Mehrqana-Planetenaetriebe für ein Fahrzeug mit mindestens einer E-Maschine

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrgang- Planetengetriebe für ein Fahrzeug mit mindestens einer E-Maschine und einer Antriebswelle mit einem Sonnenrad und einer Abtriebswelle mit einem Planetenrad. Ferner bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Mehrgang- Planetengetriebes integriert in eine

Fahrzeugachse eines mindestens eine E-Maschine aufweisenden Fahrzeugs.

Stand der Technik

US 2015/0226297 Al bezieht sich auf eine E-Achse am elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs. Es wird eine elektrische Achse für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug offenbart, welches eine elektrische Maschine und zwei

Vorgelegegetriebe zum Antrieb der Räder der Achse aufweist. Stromab der elektrischen Maschine ist ein schaltbares Getriebe angeordnet, welches als Planetengetriebe ausgeführt ist mit einem Freilauf und mit einem Differential. Die elektrische Achse weist ein Verschiebemechanismus auf zur Schaltung zweier Gänge. In einem ersten Gang sind ein Ringrad des Getriebes und ein

Kupplungskörper, der am Gehäuse ausgebildet ist, miteinander verbunden und eine Kupplung zwischen dem Ringrad und dem Planetenträger des Getriebes steht geöffnet. In einem zweiten Gang sind das Ringrad und der

Kupplungskörper nicht verbunden, wohingegen die Kupplung geschlossen ist.

Die Schaltung gemäß US 2015/0226297 Al ist relativ aufwendig. Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Mehrgang- Planetengetriebe vorgeschlagen, wobei das Mehrgang- Planetengetriebe eine Antriebswelle mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad und eine Abtriebswelle mit einem Planetenradträger mit mindestens einem Planetenrad aufweist. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind mittels einer Kupplung miteinander verbindbar oder voneinander trennbar. Das Mehrgang- Planetengetriebe weist einen Freilauf auf, über den eine

Schaltung unter Last zwischen einer ersten Übersetzung i_l und einer zweiten Übersetzung i_2 mittels einer Kupplung erfolgt. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mehrgang- Planetengetriebe benötigt zur Verwirklichung einer Lastschaltung zwischen zwei Gängen lediglich eine Kupplung. Im Gegensatz zu der Lösung gemäß des Standes der Technik werden bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mehrgang- Planetengetriebe nicht eine Kupplung und eine Rastvorrichtung geschaltet werden um den Gang zu wechseln, sondern aufgrund des Freilaufes ist die Betätigung einer einzigen Kupplung ausreichend. Dies reduziert den Aufwand für die Schaltungsfunktion, was zu einer

Gewichtsreduktion des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mehrgang- Planetengetriebes sowie zu einer Vereinfachung der Komplexität und einer Kosteneinsparung durch die Verwendung des Freilaufs führt.

In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mehrgang- Planetengetriebes ist dem Freilauf eine Klauenkupplung zugeordnet, die imstande ist, den Freilauf zu blockieren. Insbesondere wird der Freilauf bei Realisierung des ersten Ganges mit einem ersten Übersetzungsverhältnis i_l gegen ein Gehäuse des Mehrgang- Planetengetriebes blockiert, wobei die Kupplung offensteht. Die erste Übersetzung i_l ist gegeben durch die Beziehung i_l = 1— (z_H/z_S), wobei z_H die Zähnezahl des Hohlrades und z_S die Zähnezahl des Sonnenrades bezeichnet.

Soll in den zweiten Gang des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mehrgang- Planetengetriebes geschaltet werden mit einer zweiten Übersetzung i_2, so ist die Kupplung geschlossen und der Freilauf freigegeben. Die zweite Übersetzung ist gegeben durch i_2 = 1, was bedeutet, dass alle Zentralräder, also Hohlrad, Sonnenrad und Planetenradträger sich gleich schnell drehen und keine

Drehzahldifferenz auftritt.

Neben dem ersten Gang und dem zweiten Gang kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mehrgang- Planetengetriebe auch in einen Rückwärtsgang geschaltet werden. Dazu kann beispielsweise bei einem Fahrzeug mit einer E-Maschine diese rückwärts angetrieben werden, wobei die Kupplung offensteht und der Freilauf durch eine diesem zugeordnete Rastvorrichtung gesperrt ist.

