DE102022212473A1

DE102022212473A1 - Kraftfahrzeuggetriebe für eine Antriebseinheit eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102022212473A1
Application number: DE102022212473.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Wechs; Thomas Martin; Fabian Kutter
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2022-11-23
Publication date: 2024-05-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe (6), umfassend eine Antriebswelle (11), welche für eine antriebswirksame Verbindung mit mindestens einer Elektromaschine (5) vorgesehen ist, eine Ausgangswelle (12) und einen Stufenplanetenradsatz (10), welcher ein erstes Sonnenrad (15), ein zweites Sonnenrad (14), ein Hohlrad (17) sowie mindestens ein an einem Planetenträger (16) drehbar gelagertes Stufenplanentenrad (18) aufweist. Das mindestens eine Stufenplanentenrad (18) steht mit den beiden Sonnenrädern (14, 15) und dem Hohlrad (17) jeweils im Zahneingriff. Des Weiteren ist die Antriebswelle (11) drehfest mit dem Hohlrad (17) verbunden, während die Ausgangswelle (12) drehfest mit dem Planetenträger (16) in Verbindung steht. Zumindest funktional sind ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B) und ein drittes Schaltelement (C) vorgesehen, von welchen das erste Schaltelement (A) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das erste Sonnenrad (15) drehfest mit einer Welle (21) zu verbinden. Ferner ist das zweite Schaltelement (B) dazu eingerichtet, in einem geschlossenen Zustand das zweite Sonnenrad (14) drehfest mit der Welle (21) zu verbinden, wohingegen das dritte Schaltelement (C) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand die Welle (21) festzusetzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe für eine Antriebseinheit eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges, umfassend eine Antriebswelle, welche für eine antriebswirksame Verbindung mit mindestens einer Elektromaschine vorgesehen ist, eine Ausgangswelle und einen Stufenplanetenradsatz, welcher ein erstes Sonnenrad, ein zweites Sonnenrad, ein Hohlrad sowie mindestens ein an einem Planetenträger drehbar gelagertes Stufenplanentenrad aufweist, wobei das mindestens eine Stufenplanentenrad mit den beiden Sonnenrädern und dem Hohlrad jeweils im Zahneingriff steht. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, eine Antriebachse für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, ein Elektrofahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuggetriebes.
Bei als Elektro- und Hybridfahrzeug ausgeführten Kraftfahrzeugen wird zum Teil in einem jeweiligen Antriebsstrang zwischen einer jeweiligen Elektromaschine und Antriebsrädern des jeweiligen Kraftfahrzeuges ein Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen, um eine Antriebsbewegung der 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 CN 105972165 A geht eine Antriebseinheit eines Elektrofahrzeuges hervor, wobei sich diese Antriebseinheit aus einem Kraftfahrzeuggetriebe und einer Elektromaschine zusammensetzt. Das Kraftfahrzeuggetriebe weist einen Stufenplanetenradsatz auf, welcher durch ein erstes Sonnenrad, ein zweites Sonnenrad, ein Hohlrad und ein Planetenträger gebildet ist, wobei in dem Planetenträger mehrere Stufenplanetenräder jeweils drehbar gelagert sind, die im Einzelnen mit den beiden Sonnenrädern und auch dem Hohlrad jeweils im Zahneingriff stehen. Das Hohlrad des Stufenplanetenradsatzes ist permanent an einem Gehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes festgesetzt, während der Planetenträger drehfest mit einer Ausgangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes in Verbindung steht. Eine Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes ist drehfest mit einem Rotor der Elektromaschine verbunden und kann zum einen über ein erstes Schaltelement drehfest mit dem ersten Sonnenrad verbunden sowie über ein zweites Schaltelement drehfest mit dem zweiten Sonnenrad in Verbindung gebracht werden. Die beiden Schaltelemente sind dabei als kraftschlüssige Schaltelemente in Form von Reibkupplungen ausgeführt und bilden gemeinsam eine Doppelkupplung.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kraftfahrzeuggetriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug zu schaffen, wobei bei dem Kraftfahrzeuggetriebe dabei eine höhere Anzahl an unterschiedlichen Gängen schaltbar 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 betrifft Anspruch 12 eine Antriebsachse für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, während Anspruch 13 ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug mit einer vorgenannten Antriebsachse zum Gegenstand hat. Schließlich betrifft noch Anspruch 14 ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes.
Gemäß der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeuggetriebe eine Antriebswelle, welche für eine antriebswirksame Verbindung mit mindestens einer Elektromaschine vorgesehen ist, eine Ausgangswelle und einen Stufenplanetenradsatz, welcher ein erstes Sonnenrad, ein zweites Sonnenrad, ein Hohlrad sowie mindestens ein an einem Planetenträger drehbar gelagertes Stufenplanentenrad aufweist. Dabei steht das mindestens eine Stufenplanentenrad mit den beiden Sonnenrädern und dem Hohlrad jeweils im Zahneingriff.
Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Kraftfahrzeuggetriebes zu verstehen, über welches eine Kraftflussführung zwischen Komponenten vorgenommen werden kann, wobei hierzu ggf. ein zugehöriges, zumindest funktional vorgesehenes Schaltelement zu betätigen ist. Die jeweilige Welle, insbesondere die Antriebswelle und/oder die Ausgangswelle, kann Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches lediglich eine radiale Verbindung verwirklicht ist.
Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse des Kraftfahrzeuggetriebes gemeint, parallel zu welcher Rotationsachsen von rotierbaren Komponenten des Getriebes, insbesondere der Wellen des Getriebes und der Elemente des Stufenplanetenradsatzes, angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann jeweils eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer jeweiligen Komponente des Getriebes zu verstehen.
Die Antriebswelle ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe dafür vorgesehen, eine antriebswirksame Koppelung zu mindestens einer Elektromaschine herzustellen, um an der Antriebswelle eine Antriebsbewegung der mindestens einen Elektromaschine in das Kraftfahrzeuggetriebe einzuleiten. Dazu ist die Antriebswelle insbesondere mit einer Anschlussstelle ausgestattet, an welcher eine Koppelung der Antriebswelle mit der mindestens einen Elektromaschine ausgebildet werden kann. Dabei liegt diese Koppelung zwischen der mindestens einen Elektromaschine und der Antriebswelle in der Form vor, dass im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes zwischen einer Drehzahl der Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes und einer Drehzahl der mindestens einen Elektromaschine stets ein festes Drehzahlverhältnis vorherrscht. So kann im Rahmen der Erfindung zwischen der Antriebswelle und der mindestens einen Elektromaschine ggf. noch mindestens eine weitere Übersetzungsstufe, wie beispielsweise eine Stirnradstufe und/oder eine Planetenstufe, vorgesehen sein, über welche eine Vorübersetzung einer Drehbewegung der Elektromaschine auf die Antriebswelle darstellbar ist. Besonders bevorzugt ist die Antriebswelle des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes aber dafür vorgesehen, eine drehfeste Verbindung zu der mindestens einen Elektromaschine herzustellen, so dass die mindestens eine Elektromaschine und die Antriebswelle im Betrieb unter derselben Drehzahl laufen. Ggf. können die Antriebswelle und ein jeweiliger Rotor der mindestens einen Elektromaschine auch einstückig ausgeführt sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe sind die Antriebswelle und die Ausgangswelle insbesondere koaxial zueinander liegend angeordnet, wobei weiter bevorzugt auch der Stufenplanetenradsatz koaxial zu der Antriebswelle und der Ausgangswelle platziert ist. Hierdurch lässt sich ein in radialer Richtung besonders kompakter Aufbau des Kraftfahrzeuggetriebes verwirklichen.
