DE102011102749B4 - Gear arrangement for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend- ein Gehäuse (4),- eine elektrische Maschine (12) mit einem gehäusefesten Stator (14) und einem relativ zu dem Stator (14) drehbar gelagerten Rotor (16) sowie- eine Getriebeeinrichtung mit einem ersten stirnverzahnten Planetengetriebe (18), welches mittels seiner Eingangswelle (22) mit dem Rotor (16) und mittels seiner Ausgangswelle (26) mit einer ersten Achsflanschwelle (30) verbunden ist, und einem zweiten stirnverzahnten Planetengetriebe (20), welches mittels seiner Eingangswelle (34; 38) mit einer Koppelwelle (28) des ersten Planetengetriebes (18) und mittels seiner Ausgangswelle (34; 38) mit einer zweiten Achsflanschwelle (40) verbunden ist,wobei das erste Planetengetriebe (18) ein seine Eingangswelle bildendes, koaxial zu dem Rotor (16) angeordnetes und mit diesem verbundenes, erstes Sonnenrad (22), ein seine Koppelwelle bildendes Hohlrad (28) und einen seine Ausgangswelle bildenden, koaxial zu dem Rotor (16) sowie koaxial zu der ersten Achsflanschwelle (30) angeordneten und mit dieser verbundenen Steg (26), welcher einen einfachen Satz drehbar gelagerter erster Planetenräder (24) trägt, die einerseits mit dem ersten Sonnenrad (22) und andererseits mit dem ersten Hohlrad (28) kämmen, aufweist und wobei das zweite Planetengetriebe (20) ein zweites Sonnenrad (38) und einen gehäusefesten, zweiten Steg (37), welcher einen einfachen Satz drehbar gelagerter zweiter Planetenräder (36; 36') trägt, die mit dem zweiten Sonnenrad (38) kämmen, aufweist, wobei das zweite Planetengetriebe (20) als einfaches Minus-Planetengetriebe mit einem zweiten Hohlrad (34) ausgebildet ist, dessen zweite Planetenräder (36, 36') zusätzlich mit dem zweiten Hohlrad (34) kämmen, dadurch gekennzeichnet,dass das zweite Hohlrad (34) die Eingangswelle des zweiten Planetengetriebes (20) bildet und das zweite Sonnenrad (38) die Ausgangswelle des zweiten Planetengetriebes (20) bildet.Transmission arrangement for a motor vehicle, comprising - a housing (4), - an electrical machine (12) with a stator (14) fixed to the housing and a rotor (16) rotatably mounted relative to the stator (14) and - a transmission device with a first face-toothed Planetary gear (18), which is connected to the rotor (16) by means of its input shaft (22) and to a first flange shaft (30) by means of its output shaft (26), and a second face-toothed planetary gear (20), which is connected by means of its input shaft (34 ; 38) is connected to a coupling shaft (28) of the first planetary gear (18) and by means of its output shaft (34; 38) to a second axle flange shaft (40), the first planetary gear (18) forming its input shaft coaxial with the rotor (16) arranged and connected to the first sun gear (22), a ring gear (28) forming its coupling shaft and a first sun gear (28) forming its output shaft, coaxial to the rotor (16) and coaxial to the first axle flange shaft (30) arranged and connected to this web (26), which carries a simple set of rotatably mounted first planetary gears (24) which mesh on the one hand with the first sun gear (22) and on the other hand with the first ring gear (28) and wherein the second planetary gear (20) has a second sun gear (38) and a housing-fixed, second web (37), which is a simple set of rotatably mounted second planetary gears (36; 36 ') which mesh with the second sun gear (38), wherein the second planetary gear (20) is designed as a simple minus planetary gear with a second ring gear (34), the second planet gears (36, 36') also with mesh with the second ring gear (34), characterized in that the second ring gear (34) forms the input shaft of the second planetary gear (20) and the second sun gear (38) forms the output shaft of the second planetary gear (20).

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend

  • - ein Gehäuse,
  • - eine elektrische Maschine mit einem gehäusefesten Stator und einem relativ zu dem Stator drehbar gelagerten Rotor sowie
  • - eine Getriebeeinrichtung mit einem ersten stirnverzahnten Planetengetriebe, welches mittels seiner Eingangswelle mit dem Rotor und mittels seiner Ausgangswelle mit einer ersten Achsflanschwelle verbunden ist, und einem zweiten stirnverzahnten Planetengetriebe, welches mittels seiner Eingangswelle mit einer Koppelwelle des ersten Planetengetriebes und mittels seiner Ausgangswelle mit einer zweiten Achsflanschwelle verbunden ist,
wobei das erste Planetengetriebe ein seine Eingangswelle bildendes, koaxial zu dem Rotor angeordnetes und mit diesem verbundenes, erstes Sonnenrad, ein seine Koppelwelle bildendes Hohlrad und einen seine Ausgangswelle bildenden, koaxial zu dem Rotor sowie koaxial zu der ersten Achsflanschwelle angeordneten und mit dieser verbundenen Steg, welcher einen einfachen Satz drehbar gelagerter erster Planetenräder trägt, die einerseits mit dem ersten Sonnenrad und andererseits mit dem ersten Hohlrad kämmen, aufweist
und wobei das zweite Planetengetriebe ein zweites Sonnenrad und einen gehäusefesten, zweiten Steg, welcher einen einfachen Satz drehbar gelagerter zweiter Planetenräder trägt, die mit dem zweiten Sonnenrad kämmen, aufweist.The invention relates to a transmission arrangement for a motor vehicle, comprising
  • - a housing,
  • - An electrical machine with a stator fixed to the housing and a rotor rotatably mounted relative to the stator and
  • - A gear device with a first spur-toothed planetary gear, which is connected by means of its input shaft to the rotor and by means of its output shaft to a first axial flange shaft, and a second spur-toothed planetary gear, which by means of its input shaft with a coupling shaft of the first planetary gear and by means of its output shaft with a second Axle flange shaft is connected,
the first planetary gear having a first sun gear forming its input shaft, arranged coaxially to the rotor and connected to it, a ring gear forming its coupling shaft and a web forming its output shaft, arranged coaxially with the rotor and coaxially with the first flange shaft and connected to it, which carries a simple set of rotatably mounted first planetary gears which mesh on the one hand with the first sun gear and on the other hand with the first ring gear
and wherein the second planetary gear set has a second sun gear and a second web fixed to the housing, which carries a simple set of rotatably mounted second planet gears which mesh with the second sun gear.

