Die vorliegende Erfindung betrifft ein Achsantriebssystem 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 Fahrtrich- tung des Kraftfahrzeugs orientierte Rotationsachse.

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

Die mit den Rädern gekoppelten Abtriebswellen unterliegen beim Fahren e- normen mechanischen Belastungen. Der Rotor der elektrischen Traktionsma- schine sowie die eingangsseitigen Komponenten des Überlagerungsgetriebes rotieren hingegen mit sehr hohen Drehzahlen von bis zu 16.000 Umdrehungen/Min. Ferner müssen besagte schnelldrehende Komponenten besonders präzise gelagert werden. Beispielhaft sei der elektromagnetisch wirksame Luftspalt in der dynamoelektrischen Maschine genannt, der zur Erzielung eines möglichst großen Wirkungsgrades so gering wie möglich dinmensioniert wird. Demnach gilt es zu vermeiden, dass beim Fahrbetrieb angeregte Schwingungen zur Kollision von Stator und Rotor innerhalb der dynamoelektrischen Maschine führen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein robustes und bauraum- sparendes elektrisches Antriebssystem zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Achsantriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. Das erfindungsgemäße Achsantriebssystem umfasst zunächst eine erste dynamoelektrische Maschine mit einer ersten Rotorwelle, die radial an einem Gehäuse des Achsantriebssystems an zwei Lagerstellen gelagert ist. Die erste dynamoelektrische Maschine dient der Erzeugung eines Antriebsmomentes für die vom Achsantrieb angetriebene Kfz-Achse.

Ferner umfasst das erfindungsgemäße Antriebssystem ein Überlagerungsgetriebe und ein Verteilergetriebe mit einer ersten Verteilerwelle, die auf eine erste Abtriebswelle abtreibt und mit einer zweiten Verteilerwelle, die auf eine zweite Abtriebswelle abtreibt. Besagtes Verteilergetriebe ermöglicht unter- schiedliche Drehzahlen auf der linken und rechten Abtriebsseite, wie es von herkömmlichen Differenzialen bekannt ist.

Das erfindungsgemäße Achsantriebssystem zeichnet sich durch eine koaxiale Bauweise aus. Das heißt, dass die Verteilerwellen, die Abtriebswellen und die erste Rotorwelle um eine gemeinsame, quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs orientierte Rotationsachse rotierbar angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Achsantriebssystem kann sowohl zum Antrieb einer Vorderachse eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden als auch zum Antrieb einer Hinterachse. Denkbar ist auch die Ausstattung eines Kraftfahrzeuges mit zwei derartigen Achsantriebssystemen, von denen eines die Hinterachse und das andere die Vorderachse antreibt. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Achsantriebssystems liegt in dem Lagerkonzept, welches eine Schwingungsentkopplung zwischen den Abtriebswellen, Getriebewellen und der Rotorwelle ermöglicht. Diese Abkopplung gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass das Überlagerungsgetriebe eine Getrie- beeingangswelle aufweist, die drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist, die Getriebeeingangswelle radial an einem der ersten Rotorwelle zugewandten Ende an zumindest einer weiteren Lagerstelle am Gehäuse gelagert ist, die erste Rotorwelle und die Getriebeeingangswelle gegeneinander axial verschieblich gekoppelt sind und die erste und zweite Abtriebswelle jeweils über ein Radiallager gegenüber dem Gehäuse und über ein weiteres Radiallager gegeneinander gelagert sind.

Dadurch, dass die Abtriebswellen gegenüber dem Gehäuse des Achsantriebssystems direkt gelagert sind und ferner die beiden Abtriebswellen gegeneinan- der über das weitere Radiallager gelagert sind, sind diese schwingungstechnisch sowohl vom Überlagerungsgetriebe als auch von der ersten dynamoelektrischen Antriebsmaschine entkoppelt. Auf die Abtriebswellen wirkende Schwingungen pflanzen sich demnach nicht in die schnellrotierenden Getriebeteile und die in der Regel mit hoher Drehzahl arbeitende Traktionsmaschine fort. Die Lagerung der beiden Abtriebswellen gegeneinander kann mithilfe eines Nadellagers oder aufgrund der geringen Differenzdrehzahl der beiden Abtriebswellen auch durch ein Gleitlager erfolgen.

