Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydraulikanordnung für einen elektrisch betreibbaren, mehrgängigen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine erste Kupplungsvorrichtung und eine zweite Kupplungsvorrichtung zur Betätigung wenigstens einer Gangwahlvorrichtung des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs, sowie einen Zentralausrücker, mit einem gegenüber einem drehfest mit einem Antriebsstranggehäuse befestigten Zentralausrückergehäuse translatorisch versetzbaren ersten Zentralausrückerkolben, wobei zwischen dem Zentralausrückergehäuse und dem ersten Zentralausrückerkolben ein erster Druckraum definiert ist, in den ein Hydraulikfluid einführbar und so druckbeaufschlagbar ist, dass der erste Zentralausrückerkolben gegenüber dem Zentralausrückergehäuse hydraulisch bewirkt versetzbar ist, und mit einem gegenüber dem drehfest mit dem Antriebsstranggehäuse befestigten Zentralausrückergehäuse translatorisch versetzbaren zweiten Zentralausrückerkolben, wobei zwischen dem Zentralausrückergehäuse und dem zweiten Zentralausrückerkolben ein zweiter Druckraum definiert ist, in den das Hydraulikfluid einführbar und so druckbeaufschlagbar ist, dass der zweite Zentralausrückerkolben gegenüber dem Zentralausrückergehäuse hydraulisch bewirkt versetzbar ist.

Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.

Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnradifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2- Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.

Derartige elektrisch betreibbare Antriebsstränge mit mehrgängigen, schaltbaren Getrieben benötigen in der Regel für die Schaltvorgänge hydraulische Einrichtungen. In derartigen Fahrzeugen mit mehrgängigen E-Achsen kommen hydraulische Einrichtungen wie beispielsweise Zentralausrücker zum Einsatz, welche mit Kupplungen und/oder Bremsen Zusammenwirken, um einen Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung darzustellen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hydraulikanordnung für einen elektrisch betreibbaren, mehrgängigen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, der kostengünstig herstellbar ist und eine einfache Anpassbarkeit an verschiedene Bauraumsituationen in einem Achsantriebsstrang erlaubt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hydraulikanordnung für einen elektrisch betreibbaren, mehrgängigen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine erste Kupplungsvorrichtung und eine zweite Kupplungsvorrichtung zur Betätigung wenigstens einer Gangwahlvorrichtung des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs, sowie einen Zentralausrücker, mit einem gegenüber einem drehfest mit einem Antriebsstranggehäuse befestigten Zentralausrückergehäuse translatorisch versetzbaren ersten Zentralausrückerkolben, wobei zwischen dem Zentralausrückergehäuse und dem ersten Zentralausrückerkolben ein erster Druckraum definiert ist, in den ein Hydraulikfluid einführbar und so druckbeaufschlagbar ist, dass der erste Zentralausrückerkolben gegenüber dem Zentralausrückergehäuse hydraulisch bewirkt versetzbar ist, und mit einem gegenüber dem drehfest mit dem Antriebsstranggehäuse befestigten Zentralausrückergehäuse translatorisch versetzbaren zweiten Zentralausrückerkolben, wobei zwischen dem Zentralausrückergehäuse und dem zweiten Zentralausrückerkolben ein zweiter Druckraum definiert ist, in den das Hydraulikfluid einführbar und so druckbeaufschlagbar ist, dass der zweite Zentralausrückerkolben gegenüber dem Zentralausrückergehäuse hydraulisch bewirkt versetzbar ist, wobei das Zentralausrückergehäuse an seiner radial äußeren Mantelfläche eine Nut aufweist, in die ein schalenartiges Verzahnungselement mit einer Außenverzahnung eingelegt und axial gesichert sowie drehmomentübertragend verbunden ist, wobei die Außenverzahnung in eine korrespondierende drehfest gegenüber dem Antriebsstranggehäuse ausgebildete Verzahnung eingreift.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass der Zentralausrücker unabhängig von einer durch den Bauraum eines Achsantriebsstrangs vorgegebenen Verzahnungsgeometrie gefertigt werden kann, und die Anpassung an den Bauraum über kostengünstig herstellbare separate Verzahnungselement realisierbar ist. Daher kann auf eine monolithisch mit dem Zentralausrückergehäuse ausgeformte Verzahnungsgeometrie verzichtet werden. Ferner kann durch ein in der Nut angeordnetes Verzahnungselement bevorzugt auch eine axiale und bevorzugt auch radiale Fixierung des Zentralausrückergehäuses gegenüber dem Antriebsstranggehäuses erfolgen.

