DE102022102997A1

DE102022102997A1 - Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang

Info

Publication number: DE102022102997A1
Application number: DE102022102997.2A
Authority: DE
Inventors: Michel Jacky; Mathieu Clauss
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-02-09
Filing date: 2022-02-09
Publication date: 2023-08-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs (2) umfassend eine elektrische Maschine (3) und eine mit der elektrischen Maschine (3) gekoppelten, schaltbaren Getriebeanordnung (4), wobei der Achsantriebsstrang (1) einen Ausgang (5) aufweist, der mit einem Antriebsrad (6) des Kraftfahrzeugs (2) koppelbar ist, wobei in dem Momentenpfad zwischen der elektrischen Maschine (3) und dem Ausgang (5) eine erste Kupplungsvorrichtung (7) und eine zweite Kupplungsvorrichtung (8) zur Betätigung der schaltbaren Getriebeanordnung (4) angeordnet sind, wobei die erste Kupplungsvorrichtung (7) und die zweite Kupplungsvorrichtung (8) durch einen hydraulischen Zentralausrücker (9) aktuiert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrische Maschine und eine mit der elektrischen Maschine gekoppelten, schaltbaren Getriebeanordnung, wobei der Achsantriebsstrang einen Ausgang aufweist, der mit einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs koppelbar ist, wobei in dem Momentenpfad zwischen der elektrischen Maschine und dem Ausgang eine erste Kupplungsvorrichtung und eine zweite Kupplungsvorrichtung zur Betätigung der schaltbaren Getriebeanordnung angeordnet sind.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
Derartige elektrisch betreibbare Antriebsstränge mit mehrgängigen, schaltbaren Getrieben benötigen in der Regel für die Schaltvorgänge hydraulische Einrichtungen. In derartigen Fahrzeugen mit mehrgängigen E-Achsen kommen hydraulische Einrichtungen wie beispielsweise Zentralausrücker zum Einsatz, welche mit Kupplungen und/oder Bremsen zusammenwirken, um einen Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung darzustellen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang bereitzustellen, der einen besonders kompakten Aufbau aufweist, der kostengünstig herstellbar sowie einfach montierbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrische Maschine und eine mit der elektrischen Maschine gekoppelten, schaltbaren Getriebeanordnung, wobei der Achsantriebsstrang einen Ausgang aufweist, der mit einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs koppelbar ist, wobei in dem Momentenpfad zwischen der elektrischen Maschine und dem Ausgang eine erste Kupplungsvorrichtung und eine zweite Kupplungsvorrichtung zur Betätigung der schaltbaren Getriebeanordnung angeordnet sind, wobei die erste Kupplungsvorrichtung und die zweite Kupplungsvorrichtung durch einen hydraulischen Zentralausrücker aktuiert werden, wobei der Zentralausrücker einen in einem Zentralausrückergehäuse translatorisch versetzbaren und mit der ersten Kupplungsvorrichtung wirkverbundenen ersten Zentralausrückerkolben besitzt, wobei zwischen dem Zentralausrückergehäuse und dem ersten Zentralausrückerkolben ein erster Druckraum definiert ist, in den ein Hydraulikfluid einführbar und so druckbeaufschlagbar ist, dass der erste Zentralausrückerkolben gegenüber dem Zentralausrückergehäuse hydraulisch bewirkt versetzbar ist, und mit einem gegenüber dem Zentralausrückergehäuse translatorisch versetzbaren und mit der zweiten Kupplungsvorrichtung wirkverbundenen zweiten Zentralausrückerkolben, wobei zwischen dem Zentralausrückergehäuse und dem zweiten Zentralausrückerkolben ein zweiter Druckraum definiert ist, in den das Hydraulikfluid einführbar und so druckbeaufschlagbar ist, dass der zweite Zentralausrückerkolben gegenüber dem Zentralausrückergehäuse hydraulisch bewirkt versetzbar ist.
