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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsbaugruppe für eine Getriebebaugruppe, insbesondere für ein Mehrstegplanetengetriebe, wobei die Getriebebaugruppe zwei miteinander gekoppelte Übersetzungsgetriebe aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Getriebebaugruppe, insbesondere für eine Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere für ein Fahrzeug mit einem Elektromotor, mit einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle, zwei miteinander gekoppelten Übersetzungsgetrieben und einer Kupplungsbaugruppe.
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Aus dem Stand der Technik sind Getriebebaugruppen mit mehreren Übersetzungsgetrieben bekannt. Durch entsprechende Koppelung der Übersetzungsgetriebe untereinander sind mehrere Übersetzungsverhältnisse schaltbar. Als Übersetzungsgetriebe werden beispielsweise Planetengetriebe verwendet, die miteinander gekoppelt sind, wobei durch Schaltelemente, beispielsweise Bremsen oder Kupplungen einzelne Elemente eines oder beider Planetengetriebe gebremst oder blockiert werden können. Hierbei ist, wie bei anderen Getrieben auch, ein Schalten der einzelnen Gänge ohne Lastunterbrechung möglich, wenn eine geeignete Kupplung verwendet wird.
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Beispielsweise ist ein Mehrstegplanetengetriebe bekannt, bei dem das Sonnenrad eines ersten Planetengetriebes mit einer Eingangswelle gekoppelt ist und der die Planetenräder tragende Steg mit einer Ausgangswelle. Die Stege beider Planetengetriebe sind jeweils mit dem Hohlrad des anderen Planetengetriebes gekoppelt. Ein erstes Schaltelement kann den Steg des zweiten Planetengetriebes sperren, und ein zweites Schaltelement das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes.
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Wird das erste Schaltelement betätigt, wird der Steg des zweiten Planetengetriebes und somit das mit diesem gekoppelte Hohlrad des ersten Planetengetriebes gesperrt. Der Kraftfluss erfolgt direkt vom Sonnenrad des ersten Planetengetriebes über dessen Planetenräder und den Steg auf die Ausgangswelle.
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Durch Sperren des zweiten Schaltelements wird dagegen nur das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes gesperrt. Alle anderen Bauteile sind beweglich, sodass der Kraftfluss über beide Planetengetriebe erfolgt, wodurch ein zweiter Gang realisiert ist. Eine Erhöhung der Anzahl der Gänge ist aber nur mit mehreren Planetengetrieben möglich, wodurch ein größerer Bauraum erforderlich ist.
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Allgemein ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Getriebebaugruppen entweder die Anzahl der Gänge sehr begrenzt, oder es sind viele Schaltelemente und/oder Übersetzungsgetriebe erforderlich, um die einzelnen Gänge zu schalten, wodurch der Aufbau und die Steuerung der Getriebebaugruppen sehr aufwändig ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupplungsbaugruppe für eine solche Getriebebaugruppe bereitzustellen, die einen einfacheren Aufbau aufweist und ein Schalten von mehreren Gängen ermöglicht. Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, eine Getriebebaugruppe bereitzustellen, die einen einfacheren Aufbau aufweist und mit der mit einer geringen Anzahl Schaltelemente eine möglichst große Anzahl Gänge schaltbar ist.
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Zur Losung der Aufgabe ist eine Kupplungsbaugruppe für eine Getriebebaugruppe vorgesehen, insbesondere für ein Mehrstegplanetengetriebe, wobei die Getriebebaugruppe zwei miteinander gekoppelte Übersetzungsgetriebe aufweist, mit einer ersten Welle und einer zweiten Welle, die mit einem der Übersetzungsgetriebe koppelbar sind, wobei durch Blockieren von jeweils einer der Wellen zwei Schaltstufen der Getriebebaugruppe schaltbar sind, und mit einer dritten Welle, wobei ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement vorgesehen sind, die jeweils die erste und die zweite Welle mit der dritten Welle koppeln, und wobei ein drittes Schaltelement vorgesehen ist, das die dritte Welle bremsen und/oder blockieren kann.
