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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Antriebswelle, eine zweite Antriebswelle, eine Abtriebswelle sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz, wobei die erste Antriebswelle für eine Koppelung mit einer ersten Antriebsmaschine, insbesondere einer ersten Elektromaschine, und die zweite Antriebswelle für eine Koppelung mit einer zweiten Antriebsmaschine, insbesondere einer zweiten Elektromaschine, vorgesehen ist, wobei der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz 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, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Antriebswelle verbunden und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes festgesetzt ist, wobei das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist, wobei das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung stehen, wobei das zumindest funktional vorgesehene, erste Schaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das erste Element des zweiten Planetenradsatzes festzusetzen, wobei das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand zwei der Elemente des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander zu verbinden, wobei das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das erste Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Antriebswelle zu verbinden, und wobei das zumindest funktional vorgesehene, vierte Schaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand die erste Antriebswelle und die zweite Antriebswelle drehfest miteinander in Verbindung zu bringen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, eine Antriebachse für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuggetriebes.
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Bei als Elektro- und Hybridfahrzeug ausgeführten Kraftfahrzeugen wird zum Teil in einem jeweiligen Antriebsstrang zwischen mindestens einer Elektromaschine und Antriebsrädern des jeweiligen Kraftfahrzeuges ein Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen, um eine Antriebsbewegung der mindestens einen Elektromaschine insbesondere ins Langsame zu den Antriebsrädern übersetzen zu können. Neben eingängig ausgebildeten Getrieben kommen hierbei auch teilweise Kraftfahrzeuggetriebe zur Anwendung, bei denen zwei oder mehr Gänge geschaltet werden können.
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Aus der
DE 10 2019 214 986 A1 geht eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges hervor, wobei bei dieser Antriebsachse eine Antriebseinheit mit einem Kraftfahrzeuggetriebe und zwei Elektromaschinen vorgesehen ist. Die Rotoren der beiden Elektromaschine sind jeweils drehfest mit je einer zugehörigen Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes verbunden. Des Weiteren weist das Kraftfahrzeuggetriebe zwei Planetenradsätze auf, welche jeweils durch je ein Sonnenrad, je einen Planetenträger und je ein Hohlrad gebildet sind. Zudem sind bei dem Kraftfahrzeuggetriebe von der Funktion her fünf Schaltelemente gebildet, durch deren selektive Betätigung drei unterschiedliche Gänge zur Koppelung der einzelnen Antriebswelle und damit auch der zugehörigen Elektromaschine mit einer Abtriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes dargestellt werden können, an welcher eine Verbindung zu einem Achsdifferential der Antriebsachse hergestellt ist.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kraftfahrzeuggetriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug zu schaffen, wobei bei dem Kraftfahrzeuggetriebe mit einer niedrigeren Anzahl an Schaltelementen eine geeignete Einbindung zweier Antriebsmaschinen realisierbar sein soll.
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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, in welcher ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen ist, ist ferner Gegenstand der Ansprüche 14 bis 16. Ferner betrifft Anspruch 17 eine Antriebsachse für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, während Anspruch 18 ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug zum Gegenstand hat. Schließlich betreffen noch die Ansprüche 19 und 20 jeweils ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeuggetriebe eine erste Antriebswelle, eine zweite Antriebswelle, eine Abtriebswelle sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz. Dabei ist die erste Antriebswelle für eine Koppelung mit einer ersten Antriebsmaschine, insbesondere einer ersten Elektromaschine, und die zweite Antriebswelle für eine Koppelung mit einer zweiten Antriebsmaschine, insbesondere einer zweiten Elektromaschine, vorgesehen. Der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz weisen 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 auf. Des Weiteren sind zumindest funktional ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement und ein viertes Schaltelement vorgesehen. Das erste Element des ersten Planetenradsatzes ist drehfest mit der ersten Antriebswelle verbunden, während das dritte Element des ersten Planetenradsatzes festgesetzt ist. Zudem ist das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle verbunden, wohingegen das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung stehen.
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Das zumindest funktional vorgesehene, erste Schaltelement ist dazu eingerichtet, in einem geschlossenen Zustand das erste Element des zweiten Planetenradsatzes festzusetzen, während das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand zwei der Elemente des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander zu verbinden. Zudem ist das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement dazu eingerichtet, in einem geschlossenen Zustand das erste Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Antriebswelle zu verbinden, wohingegen das zumindest funktional vorgesehene, vierte Schaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand die erste Antriebswelle und die zweite Antriebswelle drehfest miteinander in Verbindung zu bringen.
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Unter einer „Welle“, wie der jeweiligen Antriebswelle oder der Abtriebswelle, ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches eine Kraftflussführung zwischen Komponenten ggf. bei gleichzeitiger Betätigung eines zumindest funktional vorgesehenen Schaltelements vorgenommen werden kann. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel rein radial angebunden wird. Ferner kann die jeweilige Welle, je nach Verlauf und Anbindung an die Komponenten bzw. einer Anbindbarkeit an diese, als Vollwelle, als Hohlwelle oder teilweise als Voll- und teilweise als Hohlwelle gestaltet sein. Alternativ oder ergänzend dazu kann die jeweilige Welle ein- oder mehrteilig ausgeführt sein.
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Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse des Kraftfahrzeuggetriebes gemeint, parallel zu welcher auch Rotationsachsen von Wellen des Kraftfahrzeuggetriebes und der Elemente der Planetenradsätze orientiert sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer jeweiligen Komponente des Getriebes, insbesondere einer jeweiligen Welle oder eines jeweiligen Elements der Planetenradsätze zu verstehen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe verfügt über eine erste Antriebswelle und eine zweite Antriebswelle, wobei die beiden Antriebswellen dabei insbesondere koaxial zueinander liegen. Insbesondere sind die erste Antriebswelle und die zweite Antriebswelle dabei jeweils je einem Teilgetriebe des Getriebes zugeordnet, über welches eine Kraftflussführung ausgehend von der jeweiligen Antriebswelle zu der Abtriebswelle vorgenommen werden kann. Die jeweilige Kraftflussführung wird dabei bevorzugt durch das selektive Betätigen der zumindest funktional vorgesehenen Schaltelemente realisiert.
