DE102022209058A1

DE102022209058A1 - Kraftfahrzeuggetriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022209058A1
Application number: DE102022209058.6A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kaltenbach; Thomas Martin; Johannes GLÜCKLER; Kai Bornträger; Stefan Renner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2024-02-29
Also published as: CN117621816A; US12123483B2; US20240068544A1

Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz, wobei die Antriebswelle für eine Koppelung mit einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Elektromaschine, vorgesehen ist, wobei der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz jeweils je ein erstes Element, je ein zweites Element und je ein drittes Element in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetenstegs und je eines Hohlrades aufweisen, wobei zumindest funktional ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement und ein drittes Schaltelement vorgesehen sind, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Antriebswelle verbunden und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes festgesetzt ist, und wobei das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung steht. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, eine Antriebachse für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuggetriebes.
Bei als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgeführten Kraftfahrzeugen wird zum Teil in einem jeweiligen Antriebsstrang zwischen mindestens einer Elektromaschine und Antriebsrädern des jeweiligen Kraftfahrzeuges ein Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen, um eine Antriebsbewegung der mindestens einen Elektromaschine insbesondere ins Langsame zu den Antriebsrädern übersetzen zu können. Neben eingängig ausgebildeten Getrieben kommen hierbei auch teilweise Kraftfahrzeuggetriebe zur Anwendung, bei denen zwei oder mehr Gänge geschaltet werden können.
Aus der DE 10 2019 202 994 A1 geht eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges hervor, wobei bei dieser Antriebsachse eine Antriebseinheit mit einem Kraftfahrzeuggetriebe und einer Elektromaschine vorgesehen ist. Ein Rotor der Elektromaschine ist drehfest mit einer Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes verbunden, welches neben der Antriebswelle noch eine Abtriebswelle, zwei Planetenradsätze und drei Schaltelemente aufweist. Die Planetenradsätze setzen sich jeweils aus mehreren Elementen zusammen, die bei dem einzelnen Planetenradsatz durch je ein Sonnenrad, je einen Planetenträger und je ein Hohlrad gebildet sind. Dabei ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Antriebswelle verbunden, während das dritte Element des ersten Planetenradsatzes permanent festgesetzt ist. Außerdem steht noch das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kraftfahrzeuggetriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug zu schaffen, wobei bei dem Kraftfahrzeuggetriebe mit einer niedrigeren Anzahl an Schaltelementen eine geeignete Einbindung einer Antriebsmaschine realisierbar sein soll.
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 11 und 12. Ferner betrifft Anspruch 13 eine Antriebsachse für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, während Anspruch 14 ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug zum Gegenstand hat. Schließlich betreffen noch die Ansprüche 15 und 16 jeweils ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes.
Gemäß der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeuggetriebe eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz. Die Antriebswelle ist für eine Koppelung mit einer Antriebsmaschine vorgesehen, bei welcher es sich insbesondere um eine Elektromaschine handelt. Der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz weisen jeweils je ein erstes Element, je ein zweites Element und je ein drittes Element in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetenstegs und je eines Hohlrades auf, wobei zumindest funktional ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement und ein drittes Schaltelement vorgesehen sind. Zudem ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Antriebswelle verbunden, während das dritte Element des ersten Planetenradsatzes festgesetzt ist. Ferner steht das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung.
Unter einer „Welle“, wie der Antriebswelle oder der Abtriebswelle, ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches eine Kraftflussführung zwischen Komponenten ggf. bei gleichzeitiger Betätigung eines zumindest funktional vorgesehenen Schaltelements vorgenommen werden kann. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel rein radial angebunden wird. Ferner kann die jeweilige Welle, je nach Verlauf und Anbindung an die Komponenten bzw. Anbindbarkeit an diese, als Vollwelle, als Hohlwelle oder teilweise als Voll- und teilweise als Hohlwelle gestaltet sein. Alternativ oder ergänzend dazu kann die jeweilige Welle ein- oder mehrteilig ausgeführt sein.
Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse des Kraftfahrzeuggetriebes gemeint, parallel zu welcher auch Rotationsachsen von Wellen des Kraftfahrzeuggetriebes und der Elemente der Planetenradsätze orientiert sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer jeweiligen Komponente des Getriebes, insbesondere einer jeweiligen Welle oder eines jeweiligen Elements der Planetenradsätze zu verstehen.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe verfügt über eine Antriebswelle, die bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe dafür vorgesehen ist, eine antriebsseitige Koppelung zu einer Antriebsmaschine herzustellen. Besonders bevorzugt dient dies Antriebswelle dabei der Anbindung von genau einer Antriebsmaschine. Dazu ist die Antriebswelle insbesondere mit einer Anschlussstelle ausgestattet, an welcher eine Koppelung der Antriebswelle mit der Antriebsmaschine ausgebildet werden kann. Dabei liegt diese Koppelung zwischen der Antriebsmaschine und der Antriebswelle in der Form vor, dass im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes zwischen einer Drehzahl der Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes und einer Drehzahl der Antriebsmaschine stets ein festes Drehzahlverhältnis vorherrscht. So kann im Rahmen der Erfindung zwischen der Antriebswelle und der Antriebsmaschine ggf. noch mindestens eine weitere Übersetzungsstufe, wie beispielsweise eine Stirnradstufe und/oder eine Planetenstufe, vorgesehen sein, über welche eine Vorübersetzung einer Drehbewegung der Antriebsmaschine auf die Antriebswelle darstellbar ist. Besonders bevorzugt erfolgt aber an der Antriebswelle des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes eine drehfeste Anbindung der Antriebsmaschine, so dass die Antriebsmaschine und die Antriebswelle im Betrieb unter derselben Drehzahl laufen.