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Mit der erfindungsgemäßen Kupplungsbaugruppe ist mit drei Schaltelementen bei zwei Übersetzungsgetrieben ein Schalten von insgesamt drei Gängen möglich. Bei blockiertem drittem Schaltelement können durch Schalten des ersten und des zweiten Schaltelements zwei Gänge realisiert werden. Ein dritter Gang kann bereitgestellt werden, indem sowohl das erste und das zweite Schaltelement geschaltet werden, während die dritte Welle durch das dritte Schaltelement freigegeben wird. Bei dieser Schaltstellung sind die erste und die zweite Welle miteinander gekoppelt, sodass durch die Koppelung der an den Wellen angeschlossenen Übersetzungsgetrieben ein dritter Gang, also ein drittes Übersetzungsverhältnis geschaffen ist.
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Das erste, das zweite und/oder das dritte Schaltelement können jeweils durch eine Bremse gebildet sein, die die jeweilige Welle blockiert, also vollständig festsetzt.
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Das erste, das zweite und/oder das dritte Schaltelement können aber auch jeweils durch eine Kupplung gebildet sein, sodass ein langsames Koppeln oder Blockieren der jeweiligen Wellen und somit ein sanfter Übergang zwischen den Übersetzungsverhältnissen, also den einzelnen Gangstufen, möglich ist.
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Die Kupplungen sind vorzugsweise als Lamellenkupplung ausgebildet, durch die eine gute Kraftübertragung bei geringem Bauraum möglich ist.
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Um einen verlustfreien Antrieb zu gewährleisten, ist vorzugsweise für die erste, die zweite und die dritte Welle eine Lagerung vorgesehen, sodass diese sich reibungsarm drehen können.
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Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren eine Getriebebaugruppe, insbesondere für eine Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere für ein Fahrzeug mit einem Elektromotor, vorgesehen, mit einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle sowie zwei miteinander gekoppelten Übersetzungsgetrieben, und mit einer erfindungsgemäßen Kupplungsbaugruppe, wobei die erste und die zweite Welle mit dem ersten und/oder dem zweiten Übersetzungsgetriebe gekoppelt sind, und wobei durch wahlweises Schalten der drei Schaltelemente drei Übersetzungsverhältnisse zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle schaltbar sind.
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Die Übersetzungsgetriebe sind beispielsweise Planetengetriebe, die jeweils ein Sonnenrad, mehrere Planetengetriebe, die an einem Steg gelagert sind, sowie ein Hohlrad aufweisen. Diese Planetengetriebe ermöglichen einen sehr kompakten Aufbau der Getriebebaugruppe, wobei ein Schalten der Gänge ohne Lastunterbrechung möglich ist.
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Bei einer solchen Getriebebaugruppe ist der Steg des ersten Übersetzungsgetriebes vorzugsweise mit dem Hohlrad des zweiten Übersetzungsgetriebes und der Steg des zweiten Übersetzungsgetriebes mit dem Hohlrad des ersten Übersetzungsgetriebes gekoppelt. Je nach Schaltung bzw. Anordnung der Schaltelemente kann zur Übersetzung lediglich das erste Planetengetriebe genutzt werden, oder der Lastweg erfolgt vom ersten Planetengetriebe über das zweite Planetengetriebe.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Welle der Kupplungsbaugruppe mit dem Steg des zweiten Übersetzungsgetriebes und die zweite Welle der Kupplungsbaugruppe mit dem Sonnenrad des zweiten Übersetzungsgetriebes gekoppelt ist. Bei gesperrter dritter Welle ist ein erster Gang schaltbar, indem das erste Schaltelement den Steg des zweiten Übersetzungsgetriebes und somit das Hohlrad des ersten Übersetzungsgetriebes blockiert. Der Kraftfluss erfolgt direkt vom Sonnenrad des ersten Planetengetriebes über dessen Planetengetriebe und dem Steg auf eine Ausgangswelle. Ist die zweite Welle durch das zweite Schaltelement blockiert, ist lediglich das Sonnenrad des zweiten Übersetzungsgetriebes festgesetzt, sodass der Kraftfluss über beide Planetengetriebe erfolgt. Ein dritter Gang wird geschaltet, indem die dritte Welle freigegeben wird, also das dritte Schaltelement geöffnet wird, während das erste und das zweite Schaltelement geschlossen werden. Dadurch wird die erste Welle mit der zweiten Welle gekoppelt, wobei die Planetengetriebe durch die Koppelung blockiert werden, so dass sich beide Planetengetriebe gemeinsam drehen und ein dritter Gang geschaltet ist.