Darüber hinaus kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mehrgang- Planetengetriebe auch in eine Parksperrenfunktion geschaltet werden. Dazu wird die Kupplung geschlossen, ferner wird der Freilauf durch eine Rastvorrichtung gesperrt.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mehrgang- Planetengetriebes umfasst die Kupplung einen ersten Kupplungsteil und einen zweiten Kupplungsteil. In einer ersten Ausführungsvariante ist das erste

Kupplungsteil auf der Antriebswelle aufgenommen, wohingegen das zweite Kupplungsteil an einer Stegwelle des Planetenrades aufgenommen ist. In einer zweiten Ausführungsvariante der Kupplung ist das erste Kupplungsteil ebenfalls auf der Antriebswelle aufgenommen, wohingegen das zweite Kupplungsteil auf der Abtriebswelle aufgenommen ist.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mehrgang- Planetengetriebe kann in achsparalleler Anordnung in Bezug auf die Fahrzeugachse angeordnet werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mehrgang- Planetengetriebe kann über ein oder mehrere Stirnradstufen ein Differentialgetriebe antreiben. In einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit kann das Mehrgang- Planetengetriebe in die Fahrzeugachse integriert sein und Kegelräder eines direkt angetriebenen Differentialgetriebes antreiben.

Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf die Verwendung des Mehrgang- Planetengetriebes an einer Fahrzeugachse eines mindestens eine E-Maschine aufweisenden Fahrzeugs. Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mehrgang- Planetengetriebe zeichnet sich durch eine relativ einfache Schaltbarkeit auf, mit welcher sowohl ein erstes Übersetzungsverhältnis als auch ein zweites Übersetzungsverhältnis

abtriebsseitig realisiert werden kann. Des Weiteren kann durch das

erfindungsgemäß vorgeschlagene einfach unter Last zu schaltende Mehrgang- Planetengetriebe ein Rückwärtsgang realisiert werden, ebenso eine

Parksperrenfunktion. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mehrgang- Planetengetriebe zeichnet sich des Weiteren durch eine Gewichtsreduktion aus, ferner ist durch den Einsatz des Freilaufes die Komplexität wesentlich vereinfacht und es lässt sich eine Kosteneinsparung erzielen. Dadurch, dass dem Freilauf eine Sperre zugeordnet ist, kann dieser gegenüber dem Gehäuse arretiert werden, was eine Rückwärtsfahrt durch eine Rückwärtsrotation der mindestens einen elektrischen Maschine ermöglicht. Die mindestens eine elektrische

Maschine in zwei Richtungen rotieren zu lassen, stellt ebenfalls keinen großen Aufwand dar.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mehrgang- Planetengetriebe weist in seiner Ausgestaltung als Planetengetriebe die höchste Leistungsdichte aller Getriebe auf, ist lastschaltbar, ohne dass eine Zugkraftunterbrechung auftritt und so ein Freilauf und eine kraftschlüssige Lamellenkupplung in vorteilhafter Weise eingesetzt werden können. Insbesondere ist hervorzuheben, dass der Freilauf sehr einfach regelbar ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender

beschrieben.

Es zeigt:

Figur 1 das zwischen An- und Abtriebswelle aufgenommene Mehrgang- Planetengetriebe in schematischer Darstellung Figur 2.1

und 2.2 Ausgestaltungsmöglichkeiten der Kupplung

Figur 3 dem erfindungsgemäß vorgeschlagene Mehrgang- Planetengetriebe zugeordnete Stirnradstufen zum Antrieb eines Differentialgetriebes und

Figur 4 die Anordnung des Mehrgang- Planetengetriebes in eine

Fahrzeugachse integriert.

Ausführungsvarianten

Der Darstellung gemäß Figur 1 zeigt ein Mehrgang- Planetengetriebe 10, welches zwischen einer Antriebswelle 12 und einer Abtriebswelle 14 aufgenommen ist.

Das Mehrgang- Planetengetriebe 10 ist in einem Gehäuse 16 aufgenommen. Auf der Antriebswelle 12 befindet sich ein Sonnenrad 18 sowie ein erster

Kupplungsteil 22 einer Kupplung 20. Das Sonnenrad 18 kämmt mit mindestens einem Planetenrad 30, welches eine Stegwelle 32 umfasst und in einem Hohlrad 19 umläuft. Die Stegwelle 32 ist einerseits mit der Abtriebswelle 14 verbunden und weist andererseits ein zweites Kupplungsteil 24 der Kupplung 20 auf. Das mindestens eine Planetenrad 30 kämmt mit einem Freilauf 26, dem eine beispielsweise als Klauenkupplung beschaffene Rastvorrichtung 28 zugeordnet ist. Das mindestens eine Planetenrad 30 kann als einfaches, doppeltes oder gestuftes Planetenrad ausgeführt sein.

In den Darstellungen gemäß der Figuren 2.1 und 2.2 sind Ausführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mehrgang- Planetengetriebes 10 dargestellt.