Stand der TechnikState of the art

Eine derartige Achsantriebsvorrichtung ist bekannt aus der DE 10 2007 055 883 A1 .Such an axle drive device is known from DE 10 2007 055 883 A1 .

Dort ist ein elektrischer Achsantrieb offenbart, bei dem die elektrische Maschine koaxial zur angetriebenen Achse angeordnet ist. Zur Verteilung des Drehmomentes auf die Räder der angetriebenen Achse ist eine zweikomponentige Getriebeeinrichtung vorgesehen. Eine erste, hier nachfolgend als Überlagerungsgetriebe bezeichnete Komponente ist als ein einfaches Planetengetriebe in Stirnradbauweise gestaltet. Sein Sonnenrad dient als Eingangswelle und ist als Hohlwelle ausgebildet und mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden. Sein Steg, der einen einfachen, nicht gestuften Planetensatz trägt, dient als Ausgangswelle und ist mit der ersten Achsflanschwelle verbunden, welche die Sonnenrad-Hohlwelle sowie die elektrische Maschine koaxial durchsetzt. Sein Hohlrad dient als Koppelwelle zur Kopplung des Überlagerungsgetriebes mit der zweiten Komponente der Getriebeeinrichtung, die hier nachfolgend als Vorstufe bezeichnet werden soll.There, an electric axle drive is disclosed in which the electric machine is arranged coaxially to the driven axle. A two-component gear unit is provided to distribute the torque to the wheels of the driven axle. A first component, hereinafter referred to as a superposition gear, is designed as a simple planetary gear in spur gear design. Its sun gear serves as an input shaft and is designed as a hollow shaft and connected to the rotor of the electrical machine. Its web, which carries a simple, non-stepped planetary gear set, serves as an output shaft and is connected to the first flange shaft, which coaxially penetrates the hollow sun gear shaft and the electrical machine. Its ring gear serves as a coupling shaft for coupling the superposition gear with the second component of the gear device, which will be referred to as the preliminary stage in the following.

Die Vorstufe ist bei der bekannten Ausführungsform recht komplex ausgestaltet und umfasst insbesondere eine Schaltvorrichtung, mit welcher je nach Schaltstellung einer von zwei Wegen ausgewählt werden kann, über die das an der Hohlwelle des Überlagerungsgetriebes anliegende Drehmoment auf die zweite Achsflanschwelle geleitet werden kann. In einer dieser Schaltstellungen nimmt die Vorstufe die Form eines Plusplanetensatzes mit zwei Sonnen, einem gehäusefesten Steg und Stufenplaneten an. Das erste Sonnenrad, welches mit dem Axialabschnitt größeren Durchmessers der Stufenplaneten kämmt, dient als Eingangswelle der Vorstufe und ist mit der Koppelwelle, d.h. mit dem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes verbunden. Das zweite Sonnenrad, welches mit dem Axialabschnitt kleineren Durchmessers der Stufenplaneten kämmt, dient als Ausgangswelle der Vorstufe und ist mit der zweiten Achsflanschwelle verbunden. In dieser Schaltstellung wird das Moment der elektrischen Maschine zu gleichen Beträgen, jedoch mit unterschiedlichen Vorzeichen auf die beiden Achsflanschwellen verteilt. In dieser Schaltstellung wirkt die Gesamtanordnung somit nicht als Antrieb; der Antrieb des Kraftfahrzeuges muss vielmehr auf anderem Wege, beispielsweise mittels einer Brennkraftmaschine, die an einer zweiten angetriebenen Welle ansetzt, erreicht werden. Die Vorrichtung dient vielmehr zur fahrsituationsspezifischen Verteilung des Drehmomentes auf die beiden Achsflanschwellen zur Stabilisierung der Fahrt, beispielsweise in Kurven, sowie zur Erhöhung der Fahrdynamik. Man spricht von sogenanntem Torque-Vectoring.In the known embodiment, the preliminary stage is quite complex and in particular includes a switching device with which, depending on the switching position, one of two ways can be selected via which the torque applied to the hollow shaft of the superposition gear can be transmitted to the second flange shaft. In one of these switching positions, the preliminary stage takes the form of a set of plus planets with two suns, a bridge fixed to the housing and step planets. The first sun gear, which meshes with the axial section of larger diameter of the stepped planetary, serves as the input shaft of the preliminary stage and is connected to the coupling shaft, i.e. connected to the ring gear of the superposition gear. The second sun gear, which meshes with the axial section of the smaller diameter of the stepped planet, serves as the output shaft of the preliminary stage and is connected to the second axle flange shaft. In this switching position, the torque of the electrical machine is distributed to the two axle flange shafts in the same amounts, but with different signs. In this switching position, the overall arrangement does not act as a drive; the drive of the motor vehicle must rather be achieved in another way, for example by means of an internal combustion engine that attaches to a second driven shaft. Rather, the device serves for the driving situation-specific distribution of the torque to the two axle flange shafts to stabilize the journey, for example in curves, and to increase the driving dynamics. One speaks of so-called torque vectoring.