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Die Eingangswelle ist vorzugsweise mit dem Sonnenrad des ersten Übersetzungsgetriebes und die Ausgangswelle mit dem Steg des ersten Übersetzungsgetriebes gekoppelt.
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Weiter Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Getriebebaugruppe,
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2 eine Prinzipskizze der Kupplungsbaugruppe der Getriebebaugruppe aus 1,
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3 eine Detailansicht der Kupplungsbaugruppe aus 2,
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4 eine Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsbaugruppe, und
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5 eine Prinzipskizze einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsbaugruppe.
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In 1 ist eine Antriebseinrichtung 10 für ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzug gezeigt. Die Antriebseinrichtung 10 hat einen Motor 12, der eine Eingangswelle 14 antreibt. Die Eingangswelle 14 weist eine Lagerung 16 auf, mit der die Eingangswelle 14 im Fahrzeug gelagert ist.
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Des Weiteren ist eine Getriebebaugruppe 18 vorgesehen, mit der, wie nachfolgend erläutert wird, mehrere Übersetzungsverhältnisse schaltbar sind. Die Getriebebaugruppe 18 hat ein erste Übersetzungsgetriebe 20, ein zweites Übersetzungsgetriebe 22 sowie eine Kupplungsbaugruppe 24, die ein erstes Schaltelement 26, ein zweites Schaltelement 28, ein drittes Schaltelement 30 sowie drei Wellen 42, 44, 46 aufweist.
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Der Getriebebaugruppe 18 nachgeschaltet ist eine mit einem Lager 32 drehbar gelagerte Ausgangswelle 34, die über ein drittes Übersetzungsgetriebe 36 und ein Differenzial 38 die Antriebsachsen 40 antreibt.
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Das erste Übersetzungsgetriebe 20, das zweite Übersetzungsgetriebe 22 sowie das dritte Übersetzungsgetriebe 36 sind jeweils als Planetengetriebe ausgebildet, mit einem Sonnenrad 20d, 22d, 36d, Planetenrädern 20b, 22b, 36b, die jeweils an einem Steg 20c, 22c, 36c gelagert sind, sowie einem Hohlrad 20a, 22a, 36a.
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Die Eingangswelle 14 ist mit dem Sonnenrad 20d des ersten Übersetzungsgetriebes 20 verbunden. Die Ausgangswelle 34 ist mit dem Steg 20c des ersten Übersetzungsgetriebes 20 verbunden.
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Das Hohlrad 20a des ersten Übersetzungsgetriebe 20 ist mit dem die Sonnenräder 22d tragenden Steg 22c des zweiten Übersetzungsgetriebe 22 verbunden. Das Hohlrad 22a des zweiten Übersetzungsgetriebes 22 ist mit dem Steg 20c des ersten Übersetzungsgetriebes 20 verbunden.
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Die erste Welle 42 ist mit dem Steg 22c des zweiten Übersetzungsgetriebes 22, die zweite Welle 44 ist mit dem Sonnenrad 22d des zweiten Übersetzungsgetriebes 22 gekoppelt.