Der Stufenplanetenradsatz des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes setzt sich aus dem ersten Sonnenrad, dem zweiten Sonnenrad, dem Hohlrad und dem Planetenträger zusammen, wobei in dem Planetenträger mindestens ein Stufenplanetenrad drehbar gelagert ist. Das mindestens eine Stufenplanetenrad kämmt hierbei sowohl mit dem ersten Sonnenrad, dem zweiten Sonnenrad, als auch dem Hohlrad. Zu diesem Zweck ist das mindestens eine Stufenplanetenrad insbesondere mit zwei unterschiedlichen, axial nebeneinanderliegenden Verzahnungen ausgestattet, wobei an der einen Verzahnung dabei der Zahneingriff mit dem einen Sonnenrad und dem Hohlrad vorgenommen ist, während an der anderen Verzahnung der Zahneingriff mit dem anderen Sonnenrad stattfindet. Bevorzugt sind die Verzahnungen dabei an unterschiedlichen Durchmessern des Stufenplanetenrades mit unterschiedlichen Zähnezahlen ausgestaltet.
Im Rahmen der Erfindung können diese unterschiedlichen Verzahnungen dabei an einem einstückig ausgestalteten Stufenplanetenrad vorgesehen sein, wobei sich das mindestens eine Stufenplanetenrad aber bevorzugt aus zwei drehfest miteinander verbundenen, koaxialen Stirnrädern zusammensetzt, von welchen das eine Stirnrad die eine Verzahnung bildet und mit dem einen Sonnenrad und dem Hohlrad kämmt, während das andere Stirnrad die andere Verzahnung bildet und mit dem anderen Sonnenrad im Zahneingriff steht.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Antriebswelle drehfest mit dem Hohlrad verbunden ist, während die Ausgangswelle drehfest mit dem Planetenträger in Verbindung steht. Des Weiteren sind zumindest funktional ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement und ein drittes Schaltelement vorgesehen, von welchen das erste Schaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das erste Sonnenrad drehfest mit einer Welle zu verbinden. Das zweite Schaltelement ist dazu eingerichtet, in einem geschlossenen Zustand das zweite Sonnenrad drehfest mit der Welle zu verbinden, wohingegen das dritte Schaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand die Welle festzusetzen.
Mit anderen Worten besteht also bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe zwischen der Antriebswelle und dem Hohlrad des Stufenplanetenradsatzes eine permanent drehfeste Verbindung, so dass die Antriebswelle und das Hohlrad stets unter derselben Drehzahl laufen. Ebenso sind auch die Ausgangswelle und der Planetenträger permanent drehfest miteinander verbunden, wodurch auch der Planetenträger und die Ausgangswelle stets dieselbe Drehzahl aufweisen. Zumindest von einer Funktion her sind ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement und ein drittes Schaltelement vorgesehen, wobei das erste Schaltelement dabei in seinem geschlossenen Zustand eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Sonnenrad und einer Welle herbeiführt. Ein betätigter Zustand des zweiten Schaltelements hat eine drehfeste Verbindung der Welle mit dem zweiten Sonnenrad zur Folge, wohingegen das dritte Schaltelement in seinem betätigten Zustand ein Festsetzen der Welle bewirkt.
Eine derartige Ausgestaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes hat dabei den Vorteil, dass über die zumindest funktional vorgesehenen, drei Schaltelemente zumindest drei unterschiedliche Gänge zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle geschaltet werden können, welche bei Verwendung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes in einer Antriebseinheit dementsprechend auch für die Einbindung mindestens einer Elektromaschine zur Verfügung stehen. Aufgrund der Verwendung eines Stufenplanetenradsatzes ist dabei gleichzeitig ein kompakter Aufbau des Kraftfahrzeuggetriebes bei einer niedrigen Anzahl an Bauteilen möglich. Insgesamt lässt sich dadurch ein kompakt bauendes Kraftfahrzeuggetriebe mit hoher Anzahl an schaltbaren Gängen verwirklichen.
Die einzelne, permanent drehfeste Verbindung ist im Sinne der Erfindung bevorzugt jeweils über jeweils eine zwischenliegende Welle realisiert, die dabei ein- oder mehrteilig vorliegen kann. Zudem kommt dabei im Rahmen der Erfindung auch eine jeweilige Ausgestaltung infrage, bei welcher die jeweilige Welle einstückig mit einem oder auch beiden, hiermit drehfest verbundenen Komponenten ausgeführt ist, wobei letzteres insbesondere dann verwirklicht ist, wenn die permanent miteinander verbundenen Komponenten des Getriebes räumlich dicht beieinanderliegend angeordnet sind.
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 Ausgangswelle dargestellt werden können. Besonders bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe von der Funktion her genau drei Schaltelemente vorgesehen, wobei über diese Schaltelemente zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle weiter bevorzugt dann genau drei unterschiedliche Gänge schaltbar sind. Prinzipiell könnten aber im Rahmen der Erfindung neben dem ersten Schaltelement, dem zweiten Schaltelement 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. Besonders bevorzugt sind das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement als Einzelschaltelemente ausgeführt.
Die drei zumindest funktional vorgesehenen Schaltelemente führen hierbei im Einzelnen bei Betätigung je eine Verbindung der bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehenen Welle herbei. So kann diese Welle, welche insbesondere koaxial zu der Antriebswelle und der Ausgangswelle vorliegt, über das erste Schaltelement drehfest mit dem ersten Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes verbunden, über das zweite Schaltelement drehfest mit dem zweiten Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes in Verbindung gebracht sowie über das dritte Schaltelement festgesetzt werden. In diesem Zusammenhang kann bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe eine gemeinsame Betätigungseinrichtung der drei zumindest funktional vorhandenen Schaltelemente vorgesehen werden, wie beispielsweise eine Betätigung über eine gemeinsame Schaltwalze.
Das Festsetzen der Welle über das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement erfolgt insbesondere dadurch, dass die Welle drehfest mit einem permanent festgesetzten Bauelement 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.
