WO2017129173A1 - Planetengetriebe für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Planetengetriebe für ein kraftfahrzeug Download PDF

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Daniel Burghardt
Michael Stettin
Andreas Dobroschke
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16H63/02—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
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    • F16H63/34—Locking or disabling mechanisms
    • F16H63/3416—Parking lock mechanisms or brakes in the transmission
    • F16H63/345—Parking lock mechanisms or brakes in the transmission using friction brakes, e.g. a band brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/46—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears
    • F16H3/48—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears
    • F16H3/52—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears comprising orbital spur gears
    • F16H3/54—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears comprising orbital spur gears one of the central gears being internally toothed and the other externally toothed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/0021—Transmissions for multiple ratios specially adapted for electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to a planetary gear for a motor vehicle. Furthermore, the invention also relates to a drive device for a motor vehicle, comprising an electric machine see and the aforementioned planetary gear.
  • DE 10 2012 021 291 A1 discloses a switching device for a speed change gearbox for a motor vehicle, with at least one gear input shaft drivingly connected to a drive unit, at least one output shaft, with a plurality of gears arranged on the shafts with fixed gears and synchronous clutches switchable Losyakizin for the formation of forward gears.
  • the loose gear can be coupled via a clutch with a housing-fixed locking element to form a parking brake.
  • DE 10 2013 225 519 A1 describes a planetary gear with a sun gear forming input shaft, a planet carrier with first and second set of planetary gears, each having a first and a second ring gear which are each detectable via locking means.
  • JP 2012-2 353 A describes a usable as a parking brake two-speed gearbox with prevailnplanet and downforce on the bridge.
  • the object of the present invention is to develop a planetary gear with a stepped planetary set to the effect that a blockage of the planetary gear via the stepped planetary gear set is realized by simple means.
  • the planetary gear according to the invention for a motor vehicle comprises at least one drive shaft, at least one output shaft and at least one arranged between the at least one drive shaft and the at least one output shaft arranged and drivably connected thereto stepped planetary set, wherein the stepped planetary gear meshes with a first and a second ring gear, wherein Further, the first ring gear is fixedly fixed to a housing of the planetary gear, and wherein the second ring gear via a switching element is fixed to the housing fixed to block the at least one stepped planetary gear set. With other words th the switching element between the second ring gear and the housing is arranged and allows in an open switching position, a free rotation of the second ring gear. In a closed switching position of the switching element, the ring gear is mechanically coupled to the housing and thus set stationary on the housing. This blocks the step planetary set. Thus, a parking brake of the motor vehicle is realized via the closed switching position of the switching element.
  • the switching element produces a positive or non-positive connection between the second ring gear and the housing.
  • the switching element may be designed as a clutch, preferably a multi-disc clutch, in order to enable a harmonious transition when closing the shifting element.
  • the switching element is mechanically, electrically, pneumatically or hydraulically switchable.
  • the invention includes the technical teaching that the at least one drive shaft is connected to a sun, wherein the sun meshes with the at least one step planetary gearset.
  • the at least one output shaft is connected to a web, wherein the at least one step planetary set is rotatably mounted on the web.
  • the at least one step planetary set intersects radially between the two ring gears and the sun.
  • the stepped planetary set has a first toothed region with a first diameter and a first tooth number and a second toothed region with a second diameter and a second tooth number.
  • the two toothed areas are rotatably connected to each other.
  • a ratio of the first number of teeth of the first gear portion to a number of teeth of the first ring gear is not equal to a ratio of the second number of teeth of the second gear portion to a number of teeth of the second ring gear.
  • the quotient of the first number of teeth of the first toothed area and the number of teeth of the first ring gear is not equal to the quotient of the second number of teeth of the second toothed area and the number of teeth of the second ring gear.
  • a ratio of the first diameter of the first toothed region to a diameter of the first ring gear is not equal to a ratio of the second diameter of the second toothed region to a diameter of the second ring gear.
  • the quotient of the first diameter of the first toothed region and the diameter of the first ring gear is not equal to the quotient of the second diameter of the second toothed region and the diameter of the second ring gear.