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Die erste Antriebswelle und die zweite Antriebswelle sind bei dem erfindungsgemä-ßen Kraftfahrzeuggetriebe dafür vorgesehen, jeweils eine antriebsseitige Koppelung zu je einer Antriebsmaschine herzustellen, wobei die jeweilige Antriebswelle hierbei bevorzugt der jeweiligen Koppelung mit jeweils genau einer Antriebsmaschine dient.
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Dazu ist die jeweilige Antriebswelle insbesondere mit je einer Anschlussstelle ausgestattet, an welcher eine Koppelung der jeweiligen Antriebswelle mit der zugehörigen Antriebsmaschine ausgebildet werden kann. Dabei liegt diese Koppelung zwischen der zugehörigen Antriebsmaschine und der jeweiligen Antriebswelle in der Form vor, dass im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes zwischen einer Drehzahl der jeweiligen Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes und einer Drehzahl der zugehörigen Antriebsmaschine stets ein festes Drehzahlverhältnis vorherrscht. So kann im Rahmen der Erfindung zwischen der jeweiligen Antriebswelle und der zugehörigen Antriebsmaschine ggf. noch mindestens eine weitere Übersetzungsstufe, wie beispielsweise eine Stirnradstufe und/oder eine Planetenstufe, vorgesehen sein, über welche eine Vorübersetzung einer Drehbewegung der zugehörigen Antriebsmaschine auf die jeweilige Antriebswelle darstellbar ist. Dabei kann an einer der Antriebswellen eine drehfeste Verbindung zu der zugehörigen Antriebsmaschine hergestellt sein, während die andere Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes mit der zugehörigen Antriebsmaschine über mindestens eine zwischenliegende Übersetzungsstufe gekoppelt ist. Besonders bevorzugt erfolgt aber an beiden Antriebswellen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes jeweils eine drehfeste Anbindung der je zugehörigen Antriebsmaschine, so dass die erste Antriebsmaschine und die erste Antriebswelle sowie die zweite Antriebsmaschine und die zweite Antriebswelle im Betrieb jeweils unter derselben Drehzahl laufen.
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Bei dem Kraftfahrzeuggetriebe handelt es sich insbesondere um ein Hybrid- oder Elektrofahrzeuggetriebe, welches dafür vorgesehen ist, an der jeweiligen Antriebswelle mit je einer zugehörigen Antriebsmaschine in Form jeweils einer Elektromaschine verbunden zu werden. Ein jeweiliger Rotor der einzelnen Elektromaschine kann dabei, wie vorstehend beschrieben, über mindestens eine zwischenliegende Übersetzungsstufe mit der zugehörigen Antriebswelle des Getriebes gekoppelt sein. Besonders bevorzugt ist ein jeweiliger Rotor der einzelnen Elektromaschine im verbauten Zustand des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes aber drehfest mit der zugehörigen Antriebswelle verbunden, so dass der Rotor der ersten Elektromaschine drehfest mit der ersten Antriebswelle und der Rotor der zweiten Elektromaschine drehfest mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung steht.
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Die Abtriebswelle ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe insbesondere dafür vorgesehen, eine abtriebsseitige Koppelung des Kraftfahrzeuggetriebes zu Komponenten herzustellen, welche im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des jeweiligen Kraftfahrzeuges auf das Kraftfahrzeuggetriebe folgen. Dabei kann an der Abtriebswelle des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes insbesondere eine Koppelung mit einem Differentialradsatz hergestellt sein, welcher koaxial oder achsversetzt zu der Abtriebswelle liegt. Je nach konkreter Einbindung des Kraftfahrzeuggetriebes in einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges kann der Differenzialradsatz hierbei als Längs- oder Querdifferential konzipiert sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe sind die Antriebswellen und die Abtriebswelle insbesondere koaxial zueinander liegend angeordnet, wobei weiter bevorzugt auch die Planetenradsätze koaxial zu den Antriebswellen und der Abtriebswelle platziert sind. Hierdurch lässt sich ein in radialer Richtung besonders kompakter Aufbau des Kraftfahrzeuggetriebes verwirklichen.
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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.
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Alternativ dazu könnte prinzipiell auch einer oder beide 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 beide Planetenradsätze bevorzugt als Minus-Planetensätze ausgeführt. Weiter bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes genau zwei Planetenradsätze vorgesehen.
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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 einzelnen Antriebswelle und der Abtriebswelle dargestellt werden können. 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.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe stehen das erste Element des ersten Planetenradsatzes und die erste Antriebswelle permanent drehfest miteinander in Verbindung, wodurch die erste Antriebswelle und das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig gemeinsam rotieren. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent festgesetzt, so dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig an einer Drehbewegung gehindert ist. Ferner stehen das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ständig drehfest miteinander in Verbindung, was stets eine gemeinsame Rotation des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes und des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes bedeutet. Auch zwischen der Abtriebswelle und dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes besteht eine permanent drehfeste Verbindung, wodurch die Abtriebswelle und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes ständig gemeinsam rotieren.
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Eine permanent drehfeste Verbindung von Komponenten des Kraftfahrzeuggetriebes kann im Rahmen der Erfindung in Form einer drehfesten Verbindung von Einzelkomponenten oder in Form einer einstückigen Ausführung der Komponenten verwirklicht sein. So können bei den drehfesten Verbindungen einer Welle und eines Elements der Planetenradsätze die jeweilige Welle und das jeweilige Element als separate Komponenten vorliegen, die drehfest miteinander in Verbindung stehen. Alternativ dazu kommt aber auch eine einstückige Ausführung der jeweiligen Welle, also der jeweiligen Antriebswelle oder der Abtriebswelle, und des hiermit drehfest verbundenen Elements des jeweiligen Planetenradsatzes infrage. Auch im Fall der drehfesten Verbindung des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes und des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes können die Elemente und eine, diese verbindende Welle als separate und drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten ausgeführt sein, wobei aber auch eine einstückige Ausführung der Welle mit einem oder beiden Elementen in Betracht kommt. Letzteres ist hierbei insbesondere bei einer räumlich dichten Anordnung der Elemente beieinander möglich.
