gegen ein Lagerschild 37 der Antriebsmaschine ab, während an einem gegenüberliegenden Lagerschild 38 die Abtriebswelle 10 radial gelagert ist. An besagtem Lagerschild 37 ist darüber hinaus die erste Rotorwelle 2 über ein Wälzlager 39 an einer Lagerstelle abgestützt. Auf der anderen Seite des Lagerschildes 37 in radialer Richtung betrachtet in etwa gegenüberliegend befindet sich eine weitere Lagerstelle, an der über Wälzlager 40, 41 eine radiale Abstützung der Getriebeeingangswelle 7 erfolgt.

Ein Planetenträger 26 der ersten Getriebestufe 3 stellt dessen Ausgangswelle dar. Zwischen der ersten und zweiten Getriebestufe 3, 4 befindet sich eine Schaltaktuato- rik 5, mit der der Planetenträger 26 optional mit einem Sonnenrad 27 der zweiten Getriebestufe 4 gekoppelt werden kann. Die Schaltaktuatorik 5 bildet zusammen mit der ersten und zweiten Getriebestufe 3, 4 ein schaltbares Zweiganggetriebe. Mit der Schaltaktuatorik 5 lassen sich zwei unterschiedliche Übersetzungen realisieren und eine Neutralstellung.

Das Kupplungssystem des Zweiganggetriebes setzt sich aus Kupplungsverzahnungen 23, 42, einem oder mehreren Synchronringen 43 sowie einer Schiebemuffe 6 zusammen. Der Kupplungskörper der Schiebemuffe 6 wird durch eine axial verschiebbare Zahnwellenverzahnung bzw. Keilwellenverzahnung formschlüssig mit dem Sonnenrad 27 der zweiten Getriebestufe 4 verbunden.

Die axiale Bewegung der Schiebemuffe 6 wird durch eine schwenkbar gelagerte Wippe 18 eingeleitet. Die Gleitsteine der Schiebemuffe 6 greifen in eine umlaufende Nut am Außendurchmesser der Schiebemuffe 6. Eine Schwenkbewegung der Wippe 18 wird durch einen Kugelgewindetrieb mit einer Spindel 16 bewirkt, wobei die Spin- del 16 mittels einer Kronenverzahnung 17 von einer zweiten Rotorwelle 15, die als Ritzelwelle ausgebildet ist, angetrieben wird. Die zweite Rotorwelle 15 des Elektromotors 14 steht senkrecht zur ersten Rotorwelle 2 und somit parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges. Der Einbau des Elektromotors 14 längs zur Fahrtrichtung erlaubt es, die komplette Schaltaktuatorik 5 mit einer geringen axialen Ausdehnung auszubilden. Die komplette Schaltaktuatorik 5 befindet sich in einem Bauraum, der auf der linken Seite durch die erste Getriebestufe 3 und auf der rechten Seite durch die zweite Getriebestufe 4 begrenzt ist. Der axiale Bauraum des Achsantriebssystems ist weiter dadurch minimiert, dass der erste Planetensatz der ersten Getriebestufe 3 in einem Bauraum neutral unterhalb der Wickelköpfe der Antriebsmaschine 1 angeordnet ist. Damit ist die rechte Seite des Planetenträgers 26 der ersten Getriebestufe 3 bündig mit dem Lagerschild 37 der Antriebsmaschine 1 .

Schrägkugellager 24, 25 sind ferner zur Lagerung des Planetenträgers 26 der ersten Getriebestufe 3 und des Sonnenrades 27 der zweiten Getriebestufe 4 vorgesehen. Besagte Schrägkugellager 24, 25 sind axial vorgespannt.

In Figur 1 ist das Zweiganggetriebe in Neutralstellung dargestellt. Das Sonnenrad 27 der zweiten Getriebestufe 4 befindet sich antriebstechnisch in keinerlei Kopplung mit der Antriebsmaschine 1 , da die Schiebemuffe 6 weder im Zahneingriff mit der linken 23 noch mit der rechten Kupplungsverzahnung 42 steht. Vorteilhafterweise befindet sich in diesem Zustand weder die Antriebsmaschine 1 noch die erste Getriebestufe 3 in trieblicher Kopplung mit den beiden Abtriebswellen 10, 12, sodass in diesen Komponenten keinerlei Schleppverluste entstehen.

Der Drehmomentfluss im ersten und zweiten Gang wird im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 näher erläutert.