Die Robustheit des Antriebssystems wird zum einen dadurch gewährleiset, dass beiden Abtriebswellen an keiner Stelle die Rotorwelle oder eine der Getriebebaugruppen berührt. Ferner trägt die Tatsache, dass zusätzlich die Getriebeeingangswelle von der Rotorwelle schwingungstechnisch entkoppelt ist, zur mechanischen Widerstandsfähigkeit des Systems bei. Diese Entkopplung gelingt dadurch, dass zunächst die beiden Wellen, beispielsweise mithilfe einer Steckverzahnung, axial verschieblich miteinander gekoppelt sind. Ferner gelingt diese Entkopplung dadurch, dass auch die radiale Lagerung der Getriebeeingangswelle an dem der ersten Rotorwelle zugewandten Ende separat an der weiteren Lagerstelle am Gehäuse geschieht. Demnach ist die Rotorwelle sowohl von der Getriebeingangswelle als auch von den Abtriebswellen entkoppelt. Mithin ermöglicht das erfindungsgemäße Lagerkonzept die hochpräzise Lagerung des Rotors unter Einhaltung eines geringen Luftspaltes auch unter starken mechanischen Anregungen der Abtriebswellen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Rotorwelle mittels zweier Wälzlager mit rotierendem Außenring und stillstehendem Innenring gelagert. Hierdurch werden eine bauraumsparende Anordnung und einfache Montierbarkeit gewährleistet. Ferner ergibt sich bei rotierendem Außenring eine geringere Dichtungsreibung bei hoher Drehzahl. Darüber hinaus kann der Rotor auch noch nach vormontierter Lagerung gewuchtet werden.

Als Wälzlager werden vorteilhafterweise Rillenkugellager zur Lagerung der Rotorwelle verwendet.

Innerhalb des Gehäuses des Achsantriebes ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung das Überlagerungsgetriebe von der ersten Antriebsmaschine durch ein Lagerschild getrennt, wobei das Lagerschild eine der Lagerstellen zur Lagerung der Rotorwelle aufweist und die weitere Lagerstelle zur Lagerung der Getriebeeingangswelle am Lagerschild an der dem Überlagerungsgetriebe zugewandten Seite angeordnet ist. Somit hält das Lagerschild auf der einen Seite eines der insbesondere als Rillenkugellager ausgeführten Radiallager zur Lagerung der Rotorwelle und auf der anderen Seite das Radiallager zur Lagerung der Getriebeeingangswelle.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung wird eine Zweigängigkeit des Achsantriebssystems dadurch erreicht, dass das Überlagerungsgetriebe einen ersten und einen zweiten Planetensatz umfasst, der zweite Planetensatz eine Ausgangswelle aufweist, die drehfest mit einer Eingangswelle des Verteilerge- triebes gekoppelt ist, das Achsantriebssystem eine Schaltaktuatorik umfasst, mittels derer die Getriebeeingangswelle wahlweise unmittelbar mit dem zweiten Planetensatz oder mittelbar über den ersten Planetensatz mit dem zweiten Planetensatz wirkverbunden werden kann und wobei ein Planetenträger des ers- ten Planetensatzes und ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes radial gegen die Getriebeeingangswelle gelagert sind.

Vorteilhafterweise werden hierbei ein erstes und ein zweites Schrägkugellager zur Radiallagerung des Planetenträgers und des Sonnenrades verwendet. Die beiden Schrägkugellager sind hierbei axial vorgespannt. Ein Hohlrad des ersten Planetensatzes kann hierbei, beispielsweise über eine Keilverzahnung, schwimmend zum Gehäuse des Achsantriebssystems gelagert werden. Hingegen kann ein Hohlrad des zweiten Planetensatzes des Überlagerungsgetriebes in dem dem Getriebe zugehörigen Teil des Achsantriebsgehäuses genau radial geführt werden. Hierbei schwimmt zweckmäßigerweise der Träger des zweiten Planetensatzes ein.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Achsan- triebssystem ferner eine Torque-Vectoring Einheit zur gezielten Verteilung eines von der ersten Antriebsmaschine eingebrachten Drehmomentes auf die Abtriebswellen. Besagte Torque-Vectoring Einheit weist eine zweite Antriebsmaschine und ein Umlaufgetriebe mit einem dritten und vierten Planetensatz auf. Ein Sonnenrad des dritten Planetensatzes ist bei dieser Ausführungsform mit dem Gehäuse fest verbunden, während ein Sonnenrad des vierten Planetensatzes drehbar radial auf der stillstehenden Sonnenwelle des dritten Planetensatzes gelagert ist. Beispielsweise kann zum Abstützen der beweglichen Sonne gegenüber der stillstehenden Sonne ein radiales Nadellager Verwendung finden.

