WO2020120089A1

WO2020120089A1 - Zahnradanordnung für elektrofahrzeuggetriebe

Info

Publication number: WO2020120089A1
Application number: PCT/EP2019/082005
Authority: WO
Inventors: Attila Szabo; Matthias WESA
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2021-06-14
Also published as: US20220049757A1; CN113227614A; DE102018221824A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradanordnung (16) zur Einrichtung einer Gangstufe in einem Elektrofahrzeuggetriebe (17), mit einem Ritzel (22) und einem Abtriebszahnrad (23), wobei das Ritzel (22) und das Abtriebszahnrad (23) als Stirnräder ausgebildet sind, die miteinander in Eingriff stehen, um eine Übersetzung einer Antriebsleistung einer elektrischen Maschine (18) zu bewirken; und ein Verhältnis von einem Zahnraddurchmesser zu einem Modul des Abtriebszahnrads (23) im Bereich von 140 bis 350, vorzugsweise im Bereich von 205 bis 315, und besonders bevorzugt im Bereich von 205 bis 230 liegt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Elektrofahrzeuggetriebe (17) mit einer solchen Zahnradanordnung (16) und einen Antriebsstrang (15) für ein Elektrofahrzeug (10) mit einer elektrischen Maschine (18), einem Differential (20) und einem solchen Elektrofahrzeuggetriebe (17).

Description

Zahnradanordnunq für Elektrofahrzeuqqetriebe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradanordnung für ein Elektrofahrzeugge triebe sowie ein Elektrofahrzeuggetriebe mit einer solchen Zahnradanordnung und einen Antriebsstrang mit einem solchen Elektrofahrzeuggetriebe.

Stirnradgetriebe haben Vorteile in der relativ einfachen Bauweise, da wenig bewegte Teile zum Einsatz kommen und die außenverzahnten Stirnräder vergleichsweise ein fach 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 Stirnradpaar darzustellen, wird der Umfang wenigstens ei nes Zahnrades klein gehalten, wohingegen der Umfang des zweiten Zahnrades 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.

Zahnräder, die zur Übertragung von Drehbewegungen und Drehmomenten (Leis tungsübertragung) von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle dienen, müssen formstabil gegenüber radialen Kräften sein, die insbesondere bei der Leistungsüber tragung auf ein Zahnrad wirken. Insbesondere beim Einsatz von elektrischen An triebsmaschinen, die sehr hohe Drehzahlen erreichen können, beispielsweise im Be reich von 20.000 Umdrehungen pro Minute, sind die Getriebe enormen Belastungen ausgesetzt. Es ist daher bekannt, größere Übersetzungen mit wenigstens zwei Zahn radpaaren darzustellen. Derartige Getriebe weisen jedoch relativ hohe Getriebever luste auf. Ferner sind derartige Getriebe für gewichtsrelevante Anwendungen, wie zum Beispiel den Rennsport, weniger geeignet, da die Darstellung mittels wenigstens zweier Zahnradpaare gewichtsintensiv ist.

Generell ist es wünschenswert, Getriebe leicht und mit geringen Verlusten im Ge triebe auszuführen, um das Gesamtgewicht eines Fahrzeugs gering zu halten und eine Antriebskraftübertragung im Antriebsstrang zu erhöhen. Eine Gewichtsreduzie rung geht meistens mit einer Einbuße in der Effizienz des Getriebes einher. Beson ders bei hochbelasteten Leichtbau-Getrieben ist es bekannt, dass sich alle an der Kraftübertragung beteiligten Teile elastisch verformen, wodurch Zahneingriffsstörun gen und erhöhte Getriebeverluste hervorgerufen werden können.

Vor diesem Hintergrund stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, eine ge wichtsoptimierte Zahnradanordnung mit möglichst geringen Verlusten für ein Elektro fahrzeuggetriebe sowie ein Elektrofahrzeuggetriebe und einen Antriebsstrang bereit zustellen. Insbesondere sollen eine Zahnradanordnung, ein Elektrofahrzeuggetriebe und ein Antriebsstrang geschaffen werden, die sich aufgrund ihrer Eigenschaften hin sichtlich geringen Gewichts und hoher Stabilität auch bei sehr hohen Drehzahlen für den Einsatz im Elektro-Motorsport eignen.

Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt eine Zahn radanordnung zur Einrichtung einer Gangstufe in einem Elektrofahrzeuggetriebe, mit einem Ritzel und einem Abtriebszahnrad, wobei

das Ritzel und das Abtriebszahnrad als Stirnräder ausgebildet sind, die mitein ander in Eingriff stehen, um eine Übersetzung einer Antriebsleistung einer elektri schen Maschine zu bewirken; und

ein Verhältnis von einem Zahnraddurchmesser zu einem Modul des Abtriebs zahnrads im Bereich von 140 bis 350, vorzugsweise im Bereich von 205 bis 315, und besonders bevorzugt im Bereich von 205 bis 230 liegt.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeuggetriebe mit einer oben beschriebenen Zahnradanordnung, wobei das Elektrofahrzeuggetriebe eine einzige Gangstufe aufweist, die mittels der Zahnradanordnung eingerichtet ist.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Elektro fahrzeug mit einer elektrischen Maschine, einem Differential und einem Elektrofahr zeuggetriebe wie oben beschrieben, wobei

das Ritzel drehfest an einer Ausgangswelle der elektrischen Maschine ange ordnet ist; und das Abtriebszahnrad drehfest an einer Abtriebswelle oder einem Differential des Antriebsstrangs angeordnet ist, um einen Antriebskraft-Übertragungspfad von der elektrischen Antriebsmaschine über die Zahnradstufe an die Abtriebswelle oder das Differential einzurichten.

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 kann das Elektrofahrzeuggetriebe und/oder der Antriebsstrang entsprechend der für die Zahn radanordnung in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen aus geführt sein.

Durch ein Verhältnis von einem Zahnraddurchmesser zu einem Modul des Abtriebs zahnrads im Bereich von 140 bis 350 kann mittels der erfindungsgemäßen Zahnrad anordnung eine hohe Übersetzung erreicht werden. Gleichzeitig werden die Getrie beverluste, also Verluste der Antriebsleistung, die durch die Übersetzung im Getriebe verursacht werden, geringgehalten. Vorzugsweise kann auf ein weiteres Zahnrad paar für eine weitere Gangstufe verzichtet werden. Durch eine Wahl des Verhältnis ses des Zahnraddurchmessers zu einem Modul des Abtriebszahnrads im Bereich von 205 bis 315 kann die Fertigbarkeit des Zahnrads verbessert werden, da geringe Module technisch aufwändiger zu realisieren sind. Durch die Wahl des Verhältnisses des Zahnraddurchmessers zu einem Modul des Abtriebszahnrads im Bereich 205 bis 230 kann ein Kompromiss zwischen Fertigbarkeit des Zahnrads und Übersetzung in einer Zahnradanordnung gefunden werden. Zudem kann ein Elektrofahrzeuggetriebe mit einer oben beschriebenen Zahnradanordnung mit nur einem Zahnradpaar eine hohe Übersetzung erreichen, sodass das Getriebe gewichtsoptimiert ist. Durch ein drehfestes Verbinden einer Ausgangswelle der elektrischen Maschine mit dem Ritzel und ein drehfestes Verbinden einer Abtriebswelle oder einem Differential mit dem Ab triebszahnrad kann der Antriebsstrang für ein Elektrofahrzeug relativ einfach, mit we nigen Teilen, aufgebaut sein. Ferner führt dieser Aufbau zu einem gewichtsoptimier ten Antriebsstrang, da auf weitere Zahnräder verzichtet werden kann. Die Anzahl der Zahneingriffe kann verringert werden, wodurch Getriebeverluste vermindert werden. Durch die Verwendung einer einzigen Gangstufe werden die Zahneingriffe und damit die Zahnverluste im gesamten Getriebe halbiert. Insgesamt werden bei ähnlicher akustischer Akzeptanz die Gesamtverluste im Getriebe drastisch reduziert. Das Ge triebe kann schmaler, günstiger und effizienter gefertigt werden. Der Gesamtwir kungsgrad kann sehr hoch werden, insbesondere über 99 %.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen das Ritzel und das Abtriebszahnrad ei nen Modul im Bereich von 1 ,0 mm bis 1 ,8 mm, bevorzugt im Bereich von 1 ,0 mm bis 1 ,53 mm, und besonderes bevorzugt von 1 ,51 mm auf. Durch die Wahl eines Moduls im Bereich von 1 ,0 mm bis 1 ,8 mm können die Rollverluste auf den Zahnradzähnen und damit die Getriebeverluste geringgehalten werden. Durch eine Wahl des Moduls im Bereich von 1 ,0 mm bis 1 ,53 mm kann ein bevorzugter Bereich gefunden werden, der erlaubt, mittels der Zahnradzähne ausreichend Leistung zu übertragen, ohne da bei hohe Getriebeverluste in Kauf nehmen zu müssen. Durch die Wahl eines Moduls von 1 ,51 mm kann ein bevorzugter Kompromiss zwischen Fertigbarkeit des Zahn rads, Übertragung von ausreichend Antriebskraft/Drehmoment und Reduktion der Getriebeverluste gefunden werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Übersetzung der Gangstufe grö ßer als 5,5, insbesondere größer als 8,0, und besonders bevorzugt gleich 8,9. Durch die Wahl einer Übersetzung (i_Stufe) der Gangstufe von größer als 5,5 kann ein ho hes Übersetzungsverhältnis mit nur einem Zahnradpaar realisiert werden. Durch eine Übersetzung von größer als 8,0 kann eine Drehmoment- bzw. Drehzahlübersetzung in einem weiten Bereich mit nur einer Zahnradanordnung dargestellt werden. Bei spielsweise kann eine hohe Übersetzung des Drehmoments einer drehmomentstar ken elektrischen Maschine erreicht werden. Ferner kann eine hohe Untersetzung der Drehzahl einer elektrischen Maschine erfolgen. Eine hohe Untersetzung ist insbeson dere vorteilhaft für Rennwagen, die auf Höchstgeschwindigkeit und Leichtbau ausge legt sind. Rennwagen werden bevorzugt mit leichten elektrischen Maschinen ausge stattet, die vorzugsweise hohe Drehzahlen erreichen. Eine Übersetzung von 8,9 stellt einen Kompromiss zwischen einem zügigen Anfahren und einer erreichbaren

Höchstgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine dar. Ferner ergibt sich aus einem Übersetzungsverhältnis von 8,9 ein vorteilhaftes Verhältnis von Gewicht und Übersetzung.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen das Ritzel und das Abtriebs zahnrad einen Eingriffswinkel im Bereich von 20° bis 28°, bevorzugt 22° bis 26°, und besonders bevorzugt von 24° auf. Durch die Wahl des Eingriffswinkels a_wt (alpha_wt) im Bereich von 20° bis 28° kann die Flankentragfähigkeit erhöht werden und damit die Widerstandsfähigkeit der Zahnradanordnung verbessert werden. Durch die Wahl des Eingriffswinkels im Bereich von 22° bis 26° kann eine Flankentragfähigkeit der Zähne und damit eine Widerstandsfähigkeit der Zahnradanordnung weiter verbessert werden, ohne dabei eine Eingriffstrecke der Zähne zu stark zu verkürzen, sodass noch eine ausreichend hohe Laufruhe gewährleistet ist. Durch die Wahl des Eingriffs winkels von 24° kann ein bevorzugter Kompromiss zwischen Zahnfuß- und Flanken tragfähigkeit, also Widerstandsfähigkeit der Zahnradanordnung, und Laufruhe gefun den werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Ritzel und/oder das Abtriebs zahnrad eine Zahnhöhe im Bereich von 1 ,0 mm bis 2,5 mm, insbesondere im Bereich 1 ,2 mm bis 2,0 mm, und besonders bevorzugt von 1 ,5 mm auf. Alternativ oder ergän zend kann das Ritzel und/oder das Abtriebszahnrad aus Metall, insbesondere aus einsatzgehärtetem Stahl, ausgebildet sein. Weiterhin alternativ oder ergänzend weist das Ritzel und/oder das Abtriebszahnrad eine Evolventenverzahnung, vorzugsweise mit einer Profilverschiebung, auf. Durch die Wahl der Zahnhöhe des Ritzels und/oder des Abtriebszahnrads im Bereich von 1 ,0 mm bis 2,5 mm kann ein ausreichender Zahneingriff für die Zahnradanordnung erreicht werden. Durch die Wahl der Zahn höhe im Bereich von 1 ,2 mm bis 2,0 mm kann ein Kompromiss zwischen Fertigbar- keit des Zahnrads und ausreichendem Zahnreingriff gefunden werden. Durch die Wahl einer Zahnhöhe von 1 ,5 mm kann die Zahnradanordnung einen ausreichenden Zahneingriff bei effizienter Fertigbarkeit aufweisen. Zudem sind die Abrollverluste der Zähne der Zahnradanordnung und damit des Elektrofahrzeuggetriebes gering. Durch das Ausbilden der Zahnradanordnung aus Metall, vorzugsweise einsatzgehärtetem Stahl, kann die Widerstandsfähigkeit der Zahnradanordnung erhöht werden. Durch das Vorsehen einer Evolventenverzahnung, vorzugsweise mit einer Profilverschie bung, kann das Abrollverhalten der Zähne der Zahnradanordnung verbessert wer den. Die Verluste in der Zahnradanordnung können weiter verringert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Ritzel einen Durchmesser im Bereich von 3,0 cm bis 6,2 cm, insbesondere im Bereich von 3,2 cm bis 4,2 cm, und besonders bevorzugt von 3,5 cm auf. Alternativ oder ergänzend weist das Abtriebs zahnrad einen Zahnraddurchmesser im Bereich von 26 cm bis 34 cm auf, insbeson dere im Bereich von 28 cm bis 32 cm, und besonders bevorzugt von 31 ,48 cm. Durch die Wahl des Durchmessers des Ritzels in einem Bereich von 3,0 cm bis 6,2 cm und des Abtriebszahnrads im Bereich von 26 cm bis 34 cm ist ein ausreichender Zahn eingriff zwischen den Zahnrädern der Zahnradanordnung gewährleistet. Durch die Wahl des Durchmessers des Ritzels im Bereich von 3,2 cm bis 4,2 cm und des Zahn raddurchmessers des Abtriebszahnrads im Bereich von 28 cm bis 32 cm kann ein Kompromiss zwischen der Größe der Zahnradanordnung und dem Zahneingriff ge funden werden, sodass die Zahnradanordnung gewichtsoptimiert werden kann, ohne dabei Einbußen des Zahneingriffs in Kauf nehmen zu müssen. Durch die Wahl des Durchmessers des Ritzels von 3,5 cm und/oder des Zahnraddurchmessers des Ab triebszahnrads von 31 ,48 cm kann bei geringer Ausdehnung und damit geringem Gewicht des Zahnradpaars ein ausreichender Zahneingriff gewährleistet sein. Ferner sind die Zahnräder der Zahnradanordnung technisch leicht fertigbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Achsabstand zwischen einer Mitte des Ritzels und einer Mitte des Abtriebszahnrads im Bereich von 14,5 cm bis 20,0 cm, bevorzugt im Bereich von 17,0 cm bis 18,5 cm, und besonders bevorzugt im Bereich 17,5 cm bis 18,0 cm. Durch die Wahl des Achsabstandes im Bereich von 14,5 cm bis 20,0 cm kann mittels der Zahnradanordnung mit nur einem Zahnradpaar eine hohe Übersetzung realisiert werden. Durch die Wahl des Achsabstandes im Be reich von 17,0 cm bis 18,5 cm kann ein Kompromiss zwischen einer Übersetzung der Gangstufe der Zahnradanordnung und der Stabilität der Getriebewellen und Lage rungen, die der Zahnradanordnung zugeordnet sind, gefunden werden. Mit steigen dem Achsabstand ist die Lagerung erschwert. Damit sinkt die Stabilität, und insbe sondere die Laufruhe, eines Zahnradpaars. Durch die Wahl des Achsabstandes im Bereich von 17,5 cm bis 18,0 cm kann ein bevorzugter Kompromiss zwischen Stabili tät der Zahnradanordnung und Übersetzung in der Gangstufe mittels der Zahnradan ordnung gefunden werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Zahnradanordnung eine An triebswelle und eine Abtriebswelle auf. Das Ritzel ist an der Antriebswelle angeordnet und das Abtriebszahnrad ist an der Abtriebswelle angeordnet. Die Wellen sind je weils in Wellenlagerungen gelagert, wobei ein Abstand der Lagerungen durch eine Haltevorrichtung vorgegeben ist, um einen maximalen Abstand zwischen den Wellen festzulegen. Durch das Vorsehen einer Haltevorrichtung kann gewährleistet sein, dass die Zahnräder der Zahnradanordnung während des Betriebs im Eingriff bleiben. Insbesondere kann einem Sichauseinanderbewegen aufgrund verschiedener Län genausdehnungskoeffizienten der in einem Elektrofahrzeuggetriebe verwendeten Materialien entgegengewirkt werden. Vorzugsweise ist die Haltevorrichtung dabei starr ausgebildet, wobei ein Ausdehnungskoeffizient eines Materials der Haltevorrich tung einem Ausdehnungskoeffizienten eines Materials der beiden Zahnräder der Zahnradanordnung entspricht. Es ist auch denkbar, eine Bandage vorzusehen, die um die Wellenlagerungen angeordnet ist, um einen maximalen Abstand zwischen den Wellen festzulegen. Vorzugsweise ist ein Ausdehnungskoeffizient des Materials der Bandage geringer als ein Ausdehnungskoeffizient eines Materials eines Getrie begehäuses des Elektrofahrzeuggetriebes. Die Haltevorrichtung und/oder die Ban dage können dabei in einen Guss des Getriebegehäuses eingegossen sein oder mit dem Getriebegehäuse verklebt, verschraubt, vernietet, in das Getriebegehäuse ein gepresst und/oder mit dem Getriebegehäuse verschweißt sein. Insbesondere ist es denkbar, die Haltevorrichtung oder die Bandage mit Leichtbaumaterialien, insbeson dere Kunststoff und/oder Faserverbund, zu umspritzen.

