DE102016202726A1

DE102016202726A1 - Hochübersetzende Schaltgetriebeeinrichtung, insbesondere für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016202726A1
Application number: DE102016202726.3A
Authority: DE
Inventors: Franz Kurth
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: CN107100964A; CN107100964B; DE102016202726B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltgetriebeeinrichtung, mit einem Leistungseingang, einem Leistungsausgang einem ersten Umlaufräderteilgetriebe mit einem ersten Sonnenrad, einem ersten Planetensatz, einem ersten Planetenträger und einem ersten Hohlrad, einem zweiten Umlaufräderteilgetriebe mit einem zweiten Sonnenrad, einem zweiten Planetensatz, einem zweiten Planetenträger und einem zweiten Hohlrad, einer ersten Kupplungseinrichtung, zur selektiven Koppelung des ersten Planetenträgers mit dem zweiten Planetenträger, einer zweiten Kupplungseinrichtung, zur selektiven Koppelung des ersten Sonnenrades mit dem zweiten Sonnenrad, einer dritten Kupplungseinrichtung zur selektiven Koppelung des zweiten Planetenträgers mit einer stationären Struktur, und einer vierten Kupplungseinrichtung, zur selektiven Koppelung des ersten Planetenträgers mit dem zweiten Sonnenrad.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltgetriebeeinrichtung mit hoher Gesamtübersetzungswirkung, insbesondere für den Einsatz in einem mit einem elektromechanischen Antrieb ausgestatteten Kraftfahrzeug, wobei diese Schaltgetriebeeinrichtung ein erstes und ein zweites, jeweils als Umlaufrädergetriebe ausgeführtes Teilgetriebe umfasst.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltgetriebeeinrichtung mit hoher Gesamtübersetzungswirkung zu schaffen, die sich durch einen kompakten Aufbau und einen hohen mechanischen Wirkungsgrad auszeichnet.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltgetriebeeinrichtung, mit:

– einem Leistungseingang,
– einem Leistungsausgang
– einem ersten Umlaufräderteilgetriebe mit einem ersten Sonnenrad, einem ersten Planetensatz, einem ersten Planetenträger und einem ersten Hohlrad,
– einem zweiten Umlaufräderteilgetriebe mit einem zweiten Sonnenrad, einem zweiten Planetensatz, einem zweiten Planetenträger und einem zweiten Hohlrad,
– einer ersten Kupplungseinrichtung, zur selektiven Koppelung des ersten Planetenträgers mit dem zweiten Planetenträger,
– einer zweiten Kupplungseinrichtung, zur selektiven Koppelung des ersten Sonnenrades mit dem zweiten Sonnenrad,
– einer dritten Kupplungseinrichtung zur selektiven Koppelung des zweiten Planetenträgers mit einer stationären Struktur, und
– einer vierten Kupplungseinrichtung, zur selektiven Koppelung des ersten Planetenträgers mit dem zweiten Sonnenrad.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, unter Einsatz von zwei axial eng benachbart abfolgenden Planetengetriebestufen ein Schaltgetriebe zu schaffen, bei welchem sich im jeweiligen Schaltzustand eine vorteilhafte Aufteilung der Übersetzungsbeiträge der Teilgetriebe sowie günstige Zahnflankenpressungen innerhalb der jeweiligen Zahneingriffszonen ergeben.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schaltgetriebeeinrichtung derart aufgebaut, dass ein erster Schaltzustand einstellbar ist, durch Schließen der ersten und der zweiten Kupplungseinrichtung. Der zweite Schaltzustand wird dann vorzugsweise erreicht durch Schließen der dritten und der vierten Kupplungseinrichtung. Das Öffnen und Schließen der Kupplungseinrichtungen kann in einer speziell abgestimmten zeitlichen Folge abgewickelt werden, wobei vorzugsweise zur Herbeiführung des geforderten Schaltzustands vorzugsweise jene Kupplungseinrichtung als letzte geschlossen wird, innerhalb welcher dann die geringste Relativgeschwindigkeit der zu koppelnden Bauteile herrscht.
