DE102022209061A1

DE102022209061A1 - Kraftfahrzeuggetriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022209061A1
Application number: DE102022209061.6A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kaltenbach; Thomas Martin; Johannes GLÜCKLER; Kai Bornträger; Stefan Renner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe (9), umfassend eine Antriebswelle (13), eine Abtriebswelle (14) sowie einen ersten Planetenradsatz (P1), einen zweiten Planetenradsatz (P2) und einen dritten Planetenradsatz (P3), wobei die Antriebswelle (13) für eine Koppelung mit einer Antriebsmaschine vorgesehen ist. Zudem sind zumindest funktional ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B) und ein drittes Schaltelement (C) vorgesehen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit (4), eine Antriebsachse (3), ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuggetriebes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle sowie einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz, wobei die Antriebswelle für eine Koppelung mit einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Elektromaschine, vorgesehen ist, wobei der erste Planetenradsatz, der zweite Planetenradsatz und der dritte 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 und ein drittes Schaltelement vorgesehen sind, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung stehen, und wobei das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden ist. 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.
Bei als Elektro- oder 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.
Aus der DE 10 2017 006 262 A1 geht ein Kraftfahrzeuggetriebe hervor, welches für die Anwendung bei einem Elektrofahrzeug vorgesehen ist. Dabei umfasst dieses Kraftfahrzeuggetriebe neben einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle drei Planetenradsätze, die sich jeweils aus Elementen in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetenstegs und je eines Hohlrades zusammensetzen. Im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes dient die Antriebswelle dabei einer Anbindung an eine vorgeschaltete Elektromaschine. Zudem verfügt das Kraftfahrzeuggetriebe über drei Schaltelemente, die als kraftschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind und durch deren selektive Betätigung eine jeweilige Kraftflussführung von der Antriebswelle über die Planetenradsätze mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen auf die Abtriebswelle dargestellt werden kann.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein möglichst kompakt bauendes Kraftfahrzeuggetriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug zu schaffen, wobei für eine geeignete Einbindung einer Antriebsmaschine zumindest drei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes realisierbar sein sollen.
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 10 und 11. Ferner betreffen die Ansprüche 12 und 13 jeweils eine Antriebsachse für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, während Anspruch 14 ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug zum Gegenstand hat. Schließlich betrifft noch Anspruch 15 ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes.
Gemäß der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeuggetriebe eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle sowie einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz. Die Antriebswelle ist für eine Koppelung mit einer Antriebsmaschine vorgesehen, bei welcher es sich insbesondere um eine Elektromaschine handelt. Der erste Planetenradsatz, der zweite Planetenradsatz und der dritte 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, wobei zumindest funktional ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement und ein drittes Schaltelement vorgesehen sind. Zudem ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Antriebswelle verbunden, während das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung stehen. Ferner ist das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden.
Unter einer „Welle“, wie der Antriebswelle oder der Abtriebswelle des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes, ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Kraftfahrzeuggetriebes 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. 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.
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.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe verfügt über eine Antriebswelle, die bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe dafür vorgesehen ist, eine antriebsseitige Koppelung zu einer Antriebsmaschine herzustellen. Besonders bevorzugt dient diese Antriebswelle dabei der Anbindung von genau einer Antriebsmaschine. Dazu ist die Antriebswelle insbesondere mit einer Anschlussstelle ausgestattet, an welcher eine Koppelung der Antriebswelle mit der Antriebsmaschine ausgebildet werden kann. Die Anbindung der Antriebsmaschine an die Anschlussstelle der Antriebswelle ist im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes insbesondere als drehfeste Verbindung permanent vorgenommen, bevorzugt dann, wenn die Antriebsmaschine als Elektromaschine ausgeführt ist. Alternativ dazu kann aber auch ein zwischenliegendes Anfahrelement, wie beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine Anfahrkupplung, etc., vorgesehen sein, über welches die Antriebswelle an ihrer Anschlussstelle mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine gekoppelt werden kann bzw. ist. Dies wird hierbei insbesondere dann realisiert, wenn die Antriebsmaschine als Brennkraftmaschine konzipiert ist.
