WO2020048558A1

WO2020048558A1 - Zwei-gang-getriebe für ein elektrisch antreibbares kraftfahrzeug

Info

Publication number: WO2020048558A1
Application number: PCT/DE2019/100580
Authority: WO
Inventors: Ps Satyanarayana; Prajod Ayyappath
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2018-09-05
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2020-03-12
Also published as: CN112262274A; DE102018121599A1

Abstract

Es ist ein Zwei-Gang-Getriebe (10) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug vorgeschlagen mit einer mit einer elektrischen Maschine verbindbaren Eingangswelle (12) zum Einleiten eines Drehmoments, einer mit einem Antriebsrad verbindbaren Ausgangswelle (18) zum Ausleiten des Drehmoments, einer ersten Gangstufe (14) zur Übersetzung einer Drehzahl der Eingangswelle (12) an die Ausgangswelle (18) mit einem ersten Übersetzungsverhältnis, mit einem ersten antreibenden Zahnrad (20) und einem ersten angetriebenen Zahnrad (22), einer zweiten Gangstufe (16) zur Übersetzung einer Drehzahl der Eingangswelle (12) an die Ausgangswelle (18) mit einem zum ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen zweiten Übersetzungsverhältnis, mit einem zweiten antreibenden Zahnrad (24) und einem zweiten angetriebenen Zahnrad (26), einem Freilauf, der dem ersten antreibenden Zahnrad (20) oder dem ersten angetriebenen Zahnrad (22) zugeordnet ist, und einer Reibungskupplung (30), die das zweite angetriebene Zahnrad (24) mit der Ausgangswelle (18) verbinden kann. Um das Getriebe kleiner und kompakter bauen zu können, wird vorgeschlagen, dass diese Reibungskupplung (30) als einzige Reibungskupplung (30) vorgesehen ist und dass der Freilauf (28) und die Reibungskupplung (30) beide auf der gleichen Welle (12; 18) angeordnet sind.

Description

Zwei-Gang-Getriebe für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Zwei-Gang-Getriebe für ein elektrisch antreibbares Kraftfahr- zeug, mit dessen Hilfe eine Leistung einer elektrischen Maschine gewandelt werden kann. Die Erfindung ist für elektrounterstützte oder rein elektrisch angetriebene Fahr- zeuge mit Batterie geeignet, also für Zweiräder, wie Fahrräder, Mopeds, Motorroller („Scooter“) oder Motorräder, für Dreiräder, wie Rikschas, oder für Fahrzeuge mit vier Rädern, vom Leichtfahrzeug bis zum Stadtbus.

Beim Beschleunigen eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs aus dem Stand kann eine elektrische Maschine zunächst aus dem Stillstand mit einem im Wesentli- chen konstanten Drehmoment bis zu einer Grunddrehzahl beschleunigen. Wenn die Grunddrehzahl erreicht ist, bleibt die Antriebsleistung der elektrischen Maschine im Wesentlichen konstant, so dass für eine höhere Drehzahl das Drehmoment abnimmt. Um eine große Drehmoment- und Drehzahlspreizung zu erreichen, kann ein Zwei- Gang-Getriebe vorgesehen sein, das unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse be- reitstellt. So kann in einem niedrigen Drehzahlbereich ein hohes Übersetzungsver- hältnis vorgesehen sein, um zum Beschleunigen ein möglichst hohes Drehmoment bereitzustellen, während in einem hohen Drehzahlbereich ein niedriges Überset- zungsverhältnis vorgesehen sein kann, um eine möglichst hohe Fahrzeuggeschwin- digkeit realisieren zu können. Im Vergleich zu Direktantrieben oder Antrieben mit einer Gangstufe halten Zwei-Gang-Getriebe den Motor in seinem effizientesten Bereich über weite Strecken jedes Fahrzyklusses. Dies sorgt auch für weniger Verbrauch - und Emissionen, falls zusätzlich ein Verbrennungsmotor oder ein Hybrid eingesetzt werden.

