DE102019204234A1 - Transmission device for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung (G) umfassend einen ersten Planetenradsatz (P1) und einen zweiten Planetenradsatz (P2), wobei die Planetenradsätze (P1, P2) jeweils mehrere Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32) umfassen, sowie eine erste Anschlusswelle (1) und eine zweite Anschlusswelle (2). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass- das erste Anschlusselement (1) in Verbindung mit dem ersten Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (1) steht,- das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist,- das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest verbunden ist,- das zweite Anschlusselement (2) in Verbindung mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) steht,- das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) an dem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist.The invention relates to a transmission device (G) comprising a first planetary gear set (P1) and a second planetary gear set (P2), the planetary gear sets (P1, P2) each comprising several elements (E11, E21, E31, E12, E22, E32), as well as a first connection shaft (1) and a second connection shaft (2). The invention is characterized in that - the first connection element (1) is connected to the first element (E11) of the first planetary gear set (1), - the second element (E21) of the first planetary gear set (P1) on a non-rotatable component ( GG), - the third element (E31) of the first planetary gear set (P1) is non-rotatably connected to the first element (E12) of the second planetary gear set (P2), - the second connection element (2) in connection with the second element (E22 ) of the second planetary gear set (P2), - the third element (E32) of the second planetary gear set (P2) is fixed on the non-rotatable component (GG).
Description
Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a transmission device according to the preamble of
Aus dem Stand der Technik sind Getriebevorrichtungen wie Hochtreiberstufen oder Reduzierstufen in der Bauart konventioneller Minus-Planetengetriebe bekannt, welche die Übersetzung einer der Getriebevorrichtung vorgeschalteten oder nachgeschalteten Elektromaschine verändern.From the prior art, transmission devices such as high driver stages or reduction stages of the type of conventional minus planetary gear are known, which change the translation of an electric machine upstream or downstream of the transmission device.
So ist z.B. aus der
Die als eine Hochtreiberstufe/Reduzierstufe vorliegende Getriebevorichtung kann beliebig oft in Reihe geschaltet werden, um die Übersetzung weiter zu erhöhen. The transmission device, which is present as a high driver stage / reduction stage, can be connected in series as often as required in order to further increase the translation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Getriebevorrichtung bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an alternative transmission device.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Die Aufgabe wird zudem gelöst durch einen Stellantrieb nach Anspruch 7, durch einen Kraftfahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 8 sowie durch ein Windkraftgetriebe nach Anspruch 9.The object is achieved by a transmission device having the features of
Die Erfindung geht demnach aus von einer Getriebevorrichtung umfassend einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz, wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente umfassen, sowie ein erstes Anschlusselement und ein zweites Anschlusselement.The invention is therefore based on a transmission device comprising a first planetary gear set and a second planetary gear set, the planetary gear sets each comprising a plurality of elements, as well as a first connection element and a second connection element.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass das erste Anschlusselement mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes in Verbindung steht und das zweite Element des ersten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauelement festgesetzt ist. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ist mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Das zweite Anschlusselement hingegen ist mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung. Das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ist hingegen an dem drehfesten Bauelement festgesetzt ist.The invention now includes the technical teaching that the first connection element is connected to the first element of the first planetary gear set and the second element of the first planetary gear set is fixed on a rotationally fixed component. The third element of the first planetary gear set is non-rotatably connected to the first element of the second planetary gear set. The second connection element, on the other hand, is connected to the second element of the second planetary gear set. The third element of the second planetary gear set, however, is fixed to the non-rotatable component.
Die Planetenradsätze liegen bevorzugt jeweils als Minus-Planetensatz vor, wobei es sich bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen Planetensteg und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Hohlrad handelt. Ein Minus-Planetensatz setzt sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus den Elementen Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad zusammen, wobei der Planetensteg mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen. Der erste und zweite Planetenradsatz bilden zusammen eine erste Übersetzungsstufe.The planetary gear sets are preferably each in the form of a minus planetary gear set, the first element of the respective planetary gear set being a sun gear, the second element of the respective planetary gear set being a planetary web and the third element of the respective planetary gear set being a ring gear. A minus planetary set is made up of the elements sun gear, planetary carrier and ring gear in a manner known in principle to the person skilled in the art, the planetary carrier rotating at least one, but preferably several, planetary gears, each of which is rotatably supported with both the sun and the Comb surrounding ring gear. The first and second planetary gear sets together form a first gear ratio.
Das jeweilige Anschlusselement kann bspw. als eine Anschlusswelle vorliegen.The respective connection element can be present, for example, as a connection shaft.