  • the electric machine is designed as a permanent magnet synchronous machine.
  • the electric machine is a separately excited synchronous machine or an asynchronous machine.
  • FIG. 2 shows a simplified schematic representation of the drive device according to the invention with the planetary gear according to the invention and the switching element according to a second switching position.
  • a drive device for a motor vehicle (not shown here) has an electric machine 8 and a planetary gear 9.
  • the electric machine 8 is preferably designed as a permanent magnet synchronous machine and provided to electrically drive the motor vehicle. Further, the electric machine 8 allows, for example, during a braking operation of the motor vehicle, a conversion of kinetic energy into electrical energy, for example, in an - not shown here - electric battery can be fed.
  • the planetary gear 9 comprises a drive shaft 1, an output shaft 2 and a stepped planetary gear set 3.
  • the stepped planetary gear set 3 is arranged between the drive shaft 1 and the output shaft 2 and is drivingly connected to the drive shaft 1 and the output shaft 2.
  • the drive shaft 1 is connected to a sun 10, wherein the sun 10 meshes with the stepped planetary gear set 3.
  • the output shaft 2 is connected to a web 7, on which the step planetary gear set 3 is rotatably mounted.
  • the stepped planetary gear set 3 meshes with a first and a second ring gear 4a, 4b, wherein the first ring gear 4a is stationary fixed to a housing 5 of the planetary gear 9, and wherein the second ring gear 4b is fixed to the housing 5 via a switching element 6 stationary to block the step planetary set 3.
  • the stepped planetary set 3 has a first toothed area 11a having a first diameter and a first number of teeth and a second toothed area 11b having a second diameter and a second number of teeth.
  • the two toothed portions 1 1 a, 1 1 b are rotatably connected to each other.
  • the first gear portion 1 1 a is in meshing engagement with the first ring gear 4a, wherein the second gear portion 1 1 b is in meshing engagement with the second ring gear 4b.
  • a ratio of the first number of teeth of the first toothed portion 11a to a number of teeth of the first ring gear 4a is unequal to a ratio of the second number of teeth of the second toothed portion 11b to a number of teeth of the second ring 4b.
  • a ratio of the first diameter of the first gear portion 1 1 a to a diameter of the first ring gear 4a is not equal to a ratio of the second diameter of the second gear portion 1 1 b to a diameter of the second ring gear 4b.
  • the switching element 6 is opened so that there is no mechanical connection between the second ring gear 4b and the housing 5.
  • the drive power from the electric machine 8 is transmitted via the drive shaft 1 and the stepped planetary gear set 3 with a translation to the output shaft 2.
  • the second ring gear 4b can rotate freely.
  • the switching element 6 is closed, so that a mechanical connection between the second ring gear 4b and the housing 5 is made.
  • This shift position blocks the stepped planetary gear set 3 due to two effective ratios on the stepped planetary gear set 3.
  • a parking brake of the motor vehicle is thereby realized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe (9) für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Antriebswelle (1), mindestens eine Abtriebswelle (2) sowie mindestens einen zwischen der mindestens einen Antriebswelle (1) und der mindestens einen Abtriebswelle (2) angeordneten und mit diesen trieblich verbundenen Stufenplanetensatz (3), wobei der Stufenplanetensatz (3) mit einem ersten und einem zweiten Hohlrad (4a, 4b) kämmt, wobei ferner das erste Hohlrad (4a) stationär an einem Gehäuse (5) des Planetengetriebes festgelegt ist, und wobei das zweite Hohlrad (4b) über ein Schaltelement (6) stationär an dem Gehäuse (5) festlegbar ist, um den mindestens einen Stufenplanetensatz (3) zu blockieren. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (8) und das zuvor genannte Planetengetriebe (9).

Description

Planetengetriebe für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektri- sehe Maschine und das zuvor genannte Planetengetriebe.