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Ein Schließen des zumindest funktional vorgesehenen, ersten Schaltelements hat ein Festsetzen des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes zur Folge, wodurch das erste Element des zweiten Planetenradsatzes an einer Drehbewegung gehindert ist. Wird hingegen das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt, so werden zwei der Elemente des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden, was ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes und damit dessen Blockumlauf zur Folge hat. Das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement sorgt im geschlossenen Zustand für eine drehfeste Verbindung der zweiten Antriebswelle mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes, so dass das erste Element des zweiten Planetenradsatzes und die zweite Antriebswelle in der Folge gemeinsam rotieren. Ein Schließen des zumindest funktional vorgesehenen, vierten Schaltelements bewirkt eine drehfeste Verbindung der ersten Antriebswelle mit der zweiten Antriebswelle, woraufhin die beiden Antriebswellen mit derselben Drehzahl rotieren.
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Der permanent festgesetzte Zustand des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes sowie das Festsetzen des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes über das zumindest funktional vorgesehene, erste Schaltelement erfolgt jeweils insbesondere dadurch, dass das jeweilige Element drehfest mit einem permanent festgesetzten, drehfesten 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 kann hierbei auch einstückig mit dem permanent festgesetzten Bauelement ausgeführt sein.
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Bei Komponenten des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes, die erst durch Betätigung eines jeweiligen, zumindest funktional vorgesehenen Schaltelements drehfest miteinander verbunden werden, wird eine Verbindung bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht. Dabei kommt dabei im Rahmen der Erfindung auch eine jeweilige Ausgestaltung infrage, bei welcher die jeweilige Welle einstückig mit einer der beiden drehfest zu verbindenden Komponenten ausgeführt ist.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass zur Darstellung von genau drei unterschiedlichen Gängen zwischen der einzelnen Antriebswelle und der Abtriebswelle zumindest funktional genau vier Schaltelemente in Form des ersten Schaltelements, des zweiten Schaltelements, des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements vorgesehen sind. Mit anderen Worten verfügt das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe also zumindest von der Funktion her über genau vier Schaltelemente, nämlich das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement, wobei diese vier Schaltelemente dabei dafür vorgesehen sind, genau drei unterschiedliche Gänge zwischen jeder der Antriebswelle und der Abtriebswelle zu schalten.
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Eine derartige Ausgestaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes hat dabei den Vorteil, dass hierdurch ein kompakt bauendes Getriebe verwirklicht werden kann, mittels welchem eine geeignete Einbindung von zwei Antriebsmaschinen und hier insbesondere von zwei Elektromaschinen möglich ist. Dies kann hierbei mit einer im Vergleich zum Stand der Technik niedrigen Anzahl an Schaltelementen realisiert werden, wobei bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe trotz der niedrigeren Anzahl an Schaltelementen drei unterschiedliche Gänge dargestellt werden können, die für beide angebundene Antriebsmaschinen nutzbar sind. Bei einzelnen dieser Gänge ist aber zur Verbesserung der Effizienz auch die Einbindung von nur einer der beiden Antriebsmaschinen möglich.
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So kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe so betrieben werden, dass ein erster Gang zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet wird, indem das erste Schaltelement geschlossen wird. In diesem Fall ist dann auch nur die an der ersten Antriebswelle angebundene, erste Antriebsmaschine eingebunden, während die zweite Antriebsmaschine abgekoppelt ist. Der erste Gang kann aber auch zusätzlich durch die mit der zweiten Antriebswelle gekoppelten Antriebsmaschine genutzt werden, indem der erste Gang gleichzeitig auch zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet wird. Dazu wird zusätzlich zu dem ersten Schaltelement auch noch das vierte Schaltelement geschlossen, wodurch dann beide Antriebswellen und damit auch beide an den Antriebswellen angebundene Antriebsmaschine jeweils mit der Abtriebswelle gekoppelt sind.
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Ein zweiter Gang kann zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet werden, indem das zweite Schaltelement geschlossen wird. Im verbauten Zustand des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes ist dann dementsprechend erneut lediglich die erste, an der ersten Antriebswelle angebundene Antriebsmaschine mit der Abtriebswelle gekoppelt, während die zweite Antriebsmaschine abgekoppelt ist. Auch der zweite Gang kann aber für beide Antriebsmaschinen gleichzeitig genutzt werden, wozu zusätzlich zu dem zweiten Schaltelement noch das vierte Schaltelement geschlossen wird.
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Schließlich kann noch in einem dritten Gang eine Einbindung der beiden Antriebsmaschinen realisiert werden, indem beide Antriebswellen gleichzeitig jeweils mit der Abtriebswelle gekoppelt werden. Dazu werden das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement gleichzeitig geschlossen.
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Im Rahmen der Erfindung kann ein Schalten zwischen den drei Gängen insbesondere ohne Zugkraftunterbrechung realisiert werden: so kann im Zuge eines Gangwechsels von dem zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen, ersten Gang in den zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen, zweiten Gang ein Stützen der Zugkraft vorgenommen werden, indem das dritte Schaltelement während des Gangwechsels geschlossen wird. Dadurch kann das Stützen der Zugkraft über die an der zweiten Antriebswelle angebundene Antriebsmaschine während des für den Gangwechsel notwendigen Umschaltens zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement verwirklicht werden.
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Alternativ oder ergänzend dazu kann das Stützen der Zugkraft auch im Zuge eines Gangwechsels von dem zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen, zweiten Gang in den zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen, dritten Gang vorgenommen werden. Auch hier wird dazu das dritte Schaltelement geschlossen, wodurch die an der zweiten Antriebswelle angebundenen Antriebsmaschine eingebunden ist und beim Umschalten zwischen dem zweiten Schaltelement und dem vierten Schaltelement die Zugkraft stützen kann.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schaltelemente zumindest funktional als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt, wobei sie besonders bevorzugt nach Art unsynchronisierter 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. Besonders bevorzugt sind aber das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement zumindest von der Funktion her als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt.