In einer zweiten Schaltstellung der Vorstufe, in der die bekannte Vorrichtung als echter Antrieb fungiert, wird die Vorstufe um einen zusätzlichen Planetensatz erweitert, sodass die auf die Achsflanschwellen verteilten Momente das gleiche Vorzeichen erhalten. Die Vorstufe ist in dieser Schaltstellung als ein Minus-Doppelplanetenradsatz mit zwei Sonnen, gehäusefestem Steg und Stufenplaneten ausgebildet.
Aufgrund der vielen Zahneingriffe ist der Wirkungsgrad der Vorstufe in der Antriebs-Schaltstellung nicht optimal. Eine Übertragung dieser Konfiguration auf eine reine Achsantriebsvorrichtung, d.h. ohne Umschaltmöglichkeit zum Torque-Vectoring, kommt aus diesem Grund sowie aufgrund des großen Bauraumbedarfs nicht in Frage. Eine Übertragung der Torque-Vectoring-Schaltstellung auf eine reine Achsantriebsvorrichtung kommt aufgrund der unterschiedlichen Vorzeichen der auf die beiden Achsflanschwellen geleiteten Momente nicht in Frage.In a second switching position of the preliminary stage, in which the known device functions as a real drive, the preliminary stage is expanded by an additional planetary gear set so that the torques distributed over the axle flange shafts have the same sign. In this switching position, the preliminary stage is designed as a minus double planetary gear set with two suns, a bridge fixed to the housing and stepped planets.
Due to the large number of gear meshes, the efficiency of the preliminary stage in the drive switch position is not optimal. A transfer of this configuration to a pure axle drive device, ie without the option to switch to torque vectoring, is out of the question for this reason and because of the large amount of space required. A transfer of the torque vectoring switch position to a pure axle drive device is out of the question because of the different signs of the torques transmitted to the two axle flange shafts.

Weiterhin ist aus der US 5 845 732 A eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt.Furthermore, from the U.S. 5,845,732 A a generic drive device with the features of the preamble of claim 1 is known.

AufgabenstellungTask

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Getriebeanordnung derart weiterzubilden, dass sie einen Achsantrieb mit verbessertem Wirkungsgrad und reduziertem Bauraumbedarf darstellt.It is the object of the present invention to develop a generic transmission arrangement in such a way that it represents an axle drive with improved efficiency and reduced installation space requirements.

Darlegung der ErfindungStatement of the invention

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das zweite Hohlrad die Eingangswelle des zweiten Planetengetriebes bildet und das zweite Sonnenrad die Ausgangswelle des zweiten Planetengetriebes bildet.This object is achieved in connection with the features of the preamble of claim 1 in that the second ring gear forms the input shaft of the second planetary gear and the second sun gear forms the output shaft of the second planetary gear.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Preferred embodiments and developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Es ist die Grundidee der vorliegenden Erfindung, die im Stand der Technik sehr komplexe Vorstufe radikal zu entschlacken und auf das funktionale Minimum zu reduzieren, welches erforderlich ist, um die in dem Überlagerungsgetriebe erfolgende, ungleiche Verteilung des Drehmomentes der elektrischen Maschine auf die erste Achsflanschwelle und die Koppelwelle aufzuheben, dabei die Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit anzupassen und zugleich eine Achsübersetzung zu realisieren, die die koaxiale Anordnung der elektrischen Maschine weiterhin möglich macht, sodass letztere nicht in bauraumungünstiger, achsparalleler Anordnung über eine den Wirkungsgrad mindernde, zusätzliche Stirnradstufe angekoppelt werden muss. Hierzu wird die Vorstufe als einfaches Planetengetriebe mit Sonne, planetentragendem Steg und Hohlrad und mit negativer Standübersetzung ausgebildet. Als Standübersetzung wird hier, wie allgemein üblich, das Verhältnis zwischen den Drehzahlen der Zentralwellen, d.h. Sonnenrad und Hohlrad, in dem Planetengetriebe bei stillstehendem Steg verstanden. Im Rahmen der Erfindung entspricht diese Standübersetzung aufgrund des gehäusefesten Steges stets der tatsächlichen Übersetzung. Ein negatives Vorzeichen der Standübersetzung drückt umgekehrte Drehrichtungen der Zentralwellen aus.It is the basic idea of the present invention to radically purify the preliminary stage, which is very complex in the prior art, and to reduce it to the functional minimum that is necessary to prevent the uneven distribution of the torque of the electrical machine to the first flange shaft and the superposition gear canceling the coupling shaft, thereby adapting the direction of rotation and the rotational speed and at the same time realizing an axle ratio that still makes the coaxial arrangement of the electrical machine possible so that the latter does not have to be coupled in an axially parallel arrangement that is less favorable in terms of installation space via an additional spur gear stage that reduces the efficiency. For this purpose, the preliminary stage is designed as a simple planetary gear with sun, planet-bearing web and ring gear and with a negative stationary transmission. As is generally the case, the stationary transmission is the ratio between the speeds of the central shafts, i.e. Sun gear and ring gear, understood in the planetary gear with a stationary web. In the context of the invention, this stationary translation always corresponds to the actual translation due to the web fixed to the housing. A negative sign of the stationary translation expresses reverse directions of rotation of the central shafts.