Das Verteilergetriebe des Achsantriebsystems ist vorteilhafterweise als Planetend ifferenzial ausgebildet, wobei ein Planetenträger des Planetendifferenzials mit der ersten Abtriebswelle und ein Sonnenrad des Planetendifferenzials mit der zweiten Abtriebswelle drehfest verbunden ist und die zweite Antriebsmaschine über eine Stirnradstufe mit dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes im Wirkeingriff steht und ein Hohlrad des vierten Planetensatzes mit dem Planetenträger des Planetendifferenzials drehfest verbunden ist. Besagte Stirnradstufe untersetzt die Drehzahl der zweiten Antriebsmaschine, sodass diese genügend kompakt ausgeführt werden kann. Die radiale Abstützung der Abtriebssonne und des Abtriebsträgers des Planetendifferenzials wird durch sonne und des Abthebsträgers des Planetendifferenzials wird durch die Abtriebswellen des Achsantnebssystems übernommen.

Vorteilhafterweise ist die zweite Antriebsmaschine mit einer zweiten, parallel zu der Achse der ersten Rotorwelle der ersten Antriebsmaschine orientierten Rotorwelle ausgebildet, wobei die zweite Rotorwelle mittels zweier axial vorgespannter Wälzlager, insbesondere Rillenkugellager, gelagert ist. Besagte Rillenkugellager sind hierbei insbesondere in herkömmlicher Anordnung, das heißt mit rotierenden Innenringen und stillstehenden Außenringen, ausgebildet und in ein Gehäuse der zweiten Antriebsmaschine eingepresst. Besagtes Gehäuse der zweiten Antriebsmaschine ist vorteilhafterweise innerhalb des Gehäuses des kompletten Achsantriebssystems untergebracht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekenn- zeichnet, dass die vollständige Getriebeeinheit umfassend das Überlagerungsgetriebe, das Verteilergetriebe und das Umlaufgetriebe der Torque-Vectoring Einheit axial mittels Axiallager vorgespannt ist, die alle den gleichen Teilkreis aufweisen, wobei besagte Getriebeeinheit in axialer Richtung betrachtet zwischen der ersten und zweiten Antriebsmaschine eingespannt ist. Es ergibt sich somit eine kompakte Bauform für die komplette Achsantriebseinheit, bei der die Getriebekomponenten, eine vorteilhafterweise vorhandene schaltbare Kupplung und deren Aktuatorik zwischen der ersten und zweiten Antriebsmaschine angeordnet und dort eingespannt sind. Zur axialen Lagerung werden beispielsweise Nadellager verwendet. Dadurch, dass diese in vorteilhafter Ausgestaltung alle auf demselben Teilkreis angeordnet sind, können Kippmomente innerhalb des Achsantriebssystems sehr gut aufgenommen werden.

Im Folgenden wir die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Ausführungsform eines Achsantriebssystems im Sinne der Erfindung mit einer schematischen Darstellung der Lagerstellen. Das Achsantriebssystem umfasst zunächst eine erste dynamoelektrische Antriebsmaschine 1 , die das Drehmoment zum Antrieb einer Kraftfahrzeugsachse aufbringt. Die erste Antriebsmaschine 1 umfasst einen außenliegenden Stator 2, der über einen Luftspalt von einem innenliegenden Rotor 3 beabstandet ist. Stator 2 und Rotor 3 sind in einem Maschinengehäuse untergebracht, von dem in der Figur stirnseitig an der Maschine anliegende Lagerschilde 4 zu erkennen sind. Der Rotor der ersten Antriebsmaschine 1 stützt sich radial gegenüber den Lagerschilden 4 mittels zweier Rillenkugellager 5 ab.

Die Lagerung ist hierbei derart, dass der Außenring der Rillenkugellager 5 zu- sammen mit dem Rotor 3 um eine Rotationsachse 6 rotiert, während der Innenring des Rillenkugellagers 5 jeweils fest steht. Der Rotor 3 umfasst ein Rotorblechpaket, welches auf eine als Hohlwelle ausgebildete erste Rotorwelle 7 aufgeschrumpft ist. Innerhalb dieser ersten Rotorwelle 7 sind eine erste und eine zweite Abtriebswelle 8, 9 geführt, deren gemeinsame Rotationsachse 6 mit der Rotationsachse der ersten Rotorwelle 7 zusammenfällt. Die erste, längere Abtriebsachse 8 stützt sich mittels eines Radialnadellagers 10 am linken Lagerschild 4 der ersten Antriebsmaschine 1 ab, während sich die zweite, kürzere Abtriebsachse 9 über ein weiteres Radialnadellager 1 1 am Gehäuse eines Getriebes des Achsantriebssystems radial abstützt. Ferner sind die beiden Abtriebsachsen 8, 9 durch ein Gleitlager 12 radial gegeneinander gelagert.

