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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit dessen Hilfe eine elektrische Maschine an einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs angekoppelt werden kann.
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Aus
DE 10 2014 117 227 A1 und
DE 10 2015 104 203 A1 ist jeweils ein Kraftfahrzeuggetriebe zur Wandlung eines von einer elektrischen Maschine erzeugten Drehmoments bekannt, bei dem eine Antriebswelle der elektrischen Maschine über einen Stirnradsatz mit einem Hohlrad eines Planetengetriebes gekoppelt ist, wobei zum Schalten unterschiedlicher Übersetzungsstufen, ein Sonnenrad des Planetengetriebes mit Hilfe einer Bremse an einem feststehenden Gehäuse festgesetzt werden kann und das Sonnenrad über eine schaltbare Kupplung mit dem Hohlrad verbunden werden kann. Über einen Planetenträger des Planetengetriebes kann das gewandelte Drehmoment ausgeleitet werden.
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Aus
DE 10 2015 217 521 A1 ist ein Antriebstrang bekannt, bei dem eine elektrische Maschine über eine Stirnradstufe mit einem Hohlrad eines Planetengetriebes gekoppelt ist, wobei ein Sonnenrad des Planetengetriebes mit Hilfe einer Bremse mit einem feststehenden Gehäuse und mit Hilfe einer Kupplung mit dem Hohlrad gekoppelt werden kann. Planetenräder des Planetengetriebes, die Kupplung und die Bremse sind in axialer Richtung in einem gemeinsamen Radiusbereich hintereinander vorgesehen.
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Aus WO 2017/ 217 066 A1 ist ein Antriebstrang bekannt, bei dem eine elektrische Maschine über eine Stirnradstufe mit einem Hohlrad eines Planetengetriebes gekoppelt ist, wobei ein Sonnenrad des Planetengetriebes mit Hilfe einer Bremse mit einem feststehenden Gehäuse und mit Hilfe einer Kupplung mit einem Planetenträger des Planetengetriebes gekoppelt werden kann. Die Kupplung und die Bremse sind in einem gemeinsamen Axialbereich in radialer Richtung geschachtelt vorgesehen, während Planetenräder des Planetengetriebes in axialer Richtung neben der Kupplung und der Bremse versetzt vorgesehen sind.
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Aus
EP 0 346 539 A1 ist ein Overdrive-Getriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, das eine als Planetengetriebe ausgestaltete Eingangsstufe und zwei in axialer Richtung hintereinander angeordnete Lamellenkupplungen, um zur Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses des Planetengetriebes ein Sonnenrad mit einem Hohlrad oder mit einem Gehäuse zu koppeln.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis den Bauraum von Kraftfahrzeuggetrieben zu reduzieren.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die ein schaltbares 2-Gang-Kraftfahrzeuggetriebe zur Ankoppelung einer elektrischen Maschine mit einem geringen Bauraum ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeuggetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe zur Ankoppelung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs mit einem Planetengetriebe zur Wandlung eines von der elektrischen Maschine einleitbaren Drehmoments, wobei ein Hohlrad des Planetengetriebes ein Eingangszahnrad zur Ausbildung einer Stirnradstufe mit einer Antriebswelle der elektrischen Maschine aufweist, einer Bremse zum Festsetzen eines Sonnenrads des Planetengetriebes mit einem Referenzbauteil, insbesondere einem feststehenden Gehäuse, und einer Kupplung zum drehfesten Verbinden des Sonnenrads mit dem Hohlrad, wobei die Bremse und die Kupplung sich in radialer Richtung betrachtet zumindest teilweise überdecken, wobei mit dem Hohlrad und mit dem Sonnenrad kämmende Planetenräder des Planetengetriebes von der Bremse und von der Kupplung in radialer Richtung betrachtet zumindest teilweise überdeckt sind.
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Die Bremse und die Kupplung können ineinander geschachtelt angeordnet sein, so dass axialer Bauraum für das Kraftfahrzeuggetriebe eingespart werden kann. Eine jeweils für die Betätigung der Bremse und die Betätigung der Kupplung vorgesehene Aktorik kann ebenfalls ineinander geschachtelt angeordnet sein und sich in radialer Richtung betrachtet überlappen. Insbesondere ist es möglich, dass an einer Axialseite des Kraftfahrzeuggetriebes die von der elektrischen Maschine kommende Leistung eingeleitet und an derselben Axialseite radial zu der Stirnradstufe versetzt, insbesondere über eine mit einem Planetenträger des Planetengetriebes verbundene Ausgangswelle, die gewandelte Leistung ausgeleitet werden kann. Dies ermöglicht es die Bremse und die Kupplung sowie die dazugehörige Aktorik an der anderen Axialseite des Kraftfahrzeuggetriebes zu konzentrieren und bei einem geringen Bauraumbedarf kompakt ineinander zu schachteln. Durch die einander in radialer Richtung überlappende Anordnung der Bremse und der Kupplung kann axialer Bauraum eingespart werden, so dass ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einem geringen Bauraum ermöglicht ist.
