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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 ,
DE 10 2015 104 203 A1 und
DE 10 2015 217 521 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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Es besteht ein ständiges Bedürfnis den Wirkungsgrad von Kraftfahrzeuggetrieben zu verbessern.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einem guten Wirkungsgrad 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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Erfindungsgemäß ist ein Kraftfahrzeuggetriebe zur Ankoppelung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs vorgesehen 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 Kupplung zum drehfesten Verbinden eines Sonnenrads des Planetengetriebes mit dem Hohlrad und einem schalbaren Freilauf, wobei der Freilauf ausgestaltet ist im Zugbetrieb wahlweise ein Freilaufen und/oder Sperren des Sonnenrads mit einem Referenzbauteil, insbesondere einem feststehenden Gehäuse, herbeizuführen.
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Bei einem Hochschalten mit Hilfe des Kraftfahrzeuggetriebes kann in einem ersten Gang zunächst die Kupplung geöffnet und der Freilauf gesperrt sein. Durch die mit Hilfe des Freilaufs in der Sperrstellung 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 am Anfang des Hochschaltvorgangs geeignet vorgegeben werden. Nachfolgend kann der Freilauf in die Freilauf-Stellung geschaltet werden, so dass das Sonnenrad nicht mehr am Referenzbauteil abgestützt wird. Das Sonnenrad des Planetengetriebes kann in dieser Situation im Wesentlichen lastlos mitdrehen, wodurch sich ein Übersetzungsverhältnis des Kraftfahrzeuggetriebes automatisch einstellt. Danach kann die Kupplung geschlossen werden, wobei während eines Schlupfbetriebs in der Kupplung zunächst eine Drehzahlsynchronisation zwischen dem Sonnenrad und den Hohlrad stattfindet bis sich eine reibschlüssige Koppelung ohne Schlupf einstellt und der zweite Gang erreicht ist. Bei einem Runterschalten von dem zweiten Gang in den ersten Gang werden die Schritte in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt, indem zunächst die Kupplung geöffnet und im geöffneten Zustand der Kupplung der Freilauf gesperrt wird. Mit Hilfe der Kupplung können zwei verschiedene Gänge realisiert werden, wobei es mit Hilfe des Freilaufs sogar möglich ist einen dritten Gang, der ein festes Übersetzungsverhältnis aufweist, zu realisieren. Dadurch können leicht unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse für das Planetengetriebe eingestellt werden und das Kraftfahrzeuggetriebe in der Art eines 2-Gang-Getriebe ausgestaltet sein.
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Da für die Koppelung des Sonnenrads mit dem Referenzbauteil ein schaltbarer Freilauf und keine Kupplung oder Bremse verwendet wird, kann die Koppelung des Sonnenrads mit dem Referenzbauteil über eine im Wesentlichen verschleißlose Koppelung ohne verschleißbare Reibbeläge erfolgen. Der schalbare Freilauf kann insbesondere frei von Reibbelägen sein. Ein Verschleiß von Reibbelägen ist dadurch vermieden. Zudem ist es nicht erforderlich verschlissene Reibbeläge austauschen zu müssen. Dies reduziert den Wartungsaufwand. Zudem kann ein Schlupfbetrieb beim Herstellen und Aufheben der Koppelung des Sonnenrads mit dem Referenzbauteil vermieden werden. Dadurch wird vermieden, dass von der elektrischen Maschine erzeugte Energie durch Reibungseffekte in einem Schlupfbetrieb dissipiert wird. Der Wirkungsgrad des Kraftfahrzeuggetriebes kann dadurch verbessert sein.
