DE102020201411A1 - Switchable transmission as well as trailer axle and vehicle trailer with such a transmission - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein schaltbares Getriebe, aufweisend: ein Gehäuse (1), ein erstes Planetengetriebe (11) mit einem Sonnenrad (7), einem ersten Hohlrad (3) und wenigstens einem ersten Planetenrad (4), das Getriebe (1) weiterhin aufweisend ein zweites Planetengetriebe (12) mit einem zweiten Hohlrad (13) und wenigstens einem zweiten Planetenrad (5),wobei das zweite Planetengetriebe (12) insbesondere kein Sonnenrad aufweist, wobei das erste Hohlrad (3) und das zweite Hohlrad (13) frei drehbar im Gehäuse (1) angeordnet sind, wobei das Sonnenrad (7) mit einer Eingangswelle verbunden ist. Das Getriebe (1) weist weiterhin einen Planetenträger (6) auf, wobei das erste Planetenrad (4) und das zweite Planetenrad (5) drehfest miteinander verbunden sind und drehbar am bzw. im Planetenträger (6) gelagert sind. Das Getriebe (1) weist weiterhin eine erste Kupplung (K1) auf, welche zwischen dem ersten Hohlrad (3) und dem Gehäuse (1) vorgesehen ist und eingerichtet ist, das erste Hohlrad (3) mit dem Gehäuse (1) drehfest zu koppeln oder freizugeben, sowie eine zweite Kupplung (K2), welche zwischen dem Planetenträger (6) und dem Gehäuse (1) vorgesehen ist und eingerichtet ist, den Planetenträger (6) mit dem Gehäuse (1) drehfest zu koppeln oder freizugeben. Das Getriebe (1) weist weiterhin eine Ausgangswelle (15) auf, welche mit dem zweiten Hohlrad (13) verbunden ist, sowie insbesondere eine Steuereinheit (16), welche eingerichtet ist, die erste Kupplung (K1) und die zweite Kupplung (K2) zu steuern.The present invention relates to a switchable transmission, comprising: a housing (1), a first planetary gear (11) with a sun gear (7), a first ring gear (3) and at least one first planetary gear (4), the gear (1) as well having a second planetary gear (12) with a second ring gear (13) and at least one second planet gear (5), the second planetary gear (12) in particular not having a sun gear, the first ring gear (3) and the second ring gear (13) being free are rotatably arranged in the housing (1), the sun gear (7) being connected to an input shaft. The transmission (1) also has a planet carrier (6), the first planet gear (4) and the second planet gear (5) being connected to one another in a rotationally fixed manner and being rotatably mounted on or in the planet carrier (6). The transmission (1) also has a first clutch (K1) which is provided between the first ring gear (3) and the housing (1) and is designed to couple the first ring gear (3) to the housing (1) in a rotationally fixed manner or to release, as well as a second clutch (K2) which is provided between the planet carrier (6) and the housing (1) and is set up to couple or release the planet carrier (6) with the housing (1) in a rotationally fixed manner. The transmission (1) also has an output shaft (15) which is connected to the second ring gear (13), and in particular a control unit (16) which is set up to include the first clutch (K1) and the second clutch (K2) to control.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein schaltbares Getriebe, eine Anhängerachse mit einem derartigen schaltbaren Getriebe sowie einen Fahrzeuganhänger, insbesondere einen Caravan-Anhänger oder einen LKW-Anhänger oder einen PKW-Anhänger oder dgl. mit einer derartigen Fahrzeugachse.The present invention relates to a switchable transmission, a trailer axle with such a switchable transmission and a vehicle trailer, in particular a caravan trailer or a truck trailer or a car trailer or the like. With such a vehicle axle.

