DE102018111870A1 - Electric drive unit with switchable gearbox - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor (2) und einem Getriebe (3). Das Getriebe (3) weist eine mit dem Elektromotor (2) verbundene Antriebswelle (4), eine Zwischenwelle (5) und mindestens eine Abtriebswelle (6, 7) auf. Dabei ist auf der Antriebswelle (4) ein erstes Zahnrad (43) angeordnet, welches in einer ersten Gangebene (I) mit einem dritten Zahnrad (53) auf der Zwischenwelle (5) in Eingriff steht. Es ist vorgesehen, dass an der Antriebswelle (4) oder an der Zwischenwelle (5) eine schaltbare Kupplung angeordnet ist, über welche ein zweites Zahnrad (45) auf der Antriebswelle (4) oder ein viertes Zahnrad (55) auf der Zwischenwelle (5) mit der jeweiligen Welle (4, 5) drehfest in Verbindung gebracht werden kann.The invention relates to an electric drive unit (1) for a motor vehicle with an electric motor (2) and a transmission (3). The transmission (3) has a drive shaft (4) connected to the electric motor (2), an intermediate shaft (5) and at least one output shaft (6, 7). In this case, a first gear (43) is arranged on the drive shaft (4), which is in a first gear plane (I) with a third gear (53) on the intermediate shaft (5) into engagement. It is provided that on the drive shaft (4) or on the intermediate shaft (5) a switchable coupling is arranged, via which a second gear (45) on the drive shaft (4) or a fourth gear (55) on the intermediate shaft (5 ) can be connected in rotation with the respective shaft (4, 5).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit mit einem schaltbaren Getriebe gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.The invention relates to an electric drive unit with a switchable transmission according to the preamble of the independent claim.

Schaltgetriebe werden in unterschiedlichen Ausführungsformen in Kraftfahrzeugen verwendet. Bei einer Vielzahl von Getriebekonzepten mit Stirnradstufen werden die zu schaltenden Gänge mit Hilfe von Kupplungen und Synchronisierungen geschaltet. Um während der Fahrt einen Gang einlegen zu können, wird zunächst durch das Treten der Kupplung die Trägheit des Antriebsmotors von der Getriebeeingangswelle getrennt. Anschließend werden die Drehzahlen der Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle synchronisiert. Erst dann ist eine formschlüssige Verbindung möglich, über welche ein Antriebsmoment von der Getriebeeingangswelle auf die Getriebeausgangswelle übertragen werden kann.Manual transmissions are used in different embodiments in motor vehicles. In a large number of gear concepts with spur gear stages, the gears to be shifted are switched by means of clutches and synchronizers. To be able to engage a gear while driving, the inertia of the drive motor is first separated from the transmission input shaft by the pedaling of the clutch. Subsequently, the rotational speeds of the transmission input shaft and a transmission output shaft are synchronized. Only then is a positive connection possible, via which a drive torque can be transmitted from the transmission input shaft to the transmission output shaft.

Dieser Vorgang ist in automatisierten Getriebekonzepten insofern kritisch, da bei den Schaltvorgängen der Antriebsmotor vom Getriebe getrennt wird. Dementsprechend ist eine Leistungsübertragung durch das Getriebe unterbrochen. Es entsteht eine sogenannte Zugkraftunterbrechung, welche sich dem Fahrer durch eine komfortbeeinflussende Längsdynamikschwingung äußert.This process is critical in automated transmission concepts in that during the switching operations, the drive motor is separated from the transmission. Accordingly, power transmission through the transmission is interrupted. The result is a so-called traction interruption, which manifests itself to the driver by a comfort-influencing longitudinal dynamic oscillation.

In manuell geschalteten Getrieben ist dieser Vorgang weniger kritisch, da der Fahrer manuell den Schaltvorgang veranlasst und weiß, wann der Schaltvorgang einsetzt. In automatisierten Getriebekonzepten wird der Fahrer mehr oder weniger durch die schaltungsbedingte Längsdynamikschwingungen überrascht. Deutlich zu spüren ist ein solcher Schaltvorgang insbesondere bei automatisierten manuellen Getrieben, welche sich aus diesem Grund auch nicht am Markt durchsetzen konnten. Bei Doppelkupplungsgetrieben kann dieses Problem durch die Doppelkupplung an sich gelöst werden, welche das Getriebe in zwei Teilgetriebe aufteilt. Somit ist ein Überblenden zwischen den Kupplungen möglich. Dieses Überblenden kann auch unter Last erfolgen, sodass ein Schaltvorgang ohne Zugkraftunterbrechung möglich ist. In manual transmissions, this process is less critical because the driver manually initiates the shift and knows when the shift begins. In automated transmission concepts, the driver is more or less surprised by the circuit-related longitudinal dynamic vibrations. Such a switching process is particularly noticeable in automated manual transmissions, which for this reason could not prevail on the market. In dual-clutch transmissions, this problem can be solved by the double clutch itself, which divides the transmission into two partial transmissions. Thus, a cross-fading between the couplings is possible. This crossfading can also be done under load, so that a switching operation without interruption of traction is possible.