Aus der EP 2 305 501 A1 ist ein Zweiganggetriebe für elektrische Fahrzeuge bekannt, mit einer mit einer elektrischen Maschine verbindbaren Eingangswelle zum Einleiten eines Drehmoments, einer mit einem Antriebsrad verbindbaren Ausgangswelle zum Ausleiten des Drehmoments, einer ersten Gangstufe zur Übersetzung einer Drehzahl der Eingangswelle an die Ausgangswelle mit einem ersten Übersetzungsverhältnis, mit einem ersten antreibenden Zahnrad und einem ersten angetriebenen Zahnrad, ei- ner zweiten Gangstufe zur Übersetzung einer Drehzahl der Eingangswelle an die Ausgangswelle mit einem zum ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen zweiten Übersetzungsverhältnis, mit einem zweiten antreibenden Zahnrad und einem zweiten angetriebenen Zahnrad, einem Freilauf, der dem ersten antreibenden Zahnrad oder dem ersten angetriebenen Zahnrad zugeordnet ist, und einer Reibungskupplung, die das zweite angetriebene Zahnrad mit der Ausgangswelle verbinden kann. Dieses Ge- triebe enthält allerdings zwei zu bedienende Reibungskupplungen und einen separa- ten Sicherungsring, so dass es relativ groß baut und der Gangwechsel relativ kompli- ziert ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen aufzuzeigen, die bei einem elektrisch an- treibbaren Kraftfahrzeug zu einem kleiner bauenden und leichter zu bedienenden Zwei-Gang-Getriebe führen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Zwei-Gang-Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.

Erfindungsgemäß ist ein Zweiganggetriebe für elektrische Fahrzeuge vorgeschlagen, mit einer mit einer elektrischen Maschine verbindbaren Eingangswelle zum Einleiten eines Drehmoments, einer mit einem Antriebsrad verbindbaren Ausgangswelle zum Ausleiten des Drehmoments, einer ersten Gangstufe zur Übersetzung einer Drehzahl der Eingangswelle an die Ausgangswelle mit einem ersten Übersetzungsverhältnis, mit einem ersten antreibenden Zahnrad und einem ersten angetriebenen Zahnrad, ei- ner zweiten Gangstufe zur Übersetzung einer Drehzahl der Eingangswelle an die Ausgangswelle mit einem zum ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen zweiten Übersetzungsverhältnis, mit einem zweiten antreibenden Zahnrad und einem zweiten angetriebenen Zahnrad, einem Freilauf, der dem ersten antreibenden Zahnrad oder dem ersten angetriebenen Zahnrad zugeordnet ist, und einer Reibungskupplung, die das zweite angetriebene Zahnrad mit der Ausgangswelle verbinden kann, wobei diese Reibungskupplung als einzige Reibungskupplung vorgesehen ist und wobei der Frei- lauf und die Reibungskupplung beide auf der gleichen Welle, das heißt insbesondere entweder die Eingangswelle oder die Ausgangswelle, angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Zwei-Gang-Getriebe ist dank des Verzichts auf eine zweite Reibungskupplung einfacher aufgebaut und kann damit kleiner gebaut werden. Der Verzicht auf die zweite Reibungskupplung auf der anderen Welle macht das Getriebe kleiner, leichter, billiger und weniger komplex. Das Einsparen von Masse ist vorteil- haft. Das Schalten geht einfacher, da nur eine einzige Kupplung zu bedienen ist und auf ein separates Sicherungsringsystem verzichtet werden kann. Es wurde erkannt, dass auch diese einfachere Lösung ein sanftes, ruckfreies Schalten, das bevorzugt automatisiert durchgeführt werden kann, ermöglicht. Da ein Freilauf verwendet wird, geht das Schalten sanft und übergangslos, ob mechanisch oder automatisch geschal- tet wird. Da nicht zwei oder drei Elemente beim Schalten zu bedienen sind, reicht ein einziger einfacher elektronischer oder hydraulischer Stellmotor, um den Gangwechsel durchzuführen.