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Dadurch, dass mit dem Hohlrad und mit dem Sonnenrad kämmende Planetenräder des Planetengetriebes von der Bremse und von der Kupplung in radialer Richtung betrachtet zumindest teilweise überdeckt sind, kann ein wesentlicher Teil des Planetengetriebes mit der Bremse und der Kupplung geschachtelt angeordnet werden, wodurch der axiale Bauraumbedarf reduziert werden kann. Insbesondere sind die Planetenräder radial innerhalb zu der Bremse und zu der Kupplung angeordnet. Das Eingangszahnrad für die Stirnradstufe mit der Antriebswelle der elektrischen Maschine kann zu den Planetenrädern axial versetzt positioniert sein. Der radiale Bauraum für das axial versetzte Eingangszahnrad erlaubt zusätzliche konstruktive Freiheiten für das Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufe und/oder ermöglicht es, die Antriebswelle der elektrischen Maschine und die elektrische Maschine näher an die Drehachse des Planetengetriebes zu positionieren, wodurch radialer Bauraum eingespart werden kann.
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Die Kupplung kann im unbetätigten Zustand, das heißt wenn keine Betätigungskraft von einem Betätigungssystem in die Kupplung eingeleitet wird, in der geöffneten Stellung stehen, in welcher ein Drehmomentfluss unterbrochen ist. Die Kupplung ist in diesem Fall als sogenannte „normally open“-Kupplung ausgestaltet. Im Falle eines Bauteilversagens kann ein unbeabsichtigter Vortrieb des Kraftfahrzeugs vermieden sein. Alternativ kann die Kupplung im unbetätigten Zustand in der geschlossenen Stellung stehen, in welcher ein Drehmomentfluss herbeigeführt ist. Die Kupplung ist in diesem Fall als sogenannte „normally closed“-Kupplung ausgestaltet. Die Bauteilbelastungen der Kupplung und des Betätigungssystems können dadurch im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugs geringgehalten werden. Im geöffneten Zustand der Kupplung kann das Sonnenrad des Planetengetriebes im Wesentlichen lastlos mitdrehen ohne ein Drehmoment abzustützen. Wenn das Sonnenrad im geschlossenen Zustand der Bremse von der Bremse festgehalten wird, stellt sich die Drehzahl des Sonnenrads nicht mehr automatisch ein, sondern wird durch die Bremse beeinflusst. Durch die mit Hilfe der Bremse erreichte Koppelung des Sonnenrads mit dem Referenzbauteil kann dem Sonnenrad die Drehzahl des Referenzbauteils aufgezwungen werden. Wenn das Referenzbauteil durch das feststehende Gehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes gebildet wird, wird das Sonnenrad mit der Drehzahl Null unbeweglich arretiert. Wenn das Referenzbauteil durch ein drehendes Bauteil gebildet wird, wird dem Sonnenrad die Drehzahl des drehenden Bauteils aufgeprägt. Das drehende Bauteil kann insbesondere über eine definierte Übersetzung, insbesondere eine Stirnradpaarung, mit einer Welle des Kraftfahrzeuggetriebes, insbesondere mit der Antriebswelle der elektrischen Maschine, gekoppelt sein. Durch die Abstützung des Sonnenrads an dem drehenden oder nicht drehenden Referenzbauteil und der sich daraus vorgegebenen Drehzahl des Sonnenrads kann das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes mit Hilfe der Bremse einfach verändert werden. Der geschlossene Zustand der Bremse und der geöffnete Zustand der Bremse können dadurch unterschiedliche Gangstufen für das Kraftfahrzeuggetriebe realisieren.
