Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeuggetriebe, einen Kraftfahrzeug- Antriebsstrang mit einem solchen Elektrofahrzeuggetriebe, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs.

Stirnradgetriebe haben Vorteile einer relativ einfachen Bauweise, da wenig bewegte Teile zum Einsatz kommen und die außenverzahnten Stirnräder vergleichsweise einfach herzustellen sind. Ein Nachteil liegt in der kleinen Übersetzung, die in einer Stufe realisierbar ist. Zudem ist ein Stirnradgetriebe größer und damit auch schwerer als beispielsweise ein Planetengetriebe bei gleicher Übertragungsleistung. Um große Übersetzungen mit einem Zahnradpaar darzustellen, wird der Umfang wenigstens eines Zahnrads klein gehalten, wohingegen der Umfang des zweiten Zahnrads groß gehalten wird. Der Überdeckungsgrad, also die Anzahl der in Eingriff befindlichen Zähne, wird umso kleiner, je kleiner mindestens eines der in Eingriff befindlichen Zahnräder ist. Es muss daher dafür Sorge getragen werden, dass die einzelnen Zähne stets in Eingriff gelangen.

Fahrzeuge werden zunehmend mit reinen Elektroantrieben, d. h. mit einer elektrischen Antriebsmaschine als Antriebsquelle, ausgestattet. Elektroantriebe können zur Verminderung der Schadstoffemissionen beitragen, da die elektrische Energie zumindest teilweise CO2-neutral gewonnen werden kann. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einer elektrischen Antriebsmaschine und einem einfachen Einoder Zwei-Gang-Getriebe durchgesetzt. Insbesondere beim Einsatz von elektrischen Antriebsmaschinen sind sehr hohe Drehzahlbereiche abdeckbar, beispielsweise sind elektrische Antriebsmaschinen bekannt, die bis zu 15.000 oder 20.000 Umdrehungen pro Minute erreichen können. Hierbei sind die Getriebe enormen Belastungen ausgesetzt. Jedoch reichen durch das hohe Drehzahlband meist Getriebe mit wenigen Gangstufen aus, um einen Geschwindigkeitsbereich für ein Elektrofahrzeug, insbesondere einen Elektro-Personenkraftwagen, abzudecken. Hierbei ist es einerseits bekannt, starke, schwere und große Elektromaschinen als Antriebsmaschine zu verwenden, die ein hohes Drehmoment aufbringen können. Ferner ist es bekannt, kleinere, hochdrehende Elektromaschinen zu verwenden, die durch ein Getriebe oder eine einfache Eingangsübersetzung untersetzt werden. Hierdurch kann ein gewichtseffizienter Kraftfahrzeug -Antriebsstrang geschaffen werden.

Ein Vorteil der reinen Elektroantriebe besteht unter anderem darin, dass durch das hohe Drehzahlband nur wenige Übersetzungen in einem Getriebe notwendig sind, sodass vergleichsweise einfache Getriebe Anwendung finden. Dies führt einerseits zu Einbußen im Fahrkomfort, da hohe Drehzahlen zumeist als unangenehm empfunden werden. Ferner ist der Schaltkomfort bei einfachen Getrieben verringert. Aus Kosten- und Gewichtsgründen werden daher meist nicht lastschaltfähige Getriebe verwendet, sodass zu den hohen Drehzahlen noch ein Aussetzen der Antriebskraft bei Schaltungen in einem derart einfachen Getriebe die Folge ist.

Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein Elektrofahrzeuggetriebe mit einfachem mechanischem Aufbau zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll ein Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, mit dem ein erhöhter Fahrkomfort und eine erhöhte Antriebsleistung in einem breiten Geschwindigkeitsbereich erreicht werden kann.

Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Elektrofahrzeuggetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit: einer Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Elektrofahrzeuggetriebes mit einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs; einer Abtriebswelle zum Wirkverbinden des Elektrofahrzeuggetriebes mit einem Abtrieb mittels eines Abtriebszahnradpaars; in mehreren Radsatzebenen angeordneten Zahnradpaaren zum Bilden von Gangstufen; und mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen von Gangstufen, wobei das Elektrofahrzeuggetriebe wenigstens drei Zahnradpaare und zwei Gangschaltvorrichtungen zum Bilden von drei oder vier Gangstufen umfasst.

Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektrofahrzeuggetriebe wie zuvor definiert; und einer elektrischen Antriebsmaschine, die mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist.

Weiterhin wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wie zuvor definiert.

Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug, mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert; und einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine und/oder einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine.

