DE102018120176A1

DE102018120176A1 - Zweigang-Getriebe, elektromotorischer Antriebsstrang und Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102018120176A1
Application number: DE102018120176.1A
Authority: DE
Inventors: Gereon Hellenbroich; Ingo Steinberg; Jan Nowack
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2018-10-18
Also published as: CN109424717A; DE102017119752A1

Abstract

Zweigang-Getriebe für einen elektromotorischen Antriebsstrang, mit einer eingangsseitigen Doppelkupplung (12), die eine erste Kupplung (14) und eine zweite Kupplung (16) aufweist, wobei die erste Kupplung (14) zum Koppeln und Entkoppeln einer ersten Eingangswelle (20) mit einem Elektromotor (4) eingerichtet ist und wobei die zweite Kupplung (16) zum Koppeln und Entkoppeln einer zweiten Eingangswelle (22) mit dem Elektromotor (4) eingerichtet ist, wobei die erste Eingangswelle (20) und die zweite Eingangswelle (22) koaxial angeordnet sind, wobei die zweite Eingangswelle (22) eine Hohlwelle (22) ist und zumindest ein der Doppelkopplung (12) zugeordneter Abschnitt (24) der ersten Eingangswelle (20) umfangsseitig von der zweiten Eingangswelle (22) eingefasst ist, mit genau zwei Gängen (G1, G2), wobei ein erster Gang (G1) der zwei Gänge (G1, G2) eine größere Übersetzung aufweist als der zweite Gang (G2) der zwei Gänge (G1, G2), wobei die erste Eingangswelle (20) über eine erste Stirnradstufe (26) mit einer Triebwelle (28) gekoppelt ist, wobei die zweite Eingangswelle (22) über eine zweite Stirnradstufe (30) mit der Triebwelle (28) gekoppelt ist und wobei die Triebwelle (28) über eine dritte Stirnradstufe (32) mit einem ausgangsseitigen Differenzial (34) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zweigang-Getriebe, einen elektromotorischen Antriebsstrang und ein Elektrofahrzeug.
Rein elektromotorisch angetriebene Fahrzeuge benötigen gegenüber dem konventionellen, verbrennungsmotorisch betriebenen Antriebsstrang weniger Gänge, weil der Elektromotor schon aus dem Stand heraus Drehmoment liefert und ein gegenüber der Verbrennungskraftmaschine breiteres Drehzahlband aufweist. Jedoch reichen Eingang-Getriebe auch für elektromotorisch angetriebene Fahrzeuge in jedem Fall nicht aus. So sind beispielsweise rein elektromotorisch angetriebene Transportfahrzeuge bekannt, die auf eine Höchstgeschwindigkeit von lediglich 80 km/h begrenzt sind.
Mehr-Gang-Getriebe haben im Zusammenwirken mit einem Elektromotor den Vorteil einer höheren Endgeschwindigkeit des Fahrzeugs sowie häufigerem Betrieb in einem Bereich hohen Wirkungsgrades des Elektromaschinenkennfelds. Das Betreiben der Elektromaschine im Bereich hohen Wirkungsgrades führt bei unveränderter, nutzbarer Akkumulatorkapazität zu größerer Reichweite des Fahrzeugs. Eine Steigerung der Reichweite ist eine der wichtigsten Entwicklungsherausforderungen rein elektromotorischer Fahrzeuge.
Eine weitere Herausforderung ist die Lastschaltbarkeit des Getriebes, weil Drehmomentunterbrechungen während der Schaltung bei rein elektromotorisch betriebenen Fahrzeugen den Fahrkomfort mindern und von den Endkunden nicht erwünscht sind.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein Zweigang-Getriebe, einen elektromotorischen Antriebsstrang sowie ein Elektrofahrzeug anzugeben, welche die voranstehend beschriebenen Herausforderungen zumindest teilweise lösen, und insbesondere eine erhöhte Reichweite, eine erhöhte Endgeschwindigkeit, ein Beschleunigen im Wesentlichen ohne Zugkraftunterbrechung und neben Rekuperation auch Segelbetrieb für ein rein elektromotorisch betriebenes Fahrzeug ermöglichen.
Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird jeweils gelöst durch ein Zweigang-Getriebe nach Anspruch 1, einen elektromotorischen Antriebsstrang nach Anspruch 9 und ein Elektrofahrzeug nach Anspruch 10. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Zweigang-Getriebe für einen elektromotorischen Antriebsstrang, mit einer eingangsseitigen Doppelkupplung, die eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung aufweist, wobei die erste Kupplung zum Koppeln und Entkoppeln einer ersten Eingangswelle mit einem Elektromotor eingerichtet ist und wobei die zweite Kupplung zum Koppeln und Entkoppeln einer zweiten Eingangswelle mit dem Elektromotor eingerichtet ist, wobei die erste Eingangswelle und die zweite Eingangswelle koaxial angeordnet sind, wobei die zweite Eingangswelle eine Hohlwelle ist und zumindest ein der Doppelkopplung zugeordneter Abschnitt der ersten Eingangswelle umfangsseitig von der zweiten Eingangswelle eingefasst ist, mit genau zwei Gängen, wobei ein erster Gang der zwei Gänge eine größere Übersetzung aufweist als der zweite Gang der zwei Gänge, wobei die erste Eingangswelle über eine erste Stirnradstufe mit einer Triebwelle gekoppelt ist, wobei die zweite Eingangswelle über eine zweite Stirnradstufe mit der Triebwelle gekoppelt ist und wobei die Triebwelle über eine dritte Stirnradstufe mit einem ausgangsseitigen Differenzial gekoppelt ist.
Das erfindungsgemäße Zweigang-Getriebe ist demnach ein Zweigang-Doppelkupplungsgetriebe und ermöglicht eine im Wesentlichen zugkraftunterbrechungsfreie Bereitstellung einer durch einen Elektromotor bereitgestellten Antriebsleistung. Durch ein gleichzeitiges Öffnen beider Kupplungen ist auch ein Segelbetrieb möglich. Der Elektromotor wird in diesem Fall vom Abtrieb getrennt.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der nach dem Vorgelegeprinzip verschachtelten Eingangswellen ermöglicht eine kompakte Bauweise des Getriebes sowie im Vergleich zu Planetengetrieben eine höhere Flexibilität in der Wahl der Getriebeübersetzungen.
Dadurch, dass das erfindungsgemäße Getriebe genau zwei Gänge hat, kann eine kompakte und leichte Bauweise des Getriebes erreicht werden, um die Reichweite eines mit dem erfindungsgemäßen Getriebe ausgestatteten Elektrofahrzeugs durch das Gewicht des Getriebes möglichst wenig zu beeinflussen.
Das erfindungsgemäße Zweigang-Getriebe ermöglicht demnach eine erhöhte Reichweite, eine erhöhte Endgeschwindigkeit und ein Beschleunigen im Wesentlichen ohne Zugkraftunterbrechung für ein rein elektromotorisch betriebenes Fahrzeug.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Zweigang-Getriebes ist vorgesehen, dass ein Stirnrad des ersten Gangs, insbesondere ein treibendes Rad, auf der ersten Eingangswelle sitzt und ein Stirnrad des zweiten Gangs, insbesondere ein treibendes Rad, auf der zweiten Eingangswelle sitzt.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Stirnrad des ersten Gangs, insbesondere ein treibendes Rad, auf der zweiten Eingangswelle sitzt, und ein Stirnrad des zweiten Gangs, insbesondere ein treibendes Rad, auf der ersten Eingangswelle sitzt.
Das Zweigang-Getriebe kann einen Stufensprung von 1,6 aufweisen. Ein Stufensprung von 1,6 entspricht etwa dem Stufensprung zwischen dem ersten und zweiten Gang eines Pkw-Getriebes für einen verbrennungsmotorischen Antriebsstrang. Es versteht sich, dass, je nach Anforderung, andere Stufensprünge ebenfalls möglich sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Zweigang-Getriebes ist vorgesehen, dass auf der Triebwelle oder an dem Differenzial ein Parksperrenrad angeordnet ist. So kann eine kompakte Integration eines Parksperrenrads in das Getriebe erreicht werden.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Stirnrad, insbesondere ein treibendes Rad, der dritten Stirnradstufe an einem der Doppelkupplung abgewandten Endabschnitt der Triebwelle sitzt, wobei zwischen dem Stirnrad der dritten Stirnradstufe und der Doppelkupplung die erste Stirnradstufe und die zweite Stirnradstufe angeordnet sind. Damit kann im fertig montierten Zustand ein Versatz des Differenzials zu einer Fahrzeugmittelachse erreicht werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Zweigang-Getriebes ist vorgesehen, dass das Parksperrenrad auf der Triebwelle angeordnet ist, wobei das Parksperrenrad zwischen dem triebwellenseitigen Stirnrad der dritten Stirnradstufe und einem Stirnrad der ersten oder zweiten Stirnradstufe angeordnet ist. So kann eine kompakte Integration eines Parksperrenrads in das Getriebe erreicht werden. Idealerweise ist das Differenzial im fertig montieren Zustand in der Fahrzeugmittelachse angeordnet.