Fahrzeuganhänger, z.B. Wohnwägen oder LKW-Anhänger oder dgl., werden mittels Zugmaschinen bewegt. Nach Ankunft an einem Bestimmungsort ist häufig ein Rangieren zum endgültigen Bestimmungsort notwendig (z.B. eine Laderampe oder ein Stellplatz für einen Wohnwagenanhänger). Das Rangieren mit der Zugmaschine ist v.a. im Rückwärtsfahrbetrieb schwierig und teilweise auch aufgrund mangelnden Platzes nicht möglich. Dann werden derartige Anhänger zum Rangieren häufig von der Zugmaschine abgekoppelt und per Hand bewegt, was sehr kraftaufwändig ist. Oder sie werden mittels eines Rangierantriebs, welcher die Räder des Anhängers direkt über eine bewegliche Antriebsrolle am Reifen des Anhängers antreibt, bewegt. Ein derartiger Rangierantrieb ist üblicherweise an jedem Reifen des Anhängers vorgesehen. Bei Wohnwägen wird eine Antriebsenergie eines derartigen Rangierantriebs, beispielsweise aus einer 12V-Bord-Batterie des Wohnwagens entnommen.Vehicle trailers, e.g. caravans or truck trailers or the like, are moved by means of tractors. After arriving at a destination, it is often necessary to maneuver to the final destination (e.g. a loading ramp or a parking space for a caravan trailer). Maneuvering with the tractor is difficult, especially when reversing, and partly not possible due to a lack of space. Then such trailers are often uncoupled from the tractor for maneuvering and moved by hand, which is very forceful. Or they are moved by means of a maneuvering drive, which drives the trailer's wheels directly via a movable drive roller on the trailer's tires. Such a maneuvering drive is usually provided on each tire of the trailer. In the case of caravans, drive energy from such a maneuvering drive is taken from a 12V on-board battery in the caravan, for example.

Beispielsweise zeigt die EP 1 225 090 A2 einen derartigen Rangierantrieb.For example, the EP 1 225 090 A2 such a maneuvering drive.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße schaltbare Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das schaltbare Getriebe nicht nur für einen elektrischen Rangierbetrieb ausgelegt ist, sondern auch einen Betrieb einer elektrischen Maschine als Generator, z.B. als Lademöglichkeit eines Energiespeichers bietet und/oder als Schubunterstützung bzw. einer Minderung der zu ziehenden Anhängermasse für das Zugfahrzeug dient. Dabei weist das schaltbare Getriebe der Erfindung einen einfachen und robusten Aufbau auf und benötigt nur einen minimalen Bauraum. So kann es in einfacher Weise an oder in einer Anhängerachse angeordnet werden, z.B. in unmittelbarer Nähe eines mit der Anhängerachse verbundenen Rades. Ferner kann mittels des schaltbaren Getriebes eine sehr hohe Spreizung bei den Übersetzungen der einzelnen Gänge vorgesehen werden, beispielsweise kann ein erstes Übersetzungsverhältnis (einer ersten Getriebestufe) in einem Bereich von 1:1 bis 14:1 liegen (nur das zweite Planetengetriebe ist aktiv) und/oder ein zweites Übersetzungsverhältnis (einer zweiten Getriebestufe) kann ein zweites Übersetzungsverhältnis in einem Bereich von 30:1 bis 450:1 aufweisen, bevorzugt z.B. 50:1 bis 350:1 (beide Planetengetriebe sind aktiv). Auch ermöglicht das schaltbare Getriebe bei Verwendung an einer Fahrzeugachse eine Reduzierung einer Abnutzung der Räder an der Fahrzeugachse, da auf die auf den Rädern abrollenden Antriebsrollen des Standes der Technik verzichtet werden kann. Insbesondere ermöglicht das schaltbare Getriebe neben dem Rangierbetrieb somit auch einen Rekuperationsbetrieb. Es kann dabei während einer Fahrt, wenn das schaltbare Getriebe z.B. an oder in einer Anhängerachse angeordnet ist, z.B. einen Energiespeicher aufladen oder elektrische Verbraucher im Anhänger direkt mit elektrischer Energie versorgen. Dabei wird vorteilhaft das Bordnetz des Zugfahrzeugs entlastet bzw. für die Versorgung dieses Verbrauchers überhaupt nicht mehr benötigt.The switchable transmission according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the switchable transmission is not only designed for electrical maneuvering, but also offers operation of an electrical machine as a generator, e.g. as a charging option for an energy store and / or as a thrust support or a reduction in the trailer mass to be pulled for the towing vehicle. The switchable transmission of the invention has a simple and robust structure and requires only a minimal amount of installation space. It can easily be arranged on or in a trailer axle, e.g. in the immediate vicinity of a wheel connected to the trailer axle. Furthermore, by means of the switchable gear, a very high spread can be provided for the gear ratios of the individual gears, for example a first gear ratio (a first gear stage) can be in a range from 1: 1 to 14: 1 (only the second planetary gear is active) and / or a second gear ratio (a second gear stage) can have a second gear ratio in a range from 30: 1 to 450: 1, preferably for example 50: 1 to 350: 1 (both planetary gears are active). When used on a vehicle axle, the shiftable transmission also enables a reduction in wear on the wheels on the vehicle axle, since the prior art drive rollers rolling on the wheels can be dispensed with. In particular, the switchable transmission enables recuperation operation in addition to maneuvering. It can charge an energy storage device or supply electrical consumers in the trailer directly with electrical energy during a journey, if the switchable transmission is arranged on or in a trailer axle, for example. The on-board network of the towing vehicle is advantageously relieved or no longer required at all for supplying this consumer.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das schaltbare Getriebe ein Gehäuse sowie ein erstes Planetengetriebe und ein zweites Planetengetriebe aufweist. Das erste Planetengetriebe umfasst ein (erstes) Sonnenrad, ein erstes Hohlrad und wenigstens ein erstes Planetenrad. Das zweite Planetengetriebe umfasst ein zweites Hohlrad und wenigstens ein zweites Planetenrad. Das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad sind frei drehbar im Gehäuse des schaltbaren Getriebes angeordnet. Das (erste) Sonnenrad des ersten Planetengetriebes ist mit einer Eingangswelle (erste Welle) verbunden. Weiterhin weist das Getriebe einen Planetenträger auf. Das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad sind drehfest miteinander verbunden und drehbar am bzw. im Planetenträger gelagert.This is achieved according to the invention in that the switchable transmission has a housing as well as a first planetary gear and a second planetary gear. The first planetary gear comprises a (first) sun gear, a first ring gear and at least one first planet gear. The second planetary gear includes a second ring gear and at least one second planet gear. The first ring gear and the second ring gear are freely rotatable in the housing of the switchable transmission. The (first) sun gear of the first planetary gear is connected to an input shaft (first shaft). The transmission also has a planet carrier. The first planet gear and the second planet gear are non-rotatably connected to one another and rotatably mounted on or in the planet carrier.

