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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeuggetriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Elektrofahrzeuggetriebe, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs.
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Stirnradgetriebe haben Vorteile einer relativ einfachen Bauweise, da wenig bewegte Teile zum Einsatz kommen und die außenverzahnten Stirnräder vergleichsweise einfach herzustellen sind. Ein Nachteil liegt in der kleinen Übersetzung, die in einer Stufe realisierbar ist. Zudem ist ein Stirnradgetriebe größer und damit auch schwerer als beispielsweise ein Planetengetriebe bei gleicher Übertragungsleistung. Um große Übersetzungen mit einem Zahnradpaar darzustellen, wird der Umfang wenigstens eines Zahnrads klein gehalten, wohingegen der Umfang des zweiten Zahnrads groß gehalten wird. Der Überdeckungsgrad, also die Anzahl der in Eingriff befindlichen Zähne, wird umso kleiner, je kleiner mindestens eines der in Eingriff befindlichen Zahnräder ist. Es muss daher dafür Sorge getragen werden, dass die einzelnen Zähne stets in Eingriff gelangen.
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Fahrzeuge werden zunehmend mit reinen Elektroantrieben, d. h. mit einer elektrischen Antriebsmaschine als Antriebsquelle, ausgestattet. Elektroantriebe können zur Verminderung der Schadstoffemissionen beitragen, da die elektrische Energie zumindest teilweise CO2-neutral gewonnen werden kann. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einer elektrischen Antriebsmaschine und einem einfachen Ein- oder Zwei-Gang-Getriebe durchgesetzt. Insbesondere beim Einsatz von elektrischen Antriebsmaschinen sind sehr hohe Drehzahlbereiche abdeckbar, beispielsweise sind elektrische Antriebsmaschinen bekannt, die bis zu 15.000 oder 20.000 Umdrehungen pro Minute erreichen können. Hierbei sind die Getriebe enormen Belastungen ausgesetzt. Jedoch reichen durch das hohe Drehzahlband meistens Getriebe mit wenigen Gangstufen aus, um einen Geschwindigkeitsbereich für ein Elektrofahrzeug, insbesondere einen Elektro-Personenkraftwagen, abzudecken. Hierbei ist es einerseits bekannt, starke, schwere und große Elektromaschinen als Antriebsmaschine zu verwenden, die ein hohes Drehmoment aufbringen können. Ferner ist es bekannt, kleinere, hochdrehende Elektromaschinen zu verwenden, die durch ein Getriebe oder eine einfache Eingangsübersetzung untersetzt werden. Hierdurch kann ein gewichtseffizienter Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden.
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Ein Vorteil der reinen Elektroantriebe besteht unter anderem darin, dass durch das hohe Drehzahlband nur wenige Übersetzungen in einem Getriebe notwendig sind, sodass vergleichsweise einfache Getriebe Anwendung finden. Dies führt jedoch einerseits zu Einbußen im Fahrkomfort, da hohe Drehzahlen zumeist als unangenehm empfunden werden. Ferner ist der Schaltkomfort bei einfachen Getrieben verringert. Aus Kosten- und Gewichtsgründen werden daher meist nicht-lastschaltfähige Getriebe verwendet, sodass zu den hohen Drehzahlen noch ein Aussetzen der Antriebskraft bei Schaltungen in einem derart einfachen Getriebe die Folge ist.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein Elektrofahrzeuggetriebe mit einfachem mechanischem Aufbau zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll ein Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, mit dem ein erhöhter Schaltkomfort und eine erhöhte Antriebsleistung in einem breiten Geschwindigkeitsbereich oder eine kompakte Bauweise erreicht werden kann. Besonders bevorzugt soll ein Elektrofahrzeuggetriebe mit einem geringen Bauraumbedarf geschaffen werden.