Vorzugsweise ist wenigstens eine der Kupplungseinrichtungen als Reibungskupplungseinrichtung ausgebildet, zur Herbeiführung eines Koppelungszustandes auf reibschlüssigem Wege. Insgesamt können in vorteilhafter Weise sämtliche Kupplungseinrichtungen als Reibungskupplungen, insbesondere als Lamellenkupplungen ausgeführt sein. Die Ausführung der Kupplungseinrichtungen als Reibungskupplungen ermöglicht es in besonders vorteilhafter Weise das Getriebe unter Last und ohne besondere Rücksicht auf den Synchronisationszustand zu schalten. Soweit die Getriebeeinrichtung in Verbindung mit einem elektromechanischen Antrieb eingesetzt wird ist es möglich während der Schaltphase die Drehzahl am Leistungseingang derart auf die aktuelle Drehzahl am Leistungsausgang abzustimmen, dass sich ein möglichst hoher Synchronisierungsgrad und damit ein geringer Schaltruck ergibt.
Alternativ zu der Ausgestaltung der Kupplungseinrichtungen als reibschlüssig koppelnde Kupplungseinrichtungen ist es auch möglich wenigstens eine der Kupplungseinrichtungen als Schaltkupplung auszubilden, zur Herbeiführung eines Koppelungszustandes auf formschlüssigem Wege. Insbesondere ist es möglich, die zur Herbeiführung eines Schaltzustands zuerst zu schließende Kupplung als formschlüssig koppelnde Kupplung auszubilden und die dann als zweite Kupplung zu schließende Kupplung als reibschlüssig koppelnde Kupplung zu gestalten.
Das erste Umlaufräderteilgetriebe ist vorzugsweise derart aufgebaut, dass das erste Sonnerad in den ersten Planetensatz eingreift und dann der erste Planetensatz in das erste Hohlrad eingreift. Der erste Planetensatz umfasst vorzugsweise mehrere in gleicher Teilung auf dem Planetenträger gelagerte erste Planeten. Diese können als einfache, oder auch als gestufte Planeten mit zwei hinsichtlich des Wälzkreisdurchmessers unterschiedlichen Zahnkranzabschnitten ausgebildet sein.
Das zweite Umlaufräderteilgetriebe ist vorzugsweise ebenfalls so aufgebaut, dass das zweite Sonnerad in den zweiten Planetensatz eingreift und der zweite Planetensatz in das zweite Hohlrad eingreift. Die Auslegung der beiden Umlaufräderteilgetriebe kann so getroffen sein, dass das zweite Sonnenrad einen Wälzkreisdurchmesser aufweist, der größer ist als der Wälzkreisdurchmesser des ersten Sonnenrades.
Das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad können so gestaltet sein, dass diese gleiche Wälzkreisdurchmesser aufweisen und so aus geometrisch, zumindest hinsichtlich der Innenverzahnung identischen Ausgangshohlrädern gefertigt werden können.
Die erfindungsgemäße Schaltgetriebeeinrichtung ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung derart konzipiert, dass sich die Übersetzungsverhältnisse im jeweiligen Schaltzustand um einen Faktor im Bereich von 1,4 bis 2,4 unterscheiden. Die maximale Übersetzung liegt vorzugsweise im Bereich von –11 bis –17, vorzugsweise bei –15.
Die Kupplungseinrichtungen befinden sich vorzugsweise axial in einem Zwischenbereich zwischen den beiden Umlaufräderteilgetrieben. Jeweils zur Herbeiführung eines Schaltzustandes vorgesehene Kupplungspaare befinden sich vorzugsweise auf dem gleichen Axialniveau und sind zueinander konzentrisch geschachtelt. Die jeweils gleichzeitig zu schaltenden Kupplungspaare können durch eine Mechanik synchronisiert sein die bewirkt, dass die in einen Koppelungszustand zu bringen den Kupplungen gleichzeitig geschlossen werden. Weiterhin kann die Mechanik auch so ausgelegt sein, dass diese ein Öffnen und Schließen vier Kupplungen zwangsweise synchronisiert indem diese alle vier Kupplungen entsprechend betätigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst diese auch ein unter Einschluss des oben beschriebenen Getriebes realisiertes elektromechanisches Kraftfahrzeugantriebssystem bei welchem der Eingang des Getriebes mit einem elektromechanischen Hauptantriebsmotor gekoppelt ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues einer erfindungsgemäßen Schaltgetriebeeinrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die Darstellung nach 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltgetriebeeinrichtung, mit einem Leistungseingang I1, einem Leistungsausgang O1, einem ersten Umlaufräderteilgetriebe UG1 mit einem ersten Sonnenrad S1, einem ersten Planetensatz P1, einem ersten Planetenträger C1 und einem ersten Hohlrad H1. Das Schaltgetriebe umfasst zudem ein zweites Umlaufräderteilgetriebe UG2 mit einem zweiten Sonnenrad S2, einem zweiten Planetensatz P2, einem zweiten Planetenträger C2 und einem zweiten Hohlrad H2. Diese beiden Umlaufräderteilgetriebe UG1, UG2 sind in einer besonderen Weise koppelbar. Hierzu umfasst die Schaltgetriebeeinrichtung eine ersten Kupplungseinrichtung K1, zur selektiven Koppelung des ersten Planetenträgers C1 mit dem zweiten Planetenträger C2, eine zweite Kupplungseinrichtung K2, zur selektiven Koppelung des ersten Sonnenrades S1 mit dem zweiten Sonnenrad S2, eine dritte Kupplungseinrichtung K3 zur selektiven Koppelung des zweiten Planetenträgers C1 mit einer stationären Struktur G, sowie eine vierte Kupplungseinrichtung K4, zur selektiven Koppelung des ersten Planetenträgers C1 mit dem zweiten Sonnenrad S2.