Bisher bekannt sind Zwei-Gang-Getriebe für elektrische Achsen in verschiedenen Bauformen. Beispielsweise eine Variante davon sind sogenannte teillastschaltfähige Getriebe, bei denen die erste Gangstufe mittels eines Klauenschaltelements geschaltet wird und die zweite Gangstufe über eine Kupplung eingelegt wird. Hierdurch sind Lastschaltungen, d. h. Schaltungen ohne Zugkraftunterbrechung, möglich. Nur im Rekuperationsfall, also wenn die elektrische Antriebsmaschine bremst und Energie zurückgewinnt, kann eine Rückschaltung von der zweiten Gangstufe in die erste Gangstufe nicht ohne Zugkraftunterbrechung erfolgen. Aufgrund des geringen Einflusses auf das Fahrverhalten und aufgrund der Kosten- und Effizienzvorteile wird diese Zugkraftunterbrechung bisweilen jedoch akzeptiert.

Für dieses beschriebene Getriebekonzept werden jedoch zwei separat steuerbare Betätigungseinrichtungen benötigt. Es werden zunehmend höhere Spreizungen in Elektrofahrzeuggetrieben gefordert werden, d. h. der Unterschied zwischen den Übersetzungen wird in etwa gleich oder gar größer als 2. Durch diesen hohen Übersetzungssprung wird die Schaltzeit zwischen einzelnen Gangstufen länger, da größere Drehzahldifferenzen ausgeglichen werden müssen. Folglich wird die Schaltung zwischen den einzelnen Gangstufen als unkomfortabel wahrgenommen. Die vorliegende Erfindung geht von einer Erweiterung eines solchen Getriebes auf drei Gangstufen oder mehr aus. Hierbei kann bei gleicher geforderter Gesamtspreizung der Gangsprung zwischen den einzelnen Gangstufen geringer ausfallen. Es wird folglich ein Zwischengang (zweite Gangstufe) eingeführt. Hierdurch kann sich der Gangsprung zwischen den einzelnen Gangstufen beispielsweise von 2 auf 1 ,41 verringern. Folglich verringert sich die Schaltzeit und der Schaltkomfort wird erhöht. Durch die zusätzliche Gangstufe, also den Zwischengang, und die feinere Abstufung kann die elektrische Antriebsmaschine in einem optimaleren Bereich verbessert betrieben werden, was Vorteile bei der Effizienz und Leistung bietet. Vorzugsweise erfolgt die Betätigung der zusätzlichen Gangstufe mittels der ohnehin schon vorhandenen Klaue bzw. des Schaltelements für die erste Gangstufe. Folglich sind keine zusätzlichen Betätigungseinrichtungen, wie beispielsweise Aktoren, notwendig. Zur Schaffung des Zwischengangs muss nur ein weiteres Radpaar ergänzt werden. In der beschriebenen Ausführungsform wurde zum einfacheren Verständnis der Erfindung ein achsparalleles Stirnradgetriebe gezeigt. Ein Fachmann erkennt, dass das gleiche Konzept auf koaxiale Stirnradgetriebe oder auf Getriebe mit Planetenstufen übertragbar ist.