Ein Festsetzen erfolgt insbesondere durch drehfestes Verbinden mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes, bei welchem es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handelt, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement. Ist ein Element festgesetzt, so ist es an einer Drehbewegung gehindert.It is fixed in particular by a non-rotatable connection with a non-rotatable component of the transmission, which is preferably a permanently stationary component, preferably a housing of the transmission, a part of such a housing or a component connected to it in a rotationally fixed manner. If an element is locked, it is prevented from rotating.
Die Getriebevorrichtung ist insbesondere als Übersetzungsstufe zur Übersetzung einer im Kraftfluss vorgeschalteten (motorischer Betrieb der Elektromaschine) und/oder nachgeschalteten Elektromaschine (generatorischer Betrieb der Elektromaschine) geeignet. Je nach Betriebsart, erfolgt mittels der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung also eine Übersetzung der Drehzahl ins Langsame oder ins Schnelle.The transmission device is suitable in particular as a transmission stage for the transmission of an upstream electrical machine (motor operation of the electrical machine) and / or downstream electrical machine (generator operation of the electrical machine) in the power flow. Depending on the operating mode, the transmission device according to the invention is used to translate the speed into slow or fast.
Die Erfindung ermöglicht bei Beibehalten desselben Bauraums eine größere Übersetzung bspw. der vorgeschalteten oder nachgeschalteten Elektromaschine. Anders ausgedrückt lässt sich bei Beibehalten der Übersetzung radial kompakter bauen.The invention enables a larger gear ratio, for example of the upstream or downstream electrical machine, while maintaining the same installation space. In other words, it is possible to build more compact radially while maintaining the translation.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Planetenradsatz radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Anders ausgedrückt sind die zwei Planetenradsätze verschachtelt angeordnet und bilden eine gemeinsame Radsatzebene. So lässt sich eine Radsatzebene einsparen.In a preferred embodiment of the invention, the second planetary gear set is arranged radially outside the first planetary gear set. In other words, the two planetary gear sets are nested and form a common gear set plane. In this way, one wheel set level can be saved.
Bevorzugt ist zudem eine Getriebevorrichtung, wobei das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes integral ausgeführt sind. D.h., das dritte Element und das erste Element bilden ein gemeinsames Bauteil, was den Fertigungsaufwand reduziert.A transmission device is also preferred, the third element of the first planetary gear set and the first element of the second planetary gear set being designed integrally. This means that the third element and the first element form a common component, which reduces the manufacturing effort.
Besonders bevorzugt ist zudem eine Getriebevorrichtung bei welcher mehrere erste und zweite Planetenradsatze in Reihe geschaltet sind. Bei einer Reihenschaltung wird zumindest eine zweite Übersetzungsstufe mit der ersten Übersetzungsstufe verbunden, sodass die Übersetzung noch weiter erhöht werden kann. So ist insbesondere eine Getriebevorrichtung mit zwei, drei oder auch vier in Reihe geschalteter erster und zweiter Planetenradsätze bevorzugt. Anders ausgedrückt ist eine Getriebevorrichtung mit einer zweiten, dritten oder vierten Übersetzungsstufe bevorzugt.In addition, a transmission device in which a plurality of first and second planetary gear sets are connected in series is particularly preferred. In the case of a series connection, at least a second gear stage is connected to the first gear stage so that the gear ratio can be increased even further. In particular, a transmission device with two, three or even four first and second planetary gear sets connected in series is preferred. In other words, a transmission device with a second, third or fourth gear ratio is preferred.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die zumindest zweite Übersetzungsstufe dabei stets einen Satz aus einem ersten und zweiten Planetenradsatz umfasst, wie vorstehend beschrieben.At this point, it should be noted that the at least second gear ratio always includes a set of a first and a second planetary gear set, as described above.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, wenn an einem der Anschlusselemente ein Rotor einer Elektromaschine angebunden ist.In a further embodiment of the invention, it is preferred if a rotor of an electric machine is connected to one of the connection elements.