Bei Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes wird bevorzugt ein erster Gang zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle durch Schließen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements geschaltet, wobei ein zweiter Gang zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle durch Schließen des zweiten Schaltelements und des dritten Schaltelements dargestellt wird. Zudem wird ein dritter Gang zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle durch Schließen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements geschaltet. In vorteilhafter Weise können hierdurch bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe drei unterschiedliche Gänge mit geeigneten Übersetzungsverhältnissen geschaltet werden. Dabei ist bei einer aufeinanderfolgenden Schaltung dieser Gänge stets nur der Schaltzustand von je zwei Schaltelementen zu verändern, indem eines der an dem auszulegenden Gang beteiligten Schaltelemente zu öffnen und im Folgenden ein anderes Schaltelement zur Darstellung des zu schaltenden Ganges zu schließen ist. Besonders bevorzugt können bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe durch die genau drei zumindest funktional vorgesehenen Schaltelemente genau drei unterschiedliche Gänge realisiert werden.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das einzelne zumindest funktional vorgesehene Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wobei hierbei bevorzugt eine Ausführung als unsynchronisiertes Klauenschaltelement vorgenommen 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. Im Rahmen der Erfindung können zudem zwei oder auch alle drei Schaltelemente durch eine gemeinsame Schalteinrichtung gebildet sein, sofern hierdurch die Darstellung der Gänge nicht beeinträchtigt ist. Hierdurch ist ggf. eine besonders kompakte Abbildung der Funktion der drei Schaltelemente darstellbar.
Alternativ oder ergänzend zu der vorgenannten Ausführungsform ist das einzelne zumindest funktional vorgesehene Schaltelement als kraftschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wobei hierbei insbesondere eine Ausführung als Lamellenschaltelement oder als Konusschaltelement in Betracht kommt. In vorteilhafter Weise kann hierdurch ein Betätigen des jeweiligen Schaltelements unter Last vorgenommen werden.
Im Sinne der Erfindung können von den zumindest funktional vorgesehenen, drei Schaltelementen alle drei als formschlüssige Schaltelemente, alle drei als kraftschlüssige Schaltelemente oder ein oder mehrere als formschlüssige Schaltelemente und ein oder mehrere als kraftschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein.
Entsprechend einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist die Ausgangswelle mit einem Differentialradsatz gekoppelt, welcher die Ausgangswelle antriebswirksam mit zwei Abtriebswellen verbindet. Hierdurch kann eine durch selektive Betätigung der Schaltelemente von der Antriebswelle auf die Ausgangswelle übersetzte Antriebsbewegung im Weiteren auf zwei Abtriebswellen verteilt werden. Im Rahmen der Erfindung kann der Differentialradsatz dabei in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges für eine Querverteilung auf Antriebsräder einer Antriebsachse vorgesehen sein, wobei der Differentialradsatz hierbei dann als Querdifferential fungiert und bevorzugt eine gleichmäßige Verteilung vornimmt. Alternativ dazu ist es im Rahmen der Erfindung aber ebenso denkbar, dass über den Differentialradsatz eine Längsverteilung auf mehrere Antriebsachsen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges vorgenommen wird. Dabei dient der Differentialradsatz als Längsdifferential, wobei hierbei ebenfalls eine gleichmäßige oder auch eine ungleichmäßige Verteilung denkbar wäre.
In Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit sind die Ausgangswelle und der Differentialradsatz über mindestens eine Übersetzungsstufe gekoppelt. Über diese mindestens eine Übersetzungsstufe kann eine zusätzliche, feste Übersetzung zwischen der Ausgangswelle und dem Differentialradsatz dargestellt und damit die Gesamtübersetzung des Kraftfahrzeuggetriebes ggf. erhöht werden.
Bei einer Variante der Erfindung ist die mindestens eine Übersetzungsstufe als je eine Stirnradstufe ausgeführt, die sich aus zwei miteinander im Zahneingriff stehenden Stirnrädern zusammensetzt, wobei das eine Stirnrad mit der Ausgangswelle und das andere Stirnrad mit dem Differentialradsatz gekoppelt ist. Ist dabei zwischen der Ausgangswelle und dem Differentialradsatz eine einzige Stirnradstufe vorgesehen, so ist das eine Stirnrad insbesondere drehfest auf der Ausgangswelle vorgesehen, während das andere mit dem einen Stirnrad im Zahneingriff stehende Stirnrad drehfest mit einem Eingangselement des Differentialradsatzes, bevorzugt einem Differentialkorb, verbunden ist. In diesem Fall sind die Ausgangswelle und der Differentialradsatz dann achsversetzt zueinander angeordnet.
Alternativ dazu können zwischen der Ausgangswelle und dem Differentialradsatz aber auch zwei Stirnradstufen vorgesehen sein, wobei von der einen Stirnradstufe ein Stirnrad drehfest mit der Ausgangswelle verbunden ist, während das mit diesem Stirnrad kämmende Stirnrad der einen Stirnradstufe bevorzugt über eine Zwischenwelle drehfest mit einem Stirnrad der anderen Stirnradstufe verbunden ist. Das mit dem einen Stirnrad der anderen Stirnradstufe kämmende, andere Stirnrad ist dann drehfest mit einem Eingangselement des Differentialradsatzes, bevorzugt einem Differentialkorb, verbunden. In vorteilhafter Weise kann hierdurch eine zweistufige Koppelung zwischen der Ausgangswelle und dem Differentialradsatz realisiert werden.
Alternativ oder ergänzend zu der vorgenannten Variante ist die mindestens eine Übersetzungsstufe als je eine Planetenstufe ausgeführt, welche ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element in Form eines Sonnenrades, eines Planetenträgers und eines Hohlrades aufweist, wobei das erste Element mit der Ausgangswelle gekoppelt, das zweite Element mit dem Differentialradsatz gekoppelt und das dritte Element festgesetzt ist. Auch hierdurch kann eine feste Übersetzung zwischen der Ausgangswelle und dem Differentialradsatz dargestellt werden. Insbesondere ist das erste Element der Planetenstufe dabei drehfest mit der Ausgangswelle und das zweite Element drehfest mit einem Eingangselement des Differentialradsatzes, bevorzugt einem Differentialkorb, verbunden.
In dem Planetenträger der je einen Planetenstufe ist bevorzugt mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert, welches sowohl mit dem radial innenliegenden Sonnenrad, als auch dem radial umliegenden Hohlrad jeweils im Zahneingriff steht. Insofern ist die je eine Planetenstufe in diesem Fall als Minus-Planetenstufe ausgeführt, wobei es sich dann bei dem ersten Element bevorzugt um das Sonnenrad, bei dem zweiten Element bevorzugt um den Planetenträger und bei dem dritten Element bevorzugt um das Hohlrad handelt. Alternativ dazu könnte die je eine Planetenstufe aber auch als Plus-Planetenstufe vorliegen, bei welcher in dem Planetenträger mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert ist, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem Hohlrad kämmt sowie die Planetenräder untereinander im Zahneingriff stehen. Bei dieser Variante würde es sich bei dem ersten Element dann bevorzugt um das Sonnenrad, bei dem zweiten Element um das Hohlrad und bei dem dritten Element um den Planetenträger handeln.
Es ist eine Ausführungsform der Erfindung, dass der Differentialradsatz als Kegelraddifferential ausgeführt ist. Auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise sind bei dem Differentialradsatz dabei zwei Kegelräder vorgesehen, die jeweils drehfest auf je einer der Abtriebswellen angeordnet sind und mit mindestens einem Ausgleichselement kämmen. Das mindestens eine Ausgleichselement liegt dabei bevorzugt ebenfalls als Kegelrad vor, welches drehbar in einem Differentialkorb des Kegelraddifferentials gelagert sind, wobei der Differentialkorb ein Eingangselement des Differentialradsatzes bildet und mit der Ausgangswelle gekoppelt ist. Alternativ dazu kommen im Sinne der Erfindung aber auch anderweitige Ausbildungsformen des Differentialradsatzes infrage, beispielsweise als Stirnraddifferential bzw. Planetendifferential.