Getriebekonzepte von Elektro- oder Hybridfahrzeugen mit mehr als einem Gang haben unter Umständen das Problem, dass während des Schaltvorgangs eine Zugkraftunterbrechung eintreten kann. Im Falle eines Hybridfahrzeuges kann abhängig vom Getriebekonzept während des Schaltvorgangs der Verbrennungsmotor zugeschaltet werden, um die Zugkraftunterbrechung zu kompensieren. Bei reinen Elektrofahrzeugen, insbesondere bei Elektrofahrzeugen mit kupplungsfreien Getrieben ist dies nicht möglich, da kein Verbrennungsmotor vorhanden ist. Verbaut der Hersteller bei einem solchen Elektrofahrzeug ein zweigängiges Getriebe, so muss er mit einer Zugkraftunterbrechung rechnen.Transmission concepts of electric or hybrid vehicles with more than one gear may have the problem that during the switching process, a traction interruption can occur. In the case of a hybrid vehicle, the internal combustion engine can be switched on depending on the transmission concept during the switching operation in order to compensate for the traction interruption. In pure electric vehicles, especially in electric vehicles with clutchless transmissions, this is not possible because no internal combustion engine is available. If the manufacturer uses a two-speed gearbox in such an electric vehicle, he must expect a traction interruption.

Aus der DE 199 24 501 A1 ist ein schaltbares Stufenwechselgetriebe für einen Verbrennungsmotor bekannt, welches eine einzige Lastschaltkupplung und mindestens zwei Teilgetriebe aufweist. Die Teilgetriebe sind jeweils mit Schaltkupplungen versehen. Es ist vorgesehen, dass die Lastschaltkupplung an einem der Teilgetriebe angeordnet ist, während das jeweils andere Teilgetriebe keine Lastschaltkupplung in seiner Antriebsverbindung hat.From the DE 199 24 501 A1 is a switchable stage change gear for an internal combustion engine is known, which has a single power shift clutch and at least two partial transmissions. The partial transmissions are each provided with clutches. It is envisaged that the power-shift clutch is arranged on one of the partial transmissions, while the respective other partial transmission has no power-shift clutch in its drive connection.

Die DE 10 2015 116 537 A1 offenbart eine elektrische Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug. Die elektrische Antriebsachse weist eine Getriebeanordnung mit zwei Gängen auf. Ein Elektromotor treibt dabei mindestens eine Abtriebswelle der Achse des Kraftfahrzeuges an. Mittels einer Stirnradgetriebestufe wird, in einer ersten Schaltstufe, eine Zwischenwelle angetrieben sowie ein fest mit der Zwischenwelle verbundenes Stirnrad. Dieses Stirnrad kämmt mit einem Hohlrad eines koaxial zur Abtriebswelle angeordneten Planetengetriebes. Ein weiteres Stirnrad ist mit einer Ausgangswelle des Elektromotors oder der Zwischenwelle koppelbar, um in einer zweiten Schaltstufe ein Sonnenrad des Planetengetriebes anzutreiben. Diese elektrische Antriebsachse weist eine kompakt gestaltete Getriebeanordnung auf. Insbesondere kann ein relativ hohes Drehmoment bei relativ kleinen Abmessungen der Zahnräder übertragen werden.The DE 10 2015 116 537 A1 discloses an electric drive axle for a motor vehicle. The electric drive axle has a transmission arrangement with two gears. An electric motor thereby drives at least one output shaft of the axle of the motor vehicle. By means of a spur gear stage, an intermediate shaft is driven in a first switching stage, and a fixedly connected to the intermediate shaft spur gear. This spur gear meshes with a ring gear of a coaxial with the output shaft arranged planetary gear. Another spur gear is coupled to an output shaft of the electric motor or the intermediate shaft to drive in a second shift stage, a sun gear of the planetary gear. This electric drive axle has a compact gear arrangement. In particular, a relatively high torque can be transmitted with relatively small dimensions of the gears.

Nachteilig an den bekannten Lösungen ist jedoch, dass nicht auf einfache Art und Weise an ein bestehendes Getriebe ein zusätzlicher Gang „angebaut“ werden kann.A disadvantage of the known solutions, however, is that not in a simple manner to an existing transmission, an additional gear can be "grown".