Hierdurch kann ein hydraulisches Aktuierungssystem in einem Achsantriebsstrang integriert werden, welches die Realisierung eines insbesondere radial und axial besonders kompakt bauenden Achsantriebsstrangs ermöglicht. Ferner kann das hydraulische Aktuierungssystem zu einem Leichtbaukonzept des Achsantriebsstrangs beitragen.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang kann insbesondere als ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein, mit wenigstens einer elektrischen Maschine und wenigstens einer Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung bevorzugt jeweils eine bauliche Einheit bilden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass jeweils eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine als Radial- oder Axialflussmaschine ausgebildet sein. Um einen axial besonders kompakt bauende Achsantriebsstrang auszubilden, sind Axialflussmaschinen zu bevorzugen. Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.
Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Die Getriebeanordnung des elektrischen Achsantriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.
Besonders bevorzugt ist die Getriebeanordnung mehrgängig und schaltbar ausgeführt. Insbesondere umfasst die Getriebeanordnung ein mehrgängiges und schaltbares Planetengetriebe.
Die Getriebeanordnung kann ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe kann insbesondere ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben sein. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Differentialgetriebe als Stirnraddifferentialgetriebe ausgebildet ist. Alternativ hierzu kann es des Weiteren gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Differentialgetriebe als Kegelraddifferentialgetriebe ausgebildet ist.
Die Getriebeanordnung besitzt des Weiteren eine erste und eine zweite Kupplungsvorrichtung, mittels derer die schaltbare Mehrgängigkeit der Getriebeanordnung realisiert ist. Eine Kupplungsvorrichtung kann beispielsweise als Scheibenkupplung, Lamellenkupplung, Verzahnungskupplung, Klauenkupplung oder dergleichen ausgebildet sein. Eine Kupplungsvorrichtung kann auch als Bremse konfiguriert sein, indem beispielsweise die Innen- oder Außenlamellen einer Lamellenkupplung drehfest gegenüber dem Achsantriebsgehäuse fixiert sind.
Insbesondere ist eine Kupplungsvorrichtung konfiguriert, ein sich drehendes und Drehmoment übertragendes Getriebeelement zu bremsen und/oder vollständig zu sperren.
Erfindungsgemäß weist der Achsantriebsstrang zur Aktuierung der Kupplungsvorrichtungen einen Zentralausrücker auf. Der Zentralausrücker umfasst ein Zentralausrückergehäuse. Das Zentralausrückergehäuse hat die Funktion Bauteile des Zentralausrückers wie insbesondere die beweglichen Zentralausrückerkolben aufzunehmen und vor äußeren mechanischen oder chemischen Einflüssen zu schützen. Ferner besitzt das Zentralausrückergehäuse die Funktion, eine einfache Montage und Fixierung des Zentralausrückers innerhalb des Antriebsstrangs zu erlauben. Bevorzugt kann das Zentralausrückergehäuse aus einem Kunststoff, einem metallischen Werkstoff und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Das Zentralausrückergehäuse kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein.
Der Zentralausrücker weist ferner wenigstens zwei Zentralausrückerkolben auf. Derartige Zentralausrücker werden auch als Mehrkolbenausrücker bezeichnet. Ein Zentralausrückerkolben hat die Funktion eine hydraulische Druckbeaufschlagung in eine lineare Verschiebung des entsprechenden Zentralausrückerkolbens umzuwandeln, wobei diese bewirkt, dass beispielsweise ein Kupplungssystem von einem eingekuppelten Betriebszustand in einen ausgekuppelten Betriebszustand überführbar ist.
Der Zentralausrücker kann so konfiguriert sein, dass der erste Zentralausrückerkolben unabhängig von dem zweiten Zentralausrückerkolben aktuierbar ist. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass beide Zentralausrückerkolben synchron aktuiert werden.