Bei dem Kraftfahrzeuggetriebe handelt es sich insbesondere um ein Hybrid- oder Elektrofahrzeuggetriebe, welches dafür vorgesehen ist, an der Antriebswelle mit einer Antriebsmaschine in Form einer Elektromaschine verbunden zu werden. Ein Rotor der Elektromaschine kann dabei, wie vorstehend beschrieben, über mindestens eine zwischenliegende Übersetzungsstufe mit der Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt sein. Besonders bevorzugt ist ein Rotor der Elektromaschine im verbauten Zustand des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes aber drehfest mit der Antriebswelle verbunden, so dass der Rotor der Elektromaschine drehfest mit der Antriebswelle in Verbindung steht.
Die Abtriebswelle ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe insbesondere dafür vorgesehen, eine abtriebsseitige Koppelung des Kraftfahrzeuggetriebes zu Komponenten herzustellen, welche im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des jeweiligen Kraftfahrzeuges auf das Kraftfahrzeuggetriebe folgen. Dabei kann an der Abtriebswelle des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes insbesondere eine Koppelung mit einem Differentialradsatz hergestellt sein, welcher koaxial oder achsversetzt zu der Antriebswelle und der Abtriebswelle liegt. Je nach konkreter Einbindung des Kraftfahrzeuggetriebes in einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges kann der Differenzialradsatz hierbei als Längs- oder Querdifferential konzipiert sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle insbesondere koaxial zueinander liegend angeordnet, wobei weiter bevorzugt auch die Planetenradsätze koaxial zu der Antriebswelle und der Abtriebswelle platziert sind. Hierdurch lässt sich ein in radialer Richtung besonders kompakter Aufbau des Kraftfahrzeuggetriebes verwirklichen.
Die Planetenradsätze setzen sich jeweils aus je einem ersten Element, je einem zweiten Element und je einem dritten Element zusammen, wobei die Elemente des einzelnen Planetenradsatzes dabei durch jeweils ein Sonnenrad, jeweils einen Planetensteg und jeweils ein Hohlrad gebildet sind. Besonders bevorzugt liegt dabei der einzelne Planetenradsatz als Minus-Planetensatz vor, bei welchem der jeweilige Planetensteg mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert führt, wobei das mindestens eine Planetenrad dabei sowohl mit dem jeweiligen Sonnenrad, als auch dem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff steht. Bei einer Ausführung des jeweiligen Planetenradsatzes als Minus-Planetensatz handelt es sich dann insbesondere bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um das jeweilige Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um den jeweiligen Planetensteg und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um das jeweilige Hohlrad.
Alternativ dazu könnte prinzipiell auch einer oder beide Planetenradsätze jeweils als Plus-Planetensatz ausgebildet sein. In diesem Fall ist in dem jeweiligen Planetensteg dann mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem jeweiligen Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff steht. Zudem kämmen die Planetenräder des mindestens einen Planetenradpaares untereinander. Im Unterschied zu einer Ausführung als Minus-Planetensatz handelt es sich dann bevorzugt bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um das Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um das Hohlrad und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um den Planetensteg. Im Vergleich zu einer Ausführung als Minus-Planetensatz ist zudem eine Standübersetzung des jeweiligen Planetenradsatzes um Eins zu erhöhen. Wie vorstehend bereits beschrieben, sind im Sinne der Erfindung aber beide Planetenradsätze bevorzugt als Minus-Planetensätze ausgeführt. Weiter bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes dabei genau zwei Planetenradsätze vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe verfügt zumindest funktional über ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement und ein drittes Schaltelement, durch deren selektive Betätigung insbesondere unterschiedliche Gänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle dargestellt werden können. Dabei sind bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe bevorzugt von der Funktion her genau drei Schaltelemente vorgesehen, wobei über diese Schaltelemente zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle dann genau drei unterschiedliche Gänge schaltbar sind. Prinzipiell könnten aber im Rahmen der Erfindung neben dem ersten Schaltelement, dem zweiten Schaltelement und dem dritten Schaltelement zumindest funktional noch ein oder mehrere, weitere Schaltelemente vorgesehen sein.
Dass ein jeweiliges Schaltelement „zumindest funktional“ vorgesehen ist, bedeutet im Sinne der Erfindung, dass bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe zumindest die jeweilige Funktion des jeweiligen Schaltelements abgebildet ist. Dabei können die Schaltelemente im Einzelnen tatsächlich physisch als Einzelschaltelement vorliegen oder ihre Funktion wird durch eine andere Komponente abgebildet, wie beispielsweise eine Schalteinrichtung. Eine die Funktion abbildende Komponente kann hierbei dann die Funktion von zwei oder mehr Schaltelementen in einer Einrichtung vereinigen.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Antriebswelle zudem drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Das zumindest funktional vorgesehene, erste Schaltelement ist dazu eingerichtet, in einem geschlossenen Zustand das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle zu verbinden, während das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes festzusetzen. Des Weiteren ist das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement dazu eingerichtet, in einem geschlossenen Zustand das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander zu verbinden.
Dementsprechend stehen bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe also das erste Element des ersten Planetenradsatzes und die Antriebswelle permanent drehfest miteinander in Verbindung, wobei die Antriebswelle zudem auch drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes ständig drehfest verbunden ist, so dass die Antriebswelle, das erste Element des ersten Planetenradsatzes sowie das erste Element des zweiten Planetenradsatzes ständig gemeinsam rotieren. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent festgesetzt, so dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ständig an einer Drehbewegung gehindert ist. Ferner stehen das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes und die Abtriebswelle ständig drehfest miteinander in Verbindung, was stets eine gemeinsame Rotation des zweiten Elements des zweiten Planetenradsatzes und der Abtriebswelle bedeutet.
Die drehfeste Verbindung zwischen der jeweiligen Welle und dem jeweils zugehörigen Element des jeweiligen Planetenradsatzes kann im Rahmen der Erfindung in Form einer drehfesten Verbindung von Einzelkomponenten verwirklicht sein, d.h. die jeweilige Welle und das jeweilige Element des jeweiligen Planetenradsatzes liegen als separate Komponenten vor, die drehfest miteinander in Verbindung stehen. Alternativ dazu kommt aber auch eine einstückige Ausführung der jeweiligen Welle, also der Antriebswelle bzw. der Abtriebswelle, und des hiermit drehfest verbundenen Elements des jeweiligen Planetenradsatzes infrage.
