DE102022200610A1

DE102022200610A1 - Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere Elektrofahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102022200610A1
Application number: DE102022200610.0A
Authority: DE
Inventors: David Rittler; Stefan Spühler; Johannes GLÜCKLER; Stefan Renner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2023-07-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe (6), umfassend eine Antriebswelle (9), eine Ausgangswelle (10) sowie einen ersten Planetenradsatz (P1), einen zweiten Planetenradsatz (P2) und einen dritten Planetenradsatz (P3), wobei die Antriebswelle (9) für eine Koppelung mit einer Elektromaschine (5) vorgesehen ist. Zudem sind zumindest funktional ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (C) und ein viertes Schaltelement (D) vorgesehen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit (4), eine Antriebsachse (3) sowie ein Elektrofahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere ein Elektrofahrzeuggetriebe, umfassend eine Antriebswelle, welche für eine Verbindung mit einer Antriebsmaschine vorgesehen ist, eine Ausgangswelle sowie einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz, welche jeweils je ein erstes Element, je ein zweites Element und je ein drittes Element in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetenstegs und je eines Hohlrades aufweisen, wobei zumindest funktional ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement und ein viertes Schaltelement vorgesehen sind, und wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes drehfest mit der Ausgangswelle in Verbindung steht. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit mit einem vorgenannten Kraftfahrzeuggetriebe, eine Antriebsachse sowie ein Elektrofahrzeug.
Bei Elektrofahrzeugen wird zum Teil in einem jeweiligen Antriebsstrang zwischen einer jeweiligen Elektromaschine und Antriebsrädern des Elektrofahrzeuges ein Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen, um eine Übersetzung einer Antriebsbewegung der Elektromaschine insbesondere ins Langsame zu den Antriebsrädern vorzunehmen. Neben eingängig ausgebildeten Getrieben kommen bei Elektro-Nutzfahrzeugen hierbei auch Getriebe zur Anwendung, bei denen zwei oder mehr Gänge geschaltet werden können.
Aus der WO 2015/082166 A1 geht eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug hervor, wobei sich diese Antriebseinheit aus eine Elektromaschine und einem Kraftfahrzeuggetriebe zusammensetzt. Das Kraftfahrzeuggetriebe umfasst neben drei Planetenradsätzen auch mehrere Schaltelemente, durch deren selektive Betätigung eine Antriebswelle und eine Ausgangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes unter Schaltung unterschiedlicher Gänge gekoppelt werden können. Die Antriebswelle ist hierbei drehfest mit einem Rotor der Elektromaschine verbunden. Die Planetenradsätze setzen sich jeweils aus je einem ersten Element, je einem zweiten Element und je einem dritten Element zusammen, von denen eines als Sonnenrad, eines als Planetensteg und eines als Hohlrad ausgestaltet ist. Von den Elementen der Planetenradsätze ist dabei eines drehfest mit der Antriebswelle und damit auch dem Rotor der Elektromaschine verbunden, während ein anderes Element ständig drehfest mit der Ausgangswelle in Verbindung steht.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeuggetriebe zu schaffen, mittels welchem bei kompaktem Aufbau unterschiedliche Gänge darstellbar sind. Insbesondere soll dieses Kraftfahrzeuggetriebe dabei für die Anwendung in einer Antriebseinheit eines Elektrofahrzeuges geeignet sein.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Eine Antriebseinheit, welche ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe aufweist, ist ferner Gegenstand der Ansprüche 12 und 13. Des Weiteren betreffen die Ansprüche 14 und 15 eine Antriebsachse mit einer derartigen Antriebseinheit. Schließlich hat noch Anspruch 16 ein Elektrofahrzeug zum Gegenstand.
Gemäß der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeuggetriebe eine Antriebswelle, welche für eine Verbindung mit einer Antriebsmaschine vorgesehen ist, eine Ausgangswelle sowie einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz, welche jeweils je ein erstes Element, je ein zweites Element und je ein drittes Element in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetenstegs und je eines Hohlrades aufweisen. Ferner sind zumindest funktional ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement und ein viertes Schaltelement vorgesehen. Des Weiteren ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Antriebswelle verbunden, während das zweite Element des dritten Planetenradsatzes drehfest mit der Ausgangswelle in Verbindung steht.
Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches eine Kraftflussführung zwischen Komponenten vorgenommen werden kann, wobei hierzu ggf. ein zugehöriges, zumindest funktional vorgesehenes Schaltelement zu betätigen ist. Die jeweilige Welle kann Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches lediglich eine radiale Verbindung verwirklicht ist.
Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse des Getriebes gemeint, parallel zu welcher Rotationsachsen von rotierbaren Komponenten des Getriebes, insbesondere der Wellen des Getriebes und der Elemente der Planetenradsätze, angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann jeweils eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer jeweiligen Komponente des Getriebes zu verstehen.
Die Antriebswelle ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe dafür vorgesehen, eine antriebsseitige Koppelung zu einer Antriebsmaschine herzustellen. Dazu ist die Antriebswelle insbesondere mit einer Anschlussstelle ausgestattet, an welcher eine Koppelung der Antriebswelle mit der Antriebsmaschine ausgebildet werden kann. Dabei liegt diese Koppelung zwischen der Antriebsmaschine und der Antriebswelle in der Form vor, dass im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes zwischen einer Drehzahl der Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes und einer Drehzahl der Antriebsmaschine stets ein festes Drehzahlverhältnis vorherrscht. So kann im Rahmen der Erfindung zwischen der Antriebswelle und der Antriebsmaschine ggf. noch mindestens eine weitere Übersetzungsstufe, wie beispielsweise eine Stirnradstufe und/oder eine Planetenstufe, vorgesehen sein, über welche eine Vorübersetzung einer Drehbewegung der Antriebsmaschine auf die Antriebswelle darstellbar ist. Besonders bevorzugt erfolgt aber an der Antriebswelle des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes eine drehfeste Anbindung der Antriebsmaschine, so dass die Antriebsmaschine und die Antriebswelle im Betrieb unter derselben Drehzahl laufen.