Der erste Zentralausrückerkolben wirkt bevorzugt mit der ersten Kupplungsvorrichtung zusammen, so dass ein Versatz des ersten Zentralausrückerkolbens ein Einkuppeln oder Auskuppeln der ersten Kupplungsvorrichtung bewirkt. Der zweite Zentralausrückerkolben wirkt in analoger Weise bevorzugt mit der zweiten Kupplungsvorrichtung zusammen, so dass ein Versatz des zweiten Zentralausrückerkolbens ein Einkuppeln oder Auskuppeln der zweiten Kupplungsvorrichtung bewirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Zentralausrückerkolben und der zweite Zentralausrückerkolben in axialer Richtung versetzbar sind. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der erste Zentralausrückerkolben und der zweite Zentralausrückerkolben in voneinander entgegengesetzte Richtungen versetzbar sind. Hierdurch lassen sich insbesondere besonders bauraumsparende Ausführungsformen eines Achsantriebsstrangs realisieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die schaltbare Getriebeanordnung ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und mehreren mit dem Sonnenrad in Eingriff stehenden und in einem Planetenradträger drehbar gelagerten Planetenrädern, die sich rotatorisch um das Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, in welchem die ersten Planetenräder wälzen, und das Hohlrad mit der ersten Kupplungsvorrichtung wirkverbunden ist. Hierdurch kann ein Planetengetriebe mit einem schaltbaren Hohlrad bereitgestellt werden.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Sonnenrad mit der zweiten Kupplungsvorrichtung wirkverbunden ist, so dass sich die Mehrgängigkeit des Planetengetriebes weiter optimieren lässt.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die erste Kupplungsvorrichtung eine Lamellenkupplung, insbesondere eine „normally-open“-Lamellenkupplung ist. Hierdurch können hohe Kupplungs- bzw. Bremskräfte auf vergleichsweise kleinem radialem Bauraum realisiert werden. Durch die „normally open“ Ausführung kann zudem auch verhindert werden, dass die schaltbare Getriebeanordnung unbeabsichtigt in einen Sperr-Zustand einer Parksperre versetzt wird, was aus Sicherheitsaspekten ersichtlicher Weise verhindert werden muss.
Ferner ist es bevorzugt, dass auch die zweite Kupplungsvorrichtung als „normall-open“-Kupplung ausgeführt ist, was ebenfalls dazu beiträgt, dass das Aufschalten einer ungewollte Parksperrenfunktion während der Fahrt des Kraftfahrzeugs verhindert werden kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die zweite Kupplungsvorrichtung eine Klauenkupplung ist. Die Klauenkupplung ermöglicht eine besonders sichere Sperrung des Sonnenrads, insbesondere auch bei hohen Drehmomenten. Ferner benötigt die Klauenkupplung einen vergleichsweise kleinen Bauraum zur Übertragung der hohen Momente, so dass der Achsantriebsstrang besonders kompakt und leicht bauend ausgeführt werden kann.
Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Klauenkupplung einen Freilauf aufweist, so dass Drehmoment nur in einer vordefinierten Drehrichtung von der Klauenkupplung übertragbar ist. Hierdurch kann insbesondere auch ein Zwischengang bei Schaltvorgängen der Getriebeanordnung vorgesehen werden.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der erste Zentralausrückerkolben und der zweite Zentralausrückerkolben in voneinander entgegengesetzte Ausrückrichtungen aktuierbar sind.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Sonnenrad oder eine mit dem Sonnenrad verbundene Welle den Zentralausrücker durchgreift. Hierdurch kann ein axial besonders kompakt bauender Achsantriebsstrang realisiert werden.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der erste Druckraum und/oder der zweite Druckraum des Zentralausrückers mit einer hydraulischen Schalteinheit koppelbar sind/ist, durch welche das Hydraulikfluid dem ersten Druckraum und/oder dem zweiten Druckraum druckbeaufschlagt zuführbar und/oder druckentlastend abführbar ist, was eine genaue Ansteuerung des Zentralausrückers ermöglicht. Weiterer Vorteil ist, dass derartige hydraulische Schalteinheiten häufig in Achsantriebssträngen bereits zur Steuerung, beispielsweise eines hydraulischen Kühlkreislaufs der elektrischen Maschine, vorhanden sind, so dass die Steuerung der Mehrgängigkeit der Getriebeanordnung sich gut in diese hydraulischen Schalteinheiten integrieren lässt.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass eine Hydraulikpumpe mit der hydraulischen Schalteinheit gekoppelt ist.
