DE102021109712A1 - Switching unit and drive unit for an electrified drive train of a motor vehicle and axle module - Google Patents

Switching unit and drive unit for an electrified drive train of a motor vehicle and axle module Download PDF

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Abstract

Es wird eine Schalteinheit (16) für einen elektrifizierten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs beschrieben, die eine Eingangswelle (30), eine Ausgangswelle (32) und ein Schaltelement (34) umfasst, das zumindest abschnittsweise in einem Gehäuse (36) angeordnet ist. Dabei koppelt das Schaltelement (34) in einer ersten Schaltstellung die Eingangswelle (30) drehmomentleitend mit der Ausgangswelle (32). In einer zweiten Schaltstellung drehkoppelt das Schaltelement (34) die Ausgangswelle (32) mit dem Gehäuse (36). Außerdem wird eine Antriebseinheit (12) für einen elektrifizierten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgestellt, die eine elektrische Antriebsmaschine (14) und eine derartige Schalteinheit (16) umfasst. Auch wird ein Achsmodul (10) für ein Kraftfahrzeug präsentiert, das mit einer solchen Antriebseinheit (12) ausgestattet ist.

Figure DE102021109712A1_0000
A switching unit (16) for an electrified drive train of a motor vehicle is described, which comprises an input shaft (30), an output shaft (32) and a switching element (34) which is arranged at least in sections in a housing (36). The switching element (34) in a first switching position couples the input shaft (30) to the output shaft (32) in a torque-conducting manner. In a second switching position, the switching element (34) rotationally couples the output shaft (32) to the housing (36). In addition, a drive unit (12) for an electrified drive train of a motor vehicle is presented, which comprises an electric drive machine (14) and such a switching unit (16). An axle module (10) for a motor vehicle is also presented, which is equipped with such a drive unit (12).
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinheit für einen elektrifizierten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Eingangswelle, die mit einer elektrischen Antriebsmaschine koppelbar ist, und einer Ausgangswelle, an der ein Antriebsdrehmoment bereitgestellt und/oder ein Rekuperationsdrehmoment aufgenommen werden kann. Ferner ist ein Schaltelement vorgesehen, das zumindest abschnittsweise in einem Gehäuse angeordnet ist.The invention relates to a switching unit for an electrified drive train of a motor vehicle, having an input shaft that can be coupled to an electric drive machine and an output shaft on which a drive torque can be provided and/or a recuperation torque can be absorbed. Furthermore, a switching element is provided, which is arranged at least in sections in a housing.

Die Erfindung betrifft ferner eine Antriebseinheit für einen elektrifizierten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Antriebsmaschine und einer solchen Schalteinheit, wobei die elektrische Antriebsmaschine drehmomentleitend mit der Eingangswelle gekoppelt ist.The invention also relates to a drive unit for an electrified drive train of a motor vehicle, having an electric drive machine and such a switching unit, the electric drive machine being coupled to the input shaft in a torque-conducting manner.

Zudem ist die Erfindung auf ein Achsmodul für ein Kraftfahrzeug gerichtet, das eine derartige Antriebseinheit umfasst. Dabei bildet die Ausgangswelle der Schalteinheit eine Radabtriebswelle oder ist drehmomentleitend mit wenigstens einer Radabtriebswelle gekoppelt. Insbesondere ist die Ausgangswelle mit zwei auf entgegengesetzten Seiten des Achsmoduls angeordneten Radabtriebswellen drehmomentleitend gekoppelt.In addition, the invention is directed to an axle module for a motor vehicle that includes a drive unit of this type. The output shaft of the switching unit forms a wheel output shaft or is coupled to at least one wheel output shaft in a torque-conducting manner. In particular, the output shaft is coupled in a torque-conducting manner to two wheel output shafts arranged on opposite sides of the axle module.

Solche Schalteinheiten und damit ausgestattete Antriebseinheiten sowie Achsmodule sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die elektrische Antriebsmaschine kann dabei üblicherweise sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden.Such switching units and drive units equipped with them and axle modules are known from the prior art. The electric drive machine can usually be operated both as a motor and as a generator.

Im Sinne einer einfachen Erläuterung wird dabei im Folgenden eine als Motor wirkende Antriebsmaschine als Standardfall ausgegangen. Komponenten von elektrifizierten Antriebssträngen werden daher zumindest teilweise entsprechend ihrer Wirkung im Standardfall benannt, z. B. als Eingangswelle oder Ausgangswelle. Dies schließt jedoch nicht aus, dass die elektrische Antriebsmaschine auch als Generator zur Rekuperation wirken kann.For the purposes of a simple explanation, a drive machine acting as a motor is assumed to be the standard case below. Components of electrified powertrains are therefore at least partially named according to their effect in the standard case, e.g. B. as an input shaft or output shaft. However, this does not preclude the electric drive machine from also being able to act as a generator for recuperation.

Ferner ist es bekannt, in elektrifizierten Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen Getriebe vorzusehen. Derartige Getriebe können Schalteinheiten in Form von Kupplungen oder Bremsen aufweisen. Insbesondere im Zusammenhang mit automatisiert oder teilautomatisiert schaltbaren Getrieben können außerdem Schalteinheiten im Antriebsstrang vorgesehen sein, die als Parksperren ausgeführt sind.It is also known to provide transmissions in electrified drive trains of motor vehicles. Transmissions of this type can have switching units in the form of clutches or brakes. In particular in connection with automated or semi-automated shiftable transmissions, switching units that are designed as parking locks can also be provided in the drive train.

Schalteinheiten jeglicher Art sollen in der Regel einfach und kompakt aufgebaut sein. Gleiches gilt für damit ausgestattete Antriebseinheiten und Achsmodule. Auf diese Weise sollen elektrifizierte Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge mit ebenso einfachem und kompaktem Aufbau bereitgestellt werden.Switching units of any kind should generally be simple and compact. The same applies to drive units and axis modules equipped with them. In this way, electrified drive trains for motor vehicles should be provided that are just as simple and compact in design.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bekannte Schalteinheiten weiter zu verbessern. Insbesondere sollen Schalteinheiten geschaffen werden, die kompakt aufgebaut sind.The object of the invention is to further improve known switching units. In particular, switching units are to be created which are of compact design.

Die Aufgabe wird durch eine Schalteinheit der eingangs genannten Art gelöst, bei der das Schaltelement in einer ersten Schaltstellung die Eingangswelle drehmomentleitend mit der Ausgangswelle koppelt und in einer zweiten Schaltstellung die Ausgangswelle mit dem Gehäuse drehkoppelt. Dabei ist klar, dass in der ersten Schaltstellung weder die Eingangswelle noch die Ausgangswelle mit dem Gehäuse gekoppelt ist. Die erste Schaltstellung dient also insbesondere dazu, die Ausgangswelle mittels der Eingangswelle anzutreiben. In der zweiten Schaltstellung ist dementsprechend die Eingangswelle von der Ausgangswelle entkoppelt. In der zweiten Schaltstellung kann die Schalteinheit also als Parksperre oder Bremse für die Ausgangswelle wirken. Die erfindungsgemäße Schalteinheit erfüllt sowohl Funktionen einer Kupplung als auch Funktionen einer Parksperre oder Bremse. Im Vergleich zu bekannten elektrifizierten Antriebssträngen und deren Schalteinheiten kann somit eine erfindungsgemäße Schalteinheit eine Kupplung und eine Parksperre ersetzen. Die Schalteinheit ist unter Berücksichtigung ihres Funktionsumfangs kompakt aufgebaut, insbesondere kompakter als eine bekannte Kupplung und eine bekannte Parksperre zusammen. Aufgrund der Funktionsintegration bewirkt die erfindungsgemäße Schalteinheit auch einen vereinfachten Aufbau eines elektrifizierten Antriebsstrangs. Zudem ist eine erfindungsgemäße Schalteinheit kostengünstig.The object is achieved by a switching unit of the type mentioned above, in which the switching element in a first switching position couples the input shaft to the output shaft in a torque-conducting manner and in a second switching position rotationally couples the output shaft to the housing. It is clear that in the first switching position neither the input shaft nor the output shaft is coupled to the housing. The first switching position is therefore used in particular to drive the output shaft by means of the input shaft. In the second switching position, the input shaft is accordingly decoupled from the output shaft. In the second switching position, the switching unit can therefore act as a parking lock or brake for the output shaft. The switching unit according to the invention fulfills both the functions of a clutch and the functions of a parking lock or brake. In comparison to known electrified drive trains and their switching units, a switching unit according to the invention can thus replace a clutch and a parking lock. The switching unit has a compact design, taking into account its range of functions, in particular more compact than a known clutch and a known parking lock together. Because of the functional integration, the switching unit according to the invention also results in a simplified structure of an electrified drive train. In addition, a switching unit according to the invention is inexpensive.