Ferner ist eine erste Kupplung vorgesehen, welche zwischen dem ersten Hohlrad und dem Gehäuse angeordnet ist. Die erste Kupplung ist eingerichtet, das erste Hohlrad mit dem Gehäuse drehfest zu koppeln oder freizugeben. Somit ermöglicht die erste Kupplung, dass sich das erste Hohlrad entweder relativ zum Gehäuse drehen kann oder dass das erste Hohlrad relativ zum Gehäuse festgehalten ist. Kann sich das erste Hohlrad drehen, so dreht es sich entgegen der Drehrichtung des (ersten) Sonnenrades und das erste Planetenrad dreht ebenfalls entgegengesetzt zur Drehrichtung des (ersten) Sonnenrades.Furthermore, a first clutch is provided, which is arranged between the first ring gear and the housing. The first clutch is set up to couple or release the first ring gear to the housing in a rotationally fixed manner. The first clutch thus enables the first ring gear to either rotate relative to the housing or for the first ring gear to be retained relative to the housing. If the first ring gear can rotate, it rotates counter to the direction of rotation of the (first) sun gear and the first planet gear also rotates counter to the direction of rotation of the (first) sun gear.

Weiterhin ist eine zweite Kupplung vorgesehen, welche zwischen dem Planetenträger und dem Gehäuse angeordnet ist. Die zweite Kupplung ist eingerichtet, den Planetenträger mit dem Gehäuse drehfest zu koppeln oder freizugeben. Somit ermöglicht die zweite Kupplung, dass sich der Planetenträger entweder relativ zum Gehäuse drehen kann oder dass der Planetenträger relativ zum Gehäuse festgehalten ist. Kann sich der Planetenträger drehen, so dreht er sich in derselben Drehrichtung wie das (erste) Sonnenrad und das erste Planetenrad dreht entgegengesetzt zur Drehrichtung des (ersten) Sonnenrades.Furthermore, a second clutch is provided, which is arranged between the planet carrier and the housing. The second clutch is designed to couple or release the planet carrier with the housing in a rotationally fixed manner. Thus, the second clutch enables the planet carrier to either rotate relative to the housing or the planet carrier to be retained relative to the housing. If the planet carrier can rotate, it rotates in the same direction of rotation as the (first) sun gear and the first planet gear rotates in the opposite direction to the direction of rotation of the (first) sun gear.

Eine Ausgangswelle (zweite Welle) ist mit dem zweiten Hohlrad verbunden.An output shaft (second shaft) is connected to the second ring gear.

Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das zweite Planetengetriebe kein Sonnenrad aufweist. Mit anderen Worten: es besteht dann nur aus dem wenigstens einen zweiten Planetenrad und dem zweiten Hohlrad. Sollte ein zweites Sonnenrad im zweiten Planetengetriebe vorgesehen sein, so würde dieses ausschließlich mit dem wenigstens einen zweiten Planetenrad gekoppelt sein. Im folgenden Text ist bei der Verwendung des Begriffs „Sonnenrad“ stets das (erste) Sonnenrad des ersten Planetenrades zu verstehen, wenn nicht ausdrücklich etwas Anderes beschrieben wird.It can be provided, for example, that the second planetary gear does not have a sun gear. In other words: it then only consists of the at least one second planetary gear and the second ring gear. Should a second sun gear be provided in the second planetary gear, this would be coupled exclusively to the at least one second planet gear. In the following text, when the term “sun gear” is used, the (first) sun gear of the first planet gear is always to be understood, unless something else is expressly described.

Ferner kann beispielsweise das Getriebe eine Steuereinheit aufweisen, welche eingerichtet ist, die erste und zweite Kupplung zu steuern. Diese Steuereinheit kann jedoch auch separat vorliegen. Sie kann z.B. in einem externen Steuergerät, z.B. einer Vehicle Control Unit (VCU) vorgesehen sein. Sie kann dann z.B. über Signalleitungen und Ansteuerleitungen für die Kupplungen mit dem Getriebe verbunden sein.Furthermore, for example, the transmission can have a control unit which is set up to control the first and second clutches. However, this control unit can also be present separately. For example, it can be provided in an external control unit, e.g. a Vehicle Control Unit (VCU). It can then be connected to the gearbox via signal lines and control lines for the clutches, for example.

Der Begriff „Kupplung“ (erste Kupplung, zweite Kupplung) ist im Kontext dieser Anmeldung zunächst funktionell zu verstehen. D.h.: die Kupplung kann ein Element mit einem anderen Element verbinden oder freigeben. Somit können erste und zweite Kupplung z.B. durch ein (einziges mechanisches) Teil realisierbar sein, solange dieses die verschiedenen Schaltzustände herstellen kann. Es kann jedoch beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die erste Kupplung und die zweite Kupplung durch zwei voneinander separate, unabhängige Bauelemente realisiert sind.In the context of this application, the term “clutch” (first clutch, second clutch) is initially to be understood functionally. This means: the coupling can connect or release one element to another element. Thus, the first and second clutch can be implemented, for example, by a (single mechanical) part, as long as it can produce the different switching states. However, it can also be provided, for example, that the first clutch and the second clutch are implemented by two mutually separate, independent components.

Es versteht sich, dass das Getriebe genau ein erstes Planetenrad aufweisen kann. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere erste Planetenräder vorgesehen sind, z.B. zwei, drei, vier, fünf oder noch mehr erste Planetenräder.It goes without saying that the transmission can have precisely one first planetary gear. However, it is also possible that several first planet gears are provided, e.g. two, three, four, five or even more first planet gears.

Es versteht sich weiterhin, dass das Getriebe genau ein zweites Planetenrad aufweisen kann. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere zweite Planetenräder vorgesehen sind, z.B. zwei, drei, vier, fünf oder noch mehr zweite Planetenräder. Die Anzahl der zweiten Planetenräder kann vorzugsweise gleich der Anzahl der ersten Planetenräder sein.It is also understood that the transmission can have exactly one second planetary gear. However, it is also possible that several second planet gears are provided, e.g. two, three, four, five or even more second planet gears. The number of second planet gears can preferably be equal to the number of first planet gears.

Weiter bevorzugt ist das schaltbare Getriebe eingerichtet, axial mit einer Welle eines Rades verbunden zu werden. Dieses kann z.B. an einer Anhängerachse angeordnet sein.More preferably, the switchable transmission is set up to be axially connected to a shaft of a wheel. This can e.g. be arranged on a trailer axle.

Bevorzugt sind eine Zähnezahl des ersten Hohlrades und des zweiten Hohlrades verschieden, sie unterscheiden sich somit um wenigstens einen Zahn. Dabei gilt: je geringer der Zähnezahlunterschied ist desto höher kann die Übersetzung ausfallen (je nach Schaltzustand der ersten und/oder zweiten Kupplung).Preferably, the number of teeth of the first ring gear and the second ring gear are different, they therefore differ by at least one tooth. The following applies: the smaller the difference in the number of teeth, the higher the gear ratio can be (depending on the switching status of the first and / or second clutch).