Aufgabe der Erfindung ist es, eine modulare Getriebekomponente vorzuschlagen, mit welcher ein Getriebe um einen zweiten Gang erweitert werden kann, wobei ein Schalten zwischen den beiden Gängen ohne Zugkraftunterbrechung möglich ist.The object of the invention is to propose a modular transmission component, with which a transmission can be extended by a second gear, wherein a shift between the two gears is possible without interruption of traction.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor und einem Getriebe gelöst, wobei das Getriebe eine mit dem Elektromotor verbundene Antriebswelle, eine Zwischenwelle und mindestens eine Abtriebswelle aufweist. Dabei ist auf der Antriebswelle ein erstes Zahnrad angeordnet, welches in einer ersten Gangebene mit einem dritten Zahnrad auf der Zwischenwelle in Eingriff steht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an der Antriebswelle oder an der Zwischenwelle eine schaltbare Kupplung vorgesehen ist, über welche ein zweites Zahnrad auf der Antriebswelle oder ein viertes Zahnrad auf der Zwischenwelle mit der jeweiligen Welle drehfest in Verbindung gebracht werden kann. Dadurch kann bei einem Elektrofahrzeug mit einem Elektromotor auf einfache Art und Weise ein Zweiganggetriebe ausgebildet werden, welches ein Schalten unter Last und somit eine Übertragung der Antriebsleistung des Elektromotors auf die Abtriebswelle ohne Zugkraftunterbrechung beim Schalten ermöglicht.According to the invention, this object is achieved by an electric drive unit for a motor vehicle having an electric motor and a transmission, wherein the transmission has a drive shaft connected to the electric motor, an intermediate shaft and at least one output shaft. In this case, a first gear is arranged on the drive shaft, which engages in a first gear plane with a third gear on the intermediate shaft. According to the invention, it is provided that a switchable coupling is provided on the drive shaft or on the intermediate shaft, via which a second gear on the drive shaft or a fourth gear on the intermediate shaft with the respective shaft rotatably connected can. As a result, a two-speed transmission can be formed in an electric vehicle with an electric motor in a simple manner, which allows switching under load and thus transmission of the drive power of the electric motor to the output shaft without interruption of traction when switching.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch beanspruchten elektrischen Antriebseinheit möglich.The features listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the claim claimed in the independent electric drive unit are possible.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Getriebe der elektrischen Antriebseinheit als Stirnradgetriebe ausgeführt ist. Ein Stirnradgetriebe ist ein besonders einfaches Getriebe, um bei einem eingängigen Getriebe eine Kraftübertragung von der mit dem Elektromotor verbundenen Antriebswelle auf die Abtriebswelle zu realisieren. Dabei kann ein bereits existierendes Stirnradgetriebe im Vergleich zu anderen Getriebevarianten besonders einfach in der vorgeschlagenen Art um einen weiteren Gang ergänzt werden.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the transmission of the electric drive unit is designed as a spur gear. A spur gear is a particularly simple transmission to realize a power transmission from the drive shaft connected to the electric motor to the output shaft in a single-speed gearbox. In this case, an already existing spur gear in comparison to other transmission variants are particularly easy to be supplemented in the proposed manner by another gear.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit ist vorgesehen, dass die schaltbare Kupplung an der Antriebswelle angeordnet ist, wobei sämtliche Zahnräder der Zwischenwelle als Festräder drehfest mit der Zwischenwelle verbunden sind. Die Anordnung der Kupplung ermöglicht ein einfaches Umschalten zwischen der Kraftübertragung über das erste Zahnrad auf eine Kraftübertragung über das zweite Zahnrad und somit einen Wechsel von der ersten Gangebene auf die zweite Gangebene. Die Ausbildung sämtlicher Zahnräder auf der Zwischenwelle als Festräder ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Ausführung der Zwischenwelle, da keine zusätzlichen Freiläufe, Schaltklauen oder Kupplungselemente notwendig sind.In an advantageous embodiment of the electric drive unit is provided that the switchable coupling is arranged on the drive shaft, wherein all gears of the intermediate shaft as fixed wheels are rotatably connected to the intermediate shaft. The arrangement of the coupling allows a simple switching between the power transmission via the first gear on a power transmission via the second gear and thus a change from the first gear plane to the second gear plane. The formation of all gears on the intermediate shaft as fixed wheels allows a particularly simple and cost-effective design of the intermediate shaft, since no additional freewheels, shift dogs or coupling elements are necessary.

In einer alternativen Ausführungsform ist mit Vorteil vorgesehen, dass die schaltbare Kupplung an der Zwischenwelle angeordnet ist, wobei sämtliche Zahnräder der Antriebswelle als Festräder drehfest mit der Antriebswelle verbunden sind. Die Anordnung der Kupplung an der Zwischenwelle ermöglich ein einfaches Umschalten zwischen der Kraftübertragung über das dritte Zahnrad auf eine Kraftübertragung über das vierte Zahnrad und somit einen Wechsel von der ersten Gangebene auf die zweite Gangebene. Die Ausbildung sämtlicher Zahnräder auf der Antriebswelle als Festräder ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Ausführung der Antriebswelle, da keine zusätzlichen Freiläufe, Schaltklauen oder Kupplungselemente notwendig sind.In an alternative embodiment, it is advantageously provided that the shiftable clutch is arranged on the intermediate shaft, wherein all the gears of the drive shaft as fixed wheels are rotatably connected to the drive shaft. The arrangement of the coupling on the intermediate shaft allows a simple switching between the power transmission via the third gear on a power transmission via the fourth gear and thus a change from the first gear plane to the second gear plane. The formation of all gears on the drive shaft as fixed wheels allows a particularly simple and inexpensive design of the drive shaft, since no additional freewheels, shift dogs or coupling elements are necessary.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Zwischenwelle ein Abtriebszahnrad angeordnet ist, welches mit einem Differenzial in Wirkverbindung steht, wobei das Antriebsmoment der Zwischenwelle über das Differenzial auf eine erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle verteilt wird. Durch eine Verbindung der Zwischenwelle mit einem Differenzial ist eine einfache Aufteilung des Antriebsmoments auf zwei verschiedene Abtriebswellen, insbesondere zwei verschiedene Radantriebe einer Antriebsachse, möglich.In a preferred embodiment of the invention it is provided that an output gear is arranged on the intermediate shaft, which is operatively connected to a differential, wherein the drive torque of the intermediate shaft is distributed via the differential to a first output shaft and a second output shaft. By connecting the intermediate shaft with a differential is a simple division of the drive torque to two different output shafts, in particular two different wheel drives a drive axle, possible.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Zwischenwelle ein Abtriebszahnrad angeordnet ist, welches mit einem Zahnrad auf der Abtriebswelle in Eingriff steht. Durch ein Abtriebszahnrad auf der Zwischenwelle, welches mit einem weiteren Zahnrad auf der Abtriebswelle in Eingriff steht, ist ein besonders einfacher Antrieb möglich. Dabei sind das Abtriebszahnrad auf der Zwischenwelle und das weitere Zahnrad auf der Abtriebswelle vorzugsweise als Festräder ausgebildet, um eine kontinuierliche Drehmomentenübertragung zu gewährleisten. Dadurch kann auf einfache Art und Weise bei einer elektrischen Antriebseinheit eine Rekuperationsfunktion geschaffen werden, wenn die Abtriebswelle das Getriebe schleppt und somit die Antriebswelle durch ein Drehen der Abtriebswelle gedreht wird.In an alternative embodiment of the invention it is provided that an output gear is arranged on the intermediate shaft, which is in engagement with a gear on the output shaft. By a driven gear on the intermediate shaft, which is in engagement with a further gear on the output shaft, a particularly simple drive is possible. In this case, the output gear on the intermediate shaft and the further gear on the output shaft are preferably designed as fixed wheels in order to ensure a continuous transmission of torque. As a result, a recuperation function can be created in a simple manner in an electric drive unit when the output shaft drags the transmission and thus the drive shaft is rotated by rotating the output shaft.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Zahnrad oder das dritte Zahnrad über einen verriegelbaren Freilauf mit der jeweiligen Welle drehfest verbindbar sind. Ein Freilauf ist notwendig, damit nicht parallel beide Gangebenen in einem starren Eingriff stehen und das Getriebe durch die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse blockiert wird. Dabei ist ein Freilauf in der ersten Gangebene besonders vorteilhaft, um auf einfache Art und Weise aus einem bestehenden Eingang-Getriebe ein lastschaltbares Zweigang-Getriebe zu machen. Zudem wird in der ersten Gangebene erst durch die Verriegelung des Freilaufs ein Rekuperationsbetrieb möglich, da ansonsten das Zahnrad frei dreht und kein Moment von der Zwischenwelle auf die Antriebswelle überträgt.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the first gear or the third gear via a lockable freewheel with the respective shaft are rotatably connected. A freewheel is necessary so that not parallel both gear levels are in a rigid engagement and the transmission is blocked by the different gear ratios. In this case, a freewheel in the first gear level is particularly advantageous in order to make a load-shiftable two-speed transmission in a simple manner from an existing input transmission. In addition, only in the first gear level by the locking of the freewheel recuperation possible, otherwise the gear rotates freely and transmits no torque from the intermediate shaft to the drive shaft.