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Insbesondere ist die Bremse radial außerhalb zu der Kupplung angeordnet. Wenn die Bremse und die Kupplung innerhalb des feststehenden Gehäuses angeordnet sind, kann die Bremse dadurch leicht an einer Innenseite des Gehäuses vorgesehen sein. Der konstruktive Aufwand und der dafür erforderliche Bauraum das Sonnenrand mit Hilfe der Bremse an dem Gehäuse festzusetzen können dadurch geringgehalten werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe zur Ankoppelung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs mit einem Planetengetriebe zur Wandlung eines von der elektrischen Maschine einleitbaren Drehmoments, wobei ein Hohlrad des Planetengetriebes ein Eingangszahnrad zur Ausbildung einer Stirnradstufe mit einer Antriebswelle der elektrischen Maschine aufweist, einer Bremse zum Festsetzen eines Sonnenrads des Planetengetriebes mit einem Referenzbauteil, insbesondere einem feststehenden Gehäuse, und einer Kupplung zum drehfesten Verbinden des Sonnenrads mit dem Hohlrad, wobei die Bremse und die Kupplung sich in axialer Richtung betrachtet zumindest teilweise überdecken, wobei mit dem Hohlrad und mit dem Sonnenrad kämmende Planetenräder des Planetengetriebes von der Bremse oder von der Kupplung in radialer Richtung betrachtet zumindest teilweise überdeckt sind.
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Die Bremse und die Kupplung können in axialer Richtung auf einem gemeinsamen Radiusbereich hintereinander angeordnet sein, so dass radialer Bauraum für das Kraftfahrzeuggetriebe eingespart werden kann. Eine jeweils für die Betätigung der Bremse und die Betätigung der Kupplung vorgesehene Aktorik können ineinander geschachtelt angeordnet sein und sich in radialer Richtung betrachtet überlappen, wodurch axialer Bauraum eingespart oder zumindest nicht unnötig vergrößert werden kann. Insbesondere ist es möglich, dass an einer Axialseite des Kraftfahrzeuggetriebes die von der elektrischen Maschine kommende Leistung eingeleitet und an derselben Axialseite radial zu der Stirnradstufe versetzt, insbesondere über eine mit einem Planetenträger des Planetengetriebes verbundene Ausgangswelle, die gewandelte Leistung ausgeleitet werden kann. Dies ermöglicht es die Bremse und die Kupplung sowie die dazugehörige Aktorik an der anderen Axialseite des Kraftfahrzeuggetriebes zu konzentrieren und bei einem geringen Bauraumbedarf kompakt anzuordnen. Durch die einander in axialer Richtung überlappende Anordnung der Bremse und der Kupplung kann radialer Bauraum eingespart werden, so dass ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einem geringen Bauraum ermöglicht ist.
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Dadurch, dass mit dem Hohlrad und mit dem Sonnenrad kämmende Planetenräder des Planetengetriebes von der Bremse oder von der Kupplung in radialer Richtung betrachtet zumindest teilweise überdeckt sind, kann ein wesentlicher Teil des Planetengetriebes mit der Bremse oder mit der Kupplung geschachtelt angeordnet werden, wodurch der axiale Bauraumbedarf reduziert werden kann. Insbesondere sind die Planetenräder radial innerhalb zu der Bremse und zu der Kupplung angeordnet. Das Eingangszahnrad für die Stirnradstufe mit der Antriebswelle der elektrischen Maschine kann zu den Planetenrädern axial versetzt positioniert sein. Der radiale Bauraum für das axial versetzte Eingangszahnrad erlaubt zusätzliche konstruktive Freiheiten für das Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufe und/oder ermöglicht es die Antriebswelle der elektrischen Maschine und die elektrische Maschine näher an die Drehachse des Planetengetriebes zu positionieren, wodurch radialer Bauraum eingespart werden kann.
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Insbesondere weist das Sonnenrad einen in axialer Richtung auf einem im Wesentlichen konstanten Radius verlaufenden Träger, insbesondere Lamellenträger einer Lamellenkupplung, auf, wobei die Bremse und die Kupplung an verschiedenen in axialer Richtung zueinander beabstandeten Teilbereichen des Trägers an dem Träger angreifen, wobei insbesondere der Träger in unterschiedlichen Axialrichtungen von einem im Wesentlichen radial verlaufenden Verbindungssteg des Sonnenrads absteht. Die Bremse und die Kupplung können insbesondere als Lamellenkupplung ausgestaltet sein, bei der die für die Reibpaarungen vorgesehenen Lamellen abwechselnd mit einem Außenlamellenträger oder mit einem Innenlamellenträger in axialer Richtung verschiebbar geführt sein können. Bei einem Schließen der Lamellenkupplung können die Lamellen zwischen einer von einem Betätigungssystem axial verlagerten Anpressplatte zwischen der Anpressplatte und einer axial unbeweglichen Gegenplatte reibschlüssig verpresst werden. Durch die in axialer Richtung hintereinander angeordnete Bremse und Kupplung kann mit dem über den Verbindungssteg mit dem Sonnenrad verbundenen Träger sowohl ein Lamellenträger für die Bremse als auch ein Lamellenträger für die Kupplung ausgestaltet werden. Die Bauteileanzahl und der Montageaufwand können dadurch reduziert werden. Hierbei ist es insbesondere möglich, dass der für die Bremse vorgesehene Teil des Trägers von dem Verbindungssteg in die eine Axialrichtung und der für die Kupplung vorgesehene Teil des Trägers in die entgegengesetzte Axialrichtung absteht. Dies ermöglicht einen kompakten bauraumsparenden Aufbau. Zudem ist es möglich die unterschiedlichen Axialseiten des Verbindungsstegs als Gegenplatte jeweils für die Bremse und die Kupplung zu verwenden, wodurch die Bauteileanzahl und/oder der axiale Bauraumbedarf weiter reduziert werden können.