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Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Elektrofahrzeuggetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit:
- einer Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Elektrofahrzeuggetriebes mit einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs;
- einer Abtriebswelle zum Wirkverbinden des Elektrofahrzeuggetriebes mit einem Abtrieb mittels eines Abtriebszahnradpaars;
- in mehreren Radsatzebenen angeordneten Zahnradpaaren zum Bilden von Gangstufen; und
- mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen von Gangstufen, wobei
- ein Zahnrad eines Zahnradpaars mittels eines Planetenradsatzes an die Getriebeeingangswelle oder die Abtriebswelle angebunden ist;
- ein Element des Planetenradsatzes festsetzbar ist, um das mittels des Planetenradsatzes angebundene Zahnrad antriebswirksam zu schalten; und
- das Elektrofahrzeuggetriebe zwei Gangschaltvorrichtungen zum Bilden von zwei oder drei Gangstufen umfasst.
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Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit
einem Elektrofahrzeuggetriebe wie zuvor definiert; und
einer elektrischen Antriebsmaschine, die mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist.
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Weiterhin wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wie zuvor definiert.
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Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug, mit:
- einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert; und
- einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine und/oder einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, das Kraftfahrzeug sowie das Verfahren entsprechend den für das Elektrofahrzeuggetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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In Abkehr von bekannten Prinzipien eines Getriebes für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere eines rein elektrisch betriebenen PKW, verfolgt die vorliegende Erfindung die Idee, drei Gangstufen für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen. Insbesondere verfolgt die Erfindung die Idee, weitere Gangstufen zur Verfügung zu stellen, die basierend auf einem Drehzahlbereich und einem Leistungsdiagramm einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs unnötig scheinen. Durch ein Elektrofahrzeuggetriebe mit einer Getriebeeingangswelle, insbesondere einer einzigen Getriebeeingangswelle, und einer Abtriebswelle, insbesondere einer einzigen Abtriebswelle, kann ein technisch einfaches Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, das einen hohen Fahrkomfort ermöglicht. Durch ein Elektrofahrzeuggetriebe mit zwei Gangschaltvorrichtungen zum Bilden von zwei oder drei Gangstufen, insbesondere zum Bilden von genau drei Gangstufen, kann ein technisch einfaches Elektrofahrzeuggetriebe mit wenig Aktoren geschaffen werden. Das Elektrofahrzeuggetriebe kann einfach angesteuert werden und weist beim Betrieb einen geringen Energiebedarf auf. Durch das Anbinden eines Zahnrads mittels eines Planetenradsatzes an die Getriebeeingangswelle oder die Abtriebswelle kann eine weitere Gangstufe mit geringem Teileaufwand geschaffen werden. Insbesondere kann mittels eines Planetenradsatzes anstelle einer Kupplung eine Bremse verwendet werden, um das mit dem Planetenradsatz angebundene Zahnradpaar antriebswirksam zu schalten. Hierdurch kann die Betätigung vereinfacht werden, da eine Bremse nur festgehalten werden muss. Zudem reduziert sich der Energieeintrag während der Schaltung. Es lassen sich hierdurch einfachere Getriebekonzepte realisieren. Insbesondere kann durch die Vorübersetzung des Planetenradsatzes die Abtriebsübersetzung mitverwendet werden, sodass Bauraum, Bauteile und folglich Gewicht und Kosten eingespart werden können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement, bevorzugt als formschlüssiges Doppelschaltelement, ausgebildet. Ergänzend oder alternativ ist das zweite Schaltelement dem Planetenradsatz zugeordnet und als lastschaltfähiges Schaltelement ausgebildet. Insbesondere kann das zweite Schaltelement als Bremse ausgebildet sein und ein Planetenradsatzelement festsetzen. Hierdurch kann technisch einfach eine Vorübersetzung mittels des Planetenradsatzes beim Anbinden des Losrads