Mit der vorgeschlagenen Erfindung kann ein batterieelektrisches Fahrzeug, das auch als„BEV“ (Battery Electric Vehicle) bezeichnet wird, realisiert werden, das automa- tisch schaltet und viele Vorteile bezüglich des reduzierten Energieverbrauches, der Erhöhung des Fahrkomforts, der Steigungsfähigkeit und der Höchstgeschwindigkeit bietet. Das Vermeiden einer Schaltlücke, bei welcher ein Kraftfluss beim Gangwechsel unterbrochen wird, erhöht die Leistung und bietet ein überlegenes Fahrgefühl. Die er- findungsgemäße Integration von Freilauf und Reibungskupplung führt zu einem ruck- freien, sanften automatischen Schaltvorgang. Mit dem neuen Getriebe kann der An- triebsstrang elektrisch kleiner ausgelegt werden und erreicht trotzdem hohes Dreh- moment, was zu einer Fahrzeugcharakteristik mit hoher Energieeffizienz führt. Insbesondere kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die dazu ausgestaltet ist, automatisch einen Gangwechsel vorzunehmen, wenn eine bestimmte vordefinierte Schwellfahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs überschritten und/oder unterschritten ist und/oder wenn ein bestimmtes vordefiniertes Schwelldrehmoment der Eingangs- welle überschritten und/oder unterschritten ist. Dadurch kann für die jeweilige Fahrsi- tuation jeweils automatisch eine geeignete Übersetzung geschaltet werden, ohne dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs dies manuell veranlassen muss.

Als Reibungskupplung kann eine Mehrscheibenkupplung verwendet werden, die ab- hängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder den Lastbedingungen automatisch greift oder löst. Dieses schnell synchronisierte weiche Ein- oder Auskuppeln führt zu einer„kurzen“ Schlupfzone während des Überganges vom ersten zum zweiten Gang und damit einem schnelle Gangwechsel. Die Kupplungsbetätigung kann rein elektrisch durchgeführt werden.

Während des Startens und bei kleinen Geschwindigkeiten öffnet der neue Kupp- lungsmechanismus die einzige Reibungskupplung vollständig und hält sie geöffnet, sodass die Reibelemente voneinander getrennt sind und keine Kraft übertragen.

Wenn die Motor- oder Fahrzeuggeschwindigkeit steigt, wird in den zweiten Gang ge- schaltet, dies passiert durch Einkuppeln der Reibungskupplung und Überholen des Freilaufes, der dadurch keine Kraft mehr überträgt. Während des Hochschaltens vom ersten zum zweiten Gang wird die einzige Reibungskupplung langsam betätigt, greift also immer mehr, bis das von der Kupplung übertragene Moment dem Motormoment entspricht. Der Gangwechsel erfolgt so sanft und ohne jeden Ruck. Auch wenn dann das Motormoment verringert wird, befindet sich das Fahrzeug im zweiten Gang, in dem der Freilauf überholt oder überrollt wird.

Da die Schaltfrequenz im Allgemeinen niedrig ist und der erste Gang eigentlich nur zum Anfahren oder am Berg gebraucht wird, ist meist der zweite Gang eingelegt. Da in diesem erfindungsgemäß aber die einzige Reibungskupplung keinen lang andau- ernden Schlupf hat, sondern fest greift, droht hier im Dauerbetrieb keine Überhitzung. Die thermische Kapazität der Reibungskupplung muss daher nicht hoch sein, so dass auch eine kleinere, relativ kompakt bauende Kupplung verwendet werden kann. Dass statt zwei Reibungskupplungen nur eine einzige Reibungskupplung vorgesehen ist und dass diese einzige Reibungskupplung und der Freilauf erfindungsgemäß auf einer einzigen gemeinsamen Welle angeordnet sind, minimiert den Platzbedarf des Getrie- bes.

Die erfindungsgemäße Kombination eines Freilaufs, bevorzugt eines Rollengesperres, mit einer einzigen Reibungskupplung mit dem neuen Kupplungshaltemechanismus er- laubt mit ihren verschiedenen Betriebspositionen verschiedene Betriebsweisen, näm- lich:

- Langsam fahren, Anfahren oder Bergauffahren im ersten Gang

- Schnell fahren im 2. Gang

- Neutralstellung, beispielsweise beim Langsamer werden oder Bergabfahren, Segelmodus durch Öffnen der Reibungskupplung, und

- Parkblockierstellung, insbesondere durch Eingreifen der Reibungskupplung bei ausgeschaltetem Motor.