Derartige Einheiten von hydraulischer Schalteinheit und Hydraulikpumpe werden auch als Powerpacks bezeichnet. Der zur Betätigung der Zentralausrückerkolben notwendige hydraulische Druck kann also insbesondere auch mittels eines sogg. Powerpacks bereitgestellt werden, welches aus einer Hydraulikpumpe und einer von der Hydraulikpumpe beaufschlagbaren hydraulischen Schalteinheit besteht. In vorteilhafter Weise kann ein sogenanntes Powerpack eingesetzt werden, das über eine insbesondere zentrale Hydraulikpumpe und entsprechende Ventile in der hydraulischen Schalteinheit mehrere Druckkreisläufe schaltet. Hierdurch kann insbesondere eine hohe Systemintegration und ein kompakter Aufbau des Achsantriebsstrangs unterstützt werden.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass ein hydraulischer Kühlkreislauf der elektrischen Maschine an der hydraulischen Schalteinheit angeschlossen ist, was ebenfalls eine hohe Systemintegration und einen kompakten Aufbau des Achsantriebsstrangs unterstützt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 ein schematisches Schaltbild eines Achsantriebsstrangs,
2 eine Detailansicht eines Zentralausrückers in einer schematischen Axialschnittdarstellung, und
3 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung.

Die 1 zeigt einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 2, wie es auch exemplarisch in der 3 skizziert ist.
Der Achsantriebsstrang 1 umfasst eine elektrische Maschine 3 und eine mit der elektrischen Maschine 3 gekoppelte, schaltbare Getriebeanordnung 4. Der Achsantriebsstrang 1 weist einen Ausgang 5 auf, der mit einem Antriebsrad 6 des Kraftfahrzeugs 2 koppelbar ist. In dem Momentenpfad zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem Ausgang 5 sind eine erste Kupplungsvorrichtung 7 und eine zweite Kupplungsvorrichtung 8 zur Betätigung der schaltbaren Getriebeanordnung 4 angeordnet.
Die erste Kupplungsvorrichtung 7 und die zweite Kupplungsvorrichtung 8 werden durch einen hydraulischen Zentralausrücker 9 getrennt voneinander aktuiert. Der Zentralausrücker 9 besitzt hierzu einen in einem Zentralausrückergehäuse 10 translatorisch versetzbaren und mit der ersten Kupplungsvorrichtung 7 wirkverbundenen ersten Zentralausrückerkolben 11. Zwischen dem Zentralausrückergehäuse 10 und dem ersten Zentralausrückerkolben 11 ist ein erster Druckraum 12 definiert, in den ein Hydraulikfluid 13 einführbar und so druckbeaufschlagbar ist, dass der erste Zentralausrückerkolben 11 gegenüber dem Zentralausrückergehäuse 10 hydraulisch bewirkt versetzbar ist.
In analoger Weise umfasst der Zentralausrücker 9 einen mit einem gegenüber dem Zentralausrückergehäuse 10 translatorisch versetzbaren und mit der zweiten Kupplungsvorrichtung 8 wirkverbundenen zweiten Zentralausrückerkolben 14. Zwischen dem Zentralausrückergehäuse 10 und dem zweiten Zentralausrückerkolben 14 wird ein zweiter Druckraum 15 definiert, in den das Hydraulikfluid 13 einführbar und so druckbeaufschlagbar ist, dass der zweite Zentralausrückerkolben 14 gegenüber dem Zentralausrückergehäuse 10 ebenfalls hydraulisch bewirkt versetzbar ist.