Alternativ dazu ist der Differentialradsatz durch einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz gebildet, welche sich jeweils aus je einem Sonnenrad, je einem Hohlrad und je einem je mindestens ein Planetenrad drehbar lagernden Planetenträger zusammensetzen. Dabei ist das Sonnenrad des ersten Planetenradsatz mit der Ausgangswelle und der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes mit der ersten Abtriebswelle gekoppelt, wohingegen das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden sind. Zudem ist der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes festgesetzt und das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Abtriebswelle gekoppelt. Mittels eines derartigen Differentialradsatzes kann eine hälftige Aufteilung eines in den Differentialradsatz eingeleiteten Antriebsmoments als Abtriebsmomente auf die Abtriebswellen vorgenommen werden. Dabei liegt bei dem Differentialradsatz an keinem Bauteil die Summe der beiden Abtriebsmomente an. Darüber hinaus weist der Differentialradsatz bei identischen Abtriebsdrehzahlen der Abtriebswellen keine im Block umlaufenden bzw. ohne Wälzbewegung umlaufenden Verzahnungen auf. Anders gesagt erfolgt unabhängig der Abtriebsdrehzahlen der Abtriebswellen stets eine Relativbewegung der miteinander in Zahneingriff stehenden Bauteile des Differentialradsatzes. Zugleich wird mittels des Differentialradsatzes die Funktion der Erzeugung der Gesamtübersetzung sowie die Differentialfunktion dargestellt. Anders gesagt wird durch den derartig gestalteten Differentialradsatz eine Drehmomenterhöhung sowie eine Aufteilung einer Antriebsleistung vorgenommen. Dies ist hierbei bei Gewichtseinsparung möglich.
Bei dem vorgenannten Differentialradsatz sind der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz bevorzugt axial auf gleicher Höhe angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz hierbei radial innen liegend zu dem zweiten Planetenradsatz platziert ist. Alternativ oder ergänzend dazu ist der vorgenannte Differentialradsatz insbesondere koaxial zu der Ausgangswelle und den beiden Abtriebswellen sowie weiter bevorzugt auch zu der Antriebswelle und dem Stufenplanetenradsatz angeordnet.
Gegenstand der Erfindung ist zudem eine Antriebseinheit, welche insbesondere für die Anwendung in einem Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges vorgesehen ist. Diese Antriebseinheit umfasst mindestens eine Elektromaschine sowie ein Kraftfahrzeuggetriebe, welches entsprechend einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Varianten ausgestaltet ist. Hierbei ist ein jeweiliger Rotor der mindestens einen Elektromaschine mit der Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt. An der Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes ist hierbei insbesondere genau eine Elektromaschine angebunden, wobei ggf. aber auch eine drehfeste Verbindung mit mehreren Elektromaschinen denkbar ist. Im letztgenannten Fall könnte hierbei auch ein Abkoppeln der einzelnen Elektromaschine über eine zwischenliegende Trennkupplung denkbar sein.
Die mindestens eine Elektromaschine umfasst neben dem Rotor zudem noch einen Stator und kann insbesondere zum einen als Elektromotor sowie zum anderen als Generator betrieben werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Stufenplanetenradsatz und/oder der Differentialradsatz des Kraftfahrzeuggetriebes zumindest teilweise oder vollständig räumlich innerhalb des jeweiligen Rotors der mindestens einen Elektromaschine angeordnet. Hierdurch kann ein kompakter Aufbau der Antriebseinheit realisiert werden.
Eine entsprechend einer oder mehrerer der vorgenannten Varianten ausgeführte Antriebseinheit ist insbesondere Teil eines Fahrzeugantriebsstranges, welcher dabei für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug vorgesehen ist. Bevorzugt ist die Antriebseinheit dabei Teil einer Antriebsachse wobei die Ausgangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes mit Abtriebswellen der Antriebsachse gekoppelt ist. In vorteilhafter Weise kann hierdurch ein kompakter Aufbau einer Antriebsachse mit der Antriebseinheit erreicht werden, wobei die Koppelung zwischen der Ausgangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes der Antriebseinheit und den Abtriebswellen der Antriebsachse insbesondere über einen Differentialradsatz des Kraftfahrzeuggetriebes vollzogen ist. Zudem ist die Antriebseinheit hierbei insbesondere oberhalb der Antriebsachse angeordnet.
Mindestens eine vorgenannte Antriebseinheit ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug vorgesehen, bei welchem es sich insbesondere um ein Nutzfahrzeug handelt. Hierbei kann es sich bei dem Nutzfahrzeug insbesondere um einen zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Transporter handeln.
Dass zwei Bauelemente des Kraftfahrzeuggetriebes drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Komponenten des Stufenplanetenradsatzes und/oder Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind unter einem festen Drehzahlverhältnis miteinander gekoppelt.
Ist hingegen zumindest funktional ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander gekoppelt, sondern eine drehfeste Koppelung wird erst durch Betätigen des zumindest funktional zwischenliegenden Schaltelements vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 bis 7 jeweils eine schematische Ansicht je einer Antriebseinheit entsprechend jeweils einer Ausführungsform der Erfindung; und
8 ein beispielhaftes Schaltschema von Kraftfahrzeuggetrieben der Antriebseinheiten aus den 2 bis 7.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Elektrofahrzeugs 1, bei welchem es sich um ein Elektro-Nutzfahrzeug, wie beispielsweise einen Transporter, handeln kann. Neben einer lenkbaren, nicht angetriebenen Fahrzeugachse 2, verfügt das Elektrofahrzeug 1 noch über eine Antriebsachse 3, bei welcher eine Antriebseinheit 4 vorgesehen ist. Während es sich bei der Fahrzeugachse 2 dabei um eine Vorderachse des Elektrofahrzeugs 1 handelt, ist die Antriebsachse 3 eine Hinterachse des Elektrofahrzeuges 1. Allerdings könnte alternativ oder ergänzend zu der Antriebsachse 3 auch die Fahrzeugachse 2 als angetriebene Achse konzipiert sein.
Aus 2 geht eine schematische Darstellung der gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gestalteten Antriebseinheit 4 hervor, welche sich hierbei aus einer Elektromaschine 5 und einem Kraftfahrzeuggetriebe 6 zusammensetzt. Die Elektromaschine 5 verfügt über einen Stator 7 und einen Rotor 8, von welchen der Stator 7 permanent an einem drehfesten Bauelement 9 festgesetzt ist. Dabei kann es sich bei dem drehfesten Bauelement 9 um ein Getriebegehäuse handeln, in welchem die Elektromaschine 5 und das Kraftfahrzeuggetriebe 6 unter Bildung der Antriebseinheit 4 gemeinsam aufgenommen sind. Die Elektromaschine 5 kann bei der Antriebseinheit 4 hierbei zum einen als Elektromotor zum Antrieb der Antriebsachse 3 sowie zum anderen als Generator zum Abbremsen der Antriebsachse 3 betrieben werden.