Die vorstehend erläuterten Kopplungen zwischen der Eingangswelle, der Ausgangswelle und/oder dem Gehäuse können entweder direkt, d.h. unmittelbar erfolgen oder indirekt, d.h. über Zwischenelemente wie beispielsweise zusätzliche Wellen und/oder Zahnradstufen. Die Schalteinheit kann somit variabel an einen vorgegebenen Anwendungsfall angepasst werden.The above-described couplings between the input shaft, the output shaft and/or the housing can be either direct, i.e. directly, or indirect, i.e. via intermediate elements such as additional shafts and/or gear stages. The switching unit can thus be variably adapted to a given application.

Das Schaltelement kann in der ersten Schaltstellung die Eingangswelle über einen Formschluss und/oder über einen Reibschluss mit der Ausgangswelle koppeln. Es ergibt sich also stets eine zuverlässige Kopplung der Eingangswelle mit der Ausgangswelle.In the first shift position, the shift element can couple the input shaft to the output shaft via a form fit and/or via a friction fit. There is therefore always a reliable coupling of the input shaft to the output shaft.

Ebenfalls kann das Schaltelement in der zweiten Schaltstellung die Ausgangswelle über einen Formschluss und/oder über einen Reibschluss mit dem Gehäuse drehkoppeln. Die Ausgangswelle ist also in zuverlässiger Weise mit dem Gehäuse drehgekoppelt.In the second switching position, the switching element can also rotationally couple the output shaft to the housing via a form fit and/or via a friction fit. The output shaft is thus rotatably coupled to the housing in a reliable manner.

Beispielsweise umfasst das Schaltelement eine Klauenkupplung, eine Zahnkupplung, eine Konuskupplung und/oder eine Synchronisierungseinheit. Auch ist es möglich, das Schaltelement als schaltbaren Freilauf auszuführen. Derartige Schaltelemente sind an sich bekannt und werden daher nicht weiter erläutert. Der Einsatz formschlüssiger Schaltelemente wie Klauen- oder Zahnkupplungen ist bei der erfindungsgemäßen Schalteinheit insofern gut möglich, als bei einem Schalten in die erste Schaltstellung die elektrische Antriebsmaschine verwendet werden kann, um eine eventuell vorliegende Differenzdrehzahl zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle auszugleichen, d.h. die Eingangswelle und die Ausgangswelle zu synchronisieren. Hierfür wir die elektrische Antriebsmaschine beispielsweise mittels einer Pulsweitenmodulation angesteuert. Dadurch wird das Einspuren formschlüssiger Schaltelemente erleichtert.For example, the shifting element includes a claw clutch, a gear clutch, a cone clutch and/or a synchronization unit. It is also possible to design the switching element as a switchable freewheel. Such switching elements are known per se and are therefore not explained further. The use of positive-locking shifting elements such as claw or toothed clutches is easily possible with the shifting unit according to the invention insofar as the electric drive motor can be used when shifting into the first shift position in order to compensate for any differential speed between the input shaft and the output shaft, i.e. the input shaft and to synchronize the output shaft. For this purpose, the electric drive machine is controlled, for example, by means of pulse width modulation. This makes it easier to engage positive shifting elements.

Gemäß einer Ausführungsform entkoppelt das Schaltelement in einer dritten Schaltstellung die Eingangswelle von der Ausgangswelle und die Ausgangswelle vom Gehäuse. Eine solche Schaltstellung kann daher auch als Neutralstellung bezeichnet werden. Nachdem sich in diesem Zusammenhang die Ausgangswelle unabhängig von der Eingangswelle drehen kann, eignet sich die dritte Schaltstellung besonders gut, um ein sogenanntes Segeln eines elektrifizierten Antriebsstrangs zu ermöglichen. In einem solchen Betriebszustand werden die Räder des Kraftfahrzeugs weder aktiv angetrieben noch stellen sie ein Rekuperationsdrehmoment bereit. Nachdem in der dritten Schaltstellung eine möglicherweise mit der Eingangswelle gekoppelte elektrische Antriebsmaschine nicht mitrotiert, ergeben sich zudem vergleichsweise geringe Schleppverluste. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Eingangswelle mit einer permanenterregten Synchronmaschine gekoppelt ist.According to one embodiment, the switching element decouples the input shaft from the output shaft and the output shaft from the housing in a third switching position. Such a switching position can therefore also be referred to as a neutral position. Since the output shaft can rotate independently of the input shaft in this context, the third shift position is particularly well suited to enabling so-called coasting of an electrified drive train. In such an operating state, the wheels of the motor vehicle are neither actively driven nor do they provide a recuperation torque. Since an electric drive machine possibly coupled to the input shaft does not rotate in the third switching position, there are also comparatively low drag losses. This is particularly advantageous when the input shaft is coupled to a permanently excited synchronous machine.

In einer Variante ist das Schaltelement in eine der Schaltstellungen vorgespannt, insbesondere mittels einer Feder. Je nach Betätigungskonzept des Schaltelements lässt sich also eine Schaltstellung festlegen, die in Abwesenheit äußerer Einflüsse stets zuverlässig eingenommen werden soll. Die Schalteinheit lässt sich somit sicher betreiben. Insbesondere ist das Schaltelement in die zweite Schaltstellung vorgespannt. In Abwesenheit äußerer Einflüsse, also insbesondere ohne Betätigung, wird die Ausgangswelle immer mit dem Gehäuse drehgekoppelt, sodass ein zugehöriger Antriebsstrang gebremst oder blockiert ist.In one variant, the switching element is biased into one of the switching positions, in particular by means of a spring. Depending on the actuation concept of the switching element, a switching position can be defined that should always be assumed reliably in the absence of external influences. The switching unit can thus be operated safely. In particular, the switching element is biased into the second switching position. In the absence of external influences, ie in particular without actuation, the output shaft is always rotationally coupled to the housing, so that an associated drive train is braked or blocked.

Für den Fall, dass die Schalteinheit als Parksperre wirkt und das Schaltelement als Klauenkupplung ausgeführt ist, kann ein gutes Löseverhalten auch dadurch sichergestellt werden, dass die Klauenkupplung mit abweisenden Flanken oder mit geringe Hinterlegungswinkel aufweisenden Flanken ausgeführt ist. Auf diese Weise kann auch bei einer Verwendung der Schalteinheit in einem am Hang stehenden Fahrzeug, bei dem aufgrund der Hangneigung hohe Kräfte auf das Schaltelement wirken, das Niveau der für das Lösen notwendigen Kräfte geringgehalten werden.In the event that the shifting unit acts as a parking lock and the shifting element is designed as a claw clutch, good release behavior can also be ensured by designing the claw clutch with deflecting flanks or with flanks having a small backing angle. In this way, the level of the forces required for release can be kept low even when the shifting unit is used in a vehicle parked on a slope, in which high forces act on the shifting element due to the incline of the slope.

Bei der Feder kann es sich um eine bistabile Feder handeln. In einer solchen Konfiguration lässt sich mit vergleichsweise geringen Kräften das Schaltelement zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herschalten.The spring can be a bistable spring. In such a configuration, the switching element can be switched back and forth between two switching positions with comparatively small forces.

Die Schalteinheit kann auch ein Übersetzungsgetriebe umfassen, das im Leistungsfluss zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle liegt. Dabei soll unter einem Übersetzungsgetriebe jedes Getriebe verstanden werden, das eine Übersetzung bereitstellt. Auf eine Größe eines zugehörigen Übersetzungsverhältnisses kommt es dabei nicht an, sodass mit Übersetzungsgetriebe auch solche Getriebe gemeint sind, die eine Untersetzung bereitstellen. Bevorzugt ist das Übersetzungsgetriebe ein Rädergetriebe. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, dass das Übersetzungsgetriebe ein Umschlingungsgetriebe ist. Insbesondere dient das Übersetzungsgetriebe der Drehzahl- und Drehmomentwandlung. Mittels des Übersetzungsgetriebes kann die Schalteinheit an verschiedene Anwendungsfälle adaptiert werden.The switching unit can also include a transmission gear, which lies in the power flow between the input shaft and the output shaft. A step-up gear is to be understood as meaning any gear that provides a step-up. The size of an associated transmission ratio is not important here, so that transmission gears are also meant to be gears that provide a reduction. The transmission gear is preferably a wheel gear. However, it is of course also possible for the transmission gear to be a belt transmission. In particular, the transmission gear serves to convert the speed and torque. The switching unit can be adapted to different applications by means of the transmission gear.