Die beiden Umlaufräderteilgetriebe UG1, UG2 sind axial eng benachbart angeordnet, die Kupplungseinrichtungen K1, K2, K3 und K4 befinden sich axial zwischen den beiden abfolgenden Planetengetriebestufen UG1, UG2. Das so geschaffene Schaltgetriebe bietet im jeweiligen Schaltzustand eine vorteilhafte Aufteilung der Übersetzungsbeiträge.
Bei dem dargestellten Schaltgetriebe wird ein erster Schaltzustand eingestellt durch Schließen der ersten und der zweiten Kupplungseinrichtungen K1, K2. Der zweite Schaltzustand wird eingestellt durch Schließen der dritten und der vierten Kupplungseinrichtung K3, K4.
Durch Öffnen von drei beliebigen Kupplungseinrichtungen wird ein Trennungszustand erreicht in welchem die Antriebsverbindung zwischen dem Getriebeeingang I1 und dem Getriebeausgang O1 aufgehoben ist. Durch Schließen der Kupplungseinrichtung K1 und K4 kann ein weiterer Schaltzustand herbeigeführt werden. Zudem ist es möglich die Kupplungen K1...K4 so anzusteuern, dass das Getriebe gesperrt ist und damit die Funktion einer Parksperre realisierbar ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Kupplungseinrichtungen K1, K2, K3, K4 als Reibungskupplungseinrichtung ausgebildet, zur Herbeiführung eines Koppelungszustandes auf reibschlüssigem Wege. Diese erlaubt ein Schalten unter Last ohne besondere Rücksicht auf den Synchronisationszustand des Getriebes.
Bei der dargestellten Ausführungsform greift das erste Sonnerad S1 in den ersten Planetensatz P1 ein und der erste Planetensatz P1 greift wiederum radial von innen her in das erste Hohlrad H1 ein welches drehfest im Getriebegehäuse G festgelegt ist.
Das zweite Sonnerad S2 greift in den zweiten Planetensatz P2 ein und der zweite Planetensatz P2 greift radial von innen her in das zweite Hohlrad H2 ein. Das zweite Sonnenrad S2 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen Wälzkreisdurchmesser auf, der größer ist als der Wälzkreisdurchmesser des ersten Sonnenrades S1. Das erste Hohlrad H1 und das zweite Hohlrad H2 haben hier im wesentlichen gleiche Wälzkreisdurchmesser und können aus baugleichen Ausgangsteilen gefertigt werden.
Die Kupplungseinrichtungen K1, K2, K3, K4 können insbesondere als Lamellenkupplungen ausgebildet sein welche mehrere axial abfolgende Kupplungslamellen aufweisen die wechselweise mit den zu koppelnden Bauteilen in Eingriff stehen. Die Betätigungsmechanik ist hier nicht weiter dargestellt. Diese kann elektromechanische Aktuatoren umfassen, rein mechanisch realisiert sein, z.B. durch Ringkeilmechaniken, oder auch als Druckölmechanik mit entsprechenden (Ring-)Kolbenkammern über welche die zur Betätigung der Kupplungseinrichtungen K1...K4 erforderlichen Stellkräfte generiert werden. Die Betätigungsmechanik kann auch so ausgebildet sein, dass diese die Kupplungseinrichtungen K1, K2, K3, K4 für die Herbeiführung des jeweiligen Schaltzustands zwangsweise synchronisiert, öffnet bzw. schließt.