Das Kraftfahrzeuggetriebe 6 ist vorliegend gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet und umfasst einen Stufenplanetenradsatz 10, eine als Hohlwelle gestaltete Antriebswelle 11, eine Ausgangswelle 12 sowie einen - in 2 nur schematisch gezeigten - Differentialradsatz 13. Der Stufenplanetenradsatz 10 setzt sich aus zwei Sonnenrädern 14 und 15, einem Planetenträger 16 und einem Hohlrad 17 zusammen, wobei in dem Planetenträger 16 mehrere Stufenplanetenräder 18 drehbar gelagert sind. Hierbei ist das einzelne Stufenplanetenrad 18 jeweils durch je zwei Stirnrädern 19 und 20 gebildet, die voneinander abweichende Durchmesser und abweichende Zähnezahlen aufweisen und koaxial zueinander liegend drehfest miteinander verbunden sind. Bei dem einzelnen Stufenplanetenrad 18 ist dabei an der jeweiligen Verzahnung des jeweiligen Stirnrades 19 ein Zahneingriff mit dem Sonnenrad 14 und dem Hohlrad 17 hergestellt, während an der Verzahnung des jeweiligen Stirnrades 20 ein Zahneingriff mit dem Sonnenrad 15 vollzogen ist.
Innerhalb der Antriebseinheit 4 ist die Antriebswelle 11 drehfest mit dem Rotor 8 der Elektromaschine 5 verbunden, so dass auch das Hohlrad 17 ständig drehfest mit dem Rotor 8 der Elektromaschine 5 in Verbindung steht. Dabei können der Rotor 8 und die Antriebswelle 11 und/oder die Antriebswelle 11 und das Hohlrad 17 ggf. einstückig ausgebildet sein. Der Planetenträger 16 des Stufenplanetenradsatzes 10 ist drehfest mit der Ausgangswelle 12 verbunden, über welche eine Verbindung des Planetenträgers 16 mit dem Differentialradsatz 13 hergestellt ist. Letzterer ist hierbei bevorzugt als Kegelraddifferential ausgestaltet, wobei über die Ausgangswelle 12 dann insbesondere eine drehfeste Verbindung zu einem Differentialkorb des Differentialradsatzes 13 hergestellt ist. Alternativ könnte der Differentialradsatz 13 aber auch als Planetendifferenzial oder als Stirnraddifferential ausgeführt sein. Über den Differentialradsatz 13 wird hierbei eine Verteilung einer Antriebsleistung auf - vorliegend nicht dargestellte - Abtriebswellen der Antriebsachse 3 vorgenommen.
Wie in 2 zu erkennen ist, kann das Sonnenrad 15 über ein Schaltelement A drehfest mit einer als Hohlwelle ausgeführten Welle 21 verbunden werden, wobei diese Welle 21 zudem über ein Schaltelement B drehfest mit dem Sonnenrad 14 in Verbindung gebracht sowie mittels eines Schaltelements C an dem drehfesten Bauelement 9 festgesetzt werden kann.
Die Schaltelemente A, B, C sind vorliegend als kraftschlüssige Schaltelemente ausgestaltet, wobei das einzelne Schaltelement A bzw. B bzw. C hierbei bevorzugt als Lamellenschaltelement ausgestaltet ist. Über die Schaltelemente A, B und C wird dabei im Einzelnen jeweils eine Koppelung der Welle 21 herbeigeführt. Hierbei sorgen die Schaltelemente A und B als Kupplungen bei Betätigung jeweils für eine drehfeste Verbindung der Welle 21 mit dem jeweiligen Sonnenrad 15 bzw. 14, während das Schaltelement C als Bremse bei Betätigung für ein Festsetzen der Welle 21 am drehfesten Bauelement 9 sorgt.
Bei der Antriebseinheit 4 sind die Elektromaschine 5, der Stufenplanetenradsatz 10, die Antriebswelle 11, die Ausgangswelle 12, der Differentialradsatz 13, die Welle 21 und die Schaltelemente A bis C koaxial zueinander angeordnet. Dabei ist der Stufenplanetenradsatz 10 axial auf Höhe der Elektromaschine 5 sowie radial innenliegend zu dieser platziert, wobei auch die Antriebswelle 11 dementsprechend im Wesentlichen axial auf Höhe der Elektromaschine 5 sowie radial innenliegend der Elektromaschine 5 verläuft. Axial auf den Stufenplanetenradsatz 10 folgen dann die axial unmittelbar nebeneinanderliegenden Schaltelemente A und B, welche hierbei radial im Wesentlichen auf derselben Höhe und dabei radial ebenfalls innenliegend der Elektromaschine 5 platziert sind. Das Schaltelement A ist hierbei axial teilweise überdeckend mit der Elektromaschine 5 angeordnet. Radial umliegend zu den Schaltelementen A und B und im Wesentlichen radial auf Höhe der Elektromaschine 5 ist das Schaltelement C vorgesehen, welches hierbei axial zudem mit dem Schaltelement B überdeckt. Aufgrund dieser Anordnung der Schaltelemente A, B und C kann hierdurch ein geschachtelter Aufbau realisiert werden, was in Kombination mit der Platzierung des Stufenplanetenradsatzes 10 innerhalb der Elektromaschine 5 einen kompakten Aufbau der Antriebseinheit 4 ermöglicht. Der Differentialradsatz 13 ist axial auf die Schaltelemente A, B und C folgend neben der Elektromaschine 5 liegend vorgesehen.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer Antriebseinheit 22, welche entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet ist und ebenfalls bei der Antriebsachse 3 in 1 Anwendung finden kann. Dabei entspricht diese Ausführungsform im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach 2, wobei im Unterschied dazu bei einem Kraftfahrzeuggetriebe 23 der Antriebseinheit 22 die Ausgangswelle 12 nun nicht unmittelbar an den Differentialradsatz 13 angebunden ist, sondern eine Koppelung der Ausgangswelle 12 mit dem Differentialradsatz 13 über eine zwischenliegende Übersetzungsstufe in Form einer Planetenstufe 24 vorgenommen ist.
Diese Planetenstufe 24 weist ein erstes Element 25, ein zweites Element 26 und ein drittes Element 27 auf, wobei von diesen Elementen 25 bis 27 dabei das erste Element 25 durch ein Sonnenrad der Planetenstufe 24 gebildet ist, während das zweite Element 26 als Planetenträger und das dritte Element 27 als Hohlrad ausgeführt ist. In dem Planetenträger sind dabei mehrere Planetenräder drehbar gelagert geführt, welche im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem Hohlrad im Zahneingriff stehen. Insofern ist die Planetenstufe 24 vorliegend als Minus-Planetenstufe ausgeführt.