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In Weiterbildung der Erfindung sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement durch eine Schalteinrichtung gebildet, deren Koppelelement in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung positioniert werden kann. Das Koppelelement bildet in der ersten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des ersten Schaltelements ab und setzt das erste Element des zweiten Planetenradsatzes fest. In der zweiten Schaltstellung bildet das Koppelelement funktional einen betätigten Zustand des zweiten Schaltelements ab und verbindet zwei der Elemente des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander. 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. Zudem kann hierdurch ein gemeinsamer Aktuator zur Betätigung des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements zur Anwendung kommen, wodurch der Herstellungsaufwand reduziert wird. Besonders bevorzugt kann das Koppelelement zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung in einer zwischenliegenden Neutralstellung positioniert werden, wobei in dieser Neutralstellung keine Koppelung über das Koppelelement vorgenommen ist, also ein geöffneter Zustand des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements dargestellt wird.
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Das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement liegen hingegen bevorzugt jeweils als Einzelschaltelemente vor, deren jeweiliger geschlossener Zustand insbesondere über je ein zugehöriges Koppelelement mittels eines zugehörigen Aktuators herbeigeführt werden kann.
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Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung verbindet das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement im geschlossenen Zustand das erste Element und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander. Alternativ dazu werden im geschlossenen Zustand des zumindest funktional vorgesehenen, zweiten Schaltelements das erste Element und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung gebracht. Weiter alternativ verbindet das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement in seinem geschlossenen Zustand das zweite Element und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander. In vorteilhafter Weise wird bei allen drei vorgenannten Varianten jeweils ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes und damit dessen Blockumlauf erreicht.
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Es ist eine Ausführungsform der Erfindung, dass die Planetenradsätze axial auf Anschlussstellen, welche jeweils der jeweiligen Koppelung der jeweiligen Antriebswelle mit der zugehörigen Antriebsmaschine dienen, axial in einer Reihenfolge erster Planetenradsatz und zweiter Planetenradsatz angeordnet sind. In Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das erste Schaltelement axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Alternativ, bevorzugt aber ergänzend dazu ist das dritte Schaltelement axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes angeordnet, wobei weiter alternativ oder ergänzend zu den vorgenannten Varianten das vierte Schaltelement axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes platziert ist. Zudem kann auch das zweite Schaltelement axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes platziert sein.
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Besonders bevorzugt sind dabei alle vier vorgenannten Varianten gemeinsam verwirklicht, so dass die vier, zumindest funktional vorgesehenen Schaltelemente alle axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes vorgesehen sind. Hierbei ist das vierte Schaltelement axial benachbart zu dem ersten Planetenradsatz angeordnet ist, wobei auf das vierte Schaltelement dann axial zunächst das dritte Schaltelement, dann das zweite Schaltelement und schließlich das erste Schaltelement folgen. Alternativ dazu ist das vierte Schaltelement axial benachbart zu dem ersten Planetenradsatz angeordnet, wobei auf das vierte Schaltelement dann axial zunächst das zweite Schaltelement, dann das dritte Schaltelement und schließlich das erste Schaltelement folgen.
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Das zweite Schaltelement kann aber auch axial auf einer dem ersten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes platziert sein. Bei Kombination dieser Variante mit der bevorzugten Anordnung des ersten, dritten und vierten Schaltelements ist das vierte Schaltelement axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes angeordnet, wobei und hier darauf dann axial zunächst das dritte Schaltelement und schließlich das erste Schaltelement folgen. Das zweite Schaltelement ist axial benachbart zu dem zweiten Planetenradsatz auf einer dem ersten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes angeordnet.
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Gegenstand der Erfindung ist zudem eine Antriebseinheit, die neben einer ersten Elektromaschine und einer zweiten Elektromaschine ein Kraftfahrzeuggetriebe gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Varianten aufweist. Dabei ist ein Rotor der ersten Elektromaschine mit der ersten Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt, während ein Rotor der zweiten Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle gekoppelt ist. Die jeweilige Elektromaschine kann dabei im Rahmen der Erfindung insbesondere jeweils zum einen als Generator sowie zum anderen als Elektromotor betrieben werden. Hierdurch kann eine Antriebseinheit geschaffen werden, welche für die Anwendung bei einem Kraftfahrzeug in Form eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges geeignet ist. Dabei können die beiden Elektromaschinen von ihrer Leistung her gleich dimensioniert sein, wobei aber bevorzugt die zweite Elektromaschine von ihrer Leistung her kleiner ausgeführt ist, als die erste Elektromaschine.
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Besonders bevorzugt ist die erste Elektromaschine koaxial zu der ersten Antriebswelle angeordnet und der Rotor der ersten Elektromaschine drehfest mit der ersten Antriebswelle verbunden. Hierdurch laufen die erste Antriebswelle und der Rotor der ersten Elektromaschine im Betrieb unter derselben Drehzahl. Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, dass der Rotor der ersten Elektromaschine mit der ersten Antriebswelle über mindestens eine Übersetzungsstufe gekoppelt ist.
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Alternativ bevorzugt aber ergänzend dazu ist bei einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit die zweite Elektromaschine insbesondere koaxial zu der zweiten Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes angeordnet, wobei der Rotor der zweiten Elektromaschine drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist. Dementsprechend weisen der Rotor der zweiten Elektromaschine und die zweite Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes im Betrieb dieselbe Drehzahl auch. Alternativ dazu könnten der Rotor der zweiten Elektromaschine und die zweite Antriebswelle aber auch über mindestens eine zwischenliegende Übersetzungsstufe miteinander gekoppelt sein.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der erste Planetenradsatz und/oder der zweite Planetenradsatz des Kraftfahrzeuggetriebes axial zumindest teilweise überdeckend mit sowie radial innenliegend zu dem Rotor der ersten Elektromaschine angeordnet. Hierdurch kann ein geschachtelter und damit auch kompakter Aufbau der Antriebseinheit realisiert werden. Besonders bevorzugt sind dabei beide Planetenradsätze gemeinsam axial auf Höhe des Rotors der ersten Elektromaschine sowie radial innen liegend zu diesem platziert.