Die erfindungsgemäße Zahnradanordnung kann auch vorteilhaft für die Einrichtung einer Gangstufe in anderen Anwendungsbereichen verwendet werden. Insbesondere ist eine Anwendung im Schienenverkehr (Züge, Straßenbahnen usw.), in der Wind kraft (Getriebe für Windkraftanlagen) und in der Rüstung (Panzer, Großgeräte etc.) denkbar. Auch in diesen Anwendungsbereichen können die Vorteile der erfindungs gemäßen Anordnung genutzt werden. Der Modul m ist das Verhältnis zwischen dem Teilkreisdurchmesser des Zahnrads und der Zähnezahl des Zahnrads. Der Teilkreisdurchmesser ist der Durchmesser ei nes unsichtbaren Zylinders, der durch die Mitte der Zähne verläuft. Der Teilkreis ist als Kreis definiert, dessen Mittelpunkt auf der Zahnradachse liegt, die durch den Wälzpunkt der Zahnradzähne verläuft. Dieser Wälzpunkt befindet sich zwischen dem Fuß des Zahnradzahns (Fußkreisdurchmesser) und dem Kopf des Zahnradzahns (Kopfkreisdurchmesser). Der Modul ist also ein Maß für den Abstand zweier benach barter Zahnradzähne. Der Zahnraddurchmesser ist vorliegend insbesondere als Kopfkreisdurchmesser zu verstehen.