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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. Die Kupplung kann 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. Durch die Mehrzahl an Reibpaarungen in der Lamellenkupplung kann ein entsprechend hohes Drehmoment abgestützt beziehungsweise übertragen werden. 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. Besonders bevorzugt ist die Kupplung als feuchte Lamellenkupplung ausgestaltet. Dadurch ist es möglich 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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Im Zugbetrieb wird ein im Motorbetrieb der elektrischen Maschine erzeugtes Drehmoment über das Kraftfahrzeuggetriebe an Antriebsräder des Kraftfahrzeugs übertragen, während im Schubbetrieb ein Drehmomentfluss in umgekehrter Richtung stattfindet. Das heißt, dass in einem Segelbetrieb, einem starken oder schwachen Abbremsen des Kraftfahrzeugs das Massenträgheitsmoment des Kraftfahrzeugs genutzt werden kann, um ein Drehmoment in die elektrische Maschine einzuleiten. Die elektrische Maschine kann in dieser Situation im Generatorbetrieb betrieben werden, um hierbei elektrische Energie zu rekuperieren und in einer aufladbaren Batterie zu speichern. Die in der Batterie gespeicherte Energie kann dann im Motorbetrieb der elektrischen Maschine wiederverwendet werden, um das Kraftfahrzeug anzutreiben.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der schaltbare Freilauf im Schubbetrieb das Sonnenrad permanent von dem Referenzbauteil abkoppelt, wobei insbesondere der schaltbare Freilauf als ausschließlich einseitig schaltbarer Freilauf ausgestaltet ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei einem sich plötzlich ergebenen Schubbetrieb mit Hilfe der Kupplung schnell ein geeigneter Gang zur Rekuperation von Energie geschaltet werden kann, ohne dass gleichzeitig sowohl die Kupplung als auch der Freilauf geschlossen sind und ohne dass ein Blockieren des Planetengetriebes erfolgen kann. Der schaltbare Freilauf kann hierzu als ausschließlich einseitig schaltender Freilauf ausgestaltet sein, der für den Schubbetrieb beispielsweise als einfacher Ratschen-Freilauf aufgebaut sein kann.
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Alternativ ist vorgesehen, dass der schaltbare Freilauf ausgestaltet ist im Schubbetrieb wahlweise zwischen einem Freilaufen und/oder Sperren des Sonnenrads mit dem Referenzbauteil zu schalten. Der schaltbare Freilauf kann hierzu als zweiseitig schaltender Freilauf ausgestaltet sein. Dadurch kann bei geschlossener Kupplung und sperrendem Freilauf eine Parksperre im Kraftfahrzeuggetriebe realisiert werden.
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Vorzugsweise weist der schaltbare Freilauf eine im Zugbetrieb sperrende, insbesondere federbelastete, erste Sperrklinke zur Arretierung des Sonnenrads mit dem Referenzbauteil und eine im Schubbetrieb sperrende, insbesondere federbelastete, zweite Sperrklinke zur Arretierung des Sonnenrads mit dem Referenzbauteil auf, wobei ein, insbesondere als Ringblech ausgestaltetes, Schaltelement zum Schalten der ersten Sperrklinke zwischen einer Sperrstellung und einer Freilaufstellung relativ zu der ersten Sperrklinke bewegbar, insbesondere verdrehbar, ist, wobei das Schaltelement eine der ersten Sperrklinke zugeordnete Durchgangsöffnung zum Hindurchgreifen der ersten Sperrklinke in der Sperrstellung aufweist. Der schaltbare Freilauf kann dadurch einen einfachen und robusten Aufbau aufweisen. Es ist möglich die mindestens eine Sperrklinke und die mindestens eine Sperrklinke in einem gemeinsamen Bauteil vorzusehen oder alternativ in axial zueinander versetzten Bauteilen vorzusehen. Besonders bevorzugt kann das Schaltelement in einer einer ersten Schaltstellung entsprechenden ersten Relativwinkellage die erste Sperrklinke entgegen einer an der ersten Sperrklinke angreifenden Federkraft in die Freilaufstellung niederhalten, während in einer einer zweiten Schaltstellung entsprechenden zweiten Relativwinkellage das erste Sperrelement durch die Durchgangsöffnung hindurchragen kann, um in der Sperrstellung einen Formschluss herzustellen.