In Abkehr von bekannten Prinzipien eines Getriebes für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere eines rein elektrisch betriebenen PKW, verfolgt die vorliegende Erfindung die Idee, drei oder vier Gangstufen für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen. Insbesondere verfolgt die Erfindung die Idee, weitere Gangstufen zur Verfügung zu stellen, die basierend auf einem Drehzahlbereich und einem Leistungsdiagramm einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs unnötig scheinen. Durch ein Elektrofahrzeuggetriebe mit einer Getriebeeingangswelle, insbesondere einer einzigen Getriebeeingangswelle, und einer Abtriebswelle, insbesondere einer einzigen Abtriebswelle, kann ein technisch einfaches Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, das einen hohen Fahrkomfort ermöglicht. Durch ein Elektrofahrzeuggetriebe mit zwei Gangschaltvorrichtungen zum Bilden von drei oder vier Gangstufen, insbesondere zum Bilden von genau drei Gangstufen oder genau vier Gangstufen, kann ein technisch einfaches Elektrofahrzeuggetriebe mit wenig Aktoren geschaffen werden. Das Elektrofahrzeuggetriebe kann einfach angesteuert werden und weist beim Betrieb einen geringen Energiebedarf auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement, bevorzugt als formschlüssiges Doppelschaltelement, ausgebildet. Ergänzend oder alternativ ist das zweite Schaltelement als lastschaltfähiges Schaltelement ausgebildet. Insbesondere kann das zweite Schaltelement als Reibkupplung o- der Reibschaltelement ausgebildet sein und unter Drehzahldifferenz zwischen einem Losrad und einer dem Losrad zugeordneten Welle geschlossen werden. Durch ein formschlüssiges Schaltelement kann ein verlustarmes hocheffizientes Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden. Durch ein Doppelschaltelement kann bei gleicher Anzahl von Aktoren wenigstens eine weitere Gangstufe mit dem Elektrofahrzeuggetriebe eingerichtet werden. Durch ein als lastschaltfähiges Schaltelement ausgebildetes zweites Schaltelement kann ein Schaltkomfort im Elektrofahrzeuggetriebe erhöht werden. Insbesondere kann ein Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, das zumindest bei einem Teil der Gangstufen eine Lastschaltung ermöglicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist bei wenigstens einem, bevorzugt bei wenigstens zwei, besonders bevorzugt bei allen Zahnradpaaren, der Zahnradpaare zum Bilden der Gangstufen eine Anordnung des Losrads mit der Anordnung des Festrads tauschbar. Hierdurch kann ein bezüglich des Bauraums flexibles Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden. Insbesondere kann durch den Tausch der Anordnung des jeweiligen Festrads mit dem jeweiligen Losrad auch die Anordnung des entsprechenden Schaltelements getauscht werden, sodass bezüglich der Bauraumanforderungen ein vorteilhaft mittels Aktoren erreichbares Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erstes Zahnradpaar zum Bilden der Gangstufen mittels eines Freilaufs an die Abtriebswelle oder die Getriebeeingangswelle angebunden. Durch einen Freilauf für das erste Zahnradpaar, das insbesondere dazu ausgebildet ist, eine erste Gangstufe für die elektrische Antriebsmaschine einzurichten, kann ein Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, das bis zu vier Gangstufen aufweist und mittels nur zweier aktiver Schaltelemente geschaltet werden kann. Insbesondere wird durch einen Freilauf für den ersten Gang kein Schaltelement zum Einlegen der ersten Gangstufe benötigt. Hierdurch kann das Kraftfahrzeug in der ersten Gangstufe betrieben werden und es kann ohne die erste Gangstufe auslegen zu müssen eine der folgenden Gangstufen eingelegt werden. Es versteht sich, dass der Freilauf vorzugsweise der niedrigsten Gangstufe bzw. dem Zahnradpaar, das die niedrigste Gangstufe einrichtet, zugeordnet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erstes Schaltelement dazu ausgebildet, in einer ersten Schaltstellung die Getriebeeingangswelle mittels eines ersten Zahnradpaars oder eines zweiten Zahnradpaars antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist das erste Schaltelement dazu ausgebildet, in einer zweiten Schaltstellung die Getriebeeingangswelle mittels des dritten Zahnradpaars oder des zweiten Zahnradpaars antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Schließlich ist weiterhin ergänzend oder alternativ ein zweites Schaltelement dazu ausgebildet, die Getriebeeingangswelle mittels des zweiten Zahnradpaars, mittels des dritten Zahnradpaars oder mittels eines vierten Zahnradpaars antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Durch die oben beschriebenen vorteilhaften schaltbaren Anbindungen der einzelnen Zahnradpaare kann ein hochvariables Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, mit dem drei o- der vier Gangstufen einrichtbar sind, die hocheffizient betrieben werden können und nur mittels eines zweiseitigen Schaltelements bzw. Doppelschaltelements und eines Einfachschaltelements einrichtbar sind. Es kann ein hochkomfortables Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, mit dem insbesondere durch die dritte und/oder vierte Gangstufe über einen breiten Geschwindigkeitsbereich eine hohe Leistung abrufbar ist.

Weiter vorteilhaft ist der Abtrieb des Elektrofahrzeuggetriebes mit einer ersten Kraftfahrzeugachse antriebswirksam verbindbar, wobei eine zweite Kraftfahrzeugachse eine elektrische Achse mit einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine umfasst. Vorzugsweise ist die elektrische Antriebsmaschine und/oder die weitere elektrische Antriebsmaschine als Stützkraftmittel zum Stützen einer Antriebskraft ansteuerbar, wenn für die weitere elektrische Antriebsmaschine und/oder die elektrische Antriebsmaschine ein Gangwechsel erfolgt. Hierdurch kann technisch einfach ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein rein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit Allradantrieb geschaffen werden. Zudem kann durch den Kraftfahrzeug -Antriebsstrang ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten technisch einfach ermöglicht werden, da die elektrische Achse bei Schaltungen im Elektrofahrzeuggetriebe die Zugkraft aufrechterhalten kann. Ferner kann ein ausfallsicherer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug geschaffen werden, da im Falle einer Fehlfunktion des Elektrofahrzeuggetriebes bzw. der elektrischen Antriebsmaschine mittels der elektrischen Achse weitergefahren werden kann. Hierdurch kann ein hochvariabier dynamischer Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden, bei dem auch bei einer Fehlfunktion zuverlässig noch in eine Werkstatt weitergefahren werden kann.