Als Auslegungsbeispiel zur Erläuterung der Funktion der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung sei eine elektrische Maschine mit einem Ausgangs-Drehmoment von 100 Nm angenommen. Die Standübersetzung des als einfaches Minus-Planetengetriebe ausgebildeten Überlagerungsgetriebes sei als i12=-4 angenommen. Es lässt sich mathematisch zeigen, dass daraus ein Drehmoment am Steg des Überlagerungsgetriebes resultiert, welches dem fünffachen des Momentes der elektrischen Maschine entspricht und diesem entgegengerichtet ist, wohingegen ein Drehmoment am Hohlrad des Überlagerungsgetriebes resultiert, welches dem vierfachen des Momentes der elektrischen Maschine entspricht und zu diesem gleichgerichtet ist. Um für die Gesamtgetriebeanordnung die für einen Achsantrieb erforderliche gleiche Momentenverteilung und gleiche Drehrichtungen zu erreichen, wäre die Vorstufe mit einer Standübersetzung von ivs=-1,25 auszulegen. Bei dieser Auslegung würde also das E-Maschinen-Drehmoment von 100 Nm auf 500 Nm für jede Achsflanschwelle hochtransformiert, wobei die Drehzahl der elektrischen Maschine dem zehnfachen der Achsdrehzahl entspräche. Die Vorrichtung wirkt somit als „wälzendes Differential“, welches die zur Ankopplung eines im Vergleich zu den Rädern eines Kraftfahrzeugs schnell drehenden, aber momentenschwachen Elektromotors notwendige Achsübersetzung auch ohne zusätzliche Stirnradstufe realisiert. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das obige Auslegungsbeispiel beschränkt. Der Fachmann kann unter Verwendung der allgemein bekannten Gleichungen zur Berechnung von Getrieben auf die Anforderungen des jeweiligen Einzelfalls zugeschnittene Auslegungen vornehmen.An electrical machine with an output torque of 100 Nm is assumed as a design example to explain the function of the gear arrangement according to the invention. The stationary translation of the superposition gear, which is designed as a simple minus planetary gear, is assumed to be i 12 = -4. It can be shown mathematically that this results in a torque at the web of the superposition gear which corresponds to five times the torque of the electric machine and is opposite to this, whereas a torque at the ring gear of the superposition gear results which corresponds to four times the torque of the electric machine and is too this is aligned. In order to achieve the same torque distribution and the same directions of rotation required for an axle drive for the overall gear arrangement, the preliminary stage would have to be designed with a stationary gear ratio of ivs = -1.25. With this design, the electric machine torque would be stepped up from 100 Nm to 500 Nm for each axle flange shaft, whereby the speed of the electric machine would correspond to ten times the axle speed. The device thus acts as a “rolling differential”, which realizes the axle ratio required for coupling an electric motor that rotates quickly compared to the wheels of a motor vehicle, but has a low torque, even without an additional spur gear stage. Of course, the invention is not limited to the above design example. A person skilled in the art can use the generally known equations for calculating gearboxes to make designs tailored to the requirements of the individual case.

Die Erfindung lässt sich grundsätzlich durch eine Vielzahl unterschiedlicher Konstruktionen umsetzen. Bei einer besonders bevorzugten Bauform ist vorgesehen, dass das zweite Hohlrad die Eingangswelle des zweiten Planetengetriebes bildet und das zweite Sonnenrad die Ausgangswelle des zweiten Planetengetriebes bildet. Mit anderen Worten ist bei dieser Ausführungsform das (einzige) Sonnenrad der Vorstufe mit der zweiten Achsflanschwelle und das Hohlrad der Vorstufe mit dem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes verbunden. Letztere, das heißt, das erste und das zweite Hohlrad können bei einer bevorzugten Weiterbildung als ein gemeinsames Bauteil, vorzugsweise mit gleicher Zähnezahl für jedes funktionale Hohlrad, ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung optimiert den axialen Bauraum der Gesamtvorrichtung.The invention can in principle be implemented by a large number of different constructions. In a particularly preferred design, it is provided that the second ring gear forms the input shaft of the second planetary gear and the second sun gear forms the output shaft of the second planetary gear. In other words, in this embodiment the (only) sun gear of the preliminary stage is connected to the second flange shaft and the ring gear of the preliminary stage is connected to the ring gear of the superposition gear. The latter, that is, the first and the second ring gear, can be designed as a common component in a preferred development, preferably with the same number of teeth for each functional ring gear. This configuration optimizes the axial installation space of the overall device.

Um unter Optimierung des radialen Bauraums die erforderliche Übersetzung der Vorstufe zu realisieren, ist bei einer Weiterbildung der oben beschriebenen Bauform vorgesehen, dass die zweiten Planetenräder, das heißt, die Planetenräder der Vorstufe, als Stufenplaneten mit einem ersten Axialabschnitt größeren Umfangs und mit einem zweiten Axialabschnitt kleineren Umfangs ausgebildet sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die zweiten Planetenräder über ihre ersten Axialabschnitte mit dem zweiten Hohlrad und über ihre zweiten Axialabschnitte mit dem zweiten Sonnenrad kämmen. Dies bedeutet, dass die Planetenräder mit ihrem Axialabschnitt größeren Umfangs mit dem Hohlrad und mit ihrem Axialabschnitt kleineren Umfangs mit dem Sonnenrad der Vorstufe kämmen. Besonders bevorzugt ist dabei, dass die Zähnezahl der ersten Planetenräder mit der Zähnezahl der ersten Axialabschnitte der zweiten Planetenräder übereinstimmt.In order to achieve the required translation of the preliminary stage while optimizing the radial installation space, a further development of the design described above provides that the second planetary gears, that is, the planetary gears of the preliminary stage, are stepped planets with a first axial section of larger circumference and with a second axial section are formed smaller in scope. In particular, it can be provided that the second planet gears mesh with the second ring gear via their first axial sections and with the second sun gear via their second axial sections. This means that the planet gears with their Axial section of larger circumference mesh with the ring gear and with its axial section of smaller circumference with the sun gear of the preliminary stage. It is particularly preferred that the number of teeth of the first planetary gears corresponds to the number of teeth of the first axial sections of the second planetary gears.