einer Gangstufe eingerichtet werden. Vorzugsweise kann hierdurch auf ein separates Zahnradpaar verzichtet und die Abtriebsübersetzung mitverwendet werden. Durch ein formschlüssiges Schaltelement kann ein verlustarmes hocheffizientes Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden. Durch ein Doppelschaltelement kann bei gleicher Anzahl von Aktoren wenigstens eine weitere Gangstufe mit dem Elektrofahrzeuggetriebe eingerichtet werden. Durch das zweite Schaltelement kann der Schaltkomfort im Elektrofahrzeuggetriebe erhöht werden. Insbesondere kann ein Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, das zumindest bei einem Teil der Gangstufen eine Lastschaltung ermöglicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Abtrieb ein Ausgleichsgetriebe und ein Abtriebszahnrad, wobei das Abtriebszahnrad Teil eines gangbildenden Zahnradpaars ist. Folglich bilden das Abtriebszahnradpaar und das gangbildende Zahnradpaar eine Doppelradebene, wobei ein Zahnrad mit einem Zahnrad des Ausgleichsgetriebes, insbesondere einem an einem Differentialgehäuse des Ausgleichsgetriebes angeordneten Zahnrad, kämmt. Hierdurch kann ein hocheffizientes Elektrofahrzeuggetriebe mit wenig Zahneingriffen und wenig Bauteilen geschaffen werden. Es kann ein gewichtsoptimiertes und bauraumeffizientes Elektrofahrzeuggetriebe mit wenigstens zwei, bevorzugt drei, Gangstufen geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Getriebeeingangswelle als Hohlwelle ausgebildet und umgibt eine Differentialwelle eines Differentials des Abtriebs zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann ein hochflexibles Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, das insbesondere bezüglich der Anordnung der elektrischen Antriebsmaschine variabel ausgebildet sein kann. Durch eine als Hohlwelle ausgebildete und zumindest abschnittsweise eine Differentialwelle umgebende erste Getriebeeingangswelle kann eine koaxiale Anordnung erfolgen. Insbesondere kann ein radialer Bauraumbedarf für das Elektrofahrzeuggetriebe reduziert werden. Es kann ein bauraumeffizientes, hochkompaktes Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Zahnradpaar mittels des Planetenradsatzes antriebswirksam mit der Getriebeeingangswelle oder der Abtriebswelle verbindbar, um eine erste Übersetzung einzurichten. Ergänzend ist dieses Zahnradpaar mittels eines Schaltelements antriebswirksam mit der Getriebeeingangswelle oder der Abtriebswelle verbindbar, um eine weitere Übersetzung einzurichten. Das Zahnradpaar wird folglich einmal direkt mit der entsprechenden Welle verbunden und einmal wird eine Übersetzung mittels des Planetenradsatzes bei der Anbindung an die entsprechende Welle eingerichtet. Hierdurch kann mit wenig Bauteilen ein funktionsumfangreiches Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden. Insbesondere kann ein Zahnradpaar zum Einrichten von zwei Übersetzungen verwendet werden.
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Weiter vorteilhaft ist der Abtrieb des Elektrofahrzeuggetriebes mit einer ersten Kraftfahrzeugachse antriebswirksam verbindbar, wobei eine zweite Kraftfahrzeugachse eine elektrische Achse mit einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine umfasst. Vorzugsweise ist die elektrische Antriebsmaschine und/oder die weitere elektrische Antriebsmaschine als Stützkraftmittel zum Stützen einer Antriebskraft, wenn für die weitere elektrische Antriebsmaschine und/oder die elektrische Antriebsmaschine ein Gangwechsel erfolgt, ansteuerbar. Hierdurch kann technisch einfach ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein rein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit Allradantrieb geschaffen werden. Zudem kann durch den Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten technisch einfach ermöglicht werden, da die elektrische Achse bei Schaltungen im Elektrofahrzeuggetriebe die Zugkraft aufrechterhalten kann. Zudem kann ein ausfallsicherer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug geschaffen werden, da im Falle einer Fehlfunktion des Elektrofahrzeuggetriebes bzw. der elektrischen Antriebsmaschine mittels der elektrischen Achse weitergefahren werden kann. Hierdurch kann ein hochvariabler dynamischer Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden, bei dem auch bei einer Fehlfunktion zuverlässig noch in eine Werkstatt weitergefahren werden kann.