Bei dem Kraftfahrzeuggetriebe handelt es sich insbesondere um ein Elektrofahrzeuggetriebe, welches dafür vorgesehen ist, an der Antriebswelle mit einer Antriebsmaschine in Form einer Elektromaschine verbunden zu werden. Ein Rotor dieser Elektromaschine kann dabei, wie vorstehend beschrieben, über mindestens eine zwischenliegende Übersetzungsstufe mit der Antriebswelle des Getriebes gekoppelt sein. Besonders bevorzugt ist ein Rotor der Elektromaschine im verbauten Zustand des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes aber drehfest mit der Antriebswelle verbunden.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe sind die Antriebswelle und die Ausgangswelle insbesondere koaxial zueinander liegend angeordnet, wobei weiter bevorzugt auch die Planetenradsätze koaxial zu der Antriebswelle und der Ausgangswelle platziert sind. Hierdurch lässt sich ein in radialer Richtung besonders kompakter Aufbau des Kraftfahrzeuggetriebes verwirklichen.
Die Planetenradsätze setzen sich jeweils aus je einem ersten Element, je einem zweiten Element und je einem dritten Element zusammen, wobei die Elemente des einzelnen Planetenradsatzes dabei durch jeweils ein Sonnenrad, jeweils einen Planetensteg und jeweils ein Hohlrad gebildet sind. Besonders bevorzugt liegt dabei der einzelne Planetenradsatz als Minus-Planetensatz vor, bei welchem der jeweilige Planetensteg mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert führt, wobei das mindestens eine Planetenrad dabei sowohl mit dem jeweiligen Sonnenrad, als auch dem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff steht. Bei einer Ausführung des jeweiligen Planetenradsatzes als Minus-Planetensatz handelt es sich dann insbesondere bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um das jeweilige Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um den jeweiligen Planetensteg und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um das jeweilige Hohlrad.
Alternativ dazu könnte prinzipiell auch einer oder mehrere der Planetenradsätze jeweils als Plus-Planetensatz ausgebildet sein. In diesem Fall ist in dem jeweiligen Planetensteg dann mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem jeweiligen Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff steht. Zudem kämmen die Planetenräder des mindestens einen Planetenradpaares untereinander. Im Unterschied zu einer Ausführung als Minus-Planetensatz handelt es sich dann bevorzugt bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um das Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um das Hohlrad und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um den Planetensteg. Im Vergleich zu einer Ausführung als Minus-Planetensatz ist zudem eine Standübersetzung des jeweiligen Planetenradsatzes um Eins zu erhöhen. Wie vorstehend bereits beschrieben, sind im Sinne der Erfindung aber alle Planetenradsätze bevorzugt als Minus-Planetensätze ausgeführt. Weiter bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes dabei genau drei Planetenradsätze vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe verfügt zumindest funktional über ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement und ein viertes Schaltelement, durch deren selektive Betätigung insbesondere unterschiedliche Gänge zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle dargestellt werden können. Besonders bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe von der Funktion her genau vier Schaltelemente vorgesehen, wobei über diese Schaltelemente zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle weiter bevorzugt dann genau drei unterschiedliche Gänge schaltbar sind. Prinzipiell könnten aber im Rahmen der Erfindung neben dem ersten Schaltelement, dem zweiten Schaltelement, dem dritten Schaltelement und dem vierten Schaltelement zumindest funktional noch ein oder mehrere, weitere Schaltelemente vorgesehen sein.
Dass ein jeweiliges Schaltelement „zumindest funktional“ vorgesehen ist, bedeutet im Sinne der Erfindung, dass bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe zumindest die jeweilige Funktion des jeweiligen Schaltelements abgebildet ist. Dabei können die Schaltelemente im Einzelnen tatsächlich physisch als Einzelschaltelement vorliegen oder ihre Funktion wird durch eine andere Komponente abgebildet, wie beispielsweise eine Schalteinrichtung. Eine die Funktion abbildende Komponente kann hierbei dann die Funktion von zwei oder mehr Schaltelementen in einer Einrichtung vereinigen.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes festgesetzt ist. Ebenso ist auch das dritte Element des dritten Planetenradsatzes festgesetzt, während das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden sind. Das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes kann über das erste Schaltelement festgesetzt sowie mittels des zweiten Schaltelements drehfest mit der Ausgangswelle verbunden werden. Schließlich kann noch das zweite Element des ersten Planetenradsatzes über das dritte Schaltelement drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht sowie mittels des vierten Schaltelements drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden werden.
Dementsprechend ist bei dem erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebe das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig drehfest mit der Antriebswelle verbunden, wodurch die Antriebswelle und das erste Element des ersten Planetenradsatzes stets unter derselben Drehzahl laufen. Ferner stehen die Ausgangswelle und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes permanent drehfest miteinander in Verbindung, wodurch auch das zweite Element des dritten Planetenradsatzes und die Ausgangswelle stets dieselbe Drehzahl aufweisen. Sowohl das dritte Element des ersten Planetenradsatzes, als auch das dritte Element des dritten Planetenradsatzes sind ständig festgesetzt, so dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des dritten Planetenradsatzes ständig an einer Drehbewegung gehindert sind. Das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes sind permanent drehfest miteinander verbunden und rotieren dementsprechend stets gemeinsam mit derselben Drehzahl.
Die einzelne, permanent drehfesten Verbindung ist im Sinne der Erfindung bevorzugt jeweils über jeweils eine zwischenliegende Welle realisiert, die dabei ein- oder mehrteilig vorliegen kann. Zudem kommt dabei im Rahmen der Erfindung auch eine jeweilige Ausgestaltung infrage, bei welcher die jeweilige Welle einstückig mit einem oder auch beiden, hiermit drehfest verbundenen Komponenten ausgeführt ist, wobei letzteres insbesondere dann verwirklicht ist, wenn die permanent miteinander verbundenen Komponenten des Getriebes räumlich dicht beieinanderliegend angeordnet sind.