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Stirnrad der dritten Stirnradstufe an einem der Doppelkupplung zugewandten Endabschnitt der Triebwelle sitzt, wobei zwischen dem Stirnrad der dritten Stirnradstufe und der Doppelkupplung weder die erste Stirnradstufe noch die zweite Stirnradstufe angeordnet sind. Auf diese Weise kann im fertig montierten Zustand eine Anordnung des Differenzials nahe einer Fahrzeugmittelachse erreicht werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Zweigang-Getriebes, ist das Parksperrenrad auf der Triebwelle angeordnet, wobei das Parksperrenrad zwischen dem triebwellenseitigen Stirnrad der dritten Stirnradstufe und einem Stirnrad der ersten oder zweiten Stirnradstufe angeordnet ist. So kann eine kompakte Integration eines Parksperrenrads in das Getriebe erreicht werden.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Differenzialkorb des Differenzials auf einer der Doppelkupplung zugewandten Seite des Differenzials angeordnet ist, um eine kompakte Einbindung des Differenzials in das Zweigang-Getriebe zu erreichen.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen elektromotorischen Antriebsstrang, mit einem Elektromotor und mit einem Zweigang-Getriebe, wobei das Zweigang-Getriebe in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet ist und wobei der Elektromotor eingangsseitig mit dem Zweigang-Getriebe verbunden ist. Der erfindungsgemäße elektromotorische Antriebsstrang ermöglicht eine erhöhte Reichweite, eine erhöhte Endgeschwindigkeit und ein Beschleunigen im Wesentlichen ohne Zugkraftunterbrechung für ein rein elektromotorisch betriebenes Fahrzeug. Durch ein gleichzeitiges Öffnen beider Kupplungen ist auch ein Segelbetrieb möglich. Der Elektromotor wird in diesem Fall vom Abtrieb getrennt.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebsstrang, wobei kein zusätzlicher Verbrennungsmotor vorgesehen ist. Das erfindungsgemäße rein elektromotorisch betriebenes Fahrzeug ermöglicht eine erhöhte Reichweite, eine erhöhte Endgeschwindigkeit des Fahrzeugs und ein Beschleunigen im Wesentlichen ohne Zugkraftunterbrechung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:

1 einen erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Zweigang-Getriebe;
2 einen weiteren erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebsstrang mit einem weiteren erfindungsgemäßen Zweigang-Getriebe.

1 zeigt einen elektromotorischen Antriebsstrang 2. Der Elektromotorische Antriebsstrang 2 hat einen Elektromotor 4 und ein Zweigang-Getriebe 6. Das Zweigang-Getriebe 6 ist eingangsseitig mit dem Elektromotor 4 verbunden. Das Zweigang-Getriebe 6 ist ausgangsseitig mit Rädern 8, 10 eines anzutreibenden Elektrofahrzeugs verbunden. Der Elektromotor 4 und die Räder 8,10 sind nicht Teil des erfindungsgemäßen Zweigang-Getriebes 6.
Das Zweigang-Getriebe 6 hat eine eingangsseitige Doppelkupplung 12, die eine erste Kupplung 14 und eine zweite Kupplung 16 aufweist.
Die erste Kupplung 14 ist zum Koppeln und Entkoppeln einer ersten Eingangswelle 20 mit dem Elektromotor 4 eingerichtet. Die zweite Kupplung 16 ist zum Koppeln und Entkoppeln einer zweiten Eingangswelle 22 mit dem Elektromotor 4 eingerichtet. Die erste Eingangswelle 20 und die zweite Eingangswelle 22 sind koaxial angeordnet. Die zweite Eingangswelle 22 ist eine Hohlwelle 22. Ein der Doppelkopplung 12 zugeordneter Abschnitt 24 der ersten Eingangswelle 20 ist umfangsseitig von der zweiten Eingangswelle 22 eingefasst. Die erste Eingangswelle 20 und die zweite Eingangswelle 22 sind demnach ineinander verschachtelt angeordnet.
Das Zweigang-Getriebe 6 hat genau zwei Gänge G1, G2, wobei der erste Gang G1 der zwei Gänge G1, G2 eine größere Übersetzung aufweist als der zweite Gang G2 der zwei Gänge G1 und G2.