Bevorzugt wird, wenn das zweite Schaltelement dem dritten Zahnradpaar oder dem vierten Zahnradpaar zugeordnet ist, das zweite Schaltelement zum Stützen einer Antriebskraft, vorzugsweise schleifend, angesteuert, wenn mittels des ersten Schaltelements ein Wechsel zwischen dem ersten Zahnradpaar und dem zweiten Zahnradpaar erfolgt oder wenn mittels des ersten Schaltelements ein Wechsel zwischen dem zweiten Zahnradpaar und dem dritten Zahnradpaar erfolgt. Vorzugsweise ist das erste Zahnradpaar zum Einrichten der ersten Gangstufe, das zweite Zahnradpaar zum Einrichten der zweiten Gangstufe, das dritte Zahnradpaar zum Einrichten der dritten Gangstufe und das vierte Zahnradpaar zum Einrichten der vierten Gangstufe ausgebildet. Durch dieses vorteilhafte Verfahren kann ein Elektrofahrzeuggetriebe mit drei oder vier Gangstufen geschaffen werden, bei dem alle Schaltungen zumindest teilweise gestützt erfolgen können. Folglich wird das zweite Schaltelement schleifend in einer hohen Gangstufe betrieben und kann so die Zugkraft zumindest teilweise stützen, wenn Umschaltungen in einer niedrigeren Gangstufe erfolgen. Hierdurch kann ein kosteneffizientes Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, das nur ein einziges lastschaltfähiges bzw. Reibschaltelement benötigt, um alle Gangstufen zumindest teilweise unter Last schalten zu können.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, das Kraftfahrzeug sowie das Verfahren entsprechend den für das Elektrofahrzeuggetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.

Unter „antriebswirksam verbunden“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welche zu einer permanenten Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder Antriebsleistung vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei sowohl direkt oder über eine Festübersetzung erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle, eine Verzahnung, insbesondere eine Stirnradverzahnung, und/oder ein Umschlingungsmittel, insbesondere ein Zugmittelgetriebe, erfolgen.

Unter „antriebswirksam verbindbar“, „kann antriebswirksam verbunden werden“ oder „ist zum antriebswirksamen Verbinden ausgebildet“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein schaltbares Verbinden zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welches in einem geschlossenen Zustand zu einer temporären Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder einer Antriebsleistung vorgesehen ist. In einem geöffneten Zustand überträgt das schaltbare Verbinden vorzugsweise temporär im Wesentlichen keine Drehzahl, kein Drehmoment und/oder keine Antriebsleistung.

Ein Aktor ist vorliegend insbesondere ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen aus einer Mittellage in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung das andere Schaltelement zu schalten. Vorzugsweise ist das Schaltelement in der Mittellage neutral, überträgt also keine Antriebsleistung.

Ein Gangstufenwechsel, insbesondere ein serielles Schalten, erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelements und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelements und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernehmen also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder von der ersten Kupplung, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können dabei formschlüssige Schaltelemente Anwendung finden.

Eine elektrische Fahrzeugachse, oder kurz elektrische Achse, ist vorzugsweise eine Nicht-Haupt-Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, bei der mittels einer elektrischen Antriebsmaschine Antriebsleistung auf Räder des Kraftfahrzeugs übertragen werden kann. Es versteht sich, dass die elektrische Antriebsmaschine auch mittels eines Getriebes angebunden sein kann. Mittels einer elektrischen Achse kann ganz oder teilweise eine Zugkraft aufrechterhalten werden, wenn im Getriebe für eine Haupt-Antriebsachse ein Gangwechsel erfolgt. Ferner kann mittels einer elektrischen Achse zumindest teilweise eine Allrad-Funktionalität eingerichtet werden.

Ein Freilauf kann vorzugsweise Antriebsleistung in nur einer Drehrichtung übertragen. Bei Drehrichtungsumkehr oder wenn die Drehzahl der anzutreibenden Welle größer als die des treibenden Teils ist, wird die Verbindung selbsttätig gelöst.

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

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Elektrofahrzeuggetriebes;

Fig. 5 schematisch ein Drehmoment-über-Geschwindigkeit-Diagramm eines Drei- Gang-Getriebes;

Fig. 6 schematisch ein Leistung-über-Abtriebsdrehzahl-Diagramm eines Drei-Gang- Getriebes; und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Elektrofahrzeuggetriebes.