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Alternativ, bevorzugt aber ergänzend dazu ist das zumindest funktional vorgesehene erste Schaltelement und/oder das zumindest funktional vorgesehene zweite Schaltelement und/oder das zumindest funktional vorgesehene dritte Schaltelement und/oder das zumindest funktional vorgesehene vierte Schaltelement jeweils axial zumindest teilweise überdeckend mit sowie radial innenliegend zu dem Rotor der zweiten Elektromaschine angeordnet. Hierbei liegen zumindest das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement zumindest teilweise axial auf Höhe sowie radial innenliegend des Rotors der zweiten Elektromaschine. Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind dann aber alle vier Schaltelemente zumindest teilweise axial überdeckend sowie radial innenliegend des Rotors der zweiten Elektromaschine vorgesehen. In vorteilhafter Weise kann hierdurch eine axiale Baulänge der Antriebseinheit und damit ein kompakter Aufbau verwirklicht werden.
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Eine entsprechend einer oder mehrerer der vorgenannten Varianten ausgeführte Antriebseinheit ist insbesondere Teil einer Antriebsachse, welche dabei für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug vorgesehen ist. Bevorzugt ist die Antriebseinheit dabei in einer Ebene mit Abtriebswellen angeordnet, die jeweils je mindestens einem Antriebsrad zugeordnet und mit der Abtriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt sind. In vorteilhafter Weise kann hierdurch ein kompakter Aufbau einer Antriebsachse mit der Antriebseinheit erreicht werden, wobei die Koppelung zwischen der Abtriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes und den Abtriebswellen der Antriebsachse insbesondere über ein Differentialgetriebe vollzogen ist.
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Mindestens eine derartige Antriebsachse ist im Rahmen der Erfindung bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug vorgesehen, bei welchem es sich um einen PKW oder um ein Nutzfahrzeug handeln kann. Ein Nutzfahrzeug kann dabei als zumindest teilweise elektrisch angetriebener Transporter oder leichter bis mittelschwerer Bus oder Lkw vorliegen.
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Dass zwei Bauelemente des Kraftfahrzeuggetriebes „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 Wellen und/oder Elemente der Planetenradsätze und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind unter einem festen Drehzahlverhältnis miteinander gekoppelt.
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Ist hingegen zumindest funktional ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent miteinander gekoppelt, sondern eine 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.
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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 Antriebeinheit des Elektrofahrzeugs aus 1, entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
- 4 eine schematische Ansicht einer Antriebseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
- 5 eine tabellarische Darstellung unterschiedlicher Funktionen der Antriebseinheiten aus den 2 bis 4.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Elektrofahrzeugs 1, bei welchem es sich insbesondere um ein Elektro-Nutzfahrzeug, wie beispielsweise einen Transporter, handeln kann. Neben einer lenkbaren, nicht angetriebenen Fahrzeugachse 2, verfügt das Elektrofahrzeug 1 noch über eine Antriebsachse 3, bei welcher über eine Antriebseinheit 4 mittels Abtriebswellen 5 und 6 Antriebsräder 7 und 8 angetrieben werden können. 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.
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In 2 ist die Antriebseinheit 4 aus 1 nun näher im Detail dargestellt, wobei die Antriebseinheit 4 dabei gemäß einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung realisiert ist. Dabei setzt sich die Antriebseinheit 4 aus einem Kraftfahrzeuggetriebe 9 und zwei Elektromaschinen 10 und 11 zusammen, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe 9 hierbei entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet ist. Die beiden Elektromaschinen 10 und 11 sind auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise jeweils durch je einen Stator 12 bzw. 13 und je einen Rotor 14 bzw. 15 gebildet, wobei die einzelne Elektromaschine 10 bzw. 11 dabei zum einen als Generator sowie zum anderen als Elektromotor betrieben werden kann.
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Das Kraftfahrzeuggetriebe 9 umfasst eine erste Antriebswelle 16, eine zweite Antriebswelle 17, eine Abtriebswelle 18 sowie zwei Planetenradsätze P1 und P2, die sich jeweils aus je einem ersten Element E11 bzw. E12, je einem zweiten Element E21 bzw. E22 sowie je einem dritten Element E31 bzw. E32 zusammensetzen. Dabei handelt es sich bei dem jeweiligen ersten Element E11 bzw. E12 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 um ein jeweiliges Sonnenrad, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 als ein jeweiliger Planetensteg ausgeführt ist. Zudem liegt das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 als ein jeweiliges Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 vor.
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In dem jeweiligen Planetensteg des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 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 im Zahneingriff steht. Insofern sind die Planetenradsätze P1 und P2 vorliegend als Minus-Planetensätze ausgeführt. Im Rahmen der Erfindung kommt aber auch eine Ausführung eines oder beider Planetenradsätze P1 und P2 als Plus-Planetensatz infrage, wozu im Vergleich zu der jeweiligen Ausführung als Minus-Planetensatz das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 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.
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Vorliegend ist das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit der ersten Antriebswelle 16 verbunden, welche zudem an einer Anschlussstelle 19 drehfest mit dem Rotor 14 der Elektromaschine 10 in Verbindung steht. Insofern sind auch das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und der Rotor 14 über die erste Antriebswelle 16 drehfest miteinander verbunden, wodurch das erste Element E11 und der Rotor 14 stets unter derselben Drehzahl rotieren. Im Rahmen der Erfindung kann die erste Antriebswelle 16 dabei einstückig mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und/oder mit dem Rotor 14 der Elektromaschine 10 ausgebildet sein.