Bei einer nicht erfindungsgemäßen Bauformvariante ist vorgesehen, dass das zweite Sonnenrad die Eingangswelle des zweiten Planetengetriebes bildet und das zweite Hohlrad die Ausgangswelle des zweiten Planetengetriebes bildet. Dies bedeutet, dass das Sonnenrad der Vorstufe mit der Koppelwelle, das heißt, dem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes verbunden ist und dass das Hohlrad der Vorstufe mit der zweiten Achsflanschwelle verbunden ist. Der grundsätzliche Aufbau der Vorstufe entspricht somit dem grundsätzlichen Aufbau des Überlagerungsgetriebes. Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Bauform ist daher vorgesehen, dass das erste und das zweite Planetengetriebe, d.h. das Überlagerungsgetriebe und die Vorstufe baugleich ausgebildet sind. Dies hat fertigungstechnische Vorteile, da die Anzahl der verwendbaren Gleichteile in beiden Planetengetrieben maximiert wird. Bei identischer Ausgestaltung beider Planetengetriebe lässt sich nur eine einzige Achsübersetzung, nämlich etwa i=5,24 realisieren. Dies kann erreicht werden, indem, wie bevorzugt vorgesehen, die Standübersetzungen des ersten und des zweiten Planetengetriebes i12=iVS=1,62±0,02, wobei die Toleranz angegeben ist, um in der Praxis auftretende Verluste zu kompensieren. Man erkennt, dass im Vergleich zu dem oben ausgeführten Auslegungsbeispiel bei der hier beschriebenen Bauform eine deutliche geringer Achsübersetzung realisiert wird. Die hier beschriebene Bauform eignet sich daher insbesondere für Fälle, in denen die elektrische Maschine ihre maximale Leistung bei vergleichsweise niedrigen Drehzahlen liefern kann.In a design variant not according to the invention, it is provided that the second sun gear forms the input shaft of the second planetary gear and the second ring gear forms the output shaft of the second planetary gear. This means that the sun gear of the preliminary stage is connected to the coupling shaft, that is, the ring gear of the superposition gear, and that the ring gear of the preliminary stage is connected to the second flange shaft. The basic structure of the preliminary stage thus corresponds to the basic structure of the superposition gear. In a preferred development of this design, it is therefore provided that the first and the second planetary gear, ie the superposition gear and the preliminary stage, are of identical design. This has advantages in terms of production technology, since the number of identical parts that can be used in both planetary gears is maximized. With an identical design of both planetary gears, only a single axle ratio, namely approximately i = 5.24, can be implemented. This can be achieved by, as is preferably provided, the stationary gear ratios of the first and second planetary gears i 12 = i VS = 1.62 ± 0.02, the tolerance being specified in order to compensate for losses that occur in practice. It can be seen that in comparison to the design example set out above, the design described here has a significantly lower axle ratio. The design described here is therefore particularly suitable for cases in which the electrical machine can deliver its maximum output at comparatively low speeds.

Im Hinblick auf den axialen Bauraum lässt sich die Erfindung dadurch optimieren, dass das erste und das zweite Planetengetriebe in axialer Nachbarschaft gemeinsam im Innenraum des Rotors der vorzugsweise als Innenläufer ausgebildeten elektrischen Maschine angeordnet werden.With regard to the axial installation space, the invention can be optimized in that the first and the second planetary gear are arranged in axial proximity together in the interior of the rotor of the electrical machine, which is preferably designed as an internal rotor.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung sowie den Zeichnungen.Further features and advantages of the invention emerge from the following specific description and the drawings.

FigurenlisteFigure list

Es zeigen:

  • 1: eine schematische Darstellung einer ersten Bauform der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung,
  • 2: eine teilweise geschnittene, perspektivische Darstellung der Bauform von 1,
  • 3: eine schematische Darstellung einer nichterfindungsgemäßen Bauform der Getriebeanordnung,
  • 4: eine teilweise geschnittene, perspektivische Darstellung der Bauform von 3.
Show it:
  • 1 : a schematic representation of a first design of the transmission arrangement according to the invention,
  • 2 : a partially sectioned, perspective view of the design of 1 ,
  • 3 : a schematic representation of a design of the gear assembly not in accordance with the invention,
  • 4th : a partially sectioned, perspective view of the design of 3 .

Ausführliche Beschreibung bevorzugter AusführungsformDetailed description of preferred embodiment

Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.Identical reference symbols in the drawings indicate identical or analogous elements.

Die 1 und 2 zeigen, jeweils in unterschiedlicher Darstellung, eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung 10. Die Getriebeanordnung 10 zeigt eine (in 2 nicht dargestellte) elektrische Maschine 12 mit einem Stator 14 und einem Rotor 16. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die elektrische Maschine 12 in herkömmlicher Weise als Innenläufermaschine ausgestaltet. Weiter umfasst die Getriebeanordnung 10 ein erstes Planetengetriebe 18 sowie ein zweites Planetengetriebe 20. Das erste Planetengetriebe 18 wird hier auch als Überlagerungsgetriebe bezeichnet. Das zweite Planetengetriebe 20 wird hier auch als Vorstufe bezeichnet. Der Rotor 16 der elektrischen Maschine 12 ist mit dem Sonnenrad 22 des Überlagerungsgetriebes 18 verbunden. Das Sonnenrad 22 kämmt mit einem Satz Planetenräder 24, die drehbar auf einem Steg 26 gelagert sind. Außerdem kämmen die Planetenräder 24 mit einem Hohlrad 28. Der Steg 26 ist mit einer ersten, bei der dargestellten Ausführungsform rechten Achsflanschwelle 30 verbunden, welche das in der Darstellung rechte Rad 32 der angetriebenen Achse des nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs trägt. Man erkennt, dass die rechte Achsflanschwelle 30 das als Hohlwelle ausgebildete Sonnenrad 22 sowie die elektrische Maschine 12 koaxial durchsetzt.The 1 and 2 show, each in a different representation, a first preferred embodiment of the transmission arrangement according to the invention 10 . The gear arrangement 10 shows a (in 2 not shown) electrical machine 12 with a stator 14th and a rotor 16 . In the illustrated embodiment, the electrical machine is 12 designed in a conventional manner as an internal rotor machine. The gear assembly also includes 10 a first planetary gear 18th and a second planetary gear 20th . The first planetary gear 18th is also referred to here as a superposition gear. The second planetary gear 20th is also referred to here as a preliminary stage. The rotor 16 the electric machine 12 is with the sun gear 22nd of the superposition gear 18th connected. The sun gear 22nd meshes with a set of planet gears 24 that rotates on a jetty 26th are stored. In addition, the planet gears mesh 24 with a ring gear 28 . The bridge 26th is with a first axle flange shaft on the right in the illustrated embodiment 30th connected, which is the right wheel in the illustration 32 the driven axle of the motor vehicle, not shown, carries. You can see that the right axle flange shaft 30th the sun gear designed as a hollow shaft 22nd as well as the electric machine 12 coaxially interspersed.