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Vorzugsweise sind mit dem Hohlrad und mit dem Sonnenrad kämmende Planetenräder des Planetengetriebes von dem Eingangszahnrad in radialer Richtung betrachtet zumindest teilweise überdeckt, wobei insbesondere die Planetenräder radial innerhalb zu dem Eingangszahnrad angeordnet sind. Dadurch kann ein wesentlicher Teil des Planetengetriebes mit der Stirnradstufe geschachtelt angeordnet werden, wodurch der axiale Bauraumbedarf reduziert werden kann. Die Bremse und/oder die Kupplung kann zu den Planetenrädern axial versetzt positioniert sein, so dass die Bremse und die Kupplung auf einem geringeren Radius positioniert werden können. Dies ermöglicht einen kompakten und bauraumsparenden Aufbau für die Bremse und/oder die Kupplung. Zudem ist für die Bremse und/oder die Kupplung radialer Bauraum geschaffen, der eine radiale Vergrößerung der Erstreckung der Reibkontaktflächen ermöglicht. Durch die sich erhöhende Reibkontaktfläche des jeweiligen Reibkontakts kann die Anzahl an Reibkontakten reduziert werden. Dadurch kann beispielsweise eine geringere Anzahl an Lamellen für die als Lamellenkupplung ausgestaltete Bremse und/oder Kupplung vorgesehen sein, um ein bestimmtes vorgegebenes Drehmoment reibschlüssig abstützen beziehungsweise übertragen zu können. Der axiale Bauraumbedarf für die Bremse und/oder für die Kupplung kann dadurch reduziert werden.
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Besonders bevorzugt ist die Bremse und/oder die Kupplung als, insbesondere feuchte, Lamellenkupplung ausgestaltet. Durch die Mehrzahl an Reibpaarungen in der Lamellenkupplung kann ein entsprechend hohes Drehmoment abgestützt beziehungsweise übertragen werden. Zudem ist es möglich die Bremse und/oder die Kupplung mit einem Öl oder sonstigen Kühlmittel zu kühlen, wodurch ein temperaturbedingter übermäßiger Verschleiß von Reibbelägen der Lamellenkupplung vermieden werden kann.
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Insbesondere sind die Bremse, die Kupplung und das Planetengetriebe innerhalb des feststehenden Gehäuses angeordnet. Vorzugsweise kann in das Innere des Gehäuses Öl geleitet werden, um das Planetengetriebe zu schmieren und/oder die Bremse und die Kupplung zu kühlen. Durch das Gehäuse kann ein Austritt des Öls vermieden werden und leicht in einem Ölsumpf gesammelt werden.