Bei hergestellter Koppelung und im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes herrscht zwischen einer Drehzahl der Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes und einer Drehzahl der Antriebsmaschine insbesondere stets ein festes Drehzahlverhältnis vor. 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 bei hergestellter Koppelung 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 Hybrid- oder Elektrofahrzeuggetriebe, welches dafür vorgesehen ist, an der Antriebswelle mit einer Antriebsmaschine in Form einer Elektromaschine verbunden zu werden. Ein Rotor der Elektromaschine kann dabei, wie vorstehend beschrieben, über mindestens eine zwischenliegende Übersetzungsstufe mit der Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt sein. Besonders bevorzugt ist ein Rotor der Elektromaschine im verbauten Zustand des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes aber drehfest mit der Antriebswelle verbunden, so dass der Rotor der Elektromaschine drehfest mit der Antriebswelle in Verbindung steht.
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 Antriebswelle und der Abtriebswelle liegt. Je nach konkreter Einbindung des Kraftfahrzeuggetriebes in einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges kann der Differenzialradsatz hierbei als Längs- oder Querdifferential konzipiert sein. Die Koppelung der Abtriebswelle mit einem nachgeschalteten Differentialradsatz kann dabei unmittelbar oder mittelbar über eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen, wie beispielsweise Stirnrad- oder Planetenstufen, verwirklicht sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle insbesondere koaxial zueinander liegend angeordnet, wobei weiter bevorzugt auch die Planetenradsätze koaxial zu der Antriebswelle und der Abtriebswelle 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. Wie vorstehend bereits beschrieben, sind im Sinne der Erfindung aber bevorzugt alle drei Planetenradsätze als Minus-Planetensätze ausgeführt. Besonders bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe genau drei Planetenradsätze vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe verfügt zumindest funktional über ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement und ein drittes Schaltelement, durch deren selektive Betätigung insbesondere unterschiedliche Gänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle dargestellt werden können. Dabei sind bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe bevorzugt von der Funktion her genau drei Schaltelemente vorgesehen, wobei über diese Schaltelemente zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle dann insbesondere genau drei unterschiedliche Gänge schaltbar sind. Prinzipiell könnten aber im Rahmen der Erfindung neben dem ersten Schaltelement, dem zweiten Schaltelement und dem dritten 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 zweite Element des dritten Planetenradsatzes festgesetzt ist. Ferner stehen das dritte Element des dritten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung und sind drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Das zumindest funktional vorgesehene, erste Schaltelement ist dazu eingerichtet, im geschlossenen Zustand das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes zu verbinden, während das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement dazu eingerichtet ist, im geschlossenen Zustand das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes festzusetzen. Zudem ist das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement entweder dazu eingerichtet, im geschlossenen Zustand zwei der Elemente des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander zu verbinden, wobei das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement alternativ hierzu dazu ausgestaltet ist, im geschlossenen Zustand das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes festzusetzen.
Dementsprechend stehen bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe also das erste Element des ersten Planetenradsatzes und die Antriebswelle permanent drehfest miteinander in Verbindung, wodurch die Antriebswelle und das erste Element des ersten Planetenradsatzes stets gemeinsam rotieren. Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes steht permanent drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung, so dass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes ständig eine gemeinsame Rotation ausführen. Ebenso sind das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes permanent drehfest miteinander verbunden, wodurch das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes stets gemeinsam rotieren. Das zweite Element des dritten Planetenradsatzes ist permanent festgesetzt und damit ständig an einer Drehbewegung gehindert. Des Weiteren stehen das dritte Element des dritten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung und sind zudem drehfest mit der Abtriebswelle verbunden, was stets eine gemeinsame Rotation des dritten Elements des dritten Planetenradsatzes, des zweiten Elements des zweiten Planetenradsatzes und der Abtriebswelle bedeutet.
Die jeweilige drehfeste Verbindung zwischen Elementen der Planetenradsätze sind bevorzugt jeweils über je eine zwischenliegende Welle realisiert, wobei die jeweilige Welle dabei einstückig mit einem bzw. auch beiden hierüber drehfest verbundenen Komponenten ausgeführt sein kann. Letzteres ist insbesondere dann verwirklicht, wenn die permanent miteinander verbundenen Komponenten räumlich dicht beieinanderliegend angeordnet sind. Auch die jeweilige drehfeste Verbindung der Antriebswelle und der Abtriebswelle mit dem jeweils zugehörigen Element des jeweiligen Planetenradsatzes kann im Rahmen der Erfindung in Form einer drehfesten Verbindung von Einzelkomponenten verwirklicht sein, d.h. die jeweilige Welle und das jeweilige Element des jeweiligen Planetenradsatzes liegen als separate Komponenten vor, die drehfest miteinander in Verbindung stehen. Alternativ dazu kommt aber auch eine einstückige Ausführung der jeweiligen Welle, also der Antriebswelle bzw. der Abtriebswelle, und des hiermit drehfest verbundenen Elements des jeweiligen Planetenradsatzes infrage.