Die Vorstufe 20 umfasst ein Hohlrad 34, welches mit dem Hohlrad 28 des Überlagerungsgetriebes 18 als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet und mit gleicher Zähnezahl ausgestattet ist. Mit diesem Hohlrad 34 kämmt ein erster Axialabschnitt 36a größeren Durchmessers eines Satzes Stufenplaneten 36, die axial benachbart zu dem ersten Axialabschnitt 36a einen zweiten Axialabschnitt 36b aufweisen, der einen geringeren Durchmesser hat. Mit diesem Axialabschnitt 36b geringeren Durchmessers kämmen die Stufenplaneten 36 mit einem Sonnenrad 38, welches mit einer zweiten, in der Figur linken Achsflanschwelle 40 verbunden ist, die das zweite Rad 42 der angetriebenen Welle des Kraftfahrzeugs trägt. In 2 ist das in 1 nicht im Detail dargestellte Getriebegehäuse 44 erkennbar, an dessen in 2 rechts dargestelltem Flansch die elektrische Maschine angeflanscht werden kann.The preliminary stage 20th includes a ring gear 34 , which with the ring gear 28 of the superposition gear 18th designed as a common component and equipped with the same number of teeth. With this ring gear 34 a first axial section meshes 36a larger diameter of a set of stepped planets 36 that are axially adjacent to the first axial section 36a a second axial section 36b have, which has a smaller diameter. With this axial section 36b the stepped planets comb the smaller diameter 36 with a sun gear 38 , which with a second axle flange shaft on the left in the figure 40 connected to the second wheel 42 the driven shaft of the motor vehicle carries. In 2 is that in 1 gear housing not shown in detail 44 recognizable by its in 2 The electrical machine can be flanged to the flange shown on the right.

Das Überlagerungsgetriebe 18 ist als Minusgetriebe ausgeführt, d.h. bei stillstehendem Steg 26 sind die Drehrichtungen von Sonne 22 und Hohlrad 28 einander entgegengerichtet. Das Hohlrad 28 des Überlagerungsgetriebes 18 treibt den gestuften Planeten 36 der Vorstufe 20 an. Die Vorstufe 20 kann mit drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Stufenplaneten 36 ausgeführt werden, wobei der Steg 37 der Vorstufe 20 gehäusefest ist. Über das Sonnenrad 38 der Vorstufe 20 wird die Achsflanschwelle 40 und somit das linke Rad 42 angetrieben.The superposition gear 18th is designed as a minus gear, ie with a stationary web 26th are the directions of rotation of the sun 22nd and ring gear 28 facing each other. The ring gear 28 of the superposition gear 18th drives the tiered planet 36 the prepress 20th at. The preliminary stage 20th can with three step planets evenly distributed over the circumference 36 be executed with the web 37 the prepress 20th is fixed to the housing. About the sun gear 38 the prepress 20th becomes the axle flange shaft 40 and thus the left wheel 42 driven.

Die gesamte Getriebeanordnung 10 besitzt lediglich einen umlaufenden Steg 26. Die Welle mit dem höchsten Drehmoment in jedem Teilgetriebe, d.h. der Steg 26 im Überlagerungsgetriebe 18 und das Sonnenrad 38 in der Vorstufe 20, sind jeweils trieblich mit der zugeordneten Achsflanschwelle 30 bzw. 40 verbunden. Dies bedeutet, dass es in der gesamten Getriebeanordnung 10 keine Welle gibt, die ein Drehmoment oberhalb des Radmomentes führen müsste. Zudem werden die beiden Teilgetriebe 18, 20 jeweils nur mit dem halben von der elektrischen Maschine aufgebrachten Achsmoment belastet. Entsprechend weniger robust müssen die einzelnen Elemente ausgelegt werden, was zu einer deutlichen Gewichtseinsparung beiträgt.The entire gear assembly 10 has only one circumferential bar 26th . The shaft with the highest torque in each sub-transmission, ie the web 26th in the superposition gear 18th and the sun gear 38 in prepress 20th , are each driven with the associated axle flange shaft 30th or. 40 connected. This means that it is in the entire gear assembly 10 there is no shaft that would have to produce a torque above the wheel torque. In addition, the two partial transmissions 18th , 20th each loaded with only half the axial torque applied by the electrical machine. The individual elements have to be designed accordingly less robust, which contributes to a significant weight saving.

Die in 2 darstellte, spezielle Konstruktion stellt eine sehr kompakte Bauweise dar, weil insgesamt nur drei Zahneingriffsebenen in axialer Richtung realisiert sind. Die Zusammenfassung der funktionalen Hohlräder 28 und 34 zu einem gemeinsamen Bauteil, das sowohl als Hohlrad 28 des Überlagerungsgetriebes 18 als auch als Hohlrad 34 der Vorstufe 20 dient, stellt einen weiteren Fortschritt im Hinblick auf eine axial kompakte Bauweise dar. Die Führung des Hohlrades 28/34 kann über die Verzahnung erfolgen, sodass keine eigene Hohlrad-Lagerung erforderlich ist.In the 2 The special construction shown is a very compact design, because a total of only three tooth engagement planes are implemented in the axial direction. The summary of the functional ring gears 28 and 34 to a common component, both as a ring gear 28 of the superposition gear 18th as well as a ring gear 34 the prepress 20th serves, represents a further advance in terms of an axially compact design. The guidance of the ring gear 28/34 can be done via the toothing, so that no internal ring gear storage is required.

