DE102013225519A1

DE102013225519A1 - Planetenradgetriebe und Antriebseinheit, insbesondere für Elektrofahrzeuge

Info

Publication number: DE102013225519A1
Application number: DE102013225519.5A
Authority: DE
Inventors: Nico Daun; Thomas Prosser
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Planetengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer ein Sonnenrad bildenden Eingangswelle, mit einem Planetenträger, der einen ersten Satz von Planetenrädern und einen zweiten Satz von Planetenrädern trägt, mit einem ersten Hohlrad, das dem ersten Satz von Planetenrädern zugeordnet ist, mit einem zweiten Hohlrad, das dem zweiten Satz von Planetenrädern zugeordnet ist, mit einem ersten Feststellmittel (26), mittels dessen das erste Hohlrad feststellbar ist, und mit einem zweiten Feststellmittel, mittels dessen das zweite Hohlrad) feststellbar ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Antriebseinheit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Planetengetriebe sowie eine Antriebseinheit, insbesondere für Elektrofahrzeuge.
Bei Elektrofahrzeugen werden viele bekannte Komponenten aus Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren übernommen.
Viele Anforderungen an derzeitige Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren werden auch ohne Weiteres z. B. im Rahmen gesetzlicher Anforderungen oder im Rahmen von Lastenheften auf Elektrofahrzeuge übertragen.
So ist beispielsweise bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor und Automatikgetriebe verpflichtend eine Parksperre im Getriebe vorzusehen. Durch die Parksperre soll ein Wegrollen des Fahrzeuges insbesondere beim Parken an großen Steigerungen verhindert werden. Derartige Parksperren weisen hierzu ein Parksperrenrad und einen Aktuator entweder auf der Getriebe-Eingangsseite oder auf dem Abtrieb auf.
Allerdings erfordert eine derartige Parksperre in nicht unerheblichem Umfang Bauraum. Ferner erhöht sie das Gewicht des Fahrzeuges, was ebenfalls bei der Konstruktion von Elektrofahrzeugen unerwünscht ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Planetengetriebe der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass ein Planetengetriebe und eine Antriebseinheit besser für den Einbau in einem Elektrofahrzeug angepasst und darüber hinaus mit weniger Gewicht und einfacher aufgebaut sowie kostengünstiger herzustellen sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Planetengetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach wird ein Planetengetriebe bereitgestellt mit einer ein Sonnenrad bildenden Eingangswelle, mit einem Planetenträger, der einen ersten Satz von Planetenrädern und einen zweiten Satz von Planetenrädern trägt, mit einem ersten Hohlrad, das dem ersten Satz von Planetenrädern zugeordnet ist, mit einem zweiten Hohlrad, das dem zweiten Satz von Planetenrädern zugeordnet ist, mit einem ersten Feststellmittel, mittels dessen das erste Hohlrad feststellbar ist, und mit einem zweiten Feststellmittel, mittels dessen das zweite Hohlrad feststellbar ist.
Das Planetengetriebe ist insbesondere ein Planetengetriebe für ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Planetengetriebe ist aufgrund des einfachen Aufbaus besser für den Einbau in einem Elektrofahrzeug angepasst und darüber hinaus kostengünstiger als bislang bekannte Planetengetriebe für Elektrofahrzeuge herzustellen. Durch den einfacheren Aufbau des Getriebes lässt sich zudem Gewicht einsparen. Über die Fixierung der einzelnen Hohlräder lassen sich sehr einfach verschiedene Schaltstufen realisieren.
Durch den ersten und den zweiten Satz von Planetenrädern wird ein Getriebe mit zwei Gängen bereitgestellt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Schaltstellung vorgesehen ist, in der beide Hohlräder durch die Feststellmittel blockiert sind. Diese Schaltstellung ist die Parkstellung, in der die Parksperre aktiv ist. Durch das Blockieren der beiden Hohlräder ist vorteilhafterweise das Getriebe verspannt und damit auch der Abtrieb blockiert. Ein Wegrollen des Kraftfahrzeuges ist in dieser Stellung nicht möglich.
Vorzugsweise ist mittels des Planetenträgers eine Abtriebswelle antreibbar. Durch einen direkten Antrieb der Antriebswelle durch den Planetenträger kann Gewicht eingespart werden. Außerdem wird weniger Bauraum für das Planetengetriebe benötigt.