Ein Schließen des zumindest funktional vorgesehenen, ersten Schaltelements hat eine drehfeste Verbindung des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle zur Folge, so dass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und die Abtriebswelle im Folgenden gemeinsam rotieren. Wird hingegen das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt, so wird das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes festgesetzt, wodurch das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes an einer Drehbewegung gehindert ist. Das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement sorgt im geschlossenen Zustand für eine drehfeste Verbindung des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes, so dass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes in der Folge gemeinsam rotieren.
Der permanent festgesetzte Zustand des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes sowie das Festsetzen des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes über das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement erfolgt jeweils insbesondere dadurch, dass das jeweilige Element drehfest mit einem permanent festgesetzten, drehfesten Bauelement verbunden ist bzw. hiermit drehfest verbunden wird. Dabei handelt es sich bei dem permanent festgesetzten Bauelement bevorzugt um ein Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes, einen Teil des Getriebegehäuses oder eine hiermit drehfest verbundene Komponente. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes kann hierbei auch einstückig mit dem permanent festgesetzten Bauelement ausgeführt sein.
Bei Komponenten des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes, die erst durch Betätigung eines jeweiligen, zumindest funktional vorgesehenen Schaltelements drehfest miteinander verbunden werden, wird eine Verbindung bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht. Dabei kommt im Rahmen der Erfindung auch eine jeweilige Ausgestaltung infrage, bei welcher die jeweilige Welle einstückig mit einer der beiden drehfest zu verbindenden Komponenten ausgeführt ist.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes hat dabei den Vorteil, dass hierdurch ein kompakt bauendes Getriebe verwirklicht werden kann, mittels welchem eine geeignete Einbindung von einer Antriebsmaschine und hier insbesondere einer Elektromaschine möglich ist. Dies kann hierbei mit einer niedrigen Anzahl an zumindest funktional vorgesehenen Schaltelementen realisiert werden. Insbesondere können bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe mehrere unterschiedliche Gänge dargestellt werden, die durch die angebundene Antriebsmaschine nutzbar sind, wobei dabei mindestens ein Gang realisierbar ist, in welchem eine Kraftflussführung nur über einen der Planetenradsätze stattfindet. In diesem mindestens einen Gang lässt sich damit ein hoher Wirkungsgrad verwirklichen.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schaltelemente zumindest funktional als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt, wobei sie besonders bevorzugt nach Art unsynchronisierter Klauenschaltelemente ausgebildet sind. Eine Ausführung der Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente hat den Vorteil, dass in einem geöffneten Zustand des jeweiligen Schaltelements keine oder nur geringe Schleppverluste an diesem Schaltelement auftreten. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad des Kraftfahrzeuggetriebes verbessern. Alternativ dazu können einzelne oder mehrere der Schaltelemente aber auch als formschlüssige Schaltelemente in Form von Sperrsynchronisationen ausgeführt sein. Weiter alternativ kommt ferner auch eine Ausführung einzelner oder auch mehrerer der Schaltelemente als kraftschlüssige Schaltelemente in Betracht, wobei sie hierbei besonders bevorzugt als Lamellenschaltelemente vorliegen können. In vorteilhafter Weise kann hierdurch ein Betätigen des jeweiligen Schaltelements unter Last vorgenommen werden. Besonders bevorzugt sind aber das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement zumindest von der Funktion her als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt.
In Weiterbildung der Erfindung sind das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement durch eine Schalteinrichtung gebildet, deren Koppelelement in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung positioniert werden kann. Das Koppelelement bildet in der ersten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des ersten Schaltelements ab und verbindet das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle. In der zweiten Schaltstellung bildet das Koppelelement funktional einen betätigten Zustand des dritten Schaltelements ab und verbindet das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander. Das Abbilden der Funktionen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements durch eine Schalteinrichtung hat den Vorteil, dass somit die jeweiligen, drehfesten Verbindungen auf kompakte Art und Weise und mit einer niedrigen Anzahl an Bauelementen verwirklicht werden können. Zudem kann hierdurch ein gemeinsamer Aktuator zur Betätigung des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements zur Anwendung kommen, wodurch der Herstellungsaufwand reduziert wird. Besonders bevorzugt kann das Koppelelement zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung in einer zwischenliegenden Neutralstellung positioniert werden, wobei in dieser Neutralstellung keine Koppelung über das Koppelelement vorgenommen ist, also ein geöffneter Zustand sowohl des ersten Schaltelements, als auch des dritten Schaltelements dargestellt wird. Weiter bevorzugt liegt das zweite Schaltelement dann als Einzelschaltelement vor, dessen geschlossenen Zustand insbesondere über ein Koppelelement mittels eines zugehörigen Aktuators herbeigeführt werden kann.
Alternativ zu der vorgenannten Variante der Erfindung sind das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement durch eine Schalteinrichtung gebildet, deren Koppelelement in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung jeweils positioniert werden kann. Das Koppelelement bildet dabei in der ersten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des zweiten Schaltelements ab und setzt das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes fest. In der zweiten Schaltstellung bildet das Koppelelement hingegen funktional einen betätigten Zustand des dritten Schaltelements ab und verbindet das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander. Auch bei dieser Variante kann das Koppelelement insbesondere zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung in einer zwischenliegenden Neutralstellung positioniert werden, wobei in dieser Neutralstellung keine Koppelung über das Koppelelement vorgenommen ist, also dann ein geöffneter Zustand sowohl des zweiten Schaltelements, als auch des dritten Schaltelements vorliegt. Weiter bevorzugt ist das erste Schaltelement dann als Einzelschaltelement ausgeführt, dessen geschlossenen Zustand insbesondere über ein Koppelelement mittels eines zugehörigen Aktuators herbeigeführt werden kann.