Zahnräder können mit einer Profilverschiebung ausgelegt und gefertigt werden. Da bei wird die Gestalt der Zähne verändert, ohne allerdings die zugrundeliegende Ba siskurve zu verändern. Bei einem Zahnrad mit Profilverschiebung wird gegenüber ei nem Zahnrad ohne Profilverschiebung ein anderer Teil derselben Kurve als Zahn flanke genutzt. Bei profilverschobenen Zahnrädern (oft auch als„korrigierte Zahnrä der“ bezeichnet) ändern sich der Kopfkreisdurchmesser und der Fußkreisdurchmes ser um 2 * x * m.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs mit einem Elek trofahrzeuggetriebe mit einer Zahnradanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Zahnradanordnung mit einem Zahnrad und ei nem Ritzel;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einer Zahn radanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einer Zahn radanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 eine schematische axiale Ansicht zweier Zähne einer Verzahnung eines erfindungsgemäßen Zahnrads.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Elektrofahrzeug 10 mit Antriebsrädern 12, einer mit den Antriebsrädern 12 in Wirkverbindung stehenden Antriebsachse 14 und einem Antriebsstrang 15 gezeigt. Die Figur entspricht dabei einer vogelperspektivischen Schnittansicht. Die relevanten Komponenten sind vergrößert dargestellt.

Der Antriebsstrang 15 weist ein Elektrofahrzeuggetriebe 17 mit einer Zahnradanord nung 16 gemäß der vorliegenden Anmeldung, eine elektrische Maschine 18 und ein Differential 20 auf. Die elektrische Maschine 18 steht in Wirkverbindung mit einem Ritzel 22, das in Eingriff mit einem Abtriebszahnrad 23 steht, wobei das Abtriebs zahnrad 23 am Zahnradfuß 24 drehfest mit dem Differential 20 verbunden ist. Durch das Differential 20 kann eine Antriebskraft an die Antriebsräder 12 weitergeleitet wer den. Das Ritzel 22, das Abtriebszahnrad 23 und das Differential 20 können dabei in einem Getriebegehäuse 26 aufgenommen sein.

Während eines Beschleunigungsvorgangs in einem Antriebsbetrieb wird im Antriebs strang 15 Antriebsleistung von der elektrischen Maschine 18 bereitgestellt und zu den Antriebsrädern 12 geleitet, um das Elektrofahrzeug 10 zu beschleunigen. Es wird also ein Leistungsübertragungspfad von der elektrischen Maschine 18 über das Ritzel 22 und das Abtriebszahnrad 23 der Zahnradanordnung 16 und das Differen tial 20 zu den Antriebsrädern 12 bereitgestellt. Der Leistungsübertragungspfad kann den Antriebsrädern 12 Antriebsleistung von der elektrischen Maschine 18 bereitstel len.

In einem Schubbetrieb, also wenn das Elektrofahrzeug 10 abgebbremst werden soll, kann zumindest ein Teil der kinetischen Energie des Elektrofahrzeugs 10 über den Leistungsübertragungspfad im Antriebsstrang 15 der elektrischen Maschine 18 zur Verfügung gestellt werden. Die elektrische Maschine 18 wird über den Leistungs übertragungspfad zur Rekuperation angetrieben. Die elektrische Maschine 18 wird als Dynamo verwendet und wandelt die kinetische Energie des Elektrofahrzeugs 10 in elektrische Energie um. Die umgewandelte Energie kann in hier nicht gezeigten Batterien, Kondensatoren oder anderen Mitteln zur Speicherung von Energie vorge halten werden und bei Bedarf, also wenn das Elektrofahrzeug 10 beschleunigt wer den soll, wieder der elektrischen Maschine 18 zugeführt werden.