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Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist permanent drehfest mit einem ständig festgesetzten, drehfesten Bauelement 20 verbunden, bei welchem es sich um ein Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes 9, einen Teil des Getriebegehäuses oder ein hiermit drehfest verbundene Komponente handelt. In dem Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes 9 sind dabei neben Komponenten des Kraftfahrzeuggetriebes 9 bevorzugt auch die beiden Elektromaschinen 10 und 11 aufgenommen. Aufgrund der permanent drehfesten Verbindung des dritten Elements E31 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem drehfesten Bauelement 20 ist das dritte Element E31 ständig an einer Drehbewegung gehindert.
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Wie in 2 zu erkennen ist, ist die zweite Antriebswelle 17 drehfest mit dem Rotor 15 der Elektromaschine 11 verbunden, so dass die zweite Antriebswelle 17 und der Rotor 15 stets unter derselben Drehzahl rotieren. Die drehfeste Verbindung ist dabei an einer Anschlussstelle 21 der zweiten Antriebswelle 17 hergestellt, wobei die zweite Antriebswelle 17 und der Rotor 15 der Elektromaschine 11 im Rahmen der Erfindung dabei auch einstückig ausgebildet sein können. Die Abtriebswelle 18 ist drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, wobei die Abtriebswelle 18 insbesondere ferner an einer Anschlussstelle 22 mit einem - vorliegend nicht gezeigten - Differentialradsatz eines Differentialgetriebes verbunden ist, über welches auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise eine über die Abtriebswelle 18 eingeleitete Antriebsleistung auf die beiden Abtriebswellen 5 und 6 der Antriebsachse 3 aufgeteilt wird.
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Zudem stehen das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung, wobei diese Verbindung über eine Welle 23 hergestellt ist. Ferner ist noch das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit einer Welle 24 verbunden.
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Das Kraftfahrzeuggetriebe 9 verfügt über mehrere Schaltelemente A, B, C und D, die jeweils als formschlüssige Schaltelemente in Form unsynchronisierte Klauenschaltelemente konzipiert sind. Während die Schaltelemente C und D dabei als Einzelschaltelemente vorliegen, ist die Funktion der Schaltelemente A und B durch eine Schalteinrichtung 25 abgebildet. Diese Schalteinrichtung 25 verfügt dabei über ein Koppelelement 26, welches nach Art einer Schiebemuffe ausgebildet ist und über einen zugehörigen - vorliegend nicht gezeigten - Stellaktuator neben einer Neutralstellung axial in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegt werden. Bei dem Stellaktuator handelt es sich dabei bevorzugt um einen elektromechanischen Aktuator. In der ersten Schaltstellung des Koppelelements 26 wird von der Funktion her ein betätigter Zustand des Schaltelements A dargestellt, in welchem die Welle 24 und damit auch das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit dem drehfesten Bauelement 20 verbunden und dementsprechend festgesetzt ist. In der Folge sind das das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und die Welle 24 im geschlossenen Zustand des Schaltelements A an einer Drehbewegung gehindert.
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In der zweiten Schaltstellung des Koppelelements 26 wird hingegen der betätigte Zustand des Schaltelements B abgebildet, bei welchem die Welle 24 drehfest mit der Abtriebswelle 18 verbunden ist. Dadurch stehen das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander in Verbindung, was ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 bedeutet.
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Auch dem als Einzelschaltelement vorliegenden Schaltelement C ist ein Koppelelement 27 zugeordnet, welches über einen - ebenfalls nicht gezeigten - Stellaktuator neben einer Neutralstellung in eine Schaltstellung überführt werden kann, in der das Koppelelement 27 den geschlossenen Zustand des Schaltelements C darstellt. In diesem geschlossenen Zustand ist die zweite Antriebswelle 17 drehfest mit der Welle 24 und damit auch dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, was eine gemeinsame Rotation der zweiten Antriebswelle 17, der Welle 24 und des ersten Elements E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 zur Folge hat.
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Ebenso verfügt auch das Schaltelement D, welches als Einzelschaltelement ausgeführt ist, über ein Koppelelement 28, das als Schiebemuffe gestaltet ist und über einen - in 2 nicht gezeigten - Stellaktuator zwischen einer Neutralstellung und einer Schaltstellung bewegt werden kann. In der Schaltstellung wird über das Koppelelement 28 dabei ein geschlossener Zustand des Schaltelements D dargestellt, bei welchem die erste Antriebswelle 16 drehfest mit der zweiten Antriebswelle 17 verbunden ist.
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Wie in 2 zu erkennen ist, sind die erste Antriebswelle 16, die zweite Antriebswelle 17, die Abtriebswelle 18 und auch die beiden Planetenradsätze P1 und P2 koaxial zueinander liegend angeordnet, wobei ferner neben der Welle 23 und der Welle 24 auch die beiden Elektromaschinen 10 und 11 koaxial hierzu platziert sind. Dabei ist die Elektromaschine 11 axial auf Höhe der Anschlussstelle 21 der zweiten Antriebswelle 17 angeordnet, auf welche axial zunächst die Anschlussstelle 19 der ersten Antriebswelle 16, dann der erste Planetenradsatz P1, im Folgenden der zweite Planetenradsatz P2 und schließlich die Anschlussstelle 22 der Abtriebswelle 18 folgen. Die Elektromaschine 10 ist dabei axial im Wesentlichen in einer Ebene mit dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 platziert, wobei beide Planetenradsätze P1 und P2 hierbei radial innen liegend der Elektromaschine 10 vorgesehen ist.
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Die Schalteinrichtung 25 ist axial auf einer der Anschlussstelle 19 abgewandt liegenden Seite der Anschlussstelle 21 vorgesehen, wobei die Schalteinrichtung 25 dabei an einem axialen Ende des Kraftfahrzeuggetriebes 9 neben der Elektromaschine 11 liegend angeordnet ist. Dagegen sind das Schaltelement C und das Schaltelement D axial zwischen der Schalteinrichtung 25 und der Anschlussstelle 19 platziert, wobei die beiden Schaltelemente C und D dabei axial überdeckend mit der Elektromaschine 11 sowie radial innen liegend zu dieser vorgesehen sind. Die Anschlussstelle 21 ist hierbei axial zwischen den beiden Schaltelementen C und D angeordnet.