In Fig. 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine elektrische Antriebsmaschine 14 auf, die mittels eines Elektrofahrzeuggetriebes 16 mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist. Der Kraftfahrzeug -Antriebsstrang umfasst in dem gezeigten Beispiel ferner eine optionale elektrische Achse mit einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine 18, die mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist. Es versteht sich, dass auch eine umgekehrte Anbindung erfolgen kann, sodass das Elektrofahrzeuggetriebe 16 mit der Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist und die Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 die elektrische Achse umfasst. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der optionalen weiteren elektrischen Antriebsmaschine 18 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 20 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der weiteren elektrischen Antriebsmaschine 18 dient.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes 16 in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12. Das Elektrofahrzeuggetriebe 16 weist eine Getriebeeingangswelle 22 und eine Abtriebswelle 24 auf. Die Getriebeeingangswelle 22 ist dazu ausgebildet, Antriebsleistung der nicht gezeigten elektrischen Antriebsmaschine 14 in das Elektrofahrzeuggetriebe 16 zu übertragen. Es versteht sich, dass die elektrische Antriebsmaschine 14 auf verschiedene Arten an die Getriebeeingangswelle 22 angebunden sein kann.

Insbesondere kann die Getriebeeingangswelle 22 eine Rotorwelle der elektrischen Antriebsmaschine 14 sein. Es kann auch eine Vorübersetzung der Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschine 14 mittels eines nicht gezeigten Zahnradpaars erfolgen. Zudem kann die elektrische Antriebsmaschine 14 sowohl koaxial als auch achsparallel zur Getriebeeingangswelle 22 angeordnet sein, je nachdem wie die Bauraumanforderungen in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs 10 sind.

Die Getriebeeingangswelle 22 ist als Vollwelle ausgebildet und achsparallel zur Abtriebswelle 24 angeordnet.

Die Getriebeeingangswelle 22 ist mit der Abtriebswelle 24 über ein erstes Zahnradpaar ST1 , ein zweites Zahnradpaar ST2 oder ein drittes Zahnradpaar ST3 verbindbar.

Die Abtriebswelle 24 ist ferner über ein Abtriebszahnradpaar STA antriebswirksam mit einem Ausgleichsgetriebe 26, beispielsweise einem Differenzial oder dergleichen, verbunden. Das Ausgleichsgetriebe 26 ist folglich einem Abtrieb 28 des Elektrofahrzeuggetriebes 16 zugeordnet.

Ferner umfasst das Elektrofahrzeuggetriebe 16 ein erstes Schaltelement A, das als formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Klauenschaltelement, ausgebildet ist.

Das erste Schaltelement A ist als Doppelschaltelement ausgebildet und weist vorzugsweise insgesamt drei Schaltstellungen auf.

Das zweite Schaltelement B ist als Einfachschaltelement ausgebildet und kann beispielsweise eine Reibkupplung, eine Bremse oder ein Reibschaltelement umfassen. Das zweite Schaltelement B ist folglich ein reibschlüssiges, unter Last- und Drehzahldifferenz schließbares Schaltelement.

Das erste Zahnradpaar ST1 umfasst ein an der Getriebeeingangswelle 22 angeordnetes Festrad, das mit einem an der Abtriebswelle 24 angeordneten Losrad kämmt.

Das zweite Zahnradpaar ST2 umfasst ebenfalls ein an der Getriebeeingangswelle 22 angeordnetes Festrad, das mit einem an der Abtriebswelle 24 angeordneten Losrad in Eingriff ist.

Das dritte Zahnradpaar ST3 umfasst ein an der Getriebeeingangswelle 22 angeordnetes Losrad, das mit einem an der Abtriebswelle 24 angeordneten Festrad in Eingriff ist.

In einer ersten Schaltstellung des ersten Schaltelements A wird das erste Zahnradpaar ST1 antriebswirksam geschaltet, also das an der Abtriebswelle 24 angeordnete Losrad antriebswirksam mit der Abtriebswelle 24 verbunden.

In einer zweiten Schaltstellung des ersten Schaltelements A wird das an der Abtriebswelle 24 angeordnete Losrad des zweiten Zahnradpaars ST2 antriebswirksam mit der Abtriebswelle 24 verbunden.

In einer dritten Schaltstellung des ersten Schaltelements A werden weder das erste Zahnradpaar ST1 noch das zweite Zahnradpaar ST2 antriebswirksam geschaltet. Hierbei handelt es sich um eine sogenannte Neutralstellung des ersten Schaltelements A.

Das dritte Schaltelement B schaltet in geschlossenem Zustand das dritte Zahnradpaar ST3 antriebswirksam, verbindet also das an der Getriebeeingangswelle 22 angeordnete Losrad des dritten Zahnradpaars ST3 antriebswirksam mit der Getriebeeingangswelle 22. Das erste Zahnradpaar ST1 ist zum Einrichten der ersten Gangstufe ausgebildet, das zweite Zahnradpaar ST2 ist zum Einrichten der zweiten Gangstufe ausgebildet, das dritte Zahnradpaar ST3 ist zum Einrichten der dritten Gangstufe ausgebildet, wobei eine aufsteigende Nummerierung der Gangstufen ein kleiner werdendes Überset- zungs- bzw. Untersetzungsverhältnis bedeutet. Vorzugsweise beträgt ein Gangsprung zwischen den einzelnen Gangstufen jeweils 1 ,5, wobei eine Gesamtspreizung des Elektrofahrzeuggetriebes 16 2,25 beträgt. Es versteht sich, dass diese Zahlenwerte nur beispielhaft zu verstehen sind.