Ein Schließen des ersten Schaltelements hat ein Festsetzen des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes zur Folge, so dass dieses im Folgenden an einer Drehbewegung gehindert ist. Wird hingegen das zweite Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt, so wird das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der Ausgangswelle verbunden, was ein gemeinsames Rotieren des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes und der Ausgangswelle sowie somit auch des zweiten Elements des dritten Planetenradsatzes zur Folge hat. Das dritte Schaltelement sorgt im geschlossenen Zustand für eine drehfeste Verbindung des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes, wodurch das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes in der Folge gemeinsam rotieren. Hingegen hat ein Betätigen des vierten Schaltelements eine drehfeste Verbindung des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes zur Folge und bewirkt damit eine gemeinsame Rotation des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes, des zweiten Elements des zweiten Planetenradsatzes und des ersten Elements des dritten Planetenradsatzes.
Der permanent festgesetzte Zustand des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes und des dritten Elements des dritten Planetenradsatzes sowie das Festsetzen des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes über das erste Schaltelement erfolgt jeweils insbesondere dadurch, dass das jeweilige Element drehfest mit einem permanent festgesetzten Bauelement verbunden ist bzw. hiermit drehfest verbunden wird. Dabei handelt es sich bei dem permanent festgesetzten Bauelement bevorzugt um ein Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes, einen Teil des Getriebegehäuses oder eine hiermit drehfest verbundene Komponente. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des dritten Planetenradsatzes können hierbei auch jeweils einstückig mit dem permanent festgesetzten Bauelement ausgeführt sein.
Die erfindungsgemäße Ausführung eines Kraftfahrzeuggetriebes hat den Vorteil, dass über die Schaltelemente mehrere unterschiedliche Gänge zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle geschaltet werden können, wodurch im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes auch eine Übersetzung einer Antriebsbewegung einer vorgeschalteten Antriebsmaschine mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen möglich ist. Insbesondere in Kombination des Kraftfahrzeuggetriebes mit einer Antriebsmaschine in Form einer Elektromaschine kann hierdurch eine für die Anwendung bei einem Elektrofahrzeug geeignet Antriebseinheit geschaffen werden. Dies ist dabei aufgrund des Aufbaus des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes mit einem kompakten Aufbau möglich, so dass auch eine direkte Anordnung in dem Bereich des Elektrofahrzeugs vorgenommen werden kann, in welchem die Antriebsbewegung zu erzeugen ist, beispielsweise an einer jeweiligen Antriebsachse.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe ergibt sich ein erster Gang zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle durch Schließen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements, wohingegen ein zweiter Gang zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle durch Betätigen des zweiten Schaltelements und des dritten Schaltelements geschaltet werden kann. Des Weiteren kann ein dritter Gang zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle durch Schließen des vierten Schaltelements dargestellt werden. In vorteilhafter Weise ist hierdurch eine geeignete Darstellung von Gängen des Kraftfahrzeuggetriebes durch entsprechende Kraftflussführung über die drei Planetenradsätze verwirklicht. Dabei kann ein aufeinanderfolgendes Schalten zwischen den Gängen durch ein Umschalten zwischen zwei Schaltelementen realisiert werden. So ist für einen Wechsel von dem ersten Gang in den zweiten Gang im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements das erste Schaltelement zu öffnen und das zweite Schaltelement darauffolgend zu betätigen, während für ein Schalten von dem zweiten Gang in den dritten Gang das dritte Schaltelement zu öffnen sowie das vierte Schaltelement zu schließen ist. Letzteres wird dabei insbesondere in einem geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements vollzogen.
Bevorzugt sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt, wobei sie besonders bevorzugt als unsynchronisierte Klauenschaltelemente ausgebildet sind. Eine Ausführung der Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente hat den Vorteil, dass in einem geöffneten Zustand des jeweiligen Schaltelements keine oder nur geringe Schleppverluste an diesem Schaltelement auftreten. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad des Kraftfahrzeuggetriebes verbessern. Alternativ dazu können einzelne oder mehrere der Schaltelemente aber auch als formschlüssige Schaltelemente in Form von Sperrsynchronisationen ausgeführt sein. Weiter alternativ kommt ferner auch eine Ausführung einzelner oder auch mehrerer der Schaltelemente als kraftschlüssige Schaltelemente in Betracht, wobei sie hierbei besonders bevorzugt als Lamellenschaltelemente vorliegen können. In vorteilhafter Weise kann hierdurch ein Betätigen des jeweiligen Schaltelements unter Last vorgenommen werden.
Bei Ausführung als formschlüssige Schaltelemente sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement bevorzugt durch eine Schalteinrichtung gebildet, deren Koppelelement in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung positioniert werden kann. Dabei bildet das Koppelelement in der ersten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des ersten Schaltelements ab und setzt das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes fest. In der zweiten Schaltstellung bildet das Koppelelement funktional einen betätigten Zustand des zweiten Schaltelements ab und verbindet das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der Ausgangswelle. Das Abbilden der Funktionen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements durch eine Schalteinrichtung hat den Vorteil, dass somit die jeweiligen, drehfesten Verbindungen auf kompakte Art und Weise und mit einer niedrigen Anzahl an Bauelementen verwirklicht werden können. Besonders bevorzugt kann das Koppelelement zwischen den beiden Schaltstellungen auch in einer Neutralstellung positioniert werden, wobei in der Neutralstellung keine Koppelung des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes vorgenommen ist. Insofern kann durch das Koppelelement zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung eine Neutralstellung als Stellung eingenommen werden.
Alternativ oder ergänzend zu der vorgenannten Variante sind das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement durch eine Schalteinrichtung gebildet, deren Koppelelement in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung positioniert werden kann, wobei das Koppelelement in der ersten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des dritten Schaltelements abbildet und das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet. Ferner bildet das Koppelelement in der zweiten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des vierten Schaltelements ab und bringt das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes in Verbindung. Durch Vorsehen einer Schalteinrichtung zur Darstellung der Funktion des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements lässt sich ein kompakter Aufbau erreichen und zudem die Anzahl an Komponenten des Kraftfahrzeuggetriebes zur Darstellung der drehfesten Verbindungen reduzieren, was den Herstellungsaufwand absenkt. Auch dieses Koppelelement kann insbesondere zwischen den beiden Schaltstellungen zusätzlich in einer Neutralstellung positioniert werden, wobei in der Neutralstellung keine Koppelung des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes vorgenommen ist. Insofern kann das Koppelelement dann in drei unterschiedlichen Stellungen positioniert werden, nämlich der ersten Schaltstellung, der Neutralstellung und der zweiten Schaltstellung.