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Bevorzugt wird, wenn das zweite Schaltelement und der Planentenradsatz dem dritten Zahnradpaar zugeordnet sind, das zweite Schaltelement zum Stützen einer Antriebskraft, vorzugsweise schleifend, angesteuert, wenn mittels des ersten Schaltelements ein Wechsel zwischen dem ersten Zahnradpaar und dem zweiten Zahnradpaar erfolgt. Vorzugsweise ist das erste Zahnradpaar zum Einrichten der ersten Gangstufe, das zweite Zahnradpaar zum Einrichten der zweiten Gangstufe und das dritte Zahnradpaar zum Einrichten der dritten Gangstufe ausgebildet. Durch dieses vorteilhafte Verfahren kann ein Elektrofahrzeuggetriebe mit drei Gangstufen geschaffen werden, bei dem alle Schaltungen zumindest teilweise gestützt erfolgen können. Folglich wird das zweite Schaltelement schleifend in einer hohen Gangstufe betrieben und kann so die Zugkraft zumindest teilweise stützen, wenn Umschaltungen in einer niedrigeren Gangstufe erfolgen. Hierdurch kann ein kosteneffizientes Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, das nur ein einziges lastschaltfähiges bzw. Reibschaltelement benötigt, um alle Gangstufen zumindest teilweise unter Last schalten zu können.
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Unter „antriebswirksam verbunden“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welche zu einer permanenten Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder einer Antriebsleistung vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei sowohl direkt oder über eine Festübersetzung erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle, eine Verzahnung, insbesondere eine Stirnradverzahnung, und/oder ein Umschlingungsmittel, insbesondere ein Zugmittelgetriebe, erfolgen.
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Unter „antriebswirksam verbindbar“, „kann antriebswirksam verbunden werden“ oder „ist zum antriebswirksamen Verbinden ausgebildet“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein schaltbares Verbinden zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welches in einem geschlossenen Zustand zu einer temporären Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder einer Antriebsleistung vorgesehen ist. In einem geöffneten Zustand überträgt das schaltbare Verbinden vorzugsweise temporär im Wesentlichen keine Drehzahl, kein Drehmoment und/oder keine Antriebsleistung.
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Ein Aktor ist vorliegend insbesondere ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen aus einer Mittellage in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung das andere Schaltelement zu schalten. Vorzugsweise ist das Schaltelement in der Mittellage neutral, überträgt also keine Antriebsleistung.
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Ein Gangstufenwechsel, insbesondere ein serielles Schalten, erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelements und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelements und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder von der ersten Kupplung, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können dabei formschlüssige Schaltelemente Anwendung finden.
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Eine elektrische Fahrzeugachse, oder kurz elektrische Achse, ist vorzugsweise eine Nicht-Haupt-Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, bei der mittels einer elektrischen Antriebsmaschine Antriebsleistung auf Räder des Kraftfahrzeugs übertragen werden kann. Es versteht sich, dass die elektrische Antriebsmaschine auch mittels eines Getriebes angebunden sein kann. Mittels einer elektrischen Achse kann ganz oder teilweise eine Zugkraft aufrechterhalten werden, wenn im Getriebe für eine Haupt-Antriebsachse ein Gangwechsel erfolgt. Ferner kann mittels einer elektrischen Achse zumindest teilweise eine Allrad-Funktionalität eingerichtet werden.
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Ein Festsetzen eines Elements eines Planetenradsatzes ist insbesondere als ein Blockieren einer Drehung des Elements um seine Rotationsachse zu verstehen. Vorzugsweise wird dabei das Element mittels eines Schaltelements drehfest mit einem statischen Bauteil wie einem Rahmen und/oder einem Getriebegehäuse verbunden. Es ist auch denkbar, das Element bis zu einem Stillstand zu bremsen.
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Ein Verblocken eines Planetenradsatzes umfasst ein antriebswirksames Verbinden zweier Zahnräder und/oder des Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes, sodass diese gemeinsam mit der gleichen Umdrehungszahl um denselben Punkt, vorzugsweise den Mittelpunkt des Planetenradsatzes, rotieren. Beim Verblocken zweier Zahnräder und/oder eines Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes wirkt der Planetenradsatz vorzugsweise wie eine Welle, es findet insbesondere keine Übersetzung im Planetenradsatz statt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
- 2 eine schematische Darstellung einer Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes;
- 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes;
- 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Elektrofahrzeuggetriebes;
- 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Elektrofahrzeuggetriebes;
- 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Elektrofahrzeuggetriebes;
- 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Elektrofahrzeuggetriebes; und
- 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Elektrofahrzeuggetriebes.