Die Eingangswelle kämmt vorzugsweise immer mit den Planetenrädern des ersten Satzes und nie mit denen des zweiten Satzes.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das erste und zweite Feststellmittel in einer gemeinsamen Feststellvorrichtung integriert sind. Durch die Integration mehrerer Funktionen in einem Bauteil wird Bauraum eingespart. Darüber hinaus können die Kosten gesenkt werden.
Insbesondere können das erste und zweite Feststellmittel als gemeinsames Feststellmittel ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste und zweite Feststellmittel als Kippschalter ausgeführt sind. Ein Kippschalter ermöglicht eine einfache und stabile Betätigung der Feststellmittel. Der gemeinsame Kippschalter kann in einer ersten Stellung nur das erste Feststellmittel betätigen und das zweite Feststellmittel in geöffneter Stellung belassen. In einer zweiten Stellung ist nur das zweite Feststellmittel betätigt und das erste Feststellmittel in geöffneter Stellung. In einer dritten Stellung sind beide Festellmittel betätigt, so dass beide Hohlräder blockiert sind.
Weiter kann vorgesehen sein, dass das zweite Hohlrad räumlich im ersten Hohlrad angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine besonders platzsparende Anordnung der beiden Hohlräder. Das Planetengetriebe benötigt so weniger Bauraum.
Zwischen dem ersten Hohlrad und dem zweiten Hohlrad kann ein Wälzlager angeordnet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Wälzläger direkt zwischen den Wandungen der Hohlräder angeordnet sind. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Bauweise.
Außerdem kann das Planetengetriebe einen ersten Gang haben, in dem das erste Feststellmittel das erste Hohlrad feststellt und das zweite Feststellmittel das zweite Hohlrad nicht feststellt.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Planetengetriebe einen zweiten Gang hat, in dem das erste Feststellmittel das erste Hohlrad nicht feststellt und das zweite Feststellmittel das zweite Hohlrad feststellt.
Planetenräder der beiden Sätze sind paarweise antriebsmäßig miteinander gekoppelt.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Antriebseinheit. Eine erfindungsgemäße Antriebseinheit umfasst wenigstens einen Elektromotor und wenigstens ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe, wobei der Elektromotor mit dem Planetengetriebe verbunden ist und das vom Elektromotor bereitgestellte Antriebsdrehmoment an der Eingangswelle anliegt.
Die Antriebseinheit kann derart ausgebildet sein, dass das Planetengetriebe einen Parksperremodus hat, in dem das erste Feststellmittel das erste Hohlrad feststellt und das zweite Feststellmittel das zweite Hohlrad feststellt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die gesamte Antriebseinheit keine als separate Einheit ausgeführte weitere Parksperre aufweist. Die Funktion der Parksperre wird ausschließlich durch die beiden Feststellmittel übernommen. Wenn die beiden Hohlräder durch die Feststellmittel blockiert sind, befindet sich die Antriebseinheit im Parksperre-Modus.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines schematischen Planetengetriebes und eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit;
2 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines schematischen Planetengetriebes und ein Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit; und
3 ein Diagramm mit den Schaltstellungen des Planetengetriebes gemäß 1 und 2.
1 zeigt in schematischer Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 5 mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes 10 eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs auf.
Die Antriebseinheit 5 weist einen Elektromotor 6 mit einem Stator 7 und einem Rotor 8 auf.
Der Rotor 8 ist mit der Eingangswelle 12 des Planetengetriebes 10 verbunden. Die Eingangswelle 12 bildet ein Sonnenrad 14.
Weiter ist im Planetengetriebe 10 ein Planetenträger 16 vorgesehen. Der Planetenträger 16 trägt einen ersten Satz von Planetenrädern 18 und einen zweiten Satz von Planetenrädern 20, die miteinander gekoppelt sind und gleichzeitig drehen. Die Planetenräder 18 haben einen größeren Teilkreis als die ersten Planetenräder 20.
Des Weiteren sind ein erstes Hohlrad 22 und ein zweites Hohlrad 24 vorgesehen, wobei das zweite Hohlrad 24 einen geringeren Teilkreis als das erste Hohlrad aufweist.
Das erste Hohlrad 22 ist dem ersten Satz von Planetenrädern 18 zugeordnet und kämmt mit diesen. Der zweite Satz von Planetenrädern 20 kämmt mit dem zweiten Hohlrad 24 und ist somit diesem zugeordnet.
Darüber hinaus sind zwei Feststellmittel 26 und 28 vorgesehen. Die Feststellmittel 26, 28 können, zum Beispiel wie eine Bremse, an den Hohlrädern 22 bzw. 24 angreifen, um die Hohlräder 22, 24 wahlweise zu blockieren oder sich drehen zu lassen.