Das hier gezeigte Getriebe kann so ausgelegt werden, dass sich die Übersetzungsverhältnisse im jeweiligen Schaltzustand um einen Faktor im Bereich von 1,4 bis 2,4 unterscheiden, und zudem eine maximale Übersetzung im Bereich von –11 bis –17, insbesondere –15 realisierbar ist.
Der Antrieb des ersten Sonnenrades S1 kann durch einen elektromechanischen Hauptantriebsmotor bewerkstelligt werden, indem das erste Sonnenrad S1 unmittelbar auf einer Rotorwelle dieses Motors sitzt. Der Motor und das beschriebenen erfindungsgemäße Getriebe können zu einer Baueinheit zusammengefasst werden.
Die Betätigung der Kupplungseinrichtungen K1, K2, K3, K4 erfolgt vorzugsweise unter Einsatz elektromechanischer Aktuatoren. Die Ansteuerung dieser Aktuatoren erfolgt vorzugsweise über eine elektronische Steuereinrichtung.

Claims

Schaltgetriebeeinrichtung, mit: – einem Leistungseingang (I1), – einem Leistungsausgang (O1), – einem ersten Umlaufräderteilgetriebe (UG1) mit einem ersten Sonnenrad (S1), einem ersten Planetensatz (P1), einem ersten Planetenträger (C1) und einem ersten Hohlrad (H1), – einem zweiten Umlaufräderteilgetriebe (UG2) mit einem zweiten Sonnenrad (S2), einem zweiten Planetensatz (P2), einem zweiten Planetenträger (C2) und einem zweiten Hohlrad (H2), – einer ersten Kupplungseinrichtung (K1), zur selektiven Koppelung des ersten Planetenträgers (C1) mit dem zweiten Planetenträger (C2), – einer zweiten Kupplungseinrichtung (K2), zur selektiven Koppelung des ersten Sonnenrades (S1) mit dem zweiten Sonnenrad (S2), – einer dritten Kupplungseinrichtung (K3) zur selektiven Koppelung des zweiten Planetenträgers (C2) mit einer stationären Struktur (G), und – einer vierten Kupplungseinrichtung (K4), zur selektiven Koppelung des ersten Planetenträgers (C1) mit dem zweiten Sonnenrad (S2).
Schaltgetriebeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erster Schaltzustand einstellbar ist, durch Schließen der ersten und der zweiten Kupplungseinrichtung (K1, K2).
Schaltgetriebeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Schaltzustand einstellbar ist, durch Schließen der dritten und der vierten Kupplungseinrichtung (K3, K4).
Schaltgetriebeeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kupplungseinrichtungen (K1...K4) als Reibungskupplungseinrichtung ausgebildet ist, zur Herbeiführung eines Koppelungszustandes auf reibschlüssigem Wege.
Schaltgetriebeeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kupplungseinrichtungen (K1...K4) als Schaltkupplung ausgebildet ist, zur Herbeiführung eines Koppelungszustandes auf formschlüssigem Wege.
Schaltgetriebeeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnerad (S1) in den ersten Planetensatz (P1) eingreift und der erste Planetensatz (P1) in das erste Hohlrad (H1) eingreift, und dass das zweite Sonnerad (S2) in den zweiten Planetensatz (P2) eingreift und der zweite Planetensatz (P2) in das zweite Hohlrad (H2) eingreift.
Schaltgetriebeeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sonnenrad (S2) einen Wälzkreisdurchmesser aufweist, der größer ist als der Wälzkreisdurchmesser des ersten Sonnenrades (S1).
Schaltgetriebeeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtungen (K1...K4) als Lamellenkupplungen ausgebildet sind.
Schaltgetriebeeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Übersetzungsverhältnisse im jeweiligen Schaltzustand um einen Faktor im Bereich von 1,4 bis 2,4 unterscheiden.
Elektromechanischer Antrieb für ein Kraftfahrzeug, mit: – einem Hauptantriebselektromotor, und – einer Schaltgetriebeeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 wobei die Auslegung der beiden Umlaufräderteilgetriebe derart getroffen ist, dass sich über diese im ersten Schaltzustand ein Übersetzungsverhältnis im Bereich von –15 und im zweiten Schaltzustand ein Übersetzungsverhältnis im Bereich von –7,5 ergibt.