In einem Segelbetrieb, also wenn das Elektrofahrzeug 10 weder beschleunigt noch abgebremst werden soll, wird im Wesentlichen keine Leistung durch den Leistungs übertragungspfad übertragen.

Fig. 2 zeigt eine Zahnradanordnung 16 in dem Elektrofahrzeuggetriebe 17 mit dem Ritzel 22 und dem Abtriebszahnrad 23. Das Abtriebszahnrad 23 weist eine Zahn radaußenseite 28, einen Steg 30, einen Zahnradfuß 24 und eine Außenverzah nung 32 an der Außenseite 28 auf. Das Ritzel 22 ist zwischen der elektrischen Ma schine 18 und dem Abtriebszahnrad 23 angeordnet. Das Ritzel 22 kann auch als An triebszahnrad bezeichnet werden.

Eine derartige Zahnradanordnung 16 kann beispielsweise in einem Elektrofahrzeug getriebe 17 vorgesehen sein, bei dem mit nur einem Zahnradpaar 22, 23 hohe Über setzungen von bis zu zehn dargestellt werden. Derartige Übersetzungen sind vorteil haft, da moderne elektrische Maschinen mit bis zu 20.000 Umdrehungen pro Minute betrieben werden können. Hierbei kann sowohl ein Antriebsbetrieb vorgesehen sein, bei dem das Ritzel 22 durch die elektrische Maschine 18 angetrieben wird, als auch ein Schubbetrieb, bei dem das Ritzel 22 durch das Abtriebszahnrad 23 angetrieben wird, vorzugsweise um rekuperativ Energie zu gewinnen.

In dem gezeigten Beispiel weist das Abtriebszahnrad 23 ein Verhältnis von einem Zahnraddurchmesser zu einem Modul im Bereich von ca. 208,5 auf. Hierdurch kann mittels der Zahnradanordnung 16 eine hohe Übersetzung mit nur einem Zahnradpaar 22, 23 erreicht werden. Derart kleine Module tragen insbesondere dazu bei, dass in der Zahnradanordnung 16 wenig Verluste auftreten. In der Zahnradanordnung 16 weisen das Ritzel 22 und das Abtriebszahnrad 23 einen Modul von 1 ,51 mm auf. Die mittels der Zahnradanordnung 16 erreichte Übersetzung i_Stufe der Gangstufe ist 8,9. Es versteht sich, dass auch andere Übersetzungen mittels der erfindungsgemä ßen Zahnradanordnung 16 dargestellt werden können. Der Eingriffswinkel zwischen Ritzel 22 und Abtriebszahnrad 23 beträgt 24°. Dieser Eingriffswinkel ist als Beispiel zu verstehen. Es versteht sich, dass die Zahnradanordnung 16 auch andere Ein griffswinkel aufweisen kann, insbesondere Eingriffswinkel von ungefähr 17,5°, wie in Fahrzeuggetrieben üblich. Ein Durchmesser des Ritzels 22 liegt bei ca. 3,5 cm. Das Abtriebszahnrad 23 weist einen Durchmesser von ca. 31 ,48 cm auf. Es versteht sich, dass die Zahnraddurchmesser für diese spezielle Ausführungsform gewählt wurden und auch andere Zahnraddurchmesser denkbar sind. Der Achsabstand zwischen ei ner Mitte des Ritzels 22 und einer Mitte des Abtriebszahnrads 23 beträgt ca. 17,5 cm. Es versteht sich, dass auch andere Achsabstände gewählt werden können, insbe sondere Achsabstände von unter 10,0 cm, wie im KFZ-Bereich und Elektro

fahrzeugbereich üblich.