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Der Freilauf und die Kupplung können ineinander geschachtelt angeordnet sein, so dass axialer Bauraum für das Kraftfahrzeuggetriebe eingespart werden kann. Eine jeweils für die Betätigung des Freilaufs 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 den Freilauf 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 des Freilaufs und der Kupplung kann axialer Bauraum eingespart werden, so dass ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einem geringen Bauraum ermöglicht ist. Insbesondere ist der schaltbare Freilauf radial außerhalb zu der Kupplung angeordnet. Wenn der Freilauf und die Kupplung innerhalb des feststehenden Gehäuses angeordnet sind, kann der schaltbare Freilauf dadurch leicht an einer Innenseite des Gehäuses vorgesehen sein. Der konstruktive Aufwand und der dafür erforderliche Bauraum das Sonnenrad mit Hilfe des Freilaufs an dem Gehäuse festzusetzen kann dadurch geringgehalten werden.
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Besonders bevorzugt sind der schaltbare Freilauf und die Kupplung zumindest teilweise in einem gemeinsamen Radiusbereich angeordnet, wobei der schaltbare Freilauf in einem gemeinsamen Axialbereich mit dem Hohlrad oder in axialer Richtung neben dem Hohlrad positioniert ist. In axialer Richtung betrachtet können sich der schaltbare Freilauf und das Hohlrad zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, überlappen. Der radiale Bauraumbedarf kann dadurch reduziert werden.
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Alternativ sind der schaltbare Freilauf und die Kupplung zumindest teilweise in einem gemeinsamen Axialbereich angeordnet. In radialer Richtung betrachtet können sich der schaltbare Freilauf und das Hohlrad zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, überlappen. Der axiale Bauraumbedarf kann dadurch reduziert werden. Zudem kann der Freilauf auf einen vergleichsweise großen Radius vorgesehen sein, der radial außerhalb zum Hohlrad liegt, wodurch die Bauteilbelastung der jeweiligen Sperrklinke in der Sperrstellung gering gehalten wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind mit dem Hohlrad und mit dem Sonnenrad kämmende Planetenräder des Planetengetriebes zumindest teilweise in einem gemeinsamen Axialbereich mit dem schaltbaren Freilauf und/oder mit der Kupplung angeordnet. In radialer Richtung betrachtet können sich die Planetenräder und der Freilauf beziehungsweise die Kupplung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, überlappen. Dadurch kann ein wesentlicher Teil des Planetengetriebes mit dem Freilauf und der Kupplung geschachtelt angeordnet werden, wodurch der axiale Bauraumbedarf reduziert werden kann. Insbesondere sind die Planetenräder radial innerhalb zu dem Freilauf und/oder 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 ist an einer nach radial außen weisenden Mantelfläche des Hohlrads mindestens eine Reibplatte der Kupplung befestigt, wobei insbesondere die Mantelfläche des Hohlrads Teil eines Innenlamellenträgers der als Lamellenkupplung ausgestalteten Kupplung ist. Durch das radiale Schachteln des Hohlrads und der Kupplung kann nicht nur die nach radial innen weisenden Innenseite des Hohlrads für die Verzahnung mit den Planetenrädern, sondern auch die nach radial außen weisenden Mantelfläche des Hohlrads zur Ausbildung der Kupplung funktionalisiert werden. Das Hohlrad kann beispielsweise zusätzlich den Innenlamellenträgers der Kupplung ausbilden, wodurch die Bauteileanzahl gering gehalten werden kann. In radialer Richtung betrachtet können die Kupplung, das Hohlrad und die Planetenräder sich gegenseitig überlappen und in einem gemeinsamen Axialbereich vorgesehen sein.
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Vorzugsweise sind eine Freilauf-Aktorik zum Schalten des schaltbaren Freilaufs und eine Kupplungs-Aktorik zum Betätigen der Kupplung zumindest teilweise in einem gemeinsamen Axialbereich koaxial verschachtelt. In radialer Richtung betrachtet können sich die Freilauf-Aktorik und die Kupplungs-Aktorik zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, überlappen. Die Freilauf-Aktorik und die Kupplungs-Aktorik können insbesondere hydraulisch, besonders bevorzugt aus einem gemeinsamen Druckreservoir, betätigt werden. Die Freilauf-Aktorik und die Kupplungs-Aktorik können vorzugsweise mit dem schaltbaren Freilauf und/oder mit der Kupplung radial geschachtelt angeordnet sein. In radialer Richtung betrachtet können die Freilauf-Aktorik und die Kupplungs-Aktorik zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, den Freilauf und/oder die Kupplung überlappen.