Aus der Darstellung gemäß Figur 2.1 geht hervor, dass die Kupplung 20 das erste Kupplungsteil 22 umfasst, welches an der Antriebswelle 12 aufgenommen ist. Das erste Kupplungsteil 22 der Kupplung 20 wirkt mit dem zweiten

Kupplungsteil 24 zusammen, welches in der Ausführungsvariante gemäß Figur 2.1 analog zur Darstellung in Figur 1 an der Stegwelle 32 des mindestens einen Planetenrades 30 befindet. Das auf der Antriebswelle 12 aufgenommene

Sonnenrad 18 kämmt mit dem mindestens einen Planetenrad 30, dem der Freilauf 26 zugeordnet ist, welcher mit der Rastvorrichtung 28 gegen das

Gehäuse 16 blockiert werden kann.

In der in Figur 2.2 dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mehrgang- Planetengetriebes 10 ist eine wellenseitige

Kupplung 34 ausgebildet. In der in Figur 2.2 dargestellten Ausführungsvariante befindet sich das erste Kupplungsteil 22 am Wellenende der Antriebswelle 12. Das zweite Kupplungsteil 24 hingegen ist am Wellenende der Abtriebswelle 14 aufgenommen. Das auf der Antriebswelle 12 aufgenommene Sonnenrad 18 kämmt in der Ausführungsvariante des Mehrgang- Planetengetriebes 10 nach Figur 2.2 mit dem mindestens einen Planetenrad 30, dem analog zu den vorstehenden Ausführungsvarianten der Freilauf 26 zugeordnet ist, der mittels der Rastvorrichtung 28 gegen das Gehäuse 16 blockierbar ist. Die an dem mindestens einen Planetenrad 30 aufgenommene Stegwelle 32 ist mit der Abtriebswelle 14 verbunden. Die Funktionsweise des in den Figuren 1, 2.1 und 2.2 dargestellten erfindungsgemäßen Mehrgang- Planetengetriebes stellt sich wie folgt dar:

Ein erster Gang in einer Übersetzung i_l = 1— (z_H/z_S) lässt sich dadurch realisieren, dass die Kupplung 20 geöffnet ist und der Freilauf 26 durch die Rastvorrichtung 28 gegen das Gehäuse 16 des Mehrgang- Planetengetriebes 10 blockiert ist. z_H bezeichnet die Zähnezahl des Hohlrades 19, z_S die Zähnezahl des Sonnenrades 18 des Mehrgang- Planetengetriebes.

Ein zweiter Gang mit einer Übersetzung i_2 = 1 wird dadurch realisiert, dass die Kupplung 20 geschlossen wird und der Freilauf 26 freigegeben ist. In diesem Falle rotieren alle Zentralräder des Mehrgang- Planetengetriebes 10 gleich schnell, ohne dass eine Drehzahldifferenz auftritt.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene, unter Last schaltbare Mehrgang- Planetengetriebe 10, kann darüber hinaus auch im Rückwärtsgang betrieben werden. Dazu dreht beispielsweise bei einem Fahrzeug mit mindestens einer E- Maschine 40 diese rückwärts, die Kupplung 20 steht geöffnet und der Freilauf 26 wird durch die Aktivierung der Rastvorrichtung 28 gegen das Gehäuse 16 blockiert. Aufgrund der rückwärtsrotierenden mindestens einen E-Maschine 40 lässt sich in dieser Schaltstellung der Komponenten ein Rückwärtsgang realisieren, wobei ein Übersetzungsverhältnis i_R = 1 - (z_H/z_S) realisiert ist, analog zum ersten Gang in Vorwärtsrichtung.

Dies entspricht der Übersetzung i_l im ersten Gang jedoch als Rückwärtsgang aufgrund der entgegengesetzt rotierenden mindestens einen E-Maschine 40.

Darüber hinaus kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Mehrgang- Planetengetriebe 10 eine Parksperrenfunktion dadurch realisiert werden, dass die Kupplung 20 geschlossen steht und dass der Freilauf 26 über die

Rastvorrichtung 28 blockiert ist. In diesem Falle ist das Getriebe blockiert, eine Rotation von Antriebswelle 12 und Abtriebswelle 14 ist nicht möglich, da gehemmt.

Der Darstellung gemäß Figur 3 ist zu entnehmen, dass das Mehrgang- Planetengetriebe 10 in einer achsparallelen Anordnung 46 in Bezug auf eine Fahrzeugachse 58 angeordnet ist. Über die mindestens eine E-Maschine 40 wird eine erste Stirnradstufe 42 angetrieben, welche ihrerseits die Antriebswelle 12 des Mehrgang- Planetengetriebes 10 antreibt. Auf dieser sind das erste