Die DE 10 2012 021 291 A1 offenbart eine Schaltvorrichtung für ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einer mit einem Antriebsaggregat trieblich verbundenen Getriebe-Eingangswelle, zumindest einer Abtriebswel- le, mit mehreren auf den Wellen angeordneten Zahnradsätzen mit Festzahnrädern und über Synchronkupplungen schaltbaren Loszahnrädern zur Bildung von Vorwärtsgängen. Das Loszahnrad ist über eine Schaltkupplung mit einem gehäusefesten Sperrelement zur Bildung einer Parksperre kuppelbar. Die DE 10 2013 225 519 A1 beschreibt ein Planetengetriebe mit einer ein Sonnenrad bildenden Eingangswelle, einem Planetenträger mit erstem und zweiten Satz von Planetenrädern, jeweils einem ersten und einem zweiten Hohlrad die jeweils über Feststellmittel feststellbar sind. Die JP 2012- 2 353 A beschreibt ein als Parkbremse nutzbares Zweiganggetriebe mit Stufenplanet und Abtrieb am Steg.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Planetengetriebe mit einem Stufenplanetensatz dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine Blockierung des Pla- netengetriebes über den Stufenplanetensatz durch einfache Mittel realisiert wird.
Das erfindungsgemäße Planetengetriebe für ein Kraftfahrzeug umfasst mindestens eine Antriebswelle, mindestens eine Abtriebswelle sowie mindestens einen zwischen der mindestens einen Antriebswelle und der mindestens einen Abtriebswelle ange- ordneten und mit diesen trieblich verbundenen Stufenplanetensatz, wobei der Stufenplanetensatz mit einem ersten und einem zweiten Hohlrad kämmt, wobei ferner das erste Hohlrad stationär an einem Gehäuse des Planetengetriebes festgelegt ist, und wobei das zweite Hohlrad über ein Schaltelement stationär an dem Gehäuse festlegbar ist, um den mindestens einen Stufenplanetensatz zu blockieren. Mit anderen Wor- ten ist das Schaltelement zwischen dem zweiten Hohlrad und dem Gehäuse angeordnet und ermöglicht in einer geöffneten Schaltstellung eine freie Rotation des zweiten Hohlrades. In einer geschlossenen Schaltstellung des Schaltelements wird das Hohlrad mechanisch mit dem Gehäuse gekoppelt und somit stationär am Gehäuse festge- legt. Dadurch blockiert der Stufenplanetensatz. Mithin wird über die geschlossene Schaltstellung des Schaltelements eine Parksperre des Kraftfahrzeugs realisiert.
Vorzugsweise stellt das Schaltelement eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Hohlrad und dem Gehäuse her. Beispielsweise kann das Schaltelement als Kupplung, vorzugsweise Lamellenkupplung ausgebildet sein, um einen harmonischen Übergang beim Schließen des Schaltelements zu ermöglichen. Insbesondere ist das Schaltelement mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch schaltbar. Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die mindestens eine Antriebswelle mit einer Sonne verbunden ist, wobei die Sonne mit dem mindestens einen Stufenplanetensatz kämmt. Vorzugsweise ist die mindestens eine Abtriebswelle mit einem Steg verbunden, wobei der mindestens eine Stufenplanetensatz drehbar am Steg gelagert ist. Mithin kämmt der mindestens eine Stufenplanetensatz radial zwi- sehen den beiden Hohlrädern und der Sonne.
Insbesondere weist der Stufenplanetensatz einen ersten Verzahnungsbereich mit einem ersten Durchmesser und einer ersten Zähnezahl sowie einen zweiten Verzahnungsbereich mit einem zweiten Durchmesser und einer zweiten Zähnezahl auf. Die beiden Verzahnungsbereiche sind dabei drehfest miteinander verbunden.