In diesem Zusammenhang kann das Schaltelement in der ersten Schaltstellung die Eingangswelle über wenigstens eine Getriebezwischenwelle drehmomentleitend mit der Ausgangswelle koppeln. Das Schaltelement kann dabei im Leistungsfluss zwischen der Eingangswelle und der Getriebezwischenwelle oder zwischen der Getriebezwischenwelle und der Ausgangswelle liegen. Ferner ist es möglich, dass wenigstens zwei Getriebezwischenwellen vorgesehen sind und das Schaltelement im Leistungsfluss zwischen den beiden Getriebezwischenwellen liegt. Auch durch die Getriebezwischenwellen lässt sich die Schalteinheit für verschiedene Anwendungsfälle konfigurieren.In this context, the shifting element in the first shifting position can couple the input shaft to the output shaft in a torque-conducting manner via at least one transmission intermediate shaft. The switching element can be in the power flow between the input shaft and the transmission intermediate shaft or between the transmission intermediate shaft and the output shaft. It is also possible that at least two intermediate transmission shafts are provided and the shifting element is located in the power flow between the two intermediate transmission shafts. The switching unit can also be configured for various applications using the transmission intermediate shafts.

Außerdem kann das Schaltelement in der zweiten Schaltstellung die Ausgangswelle über wenigstens eine Getriebezwischenwelle mit dem Gehäuse drehkoppeln. Auch in diesem Zusammenhang kann das Schaltelement zwischen der Ausgangswelle und der Getriebezwischenwelle angeordnet sein oder zwischen dem Gehäuse und der Getriebezwischenwelle. Für den Fall, dass zwei oder mehr Getriebezwischenwellen vorgesehen sind, kann die Drehkopplung auch über ein Schaltelement erfolgen, das zwischen den beiden Getriebezwischenwellen angeordnet ist. Wie bereits erläutert, kann so die Schalteinheit an verschiedene Anwendungsfälle angepasst werden.In addition, the switching element in the second switching position can rotationally couple the output shaft to the housing via at least one transmission intermediate shaft. In this context, too, the switching element can be arranged between the output shaft and the intermediate transmission shaft or between the housing and the intermediate transmission shaft. In the event that two or more transmission intermediate shafts are provided, the rotary coupling can also have a switch done element, which is arranged between the two transmission intermediate shafts. As already explained, the switching unit can be adapted to different applications.

Bei allen Ausführungsformen, in denen die Schalteinheit ein Übersetzungsgetriebe umfasst, ist zu beachten, dass die Position des Schaltelements innerhalb des Übersetzungsgetriebes oder relativ zum Übersetzungsgetriebe einen großen Einfluss auf dessen Gestaltung und Betrieb haben kann. Ein an einem Abtrieb des Übersetzungsgetriebes angeordnetes Schaltelement kann in diesem Zusammenhang eher massiv ausgeführt sein, um die dort vorherrschenden Kräfte und Drehmomente aufnehmen zu können. Dementsprechend sind vergleichsweise große Kräfte nötigt, um das Schaltelement zu schalten. Das gilt insbesondere dann, wenn die Schalteinheit als Parksperre wirkt und ein Fahrzeug, in dem es verbaut ist, am Hang parkt. Ein antriebsseitig am Übersetzungsgetriebe angeordnetes Schaltelement kann im Vergleich dazu vergleichsweise filigran aufgebaut und dadurch auch mit geringeren Kräften schaltbar sein.In all embodiments in which the shifting unit comprises a transmission, it should be noted that the position of the shifting element within the transmission or relative to the transmission can have a major impact on its design and operation. In this context, a shifting element arranged on an output of the transmission can be designed to be rather solid in order to be able to absorb the forces and torques prevailing there. Accordingly, comparatively large forces are required to switch the switching element. This applies in particular when the switching unit acts as a parking lock and a vehicle in which it is installed is parked on a slope. In comparison, a shifting element arranged on the transmission gear on the drive side can have a comparatively filigree design and can therefore also be shifted with lower forces.

Insbesondere, wenn die Schalteinheit als Parksperre wirken kann, ist es vorteilhaft, das Schaltelement antriebsseitig am Übersetzungsgetriebe anzuordnen. Dies hat zur Folge, dass nur ein vergleichsweise kleines Drehmoment abgestützt werden muss. Das gilt insbesondere im Vergleich zu einer abtriebsseitigen Anordnung oder einer Anordnung am Achsgetriebe. Somit kann das Einlege- und Löseverhalten verbessert werden, da hierfür ebenfalls nur ein verringertes Kraftniveau nötig ist. Da bei Getrieben für elektrisch angetriebene Fahrzeuge in der Regel vergleichsweise kurze Wellen verwendet werden, verdrillen sich diese auch nur wenig. Ferner liegen in derartigen Anwendungsfällen meist nur vergleichsweise wenige Zahnradstufen im Eingriff, sodass insgesamt die Verdrehung zwischen dem An- und Abtrieb des Übersetzungsgetriebes gering ist. Aus diesen Gründen kann mit einer als Parksperre wirkenden Schalteinheit, deren Schaltelement antriebsseitig am Übersetzungsgetriebe angeordnet ist, eine Verriegelungssicherheit auf bekannt hohem Niveau gewährleistet werden.In particular, if the switching unit can act as a parking lock, it is advantageous to arrange the switching element on the drive side of the transmission. As a result, only a comparatively small torque has to be supported. This applies in particular in comparison to an arrangement on the output side or an arrangement on the axle drive. The insertion and release behavior can thus be improved, since this also only requires a reduced level of force. Since comparatively short shafts are generally used in transmissions for electrically driven vehicles, they only twist slightly. Furthermore, in such applications usually only comparatively few gear stages are engaged, so that overall the torsion between the input and output of the transmission is small. For these reasons, with a switching unit acting as a parking lock, the switching element of which is arranged on the transmission on the drive side, locking security at the known high level can be guaranteed.

Zudem kann vorgesehen sein, dass das Schaltelement in der ersten Schaltstellung die Eingangswelle über einen ersten Leistungspfad des Übersetzungsgetriebes drehmomentleitend mit der Ausgangswelle koppelt. Vereinfacht gesagt ist dabei der erste Leistungspfad ein erster Gang des Übersetzungsgetriebes. Das Schaltelement dient also dazu, einen solchen Gang einzulegen.In addition, it can be provided that the switching element in the first switching position couples the input shaft to the output shaft in a torque-conducting manner via a first power path of the transmission. Put simply, the first power path is a first gear of the transmission. The switching element is therefore used to engage such a gear.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Schaltelement in einer vierten Schaltstellung die Eingangswelle über einen zweiten Leistungspfad des Übersetzungsgetriebes drehmomentleitend mit der Ausgangswelle koppelt. Dabei ist der zweite Leistungspfad vom ersten Leistungspfad zumindest abschnittsweise separat. Die Bezeichnung der Schaltstellung als „vierte“ dient lediglich der einfachen Erläuterung. Eine Anzahl an Schaltstellungen ist dadurch nicht impliziert. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang die Schalteinheit so ausgeführt sein, dass keine dritte Schaltstellung möglich ist. Indem der zweite Leistungspfad wenigstens abschnittsweise vom ersten Leistungspfad separat ist, kann mittels des zweiten Leistungspfads eine vom ersten Leistungspfad verschiedene Übersetzung bereitgestellt werden. Vereinfacht gesagt, ist der zweite Leistungspfad ein zweiter „Gang“ des Übersetzungsgetriebes und das Schaltelement dient dazu, diesen Gang wahlweise einzulegen.Alternatively or additionally, it is possible for the switching element to couple the input shaft to the output shaft in a fourth switching position in a torque-conducting manner via a second power path of the transmission. The second power path is at least partially separate from the first power path. The designation of the switching position as "fourth" is only for the purpose of simple explanation. A number of switching positions is not implied by this. In particular, in this context, the switching unit can be designed in such a way that no third switching position is possible. By the second power path being separate from the first power path at least in sections, a ratio different from the first power path can be provided by means of the second power path. To put it simply, the second power path is a second "gear" of the transmission and the shifting element is used to select this gear.