Beim Wechsel vom ersten Zahnradpaar ST1 auf das zweite Zahnradpaar ST2 kann das zweite Schaltelement B schleifend betrieben werden und so eine Stützkraft aufrechterhalten, wenn ein Wechsel beim ersten Schaltelement A vom ersten Zahnradpaar ST1 auf das zweite Zahnradpaar ST2 erfolgt.

Soll ein Wechsel vom zweiten Zahnradpaar ST2 auf das dritte Zahnradpaar ST3 erfolgen, kann das zweite Schaltelement B zunächst ebenfalls schleifend betrieben werden, sodass das erste Schaltelement A in Neutralstellung versetzt werden kann. Sodann kann das zweite Schaltelement B voll geschlossen werden und eine Lastschaltung von der zweiten Gangstufe in die dritte Gangstufe erfolgen.

In Fig. 3 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes 16 gezeigt. Im Unterschied zu der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind die axialen Positionen des zweiten Zahnradpaars ST2 und des dritten Zahnradpaars ST3 getauscht. Das zweite Zahnradpaar ST2 wird in dem gezeigten Beispiel durch das zweite Schaltelement B antriebswirksam geschaltet. Das dritte Zahnradpaar ST3 wird durch die zweite Schaltstellung des ersten Schaltelements A antriebswirksam geschaltet.

Folglich kann in der gezeigten Ausführungsform der Ga ng stufe nwech sei von der ersten Gangstufe in die zweite Gangstufe, also vom ersten Zahnradpaar ST1 auf das zweite Zahnradpaar ST2, unter Last erfolgen, da das zweite Schaltelement B lastschaltfähig ist. Es erfolgt also im Unterschied zur in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform keine Stützung der Schaltung mit nur einem Teil der Antriebsleistung, sondern eine volllastfähige Schaltung. Hierbei ist jedoch die Schaltung von der zweiten Gangstufe in die dritte Gangstufe lastfrei. Durch den verkleinerten Gangsprung, der durch die 3-Gang-Ausführung anstatt einer 2-Gang-Ausführung geschaffen wird, ist die Schaltzeit zwischen den einzelnen Gangstufen jedoch im Vergleich zu einem Zweigang-Getriebe verkürzt, sodass ein Zugkraftverlust beim Schalten in die dritte Gangstufe in Kauf genommen werden kann, insbesondere da die dritte Gangstufe bei sehr hohen Fahrtgeschwindigkeiten eingelegt wird.

In Fig. 4 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes 16 gezeigt. Im Unterschied zu der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist das erste Zahnradpaar ST1 zusätzlich über einen Freilauf 30 mit der Abtriebswelle 24 verbunden. Hierdurch ist die erste Gangstufe immer eingelegt, jedoch wird keine Antriebsleistung übertragen, wenn die Abtriebswelle 24 schneller dreht als das an der Abtriebswelle 24 angeordnete Losrad des ersten Zahnradpaars ST1. Folglich muss, um in der ersten Gangstufe, also mittels des ersten Zahnradpaars ST1 , zu rekuperie- ren, das erste Schaltelement in die erste Schaltstellung versetzt werden. Der Freilauf 30 ermöglicht jedoch einen einfacheren Ablauf der Rückschaltung in die erste Gangstufe. Insbesondere kann, sobald der Freilauf 30 greift und die Abtriebswelle 24 mit der gleichen Drehzahl wie das Losrad des ersten Zahnradpaars ST1 dreht, das erste Schaltelement A in die erste Schaltstellung versetzt werden, sodass Leistung von der Abtriebswelle 24 mittels des ersten Zahnradpaars ST1 auf die Getriebeeingangswelle 22 übertragen werden kann und von der nicht gezeigten elektrischen Antriebsmaschine 14 zur Rekuperation genutzt werden kann.