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das erste Anschlusselement mit einem Rotor einer Elektromaschine in Verbindung steht, wobei der Rotor ausgebildet ist, das erste Anschlusselement anzutreiben (motorischer Betrieb). So wirken die Planetenradsätze als Übersetzung für bspw. ein der Getriebevorrichtung im Kraftfluss nachgeschaltetes weiteres Getriebe eines Kraftfahrzeugs, bei welchem die Drehzahl der Elektromaschine verringert wird. Dies ermöglicht bspw. einem Elektrosystem oder einem Hybridsystem eines Kraftfahrzeugs im weiteren Verlauf schon bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten hohe Raddrehmomente und trägt zur Erschließung besserer Wirkungsgradbereiche bei.It is particularly preferred if the first connection element is connected to a rotor of an electric machine, the rotor being designed to drive the first connection element (motor operation). The planetary gear sets thus act as a transmission for, for example, a further transmission of a motor vehicle, which is connected downstream of the transmission device in the power flow and in which the speed of the electric machine is reduced. This enables, for example, an electrical system or a hybrid system of a motor vehicle in the further course to have high wheel torques even at low vehicle speeds and contributes to opening up better efficiency ranges.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das erste Anschlusselement mit einem Rotor einer Elektromaschine in Verbindung steht, wobei das erste Anschlusselement ausgebildet ist, den Rotor der Elektromaschine anzutreiben. So wirken die Planetenradsätze als Übersetzung für eine nachgeschaltete Elektromaschine. Diese Variante ist insbesondere bei Windkraftanlagen bevorzugt, da dort die Elektromaschine in der Form eines Generators am Abtrieb der Getriebevorrichtung angebunden ist. In diesem Fall wird der Antrieb für die Getriebevorrichtung von einem Hauptrotor der Windkraftanlage bereitgestellt.In addition, it is preferred if the first connection element is connected to a rotor of an electrical machine, the first connection element being designed to drive the rotor of the electrical machine. The planetary gear sets act as a transmission for a downstream electric machine. This variant is particularly preferred in wind power plants, since there the electric machine is connected in the form of a generator to the output of the transmission device. In this case, the drive for the gear device is provided by a main rotor of the wind turbine.
An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass die mit der Getriebevorrichtung gekoppelten Elektromaschine sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden kann. So kann bei Windkraftanlagen der Generator im Motorbetrieb als Anlaufhilfe verwendet werden. Bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden die Elektromotoren auf Generatorbetrieb umgestellt, um Bremsvorgänge mit Energiegewinnung zu verbinden.At this point it should be pointed out again that the electric machine coupled to the transmission device can be operated both as a motor and as a generator. In wind power plants, the generator can be used as a start-up aid when the motor is running. In hybrid and electric vehicles, the electric motors are switched to generator operation in order to combine braking with energy generation.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Stellantrieb mit einer Getriebevorrichtung gelöst, wie sie vorstehend beschrieben wurde.According to a further aspect of the invention, the object is achieved by an actuator with a transmission device as described above.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Kraftfahrzeugantriebsstrang für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer Getriebevorrichtung gelöst, wie sie vorstehend beschrieben wurde.According to a further aspect of the invention, the object is achieved by a motor vehicle drive train for an electric or hybrid vehicle with a transmission device as described above.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch Windkraftgetriebe mit einer Getriebevorrichtung gelöst, wie sie vorstehend beschrieben wurde.According to a further aspect of the invention, the object is achieved by wind power transmissions with a transmission device as described above.
Unter der „Verbindung“ des Rotors der Elektromaschine mit dem ersten bzw. dem zweiten Anschlusselement der Getriebevorrichtung ist im Sinne der Erfindung eine derartige Verbindung zu verstehen, dass zwischen dem Rotor der Elektromaschine und dem jeweiligen Anschlusselement eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit vorherrscht.The “connection” of the rotor of the electric machine to the first or the second connection element of the transmission device is to be understood in the sense of the invention as a connection such that a constant speed dependency prevails between the rotor of the electric machine and the respective connection element.