Bevorzugt ist dabei, wenn der verriegelbare Freilauf bei einer Drehbewegung in eine erste Drehrichtung stets drehfest mit der entsprechenden Welle in Wirkverbindung steht und bei einer Drehbewegung in die entgegengesetzte Drehrichtung in einem ersten Betriebszustand eine Freilauffunktion hat und in einem zweiten Betriebszustand drehfest mit der entsprechenden Welle verbunden ist. Dabei kann in dem ersten Betriebszustand kein Drehmoment entgegen der durch die Drehung der Antriebswelle vorgegebene Antriebsrichtung übertragen werden, sodass der Freilauf bei geöffneter Kupplung und abgetrennter zweiter Gangebene verhindern würde, dass der Elektromotor durch die Abtriebswelle gedreht wird und somit keine Rekuperation möglich ist. It is preferred if the lockable freewheel is always rotationally fixed in a rotational movement in a first direction of rotation with the corresponding shaft and a rotational movement in the opposite direction in a first operating state has a freewheeling function and rotatably connected in a second operating state with the corresponding shaft is. In this case, no torque can be transmitted in the first operating state against the predetermined by the rotation of the drive shaft drive direction, so that the freewheel with the clutch open and separated second gear plane would prevent that the electric motor is rotated by the output shaft and thus no recuperation is possible.

Wird die Kraft nach Schließen der Kupplung über die zweite Gangebene übertragen, so verhält sich der Freilauf wie ein „normaler“ Freilauf und ermöglicht ein freies Drehen des ersten oder dritten Zahnrades. Im zweiten Betriebszustand wird bei verriegeltem Freilauf und geöffneter Kupplung in der ersten Gangebene eine Zwangsdrehung ermöglicht, sodass sowohl ein Antrieb der Abtriebswelle durch den Elektromotor als auch eine Rekuperation durch ein Drehen der Abtriebswelle möglich ist.If the force is transmitted via the second gear plane after closing the clutch, then the freewheel behaves like a "normal" freewheel and allows free rotation of the first or third gear. In the second operating state, a forced rotation is made possible with locked freewheel and open clutch in the first gear plane, so that both a drive of the output shaft by the electric motor and a recuperation by rotating the output shaft is possible.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der verriegelbare Freilauf durch die schaltbare Kupplung vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand überführt werden kann. Da das Verriegeln des Freilaufs nur dann sinnvoll ist, wenn die Leistungsübertragung über die erste Gangebene erfolgt, ist es sinnvoll, die Verriegelung beziehungsweise Entriegelung des Freilaufs mit der Betätigung der Kupplung zu verbinden.It is particularly preferred if the lockable freewheel can be converted by the switchable clutch from the first operating state to the second operating state. Since the locking of the freewheel is only useful if the power transmission takes place via the first gear level, it makes sense to connect the locking or unlocking of the freewheel with the operation of the clutch.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Getriebe für eine elektrische Antriebseinheit mit einer Antriebswelle, einer Zwischenwelle und mindestens einer Abtriebswelle vorgeschlagen, wobei auf der Antriebswelle ein erstes Zahnrad angeordnet ist, welches in einer ersten Gangebene mit einem dritten Zahnrad auf der Zwischenwelle in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle oder an der Zwischenwelle eine schaltbare Kupplung vorgesehen ist, über welche ein zweites Zahnrad auf der Antriebswelle oder ein viertes Zahnrad auf der Zwischenwelle mit der jeweiligen Welle drehfest in Verbindung gebracht werden kann. Durch ein solches Getriebe lässt sich auf konstruktiv vergleichsweise einfache Art und Weise ein bestehendes Eingang-Getriebe zu einem lastschaltbaren Zweiganggetriebe erweitern. Dies ist insbesondere bei einem Elektrofahrzeug sinnvoll, welches ausschließlich durch einen Elektromotor angetrieben wird. Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor oder Hybridfahrzeugen, welche vier oder mehr Gänge aufweisen, ist eine Kraftübertragung über bekannte Doppelkupplungsgetriebe oder Planetengetriebe einfacher, sodass die vorliegende Erfindung insbesondere bei Zweigang-Getrieben Vorteile bietet.According to the invention, a transmission is proposed for an electric drive unit with a drive shaft, an intermediate shaft and at least one output shaft, wherein on the drive shaft, a first gear is arranged, which is in a first gear plane with a third gear on the intermediate shaft engaged, characterized that on the drive shaft or on the intermediate shaft, a switchable coupling is provided, via which a second gear on the drive shaft or a fourth gear on the intermediate shaft with the respective shaft rotationally fixed can be brought into connection. By such a transmission can be structurally comparatively simple way to extend an existing input transmission to a power-shift two-speed transmission. This is particularly useful in an electric vehicle, which is driven exclusively by an electric motor. In motor vehicles with an internal combustion engine or hybrid vehicles, which have four or more gears, a power transmission via known dual-clutch transmission or planetary gear is easier, so that the present invention offers advantages especially for two-speed transmissions.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:

  • 1 eine erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit mit einem modularen Zweiganggetriebe in einer schematischen Darstellung;
  • 2 eine weitere Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit mit einer modularen Lastschalteinheit; und
  • 3 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit mit einer modularen Lastschalteinheit.
The invention will be explained below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying figures. Identical components or components with the same function are identified by the same reference numerals. Showing:
  • 1 an inventive electric drive unit with a modular two-speed transmission in a schematic representation;
  • 2 a further illustration of an electric drive unit according to the invention with a modular power switching unit; and
  • 3 an alternative embodiment of an electric drive unit according to the invention with a modular power switching unit.

1 zeigt schematisch eine elektrische Antriebseinheit 1 mit einem Elektromotor 2 und einem Getriebe 3. Die Erfindung beschreibt ein neuartiges Konzept, um bei einem Elektrofahrzeug mit einem Elektromotor 2 und einem eingängigen Getriebe dieses Getriebe 3 um einen lastschaltbaren zweiten Gang zu erweitern. Das Getriebe 3 umfasst eine Antriebswelle 4, welche von dem Elektromotor 2 angetrieben ist und drehfest mit dem Elektromotor 2 verbunden ist. Auf der Antriebswelle 4 ist ein erstes Zahnrad 43 angeordnet, welches mittels eines verriegelbaren Freilaufs 44 auf der Antriebswelle 4 aufgenommen ist. Ferner ist an der Antriebswelle 4 eine schaltbare Kupplung 8 vorgesehen, über welche ein zweites Zahnrad 45 drehfest mit der Antriebswelle 4 verbunden werden kann. Das Getriebe 3 umfasst ferner eine Zwischenwelle 5, auf welcher ein drittes Zahnrad 53 angeordnet ist, welches mit dem Zahnrad 43 auf der Antriebswelle 4 in einer ersten Gangebene I in Eingriff steht. Auf der Zwischenwelle 5 ist ferner ein viertes Zahnrad 55 angeordnet, welches mit dem zweiten Zahnrad 45 der Antriebswelle 4 in einer zweiten Gangebene II in Eingriff steht. Die Zwischenwelle 5 trägt zudem ein fünftes Zahnrad 56, welches in einer Abtriebsebene III mit einem sechsten Zahnrad 61 auf einer Abtriebswelle 6 oder einem Differenzial 10 verbunden ist, welches seinerseits mit einer ersten Abtriebswelle 6 und einer zweiten Abtriebswelle 7 in Wirkverbindung steht. Die Zahnräder 53, 55 und 56 auf der Zwischenwelle 5 sind als sogenannte Festräder ausgeführt und drehfest mit der Zwischenwelle 5 verbunden. Um ein bestehendes eingängiges Getriebe um einen zweiten Gang zu erweitern, wird das Getriebe 8 modular um die Kupplung 8, den verriegelbaren Freilauf 44 am ersten Zahnrad 43, um das zweite Zahnrad 45 auf der Antriebswelle 4 und das vierte Zahnrad 55 auf der Zwischenwelle 5 ergänzt. Hierzu wird eine bereits vorhandene erste Gangebene I um eine zweite Gangebene II erweitert, um die Übersetzung des zweiten Ganges zu realisieren. Diese modulare Erweiterung eines bestehenden Getriebekonzeptes wird erfindungsgemäß als modulare Lastschalteinheit bezeichnet. 1 schematically shows an electric drive unit 1 with an electric motor 2 and a gearbox 3 , The invention describes a novel concept to be in an electric vehicle with an electric motor 2 and a catchy gearbox of this gearbox 3 to extend a power shift second gear. The gear 3 includes a drive shaft 4 that of the electric motor 2 is driven and rotatably with the electric motor 2 connected is. On the drive shaft 4 is a first gear 43 arranged, which by means of a lockable freewheel 44 on the drive shaft 4 is included. Further, on the drive shaft 4 a switchable clutch 8th provided, via which a second gear 45 rotatably with the drive shaft 4 can be connected. The gear 3 further comprises an intermediate shaft 5 on which a third gear 53 is arranged, which with the gear 43 on the drive shaft 4 in a first grade level I engaged. On the intermediate shaft 5 is also a fourth gear 55 arranged, which with the second gear 45 the drive shaft 4 in a second corridor level II engaged. The intermediate shaft 5 also carries a fifth gear 56 which is in an output plane III with a sixth gear 61 on an output shaft 6 or a differential 10 is connected, which in turn with a first output shaft 6 and a second output shaft 7 is in active connection. The gears 53 . 55 and 56 on the intermediate shaft 5 are designed as so-called fixed wheels and rotatably with the intermediate shaft 5 connected. To extend an existing single-speed transmission by a second gear, the transmission 8th modular around the clutch 8th , the lockable freewheel 44 on the first gear 43 to the second gear 45 on the drive shaft 4 and the fourth gear 55 on the intermediate shaft 5 added. For this purpose, an already existing first gear level I around a second level II extended to realize the translation of the second gear. This modular extension of an existing transmission concept is referred to as a modular power switching unit according to the invention.