Beispielsweise sind eine Zähnezahl des ersten Planetenrades und des zweiten Planetenrades gleich. Sind in diesem Fall die Zähnezahlen des ersten Hohlrads und des zweiten Hohlrads verschieden, so kann infolge eines Achsabstandunterschiedes eine Profilverschiebung am ersten Hohlrad, am zweiten Hohlrad oder an beiden Hohlrädern notwendig sein.For example, a number of teeth of the first planetary gear and the second planetary gear are the same. If the number of teeth of the first ring gear and the second ring gear are different in this case, a profile shift on the first ring gear, on the second ring gear or on both ring gears may be necessary due to a difference in center distance.

Beispielsweise sind eine Zähnezahl des ersten Planetenrades und des zweiten Planetenrades verschieden.For example, a number of teeth of the first planetary gear and the second planetary gear are different.

Wenn sich eine Zähnezahl des ersten Hohlrades und eine Zähnezahl des zweiten Hohlrades unterscheiden, so kann eine Drehrichtungsumkehr (Eingangswelle zu Ausgangswelle) bewirkt werden in Abhängigkeit davon, welches der beiden Hohlräder mehr Zähne aufweist.If a number of teeth of the first ring gear and a number of teeth of the second ring gear differ, a reversal of the direction of rotation (input shaft to output shaft) can be effected depending on which of the two ring gears has more teeth.

Dabei kann das Verhältnis der Anzahl der Zähne des ersten Hohlrades (Z3) zu der Anzahl der Zähne des zweiten Hohlrades (Z5) z.B. im Bereich liegen von 1:1,01 bis 1:1,5, bevorzugt im Bereich wenigstens 1:1,012 bis 1:1,08. Beispielsweise kann die Anzahl der Zähne des ersten Hohlrads 60 betragen und die des zweiten Hohlrads 57 oder die Anzahl der Zähne des ersten Hohlrads kann 74 betragen und die des zweiten Hohlrads 72. Es versteht sich, dass die Zähnezahl auch genau umgekehrt sein kann (z.B. Z3 = 57 und Z5 = 60), wenn die Drehrichtung der Ausgangswelle im Vergleich zum ersten Beispiel umgedreht werden soll. Somit bezieht sich das Verhältnis immer auf das Verhältnis der größeren Zähnezahl zu der kleineren Zähnezahl der beiden Hohlräder.The ratio of the number of teeth of the first ring gear ( Z3 ) to the number of teeth of the second ring gear ( Z5 ) for example in the range from 1: 1.01 to 1: 1.5, preferably in the range at least 1: 1.012 to 1: 1.08. For example, the number of teeth of the first ring gear 60 and that of the second ring gear 57 or the number of teeth of the first ring gear can be 74 and that of the second Ring gear 72 . It goes without saying that the number of teeth can also be exactly the other way round (eg Z3 = 57 and Z5 = 60) if the direction of rotation of the output shaft is to be reversed compared to the first example. Thus the ratio always refers to the ratio of the larger number of teeth to the smaller number of teeth of the two ring gears.

Durch diese Getriebetopologie ist es möglich, dass beispielsweise eine Anhängerachse einerseits in einem Rangierbetrieb betrieben werden kann und andererseits ermöglicht diese Getriebetopologie einen elektromotorischen Fahrbetrieb und/oder einen Generatorbetrieb, wenn eine elektrische Maschine an der Eingangswelle angeordnet ist. Beispielsweise kann bei einer normalen Zugfahrt des Anhängers in einem angehängten Zustand an einer Zugmaschine eine elektrische Maschine, die an der Eingangswelle (erste Welle) angeordnet ist, als elektrischer Motor betrieben werden und eine zusätzliche Unterstützung zur Zugmaschine bereitstellen. Im generatorischen Betrieb kann dann die elektrische Maschine beispielsweise einen Energiespeicher, welcher am Fahrzeuganhänger verbaut ist, aufladen oder direkt elektrische Verbraucher, welche sich im Fahrzeuganhänger befinden, beispielsweise ein Kühlschrank oder ein Kühlaggregat oder dgl., mit elektrischer Energie versorgen.This gear topology makes it possible, for example, for a trailer axle to be operated in a maneuvering mode on the one hand and on the other hand this gear topology enables an electric motor drive mode and / or a generator mode if an electric machine is arranged on the input shaft. For example, during a normal train ride of the trailer in a hitched-up state on a tractor, an electrical machine which is arranged on the input shaft (first shaft) can be operated as an electric motor and provide additional support for the tractor. In generator mode, the electrical machine can then, for example, charge an energy storage device installed on the vehicle trailer or directly supply electrical consumers located in the vehicle trailer, for example a refrigerator or a cooling unit or the like, with electrical energy.