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Während die Abtriebswelle 18 im Wesentlichen als Vollwelle ausgeführt ist und sich axial im Wesentlichen über die komplette axiale Baulänge des Kraftfahrzeuggetriebes 9 erstreckt, sind die erste Antriebswelle 16, die zweite Antriebswelle 17 und die beiden Wellen 23 und 24 als Hohlwellen gestaltet. Dabei verläuft die erste Antriebswelle 16 lediglich axial zwischen dem Schaltelement D und dem ersten Planetenradsatz P1 und erstreckt sich ausgehend von dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 nach radial außen bis zu der Elektromaschine 10, während die Welle 23 axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 verläuft. Die Welle 24 erstreckt sich axial ausgehend von der Schalteinrichtung 25 radial innen liegend zu dem ersten Planetenradsatz P1 bis zum zweiten Planetenradsatz P2. Die zweite Antriebswelle 17 ist hingegen als im Wesentlichen radiales Verbindungsstück ausgeführt, über welches der Rotor 15 der Elektromaschine 11 mit den beiden Schaltelementen C und D in Verbindung steht.
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Aus 3 geht eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit 4' entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor, wobei diese Antriebseinheit 4` dabei alternativ zu der Antriebseinheit 4 aus 2 bei dem Elektrofahrzeug 1 aus 1 zur Anwendung kommen kann. Dabei entspricht diese Antriebseinheit 4` weitestgehend der Variante aus 2, mit dem Unterschied, dass bei einem Kraftfahrzeuggetriebe 9` der Antriebseinheit 4' ein Koppelelement 26` einer Schalteinrichtung 25`, welche die Funktion der Schaltelemente A und B abbildet, in einer Schaltstellung den betätigten Zustand des Schaltelements B darstellt und hierbei eine Welle 23` drehfest mit einer Welle 24' verbindet. Analog zu der Variante nach 2 stellt die Welle 23` eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 her, während die Welle 24` drehfest mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden ist. Dementsprechend wird bei dem betätigten Zustand des Schaltelements B auch eine drehfeste Verbindung des ersten Elements E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 und damit ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 hervorgerufen.
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Die Welle 24` verläuft als Vollwelle axial zwischen der Schalteinrichtung 25' und dem zweiten Planetenradsatz P2, wobei sich die Welle 23` ebenfalls axial zwischen der Schalteinrichtung 25' und dem zweiten Planetenradsatz P2 erstreckt und hierbei als Hohlwelle radial umliegend zu der Welle 24` angeordnet ist. Eine Abtriebswelle 18' des Kraftfahrzeuggetriebes 9' verläuft axial nun noch lediglich zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und der Anschlussstelle 22. Schließlich ist nun auch die Schalteinrichtung 25' axial auf Höhe sowie radial innenliegend der Elektromaschine 11 platziert, so dass nun alle Schaltelemente A, B, C und D radial innenliegend sowie axial auf Höhe der Elektromaschine 11 vorgesehen sind. Dabei ist das als Einzelschaltelement vorliegende Schaltelement C axial zwischen den den Schaltelementen A und B jeweils zugeordneten Schaltstellungen des Koppelelements 26' positioniert, wozu das Koppelelement 26' axial verlängert ausgeführt ist. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 3 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Ferner zeigt 4 eine schematische Ansicht einer Antriebseinheit 4", die hierbei entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet ist. Auch diese Antriebseinheit 4" kann dabei bei dem Elektrofahrzeug 1 in 1 anstelle der Antriebseinheit 4 zur Anwendung kommen und entspricht im Wesentlichen der Antriebseinheit 4 aus 2. Unterschiedlich ist hierbei, dass bei einem Kraftfahrzeuggetriebe 9" der Antriebseinheit 4" neben dem Schaltelement C und dem Schaltelement D nun auch die Schaltelemente A und B als Einzelschaltelemente ausgestaltet sind. Dabei ist dem Schaltelement A ein Koppelelement 29 zugeordnet, welches insbesondere als Schiebemuffe ausgeführt ist und über einen zugehörigen - vorliegend nicht gezeigten - Stellaktuator neben einer Neutralstellung in eine Schaltstellung überführt werden kann, in welcher der geschlossene Zustand des Schaltelements A dargestellt ist und eine Welle 24" an dem drehfesten Bauelement 20 festgesetzt ist. Die Welle 24" steht hierbei erneut drehfest mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 in Verbindung und verläuft axial zwischen dem Schaltelemente A und dem zweiten Planetenradsatz P2.
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Auch dem als Einzelschaltelement ausgestalteten Schaltelement B ist ein Koppelelement 30 zugeordnet, welches neben einer Neutralstellung in einer Schaltstellung überführt werden kann, in welcher das Koppelelement 30 den geschlossenen Zustand des Schaltelements B darstellt und dabei eine Abtriebswelle 18" des Kraftfahrzeuggetriebes 9" drehfest mit einer Welle 23" verbindet. Für die Überführung zwischen der Neutralstellung und der Schaltstellung steht das Koppelelement 30 bevorzugt mit einem zugehörigen Stellaktuator in Verbindung, welcher vorliegend allerdings nicht dargestellt ist.
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Die Abtriebswelle 18" ist erneut drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und verläuft axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und der Anschlussstelle 22. Über die Welle 23" sind das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander verbunden, wozu die Welle 23" als Hohlwelle gestaltet ist. Der geschlossene Zustand des Schaltelements B hat dementsprechend auch eine drehfeste Verbindung des zweiten Elements E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und des dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 zur Folge, so dass ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 hervorgerufen wird. Während das Schaltelement A nach wie vor axial auf einer der Anschlussstelle 19 abgewandt liegenden Seite der Anschlussstelle 21 und hierbei axial benachbart zu der Elektromaschine 11 platziert ist, liegt das Schaltelement B nun axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und der Anschlussstelle 22. Hierbei kann das Schaltelement B axial überdeckend mit der Elektromaschine 10 platziert sein, wobei das Schaltelement B radial innenliegend zu der Elektromaschine 10 angeordnet ist.
