DE102016011263A1 - Drive train device with an electric motor - Google Patents
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Abstract
Erfindungsgemäß wird eine Antriebsstrangvorrichtung mit zumindest einem Elektromotor (10) und einem für den Elektromotor (10) vorgesehenen Getriebe (11) vorgeschlagen, das zumindest eine erste Planetengetriebestufe (P1) und eine zweite Planetengetriebestufe (P2) mit insgesamt höchstens vier Verzahnungsebenen (E1, E2, E3, E4) und drei Bremseinheiten (B1, B2, B3) aufweist, die zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest drei zumindest teilweise sequentiell lastschaltbaren Vorwärtsgetriebegängen (V1, V2, V3) vorgesehen sind.According to the invention, a drive train device with at least one electric motor (10) and a gear (11) provided for the electric motor (10) is proposed, comprising at least a first planetary gear stage (P1) and a second planetary gear stage (P2) with a total of at most four toothing planes (E1, E2 , E3, E4) and three brake units (B1, B2, B3), which are provided at least structurally to the circuit of at least three at least partially sequentially power shiftable forward gears (V1, V2, V3).
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsstrangvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Getriebe.The invention relates to a drive train device with an electric motor and a transmission.
Aus der
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Antriebsstrangvorrichtung bereitzustellen. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The invention is in particular the object of providing a compact drive train device. It is achieved by an embodiment according to the invention according to the claim. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird eine Antriebsstrangvorrichtung mit zumindest einem Elektromotor und einem für den Elektromotor vorgesehenen Getriebe vorgeschlagen, das zumindest eine erste Planetengetriebestufe und eine zweite Planetengetriebestufe mit insgesamt höchstens vier Verzahnungsebenen und drei Bremseinheiten aufweist, die zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest drei zumindest teilweise sequentiell lastschaltbaren Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen sind. Dadurch kann eine für einen elektromotorischen Antrieb vorgesehene Antriebsstrangvorrichtung bereitgestellt werden, welche eine kompakte Bauform ermöglicht. Zudem ist es möglich, eine hohe Spreizung bei kurzer Übersetzung des ersten Vorwärtsgetriebeganges und langer Übersetzung des dritten Vorwärtsgetriebeganges zu realisieren. Durch die vier Verzahnungsebenen ist dabei eine Abstufung der Vorwärtsgetriebegänge frei einstellbar. Unter einer „Planetengetriebestufe” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Getriebestufe mit zumindest einem Planetenradgetriebe verstanden werden, die zur Einleitung, Weiterleitung und/oder Ausleitung einer Antriebsleistung vorgesehen ist und die zumindest ein Übersetzungsverhältnis bereitstellt. Unter einem „Planetengetriebe” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Getriebe verstanden werden, dass genau ein Sonnenrad, das mit zumindest einem Planetenradträger und zumindest einem Hohlrad zusammenwirkt, genau einen Planetenradträger, der mit zumindest einem Sonnenrad und zumindest einem Hohlrad zusammenwirkt, und/oder genau ein Hohlrad, das mit zumindest einem Sonnenrad und mit zumindest einem Planetenradträger zusammenwirkt, aufweist. Unter einer „Bremseinheit” soll insbesondere eine Einheit mit zumindest zwei relativ zueinander drehbaren Kopplungselementen verstanden werden, die dazu vorgesehen sind, drehfest miteinander verbunden zu werden, wobei eines der Kopplungselemente gehäusefest angeordnet ist. Die Bremseinheiten können grundsätzlich formschlüssig oder reibschlüssig ausgebildet sein. Unter einer „formschlüssig ausgebildeten Bremseinheit” soll dabei insbesondere eine Bremseinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente bzw. zur Anbindung ihres Kopplungselements eine Verzahnung und/oder Klauen aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung formschlüssig ineinandergreifen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch einen Formschluss erfolgt. Unter einer „reibschlüssig ausgebildeten Bremseinheit” soll insbesondere eine Bremseinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente bzw. zur Anbindung ihres Kopplungselements zumindest zwei Reibpartner aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung reibschlüssig aneinander anliegen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch Reibung erfolgt. Unter einer „Verzahnungsebene” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Ebene verstanden werden, die durch eine Sonnenradverzahnung, eine Planetenradverzahnung und/oder eine Hohlradverzahnung definiert ist. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden.According to the invention, a drive train device with at least one electric motor and a gear provided for the electric motor is proposed, which has at least a first planetary gear stage and a second planetary gear stage with a total of at most four toothing planes and three brake units, which at least structurally provided for the circuit of at least three at least partially sequentially power shiftable forward gears are. As a result, a drive train device provided for an electromotive drive can be provided, which allows a compact design. In addition, it is possible to realize a high spread with a short ratio of the first forward gear and long translation of the third forward gear. Through the four toothing levels while a gradation of the forward gears is freely adjustable. A "planetary gear stage" should be understood in this context, in particular a gear stage with at least one planetary gear, which is provided for the initiation, forwarding and / or discharge of a drive power and which provides at least