In einer weiteren Variante umfasst die Schalteinheit einen Sperrmechanismus, der dazu ausgebildet ist, eine Schaltbewegung des Schaltelements zu blockieren. Insbesondere arbeitet der Sperrmechanismus in Abhängigkeit eines Betriebsparameters der Schalteinheit. Beispielsweise handelt es sich beim Betriebsparameter um eine Drehzahl der Ausgangswelle oder eine Drehzahl der Eingangswelle. In einer exemplarischen Gestaltung kann dabei die zweite Schaltstellung erst dann eingenommen werden, wenn die Ausgangswelle eine Drehzahl aufweist, die unterhalb einer vorgegebenen Grenzdrehzahl liegt. Es wird also verhindert, dass die Parksperre oder Bremse bei zu hoher Drehzahl der Ausgangswelle eingelegt wird. Insgesamt kann mittels des Sperrmechanismus also sichergestellt werden, dass eine Schaltbewegung des Schaltelements nur dann erfolgt, wenn dies in Anbetracht der Betriebsparameter der Schalteinheit auch wünschenswert und/oder sinnvoll ist. Somit werden eine hohe Funktionssicherheit sowie ein günstiges Verschleißverhalten der Schalteinheit erreicht.In a further variant, the switching unit includes a blocking mechanism which is designed to block a switching movement of the switching element. In particular, the locking mechanism works depending on an operating parameter of the switching unit. For example, the operating parameter is a speed of the output shaft or a speed of the input shaft. In an exemplary design, the second switching position can only be assumed when the output shaft has a speed that is below a predetermined limit speed. This prevents the parking lock or brake from being engaged when the speed of the output shaft is too high. Overall, it can be ensured by means of the blocking mechanism that a shifting movement of the shifting element only takes place if this is also desirable and/or reasonable in view of the operating parameters of the shifting unit. A high level of functional reliability and favorable wear behavior of the switching unit are thus achieved.

Auch kann eine Synchronisierungseinheit zum Reduzieren von Differenzdrehzahlen zwischen mittels des Schaltelements zu koppelnden Bauteilen vorgesehen sein. Die zu koppelnden Bauteile betreffen dabei insbesondere die Eingangswelle, die Ausgangswelle, eine eventuell vorhandene Getriebezwischenwelle sowie das Gehäuse. Eine Synchronisierungseinheit umfasst in diesem Zusammenhang ein Reibsystem, das mit einem Reibsystem von Synchronisierungseinheiten für synchronisierte Schaltgetriebe vergleichbar ist. Es lassen sich also insbesondere die Drehzahlen der Eingangswelle und der Ausgangswelle angleichen, bevor die erste Schaltstellung eingenommen wird. In gleicher Weise kann eine Drehzahl der Ausgangswelle auf null gebremst werden, bevor die zweite Schaltstellung eingenommen wird und die Ausgangswelle mit dem Gehäuse drehgekoppelt wird. Für den Fall, dass Getriebezwischenwellen vorhanden sind, können in entsprechender Weise Drehzahlen der Zwischenwellen an Drehzahlen der Eingangswelle oder der Ausgangswelle angeglichen werden. Eine derartige Schalteinheit arbeitet zuverlässig und ist robust. Insbesondere kann sie auch dann zuverlässig betrieben werden, wenn Drehzahldifferenzen vorliegen.A synchronization unit can also be provided for reducing differential speeds between components to be coupled by means of the shifting element. The components to be coupled relate in particular to the input shaft, the output shaft, any intermediate transmission shaft that may be present, and the housing. In this context, a synchronization unit includes a friction system that is comparable to a friction system of synchronization units for synchronized manual transmissions. In particular, the speeds of the input shaft and the output shaft can therefore be matched before the first shift position is assumed. Likewise, a speed of the output shaft may be slowed down to zero prior to assuming the second shift position and rotationally coupling the output shaft to the housing. In the event that transmission intermediate shafts are present, in correspondingly speeds of the intermediate shafts are adjusted to speeds of the input shaft or the output shaft. Such a switching unit works reliably and is robust. In particular, it can also be operated reliably when there are speed differences.

Die Aufgabe wird darüber hinaus durch eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art gelöst, die eine erfindungsgemäße Schalteinheit umfasst. Eine solche Antriebseinheit ist in Anbetracht des vorgesehenen Funktionsumfangs kompakt aufgebaut. Wie bereits erläutert, kann dabei eine erfindungsgemäße Schalteinheit mehrere bekannte Schalteinheiten ersetzen. Die zugehörige Antriebseinheit ist somit auch einfach und kostengünstig aufgebaut.The object is also achieved by a drive unit of the type mentioned at the outset, which includes a switching unit according to the invention. Such a drive unit has a compact design in view of the range of functions provided. As already explained, a switching unit according to the invention can replace several known switching units. The associated drive unit is therefore also constructed simply and inexpensively.

Zusätzlich wird die Aufgabe durch ein Achsmodul der eingangs genannten Art gelöst, das eine erfindungsgemäße Antriebseinheit aufweist. Aufgrund der einfach, kompakt und kostengünstig aufgebauten Antriebseinheit ist auch das Achsmodul einfach und kompakt aufgebaut. Zudem lässt sich ein solches Achsmodul kostengünstig herstellen.The object is also achieved by an axle module of the type mentioned at the outset, which has a drive unit according to the invention. Because of the drive unit, which is simple, compact and inexpensive, the axis module is also simple and compact. In addition, such an axle module can be produced inexpensively.

Im Übrigen gelten die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schalteinheit erläuterten Effekte und Vorteile auch für die erfindungsgemäße Antriebseinheit sowie das erfindungsgemäße Achsmodul und umgekehrt.Otherwise, the effects and advantages explained with reference to the switching unit according to the invention also apply to the drive unit according to the invention and the axle module according to the invention, and vice versa.

Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:

  • - 1 ein erfindungsgemäßes Achsmodul mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit, die eine erfindungsgemäße Schalteinheit umfasst, gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei sich ein Schaltelement der Schalteinheit in einer ersten Schaltstellung befindet,
  • - 2 das Achsmodul aus 1, wobei sich das Schaltelement der Schalteinheit in einer zweiten Schaltstellung befindet,
  • - 3 das Achsmodul aus 1 und 2, wobei sich das Schaltelement der Schalteinheit in einer dritten Schaltstellung befindet,
  • - 4 ein erfindungsgemäßes Achsmodul mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit, die eine erfindungsgemäße Schalteinheit umfasst, gemäß einer zweiten Ausführungsform,
  • - 5 ein erfindungsgemäßes Achsmodul mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit, die eine erfindungsgemäße Schalteinheit umfasst, gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei sich ein Schaltelement der Schalteinheit in einer ersten Schaltstellung befindet.
  • - 6 das Achsmodul aus 5, wobei sich das Schaltelement der Schalteinheit in einer zweiten Schaltstellung befindet,
  • - 7 das Achsmodul aus 5 und 6, wobei sich das Schaltelement der Schalteinheit in einer dritten Schaltstellung befindet, und
  • - 8 das Achsmodul aus 5 bis 7, wobei sich das Schaltelement der Schalteinheit in einer vierten Schaltstellung befindet.
The invention is explained below by means of various exemplary embodiments which are illustrated in the accompanying drawings. Show it:
  • - 1 an axle module according to the invention with a drive unit according to the invention, which comprises a switching unit according to the invention, according to a first embodiment, with a switching element of the switching unit being in a first switching position,
  • - 2 the axis module 1 , wherein the switching element of the switching unit is in a second switching position,
  • - 3 the axis module 1 and 2 , wherein the switching element of the switching unit is in a third switching position,
  • - 4 an axle module according to the invention with a drive unit according to the invention, which comprises a switching unit according to the invention, according to a second embodiment,
  • - 5 an axle module according to the invention with a drive unit according to the invention, which comprises a switching unit according to the invention, according to a third embodiment, wherein a switching element of the switching unit is in a first switching position.
  • - 6 the axis module 5 , wherein the switching element of the switching unit is in a second switching position,
  • - 7 the axis module 5 and 6 , wherein the switching element of the switching unit is in a third switching position, and
  • - 8th the axis module 5 until 7 , wherein the switching element of the switching unit is in a fourth switching position.

1 zeigt ein Achsmodul 10 für ein Kraftfahrzeug. 1 shows an axle module 10 for a motor vehicle.

Das Achsmodul 10 weist dabei eine Antriebseinheit 12 auf, die im Wesentlichen aus einer elektrischen Antriebsmaschine 14 und einer Schalteinheit 16 aufgebaut ist.In this case, the axle module 10 has a drive unit 12 which is composed essentially of an electric drive machine 14 and a switching unit 16 .