Die obigen Bereichsangaben und Größen sind als beispielhaft für die in Fig. 2 ge zeigte Ausführungsform zu verstehen. Es versteht sich folglich, dass Variationen sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung ergeben.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs 15 mit einer Zahn radanordnung 16 gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei wird Antriebskraft von einer elektrischen Maschine 18 bereitgestellt. Das Ritzel 22 ist drehfest mit einer Ausgangswelle der elektrischen Maschine 18 verbunden und in kämmendem Eingriff mit dem Abtriebszahnrad 23. Das Ritzel 22 und das Abtriebszahnrad 23 bilden dabei die erfindungsgemäße Zahnradanordnung 16. Die Ausgangswelle der elektrischen Maschine 18 kann in diesem Beispiel auch als Antriebswelle der Zahnradanordnung 16 gesehen werden. Das Abtriebszahnrad 23 ist drehfest an einer Übertragungswelle 34 angeordnet. Die Übertragungswelle 34 überträgt die Antriebsleistung von dem Zahnrad 23 zu dem Differential 20, wobei das Differential 20 die Antriebsleistung dann über die Antriebsachse 14 auf die Antriebsräder 12 überträgt. Die Übertra gungswelle 34 kann in diesem Beispiel auch als Abtriebswelle der Zahnradanord- nung 16 gesehen werden. Es versteht sich, dass auch eine Art Allradantrieb vorgese hen sein kann, wobei die Übertragungswelle 34 (Übertragungsachse) zusätzlich noch ein weiteres Differential antreibt, um zwei weitere Räder 12 des Elektrofahrzeugs 10 anzutreiben.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs 15 mit einer Zahn radanordnung 16 gemäß der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugszeichen bezie hen sich auf gleiche Merkmale wie in der Fig. 3. In der in Fig. 4 gezeigten Ausfüh rungsform ist das Ritzel 22 ebenfalls drehfest mit einer Ausgangswelle der elektri schen Maschine 18 verbunden und in kämmendem Eingriff mit dem Abtriebszahnrad 23. Das Differential 20 ist dabei drehfest mit dem Abtriebszahnrad 23 verbunden, derart, dass Antriebsleistung mittels des Abtriebszahnrads 23 dem Differential 20 zu geführt wird, wobei das Differential 20 die Antriebsleistung über die Antriebsachse 14 an die Antriebsräder 12 verteilt. Die Antriebsachse 14 kann in diesem Beispiel auch als Abtriebswelle der Zahnradanordnung 16 gesehen werden. In dieser kompakten Ausführungsform kann also im Vergleich zu der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform auf die Übertragungswelle 34 verzichtet werden, sodass der Aufbau gemäß der Fig. 4 kompakter und vorzugsweise auch leichter ist als der Aufbau in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform.

In den beiden Ausführungsformen gemäß den Figs. 3 und 4 kann zudem eine Halte vorrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise an das Getriebegehäuse 26 ange schraubt oder in das Getriebegehäuse 26 eingegossen ist, wobei Wellenlagerungen in der Haltevorrichtung aufgenommen sind, um einen maximalen Abstand der Wel lenlagerungen und damit der Getriebewellen, also der Antriebswelle und der Ab triebswelle der Zahnradanordnung 16, festzulegen. Hierdurch kann einem Sichvon- einanderwegbewegen oder Auseinandertriften der Zahnräder der Zahnradanord nung 16, insbesondere bei einem Temperaturanstieg während des Betriebs des An triebsstrangs 15, entgegengewirkt werden. Es versteht sich, dass die Haltevorrich tung auch auf andere Arten in oder am Getriebegehäuse 26 angebracht sein kann. In Fig. 5 sind zwei Zähne 36 der Außenverzahnung 32 eines Abtriebszahnrads 23 und/oder eines Ritzels 22 einer Zahnradanordnung 16 nach der vorliegenden Anmel dung gezeigt. Die Zähne 36 sind in dieser Ausführungsform leicht profilverschoben und weisen einen Modul von 1 ,51 mm auf. Die Zahnhöhe, also der Abstand zwi schen Zahnfuß 38 und Zahnkopf 40, beträgt 1 ,5 mm. In diesem Beispiel wurde eine Geradverzahnung gewählt, das heißt, ein Verzahnungswinkel ß (beta) beträgt 0°. Die Zähne verlaufen bei dieser Verzahnung geradlinig in axialer Richtung. Im vorliegen den Beispiel beträgt eine Profilüberdeckung e_a (epsilon_alpha) 1 ,5 oder weniger. Es versteht sich, dass auch andere Zahngeometrien und Zahnhöhen, beispielsweise im Bereich von 1 ,0 mm bis 2,5 mm vorgesehen sein können. Das Zahnrad 23 und/oder das Ritzel 22 weist also im Verhältnis zu seinem Durchmesser eine geringe Zahn höhe auf, insbesondere für den Bereich der KFZ-Getriebe.

Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend be schrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungs formen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer ge nauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentan sprüche.