Im Rahmen der Erfindung wäre es zudem denkbar, sofern es die Bindbarkeit der Elemente zulässt, die Funktion des ersten Schaltelements, des zweiten Schaltelements und des dritten Schaltelements durch eine gemeinsame Schalteinrichtung abzubilden, deren Koppelelement in je zugehörigen Schaltstellungen jeweils dem betätigten Zustand je eines der Schaltelemente darstellt. Somit müsste das Koppelelement in drei unterschiedlichen Schaltstellungen positionierbar sein, wobei zwischen diesen Schaltstellungen bevorzugt auch zwei Neutralstellungen eingenommen werden können, in denen bei keinem der Schaltelemente ein betätigter Zustand dargestellt ist.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind die Planetenradsätze axial auf eine Anschlussstelle, welche der Koppelung der Antriebswelle mit der Antriebsmaschine dient, axial in einer Reihenfolge erster Planetenradsatz und zweiter Planetenradsatz angeordnet. In Weiterbildung dieser Ausführungsform sind dabei das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz angeordnet, wobei das erste Schaltelement hierbei bevorzugt axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem dritten Schaltelement liegt.
Alternativ oder ergänzend zu der vorgenannten Ausführungsform ist das zweite Schaltelement axial auf einer dem ersten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes platziert. Alternativ zu dieser Variante kann das zweite Schaltelement allerdings auch axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz angeordnet sein, wobei dies insbesondere dann vollzogen ist, wenn das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement durch eine Schalteinrichtung gebildet sind. Hierbei liegt das zweite Schaltelement dann bevorzugt axial zwischen dem ggf. ebenfalls durch die Schalteinrichtung gebildeten, dritten Schaltelement und dem zweiten Planetenradsatz.
Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung weist der erste Planetenradsatz betragsmäßig eine höhere Standübersetzung auf, als der zweite Planetenradsatz. Hierdurch lassen sich geeignete Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle durch selektive Betätigung der zumindest funktional vorgesehenen Schaltelemente realisieren.
So kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe so betrieben werden, dass ein erster Gang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet wird, indem das erste Schaltelement geschlossen wird. In diesem Fall ist die Antriebswelle und damit auch die hieran angebundene Antriebsmaschine über den ersten Planetenradsatz mit der Abtriebswelle gekoppelt, während der zweite Planetenradsatz lastfrei ist. Hierdurch lässt sich in diesem ersten Gang ein guter Wirkungsgrad erreichen. Ein zweiter Gang kann zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet werden, indem das zweite Schaltelement geschlossen wird. Dies hat zur Folge, dass der zweite Planetenradsatz aufgrund des dann festgesetzten, dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes die Antriebswelle und damit auch die Antriebsmaschine mit der Abtriebswelle koppelt. Der erste Planetenradsatz ist hierbei lastfrei, wodurch sich ebenfalls ein guter Wirkungsgrad erzielen lässt. Schließlich kann noch in einem dritten Gang eine Einbindung der Antriebsmaschine realisiert werden, indem die Antriebswelle über beide Planetenradsätze mit der Abtriebswelle gekoppelt wird. Dazu wird das dritte Schaltelement geschlossen.
Alternativ dazu weist der erste Planetenradsatz betragsmäßig eine niedrigere Standübersetzung auf, als der zweite Planetenradsatz. Auch in diesem Fall lassen sich drei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle darstellen, wobei die Zuordnung hierbei allerdings im Vergleich zu der vorhergehenden Variante verändert ist.
So kann dann ein erster Gang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet wird, indem das zweite Schaltelement geschlossen wird. Dadurch ist die Antriebswelle und damit auch die hieran angebundene Antriebsmaschine über den zweiten Planetenradsatz mit der Abtriebswelle gekoppelt, während der erste Planetenradsatz lastfrei ist und sich damit ein guter Wirkungsgrad erreichen lässt. Ein zweiter Gang kann zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet werden, indem das erste Schaltelement geschlossen wird, wodurch der erste Planetenradsatz die Antriebswelle und damit auch die Antriebsmaschine mit der Abtriebswelle koppelt. Der zweite Planetenradsatz ist hierbei lastfrei, so dass sich erneut ein guter Wirkungsgrad erzielen lässt. Zudem kann noch in einem dritten Gang eine Einbindung der Antriebsmaschine realisiert werden, indem eine Koppelung der Antriebswelle über beide Planetenradsätze mit der Abtriebswelle vorgenommen wird. Hierzu wird das dritte Schaltelement geschlossen.
Gegenstand der Erfindung ist zudem eine Antriebseinheit, die neben einer Elektromaschine ein Kraftfahrzeuggetriebe gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Varianten aufweist. Dabei ist ein Rotor der Elektromaschine mit der Antriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt. Die Elektromaschine kann dabei im Rahmen der Erfindung insbesondere zum einen als Generator sowie zum anderen als Elektromotor betrieben werden. Hierdurch kann eine Antriebseinheit geschaffen werden, welche für die Anwendung bei einem Kraftfahrzeug in Form eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges geeignet ist.
Besonders bevorzugt ist die Elektromaschine koaxial zu der Antriebswelle angeordnet und der Rotor der Elektromaschine drehfest mit der Antriebswelle verbunden. Hierdurch laufen die Antriebswelle und der Rotor der Elektromaschine im Betrieb unter derselben Drehzahl. Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, dass der Rotor der Elektromaschine mit der Antriebswelle über mindestens eine Übersetzungsstufe gekoppelt ist.
In Weiterbildung einer vorgenannten Antriebseinheit ist der erste Planetenradsatz des Kraftfahrzeuggetriebes axial zumindest teilweise überdeckend mit sowie radial innenliegend zu dem Rotor der Elektromaschine angeordnet. Hierdurch kann ein geschachtelter Aufbau und damit eine axial kurzbauende Antriebseinheit verwirklicht werden. Ggf. sind dabei zudem das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement sowie ferner unter Umständen auch das zweite Schaltelement axial auf Höhe sowie radial innen liegend des Rotors der Elektromaschine platziert.