Bei der dargestellten Ausführungsform laufen die Planeten 24 im Überlagerungsgetriebe 18 axialkraftfrei. Die Schrägungswinkel der Verzahnungen der gestuften Planeten 36 der Vorstufe 20 können so gewählt werden, dass dort ebenfalls keine Axialkraft abgestützt werden muss.In the embodiment shown, the planets are running 24 in the superposition gear 18th axial force free. The helix angles of the teeth of the stepped planets 36 the prepress 20th can be selected so that no axial force has to be supported there either.

Die 3 und 4 zeigen, jeweils in unterschiedlicher Darstellung, eine nichterfindungsgemäßen Bauform der Getriebeanordnung 10. Die Getriebekomponenten der Anordnung 10 sind bei dieser Bauform im Innenraum des Rotors 16 der elektrischen Maschine 12 angeordnet. Der Stator 14 der elektrischen Maschine 12, die in Innenläuferform ausgebildet ist, ist fest mit dem Gehäuse 44 verbunden. Auch die in den 3 und 4 dargestellte Bauform weist ein Überlagerungsgetriebe 18 und eine Vorstufe 20 auf. Das Überlagerungsgetriebe 18 ist gemäß demselben Prinzip aufgebaut, wie das Überlagerungsgetriebe 18 der 1 und 2. Zu seiner Erläuterung soll daher auf das oben gesagte verwiesen werden.The 3 and 4th show, each in a different representation, a non-inventive design of the gear assembly 10 . The gear components of the arrangement 10 are in this design in the interior of the rotor 16 the electric machine 12 arranged. The stator 14th the electric machine 12 , which is designed in the form of an internal rotor, is fixed to the housing 44 connected. Even those in the 3 and 4th The design shown has a superposition gear 18th and a preliminary stage 20th on. The superposition gear 18th is constructed according to the same principle as the superposition gear 18th the 1 and 2 . For its explanation, reference should therefore be made to what has been said above.

Die Bauform der 3 und 4 unterscheidet sich jedoch von der Bauform der 1 und 2 in der Ausgestaltung der Vorstufe 20 sowie in der Kopplung der Vorstufe 20 mit dem Überlagerungsgetriebe 18. Bei der Bauform der 3 und 4 ist das Hohlrad 28 des Überlagerungsgetriebes 18 mit dem Sonnenrad 38 der Vorstufe 20 verbunden. Die Planeten 36 der Vorstufe 20, die auf dem gehäusefesten Steg 37 gelagert sind, sind als einfache, nicht gestufte Planeten ausgebildet. Sie kämmen sowohl mit dem Sonnenrad 38 als auch mit dem Hohlrad 34, das bei dieser Bauform als separates und vom Hohlrad 28 des Überlagerungsgetriebes verschiedenes Hohlrad ausgebildet ist. Das Hohlrad 34 ist mit der linken Achsflanschwelle 40 verbunden, die das linke Rad 42 trägt.The design of the 3 and 4th however differs from the design of the 1 and 2 in the design of the preliminary stage 20th as well as in the coupling of the prepress 20th with the superposition gear 18th . The design of the 3 and 4th is the ring gear 28 of the superposition gear 18th with the sun gear 38 the prepress 20th connected. The planets 36 the prepress 20th on the bridge that is fixed to the housing 37 are stored, are designed as simple, non-stepped planets. They both mesh with the sun gear 38 as well as with the ring gear 34 , which in this design as a separate and from the ring gear 28 of the superposition gear different ring gear is formed. The ring gear 34 is with the left axle flange shaft 40 connected to the left wheel 42 wearing.

Bei den in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen sind die einzelnen Teilgetriebe, das heißt, das Überlagerungsgetriebe 18 und die Vorstufe 20 bauidentisch ausgebildet. Es sind somit zwei identische Getriebeteile verbaut, wobei sich über die Skalierungseffekte deutliche Kostenvorteile erschließen lassen. Aus dem Aufbau der Getriebeanordnung 10 aus zwei identischen Teilgetrieben 18, 20 ergibt sich, dass ausschließlich eine Achsübersetzung von etwa 5,2 möglich ist, was mit Teilgetrieben einer Standübersetzung von etwa 1,6 erreichbar ist. Wie auch bei der Bauform der 1 und 2 läuft in der gesamten Getriebeanordnung 10 nur ein einziger Steg 26 um.In the 3 and 4th The embodiments shown are the individual partial transmissions, that is, the superimposed transmission 18th and the prepress 20th designed identically. There are thus two identical gearbox parts installed, whereby the scaling effects allow significant cost advantages. From the structure of the gear assembly 10 from two identical partial transmissions 18th , 20th it results that only an axle ratio of about 5.2 is possible, which can be achieved with partial transmissions of about 1.6. As with the design of the 1 and 2 runs in the entire gear arrangement 10 only one bridge 26th around.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
GetriebeanordnungGear arrangement
1212
elektrische Maschineelectric machine
1414th
Stator von 12 Stator of 12
1616
Rotor von 12 Rotor from 12
1818th
erstes Planetengetriebe/Überlagerungsgetriebefirst planetary gear / superposition gear
2020th
zweites Planetengetriebe/Vorstufesecond planetary gear / preliminary stage
2222nd
Sonnenrad/Eingangswelle von 18 Sun gear / input shaft from 18th
2424
Planetenrad von 18 Planet gear from 18th
2626th
Steg/Ausgangswelle von 18 Web / output shaft from 18th
2828
Hohlrad/Koppelwelle von 18 Ring gear / coupling shaft from 18th
3030th
erste (rechte) Achsflanschwellefirst (right) axle flange shaft
3232
erstes (rechtes) Antriebsradfirst (right) drive wheel
3434
Hohlrad von 20 Ring gear from 20th
3636
Planet von 20/StufenplanetPlanet of 20 / step planet
36a36a
erster Axialabschnitt von 36 first axial section of 36
36b36b
zweiter Axialabschnitt von 36 second axial section of 36
36'36 '
Planet von 20/ungestufter PlanetPlanet of 20 / ungraded planet
3737
Steg von 20 Bridge from 20th
3838
Sonnenrad von 20 Sun gear from 20th
4040
zweite (linke) Achsflanschwellesecond (left) axle flange shaft
4242
zweites (linkes) Antriebsradsecond (left) drive wheel
4444
Gehäusecasing