Aus der 1 ist ersichtlich, dass die schaltbare Getriebeanordnung 4 ein Planetengetriebe 16 ist, mit einem Sonnenrad 17 und mehreren mit dem Sonnenrad 17 in Eingriff stehenden und in einem Planetenradträger 18 drehbar gelagerten Planetenrädern 19, die sich rotatorisch um das Sonnenrad 17 bewegen, sowie ein koaxial zur Rotationsachse 26 des Sonnenrads 17 angeordnetes Hohlrad 20, in welchem die ersten Planetenräder 19 wälzen. Das Hohlrad 20 ist mit der ersten Kupplungsvorrichtung 7 wirkverbunden. Die erste Kupplungsvorrichtung 7 ist als eine „normally-open“-Lamellenkupplung ausgebildet. Zur Aktuierung der ersten Kupplungsvorrichtung 7 ist ein Ausrücklager 24 zwischen dem ersten Zentralausrückerkolben 11 und der ersten Kupplungsvorrichtung 7 angeordnet.
Der 1 ist auch gut entnehmbar, dass das Sonnenrad 17 mit der zweiten Kupplungsvorrichtung 8 wirkverbunden ist, welche als eine Klauenkupplung ausgeführt ist. Das Sonnenrad 17 bzw. eine mit dem Sonnenrad 17 verbundene Welle durchgreift den Zentralausrücker 9 koaxial in axialer Richtung. Dies wird auch noch einmal gut anhand der 2 ersichtlich.
In der gezeigten Ausführungsform ist der Rotor der elektrischen Maschine 3 mit dem Planetenradträger 18 wirkverbunden, während die Antriebsräder 6 mit dem Hohlrad 20 getrieblich gekoppelt sind. So ist es beispielsweise möglich, durch vollständiges Sperren der Drehbewegung des Hohlrads 18 durch einen vollständig eingekuppelten Zustand der ersten Kupplungsvorrichtung 7 eine Parksperrenfunktion bereitzustellen, bei der ein freies Drehen der Antriebsräder 6 blockiert ist. Durch überführen der Kupplungsvorrichtung 7 in einen reibenden oder vollständig ausgekuppelten Zustand kann die Parksperre des Kraftfahrzeugs 2 wieder gelöst werden.
Der erste Zentralausrückerkolben 11 und der zweite Zentralausrückerkolben 14 sind in voneinander entgegengesetzte Ausrückrichtungen aktuierbar, so dass eine Aktuierung der ersten Kupplungsvorrichtung 7 und der zweiten Kupplungsvorrichtung 8 bzw. die Schaltung der Mehrgängigkeit des Planetengetriebes 16 erfolgen kann.
Der erste Druckraum 12 und der zweite Druckraum 15 des Zentralausrückers 9 sind jeweils getrennt mit einer hydraulischen Schalteinheit 21 gekoppelt, durch welche das Hydraulikfluid 13 dem ersten Druckraum 12 und/oder dem zweiten Druckraum 15 druckbeaufschlagt zuführbar und/oder druckentlastend abführbar ist. Zur Bereitstellung des notwendigen hydraulischen Drucks ist eine Hydraulikpumpe 22 mit der hydraulischen Schalteinheit 21 gekoppelt. Die hydraulische Schalteinheit 21 besitz Ventile, mittels derer die Druckräume 12,15 schaltbar hydraulisch druckbeaufschlagbar sind. Ferner ist ein hydraulischer Kühlkreislauf 23 der elektrischen Maschine 3 an der hydraulischen Schalteinheit 21 angeschlossen.
Anhand der 2 kann die Funktion der Klauenkupplung noch etwas näher erläutert werden. Man erkennt die Sperrkrone 27 der Klauenkupplung mit ihren über den Umfang verteilten sägezahnartigen Klauen, die sich in axialer Richtung aus der Sperrkrone 27 heraus erstrecken. Die nicht drehbare Sperrkrone 27 ist mit dem zweiten Zentralausrückerkolben 14 gekoppelt und axial entgegen der Wirkung der Rückstellfedern 25 versetzbar. Die Klauenkupplung ist also in der gezeigten Konfiguration als „normally-open“-Kupplung konfiguriert. Die Sperrkrone 27 ist über die Rückstellfedern 27 drehfest an aber axial versetzbar gegenüber der Gehäusestruktur 28 angebunden. Die Sperrkrone 27 kann so axial in eine korrespondierende und nicht gezeigte drehbare Kupplungsbacke eingreifen, an welcher das Sonnenrad 17 angebunden ist. Die Kupplungsbacke kann mit einem Freilauf gekoppelt sein, so dass diese und folglich auch das Sonnenrad 17 in nur einer vordefinierten Drehrichtung rotieren können. Somit kann also das Sonnenrad 17 in einen frei drehbaren sowie gesperrten Betriebszustand überführt werden.