Die Parkblockierung kann dadurch erreicht werden, dass, wenn das Fahrzeug und der Motor zum Stillstand gekommen sind, die Reibungskupplung eingekuppelt wird und gleichzeitig der Freilauf eine Bewegung in Gegenrichtung sperrt. Dies erspart einen separaten Mechanismus für die Parkbremse und ein extra Betätigungselement.

Im Rahmen der Erfindung können die Kupplung und der Freilauf auf der Eingangswel- le oder auf der Ausgangswelle anordnet. Bevorzugt ist es aber, Kupplung und Freilauf auf der Ausgangswelle vorzusehen. Dann kann die Eingangswelle besonders einfach aufgebaut sein und das erste antreibende Zahnrad und das zweite antreibende Zahn- rad als Festräder enthalten.

Kupplung und Freilauf können nebeneinander auf ihrer gemeinsamen Welle angeord- net sein. In einer bevorzugten Ausführung können Freilauf und Reibungskupplung in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sein. Besonders geeignet ist, wenn dazu das Kupplungsgehäuse der Reibungskupplung verwendet wird. Dies ergibt eine beson- ders platzsparende, kompakt bauende Realisierung der Erfindung. Reibungskupplung, Freilauf und die zwei angetriebenen Zahnräder bilden dann eine kompakte Baueinheit, die nur wenig Platz braucht.

Bevorzugt ist der Freilauf in das erste angetriebene Zahnrad integriert, indem die Na- be des Freilaufes auch die Nabe des Zahnrades ist. Auch dies führt zu einer beson- ders kompakten Ausführung.

Noch platzsparender und kompakter ist der Aufbau, wenn das zweite angetriebene Zahnrad sich direkt bei der Kupplung, bevorzugt auf der Seite der Kupplungsbetäti- gung, befindet.

Besonders platzsparend ist auch, wenn das Kupplungsgehäuse mit einem Kupp- lungsgehäuseprofil, insbesondere einer Keilverzahnung, versehen ist, und drehfest auf der Ausgangswelle angeordnet ist, um Drehmoment auf die Ausgangswelle zu übertragen.

Die Reibungskupplung kann beim Einkuppeln und Auskuppeln wie jede andere an sich bekannte Kupplung über Fland-, Fuß- oder Stellmotorbetätigung bedient werden. Es können Flebel oder Seilzüge verwendet werden. Bevorzugt kann ein in der Mitte der Kupplung zentral angeordneter Ausrückzapfen, beispielsweise ein Stift oder Pin, vorgesehen sein, der durch Drücken oder Loslassen die Kupplung eingreifen oder lö- sen lassen kann. Üblich sind federvorbelastete Kupplungen, die losgelassen offen sind - also kein Drehmoment übertragen - und mit gedrücktem Stift greifen - also das Drehmoment übertragen.

Der Stift kann direkt über einen Seilzug oder anderweitig betätigt werden. Bevorzugt ist aber ein Ausrückstab vorgesehen, der eine abgeflachte Betätigungsfläche aufweist und beim Verdrehen um seine Längsachse den Ausrückzapfen betätigt oder loslässt. Dieser Ausrückstab wird bevorzugt mittels eines Ausrückhebels betätigt, wobei der Ausrückhebel von einem Gestänge oder einem Kupplungsseil hin- und herbewegt wird, dadurch den Ausrückstab verdreht, der seinerseits den Ausrückzapfen drückt oder loslässt und so die Kupplung betätigt. Dies ist eine Bedienweise, die dem relativ kleinen Betätigungsweg und der recht hohen Federbelastung des Ausrückzapfens entspricht.

Bevorzugt ist ein Kupplungsbetätigungsmechanismus vorgesehen, bei dem ein Schieber in einer Gleitschiene linear hin- und herbewegt wird, aber in beiden Endstel- lungen einrastet, sodass der gewünschte Zustand der Kupplung von selbst und ohne Kraftaufwand gehalten wird.