Die Nut kann bevorzugt geschlossen umlaufend - also ohne Unterbrechung - ausgebildet sein oder aber auch Unterbrechungen in Umfangsrichtung aufweisen, so dass eine in Umfangsrichtung segmentierte Nut realisiert ist. Bevorzugt weist die Nut einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Korrespondierend hierzu weist ein Verzahnungselement bevorzugt einen rechteckförmigen Grundkörper auf, aus dem sich radial nach außen die Außenverzahnung erstreckt, wobei der Grundkörper passgenau in die rechteckförmige Nut eingreift. Die Nut kann entweder direkt im Herstellungsprozess des Zentralausrückergehäuses in dieses eingebracht werden, wie beispielsweise in einem Spritzgussprozess oder Druckgussprozess, oder aber nach dem Urformprozess beispielsweise spanend in das Zentralausrückergehäuse eingebracht werden. Das separate Verzahnungselement kann insbesondere form-, kraft- und/oder stoffschlüssig in der Nut fixiert sein.

Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet. Die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung können auch in einem Antriebsstranggehäuse aufgenommen sein. Das Antriebsstranggehäuse ist zumindest zur Aufnahme der elektrischen Maschine und der Getriebeanordnung vorgesehen.

Eine elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine als Radial- oder Axialflussmaschine ausgebildet sein. Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.

Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist die elektrische Maschine eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.

Die Getriebeanordnung des elektrischen Achsantriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.

Besonders bevorzugt ist die Getriebeanordnung mehrgängig und schaltbar ausgeführt.

Die Getriebeanordnung kann ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.

Der Zentralausrücker umfasst ein Zentralausrückergehäuse. Das Zentralausrückergehäuse hat die Funktion Bauteile des Zentralausrückers wie insbesondere die beweglichen Zentralausrückerkolben aufzunehmen und vor äußeren mechanischen oder chemischen Einflüssen zu schützen. Ferner besitzt das Zentralausrückergehäuse die Funktion, eine einfache Montage und Fixierung des Zentralausrückers innerhalb des Antriebsstrangs zu erlauben. Bevorzugt kann das Zentralausrückergehäuse aus einem Kunststoff, einem metallischen Werkstoff und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Das Zentralausrückergehäuse kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein. Erfindungsgemäß besitzt das Zentralausrückergehäuse an seiner radial äußeren Mantelfläche eine Nut, in die ein schalenartiges Verzahnungselement mit einer Außenverzahnung eingelegt und axial gesichert sowie drehmomentübertragend verbunden ist.

Der Zentralausrücker weist ferner einen Zentralausrückerkolben auf. Der Zentralausrückerkolben hat die Funktion eine hydraulische Druckbeaufschlagung in eine lineare Verschiebung des Zentralausrückerkolbens umzuwandeln, wobei diese bewirkt, dass beispielsweise ein Kupplungssystem von einem eingekuppelten Betriebszustand in einen ausgekuppelten Betriebszustand überführbar ist. Der Zentralausrücker kann über einen ringförmigen Zentralausrückerkolben oder mehrere Zentralausrückerkolben (Mehrkolbenausrücker) verfügen.

Die Hydraulikanordnung besitzt des Weiteren eine erste und eine zweite Kupplungsvorrichtung. Die Kupplungsvorrichtung kann beispielsweise als Scheibenkupplung, Lamellenkupplung, Verzahnungskupplung oder dergleichen ausgebildet sein. Die Kupplungsvorrichtung kann auch als Bremse konfiguriert sein, indem beispielsweise die Innen- oder Außenlamellen einer Lamellenkupplung drehfest gegenüber dem Achsantriebsgehäuse fixiert sind.

Der Zentralausrücker kann so konfiguriert sein, dass der erste Zentralausrückerkolben unabhängig von dem zweiten Zentralausrückerkolben aktuierbar ist. Bevorzugt ist es jedoch, dass beide Zentralausrückerkolben synchron aktuiert werden.