Eine entsprechend einer oder mehrerer der vorgenannten Varianten ausgeführte Antriebseinheit ist insbesondere Teil einer Antriebsachse, welche dabei für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug vorgesehen ist. Bevorzugt ist die Antriebseinheit dabei in einer Ebene mit Abtriebswellen angeordnet, die jeweils je mindestens einem Antriebsrad zugeordnet und mit der Abtriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt sind. In vorteilhafter Weise kann hierdurch ein kompakter Aufbau einer Antriebsachse mit der Antriebseinheit erreicht werden, wobei die Koppelung zwischen der Abtriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes und den Abtriebswellen der Antriebsachse insbesondere über ein Differentialgetriebe vollzogen ist.
Mindestens eine derartige Antriebsachse ist im Rahmen der Erfindung bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug vorgesehen, bei welchem es sich um einen PKW oder um ein Nutzfahrzeug handeln kann. Ein Nutzfahrzeug kann dabei als zumindest teilweise elektrisch angetriebener Transporter oder leichter bis mittelschwerer Bus oder Lkw vorliegen.
Dass zwei Bauelemente des Kraftfahrzeuggetriebes „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Wellen und/oder Elemente der Planetenradsätze und/oder ein 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 miteinander gekoppelt, sondern eine Koppelung wird erst durch Betätigen des zumindest funktional zwischenliegenden Schaltelements vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Ansicht einer Antriebeinheit des Elektrofahrzeugs aus 1, entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
4 ein beispielhaftes Schaltschema eines jeweiligen Kraftfahrzeuggetriebes der Antriebseinheiten aus 2 und 3; und
5 ein alternatives, beispielhaftes Schaltschema eines jeweiligen Kraftfahrzeuggetriebes der Antriebseinheiten aus 2 und 3.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Elektrofahrzeugs 1, bei welchem es sich insbesondere um ein Elektro-Nutzfahrzeug, wie beispielsweise einen Transporter, handeln kann. Neben einer lenkbaren, nicht angetriebenen Fahrzeugachse 2, verfügt das Elektrofahrzeug 1 noch über eine Antriebsachse 3, bei welcher über eine Antriebseinheit 4 mittels Abtriebswellen 5 und 6 Antriebsräder 7 und 8 angetrieben werden können. Während es sich bei der Fahrzeugachse 2 dabei um eine Vorderachse des Elektrofahrzeugs 1 handelt, ist die Antriebsachse 3 eine Hinterachse des Elektrofahrzeuges 1. Allerdings könnte alternativ oder ergänzend zu der Antriebsachse 3 auch die Fahrzeugachse 2 als angetriebene Achse konzipiert sein.
In 2 ist die Antriebseinheit 4 aus 1 nun näher im Detail dargestellt, wobei die Antriebseinheit 4 dabei gemäß einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung realisiert ist. Dabei setzt sich die Antriebseinheit 4 aus einem Kraftfahrzeuggetriebe 9 und einer Elektromaschine 10 zusammen, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe 9 hierbei entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet ist. Die Elektromaschine 10 ist auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise durch einen Stator 11 und einen Rotor 12 gebildet, wobei die Elektromaschine 10 dabei zum einen als Generator sowie zum anderen als Elektromotor betrieben werden kann.
Das Kraftfahrzeuggetriebe 9 umfasst eine Antriebswelle 13, eine Abtriebswelle 14 sowie zwei Planetenradsätze P1 und P2, die sich jeweils aus je einem ersten Element E11 bzw. E12, je einem zweiten Element E21 bzw. E22 sowie je einem dritten Element E31 bzw. E32 zusammensetzen. Dabei handelt es sich bei dem jeweiligen ersten Element E11 bzw. E12 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 um ein jeweiliges Sonnenrad, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 als ein jeweiliger Planetensteg ausgeführt ist. Zudem liegt das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 als ein jeweiliges Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 vor.
In dem jeweiligen Planetensteg des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 ist dabei jeweils mindestens je ein Planetenrad drehbar gelagert, welches sowohl mit dem jeweiligen Sonnenrad, als auch dem jeweiligen Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 im Zahneingriff steht. Insofern sind die Planetenradsätze P1 und P2 vorliegend als Minus-Planetensätze ausgeführt. Im Rahmen der Erfindung kommt aber auch eine Ausführung eines oder beider Planetenradsätze P1 und P2 als Plus-Planetensatz infrage, wozu im Vergleich zu der jeweiligen Ausführung als Minus-Planetensatz das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 durch den jeweiligen Planetensteg zu bilden ist. Ferner ist eine Standübersetzung bei Ausführung des jeweiligen Planetenradsatzes als Plus-Planetensatz im Vergleich zu einer Ausführung als Minus-Planetensatz um Eins zu erhöhen. Bei einem Plus-Planetensatz ist in dem jeweiligen Planetensteg mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem jeweiligen Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem jeweiligen Hohlrad im Zahneingriff steht. Zudem stehen die Planetenräder des mindestens einen Planetenradpaares untereinander im Zahneingriff.
Vorliegend sind das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander über die Antriebswelle 13 verbunden, welche zudem an einer Anschlussstelle 15 drehfest mit dem Rotor 12 der Elektromaschine 10 in Verbindung steht. Insofern sind auch das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1, das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Rotor 12 über die Antriebswelle 13 drehfest miteinander verbunden, wodurch das erste Element E11, das erste Element E12 und der Rotor 12 stets unter derselben Drehzahl rotieren. Im Rahmen der Erfindung kann die Antriebswelle 13 dabei einstückig mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und/oder mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und/oder mit dem Rotor 12 der Elektromaschine 10 ausgebildet sein.
Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist permanent drehfest mit einem drehfesten Bauelement 16 verbunden, bei welchem es sich um ein Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes 9, einen Teil des Getriebegehäuses oder ein hiermit drehfest verbundene Komponente handelt. In dem Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes 9 ist dabei neben Komponenten des Kraftfahrzeuggetriebes 9 bevorzugt auch die Elektromaschine 10 aufgenommen. Aufgrund der permanent drehfesten Verbindung des dritten Elements E31 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem drehfesten Bauelement 16 ist das dritte Element E31 ständig an einer Drehbewegung gehindert.
Wie in 2 zu erkennen ist, ist die Abtriebswelle 14 drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, wobei die Abtriebswelle 14 insbesondere ferner an einer Anschlussstelle 17 mit einem - vorliegend nicht gezeigten - Differentialradsatz eines Differentialgetriebes verbunden ist, über welches auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise eine über die Abtriebswelle 14 eingeleitete Antriebsleistung auf die beiden Abtriebswellen 5 und 6 der Antriebsachse 3 aufgeteilt wird. Zudem ist noch das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit einer Welle 18 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit einer Welle 19 verbunden.
Das Kraftfahrzeuggetriebe 9 verfügt über mehrere Schaltelemente A, B und C, die jeweils als formschlüssige Schaltelemente in Form unsynchronisierter Klauenschaltelemente konzipiert sind. Während das Schaltelement B dabei als Einzelschaltelemente vorliegt, ist die Funktion der Schaltelemente A und C durch eine Schalteinrichtung 20 abgebildet. Diese Schalteinrichtung 20 verfügt dabei über ein Koppelelement 21, welches nach Art einer Schiebemuffe ausgebildet ist und über einen zugehörigen - vorliegend nicht gezeigten - Stellaktuator neben einer Neutralstellung axial in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegt werden. Bei dem Stellaktuator handelt es sich dabei bevorzugt um einen elektromechanischen Aktuator. In der ersten Schaltstellung des Koppelelements 21 wird von der Funktion her ein betätigter Zustand des Schaltelements A dargestellt, in welchem die Welle 18 und damit auch das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit der Abtriebswelle 14 und damit auch dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden ist.
In der zweiten Schaltstellung des Koppelelements 21 wird hingegen der betätigte Zustand des Schaltelements C abgebildet, bei welchem die Welle 18 drehfest mit der Welle 19 verbunden ist. Dadurch stehen das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander in Verbindung und rotieren in der Folge gemeinsam.
Auch dem als Einzelschaltelement vorliegenden Schaltelement B ist ein Koppelelement 22 zugeordnet, welches über einen - ebenfalls nicht gezeigten - Stellaktuator neben einer Neutralstellung in eine Schaltstellung überführt werden kann, in der das Koppelelement 22 den geschlossenen Zustand des Schaltelements B darstellt. In diesem geschlossenen Zustand ist die Welle 19 drehfest mit dem drehfesten Bauelement 16 verbunden und damit festgesetzt, was auch einen festgesetzten Zustand des dritten Elements E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 bedeutet.
Wie in 2 zu erkennen ist, sind die Antriebswelle 13, die Abtriebswelle 14 und auch die beiden Planetenradsätze P1 und P2 koaxial zueinanderliegend angeordnet, wobei ferner neben der Welle 18 und der Welle 19 auch die Elektromaschine 10 koaxial hierzu platziert ist. Axial auf die Anschlussstelle 15 der Antriebswelle 13 folgen zunächst der erste Planetenradsatz P1, dann der zweite Planetenradsatz P2 und schließlich die Anschlussstelle 17 der Abtriebswelle 14. Die Elektromaschine 10 ist dabei axial im Wesentlichen in einer Ebene mit dem ersten Planetenradsatz P1 platziert, welcher radial innen liegend der Elektromaschine 10 vorgesehen ist.
Die Schalteinrichtung 20 ist axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet, wobei die Schalteinrichtung 20 dabei axial überdeckend mit der Elektromaschine 10 und ebenfalls radial innen liegend zu dieser vorgesehen ist. Dagegen ist das zweite Schaltelement B axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und der Anschlussstelle 17 und damit axial auf einer dem ersten Planetenradsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 vorgesehen.
Während die Antriebswelle 13 im Wesentlichen als Vollwelle ausgeführt ist und sich axial ausgehend von der Anschlussstelle 15 bis zum zweiten Planetenradsatz P2 erstreckt, sind die beiden Wellen 18 und 19 als Hohlwellen gestaltet. Dabei erstreckt sich die Welle 18 axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und der Schalteinrichtung 20, während die Welle 19 axial ausgehend von der Schalteinrichtung 20 über den zweiten Planetenradsatz P2 hinaus verläuft, um hier über das Schaltelement B in dessen geschlossenen Zustand eine drehfeste Anbindung an das drehfesten Bauelement 16 vornehmen zu können. Auch die Abtriebswelle 14 ist axial zwischen der Schalteinrichtung 20 und dem zweiten Planetenradsatz P2 als Hohlwelle ausgeführt, wobei sie auf einer der Schalteinrichtung 20 axial abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 dann zumindest abschnittsweise als Vollwelle gestaltet sein kann.
Aus 3 geht eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit 4' entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor, welche ebenfalls bei der Antriebsachse 3 des Elektrofahrzeugs 1 in 1 Anwendung finden kann. Dabei entspricht diese Antriebseinheit 4' im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach 2, mit dem Unterschied, dass eine Schalteinrichtung 20` eines Kraftfahrzeuggetriebes 9` dieser Antriebseinheit 4` nun die Funktionen des Schaltelements B und des Schaltelements C abbildet. Dazu kann ein Koppelelement 21' dieser Schalteinrichtung 20` neben einer den geschlossenen Zustand des Schaltelements C darstellenden Schaltstellung sowie einer Neutralstellung in eine Schaltstellung überführt werden, in welcher der geschlossene Zustand des Schaltelements B dargestellt wird. In diesem Schaltzustand wird die Welle 19 festgesetzt, so dass das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 in der Folge an einer Drehbewegung gehindert ist. Die Welle 19 verläuft für die unterschiedlichen Koppelungen dabei als Hohlwelle axial zwischen der Schalteinrichtung 20' und dem zweiten Planetenradsatz P2.