Dies kann durch zwei aufeinander gleitenden Bauteile, beispielsweise ein Unterteil und ein Oberteil), bewirkt werden, wobei in beiden Endstellungen die gewünschte Stellung ohne Kraft von außen eingehalten wird, wie man dies zum Beispiel von Ein- und Ausrastemechanismen von Kugelschreibern kennt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist dazu ein Kugel-/Rinnensystem vorgesehen, wobei die Rinne so geformt ist, dass sie zwei Raststellen hat, in denen das eine der gleitenden teile ohne Kraft von außen ruht und erst nach dem Betätigen in die andere Stellung läuft, um dort wieder zu ruhen.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfol- gend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1 : eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Zwei-Gang-Getriebes, Fig. 2: ein rotierendes Bauteil des Zwei-Gang-Getriebes aus Fig. 1 ,

Fig. 3: eine Schnittansicht eines rotierenden Bauteils des Zwei-Gang-Getriebes aus Fig. 1 ,

Fig. 4: eine perspektivische Ansicht des rotierenden Bauteils aus Fig. 3,

Fig. 5: eine weitere Ansicht des Zwei-Gang-Getriebes aus Fig. 1 ,

Fig. 6: den Kraftfluss eines erfindungsgemäßen Getriebes im ersten Gang,

Fig. 7: den Kraftfluss eines erfindungsgemäßen Getriebes im zweiten Gang,

Fig. 8: einen Kupplungsbetätigungsmechanismus am Zwei-Gang-Getriebe aus Fig. 1 , Fig. 9: zwei Teile des Kupplungsbetätigungsmechanismus der Fig. 8,

Fig. 10: den Schnitt AA der Fig. 9,

Fig. 11 : ein Unterteil des Kupplungsbetätigungsmechanismus der Fig. 8,

Fig. 12 und 13: ein Oberteil des Kupplungsbetätigungsmechanismus der Fig. 8,

Fig. 14: das Getriebe der Fig. 1 zusammen mit einem Motor im ersten Gang und Fig. 15: das Getriebe der Fig. 1 zusammen mit einem Motor im zweiten Gang.

Das in Fig. 1 dargestellte Zwei-Gang-Getriebe 10 weist eine Eingangswelle 12 auf, die drehtest mit einer Motorwelle einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs ver- bunden sein kann. Die Eingangswelle 12 kann über eine erste Gangstufe 14 und eine zweite Gangstufe 16 mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen mit einer Aus- gangswelle 18 gekoppelt werden, um ein mit der Ausgangswelle 18 gekoppeltes An- triebsrad des Kraftfahrzeugs anzutreiben. Die erste Gangstufe 14 weist ein erstes an- getriebenes Zahnrad 20 auf, das als Festrad auf der Eingangswelle 12 angeordnet ist und mit einem mit der Ausgangswelle 18 verbundenen ersten angetriebenen Zahnrad 22 kämmt. Die zweite Gangstufe 16 weist ein zweites antreibendes Zahnrad 24 auf, das als Festrad auf der Eingangswelle 12 angeordnet ist und mit einem mit der Aus- gangswelle 18 verbundenen zweiten angetriebenen Zahnrad 26 kämmt. Auf der Aus- gangswelle 18 befinden sich nun erfindungsgemäß der Freilauf 28 und die einzige Reibungskupplung 30. Die Reibungskupplung weist zu ihrer Betätigung einen mittigen Ausrückzapfen 32 auf, der über einen Ausrückstab 34 und einen Ausrückhebel 36 be- tätigt werden kann.