Ein Schließen des zumindest funktional vorgesehenen, ersten Schaltelements hat eine drehfeste Verbindung des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes zur Folge, so dass das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes, das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des dritten Planetenradsatzes im Folgenden gemeinsam rotieren. Wird hingegen das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt, so wird das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes festgesetzt, wodurch das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes dann an einer Drehbewegung gehindert ist. Bei einer ersten Variante der Erfindung sorgt das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement im geschlossenen Zustand für eine drehfeste Verbindung von zwei der Elemente des zweiten Planetenradsatzes, was einen Blockumlauf und damit ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes zur Folge hat. Alternativ dazu sorgt das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement bei Betätigung für ein Festsetzen des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes und des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes.
Der permanent festgesetzte Zustand des zweiten Elements des dritten Planetenradsatzes und das Festsetzen des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes über das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement sowie ggf. das Festsetzen des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes und des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes über das zumindest funktional vorgesehene, dritte 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 zweite Element des dritten Planetenradsatzes kann hierbei auch einstückig mit dem permanent festgesetzten Bauelement ausgeführt sein.
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 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.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes hat dabei den Vorteil, dass hierdurch ein kompakt bauendes Getriebe verwirklicht werden kann, mittels welchem eine geeignete Einbindung von einer Antriebsmaschine und hier insbesondere einer Elektromaschine möglich ist. Dies kann hierbei mit einer niedrigen Anzahl an zumindest funktional vorgesehenen Schaltelementen realisiert werden, wobei bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe dabei zumindest drei unterschiedliche Gänge dargestellt werden können, die durch die angebundene Antriebsmaschine nutzbar sind.
So kann bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe dadurch ein erster Gang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet werden, indem das erste Schaltelement geschlossen wird. Ein zweiter Gang wird zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle dadurch dargestellt, indem das zweite Schaltelement geschlossen wird, wobei sich ein dritter Gang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle dadurch ergibt, dass das dritte Schaltelement in seinen geschlossenen Zustand überführt wird. Der dritte Gang wird dabei entweder durch Verblocken des zweiten Planetenradsatzes oder aber durch Festsetzen des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes und des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes dargestellt, wobei im zweitgenannten Fall der erste Planetenradsatz und der dritte Planetenradsatz dann jeweils als Standgetriebe hintereinander geschaltet werden. Bevorzugt kann neben dem ersten Gang, dem zweiten Gang und dem dritten Gang noch ein Neutralzustand des Kraftfahrzeuggetriebes durch Betätigung keines der zumindest funktional vorgesehenen Schaltelemente dargestellt werden, wodurch die Antriebswelle und die Abtriebswelle voneinander entkoppelt sind und damit auch eine an der Antriebswelle angebundene Antriebsmaschine vom Abtrieb entkoppelt ist.
Sorgt das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement im geschlossenen Zustand für eine drehfeste Verbindung von zwei der Elemente des zweiten Planetenradsatzes, so kann das dritte Schaltelement im geschlossenen Zustand das zweite Element und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbinden. Alternativ dazu bringt das dritte Schaltelement im geschlossenen Zustand das erste Element und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung, wobei weiter alternativ dazu im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements das erste Element und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden sind. In allen drei vorgenannten Fällen wird dabei jeweils ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes und damit dessen Blockumlauf realisiert.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das einzelne Schaltelement zumindest funktional als formschlüssiges Schaltelemente ausgeführt, wobei das einzelne Schaltelement hierbei besonders bevorzugt nach Art eines unsynchronisierten Klauenschaltelements ausgebildet ist. Eine Ausführung des einzelnen Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement 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 und das dritte Schaltelement zumindest von der Funktion her als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt.
Bei Ausführung als formschlüssige Schaltelemente könnten das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement dabei durch eine Schalteinrichtung gebildet, deren Koppelelement in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung positioniert werden kann. Das Koppelelement bildet dabei in der ersten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des ersten Schaltelements ab und verbindet das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes. In der zweiten Schaltstellung bildet das Koppelelement funktional einen betätigten Zustand des zweiten Schaltelements ab und setzt das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes fest. 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 dabei 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 sowohl des ersten Schaltelements, als auch des zweiten Schaltelements dargestellt wird.