Des Weiteren ist das Schaltelement A nun als Einzelschaltelement ausgeführt, welchem ein Koppelelement 22 zugeordnet ist. Dieses Koppelelement 22 kann über einen - vorliegend nicht gezeigten - Stellaktuator in eine Schaltstellung bewegt werden, in welcher der geschlossene Zustand des Schaltelements A und damit eine drehfeste Verbindung der Welle 18 mit der Abtriebswelle 14 hergestellt ist. Das Schaltelement A liegt dabei axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und der Schalteinrichtung 20'. Ansonsten entspricht die Antriebseinheit 4' aus 3 der Antriebseinheit 4 aus 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Des Weiteren zeigt 4 ein beispielhaftes Schaltschema der Kraftfahrzeuggetriebe 9 und 9' aus den 2 und 3, wobei dies hierbei für eine Ausgestaltung des jeweiligen Kraftfahrzeuggetriebes 9 bzw. 9` vorgesehen ist, bei welcher der erste Planetenradsatz P1 betragsmäßig eine höhere Standübersetzung aufweist, als der zweite Planetenradsatz P2.
In 4 ist zu erkennen, dass dabei ein erster Gang G1, ein zweiter Gang G2 und ein dritter Gang G3 geschaltet werden können, wobei in der Tabelle aus 4 dabei jeweils mit einem X gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente A, B und C zu betätigen ist. Dabei ergibt sich der erste Gang G1 zwischen der Antriebswelle 13 und der Abtriebswelle 14 durch Schließen des Schaltelements A, wodurch die Welle 18 drehfest mit der Abtriebswelle 14 verbunden und dadurch eine Koppelung der Antriebswelle 13 mit der Abtriebswelle 14 über den ersten Planetenradsatz P1 herbeigeführt ist. Dagegen ist der zweite Planetenradsatz P2 lastfrei, wodurch sich ein guter Wirkungsgrad im ersten Gang G1 realisieren lässt.
Hingegen ist für die Schaltung des zweiten Ganges G2 das Schaltelement B zu schließen, wodurch die Welle 19 und damit auch das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 festgesetzt wird. In der Folge ist die Antriebswelle 13 über den zweiten Planetenradsatz P2 mit der Abtriebswelle 14 gekoppelt, während der erste Planetenradsatz P1 lastfrei und damit ebenfalls ein guter Wirkungsgrad verwirklicht ist.
Zur Darstellung des dritten Ganges G3 wird das Schaltelement C geschlossen, so dass die Welle 18 und die Welle 19 drehfest miteinander verbunden sind. Dies bewirkt eine Koppelung der Antriebswelle 13 mit der Abtriebswelle 14 über beide Planetenradsätze P1 und P2.
Schließlich zeigt noch 5 ein alternatives, beispielhaftes Schaltschema der Kraftfahrzeuggetriebe 9 und 9' aus den 2 und 3. Dies ist hierbei einer Ausführung des jeweiligen Kraftfahrzeuggetriebes 9 bzw. 9` zugeordnet, bei welcher der erste Planetenradsatz P1 betragsmäßig eine niedrigere Standübersetzung aufweist, als der zweite Planetenradsatz P2. Auch bei dieser Variante können drei unterschiedliche Gänge G1' bis G3` geschaltet werden, wobei in 5 dabei jeweils mit einem X gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente A, B und C dafür jeweils zu schließen ist.
So wird der erste Gang G1' geschaltet, indem das Schaltelement B geschlossen wird, was ein Festsetzen der Welle 19 und damit auch des dritten Elements E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 zur Folge hat. Dadurch ist die Antriebswelle 13 über den zweiten Planetenradsatz P2 mit der Abtriebswelle 14 gekoppelt, während der erste Planetenradsatz P1 lastfrei ist. Somit kann in dem ersten Gang G1' ein guter Wirkungsgrad erzielt werden.
Der zweite Gang G2` wird dargestellt, indem das Schaltelement A geschlossen wird. Dies bewirkt eine drehfeste Verbindung der Welle 18 mit der Abtriebswelle 14, wodurch damit eine Koppelung der Antriebswelle 13 mit der Abtriebswelle 14 über den ersten Planetenradsatz P1 herbeigeführt ist. Gleichzeitig ist der zweite Planetenradsatz P2 lastfrei, wodurch sich auch ein guter Wirkungsgrad im zweiten Gang G2` erreichen lässt.
Für eine Schaltung des dritten Ganges G3` ist dann das Schaltelement C zu schlie-ßen, so dass die Welle 18 und die Welle 19 drehfest miteinander verbunden sind. In der Folge koppeln beide Planetenradsätze P1 und P2 die Antriebswelle 13 mit der Abtriebswelle 14.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eines Kraftfahrzeuggetriebes kann mit einer niedrigeren Anzahl an Schaltelementen eine geeignete Einbindung einer Antriebsmaschine verwirklicht werden.