Fig. 2 zeigt ein rotierendes Bauteil des Zwei-Gang-Getriebes aus Fig. 1 , nämlich die erfindungsgemäß integrierte Baueinheit aus Freilauf 28, Reibungskupplung 30 und zweitem angetriebenen Zahnrad 26. Gut zu erkennen ist, dass der Freilauf 28 ins Kupplungsgehäuse 40 integriert ist. Zu erkennen ist ebenfalls das Kupplungsgehäu- seprofil 42, das hier als Innenverzahnung ausgebildet ist und Drehmoment auf die Ausgangswelle 18 übertragen kann.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines rotierenden Bauteils des Zwei-Gang-Getriebes aus Fig. 1 , nämlich die Kombination des in Fig. 2 gezeigten rotierenden Bauteils aus Freilauf 28 und Reibungskupplung 30 mit dem ersten angetriebenen Zahnrad 22. Ge- zeigt sind weiterhin die zwei Nadellager 58 und der Zwischenring 60, die es gemein- sam erlauben, dass sich die zwei Zahnräder 22 und 26 mit unterschiedlichen Dreh- zahlen auf der gemeinsamen Welle 18 drehen können.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des rotierenden Bauteils aus Fig. 3, wobei sich ein Blick in die Federn der Kupplung 30 ermöglicht ist. Das zweite angetriebene Zahnrad 26 ist hier in den Bereich oder auf der Seite der Kupplungsbetätigung inte- griert.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ansicht des Zwei-Gang-Getriebes aus Fig. 1 , wobei auf der Ausgangswelle 18 die Antriebsrolle 44 zum Ausleiten des Drehmoments befestigt ist.

Zur Erläuterung der Funktion des erfindungsgemäßen Getriebes zeigt Fig. 6 den Kraftfluss im ersten Gang. Der Motor M treibt die Eingangswelle 12 mit den beiden Festrädern 20 und 24. Der Ausrückhebel 36 ist gezogen, damit ist der Ausrückstab 34 verdreht und presst mit seiner abgeflachten Betätigungsfläche den Ausrückzapfen 32 gegen die internen Federkräfte. Damit ist die Reibungskupplung 30 offen und über- trägt kein Drehmoment. Das Drehmoment des Motors M fließt über die ersten Zahn- räder 20 und 22. Das Zahnrad 22 leitet die Drehbewegung über den sperrenden Frei- lauf 28 auf das Kupplungsgehäuse 40 und dort über die Innenverzahnung des Kupp- lungsgehäuseprofils 42 auf die Ausgangswelle 18, wie die gepunktete Linie zeigt.

Dass sich das Innere der Kupplung 30 mit einer anderen Drehzahl dreht als das Kupp- lungsgehäuse 40, spielt keine Rolle, da die Kupplung 30 ja offen ist, also kein Moment überträgt. Dies ändert sich beim Schalten in den zweiten Gang, wie es Fig. 7 zeigt:

Fig. 7 zeigt den Kraftfluss eines erfindungsgemäßen Getriebes im als„Super Boost“ bezeichneten zweiten Gang. Der Motor M treibt die Eingangswelle 12 mit den beiden Festrädern 20 und 24. Der Ausrückhebel 36 ist losgelassen, damit ist der Ausrückstab 34 in seine Ausgangsstellung zurück gedreht und presst mit seiner abgeflachten Betä- tigungsfläche den Ausrückzapfen 32 nicht mehr gegen die internen Federkräfte. Durch diese Vorspannung ist die Reibungskupplung 30 nun geschlossen und überträgt das Drehmoment. Das Drehmoment des Motors M fließt nun über die Reibungskupplung 30 von den zweiten Zahnrädern 24 und 26 ins Kupplungsgehäuse 40 und von dort über die Innenverzahnung des Kupplungsgehäuseprofils 42 auf die Ausgangswelle 18, wie die gepunktete Linie zeigt. Der Freilauf 28 wird nun überholt, da die Drehzahl über die zweite Gangstufe der Zahnräder 24 und 26 schneller ist als die Drehzahl der ersten Gangstufe der Zahnräder 20 und 22. Der Freilauf 28 wird hier von außen - überrollend oder überholend - angetrieben, im Gegensatz zu der Stellung in Fig. 6, wo die Kraft oder das Drehmoment von innen kommen, also die Sperrwirkung nutzen. Die erfindungsgemäße Integration von Freilauf 28 und Kupplung 30 auf einer Welle 18 führt also zu einem sehr kompakten Design. Das langsame Einkuppeln und das lang- same Überrollen des Freilaufs 20 führen zu einem sanften Gangwechsel ohne Ruck.