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Vorzugsweise sind eine, insbesondere als Kolben-Zylinder-Einheit ausgestaltete, Kupplungsbetätigungsaktorik zum Betätigen der Kupplung und eine, insbesondere als Kolben-Zylinder-Einheit ausgestaltete, Bremsbetätigungsaktorik zum Betätigen der Bremse in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnet, wobei insbesondere die Kupplungsbetätigungsaktorik und die Bremse sich in radialer Richtung betrachtet zumindest teilweise überlappen. Dadurch ist es möglich die, insbesondere radial innere Aktorik, weiter in das Innere des Gehäuses des Kraftfahrzeuggetriebes hinein zu versetzen. Dadurch kann an der axialen Außenseite des Gehäuses des Kraftfahrzeuggetriebes eine durch den axialen Versatz der radial inneren Aktorik zu der radial äußeren Aktorik bestimmte Vertiefung vorgesehen werden, die zusätzlichen Bauraum schafft. Dieser Bauraum kann von einem anderen Kraftfahrzeugaggregat genutzt werden, so dass bei einem geringen Bauraumbedarf viele Kraftfahrzeugaggregat untergebracht werden können. Der für das Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehene Bauraum kann dadurch kompakter ausgenutzt werden. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die Reibkontaktflächen der Kupplung und der Bremse möglichst weit radial außen vorgesehen werden sollen und dadurch radial innerhalb der Reibkontaktflächen Bauraum zur Verfügung steht der von der Kupplungsbetätigungsaktorik und/oder von der Bremsbetätigungsaktorik zumindest teilweise genutzt werden kann. Insbesondere kann der Bauraum radial innerhalb der Kupplung durch das Planetengetriebe genutzt sein, so dass bei einem axialen Versatz der Bremse zu der Kupplung zumindest radial innerhalb der Bremse Bauraum zur Positionierung der Kupplungsbetätigungsaktorik oder der Bremsbetätigungsaktorik zur Verfügung steht. Alternativ können die Kupplungsbetätigungsaktorik und die Bremsbetätigungsaktorik in einem gemeinsamen Axialbereich konzentrisch ineinander geschachtelt sein und einen sogenannten „concentric slave cylinder“ („CSC“) ausbilden.
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Besonders bevorzugt ist das Referenzbauteil mit einer Schaltkupplung zum Koppeln des Referenzbauteils mit dem feststehenden Gehäuse oder, insbesondere mittelbar über eine zwischengeschaltete Schaltstufe, mit der Antriebswelle der elektrischen Maschine verbunden. Das Referenzbauteil kann beispielsweise eine an einer mit dem Sonnenrad verbundenen Sonnenradwelle gelagerte Hohlwelle sein. Insbesondere ist das Referenzbauteil über mindestens ein Axiallager in axialer Richtung unbeweglich, vorzugsweise an der Sonnenradwelle, gelagert. Die, insbesondere als Lamellenkupplung ausgestaltete, Bremse kann ein mit der Kupplung verbundenes, insbesondere als Innenlamellenträger ausgestaltetes, Eingangsteil und ein im geschlossenen Zustand der Bremse reibschlüssig mit dem Eingangsteil koppelbares, insbesondere als Außenlamellenträger ausgestaltetes, Ausgangsteil aufweisen. Das Referenzbauteil kann insbesondere mit dem Ausgangsteil der Bremse drehfest verbunden sein und/oder einstückig ausgestaltet sein. Die drehfest mit dem Referenzbauteil gekoppelte Schaltkupplung kann in einem ersten Schaltzustand das Referenzbauteil mit dem feststehenden Gehäuse und in einem zweiten Schaltzustand das Referenzbauteil mit einem drehenden Bauteil koppeln. Das drehende Bauteil kann beispielsweise ein mit der Antriebswelle der elektrischen Maschine kämmendes Zahnrad sein, so dass das Referenzbauteil mittelbar über eine Schaltstufe mit der Antriebswelle gekoppelt sein kann. Die Schaltstufe kann eine Übersetzung von kleiner 1, größer 1 oder gleich 1 bereitstellen, so dass das Sonnenrad im geschlossenen Zustand der Bremse mit einer von der Drehzahl der elektrischen Maschine abhängigen, insbesondere von Null verschiedenen, Drehzahl drehen kann. Durch die Koppelung der Drehzahl des Sonnenrads mit der Drehzahl der Antriebswelle kann vorzugsweise das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes sogar dann im Wesentlichen konstant bleiben, wenn sich die Ausgangsdrehzahl der Antriebswelle der elektrischen Maschine ändern sollte. Vorzugsweise weist die Schaltkupplung einen dritten Schaltzustand auf, in dem das Referenzbauteil weder mit dem feststehenden Gehäuse noch mit dem drehenden Bauteil gekoppelt ist und Drehmomentübertragung unterbrochen ist. In diesem Schaltzustand können Bauteilbelastungen vermieden werden, falls die Bremse geöffnet ist und ein Drehmomentfluss über die Bremse und das Referenzbauteil sowieso nicht stattfindet. Die Schaltkupplung kann insbesondere als drehfest mit dem Referenzbauteil gekoppelte Schaltmuffe ausgestaltet sein. Insbesondere können die Schaltzustände der Schaltkupplung durch einen axial verschiebbaren Schaltkolben angesteuert werden, der beispielsweise über einen Mitnehmer eine Schaltmuffe axial verlagert. Der Schaltkolben ist insbesondere Teil einer Kolben-Zylinder-Einheit, die vorzugsweise hydraulisch betätigt wird. Die Schaltkupplung kann in dem ersten Schaltzustand und in dem zweiten Schaltzustand für das Sonnenrad unterschiedliche Drehzahlen vorgeben, so dass zusätzlich zu der Gangstufe bei geöffneter Bremse bei geschlossener Bremse zwei unterschiedliche Gangstufen realisiert werden können. Das Kraftfahrzeuggetriebe kann dadurch als 3-Gang-Getriebe ausgestaltet sein.