Der erste Zentralausrückerkolben wirkt bevorzugt mit der Kupplungsvorrichtung zusammen, so dass ein Versatz des ersten Zentralausrückerkolbens ein Einkuppeln oder Auskuppeln der ersten Kupplungsvorrichtung bewirkt. Der zweite Zentralausrückerkolben wirkt in analoger Weise bevorzugt mit der zweiten Kupplungsvorrichtung zusammen, so dass ein Versatz des zweiten Zentralausrückerkolbens ein Einkuppeln oder Auskuppeln der zweiten Kupplungsvorrichtung bewirkt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Zentralausrückerkolben und der zweite Zentralausrückerkolben in axialer Richtung versetzbar sind. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der erste Zentralausrückerkolben und der zweite Zentralausrückerkolben in voneinander entgegengesetzte Richtungen versetzbar sind. Hierdurch lassen sich insbesondere besonders bauraumsparende Ausführungsformen eines Achsantriebsstrangs realisieren.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Zentralausrückergehäuse im Querschnitt eine doppel-T-förmige Kontur aufweist, was fertigungstechnisch besonders günstig ist.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Zentralausrückergehäuse eine zylinderringartige Raumform aufweist, was ebenfalls zu einer kompakten Bauform des Achsantriebsstrang beitragen kann.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass eine Mehrzahl von zylinderringsegmentartigen Verzahnungselementen über den Umfang des Zentralausrückergehäuses verteilt angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass insbesondere die Mehrzahl der Verzahnungselemente über den Umfang des Zentralausrückergehäuses auf einfache Weise angeordnet werden können.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei, ganz besonders bevorzugt wenigstens vier Verzahnungselemente vorhanden sind, wobei die Verzahnungselemente im Wesentlichen identisch ausgeformt sind, wodurch sich die Herstellkosten durch eine Reduktion der Bauteilvarianz und höhere Losgrößen weiter optimieren lassen.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das Verzahnungselement, eines der Verzahungselemente oder alle Verzahnungselemente aus einem von dem Zentralausrückergehäuse verschiedenen Material ausgeformt ist/sind. Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass das Verzahungselement aus einem metallischen Material, insbesondere Stahl, und das Zentralausrückergehäuse aus Aluminium oder einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff geformt ist.

Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter weise dahingehend ausgeführt sein, dass an wenigstens einer axialen Stirnseite der Außenverzahnung ein axial gegenüber dem Antriebsstranggehäuse axial fixierter Sicherungungsring anliegt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.

Es zeigen:

Figur 1 eine Hydraulikanordnung in einer schematischen Axialschnittansicht,

Figur 2 ein freigestelltes Zentralausrückergehäuse in einer perspektivischen

Axialschnittsdarstellung,

Figur 3 ein Zentralausrückergehäuse in einer schematischen

Querschnittsansicht, und

Figur 4 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung- Die Figur 1 zeigt eine Hydraulikanordnung 1 für einen elektrisch betreibbaren, mehrgängigen Achsantriebsstrang 2 eines Kraftfahrzeugs 3, wie er exemplarisch in der Figur 4 gezeigt ist. Der Achsantriebsstrang 2 besitzt eine elektrische Maschine 20 und eine mehrgängige, schaltbare Getriebeanordnung 21, welche von einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse 8 umhaust sind.

Die Hydraulikanordnung 1 besitzt eine erste Kupplungsvorrichtung 4 und eine zweite Kupplungsvorrichtung 5 zur Betätigung wenigstens einer Gangwahlvorrichtung 6 des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs 2.

Ferner umfasst die Hydraulikanordnung leinen Zentralausrücker 7, mit einem gegenüber einem drehfest mit einem Antriebsstranggehäuse 8 befestigten Zentralausrückergehäuse 9 translatorisch versetzbaren ersten Zentralausrückerkolben 10. Zwischen dem Zentralausrückergehäuse 9 und dem ersten Zentralausrückerkolben 10 ist ein erster Druckraum 11 definiert, in den ein Hydraulikfluid 12 einführbar und so druckbeaufschlagbar ist, dass der erste Zentralausrückerkolben 10 gegenüber dem Zentralausrückergehäuse 9 hydraulisch bewirkt versetzbar ist.