Das erste Element 25 der Planetenstufe 24 und damit deren Sonnenrad ist drehfest mit der Ausgangswelle 12 verbunden, so dass die Ausgangswelle 12 vorliegend also eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element 25 der Planetenstufe 24 und dem Planetenträger 16 des Stufenplanetenradsatzes 10 herstellt. Hingegen ist das dritte Element 27 der Planetenstufe 24 ständig am drehfesten Bauelement festgesetzt, während das zweite Element 26 der Planetenstufe 24 drehfest mit einem Differentialkorb 28 des als Kegelraddifferential ausgeführten Differentialradsatzes 13 verbunden ist.
Bei dem Differentialradsatz 13 sind in dem Differentialkorb 28 mehrere Ausgleichselemente 29 in Form von Kegelrädern drehbar gelagert, wobei das einzelne Ausgleichselement 29 dabei mit Kegelrädern 30 und 31 im Zahneingriff steht, die jeweils drehfest auf je einer Abtriebswelle 32 bzw. 33 angeordnet sind. Die Abtriebswellen 32 und 33 stellen dann im verbauten Zustand der Antriebseinheit 22 jeweils eine drehfeste Verbindung zu je einem Antriebsrad der Antriebsachse 3 her.
Als weiterer Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach 2 ist bei der Antriebseinheit 22 der Differentialradsatz 13 axial auf Höhe sowie radialinnen liegend der Elektromaschine 5 platziert, wobei dann axial auf die Elektromaschine 5 zunächst der Stufenplanetenradsatz 10, dann die Schaltelemente A, B und C und schließlich die Planetenstufe 24 folgen. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 3 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Ferner geht aus 4 eine schematische Ansicht einer Antriebseinheit 34 hervor, die entsprechend einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ausgebildet ist und dabei im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach 3 entspricht. Unterschiedlich ist hierbei, dass nun bei einem Kraftfahrzeuggetriebe 35 der Antriebseinheit 34 der Stufenplanetenradsatz 10, wie schon bei der Variante nach 2, axial auf Höhe sowie radial innenliegend der Elektromaschine 5 angeordnet ist. Axial auf den aus Elektromaschine 5 und Stufenplanetenradsatz 10 gebildeten, geschachtelten Aufbau folgen dann zunächst die Schaltelemente A, B und C, dann die Planetenstufe 24 und schließlich der Differentialradsatz 13. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 4 der Variante nach 3, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit 36 gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Erfindung, wobei diese Antriebseinheit 36 dabei ebenfalls bei der Antriebsachse 3 in 1 zur Anwendung kommen kann. Die Antriebseinheit 36 entspricht im Wesentlichen der Variante nach 2, mit dem Unterschied, dass bei einem Kraftfahrzeuggetriebes 37 der Antriebseinheit 36 ein Schaltelement A', bei dessen Betätigung das Sonnenrad 15 des Stufenplanetenradsatzes 10 drehfest mit der Welle 21 verbunden wird, nun als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt ist. Konkret liegt das Schaltelement A' hierbei als unsynchronisierte Klauenkupplung vor. Zudem ist auch ein Schaltelement B' als formschlüssiges Schaltelement ausgestaltet, in dessen betätigten Zustand das Sonnenrad 14 des Stufenplanetenradsatzes 10 drehfest mit der Welle 21 in Verbindung gebracht wird. Auch das Schaltelement B` ist hierbei insbesondere als unsynchronisierte Klauenkupplung ausgeführt.
Als weiterer Unterschied stellt die Ausgangswelle 12 des Kraftfahrzeuggetriebes 37 eine drehfeste Verbindung des Planetenträgers 16 zu einem Differentialradsatz 38 her, welcher eine Verteilung auf die Abtriebswellen 32 und 33 vornimmt. Dabei ist der Differentialradsatz 38 durch einen ersten Planetenradsatz 39 und einen zweiten Planetenradsatz 40 gebildet, welche sich jeweils aus je einem Sonnenrad 41 bzw. 42, je einem Planetenträger 43 bzw. 44 und je einem Hohlrad 45 bzw. 46 zusammensetzen. In dem jeweiligen Planetenträger 43 bzw. 44 sind dabei jeweils mehrere Planetenräder 47 bzw. 48 drehbar gelagert, wobei das einzelne Planetenrad 47 bzw. 48 bei dem jeweiligen Planetenradsatzes 39 bzw. 40 jeweils sowohl mit dem zugehörigen Sonnenrad 41 bzw. 42, als auch mit dem zugehörigen Hohlrad 45 bzw. 46 jeweils im Zahneingriff steht. Insofern sind die beiden Planetenradsätze 39 und 40 vorliegend als Minus-Planetensätze gestaltet.
Das Sonnenrad 41 des Planetenradsatzes 39 ist drehfest mit der Ausgangswelle 12 und damit auch drehfest mit dem Planetenträger 16 des Stufenplanetenradsatzes 10 verbunden. Des Weiteren steht der Planetenträger 43 des Planetenradsatzes 39 drehfest mit der Abtriebswelle 32 in Verbindung, während das Hohlrad 45 des Planetenradsatzes 39 und das Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40 ständig drehfest miteinander verbunden sind. Hierbei können das Hohlrad 45 und das Sonnenrad 42 ggf. einstückig sowie ggf. auch einstückig mit einer zugehörigen Koppelwelle 49 ausgebildet sein. Ferner ist der Planetenträger 44 des Planetenradsatzes 40 ständig am drehfesten Bauelement 9 festgesetzt, wohingegen das Hohlrad 46 des Planetenradsatzes 40 drehfest mit der Abtriebswelle 33 in Verbindung steht.
Von der axialen Anordnung der Komponenten her unterscheidet sich die Ausführungsform nach 5 gegenüber der Variante nach 2 zudem dahingehend, dass das Schaltelement A` und auch das Schaltelement C gemeinsam mit dem Stufenplanetenradsatz 10 axial auf Höhe sowie radial innenliegend der Elektromaschine 5 platziert sind. Axial hierauf folgen dann zunächst das Schaltelement B` und schließlich der Differentialradsatz 38, bei welchem die Planetenradsätze 39 und 40 axial im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet und dabei der Planetenradsatz 39 radial innenliegend zu dem Planetenradsatz 40 vorgesehen ist. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 5 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Aus 6 geht eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit 50 hervor, die gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ausgebildet ist und ebenfalls bei der Antriebsachse 3 in 1 zur Anwendung kommen kann. Hierbei entspricht diese Antriebseinheit 50 weitestgehend der Antriebseinheit 4 aus 2. Unterschiedlich ist hierbei aber, wie schon bei der vorhergehenden Variante nach 5, dass bei einem Kraftfahrzeuggetriebe 51 der Antriebseinheit 50 ein Schaltelement A` als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt ist, bei dessen Betätigung das Sonnenrad 15 des Stufenplanetenradsatzes 10 drehfest mit der Welle 21 verbunden wird. Hierbei liegt das Schaltelement A` als unsynchronisierte Klauenkupplung vor. Ferner ist auch ein Schaltelement B' als formschlüssiges Schaltelement ausgestaltet, in dessen betätigten Zustand das Sonnenrad 14 des Stufenplanetenradsatzes 10 drehfest mit der Welle 21 in Verbindung gebracht wird. Auch das Schaltelement B` ist hierbei insbesondere als unsynchronisierte Klauenkupplung ausgeführt.