Dass zwei Bauelemente der Getriebevorrichtung „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement der Getriebevorrichtung handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind mit gleichbleibender Drehzahlabhängigkeit miteinander gekoppelt.The fact that two components of the transmission device are “connected” or “coupled” or “are connected to one another” means in the context of the invention a permanent coupling of these components so that they cannot rotate independently of one another. In this respect, no shifting element is provided between these components, which can be elements of the planetary gear sets and / or also shafts and / or a non-rotatable component of the transmission device, but the corresponding components are coupled to one another with constant speed dependency.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.The invention is not restricted to the specified combination of the features of the main claim or the claims dependent thereon. In addition, there are possibilities of combining individual features with one another, also insofar as they emerge from the claims, the following description of preferred embodiments of the invention or directly from the drawings. The reference of the claims to the drawings through the use of reference signs is not intended to limit the scope of protection of the claims.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges; -
2 eine schematische Ansicht eines Windkraftantriebsstranges; -
3 eine schematische Ansicht eine Getriebevorrichtung wie aus dem Stand der Technik bekannt ist; -
4 eine schematische Ansicht einer Getriebevorrichtung, wie sie bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus1 oder beim Windkraftantriebsstrang aus2 zur Anwendung kommen kann; -
5 und6 jeweils eine schematische Ansicht je einer Getriebevorrichtung mit einer Elektromaschine, wie sie bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus1 zur Anwendung kommen kann; und -
7 und8 jeweils eine schematische Ansicht je einer Getriebevorrichtung mit einer Elektromaschine, wie sie bei dem Windkraftantriebsstrang aus2 zur Anwendung kommen kann;
-
1 a schematic view of a motor vehicle drive train; -
2 a schematic view of a wind power drive train; -
3 a schematic view of a transmission device as known from the prior art; -
4th a schematic view of a transmission device as shown in the motorvehicle drive train 1 or with the windpower drive train 2 can be used; -
5 and6th each a schematic view of a transmission device with an electric machine, as shown in the motorvehicle drive train 1 can be used; and -
7th and8th each a schematic view of a transmission device with an electric machine, as shown in the windpower drive train 2 can be used;
Aus
Im vorliegenden Fall liegen also der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz jeweils als Minus-Planetenradsatz vor, dessen jeweiliger Planetensteg zumindest ein Planetenrad drehbar gelagert führt, welches sowohl mit dem jeweiligen radial innen liegenden Sonnenrad, als auch dem jeweiligen radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht.In the present case, the first planetary gear set and the second planetary gear set are each available as a minus planetary gear set, the respective planetary web of which rotatably guides at least one planetary gear, which meshes with the respective radially inner sun gear as well as the respective radially surrounding ring gear.
Das erste Element
Die Hohlräder beider Planetenradsätze
Bei diesem aus dem Stand der Technik bekannten Anwendungsbeispiel wird also das von der Elektromaschine
Aus
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, liegen also der erste Planetenradsatz
Im Unterschied zum Stand der Technik ist nun vorgesehen, dass das zweite Element
Eines der beiden Anschlusselemente
Aus
Die zusätzliche Übersetzungsstufe umfassend den dritten Planetenradsatz
Ein erstes Element
Durch das Vorsehen der zusätzlichen Planetenradsätze
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- GG
- GetriebevorrichtungTransmission device
- GGGG
- Drehfestes Bauelement, GetriebegehäuseNon-rotatable component, gear housing
- P1P1
- Erster PlanetenradsatzFirst planetary gear set
- E11E11
- Erstes Element des ersten PlanetenradsatzesFirst element of the first planetary gear set
- E21E21
- Zweites Element des ersten PlanetenradsatzesSecond element of the first planetary gear set
- E31E31
- Drittes Element des ersten PlanetenradsatzesThird element of the first planetary gear set
- P2P2
- Zweiter PlanetenradsatzSecond planetary gear set
- E12E12
- Erstes Element des zweiten PlanetenradsatzesFirst element of the second planetary gear set
- E22E22
- Zweites Element des zweiten PlanetenradsatzesSecond element of the second planetary gear set
- E32E32
- Drittes Element des zweiten PlanetenradsatzesThird element of the second planetary gear set
- P3P3
- Dritter PlanetenradsatzThird planetary gear set
- E13E13
- Erstes Element des dritten PlanetenradsatzesFirst element of the third planetary gear set
- E23E23
- Zweites Element des dritten PlanetenradsatzesSecond element of the third planetary gear set
- E33E33
- Drittes Element des dritten PlanetenradsatzesThird element of the third planetary gear set
- P4P4
- Vierter PlanetenradsatzFourth planetary gear set
- E14E14
- Erstes Element des vierten PlanetenradsatzesFirst element of the fourth planetary gear set
- E24E24
- Zweites Element des vierten PlanetenradsatzesSecond element of the fourth planetary gear set
- E34E34
- Drittes Element des vierten PlanetenradsatzesThird element of the fourth planetary gear set
- 11
- Erstes Anschlusselement, erste AnschlusswelleFirst connection element, first connection shaft
- 22
- Zweites Anschlusselement, zweite AnschlusswelleSecond connection element, second connection shaft
- 1212th
- gemeinsames Bauteil, gemeinsame Wellecommon component, common shaft
- 3434
- gemeinsames Bauteil, gemeinsame Wellecommon component, common shaft
- 100100
- WindkraftanlageWind turbine
- 101101
- Nabehub
- 102102
- RotorblätterRotor blades
- 103103
- MaschinengondelMachine gondola
- 104104
- Generatorgenerator
- EMEM
- Elektromaschine (Motor/Generator)Electric machine (motor / generator)
- S1S1
- Statorstator
- R1R1
- Rotorrotor
- TSTS
- TorsionsschwingungsdämpferTorsional vibration damper
- AGAG
- DifferentialgetriebeDifferential gear
- DWDW
- AntriebsräderDrive wheels
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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