Der Planetenträger 16 ist mit einer Abtriebswelle verbunden, die Eingangswelle 12 und die Abtriebswelle 30 sind koaxial. Zur Antriebseinheit 5 gehört weiter ein Differential 32, das mit den Rädern gekoppelt ist. Die Funktionsweise der Antriebseinheit entspricht der des Ausführungsbeispiels nach 2 und wird später noch ausführlicher erläutert.
Mit dem Planetengetriebe lassen sich zwei Gänge realisieren. Im ersten Gang wird über den ersten Satz von Planetenrädern 18 und das feststehende Hohlrad 26 beispielsweise eine Übersetzung im Bereich von ca. 5–7 erreicht. Das Übersetzungsverhältnis im hier gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt i1 = 6,24.
Über den zweiten Satz von Planetenrädern 20 kann, wenn nur das Hohlrad 24 blockiert wird, eine doppelt so große Übersetzung wie der erste Satz von Planetenrädern 18, das heißt beispielsweise eine Übersetzung im Bereich von ca. 10–12 realisiert werden. Das Übersetzungsverhältnis im hier gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt i2 = 10,41.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist die Antriebseinheit 5 kompakt aufgebaut und weist ein Gehäuse 34 auf, in dem der Elektromotor 6, das Planetengetriebe 10 und das Differential 32 angeordnet sind. Funktionsgleiche, bereits im Zusammenhang mit 1 erläuterte Teile werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die beiden Hohlräder 22 und 24 sind ineinander angeordnet und im Wesentlichen haubenförmig ausgebildet. Dabei ist das zweite Hohlrad 24 räumlich im ersten Hohlrad 22 angeordnet.
Zwischen dem ersten Hohlrad 22 und dem zweiten Hohlrad 24 befindet sich ein Wälzlager 36 und zwar im Bereich der beiden Halsabschnitte 23 und 25 der beiden Hohlräder 22, 24.
Im Bereich der beiden Halsabschnitte 23 und 25 befinden sich auch die Feststellmittel 26 und 28, die hier als Betätigungsabschnitte eines gemeinsamen Kippschalters 29 ausgeführt sind.
Der Kippschalter 29 ist mit einem nicht näher gezeigten Synchronelement 38 und dem Handschalter 40 verbunden.
Die Funktion der Antriebseinheit 5 mit dem Planetengetriebe 10 wird nachstehend beschrieben:
Der Elektromotor 6 treibt die Eingangswelle 12 an. Die Eingangswelle 12 wiederum treibt mit ihrem Sonnenrad 14 den ersten Satz Planetenräder 18 an.
Mit dem ersten Feststellmittel 26 ist das erste Hohlrad 22 feststellbar und mit zweiten Feststellmittel 28 ist das zweite Hohlrad 24 feststellbar.
3 zeigt ein Diagramm mit den Schaltstellungen des Planetengetriebes 10 gemäß 1 und 2.
Mit den Buchstaben A und B werden die Stellungen der Feststellmittel 26 und 28 näher bezeichnet. Die Buchstaben A und B sind auch entsprechend in 1 eingezeichnet.
Je nach Betätigung der Feststellmittel 26 und 28 ist entweder der erste Gang, der zweite Gang oder die Parksperre eingelegt.
Das Planetengetriebe 10 hat einen ersten Gang, in dem das erste Feststellmittel 26 das erste Hohlrad 22 blockiert und das zweite Feststellmittel 28 das zweite Hohlrad 24 nicht feststellt. Dieser erste Gang entspricht der Stellung A in der Tabelle gemäß 3.
Hierzu wird der Kippschalter 29 entsprechend betätigt und mit seinem Feststellmittel 26 gegen das erste Hohlrad 22 angestellt. Hierdurch wird das erste Hohlrad 22 blockiert.
In diesem Gang wird der Planetenträger 16 durch den ersten Satz Planetenräder 18 angetrieben. Dieses Drehmoment wird dann vom Planetenträger 16 auf die Abtriebswelle 30 übertragen. Der zweite Satz von Planetenrädern 20 dreht mit seinem nicht blockierten Hohlrad 28 leer mit.
Im ersten Gang hat das Planetengetriebe 10 eine Übersetzung i1 = 6,24.
Bei ca. 10500 Umdrehungen pro Minute kann eine Geschwindigkeit von ca. 206 km/h erreicht werden und bei ca. 11500 Umdrehungen pro Minute kann eine Geschwindigkeit von ca. 226 km/h erreicht werden.