In Fig. 5 ist in einem Schaubild 32 ein Drehmoment über einen Geschwindigkeitsbereich für ein Drei-Gang-Getriebe mit einem Gangsprung von jeweils 1 ,5 und einer Spreizung von gesamt 2,5 schematisch dargestellt. Auf einer X-Achse 34 ist ein Geschwindigkeitsbereich in Kilometern pro Stunde (km/h) im Bereich von 0 bis 350 dargestellt. Auf der Y-Achse 36 ist ein Drehmoment in Newtonmetern (Nm) im Bereich von 0 bis 14.000 dargestellt. Es versteht sich, dass diese Zahlenwerte nur beispielhaft sind und auch Getriebe für leistungsfähigere oder leistungsärmere elektrische Antriebsmaschinen geschaffen werden können, die dieselben Vorteile wie das vorgestellte Getriebe bieten.

Mit 38 ist ein Verlauf des Drehmoments über die Geschwindigkeit der ersten Gangstufe dargestellt.

Der Verlauf des Drehmoments über die Geschwindigkeit der zweiten Gangstufe ist im Schaubild mit 40 bezeichnet.

Mit 42 bezeichnet ist ein Verlauf des Drehmoments über die Geschwindigkeit der dritten Gangstufe.

Ferner ist mit 44 bezeichnet und gestrichelt dargestellt eine Art Einhüllende, an die sich die Verläufe 38, 40 und 42 der ersten bis dritten Gangstufe annähern.

Es kann folglich ein Bereich von ca. 60 km/h bis knapp unter 150 km/h geschaffen werden, der einen Geschwindigkeitsbereich über Land ohne Schaltpunkt und mit hoher Leistung ermöglicht.

In der ersten Gangstufe bleibt das Drehmoment im Bereich zwischen 0 km/h und knapp unter 50 km/h nahezu konstant knapp unter 12.000 Nm und fällt dann in etwa exponentiell ab, wobei die erste Gangstufe für Geschwindigkeiten knapp über 150 km/h zur Verfügung steht.

In der zweiten Gangstufe bleibt das Drehmoment knapp unter 8.000 Nm für einen Bereich von knapp über 0 km/h bis etwa 60 km/h in etwa konstant und fällt dann exponentiell ab, wobei die zweite Gangstufe für einen Geschwindigkeitsbereich bis knapp über 225 km/h zur Verfügung steht.

In der dritten Gangstufe ist das Drehmoment in etwa bei 5.000 Nm bis zu einem Geschwindigkeitsbereich von etwa 100 km/h konstant und fällt danach exponentiell ab, wobei die dritte Gangstufe für einen Geschwindigkeitsbereich bis 350 km/h oder mehr zur Verfügung steht.

Die X-Achse 34 ist dabei in 25 km/h-Schritte eingeteilt. Die Y-Achse 36 ist in 2.000 Nm-Schritte eingeteilt.

In Fig. 6 ist in einem weiteren Schaubild 32 eine Leistung in kW über eine Abtriebsdrehzahl in Umdrehungen pro Minute dargestellt.

Die X-Achse 34 verläuft dabei in einem Bereich von 0 Umdrehungen pro Minute bis 3.000 Umdrehungen pro Minute, wobei die einzelnen Bereiche jeweils in 500 Umdrehungen pro Minute-Schritte eingeteilt sind.

Die Y-Achse 36 verläuft in einem Bereich von 0 bis 500 kW, wobei die Y-Achse in 50 kW-Schritte eingeteilt ist.

Ein Verlauf für die erste Gangstufe ist mit 38 bezeichnet. Ein Verlauf für die zweite Gangstufe ist mit 40 bezeichnet. Ein Verlauf für die dritte Gangstufe ist mit 42 bezeichnet.

Die erste Gangstufe beginnt bei etwa 0 Umdrehungen pro Minute und knapp unter 50 kW und verläuft annähernd linear steigend bis zu einem Bereich von knapp unter 500 Umdrehungen pro Minute auf einen Wert von über 450 kW und fällt danach annähernd linear auf einen Bereich von knapp unter 400 kW bei in etwa 1 .100 Umdrehungen pro Minute.

Der Verlauf 40 für die zweite Gangstufe beginnt ebenfalls bei in etwa 0 Umdrehungen pro Minute und knapp unter 50 kW, steigt annähernd linear auf über 450 kW bei einer Abtriebsdrehzahl von über 500 Umdrehungen pro Minute und fällt danach linear auf einen Wert von knapp unter 400 kW bei Drehzahlen von etwa 1 .700 Umdrehungen pro Minute ab. Der Verlauf 42 für die dritte Gangstufe beginnt ebenfalls bei in etwa 0 Umdrehungen pro Minute und etwas unter 50 kW, steigt dann in etwa linear auf einen Bereich von über 450 kW bei knapp unter 1.000 Umdrehungen pro Minute Abtriebsdrehzahl an und fällt danach auf einen Bereich von knapp unter 400 kW bei über 2.500 Umdrehungen pro Minute ab.