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In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine elektrische Antriebsmaschine 14 auf, die mittels eines Elektrofahrzeuggetriebes 16 mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 umfasst in dem gezeigten Beispiel ferner eine optionale elektrische Achse mit einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine 18, die mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist. Es versteht sich, dass auch eine umgekehrte Anbindung erfolgen kann, sodass das Elektrofahrzeuggetriebe 16 mit der Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist und die Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 die elektrische Achse umfasst. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der optionalen weiteren elektrischen Antriebsmaschine 18 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 20 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der weiteren elektrischen Antriebsmaschine 18 dient.
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2 zeigt eine vereinfachte Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes 16 in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12. Das Elektrofahrzeuggetriebe 16 weist eine Getriebeeingangswelle 22 und eine Abtriebswelle 24 auf.
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Die Getriebeeingangswelle 22 ist dazu ausgebildet, Antriebsleistung der nicht gezeigten elektrischen Antriebsmaschine 14 in das Elektrofahrzeuggetriebe 16 zu übertragen. Es versteht sich, dass die elektrische Antriebsmaschine 14 auf verschiedene Arten an die Getriebeeingangswelle 22 angebunden sein kann.
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Insbesondere kann die Getriebeeingangswelle 22 eine Rotorwelle der elektrischen Antriebsmaschine 14 sein. Es kann auch eine Vorübersetzung der Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschine 14 mittels eines nicht gezeigten Zahnradpaars erfolgen. Zudem kann die elektrische Antriebsmaschine 14 sowohl koaxial als auch achsparallel zur Getriebeeingangswelle 22 angeordnet sein, je nachdem wie die Bauraumanforderungen in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs 10 sind.
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Die Getriebeeingangswelle 22 ist als Vollwelle ausgebildet und achsparallel zur Abtriebswelle 24 angeordnet.
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Die Getriebeeingangswelle 22 ist mit der Abtriebswelle 24 über ein erstes Zahnradpaar ST1 oder ein zweites Zahnradpaar ST2 verbindbar.
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Die Abtriebswelle 24 ist ferner über ein Abtriebszahnradpaar antriebswirksam mit einem Ausgleichsgetriebe 26, beispielsweise einem Differential oder dergleichen, verbunden. Das Ausgleichsgetriebe 26 ist folglich einem Abtrieb 28 des Elektrofahrzeuggetriebes 16 zugeordnet.
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Ferner umfasst das Elektrofahrzeuggetriebe 16 ein erstes Schaltelement A, das als formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Klauenschaltelement, ausgebildet ist.
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Das zweite Schaltelement B ist als Einfachschaltelement ausgebildet und kann beispielsweise eine Reibkupplung, eine Bremse oder ein Reibschaltelement umfassen. Das zweite Schaltelement B ist folglich ein reibschlüssiges, unter Last und Drehzahldifferenz schließbares Schaltelement.
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Das erste Zahnradpaar ST1 umfasst ein an der Getriebeeingangswelle 22 angeordnetes Festrad, das mit einem an der Abtriebswelle 24 angeordneten Losrad kämmt.
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Das zweite Zahnradpaar ST2 umfasst ein an der Getriebeeingangswelle 22 angeordnetes Losrad, das mittels eines Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit der Getriebeeingangswelle 22 verbindbar ist. Hierzu kann ein Planetenradsatzelement, insbesondere das Hohlrad des Planetenradsatzes RS, mittels des zweiten Schaltelements B festgesetzt werden, also mit einem gehäusefesten Bauteil drehfest verbunden werden. Hierdurch wird mittels des Planetenradsatzes RS beim Antriebswirksamschalten des zweiten Zahnradpaars ST2 eine Vorübersetzung zwischen Getriebeeingangswelle 22 und dem Losrad des zweiten Zahnradpaars ST2 eingerichtet.
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Das Losrad des zweiten Zahnradpaars ST2 ist mit einem an der Abtriebswelle 24 angeordneten Festrad in Eingriff, wobei dieses Festrad ebenfalls mit einem Festrad des Ausgleichsgetriebes 26 kämmt.