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Vorzugsweise ist ein Betätigungssystem zur hydraulischen Betätigung der Bremse und der Kupplung vorgesehen, wobei insbesondere die Bremse und die Kupplung aus einem gemeinsamen Hydraulikreservoir heraus mit einem hydraulischen Druck beaufschlagbar sind. Durch die nah beieinander vorgesehene Positionierung der Bremse und der Kupplung ist es möglich, dass sich die Bremse und die Kupplung Teile des hydraulischen Betätigungssystems teilen. Die Bauteileanzahl und der Bauraumbedarf können dadurch reduziert werden. Besonders bevorzugt ist das Betätigungssystem zusätzlich zur hydraulischen Betätigung der Schaltkupplung vorgesehen, die ebenfalls aus dem gemeinsamen Hydraulikreservoir heraus mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt werden kann.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine, einem mit einer Antriebswelle der elektrischen Maschine über eine Stirnradstufe angekoppeltes Kraftfahrzeuggetriebe, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, und einer, insbesondere über ein Differentialgetriebe, an einen Planetenträger des Planetengetriebes des Kraftfahrzeuggetriebes angebundene Abtriebswelle zum Antrieb eines Antriebsrads des Kraftfahrzeugs. Durch die einander in radialer oder axialer Richtung überlappende Anordnung der Bremse und der Kupplung kann axialer beziehungsweise radialer Bauraum eingespart werden, so dass ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einem geringen Bauraum ermöglicht ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1 eine schematische Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs mit einer ersten Ausführungsform eines Kraftfahrzeuggetriebes, wobei diese Ausführungsform nicht Gegenstand der Erfindung ist,
- 2 eine schematische Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs mit einer zweiten Ausführungsform eines Kraftfahrzeuggetriebes,
- 3 eine schematische Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs mit einer dritten Ausführungsform eines Kraftfahrzeuggetriebes,
- 4 eine schematische Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs mit einer vierten Ausführungsform eines Kraftfahrzeuggetriebes,
- 5 eine schematische Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs mit einer fünften Ausführungsform eines Kraftfahrzeuggetriebes,
- 6 eine schematische Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs mit einer sechsten Ausführungsform eines Kraftfahrzeuggetriebes und
- 7 eine schematische Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs mit einer siebenten Ausführungsform eines Kraftfahrzeuggetriebes.
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Der in 1 für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere Hybrid-Kraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug, vorgesehene Antriebsstrang 10 weist eine elektrische Maschine 12 auf. Eine Antriebswelle 14 der elektrischen Maschine 12 ist über eine Stirnradstufe 16 mit einem Eingangszahnrad 18 eines Kraftfahrzeuggetriebes 20 gekoppelt. Das Kraftfahrzeuggetriebe 20 weist ein beispielsweise in einem Inneren eines Gehäuse 22 angeordnetes Planetengetriebe 24 auf. Das Planetengetriebe 24 weist ein Hohlrad 26 auf, das mit dem Eingangszahnrad 18 verbunden ist. Das Hohlrad 26 ist über auf einem Planetenträger 28 gelagerten Planetenrädern 30 mit einem Sonnenrad 32 gekoppelt. Der Planetenträger 28 ist mit einer Ausgangswelle 34 verbunden, über welche die von dem Planetengetriebe 24 gewandelte Leistung der elektrischen Maschine 12 ausgeleitet werden kann. Die Ausgangswelle 34 kann über eine Zahnradverbindung 36 mit einem Differentialgetriebe 38 gekoppelt sein, um mit der gewandelten Leistung über mit dem Differentialgetriebe 38 gekoppelte Abtriebswellen 40 Antriebsräder des Kraftfahrzeugs anzutreiben.