Sorgt das dritte Schaltelement im geschlossenen Zustand zudem für eine drehfeste Verbindung des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit entweder dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes oder dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes, so kann auch das dritte Schaltelement mit dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst sein. In diesem Fall kann ein Koppelelement dieser Schalteinrichtung dabei zusätzlich zu der ersten Schaltstellung der zweiten Schaltstellung noch in einer dritten Schaltstellung positioniert werden, in welcher das Koppelelement den geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements darstellt und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes bzw. dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindet. Dabei können neben den drei Schaltstellungen dann insbesondere zwei Neutralstellungen verwirklicht werden, in welchen keiner der geschlossenen Zustände der Schaltelemente verwirklicht ist.
Besonders bevorzugt liegen das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement jedoch jeweils als Einzelschaltelemente vor, die insbesondere unsynchronisiert sind und über je einen zugehörigen Stellaktuator betätigt werden können. Insbesondere ist dabei dem einzelnen Schaltelement je ein Koppelelement zugeordnet, welches bevorzugt als Schiebemuffe gestaltet ist und über den zugehörigen Stellaktuator neben einer Neutralstellung in je einer Schaltstellung positioniert werden kann, in welcher der geschlossene Zustand des je zugehörigen Schaltelements dargestellt ist.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind die Planetenradsätze axial auf eine Anschlussstelle, welche der Koppelung der Antriebswelle mit der Antriebsmaschine dient, axial in einer Reihenfolge erster Planetenradsatz, dann dritter Planetenradsatz und schließlich zweiter Planetenradsatz angeordnet. In Weiterbildung dieser Ausführungsform sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement axial zwischen dem dritten Planentenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz angeordnet, wobei das zweite Schaltelement hierbei besonders bevorzugt axial zwischen dem dritten Planetenradsatz und dem ersten Schaltelement platziert ist.
Alternativ oder ergänzend zu der vorgenannten Ausführungsform ist das im geschlossenen Zustand zwei der Elemente des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbindende, dritte Schaltelement axial zwischen dem dritten Planentenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz platziert. Dabei liegt das dritte Schaltelement insbesondere axial zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Planetenradsatz. Alternativ zu dieser Variante der Erfindung ist das im geschlossenen Zustand zwei der Elemente des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbindende, dritte Schaltelement axial auf einer dem dritten Planentenradsatz abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes angeordnet.
Sorgt das dritte Schaltelement hingegen im geschlossenen Zustand für das Festsetzen des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes und des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes, so ist das dritte Schaltelement axial auf einer dem dritten Planentenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Insbesondere liegt das dritte Schaltelement hierbei axial zwischen der Anschlussstelle der Antriebswelle und dem ersten Planetenradsatz.
Es ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, dass die Abtriebswelle mit einem Differentialradsatz gekoppelt ist. In Weiterbildung dieser Ausgestaltungsmöglichkeit steht die Abtriebswelle dabei drehfest mit einem Eingangselement des nachgeschalteten Differentialradsatzes in Verbindung, wobei es sich bei diesem Eingangselement hierbei bevorzugt um einen Differentialkorb des Differentialradsatzes handelt. Alternativ dazu kann die Abtriebswelle mit dem Eingangselement des nachgeschalteten Differentialradsatzes aber auch über eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen gekoppelt sein, welche als Stirnrad- und/oder Planetenstufen vorliegen können. Der Differentialradsatz kann dabei nach Art eines Kegelrad-Differentials, eines Planetenrad-Differentials, eines Stirnrad-Differentials oder eines Schraubenrad-Differentials gestaltet sein.
Gegenstand der Erfindung ist zudem eine Antriebseinheit, 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. Die Elektromaschine kann dabei im Rahmen der Erfindung insbesondere 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.
Besonders bevorzugt ist die Elektromaschine koaxial zu der Antriebswelle angeordnet und der Rotor der Elektromaschine drehfest mit der Antriebswelle verbunden. Hierdurch laufen die Antriebswelle und der Rotor der Elektromaschine im Betrieb unter derselben Drehzahl. Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, dass der Rotor der Elektromaschine mit der Antriebswelle über mindestens eine Übersetzungsstufe gekoppelt ist.