one gear ratio. A "planetary gear" is to be understood in this context in particular a transmission that exactly one sun gear, which cooperates with at least one planet and at least one ring gear, exactly one planet carrier, which cooperates with at least one sun gear and at least one ring gear, and / or exactly a ring gear which cooperates with at least one sun gear and with at least one planet carrier. A "brake unit" is to be understood in particular a unit having at least two relatively rotatable coupling elements, which are intended to be rotatably connected to each other, wherein one of the coupling elements is fixed to the housing. The brake units can in principle be formed positively or frictionally. A "form-locking trained braking unit" is to be understood in particular a brake unit having a toothing and / or claws for connecting their coupling elements or for connecting their coupling element, which intermesh positively to produce a rotationally fixed connection, wherein a transmission of a power flow in a completely closed state, at least mainly by a positive connection. A "frictionally engaged brake unit" is to be understood in particular as a brake unit which has at least two friction partners for connecting its coupling elements or for connecting its coupling element, which frictionally abut one another to produce a rotationally fixed connection, a transmission of a power flow in a completely closed state at least mainly by friction. A "toothing plane" should be understood in this context, in particular a plane which is defined by a sun gear, a Planetenradverzahnung and / or a ring gear. By "intended" is intended to be understood in particular specially designed and / or equipped.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die erste Planetengetriebestufe ein Sonnenrad, einen Planetenradträger und drei Hohlräder aufweist. Dadurch weist die erste Planetengetriebestufe drei der vier Verzahnungsebenen auf. Die Vorwärtsgetriebegänge können dadurch vollständig lastschaltbar ausgebildet werden, d. h. beliebige Wechsel zwischen den drei Vorwärtsgetriebegängen können lastunterbrechungsfrei durchgeführt werden.It is further proposed that the first planetary gear stage comprises a sun gear, a planet carrier and three ring gears. As a result, the first planetary gear stage has three of the four toothing planes. The forward gears can be made completely power shiftable, d. H. Any changes between the three forward gears can be performed without load interruption.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn die erste Planetengetriebestufe zumindest ein auf dem Planetenradträger drehbar gelagertes Planetenrad aufweist, das als ein Stufenplanet mit drei unterschiedlichen Verzahnungen ausgebildet ist. Dadurch kann die erste Planetengetriebestufe besonders einfach ausgebildet werden. Unter einem „Stufenplanet” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein einstückig ausgebildetes Planetenrad mit drei unterschiedlichen Verzahnungen verstanden werden. Unter „einstückig” soll insbesondere zumindest stoff-schlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren und vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling. Alternativ ist es auch denkbar, dass die erste Planetengetriebestufe drei permanent drehfest miteinander verbundene Planetenräder aufweist. Diese können insbesondere formschlüssig miteinander verbunden sein. Unter ”formschlüssig” soll insbesondere verstanden werden, dass aneinanderliegende Flächen der miteinander formschlüssig verbundenen Planetenräder eine in Normalenrichtung der Flächen wirkende Haltekraft aufeinander ausüben. Insbesondere befinden sich die Planetenräder in einem geometrischen Eingriff miteinander.In addition, it is advantageous if the first planetary gear stage has at least one planet gear rotatably mounted on the planet carrier, which is designed as a stepped planet with three different gears. As a result, the first planetary gear stage can be made particularly simple. A "stepped planet" is to be understood in this context in particular an integrally formed planetary gear with three different gears. The term "integral" is to be understood in particular to be connected at least in a material-coherent manner, for example by a welding process, an adhesion process, an injection process and / or another process that appears expedient to a person skilled in the art, and / or advantageously shaped in one piece, for example by a production from a casting and / or by a production in a single or multi-component injection molding process and advantageously from a single blank. Alternatively, it is also conceivable that the first planetary gear stage has three planetary gears permanently connected to each other in a rotationally fixed manner. These can in particular be positively connected with each other. By "positive fit" is to be understood in particular that adjacent surfaces of the mutually positively connected planet gears exert a force acting in the normal direction of the surfaces holding force on each other. In particular, the planet gears are in geometric engagement with each other.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Sonnenrad der ersten Planetengetriebestufe ein Getriebeeingangselement ausbildet, an das der Elektromotor angebunden ist. Dadurch ist eine einfache Anbindung des Elektromotors möglich. Zudem kann der Elektromotor koaxial zu dem Sonnenrad angeordnet werden. Die Antriebsstrangvorrichtung kann dadurch besonders kompakt ausgebildet werden.It is further proposed that the sun gear of the first planetary gear stage forms a transmission input element, to which the electric motor is connected. As a result, a simple connection of the electric motor is possible. In addition, the electric motor can be arranged coaxially with the sun gear. The drive train device can be made particularly compact.