In den Patentansprüchen schließen die Wörter„umfassen“ und„mit“ nicht das Vor handensein 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 Patentansprü chen 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 ver wendet werden kann. Bezuaszeichen Elektrofahrzeug

Antriebsrad

Antriebsachse

Antriebsstrang

Zahnradanordnung

Elektrofahrzeuggetriebe

elektrische Maschine

Differential

Ritzel

Abtriebszahnrad

Zahnradfuß

Getriebegehäuse

Zahnradaußenseite

Steg

Außenverzahnung

Übertragungswelle

Zahn

Zahnfuß

Zahnkopf

Claims

Patentansprüche

1. Zahnradanordnung (16) zur Einrichtung einer Gangstufe in einem Elektrofahr zeuggetriebe (17), mit einem Ritzel (22) und einem Abtriebszahnrad (23), wobei das Ritzel (22) und das Abtriebszahnrad (23) als Stirnräder ausgebildet sind, die miteinander in Eingriff stehen, um eine Übersetzung einer Antriebsleistung einer elektrischen Maschine (18) zu bewirken; und

ein Verhältnis von einem Zahnraddurchmesser zu einem Modul des Abtriebs zahnrads (23) im Bereich von 140 bis 350, vorzugsweise im Bereich von 205 bis 315, und besonders bevorzugt im Bereich von 205 bis 230 liegt,

wobei das Ritzel (22) und das Abtriebszahnrad (23) einen Modul im Bereich von 1 ,0 mm bis 1 ,8 mm, bevorzugt im Bereich von 1 ,0 mm bis 1 ,53 mm, und beson ders bevorzugt von 1 ,51 mm aufweisen.

2. Zahnradanordnung (16) nach Anspruch 1 , wobei die Übersetzung der Gang stufe größer als 5,5, bevorzugt größer als 8, und besonders bevorzugt gleich 8,9 ist.

3. Zahnradanordnung (16) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ritzel (22) und das Abtriebszahnrad (23) einen Eingriffswinkel im Bereich von 20° bis 28°, bevorzugt 22° bis 26°, und besonders bevorzugt von 24° aufweisen.

4. Zahnradanordnung (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei

das Ritzel (22) und/oder das Abtriebszahnrad (23) eine Zahnhöhe im Bereich von 1 ,0 mm bis 2,5 mm, insbesondere im Bereich von 1 ,2 mm bis 2,0 mm, und be sonders bevorzugt von 1 ,5 mm aufweist;

das Ritzel (22) und/oder das Abtriebszahnrad (23) aus Metall, insbesondere aus einsatzgehärtetem Stahl, ausgebildet ist; und/oder

das Ritzel (22) und/oder das Abtriebszahnrad (23) eine Evolventenverzah nung, vorzugsweise mit einer Profilverschiebung, aufweist.

5. Zahnradanordnung (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ritzel (22) einen Durchmesser im Bereich von 3,0 cm bis 6,2 cm, insbe sondere im Bereich von 3,2 cm bis 4,2 cm und besonders bevorzugt von 3,5 cm auf weist; und/oder

das Abtriebszahnrad (23) einen Durchmesser im Bereich von 26 cm bis 34 cm, insbesondere im Bereich von 28 cm bis 32 cm, und besonders bevorzugt von 31 ,48 cm aufweist.

6. Zahnradanordnung (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Achsabstand zwischen einer Mitte des Ritzels (22) und einer Mitte des Abtriebszahn rads (23) im Bereich von 14,50 cm bis 20,00 cm, bevorzugt im Bereich von 17,00 cm bis 18,50 cm, und besonders bevorzugt im Bereich von 17,50 cm bis 18,00 cm liegt.

7. Zahnradanordnung (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer An triebswelle und einer Abtriebswelle, wobei

das Ritzel (22) an der Antriebswelle angeordnet ist und das Abtriebszahn rad (23) an der Abtriebswelle angeordnet ist;

die Wellen jeweils an Wellenlagerungen in Lagerhülsen gelagert sind; und ein Abstand der Lagerhülsen durch eine Haltevorrichtung vorgegeben ist, um einem Auseinanderdriften der Zahnradanordnung (16) entgegenzuwirken.

8. Elektrofahrzeuggetriebe (17) mit einer Zahnradanordnung (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Elektrofahrzeuggetriebe (17) eine einzige Gang stufe aufweist, die mittels der Zahnradanordnung (16) eingerichtet ist.

9. Antriebsstrang (15) für ein Elektrofahrzeug (10) mit einer elektrischen Ma schine (18), einem Differential (20) und einem Elektrofahrzeuggetriebe (17) nach An spruch 9, wobei

das Ritzel (22) drehfest an einer Ausgangswelle der elektrischen Ma

schine (18) angeordnet ist; und

das Abtriebszahnrad (23) drehfest an einer Abtriebswelle (14) oder einem Dif ferential (20) des Antriebsstrangs (15) angeordnet ist, um einen Antriebskraft-Über tragungspfad von der elektrischen Maschine (18) über die Zahnradstufe an die Ab triebswelle (14) oder das Differential (20) einzurichten.