Claims (6)

Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend - ein Gehäuse (4), - eine elektrische Maschine (12) mit einem gehäusefesten Stator (14) und einem relativ zu dem Stator (14) drehbar gelagerten Rotor (16) sowie - eine Getriebeeinrichtung mit einem ersten stirnverzahnten Planetengetriebe (18), welches mittels seiner Eingangswelle (22) mit dem Rotor (16) und mittels seiner Ausgangswelle (26) mit einer ersten Achsflanschwelle (30) verbunden ist, und einem zweiten stirnverzahnten Planetengetriebe (20), welches mittels seiner Eingangswelle (34; 38) mit einer Koppelwelle (28) des ersten Planetengetriebes (18) und mittels seiner Ausgangswelle (34; 38) mit einer zweiten Achsflanschwelle (40) verbunden ist, wobei das erste Planetengetriebe (18) ein seine Eingangswelle bildendes, koaxial zu dem Rotor (16) angeordnetes und mit diesem verbundenes, erstes Sonnenrad (22), ein seine Koppelwelle bildendes Hohlrad (28) und einen seine Ausgangswelle bildenden, koaxial zu dem Rotor (16) sowie koaxial zu der ersten Achsflanschwelle (30) angeordneten und mit dieser verbundenen Steg (26), welcher einen einfachen Satz drehbar gelagerter erster Planetenräder (24) trägt, die einerseits mit dem ersten Sonnenrad (22) und andererseits mit dem ersten Hohlrad (28) kämmen, aufweist und wobei das zweite Planetengetriebe (20) ein zweites Sonnenrad (38) und einen gehäusefesten, zweiten Steg (37), welcher einen einfachen Satz drehbar gelagerter zweiter Planetenräder (36; 36') trägt, die mit dem zweiten Sonnenrad (38) kämmen, aufweist, wobei das zweite Planetengetriebe (20) als einfaches Minus-Planetengetriebe mit einem zweiten Hohlrad (34) ausgebildet ist, dessen zweite Planetenräder (36, 36') zusätzlich mit dem zweiten Hohlrad (34) kämmen, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlrad (34) die Eingangswelle des zweiten Planetengetriebes (20) bildet und das zweite Sonnenrad (38) die Ausgangswelle des zweiten Planetengetriebes (20) bildet.Transmission arrangement for a motor vehicle, comprising - a housing (4), - an electrical machine (12) with a stator (14) fixed to the housing and a rotor (16) rotatably mounted relative to the stator (14) and - a transmission device with a first face-toothed Planetary gear (18), which is connected to the rotor (16) by means of its input shaft (22) and to a first flange shaft (30) by means of its output shaft (26), and a second face-toothed planetary gear (20), which is connected by means of its input shaft (34 ; 38) is connected to a coupling shaft (28) of the first planetary gear (18) and by means of its output shaft (34; 38) to a second axle flange shaft (40), the first planetary gear (18) forming its input shaft coaxial with the rotor (16) arranged and connected to this, a first sun gear (22), a ring gear (28) forming its coupling shaft and a ring gear (28) forming its output shaft, coaxial with the rotor (16) and coaxial with it the first flange shaft (30) arranged and connected to this web (26), which carries a simple set of rotatably mounted first planetary gears (24) which mesh on the one hand with the first sun gear (22) and on the other hand with the first ring gear (28) and wherein the second planetary gear (20) has a second sun gear (38) and a second web (37) fixed to the housing, which is a simple set of rotatably mounted second planetary gears (36; 36 ') which mesh with the second sun gear (38), wherein the second planetary gear (20) is designed as a simple minus planetary gear with a second ring gear (34), the second planet gears (36, 36') also with mesh with the second ring gear (34), characterized in that the second ring gear (34) forms the input shaft of the second planetary gear (20) and the second sun gear (38) forms the output shaft of the second planetary gear (20). Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Hohlrad (28, 34) als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sind.Gear arrangement according to Claim 1 , characterized in that the first and the second ring gear (28, 34) are designed as a common component. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Planetenräder (36) als Stufenplaneten mit einem ersten Axialabschnitt (36a) größeren Umgangs und mit einem zweiten Axialabschnitt (36b) kleineren Umfangs ausgebildet sind.Gear arrangement according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the second planet gears (36) are designed as stepped planets with a first axial section (36a) of larger circumference and with a second axial section (36b) of smaller circumference. Getriebeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Planetenräder (36) über ihre ersten Axialabschnitte (36a) mit dem zweiten Hohlrad (34) und über ihre zweiten Axialabschnitte (36b) mit dem zweiten Sonnenrad (38) kämmen.Gear arrangement according to Claim 3 , characterized in that the second planet gears (36) mesh with the second ring gear (34) via their first axial sections (36a) and with the second sun gear (38) via their second axial sections (36b). Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähnezahl der ersten Planetenräder (24) mit der Zähnezahl der ersten Axialabschnitte (36a) der zweiten Planetenräder (36) übereinstimmt.Gear arrangement according to one of the Claims 3 or 4th , characterized in that the number of teeth of the first planetary gears (24) corresponds to the number of teeth of the first axial sections (36a) of the second planetary gears (36). Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Planetengetriebe (18, 20) in axialer Nachbarschaft zueinander gemeinsam im Innenraum des Rotors (16) der elektrischen Maschine (12) angeordnet sind.Gear arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second planetary gear (18, 20) are arranged in axial proximity to one another together in the interior of the rotor (16) of the electrical machine (12).
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