Fig. 8 zeigt einen bevorzugten Kupplungsbetätigungsmechanismus 46 am Zwei- Gang-Getriebe aus Fig. 1. Der Mechanismus 46 überträgt zum einen die Zugkraft ei- ner Kupplungsbetätigung von rechts auf das Kupplungsseil 38 und über dieses auf den Ausrückhebel 36, der wiederum den Ausrückstab 34 und den Ausrückzapfen 32 betätigt, und hält zum anderen das Kupplungsseil 38 und damit die Kupplung 30 in dem gewünschten Zustand„offen“ oder„geschlossen“.

Fig. 9 zeigt zwei Bauteile des Kupplungsbetätigungsmechanismus 46 der Fig. 8, näm- lich das fest an dem Getriebe angeordnete Unterteil 48 und das darauf verschiebliche Oberteil 50, welches das Kupplungsseil 38 durch Verschieben nach links und rechts (Pfeil) bewegt. Zum Festhalten in einer gewünschten Stellung sind dazu zwei Rillen 54 vorgesehen, wobei sich eine Rille 54 im Unterteil 48 und die zweite Rille im Oberteil 50 angeordnet sind. Sie sind hier halbkugelförmig eingefrässt und ergeben passend aufeinander gelegt einen Kanal mit rundem Querschnitt, in der eine Kugel 52 geführt werden kann. Die Kugel 52 kann nun durch Hin- und Herschieben des Oberteils 50 auf dem Unterteil 48 in zwei Endstellungen gebracht werden, wobei die eine Endstel- lung über das Kupplungsseil 38 zu einer vollständig geöffneten Kupplung 30 und die andere Endstellung zu einer vollständig geschlossenen Kupplung 30 führt. Fig. 10 zeigt den Schnitt AA der Fig. 9, wobei deutlich zu erkennen ist, dass bei richti- gem Aufliegen des Oberteils 50 auf dem Unterteil 48 die beiden Rillen 54 zusammen einen Kanal für die Kugel 52 ergeben. Die Kugel 52 wirkt hier als Verriegelungs- oder Sicherungselement und kann das Oberteil 50 in zwei definierten Stellungen zum Un- terteil 48 halten, ähnlich einem Mechanismus in einem Kugelschreiber, der die Stift- spitze eingefahren und ausgefahren halten kann. Der weiße Pfeil gibt die Richtung der Zugkraft der Kupplungsfeder an.

Fig. 11 zeigt das Unterteil 48 des Kupplungsbetätigungsmechanismus 46 der Fig. 8, wobei die Schrauben andeuten, dass das Unterteil 48 fest und unverrückbar auf dem Gehäuse des Getriebes angeordnet ist. Die Kugel 52 befindet sich hier in einer End- stellung in der Rille 54.

Die Fig. 12 und 13 zeigen das Oberteil 50 des Kupplungsbetätigungsmechanismus 46 der Fig. 8. In der Fig. 12 ist das Oberteil 50 von unten gezeigt, also von der Gleit- schiene aus gesehen, die das Oberteil 50 verschiebbar, aber nicht abhebbar auf dem Unterteil 48 hält. In Fig. 13 ist das Oberteil 50 von oben mit einer Befestigungsmög- lichkeit für ein Zug- oder Betätigungselement gezeigt.

Fig. 14 zeigt das Getriebe 10 der Fig. 1 zusammen mit einem Elektromotor 56 im ers- ten Gang, in dem das Drehmoment des Motors 56 über die erste Gangstufe 14 über- tragen wird. Dazu ist das Oberteil 50 des Kupplungsbetätigungsmechanismus 46 von einem Stellelement (links oben) ganz nach links gezogen und blockiert. Damit ist auch der Ausrückhebel 36 in der linken Endstellung und hält die Kupplung 30 offen.