Die Ausgangswelle 21 der zweiten Getriebestufe 4, die ebenfalls als Planetensatz ausgebildet ist, wird durch deren Planetenträger gebildet, der drehfest mit einer Eingangswelle 22 eines Verteilergetriebes 8 gekoppelt ist. Das Verteilergetriebe 8 ist als Planetendifferenzial ausgebildet, wobei die Eingangswelle 22 dessen Hohlrad darstellt. Eine erste Verteilerwelle 9, die die Funktion eines Planetenträgers aufweist, treibt auf die erste Abtriebswelle 10 ab. Ein Sonnenrad 31 des Planetendifferenzials ist wiederum drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 12 gekoppelt. Rechtsseitig angrenzend an das Verteilergetriebe 8 befindet sich eine Torque- Vectoring-Einheit, die ein Umlaufgetriebe mit zwei Planetensätzen 29, 30 aufweist, eine Stirnradstufe 32 und einen mit letztgenannter antriebsfest verbundenen Torque- Vectoring Elektromotor 28. Der Torque-Vectoring Elektromotor 28 treibt über die Stirnradstufe 32 ein Sonnenrad 33 des Planetensatzes 30 an. Das Hohlrad 34 des Planetensatzes 30 ist mit der ersten Verteilerwelle 9 gekoppelt. Der Planetensatz 29 des Umlaufgetriebes umfasst ein gehäusefestes Sonnenrad 44.

Dem von der Antriebsmaschine 1 erzeugten Drehmoment wird somit ein Drehmoment des Torque-Vectoring Elektromotors 28 überlagert, welches über die als Flanschwellen ausgebildeten Abtriebswellen 10, 12 an die Räder des Fahrzeuges geleitet wird. Die komplette Getriebeeinheit umfassend das Umlaufgetriebe inkl. der Schaltaktuato- rik 5, das Verteilergetriebe 8 sowie das Umlaufgetriebe der Torque-Vectoring-Einheit wird über Axiallager 36 axial vorgespannt. Die im Bereich des Umlaufgetriebes angeordneten Axiallager 36 befinden sich auf demselben Teilkreis. Ebenso befinden sich die übrigen Axiallager 36 auf einem weiteren gemeinsamen Teilkreis, dessen Radius geringer ist als der der Axiallager 36 im Bereich des Überlagerungsgetriebes. Alternativ können auch sämtliche Axiallager 36 auf einem einzigen gemeinsamen Teilkreis angeordnet werden, um Kippmomente zuverlässig aufnehmen zu können.

Die Funktion des Zweiganggetriebes wird nun anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert.

Figur 2 zeigt die Ausführung nach Figur 1 im ersten Gang.

Die Schaltmuffe 6 befindet sich im Wirkeingriff mit der linken Kupplungsverzahnung 23. Infolgedessen ist der Planetenträger 26 der ersten Getriebestufe 3 antriebswirksam mit dem Sonnenrad 27 der zweiten Getriebestufe 4 verbunden. Die resultierende Übersetzung des Antriebssystems ergibt sich demnach aus der Hintereinanderschaltung der ersten und zweiten Getriebestufe 3, 4. Der Drehmomentfluss ist anhand der dick eingezeichneten Linie erkennbar.

Figur 3 zeigt die Ausführung nach Figur 1 im zweiten Gang. Hierbei befindet sich die Schiebemuffe 6 mit der rechtsseitigen Kupplungsverzahnung 42 im Wirkeingriff, so- dass der Planetenträger 26 der ersten Getriebestufe 3 von der zweiten Getriebestufe 4 entkoppelt ist. Nunmehr befindet sich die Getriebeeingangswelle 7 im direkten Wirkeingriff mit dem Sonnenrad 27 der zweiten Getriebestufe 4. Im Vergleich zum ersten Gang findet demnach eine geringere Untersetzung der Drehzahl der Antriebsmaschine 1 statt.

Bezugszeichenliste 1 Antriebsmaschine

2 erste Rotorwelle

3 erste Getriebestufe

4 zweite Getriebestufe

5 Schaltaktuatorik

6 Schiebemuffe

7 Getriebeeingangswelle

8 Verteilergetriebe

9 erste Verteilerwelle

10 erste Abtriebswelle

1 1 zweite Verteilerwelle

12 zweite Abtriebswelle

13 Rotationsachse

14 Elektromotor

15 zweite Rotorwelle

16 Spindel

17 Kronenverzahnung

18 Wippe

19 Rotor

20 Stator

21 Ausgangswelle der zweiten Getriebestufe

22 Eingangswelle des Verteilergetriebes

23 Kupplungsverzahnung

24 erstes Schrägkugellager

25 zweites Schrägkugellager

26 Planetenträger der ersten Getriebestufe

27 Sonnenrad der zweiten Getriebestufe

28 Torque-Vectoring Elektromotor

29, 30 Planetensätze des Umlaufgetriebes

31 Sonnenrad des Planetendifferenzials

32 Stirnradstufe

33 Sonnenrad eines Planetensatzes des Umlaufgetriebes 34 Hohlrad eines Planetensatzes des Umlaufgetriebes 35 dritte Rotorwelle

36 Axiallager

37, 38 Lagerschild

39, 40, 41 Wälzlager

42 Kupplungsverzahnung

43 Synchronring

44 gehäusefestes Sonnenrad