In 2 ist eine weitere Darstellung einer solchen elektrischen Antriebseinheit 1 mit einem Elektromotor 2 und einem Getriebe 3 dargestellt. Die Antriebswelle 4 ist über ein erstes Wälzlager 41 und ein zweites Wälzlager 42 drehbar in einem nicht dargestellten Getriebegehäuse drehbar gelagert. Aus 3 ist zu erkennen, dass die Zwischenwelle 5 ebenfalls über ein drittes und ein viertes Wälzlager 51, 52 drehbar in dem Getriebegehäuse gelagert sind.In 2 is another illustration of such an electric drive unit 1 with an electric motor 2 and a gearbox 3 shown. The drive shaft 4 is about a first rolling bearing 41 and a second rolling bearing 42 rotatable in one not rotatably mounted gear housing shown. Out 3 it can be seen that the intermediate shaft 5 also via a third and a fourth rolling bearing 51 . 52 are rotatably mounted in the transmission housing.

Das Schalten des Getriebes 3 wird im Folgenden an einem Schaltvorgang von dem ersten Gang, bei welchem eine Kraftübertragung über die erste Gangebene I erfolgt, in den zweiten Gang, bei welchem eine Kraftübertragung über die zweite Gangebene II erfolgt, erklärt. Zur Schaltung eines Ganges wird die Leistung ähnlich dem Verfahren bei einem Doppelkupplungsgetriebe folgendermaßen auf die Zahnräder 45, 55 in der zweiten Gangebene übertragen. Im unbetätigten Ausgangszustand der Kupplung 8 wird das Antriebsmoment des Elektromotors 2 über den geschlossenen Freilauf 44 über die Zahnradkombination 43, 53 in der ersten Gangebene I auf die Zwischenwellen 5 und von dort über die Zahnradkombination 56, 61 auf die Abtriebswelle 6 übertragen. Zur Schaltung des zweiten Gangs wird zunächst das Moment an der Kupplung 8 eingestellt, welches aktuell antriebsseitig an der Antriebswelle 4 durch den Elektromotor 2 anliegt. Im Anschluss befindet sich die Kupplung 8 im Schlupf, überträgt aber das vollständige Antriebsmoment. Das Moment an dem verriegelbaren Freilauf 44 nimmt hingegen nach dieser Phase auf null ab. Im Anschluss wird bei gleichem Kupplungsmoment über den Elektromotor 2 der Schlupf auf der Kupplung 8 auf null heruntergeregelt. Aufgrund der nun entstehenden Drehzahldifferenz öffnet der verriegelbare Freilauf 44. Anschließend kann die Kupplung 8 vollständig geschlossen werden, um somit das Elektrofahrzeug weiter zu beschleunigen. Während des gesamten Schaltvorgangs liegt somit ständig Moment an der Abtriebswelle 6 an, wodurch das Elektrofahrzeug keine Zugkraftunterbrechung erfährt.The switching of the transmission 3 In the following, a shift from the first gear, in which a power transmission over the first gear plane I takes place, in the second gear, in which a power transmission via the second gear plane II done, explained. To gear a gear, the power is similar to the procedure in a dual-clutch gearbox as follows on the gears 45 . 55 transmitted in the second gear level. In the unactuated initial state of the clutch 8th becomes the drive torque of the electric motor 2 over the closed freewheel 44 over the gear combination 43 . 53 in the first level I on the intermediate waves 5 and from there on the gear combination 56 . 61 on the output shaft 6 transfer. To switch the second gear initially the torque on the clutch 8th adjusted, which currently drive side on the drive shaft 4 through the electric motor 2 is applied. Following is the coupling 8th in slippage, but transmits the full drive torque. The moment on the lockable freewheel 44 On the other hand, it decreases to zero after this phase. Following is at the same clutch torque on the electric motor 2 the slip on the clutch 8th down to zero. Due to the now emerging speed difference opens the lockable freewheel 44 , Subsequently, the clutch 8th be completely closed so as to further accelerate the electric vehicle. During the entire switching process is thus constantly torque on the output shaft 6 , whereby the electric vehicle experiences no interruption in traction.

Der verriegelbare Freilauf 44 kann modular ausgeführt werden. Der verriegelbare Freilauf 44 kann als „normaler“ Freilauf ausgeführt sein, welche in einer Drehrichtung blockiert und in die andere Drehrichtung öffnet. In diesem Fall kann im ersten Gang keine Energie rekuperiert werden. Für diesen Fall erfolgt die Rekuperation ausschließlich über den zweiten Gang. Alternativ kann der Freilauf 44 schaltbar ausgeführt sein. Dabei blockiert der Freilauf 44 eine Drehung in eine Drehrichtung immer, während die Drehung in die entgegengesetzte Drehrichtung wahlweise blockiert oder geöffnet sein kann. Hierzu ist eine zusätzliche Verriegelung vorgesehen. Im blockierten Zustand kann auch über die erste Gangebene I ein Rekuperationsbetrieb des Elektromotors 2 durchgeführt werden.The lockable freewheel 44 can be modular. The lockable freewheel 44 can be designed as a "normal" freewheel, which blocks in one direction and opens in the other direction. In this case, no energy can be recuperated in first gear. In this case the recuperation takes place exclusively via the second gear. Alternatively, the freewheel 44 be executed switchable. This freewheel blocked 44 a rotation in one direction of rotation always, while the rotation in the opposite direction of rotation can be selectively blocked or opened. For this purpose, an additional lock is provided. In the blocked state can also via the first gear level I a Rekuperationsbetrieb the electric motor 2 be performed.