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Das erste Schaltelement 26 ist zwischen der ersten Welle 42 und der dritten Welle 46 angeordnet und kann diese miteinander koppeln. Das zweite Schaltelement 28 ist zwischen der zweiten Welle 44 und der dritten Welle 46 angeordnet und kann diese koppeln.
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Das dritte Schaltelement kann die dritte Welle bremsen und/oder blockieren
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Die drei Schaltelemente 26, 28, 30 sind jeweils als Lamellenkupplung ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, dass andere Kupplungsarten oder Bremsarten verwendet werden.
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Nachfolgend werden die Schaltmöglichkeiten für die erfindungsgemäße Getriebebaugruppe 18 bzw. die erfindungsgemäße Kupplungsbaugruppe 24 erläutert.
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Für die ersten beiden Gänge ist das dritte Schaltelement 30 geschlossen, also die dritte Welle 46 blockiert.
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Durch Schließen des ersten Schaltelements 26 wird die erste Welle 42 mit der dritten Welle 46 gekoppelt, also ebenfalls blockiert. Dadurch ist der Steg 22c des zweiten Übersetzungsgetriebes 22 fixiert, sodass auch das mit diesem Steg 22c gekoppelte Hohlrad 20a des ersten Übersetzungsgetriebes 20 festgelegt ist.
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Das von der Eingangswelle 14 angetriebene Sonnenrad 20d des ersten Übersetzungsgetriebes 20 treibt die Planetenräder 20b an, die im blockierten Hohlrad 20a abrollen und somit um das Sonnenrad 20d umlaufen. Der Steg 20c bewegt sich mit den um das Sonnenrad umlaufenden Planetenrädern 20b mit und treibt die Ausgangswelle 34 an. Des Übersetzungsverhältnis hängt also von den Übersetzungsverhältnissen des Sonnenrad 20d zu den Planetenrädern 20b sowie der Planetenräder 20b zum Hohlrad 20a ab.
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Zur Schaltung des zweiten Ganges wird des erste Schaltelement 26 geöffnet und das zweite Schaltelement 28 geschlossen, sodass die zweite Welle 44 mit der blockierten dritten Welle 46 gekoppelt ist. Dadurch ist das Sonnenrad 22d des zweiten Übersetzungsgetriebes 22 blockiert, während alle anderen Bauteile beider Übersetzungsgetriebe 20, 22 beweglich sind.
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Der Kraftfluss erfolgt von der Eingangswelle 14 über das Sonnenrad 20d auf die Planetenräder 20b und von dort über das Hohlrad 20a auf den Steg 22c des zweiten Übersetzungsgetriebes 22. Von dort erfolgt der Kraftfluss über die Planetenräder 22b, das Hohlrad 22a auf den Steg 20c des ersten Übersetzungsgetriebes 20 und weiter auf die Ausgangswelle 34.
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Für einen dritten Gang wird das dritte Schaltelement 30 geöffnet, sodass die dritte Welle 46 drehbar ist. Das erste Schaltelement 26 und das zweite Schaltelement 28 werden geschlossen, sodass die erste Welle 46 mit der zweiten Welle 44 gekoppelt ist.
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Dadurch ist der Steg 22c mit dem Sonnenrad 22d gekoppelt. Die Planetenräder 22b sind über den Steg 22c relativ zum Sonnenrad 22d blockiert, sodass sich diese gemeinsam mit dem Sonnenrad 22d um die zweite Welle 44 drehen. Aufgrund der so blockierten Planetenräder 22b ist auch das Hohlrad 22a fest mit dem Sonnenrad 22d bzw. dem Steg 22c gekoppelt. Das gesamte zweite Übersetzungsgetriebe 22 ist also in sich blockiert, kann sich aber als gesamte Einheit aufgrund der geöffneten bzw. freigegebenen dritten Welle 46 drehen.