Vorzugsweise ist ein Verhältnis der ersten Zähnezahl des ersten Verzahnungsbereiches zu einer Zähnezahl des ersten Hohlrades ungleich eines Verhältnisses der zweiten Zähnezahl des zweiten Verzahnungsbereiches zu einer Zähnezahl des zweiten Hohlrades. Mit anderen Worten ist der Quotient aus der ersten Zähnezahl des ersten Verzahnungsbereiches und der Zähnezahl des ersten Hohlrades ungleich dem Quotienten aus der zweiten Zähnezahl des zweiten Verzahnungsbereiches und der Zähnezahl des zweiten Hohlrades. Ferner bevorzugt ist ein Verhältnis des ersten Durchmessers des ersten Verzahnungsbereiches zu einem Durchmesser des ersten Hohlrades ungleich eines Verhältnisses des zweiten Durchmessers des zweiten Verzahnungsbereiches zu einem Durchmesser des zweiten Hohlrades. Mit anderen Worten ist der Quotient aus dem ersten Durchmesser des ersten Verzahnungsbereiches und dem Durchmesser des ersten Hohlrades ungleich dem Quotienten aus dem zweiten Durchmesser des zweiten Verzahnungsbereiches und dem Durchmesser des zweiten Hohlrades.
Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfasst eine elekt- rische Maschine und das zuvor genannte Planetengetriebe. Mithin wird die Verwendung des Planetengetriebes in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet. Ferner ist es denkbar, dass die elektrische Maschine eine fremderregte Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine ist.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beiden Figuren näher dargestellt. Es zeigen eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Planetengetriebe und einem Schaltelement gemäß einer ersten Schaltstellung, und Figur 2 eine vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Planetengetriebe und dem Schaltelement gemäß einer zweiten Schaltstellung.
Gemäß den Figuren 1 und 2 weist eine Antriebsvorrichtung für ein - hier nicht darge- stelltes - Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine 8 und ein Planetengetriebe 9 auf. Die elektrische Maschine 8 ist vorzugsweise als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet und dazu vorgesehen, das Kraftfahrzeug elektrisch anzutreiben. Ferner ermöglicht die elektrische Maschine 8, beispielsweise während eines Bremsvorgangs des Kraftfahrzeugs, eine Umwandlung von kinetischer Energie in elektrische Energie, die beispielsweise in einem - hier nicht dargestellten - elektrischen Akkumulator eingespeist werden kann.
Das Planetengetriebe 9 umfasst eine Antriebswelle 1 , eine Abtriebswelle 2 und einen Stufenplanetensatz 3. Der Stufenplanetensatz 3 ist zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 angeordnet und trieblich mit der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 verbunden. Dazu ist die Antriebswelle 1 mit einer Sonne 10 verbunden, wobei die Sonne 10 mit dem Stufenplanetensatz 3 kämmt. Ferner ist die Abtriebswelle 2 mit einem Steg 7 verbunden, auf dem der Stufenplanetensatz 3 drehbar gelagert ist. Des Weiteren kämmt der Stufenplanetensatz 3 mit einem ersten und einem zweiten Hohlrad 4a, 4b, wobei das erste Hohlrad 4a stationär an einem Gehäuse 5 des Planetengetriebes 9 festgelegt ist, und wobei das zweite Hohlrad 4b über ein Schaltelement 6 stationär an dem Gehäuse 5 festlegbar ist, um den Stufenplanetensatz 3 zu blockieren.
Der Stufenplanetensatz 3 weist einen ersten Verzahnungsbereich 1 1 a mit einem ersten Durchmesser und einer ersten Zähnezahl sowie einen zweiten Verzahnungsbereich 1 1 b mit einem zweiten Durchmesser und einer zweiten Zähnezahl auf. Die beiden Verzahnungsbereiche 1 1 a, 1 1 b sind drehfest miteinander verbunden. Der erste Verzahnungsbereich 1 1 a steht im Zahneingriff mit dem ersten Hohlrad 4a, wobei der zweite Verzahnungsbereich 1 1 b im Zahneingriff mit dem zweiten Hohlrad 4b steht. Ein Verhältnis der ersten Zähnezahl des ersten Verzahnungsbereiches 1 1 a zu einer Zähnezahl des ersten Hohlrades 4a ist ungleich eines Verhältnisses der zweiten Zähnezahl des zweiten Verzahnungsbereiches 1 1 b zu einer Zähnezahl des zweiten Hohlra- des 4b. Ferner ist ein Verhältnis des ersten Durchmessers des ersten Verzahnungsbereiches 1 1 a zu einem Durchmesser des ersten Hohlrades 4a ungleich eines Verhältnisses des zweiten Durchmessers des zweiten Verzahnungsbereiches 1 1 b zu einem Durchmesser des zweiten Hohlrades 4b. Gemäß Figur 1 ist das Schaltelement 6 geöffnet, sodass keine mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Hohlrad 4b und dem Gehäuse 5 besteht. Die Antriebsleistung aus der elektrischen Maschine 8 wird über die Antriebswelle 1 und den Stufenplanetensatz 3 mit einer Übersetzung auf die Abtriebswelle 2 übertragen. Das zweite Hohlrad 4b kann frei rotieren. Nach Figur 2 ist das Schaltelement 6 geschlossen, sodass eine mechanische Verbindung zwischen dem zweiten Hohlrad 4b und dem Gehäuse 5 besteht. Diese Schaltstellung blockiert den Stufenplanetensatz 3 aufgrund von zwei wirksamen Überset- zungen am Stufenplanetensatz 3. Mithin wird dadurch eine Parkbremse des Kraftfahrzeugs realisiert.