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Um das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 24 ändern zu können und verschiedene Getriebegänge realisieren zu können, kann mit Hilfe einer als feuchte Lamellenkupplung ausgestalteten Bremse 42 das Sonnenrad 32 an dem feststehenden Gehäuse 22 festgehalten werden. Im geschlossenen Zustand der Bremse 42 steht das Sonnenrad 32 mit einer Drehzahl n = 0 1/min still. Eine an dem Sonnenrad 32 und dem Hohlrad 26 angreifende als feuchte Lamellenkupplung ausgestaltete Kupplung 44 ist in diesem Fall geöffnet. Für einen anderen Gang des Planetengetriebes 24 kann die Bremse 42 geöffnet und die Kupplung 44 geschlossen werden, so dass das Sonnenrad 32 drehfest mit dem Hohlrad 26 gekoppelt ist. Das Sonnenrad 32 und das Hohlrad 26 können in diesem Fall mit der gleichen Drehzahl drehen. Das Kraftfahrzeuggetriebe 20 ist dadurch als ein 2-Gang-Getriebe ausgestaltet. Die Bremse 42 und die Kupplung 44 können hydraulisch von einem hydraulischen Betätigungssystem 46 betätigt werden. Hierzu kann das hydraulische Betätigungssystem 46, insbesondere aus einem gemeinsamen Hydraulikreservoir heraus, eine hydraulische Flüssigkeit in eine der Bremse 42 zugeordneten als Ringkolben ausgestalteten Bremsbetätigungsaktorik 48 und/oder in einen der Kupplung 44 zugeordneten als Ringkolben ausgestalteten Kupplungsbetätigungsaktorik 50 pumpen. Ein Großteil des Planetengetriebes 24 sowie die Bremse 42 und die Kupplung 44 sind innerhalb des Gehäuses 22 angeordnet und können dadurch leicht mit Öl geschmiert und/oder gekühlt werden.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Bremse 42 und die Kupplung 44 ineinander geschachtelt, so dass sich die Bremse 42 und die Kupplung 44 in radialer Richtung betrachtet einander, vorzugsweise vollständig, überlappen. Dadurch kann axialer Bauraum eingespart werden. Die Stirnradstufe 16 ist zu den Planetenrädern 30 des Planetengetriebes 24 axial versetzt angeordnet. Alternativ können die Stirnradstufe 16 und die Planetenräder 30 des Planetengetriebes 24 ineinander geschachtelt angeordnet sein, so dass sich die Stirnradstufe 16 und die Planetenrädern 30 des Planetengetriebes 24 in radialer Richtung betrachtet einander überlappen. Dadurch kann ebenfalls axialer Bauraum eingespart werden.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Vergleich zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel auch die Planetenräder 30 des Planetengetriebes 24 mit der Bremse 42 und der Kupplung 44 ineinander geschachtelt, so dass sich die Planetenräder 30, die Bremse 42 und die Kupplung 44 in radialer Richtung betrachtet einander, vorzugsweise vollständig, überlappen. Dadurch kann axialer Bauraum eingespart werden. Die Stirnradstufe 16 ist zu den Planetenrädern 30 des Planetengetriebes 24 axial versetzt angeordnet.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Vergleich zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Bremse 42 und die Kupplung 44 in axialer Richtung hintereinander angeordnet, so dass sich die Bremse 42 und die Kupplung 44 in axialer Richtung betrachtet einander, vorzugsweise vollständig, überlappen. Dadurch kann radialer Bauraum eingespart werden. Die Bremse 42 und die Kupplung 44 können beide zu den Planetenrädern 30 des Planetengetriebes 24 axial versetzt angeordnet sein, wobei in diesem Fall insbesondere die Stirnradstufe 16 und die Planetenräder 30 des Planetengetriebes 24 ineinander geschachtelt angeordnet sein können, so dass sich die Stirnradstufe 16 und die Planetenräder 30 des Planetengetriebes 24 in radialer Richtung betrachtet einander, vorzugsweise vollständig, überlappen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kupplung 44 und die Planetenräder 30 des Planetengetriebes 24 ineinander geschachtelt angeordnet, so dass sich die Kupplung 44 und die Planetenräder 30 des Planetengetriebes 24 in radialer Richtung betrachtet einander, vorzugsweise vollständig, überlappen. Alternativ können die Bremse 42 und die Planetenräder 30 des Planetengetriebes 24 ineinander geschachtelt angeordnet sein, so dass sich die Bremse 42 und die Planetenräder 30 des Planetengetriebes 24 in radialer Richtung betrachtet einander, vorzugsweise vollständig, überlappen.