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Da das Hohlrad 20a des ersten Übersetzungsgetriebes 20 mit dem Steg 22 sowie der Steg 20c mit dem Hohlrad 22a gekoppelt sind, sind auch diese mit dem zweiten Übersetzungsgetriebe 22 fest verbunden und können sich mit diesem gemeinsam drehen. Da durch diese Verbindung das Hohlrad 20a und der Steg 20c relativ zueinander festgelegt sind, sind auch die Planetenräder 20b relativ zum Hohlrad 20a bzw. zum Steg 20c fixiert.
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Die Eingangswelle 14 treibt das Sonnenrad 20d an, das die gesamte übrige, ineinander blockierte Einheit aus dem zweiten Übersetzungsgetriebe 22 sowie den Planetenrädern 20b, dem Steg 20c sowie dem Hohlrad 20a des ersten Übersetzungsgetriebes antreibt. Das Übersetzungsverhältnis ist in diesem Fall ausschließlich von den Planetenrädern 20b sowie dem Sonnenrad 20d des ersten Übersetzungsgetriebes 20 abhängig.
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Durch die Kombination der verschiedenen Schaltelemente 26, 28, 30 sind somit mit zwei Übersetzungsgetrieben 20, 22 drei verschiedene Übersetzungsverhältnisse schaltbar, wodurch ein kompakterer Aufbau einer Getriebebaugruppe 18 möglich ist.
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In den 2 und 3 ist die Kupplungsbaugruppe 24 im Detail dargestellt.
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2 zeigt lediglich vereinfacht die Kupplungsbaugruppe 24, mit einer ersten Welle 42, der zweiten Welle 44 sowie der dritten Welle 46 und dem ersten Schaltelement 26, dem zweiten Schaltelement 28 sowie dem dritten Schaltelement 30, wobei des Weiteren die gehäusefeste Lagerung 48 der dritten Welle 46 dargestellt ist.
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In 3 ist der genaue Aufbau dieser Kupplungsbaugruppe 24 dargestellt.
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Die Schaltelemente 26, 28, 30 sind hier jeweils als Lamellenbremse ausgebildet, die jeweils zwei Lamellengruppen 26a, 28a, 30a sowie 26b, 28b, 30b aufweisen sowie jeweils ein hydraulisch bewegbares Betätigungselement 26c, 28c, 30c auf. An der dritten Welle 46 sind jeweils Drehdurchführungen 30d, 26d, 28d für die Hydraulikleitungen vorgesehen, um die Betätigungselemente 26c, 28c, 30c zu betätigen.
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Alternativ können die Betätigungselemente 26c, 28c, 30c auch von einem feststehenden Teil bzw. einem Träger aus bedient werden, sodass solche Drehdurchführungen nicht erforderlich sind. In diesem Fall ist die Verlustleistung des Systems reduziert, da die Abdichtung der Hydraulikleitungen einfacher ist.
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Die Lamellengruppe 26a, 28a, 30a, 26b, 28b, 30b bzw. die Schaltelemente 26, 28, 30 können jeweils gleich aufgebaut sein, sodass jeweils Gleichteile verwendet und dadurch die Baukosten reduziert werden können.
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Alternativ können die Schaltelemente 26, 28, 30 auch jeweils auf das zu übertragende Drehmoment bemessen werden, sodass der Bauraum der Schaltelemente 26, 28, 30 reduziert werden kann.
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Wie in 1 zu sehen ist, wird die Kupplungsbaugruppe 24 für eine Getriebebaugruppe 18 verwendet, die zwei miteinander gekoppelte Planetengetriebe sowie zwei Wellen 42, 44 aufweist.
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In 4 ist eine weitere Ausführungsform einer solchen Kupplungsbaugruppe 24 gezeigt, wobei hier die dritte Wehe 46 verlängert ist, sodass auch an dieser ein Übersetzungsgetriebe angeordnet werden kann, wodurch die Funktionalität bzw. die Übersetzungsmöglichkeiten einer Getriebebaugruppe erhöht sind.
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In 5 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, wobei die Lagerung der dritten Welle 46 hier von der Lagerung des dritten Schaltelements 30 getrennt ist.