Demnach geschieht die Lagerung der Abtriebswellen 8, 9 lediglich an Gehäusekomponenten und untereinander. Eine Berührung der ersten Rotorwelle 7 oder der noch weiter zu erläuternden schnelldrehenden Getriebekomponenten durch die Abtriebswellen 8,9 findet an keiner Stelle statt, sodass auch eine Übertragung von Schwingungen, die in die Abtriebswellen 8, 9 eingeleitet werden, in die schnelldrehenden Komponenten des Achsantriebssystems unterbunden wird. Rechtsseitig der ersten dynamoelektrischen Antriebsmaschine 1 nachgeschaltet befinden sich ein erster und zweiten Planetensatz 13, 14 eines Überlagerungsgetriebes sowie eine Schaltaktuatorik 15, mit der zwischen zwei Gängen und einer Neutralstellung gewählt werden kann. Das Überlagerungsgetriebe dient der Untersetzung der von der ersten An- triebsmaschine 1 in eine Getriebeeingangswelle 16 eingebrachten Drehzahl. Das Drehmoment wird vom Rotor 3 auf das Getriebe über eine Steckverzahnung zwischen der Rotorwelle 7 und der Getriebeeingangswelle 16 übertragen, wobei die erste Rotorwelle 7 und die Getriebeeingangswelle 16 über die Steckverzahnung axial verschieblich gegeneinander gekoppelt ist. Die schnelldrehende Getriebeeingangswelle 16 ist in dem dem Getriebe zugewandten Lagerschild 4 radial über Kugellager 17 gelagert. Die dargestellte Art der Lagerung der ersten Rotorwelle 7 und der Getriebeeingangswelle 16 ermöglicht eine Entkopplung der Schwingungen zwischen der dynamoelektrischen ersten Maschine 1 und dem Getriebe.

Das Überlagerungsgetriebe bildet zusammen mit der Schaltaktuatorik 15 ein Zweiganggetriebe, wobei die jeweiligen Gänge durch axiale Verschiebung ei- ner Schiebemuffe 18 der Schaltaktuatorik 15 gewählt werden können. Der Kupplungskörper der Schiebemuffe 18 befindet sich in einem ersten Gang im Zahneingriff mit dem Planetenträger 19 des ersten Planetensatzes 13, während in einem zweiten Gang die Getriebeeingangswelle 16 direkt mit einem Sonnenrad 20 der zweiten Getriebestufe 14 verbunden ist. Der Kupplungskörper der Schiebemuffe 18 wird zum Einlegen der Gänge durch eine axial verschiebbare Zahnwellenverzahnung formschlüssig mit dem Sonnenrad 20 des zweiten Planetensatzes 14 verbunden. Die axiale Bewegung der Schiebemuffe 18 wird durch eine schwenkbare Wippe 21 betätigt. Die Gleitsteine der Schiebemuffe 18 greifen in eine umlaufende Nut am Außendurchmesser der Schiebemuffe 18.

Die Schwenkbewegung der Wippe 21 erfolgt durch einen Kugelgewindetrieb 22 mit einer Spindel, wobei die Spindel mittels einer Kronenverzahnung 23 durch einen zur Rotationsachse 16 senkrecht angeordneten weiteren Elektromotor 24 angetrieben wird. Die Spindel des Kugelgewindetriebs 22 ist über ein radiales Nadellager 25 und Kugellager 26 gelagert, während die Rotorwelle des weiteren Elektromotors 24 mithilfe von Rillenkugellagern 27 radial gelagert ist. Die Getriebeeingangswelle 16 wird zur radialen Führung des Planetenträgers 19 des ersten Planetensatzes 13 sowie zur radialen Führung des Sonnenrades 20 des zweiten Planetensatzes 14 eingesetzt. Die radialen Führungen erfolgen hierbei mithilfe vorgespannter Schrägkugellager 47,48. Das Hohlrad 28 des ersten Planetensatzes 13 ist über eine Keilverzahnung schwimmend zum Ge- triebegehause gelagert. Das Hohlrad 29 des zweiten Planetensatzes 14 ist im Getriebegehäuse genau radial geführt. Hingegen schwimmt sich der Planetenträger 30 des zweiten Planetensatzes 14 ein.