Die Antriebseinheit 12 wirkt über ein Übersetzungsgetriebe 18 und ein Ausgleichsgetriebe 20 auf eine erste Radabtriebswelle 22 und eine zweite Radabtriebswelle 24.The drive unit 12 acts via a transmission gear 18 and a differential gear 20 on a first wheel output shaft 22 and a second wheel output shaft 24.

Dabei sind die Radabtriebswellen 22, 24 auf entgegengesetzten Seiten des Achsmoduls 10 angeordnet.The wheel output shafts 22, 24 are arranged on opposite sides of the axle module 10.

Ferner ist an der ersten Radabtriebswelle 22 ein erstes Rad 26 montiert und an der zweiten Radabtriebswelle 24 ein zweites Rad 28.Furthermore, a first wheel 26 is mounted on the first wheel output shaft 22 and a second wheel 28 on the second wheel output shaft 24.

Im Detail ist die elektrische Antriebsmaschine 14 drehmomentleitend mit einer Eingangswelle 30 der Schalteinheit 16 gekoppelt.In detail, the electric drive machine 14 is coupled in a torque-conducting manner to an input shaft 30 of the switching unit 16 .

Eine Ausgangswelle 32 der Schalteinheit 16 bildet gleichzeitig eine Eingangswelle des Übersetzungsgetriebes 18. Die Ausgangswelle 32 ist also insgesamt drehmomentleitend mit den beiden Radabtriebswellen 22, 24 und den Rädern 26, 28 gekoppelt.An output shaft 32 of the switching unit 16 simultaneously forms an input shaft of the transmission 18. The output shaft 32 is therefore overall torque-conducting with the two wheel output shafts 22, 24 and the wheels 26, 28 coupled.

In diesem Zusammenhang kann die elektrische Antriebsmaschine 14 als Motor oder als Generator wirken.In this context, the electric drive machine 14 can act as a motor or as a generator.

An der Ausgangswelle 32 kann also entweder ein von der elektrischen Antriebsmaschine 14 generiertes Antriebsdrehmoment bereitgestellt werden oder ein Rekuperationsdrehmoment aufgenommen werden, das aus einer Drehbewegung der Räder 26, 28 resultiert.Either a drive torque generated by the electric drive machine 14 can be provided at the output shaft 32 or a recuperation torque resulting from a rotational movement of the wheels 26, 28 can be absorbed.

Die Schalteinheit 16 umfasst darüber hinaus ein Schaltelement 34, das in der Darstellung gemäß 1 in einer ersten Schaltstellung gezeigt ist.The switching unit 16 also includes a switching element 34, which is shown in accordance with FIG 1 is shown in a first switching position.

Das Schaltelement 34 umfasst ein Trägerteil 34a, das auch als Nabenteil bezeichnet werden kann und drehfest mit der Ausgangswelle 32 verbunden ist.The switching element 34 includes a carrier part 34a, which can also be referred to as a hub part and is non-rotatably connected to the output shaft 32 .

Zudem ist ein Schiebeteil 34b vorgesehen, das beispielsweise als Schiebemuffe ausgeführt ist.In addition, a sliding part 34b is provided, which is designed, for example, as a sliding sleeve.

Das Schiebeteil 34b ist drehfest, aber axial verschiebbar auf dem Trägerteil 34a gelagert.The sliding part 34b is non-rotatable but mounted on the carrier part 34a in an axially displaceable manner.

Das Schaltelement 34 umfasst ferner erste Kupplungsmittel 34c und zweite Kupplungsmittel 34d, die jeweils an axial entgegengesetzten Seiten des Schiebeteils 34b angeordnet sind.The switching element 34 also includes first coupling means 34c and second coupling means 34d, which are each arranged on axially opposite sides of the sliding part 34b.

In der ersten Schaltstellung koppelt das Schaltelement 34 die Eingangswelle 30 drehmomentleitend mit der Ausgangswelle 32.In the first shift position, shift element 34 couples input shaft 30 to output shaft 32 in a torque-conducting manner.

Dazu ist das Schiebeteil 34b derart gegenüber dem Trägerteil 34a verschoben, dass die ersten Kupplungsmittel 34c mit Kupplungsmitteln 30a der Eingangswelle 30 drehgekoppelt sind.For this purpose, the sliding part 34b is shifted relative to the carrier part 34a in such a way that the first coupling means 34c are rotationally coupled to the coupling means 30a of the input shaft 30 .

Die Verschiebung erfolgt gegen eine Kraft einer Feder 35, die das Schiebeteil 34b in eine Position vorspannt, die einer zweiten Schaltstellung entspricht, welche im Folgenden noch erläutert werden wird.The displacement takes place against a force of a spring 35, which biases the sliding part 34b into a position that corresponds to a second switching position, which will be explained below.

Aktoren zum Verschieben derartiger Schiebeteile 34b sind allgemein bekannt und daher aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt.Actuators for moving such sliding parts 34b are generally known and are therefore not shown for reasons of clarity.

In dieser Schaltstellung können also die Räder 26, 28 mittels der elektrischen Antriebsmaschine 14 angetrieben werden, wenn die elektrische Antriebsmaschine als Motor wirkt.In this switching position, the wheels 26, 28 can be driven by the electric drive machine 14 when the electric drive machine acts as a motor.

Andererseits kann die elektrische Antriebsmaschine ein aus einer Drehbewegung der Räder 26, 28 resultierendes Rekuperationsdrehmoment aufnehmen.On the other hand, the electric drive machine can absorb a recuperation torque resulting from a rotational movement of the wheels 26 , 28 .

Das Schaltelement 34 kann auch eine zweite Schaltstellung einnehmen, die in 2 gezeigt ist.The switching element 34 can also assume a second switching position, which is in 2 is shown.

In dieser Schaltstellung drehkoppelt das Schaltelement 34 die Ausgangswelle 32 mit einem Gehäuse 36, in dem das Schaltelement 34 wenigstens abschnittsweise angeordnet ist.In this switching position, the switching element 34 rotationally couples the output shaft 32 to a housing 36 in which the switching element 34 is arranged at least in sections.

In der dargestellten Ausführungsform steht das Gehäuse 36 im Raum fest, sodass die Ausgangswelle 32 am Gehäuse 36 festgelegt ist und nicht dreht.In the illustrated embodiment, the housing 36 is fixed in space such that the output shaft 32 is fixed to the housing 36 and does not rotate.

Hierzu ist das Schiebeteil 34b derart gegenüber dem Trägerteil 34a verschoben, dass die zweiten Kupplungsmittel 34d mit Kupplungsmitteln 36a des Gehäuses 36 drehgekoppelt sind.For this purpose, the sliding part 34b is shifted relative to the carrier part 34a in such a way that the second coupling means 34d are rotationally coupled to the coupling means 36a of the housing 36 .

Die Radabtriebswellen 22, 24 und die Räder 26, 28 sind dementsprechend an einer Drehbewegung gehindert.Accordingly, the wheel output shafts 22, 24 and the wheels 26, 28 are prevented from rotating.

Mit anderen Worten sind in der zweiten Schaltstellung die Räder 26, 28 gebremst oder blockiert. Die Schalteinheit 16 wirkt somit als Parksperre.In other words, the wheels 26, 28 are braked or blocked in the second switching position. The switching unit 16 thus acts as a parking lock.

Die ersten Kupplungsmittel 34c sind dabei von den Kupplungsmitteln 30a der Eingangswelle 30 entkoppelt.The first clutch means 34c are decoupled from the clutch means 30a of the input shaft 30 .

Aufgrund der Vorspannung des Schiebeteils 34b mittels der Feder 35 ist für eine Verschiebung in die zweite Schaltstellung kein Aktor nötig.Due to the prestressing of the sliding part 34b by means of the spring 35, no actuator is required for a shift into the second switching position.

Das Schaltelement 34 kann auch eine dritte Schaltstellung einnehmen, die in 3 gezeigt ist.The switching element 34 can also assume a third switching position, which is 3 is shown.

In dieser Schaltstellung ist sowohl die Eingangswelle 30 von der Ausgangswelle 32 entkoppelt als auch die Ausgangswelle 32 vom Gehäuse 36 entkoppelt.In this switching position, both the input shaft 30 is decoupled from the output shaft 32 and the output shaft 32 is decoupled from the housing 36 .

Es lässt sich somit die Ausgangswelle 32 drehen, ohne dass sich dabei die Eingangswelle 30 dreht.The output shaft 32 can thus be rotated without the input shaft 30 rotating in the process.