Im Rahmen der Erfindung sind insbesondere zwei Schalteinrichtungen vorgesehen, von denen die eine auf die vorstehend beschriebene Art und Weise die Funktion des ersten und des zweiten Schaltelements abbildet, während über die andere Schalteinrichtung die Funktionen des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements dargestellt werden können. Es sind also bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe bevorzugt beide Schalteinrichtungen vorgesehen, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau erreichen lässt.
Besonders bevorzugt ist das jeweilige Koppelelement der jeweiligen Schalteinrichtung dabei nach Art einer Schiebemuffe ausgeführt, die an je einer Führungsverzahnung drehfest und axial verschiebbar auf einer Verzahnung geführt ist, wobei diese Verzahnung dabei drehfest mit dem Element in Verbindung steht, welches bei der jeweiligen Schalteinrichtung in den unterschiedlichen Schaltstellungen des jeweiligen Koppelelements jeweils drehfest zu verbinden ist. Zudem ist ein derartiges Koppelelement insbesondere mit mindestens einer Eingriffsverzahnung ausgestattet, mit welcher das Koppelelement in den jeweiligen Schaltstellungen in je zugehörige Verzahnungen einfasst. Dabei sind die Verzahnungen jeweils drehfest mit der oder den Komponenten des Kraftfahrzeuggetriebes verbunden, die in der einzelnen Schaltstellung jeweils über das jeweilige Koppelelement drehfest mit dem das Koppelelement führenden Element zu verbinden sind.
Entsprechend einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist die Ausgangswelle mit einem Differentialgetriebe gekoppelt. Dabei handelt es sich bei diesem Differentialgetriebe insbesondere um ein Querdifferential, welches weiter bevorzugt als Kegelraddifferential ausgeführt ist. Über das Querdifferential wird dabei bevorzugt eine Verteilung einer auf die Ausgangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes übertragene Antriebsbewegung auf Abtriebswellen einer Antriebsachse des Elektrofahrzeugs vorgenommen. Insbesondere ist die Ausgangswelle dabei mit einem Differentialkorb des Differentialgetriebes gekoppelt, wobei diese Koppelung dabei vollzogen sein kann, indem die Ausgangswelle drehfest mit dem Differentialkorb verbunden ist oder aber ein Stirnrad trägt, welches mit einem Antriebstellerrad des Differentialkorbes im Zahneingriff steht. Ferner kann es sich bei dem Differentialgetriebe auch um ein Längsdifferential handeln, über welches eine Verteilung einer Antriebsleistung auf mehrere Antriebsachsen vorgenommen wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Planetenradsätze auf eine Anschlussstelle der Antriebswelle, welche der Koppelung der Antriebswelle mit der Antriebsmaschine dient, in einer Reihenfolge erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz und dritter Planetenradsatz angeordnet. Hierdurch kann ein geeigneter Aufbau des erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes erreicht werden. Im Rahmen der Erfindung kann jedoch in axialer Richtung auf die Anschlussstelle der Antriebswelle folgend auch eine anderweitige Anordnung der Planetenradsätze vorgenommen sein.
In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement axial zwischen dem zweiten Planentenradsatz und dem dritten Planetenradsatz angeordnet. Sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement dabei durch eine gemeinsame Schalteinrichtung gebildet, so ist dann diese Schalteinrichtung bevorzugt axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz und dem dritten Planetenradsatz vorgesehen. Im letztgenannten Fall ist ein Stellaktuator, über welchen das Koppelelement der das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement funktional bildenden Schalteinrichtung in die erste Schaltstellung und in die zweite Schaltstellung überführt werden kann, ebenfalls axial zwischen dem zweiten Planentenradsatz und dem dritten Planetenradsatz platziert ist. Besonders bevorzugt ist dieser Stellaktuator dabei radial außen liegend zu dem zweiten Planetenradsatz und dem dritten Planetenradsatz angeordnet und mit dem Koppelelement über ein zwischenliegendes Schaltgestänge verbunden.
Alternativ oder ergänzend zu der vorgenannten Weiterbildung sind das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement axial zwischen dem ersten Planentenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz platziert. Werden das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement dabei von der Funktion her durch eine Schalteinrichtung abgebildet, so ist dementsprechend diese Schalteinrichtung insbesondere axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz angeordnet. Besonders bevorzugt ist hierbei ein Stellaktuator, über welchen das Koppelelement der das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement funktional bildenden Schalteinrichtung in die erste Schaltstellung und in die zweite Schaltstellung überführt werden kann, axial zwischen dem ersten Planentenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz platziert. Insbesondere liegt dieser Stellaktuator dabei radial außen zu dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz, wobei der Stellaktuator mit dem Koppelelement über ein zwischenliegendes Schaltgestänge verbunden ist.
Gegenstand der Erfindung ist zudem eine Antriebseinheit, bei welcher es sich bevorzugt um eine elektrische Achsantriebs-Einheit handelt und die neben einer Elektromaschine ein Kraftfahrzeuggetriebe gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Varianten aufweist. Dabei ist ein Rotor der Elektromaschine mit der Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt, wobei diese Koppelung dabei insbesondere als drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor der Elektromaschine und einer Anschlussstelle der Antriebswelle vorliegt. Alternativ dazu könnte aber auch zwischen der Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes und dem Rotor der Elektromaschine eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen vorgesehen sein, die hierbei im Einzelnen als Stirnradstufe oder als Planetenstufe ausgeführt sein könnten. Die Elektromaschine kann dabei im Rahmen der Erfindung insbesondere zum einen als Generator sowie zum anderen als Elektromotor betrieben werden.
Im Rahmen der Erfindung wäre es zudem denkbar, dass bei der vorgenannten Antriebseinheit der erste Planetenradsatz des Kraftfahrzeuggetriebes axial überdeckend mit sowie radial innenliegend zu der Elektromaschine angeordnet ist. Hierdurch kann ein geschachtelter Aufbau der Antriebseinheit erreicht werden, was insgesamt in einem axial kompakten Aufbau resultiert.