Die erste Eingangswelle 20 ist über eine erste Stirnradstufe 26 mit einer Triebwelle 28 gekoppelt. Die zweite Eingangswelle 22 ist über eine zweite Stirnradstufe 30 mit der Triebwelle 28 gekoppelt. Die Triebwelle 28 ist über eine dritte Stirnradstufe 32 mit einem ausgangsseitigen Differenzial 34 gekoppelt.
Ein treibendes Stirnrad 36 des ersten Gangs G1 sitzt auf der ersten Eingangswelle 20. Ein treibendes Stirnrad 38 des zweiten Gangs G2 sitzt auf der zweiten Eingangswelle 22.
Gemäß alternativer Ausführungsbeispiele erfindungsgemäße Zweigang-Getriebe kann vorgesehen sein, dass ein treibendes Stirnrad des ersten Gangs auf der zweiten Eingangswelle sitzt, während ein treibendes Stirnrad des zweiten Gangs auf der ersten Eingangswelle sitzt.
Auf der Triebwelle 28 ist ein Parksperrenrad 40 angeordnet.
Ein treibendes Stirnrad 42 der dritten Stirnradstufe 32 ist an einem der Doppelkupplung 12 abgewandten Endabschnitt 44 der Triebwelle 28 angeordnet. Zwischen dem treibenden Stirnrad 42 der dritten Stirnradstufe 32 und der Doppelkupplung 12 sind getriebene Räder 46, 48 des der ersten Stirnradstufe 26 und der zweiten Stirnradstufe 30 angeordnet. Weiter ist das Parksperrenrad 40 zwischen dem treibenden Stirnrad 42 der dritten Stirnradstufe 32 und der Doppelkupplung 12 angeordnet.
Das auf der Triebwelle 28 angeordnete Parksperrenrad 40 ist zwischen dem treibenden Rad 42 der dritten Stirnradstufe 32 und dem getriebenen Rad 48 der Stirnradstufe 26 angeordnet.
Ein Differenzialkorb 50 des Differenzials 34 ist auf einer der Doppelkupplung zugewandten Seite 52 des Differenzials 34 angeordnet.
2 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Antriebsstrangs 54, wobei nachstehend zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich auf die Unterschiede zu dem voranstehend mit Bezug zu 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel eingegangen wird. Gleichen Merkmalen werden hierbei gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
Der elektromotorische Antriebsstrang 54 hat ein Getriebe 56, das sich dadurch von dem voranstehend beschriebenen Getriebe 6 unterscheidet, dass das treibende Stirnrad 42 der dritten Stirnradstufe 32 vorliegend auf einem der Doppelkupplung 12 zugewandten Endabschnitt 58 der Triebwelle 28 sitzt.
Zwischen dem treibenden Stirnrad 42 der dritten Stirnradstufe 32 und der Doppelkupplung 12 ist weder die erste Stirnradstufe 26 noch die zweite Stirnradstufe 30 angeordnet. Das Parksperrenrad 40 ist vorliegend zwischen dem triebwellenseitigen Stirnrad 42 der dritten Stirnradstufe 32 und dem getriebenen Stirnrad 46 der zweiten Stirnradstufe 30 angeordnet.
Es versteht sich, dass gemäß weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen der erste Gang der Hohlwelle zugeordnet sein kann.