Im Vergleich zu einem Zwei-Gang-Getriebe ermöglicht die zweite (Zwischen-)Gang- stufe einen Bereich, in dem eine hohe Leistung, insbesondere eine Leistung im Bereich von über 400 kW bis über 450 kW, abgerufen werden kann. Dieser Bereich wäre bei einem einfachen Zwei-Gang-Getriebe mit geringerer zur Verfügung stehender Leistung ausgebildet. Zur Verdeutlichung ist der Bereich 46 im Schaubild 32 schraffiert.

In Fig. 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeuggetriebes 16 gezeigt.

Im Unterschied zu den bisher gezeigten Varianten umfasst das in Fig. 7 dargestellte Elektrofahrzeuggetriebe 16 insgesamt vier Zahnradpaare, die mit ST1 bis ST4 durchnummeriert sind.

Das erste bis dritte Zahnradpaar ST1 , ST2, ST3 weisen jeweils ein an der Getriebeeingangswelle 22 angeordnetes Festrad auf, das jeweils mit einem an der Abtriebswelle 24 angeordneten Losrad kämmt.

Das Losrad des ersten Zahnradpaars ST1 ist in der gezeigten Ausführungsform nur über den Freilauf 30 mit der Abtriebswelle 24 verbunden.

Die Losräder des zweiten Zahnradpaars ST2 und des dritten Zahnradpaars ST3 sind über das erste Schaltelement A mit der Abtriebswelle 24 verbindbar, wobei das erste Schaltelement A in einer ersten Schaltstellung das zweite Zahnradpaar ST2 antriebswirksam schaltet, in einer zweiten Schaltstellung das dritte Zahnradpaar ST3 antriebswirksam schaltet und in einer dritten Schaltstellung weder das zweite Zahnradpaar ST2 noch das dritte Zahnradpaar ST3 antriebswirksam schaltet. Das vierte Zahnradpaar ST4 umfasst ein an der Getriebeeingangswelle 22 angeordnetes Losrad, das mittels des zweiten Schaltelements B, das als Reibschaltelement ausgebildet ist, antriebswirksam mit der Getriebeeingangswelle 22 verbindbar ist. Dieses Losrad kämmt mit einem an der Abtriebswelle 24 angeordneten Festrad.

Folglich wurde ein 4-Gang-Elektrofahrzeuggetriebe 16 geschaffen, das mittels nur zweier Aktoren bzw. zweier aktiver Schaltelemente aufgebaut werden kann.

Dadurch dass die erste Gangstufe, also das erste Zahnradpaar ST1 , nur durch den Freilauf 30 die Getriebeeingangswelle 22 antriebswirksam mit der Abtriebswelle 24 verbinden kann, ist mit dem Elektrofahrzeuggetriebe 16 gemäß der Figur 7 eine Re- kuperation nur in Gangstufen höher als die zweite Gangstufe möglich.

Durch das Vorsehen von zwei Zwischengängen, also der zweiten Gangstufe und der dritten Gangstufe, eingerichtet durch das zweite Zahnradpaar ST2 und das dritte Zahnradpaar ST3, können die Gangsprünge zwischen den einzelnen Gangstufen geringer ausfallen bei gleichbleibender Spreizung des Elektrofahrzeuggetriebes 16 im Vergleich zu einem Drei-Gang- oder Zwei-Gang-Getriebe. Hierdurch kann der in Fig.

6 beschriebene Bereich 46 eine größere Fläche umfassen, es kann also noch höhere Leistung durch das Getriebe erreicht werden.

Ferner kann, wie bezüglich der Fig. 2 beschrieben, eine Stützung bei Schaltungen zwischen der zweiten Gangstufe und der dritten Gangstufe durch teilweises Schließen des zweiten Schaltelements B, das der vierten Gangstufe zugeordnet ist, erfolgen.

Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.

In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der Undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen. Ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 kann beispielsweise in Form eines Computerprogramms realisiert werden, das auf einem Steuergerät für den Kraftfahrzeug -Antriebsstrang 12 ausgeführt wird. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/ver- trieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme.

Bezugszeichen

10 Kraftfahrzeug

12 Kraftfahrzeug-Antriebsstrang

14 elektrische Antriebsmaschine

16 E lektrofahrzeuggetriebe

18 weitere elektrische Antriebsmaschine

20 Energiespeicher

22 Getriebeeingangswelle

24 Abtriebswelle

26 Ausgleichsgetriebe

28 Abtrieb

30 Freilauf

32 Schaubild

34 X-Achse

36 Y-Achse

38 Verlauf der ersten Gangstufe

40 Verlauf der zweiten Gangstufe

42 Verlauf der dritten Gangstufe

44 Einhüllende

46 Bereich

ST1 bis ST4 Zahnradpaare

STA Abtriebszahnradpaar

A, B Schaltelemente