Bevorzugt ist jede der Bremseinheiten dazu vorgesehen, zumindest eines der Hohlräder der ersten Planetengetriebestufe gehäusefest anzuordnen. Dadurch kann eine besonders einfache Ausgestaltung erreicht werden.Each of the brake units is preferably provided to arrange at least one of the ring gears of the first planetary gear stage fixed to the housing. As a result, a particularly simple embodiment can be achieved.
Vorzugsweise ist lediglich eine der Bremseinheiten reibschlüssig ausgebildet. Indem lediglich eine der Bremseinheiten reibschlüssig ausgebildet ist, können Schleppverlust minimiert und der Bauraum besonders kompakt gehalten werden.Preferably, only one of the brake units is frictionally formed. By only one of the brake units is frictionally formed, drag loss can be minimized and the space can be kept very compact.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist eine der Bremseinheiten dazu vorgesehen, wahlweise eines von zwei der Hohlräder gehäusefest anzuordnen. Dadurch kann eine Lastschaltbarkeit verbessert werden, da Drehmomente besser abgestützt werden können.In a particularly preferred embodiment, one of the brake units is provided to selectively arrange one of two of the ring gears fixed to the housing. As a result, a power shiftability can be improved because torques can be better supported.
Vorzugsweise sind die zumindest zwei Planetengetriebestufen permanent miteinander verbunden. Dadurch kann der Bauraum besonders kompakt gehalten werden.Preferably, the at least two planetary gear stages are permanently connected to each other. As a result, the space can be kept very compact.
Besonders bevorzugt ist die zweite Planetengetriebestufe an den Planetenradträger der ersten Planetengetriebestufe und eines der Hohlräder der ersten Planetengetriebestufe angebunden.Particularly preferably, the second planetary gear stage is connected to the planet carrier of the first planetary gear stage and one of the ring gears of the first planetary gear stage.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die zweite Planetengetriebestufe ein mit dem Planetenradträger der ersten Planetengetriebestufe permanent drehfest verbundenes Sonnenrad und ein mit einem der Hohlräder der ersten Planetengetriebestufe permanent drehfest verbundenes Hohlrad aufweist. Dadurch ist eine koaxiale Anordnung der Planetengetriebestufe möglich, welche besonders wenig Bauraum einnimmt. Unter „permanent drehfest” soll insbesondere auch eine einstückige Ausgestaltung verstanden werden.It is also proposed that the second planetary gear has a permanently connected to the planet carrier of the first planetary gear stage rotatably connected sun gear and with one of the ring gears of the first planetary gear permanently rotatably connected ring gear. As a result, a coaxial arrangement of the planetary gear stage is possible, which takes up very little space. By "permanently non-rotatable" is to be understood in particular a one-piece design.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages will become apparent from the following description of the figures. In the figures, an embodiment of the invention is shown. The figures, the description of the figures and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Dabei zeigen:Showing:
Die Antriebsstrangvorrichtung weist einen Elektromotor
Das Getriebe
Die zwei Planetengetriebestufen P1, P2 weisen insgesamt genau vier Verzahnungsebenen E1, E2, E3, E4 und genau drei Bremseinheiten B1, B2, B3 auf. Die Planetengetriebestufen P1, P2 mit den vier Verzahnungsebenen E1, E2, E3, E4 und den drei Bremseinheiten B1, B2, B3 sind konstruktiv zur Schaltung von drei unterschiedlich übersetzten Vorwärtsgetriebegängen V1, V2, V3 vorgesehen (vgl.