Bezugszeichenliste

2: Elektromotorischer Antriebsstrang
4: Elektromotor
6: Zweigang-Getriebe
8: Rad
10: Rad
12: Doppelkupplung
14: erste Kupplung
16: zweite Kupplung
20: erste Eingangswelle
22: zweite Eingangswelle
24: Abschnitt der ersten Eingangswelle
G1: erster Gang
G2: zweiter Gang
26: erste Stirnradstufe
28: Triebwelle
30: zweite Stirnradstufe
32: dritte Stirnradstufe
34: Differenzial
36: treibendes Stirnrad der ersten Stirnradstufe
38: treibendes Stirnrad der zweiten Stirnradstufe
40: Parksperrenrad
42: treibendes Stirnrad der dritten Stirnradstufe
44: Endabschnitt der Triebwelle 28
46: getriebenes Rad der zweiten Stirnradstufe
48: getriebenes Rad der ersten Stirnradstufe
50: Differenzialkorb
52: Seite zur Doppelkupplung
54: elektromotorischer Antriebsstrang
56: Zweigang-Getriebe
58: Endabschnitt

Claims

Zweigang-Getriebe für einen elektromotorischen Antriebsstrang, - mit einer eingangsseitigen Doppelkupplung (12), die eine erste Kupplung (14) und eine zweite Kupplung (16) aufweist, - wobei die erste Kupplung (14) zum Koppeln und Entkoppeln einer ersten Eingangswelle (20) mit einem Elektromotor (4) eingerichtet ist und - wobei die zweite Kupplung (16) zum Koppeln und Entkoppeln einer zweiten Eingangswelle (22) mit dem Elektromotor (4) eingerichtet ist, - wobei die erste Eingangswelle (20) und die zweite Eingangswelle (22) koaxial angeordnet sind, - wobei die zweite Eingangswelle (22) eine Hohlwelle (22) ist und zumindest ein der Doppelkopplung (12) zugeordneter Abschnitt (24) der ersten Eingangswelle (20) umfangsseitig von der zweiten Eingangswelle (22) eingefasst ist, - mit genau zwei Gängen (G1, G2), wobei ein erster Gang (G1) der zwei Gänge (G1, G2) eine größere Übersetzung aufweist als der zweite Gang (G2) der zwei Gänge (G1, G2), - wobei die erste Eingangswelle (20) über eine erste Stirnradstufe (26) mit einer Triebwelle (28) gekoppelt ist, - wobei die zweite Eingangswelle (22) über eine zweite Stirnradstufe (30) mit der Triebwelle (28) gekoppelt ist und - wobei die Triebwelle (28) über eine dritte Stirnradstufe (32) mit einem ausgangsseitigen Differenzial (34) gekoppelt ist.
Zweigang-Getriebe nach Anspruch 1, - wobei ein Stirnrad (36) des ersten Gangs (G1) auf der ersten Eingangswelle (20) sitzt und ein Stirnrad (38) des zweiten Gangs (G2) auf der zweiten Eingangswelle (22) sitzt, oder - wobei ein Stirnrad des ersten Gangs auf der zweiten Eingangswelle sitzt und ein Stirnrad des zweiten Gangs auf der ersten Eingangswelle sitzt.
Zweigang-Getriebe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, - wobei auf der Triebwelle (28) oder an dem Differenzial (34) ein Parksperrenrad (40) angeordnet ist.
Zweigang-Getriebe nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3, - wobei ein Stirnrad (42) der dritten Stirnradstufe (32) auf einem der Doppelkupplung (12) abgewandten Endabschnitt (44) der Triebwelle (28) sitzt, wobei zwischen dem Stirnrad (42) der dritten Stirnradstufe (32) und der Doppelkupplung (12) die erste Stirnradstufe (26) und die zweite Stirnradstufe (30) angeordnet sind.
Zweigang-Getriebe nach Anspruch 3 und Anspruch 4, - wobei das Parksperrenrad (40) auf der Triebwelle (28) angeordnet ist und - wobei das Parksperrenrad (40) zwischen dem triebwellenseitigen Stirnrad (42) der dritten Stirnradstufe (32) und einem Stirnrad (46, 48) der ersten oder zweiten Stirnradstufe (26, 30) angeordnet ist.
Zweigang-Getriebe nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3, - wobei ein Stirnrad (42) der dritten Stirnradstufe an einem der Doppelkupplung (12) zugewandten Endabschnitt (58) der Triebwelle (28) sitzt, wobei zwischen dem Stirnrad (42) der dritten Stirnradstufe (32) und der Doppelkupplung (12) weder die erste Stirnradstufe (26) noch die zweite Stirnradstufe (30) angeordnet sind.
Zweigang-Getriebe nach Anspruch 3 und Anspruch 6, - wobei das Parksperrenrad (40) auf der Triebwelle (28) angeordnet ist und - wobei das Parksperrenrad (40) zwischen dem triebwellenseitigen Stirnrad (42) der dritten Stirnradstufe (32) und einem Stirnrad (46, 48) der ersten oder zweiten Stirnradstufe (26, 30) angeordnet ist.
Zweigang-Getriebe nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 7, - wobei ein Differenzialkorb (50) des Differenzials (34) auf einer der Doppelkupplung (12) zugewandten Seite (52) des Differenzials (34) angeordnet ist.
Elektromotorischer Antriebsstrang, - mit einem Elektromotor (4) und - mit einem Zweigang-Getriebe (6, 56), - wobei das Zweigang-Getriebe (6, 56) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist und - wobei der Elektromotor (4) eingangsseitig mit dem Zweigang-Getriebe (6, 56) verbunden ist.
Elektrofahrzeug, - mit einem elektromotorischen Antriebsstrang (2, 54) nach Anspruch 9, - wobei kein zusätzlicher Verbrennungsmotor vorgesehen ist.