Bezugszeichen

1: Elektrofahrzeug
2: Fahrzeugachse
3: Antriebsachse
4, 4': Antriebseinheit
5: Abtriebswelle
6: Abtriebswelle
7: Antriebsrad
8: Antriebsrad
9, 9': Kraftfahrzeuggetriebe
10: Elektromaschine
11: Stator
12: Rotor
13: Antriebswelle
14: Abtriebswelle
15: Anschlussstelle
16: drehfestes Bauelement
17: Anschlussstelle
18: Welle
19: Welle
20, 20`: Schalteinrichtung
21, 21': Koppelelement
22: Koppelelement
P1: Erster Planetenradsatz
P2: Zweiter Planetenradsatz
E11: Erstes Element erster Planetenradsatz
E21: zweites Element erster Planetenradsatz
E31: drittes Element erster Planetenradsatz
E12: Erstes Element zweiter Planetenradsatz
E22: zweites Element zweiter Planetenradsatz
E32: drittes Element zweiter Planetenradsatz
A: Schaltelement
B: Schaltelement
C: Schaltelement
G1: Gang
G2: Gang
G3: Gang
G1': Gang
G2': Gang
G3`: Gang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019202994 A1 [0003]

Claims

Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9') für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (13), eine Abtriebswelle (14) sowie einen ersten Planetenradsatz (P1) und einen zweiten Planetenradsatz (P2), wobei die Antriebswelle (13) für eine Koppelung mit einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Elektromaschine (10), vorgesehen ist, wobei der erste Planetenradsatz (P1) und der zweite Planetenradsatz (P2) jeweils je ein erstes Element (E11, E12), je ein zweites Element (E21, E22) und je ein drittes Element (E31, E32) in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetenstegs und je eines Hohlrades aufweisen, wobei zumindest funktional ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B) und ein drittes Schaltelement (C) vorgesehen sind, wobei das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit der Antriebswelle (13) verbunden und das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) festgesetzt ist, und wobei das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest mit der Abtriebswelle (14) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, - dass die Antriebswelle (13) zudem drehfest mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist, - dass das zumindest funktional vorgesehene, erste Schaltelement (A) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit der Abtriebswelle (14) zu verbinden, - dass das zumindest funktional vorgesehene, zweite Schaltelement (B) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) festzusetzen, - und dass das zumindest funktional vorgesehene, dritte Schaltelement (C) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander zu verbinden.
Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Schaltelement (A, B, C) zumindest funktional als formschlüssiges Schaltelement, bevorzugt als unsynchronisiertes Klauenschaltelement, ausgeführt ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (9) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (A) und das dritte Schaltelement (C) durch eine Schalteinrichtung (20) gebildet sind, deren Koppelelement (21) in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung jeweils positionierbar ist, wobei das Koppelelement (21) in der ersten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des ersten Schaltelements (A) abbildet und das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit der Abtriebswelle (14) verbindet, wobei das Koppelelement (21) in der zweiten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des dritten Schaltelements (C) abbildet und das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander verbindet.
Kraftfahrzeuggetriebe (9') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (B) und das dritte Schaltelement (C) durch eine Schalteinrichtung (20`) gebildet sind, deren Koppelelement (21') in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung jeweils positionierbar ist, wobei das Koppelelement (21') in der ersten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des zweiten Schaltelements (B) abbildet und das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) festsetzt, wobei das Koppelelement (21') in der zweiten Schaltstellung funktional einen betätigten Zustand des dritten Schaltelements (C) abbildet und das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest miteinander verbindet.
Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (P1, P2) axial auf eine Anschlussstelle (15), welche der Koppelung der Antriebswelle (13) mit der Antriebsmaschine dient, axial in einer Reihenfolge erster Planetenradsatz (P1) und zweiter Planetenradsatz (P2) angeordnet sind.
Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (A) und das dritte Schaltelement (C) axial zwischen dem ersten Planentenradsatz (P1) und dem zweiten Planetenradsatz (P2) angeordnet sind.
Kraftfahrzeuggetriebe (9) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (B) axial auf einer dem ersten Planetenradsatz (P1) abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes (P2) platziert ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (9') nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (B) axial zwischen dem ersten Planentenradsatz (P1) und dem zweiten Planetenradsatz (P2) angeordnet ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (P1) betragsmäßig eine höhere Standübersetzung aufweist, als der zweite Planetenradsatz (P2).
Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9') nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (P1) betragsmäßig eine niedrigere Standübersetzung aufweist, als der zweite Planetenradsatz (P2).
Antriebseinheit (4; 4') für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (10) und ein Kraftfahrzeuggetriebe (9; 9') nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Rotor (12) der Elektromaschine (10) mit der Antriebswelle (13) des Kraftfahrzeuggetriebes (9; 9') gekoppelt ist.
Antriebseinheit (4; 4') nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (P1) des Kraftfahrzeuggetriebes (9; 9') axial zumindest teilweise überdeckend mit sowie radial innenliegend zu dem Rotor (12) der Elektromaschine (10) angeordnet ist.
Antriebsachse (3) für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug (1), umfassend eine Antriebseinheit (4; 4') nach Anspruch 11 oder 12.
Hybrid- oder Elektrofahrzeug (1), umfassend mindestens eine Antriebsachse (3) nach Anspruch 13 oder mindestens eine Antriebseinheit (4; 4') nach Anspruch 11 oder 12.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuggetriebes (9; 9') nach Anspruch 9, - wobei ein erster Gang (G1) zwischen der Antriebswelle (13) und der Abtriebswelle (14) geschaltet wird, indem das erste Schaltelement (A) geschlossen wird, - wobei ein zweiter Gang (G2) zwischen der Antriebswelle (13) und der Abtriebswelle (14) geschaltet wird, indem das zweite Schaltelement (B) geschlossen wird, - und wobei ein dritter Gang (G3) zwischen der Antriebswelle (13) und der Abtriebswelle (14) geschaltet wird, indem das dritte Schaltelement (C) geschlossen wird.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuggetriebes (9; 9') nach Anspruch 10, - wobei ein erster Gang (G1') zwischen der Antriebswelle (13) und der Abtriebswelle (14) geschaltet wird, indem das zweite Schaltelement (B) geschlossen wird, - wobei ein zweiter Gang (G2') zwischen der Antriebswelle (13) und der Abtriebswelle (14) geschaltet wird, indem das erste Schaltelement (A) geschlossen wird, - und wobei ein dritter Gang (G3') zwischen der Antriebswelle (13) und der Abtriebswelle (14) geschaltet wird, indem das dritte Schaltelement (C) geschlossen wird.