Ein entsprechend einer oder mehrerer der vorgenannten Varianten ausgeführtes Antriebssystem ist insbesondere Teil einer Antriebsachse, welche dabei für ein Elektrofahrzeug vorgesehen ist. Bevorzugt ist die Antriebseinheit dabei in einer Ebene mit Abtriebswellen angeordnet, die jeweils je mindestens einem Antriebsrad zugeordnet und mit der Ausgangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt sind. In vorteilhafter Weise kann hierdurch ein kompakter Aufbau einer Antriebsachse mit der Antriebseinheit erreicht werden, wobei die Koppelung zwischen der Ausgangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes und den Abtriebswellen der Antriebsachse insbesondere über ein Differentialgetriebe vollzogen ist.
Mindestens eine derartige Antriebsachse ist im Rahmen der Erfindung bei einem Elektrofahrzeug vorgesehen, bei welchem es sich insbesondere um eine Elektro-Nutzfahrzeug handelt. Hierbei kann es sich bei dem Elektrofahrzeug insbesondere um einen elektrisch angetriebenen Transporter oder leichten bis mittelschweren Bus oder Lkw handeln.
Dass zwei Bauelemente des Kraftfahrzeuggetriebes drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze und/oder Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind unter einem festen Drehzahlverhältnis miteinander gekoppelt.
Ist hingegen zumindest funktional ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander gekoppelt, sondern eine drehfeste Koppelung wird erst durch Betätigen des zumindest funktional zwischenliegenden Schaltelements vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Ansicht einer Antriebsachse des Elektrofahrzeugs aus 1 mit einer Antriebseinheit entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
3 ein beispielhaftes Schaltschema eines Kraftfahrzeuggetriebes der Antriebseinheit aus 2.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Elektrofahrzeugs 1, bei welchem es sich insbesondere um ein Elektro-Nutzfahrzeug, wie beispielsweise einen Transporter, handelt. Neben einer lenkbaren, nicht angetriebenen Fahrzeugachse 2, verfügt das Elektrofahrzeug 1 noch über eine Antriebsachse 3, bei welcher eine Antriebseinheit 4 als elektrische Achsantriebs-Einheit vorgesehen ist. Während es sich bei der Fahrzeugachse 2 dabei um eine Vorderachse des Elektrofahrzeugs 1 handelt, ist die Antriebsachse 3 eine Hinterachse des Elektrofahrzeuges 1. Allerdings könnte alternativ oder ergänzend zu der Antriebsachse 3 auch die Fahrzeugachse 2 als angetriebene Achse konzipiert sein.
In 2 ist die Antriebsachse 3 und hierbei insbesondere die Antriebseinheit 4 näher im Detail dargestellt, wobei letztere dabei entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwirklicht ist. Wie hierbei zu erkennen ist, setzt sich die Antriebseinheit 4 aus einer Elektromaschine 5 und einem Kraftfahrzeuggetriebe 6 zusammen, welches entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung realisiert ist. Die Elektromaschine 5 ist auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise durch einen Stator 7 und einen Rotor 8 gebildet, wobei die Elektromaschine 5 zum einen als Generator sowie zum anderen als Elektromotor betrieben werden kann.
Das Kraftfahrzeuggetriebe 6 weist neben einer Antriebswelle 9 und einer Ausgangswelle 10 drei Planetenradsätze P1, P2 und P3 auf, die sich jeweils aus je einem ersten Element E11 bzw. E12 bzw. E13, je einem zweiten Element E21 bzw. E22 bzw. E23 sowie je einem dritten Element E31 bzw. E32 bzw. E33 zusammensetzen. Dabei handelt es sich bei dem jeweiligen ersten Element E11 bzw. E12 bzw. E13 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 um ein jeweiliges Sonnenrad, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 bzw. E23 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 als ein jeweiliger Planetensteg ausgeführt ist. Zudem liegt das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 bzw. E33 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 als ein jeweiliges Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 vor.
In dem jeweiligen Planetensteg des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 ist dabei jeweils mindestens je ein Planetenrad drehbar gelagert, welches sowohl mit dem jeweiligen Sonnenrad, als auch dem jeweiligen Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 im Zahneingriff steht. Insofern sind die Planetenradsätze P1, P2 und P3 vorliegend als Minus-Planetensätze ausgeführt.
Im Rahmen der Erfindung kommt aber auch eine Ausführung eines oder mehrere der Planetenradsätze P1 bis P3 als Plus-Planetensatz infrage, wozu im Vergleich zu der jeweiligen Ausführung als Minus-Planetensatz das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 bzw. E23 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 bzw. E33 durch den jeweiligen Planetensteg zu bilden ist. Ferner ist eine Standübersetzung bei Ausführung des jeweiligen Planetenradsatzes als Plus-Planetensatz im Vergleich zu einer Ausführung als Minus-Planetensatz um Eins zu erhöhen. Bei einem Plus-Planetensatz ist in dem jeweiligen Planetensteg mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem jeweiligen Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff steht. Zudem stehen die Planetenräder des mindestens einen Planetenradpaares untereinander im Zahneingriff.
Vorliegend ist das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit der Antriebswelle 9 verbunden, welche zudem drehfest mit dem Rotor 8 der Elektromaschine 5 in Verbindung steht. Insofern sind auch das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und der Rotor 8 über die Antriebswelle 9 drehfest miteinander verbunden, wodurch das erste Element E11 und der Rotor 8 stets unter derselben Drehzahl rotieren. Im Rahmen der Erfindung kann das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 dabei einstückig mit der Antriebswelle 9 ausgestaltet sein. Das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist permanent drehfest mit dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden, so dass auch diese beiden Elemente E22 und E13 ständig unter derselben Drehzahl laufen. Die drehfeste Verbindung ist hierbei bevorzugt über eine zwischenliegende Welle vorgenommen.
Wie zudem in 2 zu erkennen ist, sind sowohl das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1, als auch das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig an einem permanent festgesetzten Bauelement 11 festgesetzt und damit ständig an einer Drehbewegung gehindert. Hierbei handelt es sich bei dem Bauelement 11 bevorzugt um ein Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes 6, einen Teil eines derartigen Getriebegehäuses oder eine hiermit drehfest verbundene Komponente. Dabei könnten im Rahmen der Erfindung das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und/oder das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 jeweils einstückig mit dem Bauelement 11 ausgestaltet sein. Das zweite Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ist hingegen drehfest mit der Ausgangswelle 10 des Kraftfahrzeuggetriebes 6 verbunden, wodurch das zweite Element E23 permanent gemeinsam mit der Ausgangswelle 10 rotiert. Hierbei kann das zweite Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 auch einstückig mit der Ausgangswelle 10 ausgebildet sein.