Die dritte Schaltstellung kann daher als Neutralstellung bezeichnet werden und eignet sich besonders gut für ein sogenanntes Segeln, d.h. die Räder 26, 28 können sich mit verhältnismäßig kleinem Widerstand drehen, ohne dass sie mit einem Antriebsdrehmoment versorgt werden oder ein Rekuperationsdrehmoment liefern.The third switching position can therefore be referred to as the neutral position and is particularly well suited to so-called coasting, i.e. the wheels 26, 28 can turn with relatively little resistance without being supplied with a drive torque or supplying a recuperation torque.

In der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform ist das Schaltelement 34 als zweiseitig wirkendes Klauenkupplungselement ausgeführt.In the in the 1 until 3 illustrated embodiment, the switching element 34 is designed as a double-acting claw coupling element.

Die Kupplungsmittel 30a, 34c, 34d und 36a umfassen also jeweils Klauen, wobei die Klauen der Kupplungsmittel 34c wahlweise mit den Klauen der Kupplungsmittel 30a zusammenwirken können und die Klauen der Kupplungsmittel 34d wahlweise mit den Klauen der Kupplungsmittel 36a interagieren.The coupling means 30a, 34c, 34d and 36a thus each comprise claws, wherein the claws of the coupling means 34c can selectively interact with the claws of the coupling means 30a and the claws of the coupling means 34d can selectively interact with the claws of the coupling means 36a.

Um das Einspuren der Kupplungsmittel 34c in die Kupplungsmittel 30a zu erleichtern, kann in diesem Zusammenhang die Antriebsmaschine 14 derart angesteuert werden, dass die Kupplungsmittel 34c, 30a im Wesentlichen ohne Drehzahldifferenz und/oder drehwinkelgenau miteinander in Eingriff gelangen.In order to facilitate the engagement of the clutch means 34c in the clutch means 30a, the drive machine 14 can be controlled in this context in such a way that the clutch means 34c, 30a engage with each other essentially without a speed difference and/or with an exact angle of rotation.

Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, das Schaltelement 34 als zweiseitig wirkende Synchronisierungseinheit auszuführen.Alternatively, it is of course also possible to design the switching element 34 as a double-acting synchronizing unit.

Die Kupplungsmittel 34c und die Kupplungsmittel 34d umfassen dann jeweils eine Reibeinheit, die wenigstens mit einem Reibring ausgestattet ist, und ein Formschlusselement.The coupling means 34c and the coupling means 34d then each comprise a friction unit, which is equipped with at least one friction ring, and a positive-locking element.

Ferner ist jedes der Kupplungsmittel 34c, 34d mit einem Sperrmechanismus versehen, der insbesondere einen Sperrring umfasst und dazu ausgebildet ist, eine Kopplung über das Formschlusselement erst dann zu ermöglichen, wenn eine Drehzahldifferenz zwischen der Ausgangswelle 32 und der Eingangswelle 30 bzw. der Ausgangswelle 32 und dem Gehäuse 36 unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt.Furthermore, each of the coupling means 34c, 34d is provided with a locking mechanism, which in particular comprises a locking ring and is designed to enable coupling via the positive-locking element only when a speed difference between the output shaft 32 and the input shaft 30 or the output shaft 32 and the housing 36 is below a predetermined limit value.

Die Kupplungsmittel 30a umfassen dementsprechend wenigstens eine Reibgegenfläche, die mit dem Reibring in Reibkontakt stehen kann und ein Formschlussgegenelement.Accordingly, the coupling means 30a comprise at least one counter-friction surface, which can be in frictional contact with the friction ring, and a counter-positive-locking element.

Auch die Kupplungsmittel 36a weisen eine Reibgegenfläche auf, die zur Interaktion mit dem Reibring ausgebildet ist. Ebenso umfassen die Kupplungsmittel 36a ein Formschlussgegenelement.The clutch means 36a also have a counter friction surface which is designed to interact with the friction ring. Likewise, the coupling means 36a include a form-fitting counter-element.

Wenn also das Schaltelement 34 ausgehend von der dritten Schaltstellung (siehe 3) in die erste Schaltstellung überführt werden soll, wird mittels der Reibeinheit der Kupplungsmittel 34c zunächst eine eventuell zwischen der Ausgangswelle 32 und der Eingangswelle 30 vorhandene Drehzahldifferenz reduziert oder eliminiert. Hierzu kommt der Reibring der Kupplungsmittel 34c mit der Reibgegenfläche der Kupplungsmittel 30a in Kontakt. Mit anderen Worten sind die Ausgangswelle 32 und die Eingangswelle 30 zunächst über einen Reibschluss gekoppelt.So if the switching element 34 starting from the third switching position (see 3 ) is to be transferred to the first switching position, any speed difference that may be present between the output shaft 32 and the input shaft 30 is first reduced or eliminated by means of the friction unit of the clutch means 34c. For this purpose, the friction ring of the coupling means 34c comes into contact with the counter-friction surface of the coupling means 30a. In other words, the output shaft 32 and the input shaft 30 are initially coupled via a frictional connection.

Wenn die Drehzahldifferenz unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes liegt, greift das Formschlusselement der Kupplungsmittel 34c ins Formschlussgegenelement der Kupplungsmittel 30a ein. Dann ist die Ausgangswelle 32 über einen Formschluss mit der Eingangswelle 30 gekoppelt.If the speed difference is below the specified limit value, the form-fitting element of the coupling means 34c engages in the form-fitting counter-element of the coupling means 30a. The output shaft 32 is then coupled to the input shaft 30 via a form fit.

Die Reibeinheit der Kupplungsmittel 34c kann auch als erste Synchronisierungseinheit bezeichnet werden.The friction unit of the clutch means 34c can also be referred to as the first synchronization unit.

Das Schaltelement 34 kann alternativ ausgehend von der in 3 dargestellten dritten Schaltstellung in die zweite Schaltstellungen überführt werden.The switching element 34 can alternatively, starting from the in 3 illustrated third switching position are converted into the second switching positions.

Dann wird mittels der Reibeinheit der Kupplungsmittel 34d zunächst eine eventuell zwischen der Ausgangswelle 32 und dem Gehäuse 36 vorhandene Drehzahldifferenz reduziert oder eliminiert. Hierzu kommt der Reibring der Kupplungsmittel 34d mit der Reibgegenfläche des Gehäuses 36 in Kontakt. Mit anderen Worten ist die Ausgangswelle 32 zunächst über einen Reibschluss mit dem Gehäuse gekoppelt.A speed difference that may be present between the output shaft 32 and the housing 36 is then initially reduced or eliminated by means of the friction unit of the clutch means 34d. For this purpose, the friction ring of the coupling means 34d comes into contact with the counter-friction surface of the housing 36 . In other words, the output shaft 32 is initially coupled to the housing via a friction fit.

Wenn die Drehzahldifferenz unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes liegt, greift das Formschlusselement der Kupplungsmittel 34d ins Formschlussgegenelement des Gehäuses 36 ein. Dann ist die Ausgangswelle 32 über einen Formschluss mit dem Gehäuse 36 gekoppelt.If the speed difference is below the predetermined limit value, the form-fitting element of the coupling means 34d engages in the form-fitting counter-element of the housing 36 . The output shaft 32 is then coupled to the housing 36 via a form fit.

Die Reibeinheit der Kupplungsmittel 34d kann als zweite Synchronisierungseinheit bezeichnet werden.The friction unit of the clutch means 34d can be referred to as the second synchronization unit.

Ein Achsmodul 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform ist in 4 dargestellt.An axle module 10 according to a second embodiment is in 4 shown.

Dabei wird lediglich auf die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform eingegangen. Gleiche oder einander entsprechende Bauteile werden mit denselben Bezugszeichen versehen.Only the differences from the first embodiment will be discussed. Identical or corresponding components are provided with the same reference symbols.

Die Schalteinheit 16 ist nun mit Bezug auf das Übersetzungsgetriebe 18 und das Ausgleichsgetriebe 20 ausgangsseitig angeordnet.The switching unit 16 is now arranged on the output side with respect to the transmission gear 18 and the differential gear 20 .

Dabei ist im Unterschied zur ersten Ausführungsform ein Ringrad 20a des Ausgleichsgetriebes 20 als Losrad ausgeführt. Das Ringrad 20a kann sich also relativ zu einem Korb 20b des Ausgleichsgetriebes 20 drehenIn contrast to the first embodiment, a ring gear 20a of the differential gear 20 is designed as an idler gear. The ring gear 20a can thus rotate relative to a basket 20b of the differential gear 20

Die Eingangswelle 30 der Schalteinheit 16 wird nun durch das Ringrad 20a gebildet.The input shaft 30 of the switching unit 16 is now formed by the ring gear 20a.