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Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 4 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Schließlich geht noch aus 5 eine tabellarische Übersicht unterschiedlicher Funktionen I bis V hervor, welche über die Antriebseinheiten 4, 4', 4" aus den 2 bis 4 jeweils dargestellt werden können. So ist bei der Funktion I ein erster Gang G1 geschaltet, wozu der geschlossene Zustand des Schaltelements A dargestellt wird. Dadurch ist das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 festgesetzt, was eine Koppelung der ersten Antriebswelle 16 über die beiden Planetenradsätze P1 und P2 mit der Abtriebswelle 18 bzw. 18' bzw. 18' zur Folge hat. Hierdurch steht der Gang G1 für die Elektromaschine 10 zur Verfügung, während die Elektromaschine 11 abgekoppelt ist. Durch das zusätzliche Schließen des Schaltelements D kann der Gang G1 aber auch im Rahmen der Funktion II für die Elektromaschine 11 nutzbar gemacht werden, indem das Schaltelement D bei Betätigung die beiden Antriebswellen 16 und 17 drehfest miteinander verbindet. In der Folge erfolgt in dem Gang G1 dann eine Einbindung beider Elektromaschinen 10 und 11.
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Bei der Funktion III wird hingegen ein zweiter Gang G2 geschaltet, indem das Schaltelement B geschlossen und dementsprechend ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 erzeugt wird. Dadurch ist die erste Antriebswelle 16 dann über den ersten Planetenradsatz P1 und den verblockten, zweiten Planetenradsatz P2 mit der Abtriebswelle 18 bzw. 18' bzw. 18'' gekoppelt, während die zweite Antriebswelle 17 hiervon entkoppelt und damit auch die Elektromaschine 11 abgekoppelt ist. Im Rahmen der Funktion III steht daher der Gang G2 alleine für die Elektromaschine 10 zur Verfügung, wobei die Elektromaschine 11 aber bei der Funktion IV zusätzlich im Gang G2 zugeschaltet werden kann, indem zusätzlich zu Schaltelement B nun auch das Schaltelement D geschlossen wird. Denn hierdurch sind erneut die beiden Antriebswellen 16 und 17 drehfest miteinander verbunden, wodurch auch die Elektromaschine 11 über den ersten Planetenradsatz P1 und den verblockten, zweiten Planetenradsatz P2 im Gang G2 mit der Abtriebswelle 18 bzw. 18' bzw. 18'' gekoppelt ist.
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Dagegen wird im Rahmen der Funktion V ein Gang G3 des jeweiligen Kraftfahrzeuggetriebes 9 bzw. 9' bzw. 9'' geschaltet, indem die Schaltelemente C und D gleichzeitig geschlossen werden. Dadurch sind die beiden Antriebswellen 16 und 17 gemeinsam über beide Planetenradsätze P1 und P2 mit der Abtriebswelle 18 bzw. 18' bzw. 18" gekoppelt, indem zum einen die beiden Antriebswellen 16 und 17 drehfest miteinander verbunden sind sowie zum anderen die Welle 24 bzw. 24' bzw. 24'' drehfest mit der zweiten Antriebswelle 17 in Verbindung steht. Dementsprechend sind im Gang G3 auch beide Elektromaschinen 10 und 11 eingebunden.
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Ein Schalten zwischen den Gängen G1 bis G3 kann bei der Antriebseinheit 4 ohne Zugkraftunterbrechung vorgenommen werden. So kann aus der Funktion I und damit dem Gang G1 heraus bezüglich der ersten Antriebswelle 16 und damit auch der Elektromaschine 10 lastfrei in die Funktion III übergegangen und damit in den zweiten Gang G2 geschaltet werden, indem das Schaltelement C geschlossen und ein Stützen der Zugkraft über die Elektromaschine 11 vollzogen wird, während ein Öffnen des Schaltelements A und darauffolgend ein Synchronisieren und Schließen des Schaltelements B vorgenommen wird.
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Ebenso kann auch unter Last aus der Funktion III und dem Gang G2 in die Funktion V und damit den Gang G3 gewechselt werden, wozu erneut das Schaltelement C geschlossen wird. Dadurch kann ein Stützen der Zugkraft über die Elektromaschine 11 vorgenommen werden, während ein Öffnen des Schaltelements B und hierauf folgend ein Synchronisieren und Schließen des Schaltelements D durchgeführt wird.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eines Kraftfahrzeuggetriebes kann mit einer niedrigeren Anzahl an Schaltelementen eine geeignete Einbindung zweier Elektromaschinen verwirklicht werden.
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Bezugszeichen
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- 1
- Elektrofahrzeug
- 2
- Fahrzeugachse
- 3
- Antriebsachse
- 4, 4', 4"
- Antriebseinheit
- 5
- Abtriebswelle
- 6
- Abtriebswelle
- 7
- Antriebsrad
- 8
- Antriebsrad
- 9, 9', 9''
- Kraftfahrzeuggetriebe
- 10
- Elektromaschine
- 11
- Elektromaschine
- 12
- Stator
- 13
- Stator
- 14
- Rotor
- 15
- Rotor
- 16
- Antriebswelle
- 17
- Antriebswelle
- 18, 18', 18"
- Abtriebswelle
- 19
- Anschlussstelle
- 20
- drehfestes Bauelement
- 21
- Anschlussstelle
- 22
- Anschlussstelle
- 23
- Welle
- 24
- Welle
- 25, 25'
- Schalteinrichtung
- 26, 26`
- Koppelelement
- 27
- Koppelelement
- 28
- Koppelelement
- 29
- Koppelelement
- 30
- Koppelelement
- P1
- Erster Planetenradsatz
- P2
- Zweiter 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
- A
- Schaltelement
- B
- Schaltelement
- C
- Schaltelement
- D
- Schaltelement
- G1
- Gang
- G2
- Gang
- G3
- Gang
- I bis V
- Funktionen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019214986 A1 [0003]