Die Ausgangswelle 10 ist neben dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 zudem permanent drehfest mit einem Differentialkorb 12 eines Differentialgetriebes 13 verbunden. Dieses Differentialgetriebes 13 ist dabei als Kegelraddifferential ausgeführt, welches auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise eine über die Ausgangswelle 10 in den Differentialkorb 12 eingeleitete Antriebsleistung auf Abtriebswellen 14 und 15 der Antriebsachse 3 aufteilt. Mit den Abtriebswellen 14 und 15 ist dabei jeweils je ein Antriebsrad 16 bzw. 17 der Antriebsachse 3 trieblich verbunden.
Bei dem Kraftfahrzeuggetriebe 6 sind zudem zwei Schalteinrichtungen 18 und 19 vorgesehen, über welche jeweils unterschiedliche Koppelungen durch Formschluss realisiert werden können. Dabei sind die Schalteinrichtungen 18 und 19 als unsynchronisierte Schalteinrichtungen ausgebildet. Über die Schalteinrichtung 18 werden dabei von der Funktion her zwei Schaltelemente A und B abgebildet, welche in 2 angedeutet sind. Die Schalteinrichtung 18 verfügt über ein Koppelelement 20, welches nach Art einer Schiebemuffe ausgebildet ist und an einer Führungsverzahnung 21 drehfest und axial verschiebbar an einer Verzahnung 22 geführt ist. Dabei steht die Verzahnung 22 drehfest mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 in Verbindung. Außerdem ist das Koppelelement 20 noch mit einer ersten Eingriffsverzahnung 23 und einer zweiten Eingriffsverzahnung 24 ausgestattet und kann über einen zugehörigen Stellaktuator 25 neben einer Neutralstellung axial in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegt werden. Bei dem Stellaktuator 25 handelt es sich dabei bevorzugt um einen elektromechanischen Aktuator.
In einer ersten Schaltstellung fasst das Koppelelement 20 der Schalteinrichtung 18 mit der Eingriffsverzahnung 23 in eine Verzahnung 26 ein, die drehfest mit dem Bauelement 11 verbunden ist. Hierdurch wird von der Funktion her ein betätigter Zustand des Schaltelements A dargestellt, in welchem das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 über das Koppelelement 20 an dem drehfesten Bauelement 11 festgesetzt ist und damit an einer Drehbewegung gehindert wird.
Zudem kann das Koppelelement 20 der Schalteinrichtung 18 über den Stellaktuator 25 neben der Neutralstellung, in der das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 entkoppelt ist, in eine zweite Schaltstellung überführt werden, in welcher der Zahneingriff zwischen der Eingriffsverzahnung 23 und der Verzahnung 26 aufgehoben und stattdessen ein Zahneingriff an der Eingriffsverzahnung 24 in eine Verzahnung 27 realisiert ist. Diese Verzahnung 27 ist dabei drehfest mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 und damit auch der Ausgangswelle 10 verbunden. Durch den Zahneingriff ist in der Folge das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 über das Koppelelement 20 drehfest mit der Ausgangswelle 10 verbunden. Dabei entspricht diese zweite Schaltstellung des Koppelelements 20 von der Funktion her einem betätigten Zustand des Schaltelements B.
Auch bei der Schalteinrichtung 19 ist ein Koppelelement 28 vorgesehen, welches an einer Führungsverzahnung 29 drehfest und axial verschiebbar auf einer Verzahnung 30 geführt ist. Die Verzahnung 30 ist hierbei drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden. Durch die Schalteinrichtung 19 wird hierbei die Funktion von zwei Schaltelementen C und D abgebildet, die in 2 ebenfalls angedeutet sind.
Dabei kann das Koppelelement 28 über einen zugehörigen Stellaktuator 31 neben einer Neutralstellung, in welcher das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 entkoppelt ist, zum einen axial in eine erste Schaltstellung bewegt werden, in der das Koppelelement 28 an einer Eingriffsverzahnung 32 mit einer Verzahnung 33 im Zahneingriff steht. Die Verzahnung 33 steht drehfest mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 in Verbindung. In der Folge ist das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 über das Koppelelement 28 in dessen erste Schaltstellung drehfest mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, wobei dies von der Funktion her einem betätigten Zustand des Schaltelements C entspricht.
Zum anderen kann das Koppelelement 28 über den Stellaktuator 31 axial in eine zweite Schaltstellung überführt werden, in welcher an einer weiteren Eingriffsverzahnung 34 des Koppelelements 28 ein Zahneingriff mit einer Verzahnung 35 hergestellt ist. Diese Verzahnung 35 ist hierbei drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden, so dass in der zweiten Schaltstellung des Koppelelements 28 das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 in Verbindung steht. Hierdurch wird von der Funktion her ein betätigter Zustand des Schaltelements D abgebildet.
Vorliegend ist die Antriebseinheit 4 parallel zu der Antriebsachse 3 und in einer Ebene mit den Abtriebswellen 14 und 15 angeordnet, wobei die Antriebseinheit 4 dabei axial zwischen den Antriebsrädern 16 und 17 liegt. Hierbei ist die Elektromaschine 5 axial benachbart zu dem Antriebsrad 17 angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz P1 des Kraftfahrzeuggetriebes 6 axial auf Höhe von sowie radial innen liegend des Stators 7 der Elektromaschine 5 platziert ist. Axial auf den ersten Planetenradsatz P1 folgt dann zunächst der zweite Planetenradsatz P2 und im Weiteren der Planetenradsatz P3 sowie das Differentialgetriebe 13, wobei Letzteres dabei gemeinsam mit den Planetenradsätzen P1 bis P3 in einem Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes 6 aufgenommen sein kann.