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Besonders bevorzugt ist im Zugbetrieb ein in der elektrischen Maschine erzeugtes Drehmoment an der selben Axialseite des Planetengetriebes über das Hohlrad in das Planetengetriebe einleitbar und über einen Planetenträger des Planetengetriebes aus dem Planetengetriebe ausleitbar, wobei das Hohlrad und/oder der Planetenträger eine Hohlwelle aufweist. Die Einleitung und die Ausleitung des Drehmoments kann an der einen Axialseite des Planetengetriebes erfolgen, während insbesondere an der anderen Axialseite die Freilauf-Aktorik und die Kupplungs-Aktorik vorgesehen sind. Eine gegenseitige Störung kann dadurch vermieden werden. Hierzu kann beispielsweise das Hohlrad eine Hohlwelle aufweisen, aus der eine Welle des Planetenträgers axial herausstehen kann. Alternativ kann der Planetenträger eine Hohlwelle aufweisen, aus der eine Welle des Hohlrads axial herausstehen kann.
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Vorzugsweise 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 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 des Freilaufs 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 die Drehmomentübertragung unterbrochen ist. In diesem Schaltzustand können Bauteilbelastungen vermieden werden, falls der Freilauf geöffnet ist und ein Drehmomentfluss über den Freilauf 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 geöffnetem Freilauf zwei unterschiedliche Gangstufen bei sperrendem Freilauf realisiert werden können. Das Kraftfahrzeuggetriebe kann dadurch als 3-Gang-Getriebe ausgestaltet sein.
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Vorzugsweise ist ein Betätigungssystem zur hydraulischen Betätigung des Freilaufs und der Kupplung vorgesehen, wobei insbesondere der Freilauf und die Kupplung aus einem gemeinsamen Hydraulikreservoir heraus mit einem hydraulischen Druck beaufschlagbar sind. Durch die nah beieinander vorgesehene Positionierung des Freilaufs und der Kupplung ist es möglich, dass sich der Freilauf und die Kupplung Teile des hydraulischen Betätigungssystems teilen. Die Bauteileanzahl und der Bauraumbedarf kann 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. Alternativ kann das Betätigungssystem elektromechanisch ausgestaltet sein, so dass hydraulische Leitungen und ein Hydraulikreservoir eingespart werden können.
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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. Im Vergleich zu einer Reibbeläge aufweisenden Bremse kann der schaltbare Freilauf einen reibungsbehafteten Schlupfbetrieb vermeiden, so dass ein Antriebsstrang mit einem guten Wirkungsgrad 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,
- 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 perspektivische Ansicht eines teilweise dargestellten Freilaufs in Freilaufstellung,
- 6: eine schematische Schnittansicht des Freilaufs aus 5,
- 7: eine schematische perspektivische Ansicht eines teilweise dargestellten Freilaufs in Sperrstellung und
- 8: eine schematische Schnittansicht des Freilaufs aus 7.
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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 gewandelte 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 eines schaltbaren Freilaufs 42 das Sonnenrad 32 an dem feststehenden Gehäuse 22 festgehalten werden. Im geschlossenen Zustand des Freilaufs 42, wenn der Freilauf 42 sperrt, 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 der Freilauf 42 geöffnet werden und frei laufen, während die Kupplung 44 geschlossen wird, so dass nach einem schlupfbetrieb zur Drehzahlsynchronisation 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 hierbei in der Art eines 2-Gang-Getriebes ausgestaltet. Der Freilauf 42 und die Kupplung 44 können hydraulisch von einem hydraulischen Betätigungssystem oder elektromechanisch betätigt werden. Hierzu kann das hydraulische Betätigungssystem, insbesondere aus einem gemeinsamen Hydraulikreservoir heraus, eine hydraulische Flüssigkeit in eine dem Freilauf 42 zugeordneten als Ringkolben ausgestalteten Freilauf-Aktorik und/oder in einen der Kupplung 44 zugeordneten als Ringkolben ausgestalteten Kupplungs-Aktorik 