Die Ausgangswelle 32 wird durch den Korb 20b gebildet.The output shaft 32 is formed by the basket 20b.

Das Schaltelement 34 kann die bereits im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform erläuterten Schaltstellungen einnehmen.The switching element 34 can assume the switching positions already explained in connection with the first embodiment.

In einer ersten Schaltstellung koppelt also das Schaltelement 34 die Eingangswelle 30, d.h. das Ringrad 20a, drehmomentleitend mit der Ausgangswelle 32, d.h. mit dem Korb 20b.In a first shift position, the shift element 34 couples the input shaft 30, i.e. the ring gear 20a, to the output shaft 32, i.e. to the basket 20b in a torque-conducting manner.

In dieser Schaltstellung können die Räder 26, 28 mittels der elektrischen Antriebsmaschine 14 angetrieben werden.In this switching position, the wheels 26, 28 can be driven by the electric drive machine 14.

Ebenfalls kann die elektrische Antriebsmaschine 14 in der ersten Schaltstellung als Generator betrieben werden und eine an den Rädern 26, 28 anliegende Leistung rekuperieren.The electric drive machine 14 can also be operated as a generator in the first switching position and can recuperate power that is present at the wheels 26 , 28 .

In einer zweiten Schaltstellung ist die Ausgangswelle 32, d.h. der Korb 20b, mit dem Gehäuse 36 drehkoppelt. In dieser Schaltstellung sind wie gehabt die Räder 26, 28 gebremst oder blockiert.In a second switching position, the output shaft 32, ie the basket 20b, is coupled in rotation with the housing 36. In this switching position, the wheels 26, 28 are braked or blocked as usual.

In einer dritten Schaltstellung, die der in der 4 dargestellten Schaltstellung entspricht, ist die Eingangswelle 30, d.h. das Ringrad 20a, von der Ausgangswelle 32, d.h. vom Korb 20b, entkoppelt und die Ausgangswelle 32 ebenso vom Gehäuse 36 entkoppelt.In a third switching position, which is in the 4 corresponds to the switching position shown, the input shaft 30, ie the ring gear 20a, is decoupled from the output shaft 32, ie from the basket 20b, and the output shaft 32 is also decoupled from the housing 36.

Die Räder 26, 28 können also frei drehen.The wheels 26, 28 can therefore rotate freely.

In den 5 bis 8 ist eine dritte Ausführungsform des Achsmoduls 10 dargestellt. Wieder wird lediglich auf die Unterschiede zu den bereits erläuterten Ausführungsformen eingegangen. Gleiche oder einander entsprechende Bauteile werden wieder mit denselben Bezugszeichen versehen.In the 5 until 8th a third embodiment of the axle module 10 is shown. Again, only the differences from the embodiments already explained will be discussed. Components that are the same or that correspond to one another are again provided with the same reference symbols.

Nun ist das Übersetzungsgetriebe 18 als Bestandteil der Schalteinheit 16 ausgeführt.Now the transmission gear 18 is designed as part of the switching unit 16 .

Die Ausgangswelle 32 wird durch die Ausgangswelle des Übersetzungsgetriebes 18 gebildet.The output shaft 32 is formed by the output shaft of the transmission gear 18 .

Die Eingangswelle 30 der Schalteinheit 16 fällt wie in der ersten Ausführungsform mit einer Abtriebswelle der elektrischen Antriebsmaschine 14 zusammen.As in the first embodiment, the input shaft 30 of the switching unit 16 coincides with an output shaft of the electric drive machine 14 .

Das Übersetzungsgetriebe 18 liegt also im Leistungsfluss zwischen der Eingangswelle 30 und der Ausgangswelle 32.The transmission gear 18 is therefore located in the power flow between the input shaft 30 and the output shaft 32.

Das Schaltelement umfasst wieder ein Trägerteil 34a, das nun jedoch drehfest mit der hier hohlen Eingangswelle 30 verbunden ist.The shifting element again comprises a carrier part 34a, which is now, however, non-rotatably connected to the input shaft 30, which is hollow here.

Das Schiebeteil 34b ist wieder drehfest, aber axial verschiebbar am Trägerteil 34a gelagert, umfasst nun jedoch ergänzend zu den zuvor erläuterten Ausführungsformen dritte Kupplungsmittel 34e.The sliding part 34b is again non-rotatably but axially displaceably mounted on the carrier part 34a, but now includes third coupling means 34e in addition to the previously explained embodiments.

Ferner sind nun die ersten Kupplungsmittel 34c und die zweiten Kupplungsmittel 34d auf derselben axialen Seite des Schiebeteils 34b angeordnet.Furthermore, the first coupling means 34c and the second coupling means 34d are now arranged on the same axial side of the sliding part 34b.

Das Schaltelement 34 kann wieder eine erste Schaltstellung einnehmen, die in 5 dargestellt ist.The switching element 34 can again assume a first switching position, which in 5 is shown.

In dieser Schaltstellung sind die Eingangswelle 30 und die Ausgangswelle 32 drehmomentleitend gekoppelt.In this switching position, the input shaft 30 and the output shaft 32 are coupled in a torque-conducting manner.

Dabei sind nun die ersten Kupplungsmittel 34c mit Kupplungsmitteln 40a eines Zahnrads 40 verbunden, das drehbar auf einer Getriebezwischenwelle 38 gelagert ist, die koaxial zur Eingangswelle 30 und parallel zur Ausgangswelle 32 verläuft.The first coupling means 34c are now connected to the coupling means 40a of a gear 40 which is rotatably mounted on an intermediate transmission shaft 38 which runs coaxially with the input shaft 30 and parallel to the output shaft 32 .

Das Zahnrad 40 kämmt mit einem Zahnrad 42, das drehfest auf der Ausgangswelle 32 sitzt.The gear wheel 40 meshes with a gear wheel 42 which is seated on the output shaft 32 in a rotationally fixed manner.

Dabei stellt der Pfad von der Eingangswelle 30 über die Zahnräder 40, 42 zur Ausgangswelle 32 einen ersten Leistungspfad A des Übersetzungsgetriebes 18 dar.The path from input shaft 30 via gears 40, 42 to output shaft 32 represents a first power path A of transmission gear 18.

Das Schaltelement 34 kann auch eine zweite Schaltstellung einnehmen, in der die Ausgangswelle 32 wieder mit dem Gehäuse 36 gekoppelt ist. Dies ist in 6 dargestellt.The switching element 34 can also assume a second switching position, in which the output shaft 32 is again coupled to the housing 36 . this is in 6 shown.

Dabei sind die zweiten Kupplungsmittel 34d mit Kupplungsmitteln 36a des Gehäuses 36 verbunden.In this case, the second coupling means 34d are connected to the coupling means 36a of the housing 36 .

Zudem sind weiterhin die ersten Kupplungsmittel 34c mit den Kupplungsmitteln 40a des Zahnrads 40 verbunden.In addition, the first coupling means 34c are still connected to the coupling means 40a of the gear wheel 40.

Die Ausgangswelle 32 ist also über die Zahnräder 40, 42 mit dem Gehäuse 36 drehgekoppelt.The output shaft 32 is thus rotationally coupled to the housing 36 via the gears 40, 42.

Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist nunmehr in der zweiten Schaltstellung auch die Eingangswelle 30 über das Schiebeteil 34b mit dem Gehäuse 36 drehgekoppelt.In contrast to the previous embodiments, the input shaft 30 is now also rotatably coupled to the housing 36 via the sliding part 34b in the second switching position.

Darüber hinaus kann das Schaltelement 34 eine dritte Schaltstellung einnehmen, in der die Eingangswelle 30 und die Ausgangswelle 32 genauso voneinander entkoppelt sind wie die Ausgangswelle 32 und das Gehäuse 36 (siehe 7).In addition, the switching element 34 can assume a third switching position in which the input shaft 30 and the output shaft 32 are decoupled from one another in the same way as the output shaft 32 and the housing 36 (see FIG 7 ).

In diesem Zusammenhang sind alle Kupplungsmittel 34c, 34d und 34e außer Eingriff.In this connection all clutch means 34c, 34d and 34e are disengaged.

Das Schaltelement 34 kann darüber hinaus eine vierte Schaltstellung einnehmen, die in 8 gezeigt ist.The switching element 34 can also assume a fourth switching position, which is 8th is shown.