Die Schalteinrichtung 18 ist axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und dem dritten Planetenradsatz P3 platziert, wobei die Schalteinrichtung 18 hierbei konkret axial zwischen dem dritten Planetenradsatz P3 und einer radialen Anbindung der Verzahnung 26 an das Bauelement 11 angeordnet ist. Der Stellaktuator 25 der Schalteinrichtung 18 ist hierbei axial ebenfalls zwischen dem dritten Planetenradsatz P3 und dieser radialen Anbindung sowie radial umliegend zu den beiden Planetenradsätzen P2 und P3 platziert, wobei der Stellaktuator 25 mit dem Koppelelement 20 über ein Schaltgestänge 36 gekoppelt ist.
Hingegen ist die Schalteinrichtung 19 axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet. Der ebenfalls axial in diesem Bereich vorgesehene Stellaktuator 31 liegt hierbei radial außen zu den beiden Planetenradsätzen P1 und P2, wobei eine Koppelung des Stellaktuators 31 mit dem Koppelelement 28 über ein zwischenliegendes Schaltgestänge 37 verwirklicht ist.
Des Weiteren zeigt 3 ein beispielhaftes Schaltschema des Kraftfahrzeuggetriebes 6 aus 2. Dabei ist zu erkennen, dass bei dem Kraftfahrzeuggetriebe 6 ein erster Gang G1, ein zweiter Gang G2 und ein dritter Gang G3 geschaltet werden können, wobei in der Tabelle aus 3 dabei jeweils mit einem X gekennzeichnet ist, welches der durch die Schalteinrichtungen 18 und 19 gebildeten Schaltelemente A, B, C und D zu betätigen ist. Wie vorstehend beschrieben, wird für die Darstellung eines betätigten Zustands des jeweiligen Schaltelements A bzw. B bzw. C bzw. D das jeweilige Koppelelement 20 bzw. 28 in die zugehörige Schaltstellung bewegt.
Der erste Gang G1 ergibt sich zwischen der Antriebswelle 9 und der Ausgangswelle 10 durch das gleichzeitige Betätigen des Schaltelements A und des Schaltelements C. Insofern ist in diesem Fall das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 über das Koppelelement 20 an dem Bauelement 11 festgesetzt, während das Koppelelement 28 der Schalteinrichtung 19 das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindet.
Hingegen sind für die Schaltung des zweiten Ganges G2 von der Funktion her das Schaltelement B und das Schaltelement C zu betätigen, so dass neben der drehfesten Verbindung des zweiten Elements E21 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 noch das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit der Ausgangswelle 10 verbunden ist. Insofern ist für ein Schalten aus dem ersten Gang G1 in den zweiten Gang G2 das Koppelelement 20 der Schalteinrichtung 18 von der ersten Schaltstellung (betätigter Zustand des Schaltelements A) in die zweite Schaltstellung (betätigter Zustand des Schaltelements B) zu bewegen.
Schließlich wird noch der dritte Gang G3 des Kraftfahrzeuggetriebes 6 dadurch geschaltet, dass von der Funktion her die Schaltelemente B und D betätigt sind. Dementsprechend ist bei der Schalteinrichtung 19 das Koppelelement 28 in die Schaltstellung zu bewegen, in welcher die Eingriffsverzahnung 34 mit der Verzahnung 35 im Zahneingriff steht, während bei der Schalteinrichtung 18, wie schon bei Gang G2, über das Koppelelement 20 an der Eingriffsverzahnung 24 ein Zahneingriff mit der Verzahnung 27 hergestellt ist. Dadurch ist das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit der Ausgangswelle 10 verbunden, wobei zudem das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 in Verbindung steht. Letzteres wäre dabei für eine Kraftflussführung in dem dritten Gang G3 von der Antriebswelle 9 zu der Ausgangswelle 10 ausreichend, da durch die drehfeste Verbindung des zweiten Elements E21 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes eine Übersetzung von der Antriebswelle 9 auf die Ausgangswelle 10 mittels der beiden Planetenradsätze P1 und P3 erfolgt.
Insofern wird der Gang G3 bereits durch das alleinige Darstellen eines funktional betätigten Zustandes des Schaltelements D geschaltet, wobei vorliegend zusätzlich auch der funktional betätigte Zustand des Schaltelements B aufrechterhalten wird, um für ein Umschalten zwischen den Gängen G2 und G3 lediglich das Koppelelement 28 ansteuern zu müssen.
Für ein Schalten aus dem zweiten Gang G2 in den dritten Gang G3 ist das Koppelelement 28 des Schaltelements 19 somit von der einen Schaltstellung (betätigter Zustand des Schaltelements C) in die andere Schaltstellung (betätigter Zustand des Schaltelements D) zu überführen, während das Koppelelement 20 der Schalteinrichtung 18 in derselben Schaltstellung wie bei Gang G2 verbleiben kann. Bei einem jeweiligen Gangwechsel zwischen den Gängen G1 und G2 sowie G2 und G3 werden die jeweils erforderlichen Synchrondrehzahlen über die Elektromaschine 5 durch entsprechende Drehzahlregelung eingestellt.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes können unterschiedliche Gänge auf kompakte Art und Weise realisiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektrofahrzeug
2: Fahrzeugachse
3: Antriebsachse
4: Antriebseinheit
5: Elektromaschine
6: Kraftfahrzeuggetriebe
7: Stator
8: Rotor
9: Antriebswelle
10: Ausgangswelle
11: Bauelement
12: Differentialkorb
13: Differentialgetriebe
14: Abtriebswelle
15: Abtriebswelle
16: Antriebsrad
17: Antriebsrad
18: Schalteinrichtung
19: Schalteinrichtung
20: Koppelelement
21: Führungsverzahnung
22: Verzahnung
23: Eingriffsverzahnung
24: Eingriffsverzahnung
25: Stellaktuator
26: Verzahnung
27: Verzahnung
28: Koppelelement
29: Führungsverzahnung
30: Verzahnung
31: Stellaktuator
32: Eingriffsverzahnung
33: Verzahnung
34: Eingriffsverzahnung
35: Verzahnung
36: Schaltgestänge
37: Schaltgestänge
P1: Erster Planetenradsatz
P2: Zweiter Planetenradsatz
P3: Dritter Planetenradsatz
E11: Erstes Element erster Planetenradsatz
E21: zweites Element erster Planetenradsatz
E31: drittes Element erster Planetenradsatz
E12: Erstes Element zweiter Planetenradsatz
E22: zweites Element zweiter Planetenradsatz
E32: drittes Element zweiter Planetenradsatz
E13: Erstes Element dritter Planetenradsatz
E23: zweites Element dritter Planetenradsatz
E33: drittes Element dritter Planetenradsatz
A: Schaltelement
B: Schaltelement
C: Schaltelement
D: Schaltelement
G1: Erster Gang
G2: Zweiter Gang
G3: Dritter Gang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2015/082166 A1 [0003]

Claims

