Innovative Integrierte Antriebsachse
Elektrische Antriebsachsen werden sowohl als primärer Antrieb reiner Elektrofahrzeuge als auch als sekundäre Antriebsachsen für allradgetriebene Elektrofahrzeuge und Hybrid- und Plug-In-Hybridfahrzeuge verwendet (sogenannte P4-Hybride). Die Ziele bei der Entwicklung elektrischer Antriebsachsen sind je nach Fahrzeugsegment und Marktsegment unterschiedlich priorisiert, in jedem Fall gehören Kosten, Komfort (Akustik), Gewicht, Effizienz und Bauraum dazu. Insbesondere die Attribute Effizienz und Gewicht stehen im Hinblick auf die Reichweite eines Elektro- oder Plug-In-Hybridfahrzeugs im Fokus der Entwicklungen. Mit Fokus auf konzentrischer Anordnung von Rotor- und Abtriebswellen, Einsatz einer vollen Rotorwelle, Vermeidung bzw. Kompensation von Quer- und Längskräften und kompakter und leichter Bauweise entstand eine neuartige Struktur einer elektrischen Antriebsachse bei der pi³ GmbH.
Die innovative integrierte Antriebsachse besteht aus einer Antriebseinheit, insbesondere einer elektrischen Maschine, deren Rotor auf beiden Seiten je ein Planetengetriebe antreibt, wobei diese als reine Stirnradplanetengetriebe ausgeführt sind. Die beiden Planetenträger rechts und links des Motors sind durch eine mechanische Koppelung, beispielsweise durch Verzahnungen und Wellen realisiert, miteinander wirkverbunden, so dass ihre Drehbewegungen unterschiedliche Richtungen aufweisen. Die Planetenträger tragen jeweils eine ganzzahlige Anzahl von Zahnradpaaren (Planeten), die durch eine Achse verbunden sind, welche im Planetenträger drehbar gelagert ist. Die zur Seite der Antriebseinheit hin angeordneten Planeten kämmen mit den Sonnenrädern des Rotors bzw. der Rotor- oder Eingangswelle der Antriebseinheit. Die anderen Planeten kämmen mit den Sonnenrädern auf den beiderseitigen Abtriebswellen, die über die Seitenwellen mit den Antriebsrädern verbunden sind.
Die innovative integrierte Antriebsachse baut sehr kompakt und ermöglicht die Nutzung einer elektrischen Maschine mit Vollwelle, wobei die Abtriebswellen sich die Rotationsachsen zusammen mit der Rotorwelle der Antriebseinheit teilen. Durch den Aufbau wird der Drehzahlausgleich zwischen den beiden Abtriebswellen wie zum Beispiel bei Kurvenfahrt ermöglicht. Durch das Ergänzen beispielsweise einer Bremse in der mechanischen Koppelung, beispielsweise an den Planetenträgern bzw. deren Verbindungselementen, lässt sich die Differentialfunktion der hier vorgestellten innovativen integrierten Antriebsachse sperren. Auch lässt sich eine trennbare Kupplung in der mechanischen Koppelung ergänzen, um die Antriebseinheit von den Abtriebswellen zu trennen. Am einfachsten wäre es, ein Schieberad zu verwenden.
Durch die Doppelung der leistungsführenden Übertragungselemente ergeben sich neben der kompakteren Bauform auch geringere Bauteillasten und voraussichtlich ein verbessertes Geräuschverhalten im Vergleich zu bekannten Lösungen. Auch bei der Effizienz sind bei höheren Lasten Verbesserungen zu erwarten, da es kaum Biegelasten gibt und damit die Gleitanteile in den Laufverzahnungen gut optimiert werden können.
Die innovative integrierte Antriebsachse eignet sich besonders für die Elektromobilität in unterschiedlichsten Fahrzeugsegmenten und Anwendungen. Die kompakte Bauform ermöglicht den Einsatz sowohl an Vorder- als auch an Hinterachsen. Zusammen mit der Skalierbarkeit durch beispielsweise die Verwendung weiterer Planetenradpaare lässt sich mit einer Basisauslegung eine große Breite an Anwendungsfällen bzw. Leistungsklassen abdecken.
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