In dem drehfest mit dem Antriebsstranggehäuse 8 befestigten Zentralausrückergehäuse 9 ist ein translatorisch versetzbarer zweiter Zentralausrückerkolben 13 vorgesehen, wobei zwischen dem Zentralausrückergehäuse 9 und dem zweiten Zentralausrückerkolben 13 ein zweiter Druckraum 14 definiert ist, in den ebenfalls das Hydraulikfluid 12 einführbar und so druckbeaufschlagbar ist, dass der zweite Zentralausrückerkolben 13 gegenüber dem Zentralausrückergehäuse 9 hydraulisch bewirkt versetzbar ist.

Aus der Figur 1 ist ferner ersichtlich, dass der erste Zentralausrückerkolben 10 und der zweite Zentralausrückerkolben 13 in voneinander entgegengesetzte Richtungen axialer versetzbar sind.

Die Zentralausrückerkolben 10,13 sind jeweils mit einer Kupplungsvorrichtung 4,5 wirkverbunden, so dass ein axialer Versatz eines Zentralausrückerkolbens 10,13 ein Einkuppeln oder Auskuppeln der entsprechenden Kupplungsvorrichtung 4,5 bewirkt. Die Kupplungsvorrichtungen 4,5 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Bremsen ausgebildet, welche mit der Gangwahlvorrichtung 6 einer schaltbaren Getriebeanordnung 21 zusammenwirkt, so dass durch ein Einkuppeln bzw. Bremsen oder Auskuppeln bzw. Lösen der Bremse ein Gangwechsel in der schaltbaren Getriebeanordnung 21 bewirkt ist.

Das Zentralausrückergehäuse 9 besitzt an seiner radial äußeren Mantelfläche 15 eine Nut 16, in die mehrere schalenartige Verzahnungselemente 17 mit einer Außenverzahnung 18 eingelegt und axial gesichert sowie drehmomentübertragend mit der Nut 16 verbunden sind. Die Außenverzahnung 18 greift in eine korrespondierende drehfest gegenüber dem Antriebsstranggehäuse 8 ausgebildete Verzahnung ein. Die Außenverzahnung 18 und die korrespondierende Verzahnung des Antriebsstranggehäuses 8 bilden eine Steckverzahnung aus, so dass das Zentralausrückergehäuse 9 aus axialer Richtung in das Antriebsstranggehäuse 8 eingesetzt werden kann. Zur axialen Sicherung liegen an beiden axialen Stirnseiten der Außenverzahnung 18 je ein axial gegenüber dem Antriebsstranggehäuse 8 axial fixierter Sicherungsring 19 an.

Wie in der Figur 2 dargestellt, weist das Zentralausrückergehäuse 9 im Querschnitt eine doppel-T-förmige Kontur auf, wobei das Zentralausrückergehäuse 9 eine zylinderringartige Raumform aufweist.

Aus der Figur 3 wird ersichtlich, dass eine Mehrzahl von zylinderringsegmentartigen Verzahnungselementen 17 über den Umfang des Zentralausrückergehäuses 9 verteilt angeordnet ist. In der gezeigten Ausführungsform sind vier Verzahnungselemente 17 vorhanden, wobei die Verzahnungselemente 17 im Wesentlichen identisch ausgeformt sind. Alle Verzahnungselemente 17 sind aus einem von dem Zentralausrückergehäuse 9 verschiedenen Material ausgeformt.

In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1-3 ist das Verzahungselement 17 aus einem Stahl und das Zentralausrückergehäuse 9 aus Aluminium oder einem Kunststoff geformt ist. Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Bezuqszeichenliste

1 Hydraulikanordnung

2 Achsantriebsstrang 3 Kraftfahrzeug

4 Kupplungsvorrichtung

5 Kupplungsvorrichtung

6 Gangwahlvorrichtung

7 Zentralausrücker 8 Antriebsstranggehäuse

9 Zentralausrückergehäuse

10 Zentralausrückerkolben

11 Druckraum

12 Hydraulikfluid 13 Zentralausrückerkolben

14 Druckraum

15 Mantelfläche

16 Nut

17 Verzahnungselement 18 Außenverzahnung

19 Sicherungsring

20 elektrische Maschine

21 Getriebeanordnung