Kraftfahrzeuggetriebe (6), insbesondere Elektrofahrzeuggetriebe, umfassend eine Antriebswelle (9), welche für eine Verbindung mit einer Antriebsmaschine vorgesehen ist, eine Ausgangswelle (10) sowie einen ersten Planetenradsatz (P1), einen zweiten Planetenradsatz (P2) und einen dritten Planetenradsatz (P3), welche jeweils je ein erstes Element (E11, E12, E 13), je ein zweites Element (E21, E22, E23) und je ein drittes Element (E31, E32, E33) in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetenstegs und je eines Hohlrades aufweisen, wobei zumindest funktional ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (C) und ein viertes Schaltelement (D) vorgesehen sind, und wobei das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit der Antriebswelle (9) verbunden ist und das zweite Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest mit der Ausgangswelle (10) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, - dass das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) festgesetzt ist, - dass das dritte Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) festgesetzt ist, - dass das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und das erste Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest miteinander verbunden sind, - dass das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) über das erste Schaltelement (A) festsetzbar sowie mittels des zweiten Schaltelements (B) drehfest mit der Ausgangswelle (10) verbindbar ist, - und dass das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) über das dritte Schaltelement (C) drehfest mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) in Verbindung bringbar sowie mittels des vierten Schaltelements (D) drehfest mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem ersten Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbindbar ist.
Kraftfahrzeuggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich - ein erster Gang () zwischen der Antriebswelle (9) und der Ausgangswelle (10) durch Schließen des ersten Schaltelements (A) und des dritten Schaltelements (C), - ein zweiter Gang (G2) zwischen der Antriebswelle (9) und der Ausgangswelle (10) durch Betätigen des zweiten Schaltelements (B) und des dritten Schaltelements (C), sowie - ein dritter Gang (G3) zwischen der Antriebswelle (9) und der Ausgangswelle (10) durch Schließen des vierten Schaltelements (D) ergibt.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (A, B, C, D) als formschlüssige Schaltelemente, bevorzugt als unsynchronisierte Klauenschaltelemente, ausgeführt sind.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (A) und das zweite Schaltelement (B) durch eine Schalteinrichtung (18) gebildet sind, deren Koppelelement (20) in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung positionierbar ist, wobei das Koppelelement (18) in der ersten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des ersten Schaltelements (A) abbildet und das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) festsetzt, wobei das Koppelelement (20) in der zweiten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des zweiten Schaltelements (B) abbildet und das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest mit der Ausgangswelle (10) verbindet.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (C) und das vierte Schaltelement (D) durch eine Schalteinrichtung (19) gebildet sind, deren Koppelelement (28) in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung positionierbar ist, wobei das Koppelelement (28) in der ersten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des dritten Schaltelements (C) abbildet und das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindet, wobei das Koppelelement (28) in der zweiten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des vierten Schaltelements (D) abbildet und das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem ersten Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) in Verbindung bringt.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (10) mit einer Eingangsseite eines Differentialgetriebes (13) gekoppelt ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (P1, P2, P3) auf eine Anschlussstelle der Antriebswelle (9), welche der Koppelung der Antriebswelle (9) mit der Antriebsmaschine dient, in einer Reihenfolge erster Planetenradsatz (P1), zweiter Planetenradsatz (P2) und dritter Planetenradsatz (P3) angeordnet sind.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (A) und das zweite Schaltelement (B) axial zwischen dem zweiten Planentenradsatz (P2) und dem dritten Planetenradsatz (P3) angeordnet sind.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach Anspruch 4 und nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellaktuator (25), über welchen das Koppelelement (20) der das erste Schaltelement (A) und das zweite Schaltelement (B) funktional bildenden Schalteinrichtung (18) in die erste Schaltstellung und in die zweite Schaltstellung jeweils überführbar ist, axial zwischen dem zweiten Planentenradsatz (P2) und dem dritten Planetenradsatz (P3) platziert ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (C) und das vierte Schaltelement (D) axial zwischen dem ersten Planentenradsatz (P1) und dem zweiten Planetenradsatz (P2) platziert sind.
Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach Anspruch 5 und nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellaktuator (31), über welchen das Koppelelement (28) der das dritte Schaltelement (C) und das vierte Schaltelement (D) funktional bildenden Schalteinrichtung (19) in die erste Schaltstellung und in die zweite Schaltstellung jeweils überführbar ist, axial zwischen dem ersten Planentenradsatz (P1) und dem zweiten Planetenradsatz (P2) platziert ist.
Antriebseinheit (4), insbesondere elektrische Achsantriebs-Einheit, für ein Elektrofahrzeug (1), umfassend eine Elektromaschine (5) und ein Kraftfahrzeuggetriebe (6) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Rotor (8) der Elektromaschine (5) mit der Antriebswelle (9) des Kraftfahrzeuggetriebes (6) gekoppelt ist.
Antriebseinheit (4) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (P1) des Kraftfahrzeuggetriebes (6) axial auf Höhe sowie radial innenliegend der Elektromaschine (5) platziert ist.
Antriebsachse (3) für ein Elektrofahrzeug (1), umfassend eine Antriebseinheit (4) nach Anspruch 12 oder 13.
Antriebsachse (3) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (4) in einer Ebene mit Abtriebswellen (14, 15) angeordnet ist, die jeweils je mindestens einem Antriebsrad (16, 17) zugeordnet und mit der Ausgangswelle (10) des Kraftfahrzeuggetriebes (6) gekoppelt sind.
Elektrofahrzeug (1), umfassend mindestens eine Antriebsachse (3) nach Anspruch 14 oder 15.