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In einer ersten Schaltstellung des ersten Schaltelements A wird das erste Zahnradpaar ST1 antriebswirksam geschaltet, also das an der Abtriebswelle 24 angeordnete Losrad antriebswirksam mit der Abtriebswelle 24 verbunden. Zur Anbindung des ersten Zahnradpaars an das Ausgleichsgetriebe 26 wird ein Abtriebszahnradpaar, das ebenfalls Teil des zweiten Zahnradpaars ST2 ist, verwendet.
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Das erste Zahnradpaar ST1 ist zum Einrichten der ersten Gangstufe ausgebildet. Das zweite Zahnradpaar ST2 ist in Kombination mit dem Planetenradsatz RS und der Abtriebsübersetzung zum Ausgleichsgetriebe 26 hin zum Einrichten der zweiten Gangstufe ausgebildet. Eine aufsteigende Nummerierung der Gangstufen bedeutet ein kleiner werdendes Übersetzung- bzw. Untersetzungsverhältnis.
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In 3 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes 16 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Elektrofahrzeuggetriebe 16 gemäß der 3 ein drittes Zahnradpaar ST3, wobei das dritte Zahnradpaar ST3 mittels des Planetenradsatzes RS an die Getriebeeingangswelle 22 angebunden ist.
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Das zweite Zahnradpaar ST2 umfasst in dem gezeigten Beispiel ein an der Getriebeeingangswelle 22 angeordnetes Festrad, das mit einem an der Abtriebswelle 24 angeordneten Losrad kämmt. Das Losrad des zweiten Zahnradpaars ST2 kann durch Einlegen des ersten Schaltelements A antriebswirksam mit der Abtriebswelle 24 verbunden werden.
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In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Schaltelement A folglich als Doppelschaltelement ausgebildet, das in einer ersten Schaltstellung das erste Zahnradpaar ST1 antriebswirksam schaltet, in einer zweiten Schaltstellung das zweite Zahnradpaar ST2 antriebswirksam schaltet und in einer dritten Schaltstellung, der sogenannten Neutralstellung, keine Antriebsleistung überträgt.
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Von einer Anbindungsseite der nicht gezeigten elektrischen Antriebsmaschine 14 aus gesehen, sind die Zahnradpaare in der folgenden Reihenfolge im Elektrofahrzeuggetriebe 16 angeordnet. Zuerst das erste Zahnradpaar ST1, dann das zweite Zahnradpaar ST2, dann das dritte Zahnradpaar ST3 und schließlich der Planetenradsatz RS. Wie in 2 bezüglich des zweiten Zahnradpaars ST2 beschrieben, ist in 3 das dritte Zahnradpaar ST3 in einer Doppelradebene mit einem Abtriebszahnrad und dem Ausgleichsgetriebe 26 angeordnet.
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Beim Wechsel vom ersten Zahnradpaar ST1 auf das zweite Zahnradpaar ST2 kann das zweite Schaltelement B schleifend betrieben werden und so eine Stützkraft aufrechterhalten, wenn ein Wechsel beim ersten Schaltelement A vom ersten Zahnradpaar ST1 auf das zweite Zahnradpaar ST2 erfolgt.
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Soll ein Wechsel vom zweiten Zahnradpaar ST2 auf das dritte Zahnradpaar ST3 erfolgen, kann das zweite Schaltelement B zunächst ebenfalls schleifend betrieben werden, sodass das erste Schaltelement A in Neutralstellung versetzt werden kann. Sodann kann das zweite Schaltelement B voll geschlossen werden und eine Lastschaltung von der zweiten Gangstufe in die dritte Gangstufe erfolgen.
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In 4 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes 16 gezeigt. Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Ausführungsform sind die axialen Positionen des zweiten Zahnradpaars ST2 und des dritten Zahnradpaars ST3 getauscht. Das zweite Zahnradpaar ST2 ist also über den Planetenradsatz RS angebunden und das dritte Zahnradpaar ST3 kann über das erste Schaltelement A antriebswirksam geschaltet werden.
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Folglich kann die Lastschaltung von der ersten Gangstufe, also dem ersten Zahnradpaar ST1, auf die zweite Gangstufe, also die mittels des zweiten Zahnradpaars ST2 eingerichtete Gangstufe, unter Last erfolgen. Beim Schalten in die dritte Gangstufe, die durch das dritte Zahnradpaar ST3 eingerichtet wird, ist mit einer Zugkraftunterbrechung zu rechnen. Diese Gangstufe wird jedoch für sehr hohe Fahrgeschwindigkeiten eingesetzt, so dass ein kurzer Abriss der Antriebsleistung in Kauf genommen werden kann.