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Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Vergleich zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Außenlamellenträger der Bremse 42 und der Kupplung 44 durch einen auf einem konstanten Radius angeordneten Träger 52 ausgebildet, der über einen radial verlaufenden und axial an den Planetenrädern 30 vorbeigeführten Verbindungssteg 54 mit dem Sonnenrad 32 verbunden ist. Es ist auch möglich, dass der Verbindungssteg 54 eine Druckplatte für die Bremse 42 und/oder für die Kupplung 44 ist.
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Bei dem in 5 exemplarisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Innenlamellenträger 56 der Bremse 42 von dem Gehäuse 22 abgekoppelt. Im geschlossenen Zustand der Bremse 42 ist der Innenlamellenträger 56 drehfest mit dem Gehäuse 22 verbunden, während der Innenlamellenträger 56 im geöffneten Zustand der Bremse 42 rotatorisch von dem Gehäuse 22 abgekoppelt ist. Dadurch kann das von der Bremse 42 im geöffneten Zustand verursachte Schleppmoment, falls im geöffneten Zustand der Bremse 42 ein Reibkontakt zwischen zwei in axialer Richtung benachbarten Lamellen stattfinden sollte, reduziert werden. Der von dem Gehäuse 22 abkoppelbare Innenlamellenträger 56 der Bremse 42 kann auch bei den übrigen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen sein.
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Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Vergleich zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Bremsbetätigungsaktorik 48 und die Kupplungsbetätigungsaktorik 50 in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnet. Dadurch kann die Kupplungsbetätigungsaktorik 50 soweit auf das Planetengetriebe 24 zu im Inneren des Gehäuses 22 positioniert werden, dass die Kupplungsbetätigungsaktorik 50, insbesondere im Wesentlichen vollständig, radial innerhalb der Bremse 42 angeordnet ist und von der Bremse 42 in radialer Richtung betrachtet überdeckt wird. Das Gehäuse 22 kann dadurch eine Vertiefung 58 ausbilden, die Bauraum für ein anderes Kraftfahrzeugaggregat schafft.
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Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Vergleich zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Außenlamellenträger 60 der Bremse 42 nicht mit dem feststehenden Gehäuse 22, sondern mit einem drehbaren Referenzbauteil 62 befestigt. Das Referenzbauteil 62 ist als Hohlwelle ausgestaltet, die radial und axial an einer mit dem Sonnenrad 32 des Planetengetriebes 24 verbundenen Sonnenradwelle 64 gelagert ist. Eine axiale Relativbewegung des Referenzbauteils 62 ist durch die axialen Lagerungen im Wesentlichen vermieden. Das Referenzbauteil 62 kann über ein Zahnrad 66 einer Schaltstufe 68 mittelbar mit der Antriebswelle 14 der elektrischen Maschine gekoppelt sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem drehbaren Referenzbauteil 62 und dem Zahnrad 66 der Schaltstufe 68 eine beispielsweise als Schaltmuffe ausgestaltete Schaltkupplung 70 zwischengeschaltet. Die Schaltkupplung 70 kann wahlweise das Referenzbauteil 62 über die Schaltstufe 68 mit der Antriebswelle 14 oder mit dem feststehenden Gehäuse 22 koppeln. Wenn das Referenzbauteil 62 durch die Schaltkupplung 70 mit dem Gehäuse 22 gekoppelt ist, steht das Referenzbauteil 62 und damit auch der Außenlamellenträger 60 still, so dass im geschlossenen Zustand der Bremse 42 auch das Sonnenrad 32 stillsteht. Wenn das Referenzbauteil 62 durch die Schaltkupplung 70 mittelbar mit der Antriebswelle 14 gekoppelt ist, dreht das Referenzbauteil 62 entsprechend der in der Schaltstufe 68 vorgesehenen Übersetzung mit einer von der Drehzahl der Antriebswelle 14 abhängigen Drehzahl, so dass auch der Außenlamellenträger 60 der Bremse 42 und das Sonnenrad 32 des Planetengetriebes 24 mit dieser Drehzahl drehen. Durch die Schaltkupplung 70 können im geschlossenen Zustand der Bremse 42 zwei unterschiedliche Gangstufen realisiert werden. Hierzu kann die Schaltkupplung 70 mit Hilfe eines hydraulisch von dem Betätigungssystem 46 betätigbaren Schaltkolbens 72 zwischen zwei axialen Endstellungen axial verschoben werden. Gegebenenfalls kann der Schaltkolben 72 in der Schaltkupplung 70 eine axiale Mittelstellung ansteuern, in welcher das Referenzbauteil 62 weder mit dem Gehäuse 22 noch mit der Antriebswelle 14 gekoppelt ist und ein Drehmomentfluss unterbrochen ist.