Außerdem hat das Planetengetriebe 10 einen zweiten Gang, in dem das erste Feststellmittel 26 das erste Hohlrad 22 nicht feststellt und das zweite Feststellmittel 28 das zweite Hohlrad 24 feststellt. Dieser zweite Gang entspricht der Stellung B in der Tabelle gemäß 3.
In diesem zweiten Gang wird der Planetenträger 16 durch den zweiten Satz Planetenräder 20 angetrieben. Das sich ergebende Drehmoment wird dann vom Planetenträger 16 auf die Abtriebswelle 30 übertragen.
Im zweiten Gang hat das Planetengetriebe 10 eine Übersetzung i2 = 10,41.
Bei ca. 10500 Umdrehungen pro Minute kann eine Geschwindigkeit von ca. 124 km/h erreicht werden und bei ca. 11500 Umdrehungen pro Minute kann eine Geschwindigkeit von ca. 135 km/h erreicht werden.
Des Weiteren ist eine Schaltstellung vorgesehen ist, in der beide Hohlräder 22, 24 blockiert sind. In diesem Fall stellt das erste Feststellmittel 26 das erste Hohlrad 22 fest und das zweite Feststellmittel 28 das zweite Hohlrad 24 fest.
Das Planetengetriebe 10 ist dann im Parksperremodus.
Die in den 1 bis 3 gezeigte Antriebseinheit 5 mit dem Planetengetriebe 10 ermöglicht es somit, eine herkömmliche, separate Parksperre vollständig entfallen zu lassen. Somit können Gewicht, Kosten und Bauraum eingespart werden.
Aus diesem Grund ist die vorstehend beschriebene Antriebseinheit 5 bzw. das Planetengetriebe 10 vorteilhaft bei Elektrofahrzeugen einsetzbar.
Insbesondere kann die Antriebseinheit 5 im Bereich der Hinterachse eines Elektrofahrzeuges eingesetzt werden.

Claims

Planetengetriebe (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer ein Sonnenrad (14) bildenden Eingangswelle (12), mit einem Planetenträger (16), der einen ersten Satz von Planetenrädern (18) und einen zweiten Satz von Planetenrädern (20) trägt, mit einem ersten Hohlrad (22), das dem ersten Satz von Planetenrädern (18) zugeordnet ist, und mit einem zweiten Hohlrad (24), das dem zweiten Satz von Planetenrädern (20) zugeordnet ist, und mit einem ersten Feststellmittel (26), mittels dessen das erste Hohlrad (22) feststellbar ist, und mit einem zweiten Feststellmittel (28), mittels dessen das zweite Hohlrad (24) feststellbar ist.
Planetengetriebe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltstellung vorgesehen ist, in der beide Hohlräder (22, 24) blockiert sind.
Planetengetriebe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Planetenträgers (16) eine Abtriebswelle (30) antreibbar ist.
Planetengetriebe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Feststellmittel (26, 28) in einer gemeinsamen Feststellvorrichtung integriert sind, insbesondere wobei das erste und zweite Feststellmittel (26, 28) als gemeinsames Feststellmittel ausgebildet sind.
Planetengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Feststellmittel (26, 28) als Kippschalter (29) ausgeführt sind.
Planetengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlrad (24) räumlich im ersten Hohlrad (22) angeordnet ist.
Planetengetriebe (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Hohlrad (22) und dem zweiten Hohlrad (24) ein Wälzlager (36) angeordnet ist.
Planetengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (10) einen ersten Gang hat, in dem das erste Feststellmittel (26) das erste Hohlrad (22) feststellt und das zweite Feststellmittel (28) das zweite Hohlrad (24) nicht feststellt.
Planetengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (10) einen zweiten Gang hat, in dem das erste Feststellmittel (26) das erste Hohlrad (22) nicht feststellt und das zweite Feststellmittel (28) das zweite Hohlrad (24) feststellt.
Planetengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Planetenräder des ersten mit Planetenrädern des zweiten Satzes paarweise miteinander antriebsmäßig gekoppelt sind.
Antriebseinheit (5) umfassend wenigstens einen Elektromotor (6) und wenigstens ein Planetengetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Elektromotor (6) mit dem Planetengetriebe (10) verbunden ist und das vom Elektromotor (6) bereitgestellte Antriebsdrehmoment an der Eingangswelle (12) anliegt.
Antriebseinheit nach Anspruch 11 für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (10) einen Parksperremodus hat, in dem das erste Feststellmittel (26) das erste Hohlrad (22) feststellt und das zweite Feststellmittel (28) das zweite Hohlrad (24) feststellt.