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In 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes 16 gezeigt. In dieser Ausführungsform umfasst das Elektrofahrzeuggetriebe 16 ein gangbildendes Zahnradpaar ST1/ST2, das sowohl mittels des ersten Schaltelements A direkt mit der Abtriebswelle 24 verbunden werden kann, als auch über das zweite Schaltelement B und den Planetenradsatz RS mit der Abtriebswelle 24 verbunden werden kann. Folglich wird durch Einlegen des zweiten Schaltelements B die mit dem Zahnradpaar ST1/ST2 einrichtbare Übersetzung noch einmal übersetzt, um die erste oder zweite Gangstufe zu bilden.
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An der Abtriebswelle 24 ist zudem ein Abtriebszahnradpaar angeordnet, um Leistung von der Abtriebswelle 24 zum Ausgleichsgetriebe 26 zu übertragen. Im Unterschied zu den bisher gezeigten Ausführungsformen ist folglich das Abtriebszahnradpaar nicht in einer Doppelradebene mit einem gangbildenden Zahnradpaar angeordnet. Das Getriebe weist ein Zahnradpaar ST1/ST2, einen Planetenradsatz RS und ein Abtriebszahnradpaar sowie ein Ausgleichsgetriebe 26 auf.
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In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes 16 gezeigt. Im Unterschied zu der in 5 gezeigten Ausführungsform umfasst das Elektrofahrzeuggetriebe 16 gemäß der 6 ein weiteres Zahnradpaar.
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Das weitere Zahnradpaar ist als zweites Zahnradpaar ST2 zum Bilden der zweiten Gangstufe ausgebildet, wobei das andere Zahnradpaar zum Bilden der ersten Gangstufe und der dritten Gangstufe ausgebildet ist und folglich als ST1/ST3 bezeichnet ist. Die Anbindung dieses Zahnradpaars erfolgt analog zum Zahnradpaar ST1/ST2 gemäß der 5.
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In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Schaltelement A als Doppelschaltelement ausgebildet und kann in einer Schaltstellung das Zahnradpaar ST1/ST3 sowie in einer anderen Schaltstellung das zweite Zahnradpaar ST2 antriebswirksam schalten.
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In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes 16 gezeigt. Im Unterschied zu der in 5 gezeigten Ausführungsform ist die Getriebeeingangswelle 22 als Hohlwelle ausgebildet und umgibt eine Differentialwelle des Ausgleichsgetriebes 26 zumindest abschnittsweise. Die Anbindungen im Elektrofahrzeuggetriebe 16 sind ansonsten identisch zu denen gemäß der 5. Durch die als Hohlwelle ausgebildete Getriebeeingangswelle 22 kann eine kompaktere Bauform mit dem Elektrofahrzeuggetriebe 16 gemäß der 7 erreicht werden.
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In 8 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes 16 gezeigt. Das Getriebe ist dabei von den Anbindungen analog zum Elektrofahrzeuggetriebe 16 gemäß der 6 aufgebaut. Jedoch weist es eine, wie in 7, als Hohlwelle ausgebildete Getriebeeingangswelle 22 auf, die eine Differentialwelle eines Differentials des Ausgleichsgetriebes 26 zumindest abschnittsweise umgibt.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen. Ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 kann beispielsweise in Form eines Computerprogramms realisiert werden, das auf einem Steuergerät für den Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 ausgeführt wird. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme.
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Bezugszeichen
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
- 14
- elektrische Antriebsmaschine
- 16
- Elektrofahrzeuggetriebe
- 18
- weitere elektrische Antriebsmaschine
- 20
- Energiespeicher
- 22
- Getriebeeingangswelle
- 24
- Abtriebswelle
- 26
- Ausgleichsgetriebe
- 28
- Abtrieb
- A, B
- Schaltelemente
- RS
- Planetenradsatz
- ST1 bis ST3
- Zahnradpaare