Die Lösung stellt ein neuartiges modulares Konzept dar, welches ein eingängiges Getriebekonzept modular um einen zweiten lastschaltfähigen Gang erweitert. Zur Betätigung muss zwingend ein Kupplungsaktuator 9 vorhanden sein. Die zu schaltende Kupplung 8 ist dabei direkt mit dem zweiten Zahnrad 45 der Antriebswelle 4 in der zweiten Gangebene II verbunden.The solution represents a new kind of modular concept, which expands a catchy transmission concept modularly with a second gearshiftable gear. A clutch actuator must be used for actuation 9 to be available. The clutch to be switched 8th is directly with the second gear 45 the drive shaft 4 in the second grade level II connected.

Die modulare Lastschalteinheit ist in mehreren Ausführungsformen denkbar. Wie bereits zu 1 beschrieben, wird hierbei die bereits vorhandene erste Gangebene I um eine weiteren Gangebene II erweitert, um die Übersetzung des zweiten Ganges zu realisieren.The modular power switching unit is conceivable in several embodiments. As already too 1 described, here is the already existing first gear level I around another level II extended to realize the translation of the second gear.

In 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel für eine elektrische Antriebseinheit 1 mit einem Elektromotor 2 und einem Getriebe 3 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 oder 2 ausgeführt, ist in diesem Ausführungsbeispiel die Kupplung 8 an der Zwischenwelle 5 angeordnet. Dabei sind die Zahnräder 43, 45 der Antriebswelle 4 als Festräder ausgeführt und drehfest mit der Antriebswelle 4 verbunden. Das dritte Zahnrad 53 der Zwischenwelle 5 ist über einen verriegelbaren Freilauf 54 auf der Zwischenwelle 5 aufgenommen. Über die Kupplung 8 kann ein viertes Zahnrad 55 drehfest mit der Zwischenwelle 5 verbunden werden, sodass eine Kraftübertragung über die zweite Gangebene II und die Zahnräder 45, 55 möglich ist. In diesem Fall ist der Freilauf 54 des dritten Zahnrads 53 geöffnet, sodass das dritte Zahnrad 53 kein Drehmoment von der Antriebswelle 4 auf die Zwischenwelle 5 überträgt.In 3 is an alternative embodiment for an electric drive unit 1 with an electric motor 2 and a gearbox 3 shown. With essentially the same structure as 1 or 2 executed, in this embodiment, the coupling 8th at the intermediate shaft 5 arranged. Here are the gears 43 . 45 the drive shaft 4 designed as fixed wheels and rotationally fixed to the drive shaft 4 connected. The third gear 53 the intermediate shaft 5 is via a lockable freewheel 54 on the intermediate shaft 5 added. About the clutch 8th can a fourth gear 55 rotatably with the intermediate shaft 5 be connected, so that a power transmission over the second gear level II and the gears 45 . 55 is possible. In this case, the freewheel 54 of the third gear 53 opened, leaving the third gear 53 no torque from the drive shaft 4 on the intermediate shaft 5 transfers.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Elektrische AntriebseinheitElectric drive unit
22
Elektromotorelectric motor
33
Getriebetransmission
44
Antriebswelledrive shaft
55
Zwischenwelleintermediate shaft
66
Erste AbtriebswelleFirst output shaft
77
Zweite AbtriebswelleSecond output shaft
88th
Kupplungclutch
99
Schaltmechanismusswitching mechanism
1010
Differenzialdifferential
4141
erstes Wälzlagerfirst rolling bearing
4242
zweites Wälzlagersecond rolling bearing
4343
erstes Zahnradfirst gear
4444
verriegelbarer Freilauflockable freewheel
4545
zweites Zahnradsecond gear
5151
drittes Wälzlagerthird rolling bearing
5252
viertes Wälzlagerfourth rolling bearing
53 53
drittes Zahnradthird gear
5454
verriegelbarer Freilauflockable freewheel
5555
viertes Zahnradfourth gear
5656
fünftes Zahnradfifth gear
6161
sechstes Zahnrad sixth gear
II
erste Gangebenefirst grade level
IIII
zweite Gangebenesecond grade level
IIIIII
Abtriebsebeneoutput level

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19924501 A1 [0006]DE 19924501 A1 [0006]
  • DE 102015116537 A1 [0007]DE 102015116537 A1 [0007]

Claims (10)