Die erste Planetengetriebestufe P1 weist ein Sonnenrad P11, einen Planetenradträger P12 und drei Hohlräder P13, P14, P15 auf. Weiter umfasst die Planetengetriebestufe P1 eine Mehrzahl von Planetenrädern P16, die von dem Planetenradträger P12 auf einer Kreisbahn um das Sonnenrad P11 geführt werden. in
Die erste Planetengetriebestufe P1 weist drei der vier Verzahnungsebenen E1, E2, E3, E4 auf. Die drei ersten Verzahnungsebenen E1, E2, E3 sind insbesondere durch die Hohlräder P13, P14, P15 der ersten Planetengetriebestufe P1 definiert. Die Hohlräder P13, P14, P15 weisen Verzahnungen auf, die sich in ihren Wirkkreisdurchmessern und/oder Verzahnungszahlen unterscheiden. Die Hohlräder P13, P14, P15 sind koaxial zueinander angeordnet.The first planetary gear stage P1 has three of the four toothing planes E1, E2, E3, E4. The three first toothing planes E1, E2, E3 are defined in particular by the ring gears P13, P14, P15 of the first planetary gear stage P1. The ring gears P13, P14, P15 have teeth, which differ in their effective circle diameter and / or number of teeth. The ring gears P13, P14, P15 are arranged coaxially with each other.
Die Planetenräder P16 der ersten Planetengetriebestufe P1 sind über einen Umfang des Sonnenrads P11 verteilt angeordnet, weshalb von den Planetenrädern P16 in der schematischen
Das eine Planetenrad P16 ist als ein Stufenplanet ausbildet, der drei Verzahnungen aufweist, die sich in ihren Wirkkreisdurchmessern und/oder Verzahnungszahlen unterscheiden. Alternativ ist auch eine Ausgestaltung mit drei Planetenrädern mit unterschiedlichen Verzahnungen, die starr miteinander verbunden sind, denkbar. Die Verzahnungen der Hohlräder P13, P14, P15 und die Verzahnungen des Planetenrads P16 kämmen paarweise miteinander. Die Verzahnungsebenen E1, E2, E3, welche die erste Planetengetriebestufe P1 aufweist, sind durch die jeweils paarweise miteinander kämmenden Verzahnungen zwischen den Hohlrädern P13, P14, P15 und dem Planetenrad P16 definiert.The one planetary gear P16 is formed as a stepped planet having three gears, which differ in their effective circle diameters and / or tooth numbers. Alternatively, an embodiment with three planet gears with different gears, which are rigidly connected to each other conceivable. The gears of the ring gears P13, P14, P15 and the teeth of the planetary gear P16 mesh with each other in pairs. The toothing planes E1, E2, E3, which has the first planetary gear P1, are defined by the intermeshing teeth in each case between the ring gears P13, P14, P15 and the planet P16.
Das Sonnenrad P11 der ersten Planetengetriebestufe P1 bildet ein Getriebeeingangselement auf, an das der Elektromotor
Die drei Hohlräder P13, P14, P15 der ersten Planetengetriebestufe P1 sind relativ zueinander drehbar gelagert. Jede der Bremseinheiten B1, B2, B3 ist dazu vorgesehen, zumindest eines der Hohlräder P13, P14, P15 der ersten Planetengetriebestufe P1 gehäusefest anzuordnen. Das Getriebe
Die erste Bremseinheit B1, die dazu vorgesehen ist, das erste Hohlrad P13 drehfest mit dem Getriebegehäuse
Um die Wechsel zwischen dem ersten Vorwärtsgetriebegang V1 und dem zweiten Vorwärtsgetriebegang V2 zu optimieren, ist die erste Bremseinheit B1 dazu vorgesehen, wahlweise eines der zwei Hohlräder P13, P14 gehäusefest anzuordnen. Die erste Bremseinheit B1 umfasst ein drittes Kopplungselement B12, das permanent drehfest mit dem zweiten Hohlrad P14 verbunden ist. Die erste Bremseinheit B1 umfasst eine erste Schaltstellung, in der das erste Hohlrad P13 gehäusefest angeordnet ist, eine zweite Schaltstellung, in der das zweite Hohlrad P14 gehäusefest angeordnet ist, und eine Neutralstellung.In order to optimize the alternations between the first forward gear V1 and the second forward gear V2, the first brake unit B1 is provided to selectively arrange one of the two ring gears P13, P14 fixed to the housing. The first brake unit B1 comprises a third coupling element B12, which is permanently connected in a rotationally fixed manner to the second ring gear P14. The first brake unit B1 comprises a first shift position, in which the first ring gear P13 is arranged fixed to the housing, a second shift position, in which the second ring gear P14 is arranged fixed to the housing, and a neutral position.