Bezugszeichenliste
1 Antriebswelle
2 Abtriebswelle
3 Stufenplanetensatz
4a, 4b Hohlrad
5 Gehäuse
6 Schaltelement
7 Steg
8 elektrische Maschine
9 Planetengetriebe
10 Sonne
1 1 a, 1 1 b Verzahnungsbereich

Claims

Patentansprüche
Planetengetriebe (9) für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Antriebswelle (1 ), mindestens eine Abtriebswelle (2) sowie mindestens einen zwischen der mindestens einen Antriebswelle (1 ) und der mindestens einen Abtriebswelle (2) angeordneten und mit diesen trieblich verbundenen Stu- fenplanetensatz (3), wobei der Stufenplanetensatz (3) mit einem ersten und einem zweiten Hohlrad (4a, 4b) kämmt, wobei ferner das erste Hohlrad (4a) stationär an einem Gehäuse (5) des Planetengetriebes (9) festgelegt ist, und wobei das zweite Hohlrad (4b) über ein Schaltelement (6) stationär an dem Gehäuse (5) festlegbar ist, um den mindestens einen Stufenplanetensatz (3) zu blockieren,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abtriebswelle (2) mit einem Steg (7) verbunden ist, wobei der mindestens eine Stufenplanetensatz (3) drehbar am Steg (7) gelagert ist.
2. Planetengetriebe (9) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (6) eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Hohlrad (4b) und dem Gehäuse (5) herstellt.
3. Planetengetriebe (9) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Antriebswelle (1 ) mit einer Sonne (10) verbunden ist, wobei die Sonne (10) mit dem mindestens einen Stufenplanetensatz (3) kämmt.
4. Planetengetriebe (9) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenplanetensatz (3) einen ersten Verzahnungsbereich (1 1 a) mit einem ersten Durchmesser und einer ersten Zähnezahl sowie einen zweiten Verzahnungsbereich (1 1 b) mit einem zweiten Durchmesser und einer zweiten Zähnezahl aufweist, wobei die beiden Verzahnungsbereiche (1 1 a, 1 1 b) drehfest miteinander verbunden sind.
5. Planetengetriebe (9) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der ersten Zähnezahl des ersten Verzahnungsbereiches (1 1 a) zu einer Zähnezahl des ersten Hohlrades (4a) ungleich eines Verhältnisses der zweiten Zähnezahl des zweiten Verzahnungsbereiches (1 1 b) zu einer Zähnezahl des zweiten Hohlrades (4b) ist.
6. Planetengetriebe (9) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis des ersten Durchmessers des ersten Verzahnungsbereiches (1 1 a) zu einem Durchmesser des ersten Hohlrades (4a) ungleich eines Verhältnisses des zweiten Durchmessers des zweiten Verzahnungsbereiches (1 1 b) zu einem Durchmesser des zweiten Hohlrades (4b) ist.
7. Verwendung eines Planetengetriebes (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug.
8. Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (8) und ein Planetengetriebe (9) nach einem der Ansprüche 1 bis6.
9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (8) als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet ist.
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