In Weiterbildung einer vorgenannten Antriebseinheit ist die Elektromaschine axial auf einer dem dritten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Hierdurch kann ein geeigneter Aufbau einer Antriebseinheit realisiert werden.
Eine entsprechend einer der beiden 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 insbesondere 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 einen Differentialradsatz vollzogen ist.
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.
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 permanent feststehendes 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 miteinander gekoppelt, sondern eine Koppelung wird erst durch Betätigen des zumindest funktional vorgesehenen, 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.
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 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;
5 eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit gemäß einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung; und
6 ein beispielhaftes Schaltschema eines jeweiligen Kraftfahrzeuggetriebes der Antriebseinheiten aus den 2 bis 5.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Elektrofahrzeugs 1, bei welchem es sich insbesondere um einen Pkw oder auch 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.
In 2 ist die Antriebsachse 3 aus 1 nun näher im Detail dargestellt, wobei die Antriebseinheit 4 der Antriebsachse 3 dabei gemäß einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung realisiert ist. Dabei setzt sich die Antriebseinheit 4 aus einem Kraftfahrzeuggetriebe 9 und einer Elektromaschine 10 zusammen, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe 9 hierbei entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet ist. Die Elektromaschine 10 ist auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise durch einen Stator 11 und einen Rotor 12 gebildet, wobei die Elektromaschine 10 dabei zum einen als Generator sowie zum anderen als Elektromotor betrieben werden kann.
Das Kraftfahrzeuggetriebe 9 umfasst eine Antriebswelle 13, eine Abtriebswelle 14 sowie drei Planetenradsätze P1, P2 und P3, 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, mehrerer oder aller Planetenradsätze P1, P2 und 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 jeweilige 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 mit der Antriebswelle 13 verbunden, welche zudem an einer Anschlussstelle 15 drehfest mit dem Rotor 12 der Elektromaschine 10 in Verbindung steht. Im Rahmen der Erfindung kann die Antriebswelle 13 dabei einstückig mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und/oder mit dem Rotor 12 der Elektromaschine 10 ausgebildet sein. Des Weiteren bringt die Abtriebswelle 14 das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest miteinander in Verbindung, wobei die Abtriebswelle 14 ferner an einer Anschlussstelle 16 drehfest mit einem Differentialkorb 17 eines Differentialradsatzes 18 verbunden ist, welcher einem Differentialgetriebe 19 zugeordnet ist. Dabei kann die Abtriebswelle 14 einstückig mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 und/oder dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und/oder dem Differentialkorb 17 ausgeführt sein. Das Differentialgetriebe 19 ist hierbei als Kegelrad-Differential ausgestaltet, über welches auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise eine über die Abtriebswelle 14 eingeleitete Antriebsleistung auf die beiden Abtriebswellen 5 und 6 der Antriebsachse 3 aufgeteilt wird.
Das zweite Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ist permanent drehfest mit einem permanent feststehenden 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 ist dabei neben Komponenten des Kraftfahrzeuggetriebes 9 bevorzugt auch die Elektromaschine 10 aufgenommen. Aufgrund der permanent drehfesten Verbindung des zweiten Elements E23 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem feststehenden Bauelement 20 ist das zweite Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig an einer Drehbewegung gehindert.
Wie zudem in 2 zu erkennen ist, sind das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander verbunden, wobei diese drehfeste Verbindung dabei über eine Welle 21 vorgenommen ist. Ebenso stehen auch das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 permanent drehfest miteinander in Verbindung. Diese drehfeste Verbindung ist dabei über eine Welle 22 hergestellt. Zudem ist noch das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit einer Welle 23 verbunden.
Das Kraftfahrzeuggetriebe 9 verfügt über mehrere Schaltelemente A, B und C, die jeweils als Einzelschaltelemente vorliegen und dabei als formschlüssige Schaltelemente in Form unsynchronisierter Klauenschaltelemente konzipiert sind. Dabei sind dem einzelnen Schaltelement A bzw. B bzw. C jeweils je ein Koppelelement und je ein Stellaktuator zugeordnet, die in 2 jeweils nicht dargestellt sind. Der jeweilige Stellaktuator kann das zugehörige Koppelelement dabei jeweils aus einer jeweiligen Neutralstellung in eine jeweilige Schaltstellung überführen, in welcher das zugehörige Koppelelement den jeweils geschlossenen Zustand des zugeordneten Schaltelements A bzw. B bzw. C darstellt. Das jeweilige Koppelelement kann hierbei bevorzugt als je eine Schiebemuffe gestaltet sein.