Dem Überlagerungsgetriebe mit dem ersten und zweiten Planetensatz 13, 14 und der Schaltaktuatorik 15 ist ein Verteilergetriebe 31 in Form eines Stirnrad- differenzials nachgeschaltet. Das Hohlrad 32 des Verteilergetriebes 31 ist mit dem Planetenträger 30 des zweiten Planetensatzes 14 drehfest verbunden. Der Planetenträger 33 des Stirnraddifferenzials stützt sich hingegen auf der ersten Abtriebswelle 8 ab. Die Abtriebssonne 34 des Stirnraddifferenzials stützt sich radial auf der zweiten Abtriebswelle 9 ab.

Das Achsantriebssystem umfasst ferner eine Torque-Vectoring Einheit mit einem Umlaufgetriebe 35, welches einen dritten und vierten Planetensatz 36, 37 umfasst, sowie einer zweiten Antriebsmaschine 38, deren zweite Rotorwelle 39 auf eine Stirnradstufe 40 abtreibt, die in Wirkverbindung mit einem drehbeweglichen Sonnenrad 41 des vierten Planetensatzes 37 steht. Das Sonnenrad 42 des dritten Planetensatzes ist hingegen drehfest mit dem Gehäuse der Achsantriebseinheit verbunden. Über ein Radialnadellager 43 stützt sich das Sonnenrad 41 des vierten Planetensatzes gegenüber dem stillstehenden Sonnenrad 42 des dritten Planetensatzes ab.

Das komplette Getriebe umfassend das Überlagerungsgetriebe mit dem ersten und zweiten Planetensatz 13, 14 und der Schaltaktuatorik 15, das Verteilergetriebe 31 und das Umlaufgetriebe 36 ist axial vorgespannt. Die axiale Abstüt- zung erfolgt dabei durch axiale Nadellager 44, 45. Die im Bereich des Umlaufgetriebes 35 angeordneten Axialnadellager 45 befinden sich alle auf dem gleichen Teilkreis, sodass Verkippungen vermieden werden. Ebenso befinden sich die zwischen dem Lagerschild 4 der ersten Antriebsmaschine 1 und dem Stirn- raddifferenzial angeordneten Axiallager 44 auf dem gleichen Teilkreis. Ferner ist auch denkbar und von der Erfindung umfasst, sämtliche Axialnadellager 44, 45 auf demselben Teilkreis anzuordnen. Die Lagerung der zweiten Rotorwelle 39 der zweiten Antriebsmaschine 38, die zur gezielten Verteilung des von der ersten Antriebsmaschine 1 erzeugten Drehmomentes auf die beiden Abtriebswellen 8, 9 vorgesehen ist, erfolgt mittels weiterer Rillenkugellager 46. Im Gegensatz zu den Rillenkugellagern 5 zur Lagerung der ersten Rotorwelle 7 der ersten Antriebsmaschine 1 sind die wei- teren Rillenkugellager 46 mit rotierendem Innenring und stehendem Außenring ins Getriebe- bzw. Torque-Vectoring-Motorgehäuse eingepresst. Die Rillenkugellager 46 sind aufgrund der geforderten Spielfreiheit, die sich aus den Genauigkeitsanforderungen des als Torque-Vectoring-Motorstellers fungierenden Antriebsmotors 38 ergibt, axial vorgespannt.

Bezugszeichenliste

1 erste dynamoelektrische Antriebsmaschine 2 Stator

3 Rotor

4 Lagerschild

5, 27, 46 Rillenkugellager

6 Rotationsachse

7 erste Rotorwelle

8 erste Abtriebswelle

9 zweite Abtriebswelle

10, 1 1 , 25, 43 Radialnadellager

12 Gleitlager

13 erster Planetensatz

14 zweiter Planetensatz

15 Schaltaktuatorik

16 Getriebeeingangswelle

17, 26 Kugellager

18 Schiebemuffe

19 Planetenträger des ersten Planetensatzes

20 Sonnenrad des zweiten Planetensatzes

21 Wippe

22 Kugelgewindetrieb

23 Kronenverzahnung

24 dritte Antriebsmaschine

28 Hohlrad des ersten Planetensatzes

29 Hohlrad des zweiten Planetensatzes

30 Planetenträger des zweiten Planetensatzes 31 Verteilergetriebe

32 Hohlrad des Verteilergetriebes

33 Planetenträger des Verteilergetriebes

34 Abtriebssonne des Verteilergetriebes 35 Umlaufgetriebes

36 dritter Planetensatz

37 vierter Planetensatz

38 zweite Antriebsmaschine

39 zweite Rotorwelle

40 Stirnradstufe

41 Sonnenrad des vierten Planetensatzes

42 Sonnenrad des dritten Planetensatzes 44, 45 Axialnadellager

47,48 Schrägkugellager