Als weiterer Unterschied ist die Ausgangswelle 12 nun nicht direkt mit dem Differentialradsatz 13 verbunden, sondern über eine zwischenliegende Übersetzungsstufe in Form einer Stirnradstufe 52 gekoppelt. Diese Stirnradstufe 52 setzt sich aus einem Stirnrad 53 und einem Stirnrad 54 zusammen, die permanent miteinander im Zahneingriff stehen. Dabei ist das Stirnrad 53 drehfest auf der Ausgangswelle 12 angeordnet, während das Stirnrad 54 ständig drehfest mit einem Differentialkorb 28 des Differentialradsatzes 13 in Verbindung steht. Wie schon bei der Variante nach 3, sind in dem Differentialkorb 28 Ausgleichselemente 29 in Form von Kegelrädern drehbar gelagert, die im Einzelnen mit Kegelrädern 30 und 31 jeweils im Zahneingriff stehen. Das Kegelrad 30 ist hierbei drehfest auf der Abtriebswelle 32 und das Kegelrad 31 drehfest auf der Abtriebswelle 33 angeordnet.
Infolge der Koppelung der Ausgangswelle 12 mit dem Differentialradsatz 13 über die Stirnradstufe 52 sind der Differentialradsatz 13 und die beiden Abtriebswellen 32 und 33 nun achsversetzt zu der Elektromaschine 5 und dem Stufenplanetenradsatz 10 angeordnet. Erneut ist neben dem Stufenplanetenradsatz 10 auch das Schaltelement A` axial auf Höhe sowie radial innen liegend der Elektromaschine 5 platziert, worauf axial dann zunächst das Schaltelement C, dann das Schaltelement B` und schließlich im Wesentlichen in einer Ebene die Stirnradstufe 52 und der Differentialradsatz 13 folgen. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 6 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
7 zeigt eine schematische Ansicht einer Antriebseinheit 55, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ausgeführt ist und alternativ zu der Antriebseinheit 4 aus 2 bei der Antriebsachse 3 in 1 Anwendung finden kann. Dabei entspricht diese Antriebseinheit 55 weitestgehend der vorhergehenden Variante nach 6, mit dem Unterschied, dass bei einem Kraftfahrzeuggetriebe 56 der Antriebseinheit 55 ein Schaltelement B nun als kraftschlüssiges Schaltelement in Form einer Lamellenkupplung ausgeführt ist, die im betätigten Zustand das Sonnenrad 14 drehfest mit der Welle 21 verbindet. Als weiterer Unterschied ist die Koppelung der Ausgangswelle 12 mit dem Differentialradsatz 13 nun über zwei Stirnradstufen 57 und 58 vorgenommen, die sich jeweils aus je zwei permanent miteinander kämmenden Stirnrädern 59 und 60 bzw. 61 und 62 zusammensetzen.
Bei der Stirnradstufe 57 ist das Stirnrad 59 drehfest auf der Ausgangswelle 12 angeordnet und damit permanent drehfest mit dem Planetenträger 16 des Stufenplanetenradsatzes 10 verbunden, während das Stirnrad 60 drehfest auf einer Zwischenwelle 63 angeordnet ist. Neben dem Stirnrad 60 ist auf dieser Zwischenwelle 63 zudem auch das Stirnrad 61 der Stirnradstufe 58 drehfest platziert, wobei das mit dem Stirnrad 61 kämmende Stirnrad 62 dann drehfest mit dem Differentialkorb 28 des Differentialradsatzes 13 in Verbindung steht.
Insofern ist bei der Variante nach 7 eine 2-stufige Koppelung der Ausgangswelle 12 mit dem Differentialradsatz 13 vorgenommen. Von der Anordnung der Komponenten her unterscheidet sich die Antriebseinheit 55 von der vorhergehenden Variante nach 6 dadurch, dass das Schaltelement B axial zwischen dem Schaltelement A` und dem Schaltelement C vorgesehen ist. Die beiden Stirnradstufen 57 und 58 sind im Wesentlichen in einer Ebene mit dem Differentialradsatz 13 angeordnet. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 7 der Variante nach 6, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Schließlich zeigt noch 8 ein beispielhaftes Schaltschema der Kraftfahrzeuggetriebe 6, 23, 35, 37, 51 und 56 aus den 2 bis 7. Dabei ist zu erkennen, dass bei den Kraftfahrzeuggetrieben 6, 23, 35, 37, 51 und 56 jeweils ein erster Gang G1, ein zweiter Gang G2 und ein dritter Gang G3 geschaltet werden können, wobei in der Tabelle aus 8 dabei jeweils mit einem X gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente A bzw. A`, B bzw. B` und C jeweils zu betätigen ist.
Der erste Gang G1 ergibt sich zwischen der Antriebswelle 11 und der Ausgangswelle 12 durch Schließen der Schaltelemente A bzw. A` und C, so dass also jeweils das Sonnenrad 15 des Stufenplanetenradsatzes 10 festgesetzt ist, während das Sonnenrad 16 frei rotieren kann. Ausgehend von dem ersten Gang G1 kann dann in den zweiten Gang G2 geschaltet werden, indem das Schaltelement A bzw. A` geöffnet und das Schaltelement B bzw. B` betätigt wird. Dadurch sind im zweiten Gang G2 das Schaltelement B bzw. B` und das Schaltelement C geschlossen, wodurch das Sonnenrad 14 des Stufenplanetenradsatzes 10 festgesetzt und eine freie Rotation des Sonnenrades 15 ermöglicht ist.
Eine Schaltung von dem zweiten Gang G2 in den dritten Gang G3 wird dann vollzogen, indem das Schaltelement C geöffnet und das Schaltelement A bzw. A` betätigt wird. Durch die somit gleichzeitige Betätigung der Schaltelemente A bzw. A` und B bzw. B` im Gang G3 werden die beiden Sonnenräder 14 und 15 des Stufenplanetenradsatzes 10 drehfest miteinander verbunden.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes können somit drei unterschiedliche Gänge zur Einbindung einer Elektromaschine auf vorteilhafte und kompakte Art und Weise realisiert werden.