In einem geschlossenen Zustand des Schaltelements A ist die Welle 22 drehfest mit der Welle 23 verbunden, was eine drehfeste Verbindung des dritten Elements E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und des ersten Elements E13 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 zur Folge hat. Wird hingegen das Schaltelement B geschlossen, so wird die Welle 23 drehfest mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 und damit auch dem feststehenden Bauelement 20 verbunden, was ein Festsetzen der Welle 23 und damit auch des dritten Elements E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 bedeutet. Im geschlossenen Zustand des Schaltelements C wird die Welle 23 drehfest mit der Abtriebswelle 14 in Verbindung gebracht, was auch eine drehfeste Verbindung des dritten Elements E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit dem zweiten Element E22 des Planetenradsatzes P2 zur Folge hat. Dies zieht dementsprechend ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 nach sich.
Wie in 2 zu erkennen ist, sind die Antriebswelle 13, die Abtriebswelle 14 und auch die Planetenradsätze P1, P2 und P3 in der Antriebseinheit 4 koaxial zueinanderliegend angeordnet, wobei in der Antriebseinheit 4 ferner neben den Wellen 21, 22 und 23 auch die Elektromaschine 10 koaxial hierzu platziert ist. Axial auf die Anschlussstelle 15 der Antriebswelle 13 folgen zunächst der erste Planetenradsatz P1, dann der dritte Planetenradsatz P3, dann der zweite Planetenradsatz P2 und schließlich die Anschlussstelle 16 der Abtriebswelle 14 und damit auch das Differentialgetriebe 19. Die Elektromaschine 10 ist dabei axial im Bereich der Anschlussstelle 15 der Antriebswelle 13 vorgesehen.
Die Schaltelemente A, B und C sind axial zwischen dem dritten Planetenradsatz P3 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet, wobei das Schaltelement B dabei axial benachbart zu dem dritten Planetenradsatz P3 vorgesehen ist und hierauf axial dann zunächst das Schaltelement A und schließlich das Schaltelement C folgen.
Die Antriebswelle 13, die Abtriebswelle 14 und auch die Wellen 21, 22 und 23 sind vorliegend jeweils als Hohlwellen ausgeführt, die axial überdeckend mit sowie radial umliegend zu der Abtriebswelle 6 angeordnet sind. Die Antriebseinheit 4 ist dabei axial zwischen den beiden Antriebsrädern 7 und 8 angeordnet und dabei in Hochrichtung oberhalb der Abtriebswellen 5 und 6 liegend platziert.
Aus 3 geht eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit 4' entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor, welche alternativ zu der Antriebseinheit 4 bei der Antriebsachse 3 des Elektrofahrzeugs 1 in 1 Anwendung finden kann. Dabei entspricht diese Antriebseinheit 4' im Wesentlichen der Antriebseinheit 4 nach 2, mit dem Unterschied, dass bei einem Kraftfahrzeuggetriebe 9' der Antriebseinheit 4' das als Einzelschaltelement ausgeführte Schaltelement C im geschlossenen Zustand nun die Welle 21 drehfest mit der Abtriebswelle 14 verbindet, wodurch letztendlich das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit dem zweiten Element E2 2 des zweiten Planetenradsatzes P2 in Verbindung gebracht ist. Dies hat erneut ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 zur Folge. Das Schaltelement C ist dabei zudem axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und der Anschlussstelle 16 der Abtriebswelle 14 angeordnet.