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 der Freilauf 42 und die Kupplung 44 in axialer Richtung hintereinander angeordnet, so dass sich der Freilauf 42 und die Kupplung 44 in axialer Richtung betrachtet einander, vorzugsweise vollständig, überlappen. Dadurch kann radialer Bauraum eingespart werden. Der Freilauf 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. Die nach radial außen weisenden Mantelfläche des Hohlrads 26 kann hierbei einen Teil der Kupplung 44, insbesondere einen Innenlamellenträger, ausbilden. Alternativ können der Freilauf 42 und die Planetenräder 30 des Planetengetriebes 24 ineinander geschachtelt angeordnet sein, so dass sich der Freilauf 42 und die Planetenräder 30 des Planetengetriebes 24 in radialer Richtung betrachtet einander, vorzugsweise vollständig, überlappen.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform des Antriebsstrangs 10 ist der schaltbare Freilauf 42 zumindest teilweise in einem gemeinsamen Axialbereich mit der Kupplungs-Aktorik 50 vorgesehen, so dass die Kupplung 44 in axialer Richtung zwischen der Stirnradstufe 16 und dem schaltbare Freilauf 42 vorgesehen ist. Wie in 2 dargestellt, kann der schaltbare Freilauf 42 alternativ der anderen Axialseite der Kupplung 44 zugewandt vorgesehen sein, so dass der Freilauf 42 in axialer Richtung zwischen der Stirnradstufe 16 und der Kupplung 44 positioniert ist. Der Freilauf 42 kann hierbei zu den Planetenrädern 30 axial versetzt einen Teil des Hohlrads 26 radial außen überdecken.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs 10 sind im Vergleich zu den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen des Antriebsstrangs 10 der Freilauf 42 und die Kupplung 44 nicht auf einem gemeinsamen Radiusbereich in axialer Richtung hintereinander angeordnet, sondern in radialer Richtung ineinander geschachtelt, so dass sich der Freilauf 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. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind auch die Planetenräder 30 des Planetengetriebes 24 mit dem Freilauf 42 und der Kupplung 44 ineinander geschachtelt, so dass sich die Planetenräder 30, der Freilauf 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 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs 10 ist im Vergleich zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs 10 die Kupplung 44 nicht als „normally closed“ Kupplung, sondern als „normally open“ Kupplung ausgestaltet.
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Wie in 5 und 6 dargestellt, kann der Freilauf 42 einen Außenring 52 aufweisen, in dem mit jeweils einem Federelement 54 vorgespannte herausschwenkbare erste Sperrklinken 56 und zweite Sperrklinken 58 eingesetzt sind. In der herausgeschwenkten Stellung befindet sich die jeweilige Sperrklinke 56, 58 in der Sperrstellung und in der eingeklappten Stellung in der Freilaufstellung. Die erste Sperrklinke 56 kann in der Sperrstellung in der einen Relativdrehrichtung an einem Ring 60, beispielsweise einem Innenring, tangential anschlagen, während die zweite Sperrklinke 58 in der Sperrstellung in einer entgegengesetzten Relativdrehrichtung an dem Ring 60 tangential anschlagen kann. In axialer Richtung ist zwischen dem Außenring 52 und dem Ring 60 ein als Ringblech ausgestaltetes Schaltelement 62 vorgesehen, das mit Hilfe eines aus dem Außenring 52 herausragenden und formschlüssig angebundenen Schaltarms 64 relativ zu dem Außenring 52 und den Sperrklinken 56, 58 verdreht werden kann.
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In der Freilaufstellung des Freilaufs 42 kann das Schaltelement 62 die erste Sperrklinke 58 gegen die Federkraft des Federelements 54 zurückdrücken, so dass die erste Sperrklinke 58 nicht mehr tangential an dem Ring 60 anstoßen und den Ring 60 mit dem Außenring 42 in Zugrichtung formschlüssig arretieren kann. Wie in 7 und 8 dargestellt, kann das Schaltelement 62 soweit von dem Schaltarm 64 verdreht werden, dass in der Sperrstellung des Freilaufs 42 die erste Sperrklinke 56 von der Federkraft des vorgespannten Federelements 54 durch eine Durchgangsöffnung 66 des Schaltelements 62 hindurchgreifen kann und in Zugrichtung einen Formschluss mit dem Ring 60 herstellt.