Kupplungsteil 22 sowie das Sonnenrad 18 angeordnet. Das Sonnenrad 18 kämmt mit dem mindestens einen Planetenrad 30, dem der Freilauf 26 zugeordnet ist, der über die Rastvorrichtung 28 gegen das Gehäuse 16 des Mehrgang- Planetengetriebes 10 blockiert werden kann. Das mindestens eine Planetenrad 30 weist eine Stegwelle 32 auf, die einerseits mit der Abtriebswelle 14 des Mehrgang- Planetengetriebes 10 verbunden ist und andererseits das zweite Kupplungsteil 24 der Kupplung 20 aufnimmt. Die Abtriebswelle 14 ist über eine weitere zweite Stirnradstufe 44 mit einem Differentialgetriebe 48 verbunden. Dieses weist ein erstes Kegelrad 50, ein zweites Kegelrad 52, ein drittes

Kegelrad 54 sowie ein viertes Kegelrad 56 auf. Über das Differentialgetriebe 48 wiederum werden ein erster Achsteil 60 und ein zweiter Achsteil 62 der

Fahrzeugachse 58 angetrieben, an der sich das erste Rad 64 bzw. das zweite Rad 66 befindet. Figur 4 zeigt eine Integration des erfindungsgemäß vorgeschlagenen

lastschaltbaren Mehrgang- Planetengetriebes 10 in eine Fahrzeugachse 58 integriert. Wie aus Figur 4 hervorgeht, befindet sich die E-Maschine 40 koaxial zur Fahrzeugachse 58. Die E-Maschine 40 umfasst einen Stator 70 sowie einen Rotor 68. Der Rotor 68 ist mit der Antriebswelle 12 des Mehrgang- Planetengetriebes 10 verbunden. Dieses befindet sich in Koaxialanordnung 74 zu dem ersten und zweiten Achsteil 60 bzw. 62 der Fahrzeugachse 58. Das in Figur 4 gestrichelt angedeutete Mehrgang- Planetengetriebe 10 ist analog zu den in den Figuren 1, 2.1 und 2.2 dargestellten Mehrgang- Planetengetrieben 10 aufgebaut. Wie aus der Darstellung gemäß Figur 4 hervorgeht, umfasst das Mehrgang- Planetengetriebe 10 zwei Planetenräder 30, die mit dem Sonnenrad 18, das auf der Antriebswelle 12 aufgenommen ist, kämmen. Einem jeden der in Figur 4 dargestellten Planetenräder 30 des Mehrgang- Planetengetriebes 10 ist jeweils ein Freilauf 26 zugeordnet, der jeweils über eine separate

Rastvorrichtung 28 gegen das Gehäuse 16 des Mehrgang- Planetengetriebes 10 blockiert werden kann. In der Darstellung des Mehrgang- Planetengetriebes 10 gemäß Figur 4 sind die Kupplungen 20 derart ausgebildet, dass sich die ersten Kupplungsteile 22 am Umfang der Antriebswelle 12 befinden, vergleiche auch Darstellung des Mehrgang- Planetengetriebes gemäß Figur 2.1.

Figur 4 zeigt, dass in dieser Ausführungsvariante die Stegwellen 32 der

Planetenräder 30 als Direktantrieb für ein direkt angetriebenes

Differentialgetriebe 72 wirken. In der in Figur 4 dargestellten Ausführungsvariante fallen die Stegwelle 32 und die Abtriebswelle 14, wie sie in den Figuren 1, 2.1 und 2.2 am Mehrgang- Planetengetriebe 10 dargestellt ist, als ein Bauteil zusammen. Über das direkt angetriebene Differentialgetriebe 72, wie es in Figur 4 dargestellt ist, werden jeweils der erste Achsteil 60 und somit das erste Rad 64 sowie über den zweiten Achsteil 62 das zweite Rad 66 angetrieben. Aus der in Figur 4 dargestellten Anordnung ergibt sich, dass die E-Maschine 40, das Mehrgang- Planetengetriebe 10 sowie das direkt angetriebene Differentialgetriebe 72 eine Baugruppe darstellen, eine sogenannte E-Achse.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das direkt angetriebene

Differentialgetriebe 72 analog zum in Figur 3 dargestellten Differentialgetriebe, das über die Stirnradstufen42, 44 angetrieben wird, das erste Kegelrad 50, das zweite Kegelrad 52 sowie das dritte Kegelrad 54 und das vierte Kegelrad 56 umfasst. Abtriebsseitig werden durch das direkt angetriebene Differentialgetriebe 72 über das zweite Kegelrad 52 der erste Achsteil 60 und über das vierte Kegelrad 56 der zweite Achsteil 62 angetrieben.

Das vorstehend beschriebene Mehrgang- Planetengetriebe 10 ist zwar als Minusgetriebe dargestellt, kann aber alle Formen einfacher Planetengetriebe gemäß VDI 2157 2012-10, so zum Beispiel Plusgetriebe, Minusgetriebe oder Minusgetriebe mit Stufenplaneten.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.