In der vierten Schaltstellung sind wieder die Eingangswelle 30 und die Ausgangswelle 32 drehmomentleitend gekoppelt.In the fourth switching position, the input shaft 30 and the output shaft 32 are again coupled in a torque-conducting manner.

Dabei sind nun die dritten Kupplungsmittel 34e mit Kupplungsmitteln 44a eines Zahnrads 44 verbunden, das drehbar auf der Eingangswelle 30 gelagert ist.In this case, the third coupling means 34e are now connected to the coupling means 44a of a gear wheel 44 which is rotatably mounted on the input shaft 30 .

Das Zahnrad 44 kämmt mit einem Zahnrad 46, das drehfest auf der Ausgangswelle 32 sitzt.The gear wheel 44 meshes with a gear wheel 46 which is seated on the output shaft 32 in a rotationally fixed manner.

Somit stellt der Pfad von der Eingangswelle 30 über die Zahnräder 44, 46 zur Ausgangswelle 32 einen zweiten Leistungspfad B des Übersetzungsgetriebes 18 dar.Thus, the path is from the input shaft 30 via the gears 44, 46 to the output shaft 32 represents a second power path B of the transmission gear 18.

Der zweite Leistungspfad B ist zumindest abschnittsweise vom ersten Leistungspfad A separat.The second power path B is separate from the first power path A, at least in sections.

Mit anderen Worten lassen sich mittels des Schaltelements 34 zwei Gänge des Übersetzungsgetriebes 18 schalten, wobei ein erster Gang den ersten Leistungspfad A nutzt und ein zweiter Gang den zweiten Leistungspfad B nutzt.In other words, two gears of the step-up transmission 18 can be shifted by means of the shifting element 34, with a first gear using the first power path A and a second gear using the second power path B.

Claims (14)

Schalteinheit (16) für einen elektrifizierten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Eingangswelle (30), die mit einer elektrischen Antriebsmaschine (14) koppelbar ist, einer Ausgangswelle (32), an der ein Antriebsdrehmoment bereitgestellt und/oder ein Rekuperationsdrehmoment aufgenommen werden kann, und einem Schaltelement (34), das zumindest abschnittsweise in einem Gehäuse (36) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (34) in einer ersten Schaltstellung die Eingangswelle (30) drehmomentleitend mit der Ausgangswelle (32) koppelt, und das Schaltelement (34) in einer zweiten Schaltstellung die Ausgangswelle (32) mit dem Gehäuse (36) drehkoppelt.Switching unit (16) for an electrified drive train of a motor vehicle, having an input shaft (30) which can be coupled to an electric drive machine (14), an output shaft (32) on which a drive torque can be provided and/or a recuperation torque can be absorbed, and a switching element (34) which is arranged at least in sections in a housing (36), characterized in that the switching element (34) in a first switching position couples the input shaft (30) to the output shaft (32) in a torque-conducting manner, and the switching element (34 ) in a second switching position, the output shaft (32) rotationally coupled to the housing (36). Schalteinheit (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (34) in der ersten Schaltstellung die Eingangswelle (30) über einen Formschluss und/oder über einen Reibschluss mit der Ausgangswelle (32) koppelt.Switching unit (16) after claim 1 , characterized in that the switching element (34) in the first switching position couples the input shaft (30) via a form fit and/or via a friction fit with the output shaft (32). Schalteinheit (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (34) in der zweiten Schaltstellung die Ausgangswelle (32) über einen Formschluss und/oder über einen Reibschluss mit dem Gehäuse (36) drehkoppelt.Switching unit (16) after claim 1 or 2 , characterized in that the switching element (34) in the second switching position rotationally couples the output shaft (32) to the housing (36) via a form fit and/or via a friction fit. Schalteinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (34) in einer dritten Schaltstellung die Eingangswelle (30) von der Ausgangswelle (32) entkoppelt und die Ausgangswelle (32) vom Gehäuse (36) entkoppelt.Switching unit (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching element (34) decouples the input shaft (30) from the output shaft (32) and decouples the output shaft (32) from the housing (36) in a third switching position. Schalteinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (34) in eine der Schaltstellungen vorgespannt ist, insbesondere mittels einer Feder (35).Switching unit (16) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching element (34) is prestressed into one of the switching positions, in particular by means of a spring (35). Schalteinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Übersetzungsgetriebe (18), das im Leistungsfluss zwischen der Eingangswelle (30) und der Ausgangswelle (32) liegt.Switching unit (16) according to one of the preceding claims, characterized by a transmission gear (18) which is located in the power flow between the input shaft (30) and the output shaft (32). Schalteinheit (16) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (34) in der ersten Schaltstellung die Eingangswelle (30) über wenigstens eine Getriebezwischenwelle (38) drehmomentleitend mit der Ausgangswelle (32) koppelt.Switching unit (16) after claim 6 , characterized in that the switching element (34) in the first switching position couples the input shaft (30) via at least one transmission intermediate shaft (38) to the output shaft (32) in a torque-conducting manner. Schalteinheit (16) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (34) in der zweiten Schaltstellung die Ausgangswelle (32) über wenigstens eine Getriebezwischenwelle (38) mit dem Gehäuse (36) drehkoppelt.Switching unit (16) after claim 6 or 7 , characterized in that the switching element (34) in the second switching position rotationally couples the output shaft (32) to the housing (36) via at least one transmission intermediate shaft (38). Schalteinheit (16) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (34) in der ersten Schaltstellung die Eingangswelle (30) über einen ersten Leistungspfad (A) des Übersetzungsgetriebes (18) drehmomentleitend mit der Ausgangswelle (32) koppelt.Switching unit (16) according to one of Claims 6 until 8th , characterized in that the switching element (34) in the first switching position couples the input shaft (30) via a first power path (A) of the transmission (18) with the output shaft (32) in a torque-conducting manner. Schalteinheit (16) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (34) in einer vierten Schaltstellung die Eingangswelle (30) über einen zweiten Leistungspfad (B) des Übersetzungsgetriebes (18) drehmomentleitend mit der Ausgangswelle (32) koppelt, wobei der zweite Leistungspfad (B) vom ersten Leistungspfad (A) zumindest abschnittsweise separat ist.Switching unit (16) after claim 9 , characterized in that the switching element (34) in a fourth switching position couples the input shaft (30) via a second power path (B) of the transmission (18) to the output shaft (32) in a torque-conducting manner, the second power path (B) being separated from the first power path (A) is at least partially separate. Schalteinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Sperrmechanismus, der dazu ausgebildet ist, eine Schaltbewegung des Schaltelements (34) zu blockieren, insbesondere in Abhängigkeit eines Betriebsparameters der Schalteinheit (16).Switching unit (16) according to one of the preceding claims, characterized by a blocking mechanism which is designed to block a switching movement of the switching element (34), in particular depending on an operating parameter of the switching unit (16). Schalteinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Synchronisierungseinheit zum Reduzieren von Differenzdrehzahlen zwischen mittels des Schaltelements (34) zu koppelnden Bauteilen.Switching unit (16) according to one of the preceding claims, characterized by a synchronization unit for reducing differential speeds between components to be coupled by means of the switching element (34). Antriebseinheit (12) für einen elektrifizierten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer elektrischen Antriebsmaschine (14) und einer Schalteinheit (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Antriebsmaschine (14) drehmomentleitend mit der Eingangswelle (30) gekoppelt ist.Drive unit (12) for an electrified drive train of a motor vehicle, with an electric drive machine (14) and a switching unit (16) according to one of the preceding claims, wherein the electric drive machine (14) is coupled to the input shaft (30) in a torque-conducting manner. Achsmodul (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebseinheit (12) nach Anspruch 13, wobei eine Ausgangswelle (32) der Schalteinheit (16) eine Radabtriebswelle (22, 24) bildet oder drehmomentleitend mit wenigstens einer Radabtriebswelle (22, 24) gekoppelt ist, insbesondere wobei die Ausgangswelle (32) drehmomentleitend mit zwei auf entgegengesetzten Seiten des Achsmoduls (10) angeordneten Radabtriebswellen (22, 24) drehmomentleitend gekoppelt ist.Axle module (10) for a motor vehicle, with a drive unit (12). Claim 13 , wherein an output shaft (32) of the switching unit (16) forms a wheel output shaft (22, 24) or torque is conductively coupled to at least one wheel output shaft (22, 24), in particular the output shaft (32) being torque-conductively coupled to two wheel output shafts (22, 24) arranged on opposite sides of the axle module (10).
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