Mittels der in der 1 gezeigten Systemarchitektur lassen sich nun insgesamt vier verschiedene Betriebszustände der schaltbaren Getriebeanordnung 4 realisieren, was nachfolgend kurz erläutert wird.
In einem ersten Betriebszustand kann die schaltbare Getriebeanordnung 4 eine Parksperrenfunktion bereitstellen, bei der das Hohlrad 20 durch die erste Kupplungsvorrichtung 7 und das Sonnenrad 17 durch die zweite Kupplungsvorrichtung 8 blockiert ist.
Wird das Hohlrad 20 durch die Kupplungsvorrichtung 7 nicht blockiert, befindet sich die schaltbare Getriebeanordnung 4 in ihrem sogg. Zwischen-Gang, falls die zweite Kupplungsvorrichtung 8 das Sonnenrad 17 nicht blockiert. Wird hingegen das Sonnenrad 18 durch die zweite Kupplungsvorrichtung 8 blockiert, so wird der erste Gang der schaltbaren Getriebeanordnung 4 ausgewählt. In dem ersten Gang kann das Kraftfahrzeug 2 sowohl von der elektrischen Maschine 3 motorisch angetrieben als auch die elektrische Maschine in einen generatorischen Betrieb (Rekuperation) überführt werden.
Es ist also insbesondere auch möglich einen Zwischengang bei Schaltvorgängen der Getriebeanordnung bereitzustellen, der sich dadurch ergibt, dass das Sonnenrad 17 einen Freilauf aufweist, so dass Drehmoment nur in einer vordefinierten Drehrichtung durch das Sonnenrad 17 übertragbar ist. Dieser Freilauf wird u.a. auch für den zweiten Gang der Getriebeanordnung 4 benötigt, da im zweiten Gang die erste Kupplungsvorrichtung 7 geschlossen ist, jedoch für eine Bewegung des Kraftfahrzeugs 2 das Sonnenrad 17 in einer Drehrichtung oder in beiden Drehrichtungen los sein muss.
Mittels dieser Hydraulikarchitektur und Schaltlogik lässt sich insbesondere auch erreichen, dass die Parksperrenfunktion nicht unbeabsichtigt bei Ausfall einer der Kupplungsvorrichtungen 7,8 oder eines Zentralausrückerkolbens 11,14 während der Fahrt des Fahrzeugs 2 eingelegt werden kann, wodurch der entsprechende Achsantriebsstrang 1 ein besonders hohes Sicherheitsniveau realisieren kann. Wesentlich hierfür ist u.a. die Ausbildung der ersten Kupplungsvorrichtung 7 sowie der zweiten Kupplungsvorrichtung 8 als „normally-open“-Kupplungen.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Achsantriebsstrang
2: Kraftfahrzeug
3: elektrische Maschine
4: Getriebeanordnung
5: Ausgang
6: Antriebsrad
7: Kupplungsvorrichtung
8: Kupplungsvorrichtung
9: Zentralausrücker
10: Zentralausrückergehäuse
11: Zentralausrückerkolben
12: Druckraum
13: Hydraulikfluid
14: Zentralausrückerkolben
15: Druckraum
16: Planetengetriebe
17: Sonnenrad
18: Planetenradträger
19: Planetenrädern
20: Hohlrad
21: Schalteinheit
22: Hydraulikpumpe
23: Kühlkreislauf
24: Ausrücklager
25: Rückstellfeder
26: Rotationsachse
27: Sperrkrone
28: Gehäusestruktur

Claims

Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs (2) umfassend eine elektrische Maschine (3) und eine mit der elektrischen Maschine (3) gekoppelten, schaltbaren Getriebeanordnung (4), wobei der Achsantriebsstrang (1) einen Ausgang (5) aufweist, der mit einem Antriebsrad (6) des Kraftfahrzeugs (2) koppelbar ist, wobei in dem Momentenpfad zwischen der elektrischen Maschine (3) und dem Ausgang (5) eine erste Kupplungsvorrichtung (7) und eine zweite Kupplungsvorrichtung (8) zur Betätigung der schaltbaren Getriebeanordnung (4) angeordnet sind , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplungsvorrichtung (7) und die zweite Kupplungsvorrichtung (8) durch einen hydraulischen Zentralausrücker (9) aktuiert werden, wobei der Zentralausrücker (9) einen in einem Zentralausrückergehäuse (10) translatorisch versetzbaren und mit der ersten Kupplungsvorrichtung (7) wirkverbundenen ersten Zentralausrückerkolben (11) besitzt, wobei zwischen dem Zentralausrückergehäuse (10) und dem ersten Zentralausrückerkolben (11) ein erster Druckraum (12) definiert ist, in den ein Hydraulikfluid (13) einführbar und so druckbeaufschlagbar ist, dass der erste Zentralausrückerkolben (11) gegenüber dem Zentralausrückergehäuse (10) hydraulisch bewirkt versetzbar ist, und mit einem gegenüber dem Zentralausrückergehäuse (10) translatorisch versetzbaren und mit der zweiten Kupplungsvorrichtung (8) wirkverbundenen zweiten Zentralausrückerkolben (14), wobei zwischen dem Zentralausrückergehäuse (10) und dem zweiten Zentralausrückerkolben (14) ein zweiter Druckraum (15) definiert ist, in den das Hydraulikfluid (13) einführbar und so druckbeaufschlagbar ist, dass der zweite Zentralausrückerkolben (14) gegenüber dem Zentralausrückergehäuse (10) hydraulisch bewirkt versetzbar ist.
Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Getriebeanordnung (4) ein Planetengetriebe (16) mit einem Sonnenrad (17) und mehreren mit dem Sonnenrad (17) in Eingriff stehenden und in einem Planetenradträger (18) drehbar gelagerten Planetenrädern (19), die sich rotatorisch um das Sonnenrad (17) bewegen, sowie ein koaxial zum Sonnenrad (17) angeordnetes Hohlrad (20), in welchem die ersten Planetenräder (19) wälzen, und das Hohlrad (20) mit der ersten Kupplungsvorrichtung (7) wirkverbunden ist.
Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (17) mit der zweiten Kupplungsvorrichtung (8) wirkverbunden ist.
Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplungsvorrichtung (7) eine Lamellenkupplung, insbesondere eine „normally-open“-Lamellenkupplung ist.
Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungsvorrichtung (8) eine Klauenkupplung ist.
Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zentralausrückerkolben (11) und der zweite Zentralausrückerkolben (14) in voneinander entgegengesetzte Ausrückrichtungen aktuierbar sind.
Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (17) oder eine mit dem Sonnenrad (17) verbundene Welle den Zentralausrücker (9) durchgreift.
Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckraum (12) und/oder der zweite Druckraum (15) des Zentralausrückers (9) mit einer hydraulischen Schalteinheit (21) koppelbar sind/ist, durch welche das Hydraulikfluid (13) dem ersten Druckraum (12) und/oder dem zweiten Druckraum (15) druckbeaufschlagt zuführbar und/oder druckentlastend abführbar ist.
Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydraulikpumpe (22) mit der hydraulischen Schalteinheit (21) gekoppelt ist.
Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 8-9, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulischer Kühlkreislauf (23) der elektrischen Maschine (3) an der hydraulischen Schalteinheit (21) angeschlossen ist.