Fig. 15 zeigt das Getriebe 10 der Fig. 1 zusammen mit einem Elektromotor 56 im zweiten Gang, in dem das Drehmoment des Motors 56 über die zweite Gangstufe 16 übertragen wird. Dazu ist das Oberteil 50 des Kupplungsbetätigungsmechanismus 46 von einem Stellelement (links oben) ganz nach rechts geschoben und blockiert. Damit ist auch der Ausrückhebel 36 in seiner Endstellung und hält die Kupplung 30 ge- schlossen. Bezuqszeichenliste Zwei-Gang-Getriebe

Eingangswelle

erste Gangstufe

zweite Gangstufe

Ausgangswelle

erstes antreibendes Zahnrad

erstes angetriebenes Zahnrad

zweites antreibendes Zahnrad

zweites angetriebenes Zahnrad

Freilauf

Reibungskupplung

Ausrückzapfen

Ausrückstab

Ausrückhebel

Kupplungsseil

Kupplungsgehäuse

Kupplungsgehäuseprofil

Antriebsrolle

Kupplungsbetätigungsmechanismus

Unterteil

Oberteil

Kugel

Rille

Elektromotor

Nadellager

Zwischenring

Claims

Patentansprüche

1. Zwei-Gang-Getriebe für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer mit einer elektrischen Maschine verbindbaren Eingangswelle (12) zum Einleiten eines Drehmoments,

einer mit einem Antriebsrad verbindbaren Ausgangswelle (18) zum Ausleiten des Drehmoments,

einer ersten Gangstufe (14) zur Übersetzung einer Drehzahl der Eingangswelle (12) an die Ausgangswelle (18) mit einem ersten Übersetzungsverhältnis, mit einem ersten antreibenden Zahnrad (20) und einem ersten angetriebenen Zahnrad (22)

einer zweiten Gangstufe (16) zur Übersetzung einer Drehzahl der Eingangswelle (12) an die Ausgangswelle (18) mit einem zum ersten Übersetzungsverhältnis verschiede- nen zweiten Übersetzungsverhältnis, mit einem zweiten antreibenden Zahnrad (24) und einem zweiten angetriebenen Zahnrad (26)

einem Freilauf, der dem ersten antreibenden Zahnrad (20) oder dem ersten angetrie- benen Zahnrad (22) zugeordnet ist, und

einer Reibungskupplung (30), die das zweite angetriebene Zahnrad (24) mit der Aus- gangswelle (18) verbinden kann,

dadurch gekennzeichnet, dass diese Reibungskupplung (30) als einzige Reibungs- kupplung (30) vorgesehen ist und dass der Freilauf (28) und die Reibungskupplung (30) beide auf der gleichen Welle (12; 18) angeordnet sind.

2. Zwei-Gang-Getriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das ers- te antreibende Zahnrad (20) und das zweite antreibende Zahnrad (24) Festräder auf einer Welle, bevorzugt der Eingangswelle (12), sind.

3. Zwei-Gang-Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (28) in einem Kupplungsgehäuse (40) der Reibungskupplung (30) inte- griert ist.

4. Zwei-Gang-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich- net, dass die Nabe des ersten angetriebenen Zahnrads (22) zugleich die Nabe des Freilaufs (28) ist.

5. Zwei-Gang-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich- net, dass das zweite angetriebene Zahnrad (26) sich auf der Seite einer Kupplungsbe- tätigung befindet.

6. Zwei-Gang-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich- net, dass ein Kupplungsgehäuse (40) der Reibungskupplung (30) mit einem Kupp- lungsgehäuseprofil (42) versehen und drehfest auf der Ausgangswelle (18) angeord- net ist.

7. Zwei-Gang-Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich- net, dass eine Kupplungsbetätigung durch Drücken eines zentral auf der Ausgangs- welle und in der Mitte der Kupplung (30) angeordneten Ausrückzapfens (32) erfolgt.

8. Zwei-Gang-Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aus- rückstab (34) zur Betätigung des Ausrückzapfens (32) vorgesehen ist.

9. Zwei-Gang-Getriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kupplungsbetätigungsmechanismus (46) als Schiebemechanismus ausgebildet ist.

10. Zwei-Gang-Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus Rillen (54) gebildeter Kanal zur Führung einer Kugel (52) vorgesehen ist.