Durch das zusätzliche Kopplungselement B12 kann bei dem Wechsel von dem ersten Vorwärtsgetriebegang V1 in den zweiten Vorwärtsgetriebegang V1 die erste Bremseinheit B1 vollständig geschlossen werden, während die dritte Bremseinheit B3 geöffnet wird. Dadurch kann lastunterbrechungsfrei von dem ersten Vorwärtsgetriebegang V1 in den zweiten Vorwärtsgetriebegang V2 geschalten werden. Sobald der zweite Vorwärtsgetriebegang V2 geschaltet ist, kann die zweite Bremseinheit B2 geschlossen und die erste Bremseinheit B1 wieder geöffnet werden. Durch das zusätzliche Kopplungselement B12 ist die erste Bremseinheit B1 dazu vorgesehen, das Stützmoment aufzunehmen, während von der dritten Bremseinheit B3 auf die zweite Bremseinheit B2 gewechselt wird. Der Wechsel von dem zweiten Vorwärtsgetriebegang V2 in den ersten Vorwärtsgetriebegang V1 erfolgt analog.Due to the additional coupling element B12, the first brake unit B1 can be completely closed during the change from the first forward gear V1 to the second forward gear V1, while the third brake unit B3 is opened. As a result, load interruption-free can be switched from the first forward gear V1 to the second forward gear V2. As soon as the second forward gear V2 is engaged, the second brake unit B2 can be closed and the first brake unit B1 can be opened again. By the additional coupling element B12, the first brake unit B1 is provided to receive the support torque, while is changed from the third brake unit B3 to the second brake unit B2. The change from the second forward gear V2 in the first forward gear V1 is analogous.
Die zwei Planetengetriebestufen P1, P2 sind permanent miteinander verbunden. Das Getriebe
Die zweite Planetengetriebestufe P2 ist an den Planetenradträger P12 der ersten Planetengetriebestufe P1 und das dritte Hohlrad P15 der ersten Planetengetriebestufe P1 angebunden. Die zweite Planetengetriebestufe P2 weist ein Sonnenrad P21, einen Planetenradträger P22 und ein Hohlrad P23 auf. Weiter umfasst die Planetengetriebestufe P2 eine Mehrzahl von Planetenrädern P24, die von dem Planetenradträger P22 auf einer Kreisbahn um das Sonnenrad P21 geführt werden. In
Die zweite Planetengetriebestufe P2 weist die vierte Verzahnungsebene E4 des Getriebes
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Elektromotorelectric motor
- 1111
- Getriebetransmission
- 1212
- Achsantriebfinal drive
- 1313
- Getriebegehäusegearbox
- B1B1
- Bremseinheitbrake unit
- B10B10
- Kopplungselementcoupling element
- B11B11
- Kopplungselementcoupling element
- B12B12
- Kopplungselementcoupling element
- B2B2
- Bremseinheitbrake unit
- B20B20
- Kopplungselementcoupling element
- B21B21
- Kopplungselementcoupling element
- B3B3
- Bremseinheitbrake unit
- B30 B30
- Kopplungselementcoupling element
- B31B31
- Kopplungselementcoupling element
- E1E1
- Verzahnungsebenetoothing plane
- E2E2
- Verzahnungsebenetoothing plane
- E3E3
- Verzahnungsebenetoothing plane
- E4E4
- Verzahnungsebenetoothing plane
- P1P1
- PlanetengetriebestufePlanetary gear stage
- P11P11
- Sonnenradsun
- P12P12
- Planetenradträgerplanet
- P13P13
- Hohlradring gear
- P14P14
- Hohlradring gear
- P15P15
- Hohlradring gear
- P16P16
- Planetenradplanet
- P2P2
- PlanetengetriebestufePlanetary gear stage
- P21P21
- Sonnenradsun
- P22P22
- Planetenradträgerplanet
- P23P23
- Hohlradring gear
- P24P24
- Planetenradplanet
- V1V1
- VorwärtsgetriebegangForward gear
- V2V2
- VorwärtsgetriebegangForward gear
- V3V3
- VorwärtsgetriebegangForward gear
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 9062744 B2 [0002] US9062744 B2 [0002]
Claims (10)
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