Bezugszeichen

1: Elektrofahrzeug
2: Fahrzeugachse
3: Antriebsachse
4: Antriebseinheit
5: Elektromaschine
6: Kraftfahrzeuggetriebe
7: Stator
8: Rotor
9: drehfestes Bauelement
10: Stufenplanetenradsatz
11: Antriebswelle
12: Ausgangswelle
13: Differentialradsatz
14: Sonnenrad
15: Sonnenrad
16: Planetenträger
17: Hohlrad
18: Stufenplanetenräder
19: Stirnrad
20: Stirnrad
21: Welle
22: Antriebseinheit
23: Kraftfahrzeuggetriebe
24: Planetenstufe
25: erstes Element
26: zweites Element
27: drittes Element
28: Differentialkorb
29: Ausgleichselemente
30: Kegelrad
31: Kegelrad
32: Abtriebswelle
33: Abtriebswelle
34: Antriebseinheit
35: Kraftfahrzeuggetriebe
36: Antriebseinheit
37: Kraftfahrzeuggetriebe
38: Differentialradsatz
39: Planetenradsatz
40: Planetenradsatz
41: Sonnenrad
42: Sonnenrad
43: Planetenträger
44: Planetenträger
45: Hohlrad
46: Hohlrad
47: Planetenräder
48: Planetenräder
49: Koppelwelle
50: Antriebseinheit
51: Kraftfahrzeuggetriebe
52: Stirnradstufe
53: Stirnrad
54: Stirnrad
55: Antriebseinheit
56: Kraftfahrzeuggetriebe
57: Stirnradstufe
58: Stirnradstufe
59: Stirnrad
60: Stirnrad
61: Stirnrad
62: Stirnrad
63: Zwischenwelle
A, A`: Schaltelement
B, B`: Schaltelement
C: Schaltelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 105972165 A [0003]

Claims

Kraftfahrzeuggetriebe (6; 23; 35; 37; 51; 56) für eine Antriebseinheit (4; 22; 34; 36; 50; 55) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges, umfassend eine Antriebswelle (11), welche für eine antriebswirksame Verbindung mit mindestens einer Elektromaschine (5) vorgesehen ist, eine Ausgangswelle (12) und einen Stufenplanetenradsatz (10), welcher ein erstes Sonnenrad (15), ein zweites Sonnenrad (14), ein Hohlrad (17) sowie mindestens ein an einem Planetenträger (16) drehbar gelagertes Stufenplanentenrad (18) aufweist, wobei das mindestens eine Stufenplanentenrad (18) mit den beiden Sonnenrädern (14, 15) und dem Hohlrad (17) jeweils im Zahneingriff steht, dadurch gekennzeichnet, - dass die Antriebswelle (11) drehfest mit dem Hohlrad (17) verbunden ist, - dass die Ausgangswelle (12) drehfest mit dem Planetenträger (16) in Verbindung steht, - dass zumindest funktional ein erstes Schaltelement (A; A'), ein zweites Schaltelement (B; B') und ein drittes Schaltelement (C) vorgesehen sind, von welchen das erste Schaltelement (A; A`) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das erste Sonnenrad (15) drehfest mit einer Welle (21) zu verbinden, - dass das zweite Schaltelement (B; B`) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das zweite Sonnenrad (14) drehfest mit der Welle (21) zu verbinden, - und dass das dritte Schaltelement (C) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand die Welle (21) festzusetzen.
Kraftfahrzeuggetriebe (37; 51; 56) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne zumindest funktional vorgesehene Schaltelement (A'; B`) als formschlüssiges Schaltelement, bevorzugt als unsynchronisiertes Klauenschaltelement, ausgeführt ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (6; 23; 35; 37; 51; 56) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne zumindest funktional vorgesehene Schaltelement (A; B; C) als kraftschlüssiges Schaltelement, bevorzugt als Lamellenschaltelement, ausgeführt ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (6; 23; 35; 37; 51; 56) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (12) mit einem Differentialradsatz (13; 38) gekoppelt ist, welcher die Ausgangswelle (12) antriebswirksam mit zwei Abtriebswellen (32, 33) verbindet.
Kraftfahrzeuggetriebe (23; 35; 51; 56) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (12) und der Differentialradsatz (13) über mindestens eine Übersetzungsstufe gekoppelt sind.
Kraftfahrzeuggetriebe (51; 56) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Übersetzungsstufe als je eine Stirnradstufe (52; 57, 58) ausgeführt ist, die sich aus zwei miteinander im Zahneingriff stehenden Stirnrädern (53, 54; 59, 60, 61, 62) zusammensetzt, wobei das eine Stirnrad (53; 59; 61) mit der Ausgangswelle (12) und das andere Stirnrad (54; 60; 62) mit dem Differentialradsatz (13) gekoppelt ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (23; 35) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Übersetzungsstufe als je eine Planetenstufe (24) ausgeführt ist, welche ein erstes Element (25), ein zweites Element (26) und ein drittes Element (27) in Form eines Sonnenrades, eines Planetenträgers und eines Hohlrades aufweist, wobei das erste Element (25) mit der Ausgangswelle (12) gekoppelt, das zweite Element (26) mit dem Differentialradsatz (13) gekoppelt und das dritte Element (27) festgesetzt ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (23; 35; 51; 56) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialradsatz (13) als Kegelraddifferential ausgebildet ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (37) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialradsatz (38) durch einen ersten Planetenradsatz (39) und einen zweiten Planetenradsatz (40) gebildet ist, welche sich jeweils aus je einem Sonnenrad (41, 42), je einem Hohlrad (45, 46) und je einem je mindestens ein Planetenrad (47, 48) drehbar lagernden Planetenträger (43, 44) zusammensetzen, wobei das Sonnenrad (41) des ersten Planetenradsatz (39) mit der Ausgangswelle (12) und der Planetenträger (43) des ersten Planetenradsatzes (39) mit der ersten Abtriebswelle (32) gekoppelt ist, wohingegen das Hohlrad (45) des ersten Planetenradsatzes (39) und das Sonnenrad (42) des zweiten Planetenradsatzes (40) drehfest miteinander verbunden sind, und wobei der Planetenträger (44) des zweiten Planetenradsatzes (40) festgesetzt und das Hohlrad (46) des zweiten Planetenradsatzes (40) mit der zweiten Abtriebswelle (33) gekoppelt ist.
Antriebseinheit (4; 22; 34; 36; 50; 55) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Elektromaschine (5) und ein Kraftfahrzeuggetriebe (6; 23; 35; 37; 51; 56) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein jeweiliger Rotor (8) der mindestens einen Elektromaschine (5) mit der Antriebswelle (11) des Kraftfahrzeuggetriebes (6; 23; 35; 37; 51; 56) gekoppelt ist.
Antriebseinheit (4; 22; 34; 36; 50; 55) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenplanetenradsatz (10) und/oder der Differentialradsatz (13) des Kraftfahrzeuggetriebes (6; 23; 35; 37; 51; 56) zumindest teilweise oder vollständig räumlich innerhalb des jeweiligen Rotors (8) der mindestens einen Elektromaschine (5) angeordnet ist.
Antriebsachse (3) für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, umfassend eine Antriebseinheit (4; 22; 34; 36; 50; 55) nach Anspruch 10 oder 11.
Hybrid- oder Elektrofahrzeug (1), umfassend mindestens eine Antriebseinheit (4; 22; 34; 36; 50; 55) nach Anspruch 10 oder 11.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuggetriebes (6; 23; 35; 37; 51; 56) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei - ein erster Gang (G1) zwischen der Antriebswelle (11) und der Ausgangswelle (12) durch Schließen des ersten Schaltelements (A; A') und des dritten Schaltelements (C), - ein zweiter Gang (G2) zwischen der Antriebswelle (11) und der Ausgangswelle (12) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B; B') und des dritten Schaltelements (C), sowie - ein dritter Gang (G3) zwischen der Antriebswelle (11) und der Ausgangswelle (12) durch Schließen des ersten Schaltelements (A; A') und des zweiten Schaltelements (B; B') geschaltet wird.