Ansonsten entspricht die Antriebseinheit 4' aus 3 der Antriebseinheit 4 aus 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
4 zeigt eine schematische Ansicht einer Antriebseinheit 4", die gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet ist und ebenfalls alternativ zu der Antriebseinheit 4 bei der Antriebsachse 3 des Elektrofahrzeugs 1 in 1 zur Anwendung kommen kann. Diese Ausführungsform entspricht dabei weitestgehend der Antriebseinheit 4 nach 2 und unterscheidet sich von der Antriebseinheit 4 dadurch, dass bei einem Kraftfahrzeuggetriebe 9" der Antriebseinheit 4" das Schaltelement C im geschlossenen Zustand nun die Welle 21 drehfest mit der Welle 23 verbindet. Dies hat dementsprechend auch eine drehfeste Verbindung des ersten Elements E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und des dritten Elements E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 und damit erneut ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 zur Folge. Im Übrigen entspricht die Antriebseinheit 4" aus 4 der Antriebseinheit 4 nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Zudem geht aus 5 eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit 4''' hervor, wobei diese Antriebseinheit 4''' dabei entsprechend einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ausgeführt ist und als Alternative zu der Antriebseinheit 4 bei der Antriebsachse 3 des Elektrofahrzeugs 1 in 1 Anwendung finden kann. Die Antriebseinheit 4''' entspricht dabei im Wesentlichen der Antriebseinheit 4 nach 2, wobei im Unterschied zu der Antriebseinheit 4 aus 2 bei einem Kraftfahrzeuggetriebe 9''' der Antriebseinheit 4''' das Schaltelement C im geschlossenen Zustand die Welle 21 drehfest mit dem feststehenden Bauelement 20 verbindet, was ein Festsetzen der Welle 21 und damit auch des zweiten Elements E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und des ersten Elements E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 bedeutet. Das Schaltelement C ist dabei axial zwischen der Anschlussstelle 15 und dem ersten Planetenradsatz P1 angeordnet. Ansonsten entspricht die Antriebseinheit 4''' aus 5 der Antriebseinheit 4 nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Des Weiteren zeigt 6 ein beispielhaftes Schaltschema der Kraftfahrzeuggetriebe 9, 9', 9'' und 9''' aus den 2 bis 5. Dabei ist in 6 ist zu erkennen, dass jeweils ein erster Gang G1, ein zweiter Gang G2 und ein dritter Gang G3 geschaltet werden können, wobei in der Tabelle aus 6 dabei jeweils mit einem X gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente A, B und C zu betätigen ist. Hierbei ergibt sich der erste Gang G1 zwischen der Antriebswelle 13 und der Abtriebswelle 14 durch Schließen des Schaltelements A, wodurch die Welle 23 drehfest mit der Welle 22 verbunden ist.
Hingegen ist für die Schaltung des zweiten Ganges G2 das Schaltelement B zu schließen, wodurch die Welle 23 und damit auch das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 festgesetzt wird. Zur Darstellung des dritten Ganges G3 wird das Schaltelement C geschlossen, so dass bei den Kraftfahrzeuggetrieben 9, 9' und 9'' der 2 bis 4 jeweils ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 herbeigeführt wird, während bei dem Kraftfahrzeuggetriebe 9''' aus 5 ein Festsetzen der Welle 21 hervorgerufen wird. Dies bewirkt im Vergleich zum ersten Gang G1 jeweils eine entgegengesetzte Drehrichtung der Welle 23, wobei bei dem Kraftfahrzeuggetriebe 9''' aus 5 dabei die Planetenradsätze P1 und P3 jeweils als Standgetriebe hintereinander geschaltet werden.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann jeweils ein kompakt bauendes Kraftfahrzeuggetriebe verwirklicht werden, mittels welchem eine geeignete Einbindung einer Antriebsmaschine realisierbar ist.
Bezugszeichen

1: Elektrofahrzeug
2: Fahrzeugachse
3: Antriebsachse
4, 4', 4'', 4''': Antriebseinheit
5: Abtriebswelle
6: Abtriebswelle
7: Antriebsrad
8: Antriebsrad
9, 9', 9'', 9''': Kraftfahrzeuggetriebe
10: Elektromaschine
11: Stator
12: Rotor
13: Antriebswelle
14: Abtriebswelle
15: Anschlussstelle
16: Anschlussstelle
17: Differentialkorb
18: Differentialradsatz
19: Differentialgetriebe
20: feststehendes Bauelement
21: Welle
22: Welle
23: Welle
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
G1: Gang
G2: Gang
G3: Gang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017006262 A1 [0003]

Claims

Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9'; 9''; 9''') für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (13), eine Abtriebswelle (14) sowie einen ersten Planetenradsatz (P1), einen zweiten Planetenradsatz (P2) und einen dritten Planetenradsatz (P3), wobei die Antriebswelle (13) für eine Koppelung mit einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Elektromaschine (10), vorgesehen ist, wobei der erste Planetenradsatz (P1), der zweite Planetenradsatz (P2) und der dritte Planetenradsatz (P3) jeweils je ein erstes Element (E11, E12, E13), 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) und ein drittes Schaltelement (C) vorgesehen sind, wobei das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit der Antriebswelle (13) verbunden ist, wobei das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander in Verbindung stehen, und wobei das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit dem ersten Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, - dass das zweite Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) festgesetzt ist, - dass das dritte Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) und das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander in Verbindung stehen und drehfest mit der Abtriebswelle (14) verbunden sind, - dass das zumindest funktional vorgesehene, erste Schaltelement (A) dazu eingerichtet ist, im geschlossenen Zustand das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest mit dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem ersten Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) zu verbinden, - dass das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement (B) dazu eingerichtet ist, im geschlossenen Zustand das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) festzusetzen, - und dass das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement (C) entweder dazu eingerichtet ist, im geschlossenen Zustand zwei der Elemente (E12, E22, E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander zu verbinden, oder dazu ausgestaltet ist, im geschlossenen Zustand das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) festzusetzen.
Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9'; 9") nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement (C) im geschlossenen Zustand das zweite Element (E22) und das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander verbindet oder das erste Element (E12) und das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander in Verbindung bringt oder das erste Element (E12) und das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander verbindet.
Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9'; 9''; 9''') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Schaltelement (A, B, C) zumindest funktional als formschlüssiges Schaltelement, bevorzugt als unsynchronisiertes Klauenschaltelement, ausgeführt ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9'; 9''; 9''') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (P1, P2, P3) axial auf eine Anschlussstelle (15), welche der Koppelung der Antriebswelle (13) mit der Antriebsmaschine dient, axial in einer Reihenfolge erster Planetenradsatz (P1), dann dritter Planetenradsatz und schließlich zweiter Planetenradsatz (P2) angeordnet sind.
Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9'; 9''; 9''') nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (A) und das zweite Schaltelement (B) axial zwischen dem dritten Planentenradsatz (P1) und dem zweiten Planetenradsatz (P2) angeordnet sind.
Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9'') nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das im geschlossenen Zustand zwei der Elemente (E12, E22, E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander verbindende, dritte Schaltelement (C) axial zwischen dem dritten Planentenradsatz (P1) und dem zweiten Planetenradsatz (P2) platziert ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (9') nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das im geschlossenen Zustand zwei der Elemente (E12, E22, E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander verbindende, dritte Schaltelement (C) axial auf einer dem dritten Planentenradsatz (P1) abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes (P2) angeordnet ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (9''') nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das im geschlossenen Zustand das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) festsetzende, dritte Schaltelement (C) axial auf einer dem dritten Planentenradsatz (P3) abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes (P1) angeordnet ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9'; 9''; 9''') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (14) mit einem Differentialradsatz (18) gekoppelt ist.
Antriebseinheit (4; 4'; 4''; 4''') für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (10) und ein Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9'; 9''; 9''') nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Rotor (12) der Elektromaschine (10) mit der Antriebswelle (13) des Kraftfahrzeuggetriebes (9; 9'; 9''; 9''') gekoppelt ist.
Antriebseinheit (4; 4'; 4''; 4''') nach Anspruch 10 und mit einem Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9'; 9''; 9''') nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (10) axial auf einer dem dritten Planetenradsatz (P3) abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes (P1) angeordnet ist.
Antriebsachse (3) für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug (1), umfassend eine Antriebseinheit (4; 4'; 4''; 4''') nach Anspruch 10 oder 11.
Antriebsachse (3) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (4; 4'; 4''; 4''') in einer Ebene mit Abtriebswellen (5, 6) angeordnet ist, wobei die Abtriebswelle (14) des Kraftfahrzeuggetriebes (9; 9'; 9''; 9''') mit den Abtriebswellen (5, 6) gekoppelt ist.
Hybrid- oder Elektrofahrzeug (1), umfassend mindestens eine Antriebsachse (3) nach Anspruch 12 oder 13 oder mindestens eine Antriebseinheit (4; 4'; 4''; 4''') nach Anspruch 10 oder 11.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuggetriebes (9; 9'; 9''; 9''') nach Anspruch 1, - wobei ein erster Gang (G1) zwischen der Antriebswelle (13) und der Abtriebswelle (14) geschaltet wird, indem das erste Schaltelement (A) geschlossen wird, - wobei ein zweiter Gang (G2) zwischen der Antriebswelle (13) und der Abtriebswelle (14) geschaltet wird, indem das zweite Schaltelement (B) geschlossen wird, - und wobei ein dritter Gang (G3) zwischen der Antriebswelle (13) und der Abtriebswelle (14) geschaltet wird, indem das dritte Schaltelement (C) geschlossen wird.