Elektrische Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor (2) und einem Getriebe (3), wobei das Getriebe (3) eine mit dem Elektromotor (2) verbundene Antriebswelle (4), eine Zwischenwelle (5) und mindestens eine Abtriebswelle (6, 7) aufweist, wobei auf der Antriebswelle (4) ein erstes Zahnrad (43) angeordnet ist, welches in einer ersten Gangebene (I) mit einem dritten Zahnrad (53) auf der Zwischenwelle (5) in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle (4) oder an der Zwischenwelle (5) eine schaltbare Kupplung (8) vorgesehen ist, über welche ein zweites Zahnrad (45) auf der Antriebswelle (4) oder ein viertes Zahnrad (55) auf der Zwischenwelle (5) mit der jeweiligen Welle (4, 5) drehfest in Verbindung gebracht werden kann.Electric drive unit (1) for a motor vehicle having an electric motor (2) and a transmission (3), wherein the transmission (3) has an input shaft (4), an intermediate shaft (5) and at least one output shaft (5) connected to the electric motor (2). 6, 7), wherein on the drive shaft (4) a first gear (43) is arranged, which in a first gear plane (I) with a third gear (53) on the intermediate shaft (5) is engaged, characterized a switchable coupling (8) is provided on the drive shaft (4) or on the intermediate shaft (5) via which a second gear (45) on the drive shaft (4) or a fourth gear (55) on the intermediate shaft (5) with the respective shaft (4, 5) rotatably connected can be brought into connection. Elektrische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) als Stirnradgetriebe ausgeführt ist.Electric drive unit (1) according to Claim 1 , characterized in that the transmission (3) is designed as a spur gear. Elektrische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (8) an der Antriebswelle (4) angeordnet ist, wobei sämtliche Zahnräder (53, 55, 56) der Zwischenwelle (5) als Festräder drehfest mit der Zwischenwelle (5) verbunden sind.Electric drive unit (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the switchable coupling (8) on the drive shaft (4) is arranged, wherein all gears (53, 55, 56) of the intermediate shaft (5) as fixed wheels rotatably connected to the intermediate shaft (5). Elektrische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (8) an der Zwischenwelle (5) angeordnet ist, wobei sämtliche Zahnräder (43, 45) der Antriebswelle (4) als Festräder drehfest mit der Antriebswelle (4) verbunden sind.Electric drive unit (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the switchable coupling (8) on the intermediate shaft (5) is arranged, wherein all the gears (43, 45) of the drive shaft (4) as fixed wheels rotatably connected to the drive shaft (4). Elektrische Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zwischenwelle (5) ein Abtriebszahnrad (56) angeordnet ist, welches mit einem Differenzial (10) in Wirkverbindung steht, wobei das Antriebsmoment der Zwischenwelle (5) über das Differenzial (10) auf eine erste Abtriebswelle (6) und eine zweite Abtriebswelle (7) verteilt wird.Electric drive unit (1) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that on the intermediate shaft (5) an output gear (56) is arranged, which is in operative connection with a differential (10), wherein the drive torque of the intermediate shaft (5) via the differential (10) on a first output shaft (6 ) and a second output shaft (7) is distributed. Elektrische Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zwischenwelle (5) ein Abtriebszahnrad (56) angeordnet ist, welches mit einem Zahnrad (61) auf der Abtriebswelle (6) in Eingriff steht.Electric drive unit (1) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that on the intermediate shaft (5) an output gear (56) is arranged, which with a gear (61) on the output shaft (6) is engaged. Elektrische Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (43) oder das dritte Zahnrad (53) über einen verriegelbaren Freilauf (44, 54) mit der jeweiligen Welle (4, 5) drehfest verbindbar sind.Electric drive unit (1) according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the first gear (43) or the third gear (53) via a lockable freewheel (44, 54) with the respective shaft (4, 5) are rotatably connected. Elektrische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der verriegelbare Freilauf (44, 54) bei einer Drehbewegung in eine erste Drehrichtung stets drehfest mit der entsprechenden Welle (4, 5) in Wirkverbindung steht und bei einer Drehbewegung in die entgegengesetzte Drehrichtung in einem ersten Betriebszustand eine Freilauffunktion hat und in einem zweiten Betriebszustand drehfest mit der entsprechenden Welle (4, 5) verbunden ist.Electric drive unit (1) according to Claim 7 , characterized in that the lockable freewheel (44, 54) in a rotational movement in a first rotational direction always rotationally fixed with the corresponding shaft (4, 5) is in operative connection and in a rotational movement in the opposite direction of rotation in a first operating state has a freewheeling function and in a second operating state rotationally fixed to the corresponding shaft (4, 5) is connected. Elektrische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der verriegelbare Freilauf (44, 54) durch die schaltbare Kupplung (8) vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand überführt werden kann.Electric drive unit (1) according to Claim 8 , characterized in that the lockable freewheel (44, 54) can be converted by the switchable clutch (8) from the first operating state to the second operating state. Getriebe (3) für eine elektrische Antriebseinheit (1) mit einer Antriebswelle (4), einer Zwischenwelle (5) und mindestens einer Abtriebswelle (6, 7), wobei auf der Antriebswelle (4) ein erstes Zahnrad (43) angeordnet ist, welches in einer ersten Gangebene (I) mit einem dritten Zahnrad (53) auf der Zwischenwelle (5) in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle (4) oder an der Zwischenwelle (5) eine schaltbare Kupplung (8) vorgesehen ist, über welche ein zweites Zahnrad (45) auf der Antriebswelle (4) oder ein viertes Zahnrad (55) auf der Zwischenwelle (5) mit der jeweiligen Welle (4, 5) drehfest in Verbindung gebracht werden kann.Transmission (3) for an electric drive unit (1) with a drive shaft (4), an intermediate shaft (5) and at least one output shaft (6, 7), wherein on the drive shaft (4) a first gear (43) is arranged, which in a first gear plane (I) with a third gear (53) on the intermediate shaft (5) is engaged, characterized in that on the drive shaft (4) or on the intermediate shaft (5) a switchable coupling (8) is provided, via which a second gear (45) on the drive shaft (4) or a fourth gear (55) on the intermediate shaft (5) with the respective shaft (4, 5) rotatably connected can be brought into connection.
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