Da das schaltbare Getriebe zwei (direkt) hintereinander angeordnete Planetengetriebe aufweist kann ein geringer Bauraum für das schaltbare Getriebe realisiert werden. Das derart gestaltete Getriebe ist vorteilhaft besonders einfach gegen das Eindringen von Schmutz oder Verunreinigungen geschützt. Ferner können vorteilhaft auch die Herstellkosten für das schaltbare Getriebe, insbesondere zusammen bei einem Einbau in oder an eine Anhängerachse, sehr gering ausfallen. In Abhängigkeit eines gewünschten Betriebes einer mit dem schaltbaren Getriebe verbundenen elektrischen Maschine kann ein Antriebsmodus realisiert werden, in welchem die elektrische Maschine als Elektromotor (Antriebsmotor) betrieben wird oder auch ein Rekuperationsmodus realisiert werden, in welchem die elektrische Maschine als Generator betrieben wird. Im Antriebsmodus, d.h., wenn die elektrische Maschine als Elektromotor (Antriebsmotor) betrieben wird, kann dabei ein Rangiergang und auch ein Antriebsgang, in welchem die elektrische Maschine unterstützend eine Zugmaschine entlastet, mittels des schaltbaren Getriebes eingestellt werden.Since the shiftable transmission has two planetary gears arranged (directly) one behind the other, a small installation space can be realized for the shiftable transmission. The transmission designed in this way is advantageously protected in a particularly simple manner against the ingress of dirt or impurities. Furthermore, the manufacturing costs for the switchable transmission, particularly when installed in or on a trailer axle, can also be very low. Depending on a desired operation of an electrical machine connected to the shiftable transmission, a drive mode can be implemented in which the electrical machine is operated as an electric motor (drive motor) or a recuperation mode can be implemented in which the electrical machine is operated as a generator. In drive mode, i.e. when the electric machine is operated as an electric motor (drive motor), a shunting gear and also a drive gear, in which the electric machine supports a tractor, can be set by means of the switchable gear.

Bei einer ersten Getriebestufe im Rangierbetrieb werden üblicherweise relativ kleine Strecken zurückgelegt, z.B. wenige Meter, z.B. weniger als 500 m oder weniger als 100 m oder sogar nur weniger als 20 m. Die Geschwindigkeit im Rangiermodus ist vorzugsweise gering, z.B. weniger als 10 km/h, bevorzugt weniger als 6 km/h, besonders bevorzugt weniger als 3 km/h, weiter bevorzugt weniger als 1 km/h. Im Rangierbetrieb kann dabei ein relativ hohes Drehmoment an einem von einer Anhängerachse angetriebenen Rad angefordert werden.In a first gear stage in maneuvering mode, relatively short distances are usually covered, for example a few meters, for example less than 500 m or less than 100 m or even only less than 20 m. The speed in maneuvering mode is preferably low, for example less than 10 km / h , preferably less than 6 km / h, particularly preferably less than 3 km / h, more preferably less than 1 km / h. When maneuvering, a relatively high torque can be requested from a wheel driven by a trailer axle.

Eine zweite Getriebestufe kann beispielsweise im Fahrbetrieb, z.B. in einem Zugbetrieb, eingesetzt werden, bei dem größere Strecken, z.B. mehr als 10 km oder mehr als 100 km oder mehr als 500 km, zurückgelegt werden. Im Zugbetrieb werden häufig höhere Geschwindigkeiten erreicht, z.B. mehr als 70 km/h, wodurch das Rad einer Anhängerachse entsprechend schnell dreht und diese Drehzahl im schaltbaren Getriebe aufgenommen werden muss.A second gear stage can be used, for example, when driving, e.g. in a train operation, in which longer distances, e.g. more than 10 km or more than 100 km or more than 500 km, are covered. In train operation, higher speeds are often reached, e.g. more than 70 km / h, which means that the wheel of a trailer axle rotates correspondingly quickly and this speed has to be recorded in the switchable transmission.

Es sei angemerkt, dass zur Beschreibung der Erfindung die Eingangswelle (erste Welle) des schaltbaren Getriebes immer die Welle ist, welche sich mit der elektrischen Maschine in Verbindung befindet und die Ausgangswelle (zweite Welle) des schaltbaren Getriebes immer die Welle ist, welche sich mit einem Rad eines Anhängers oder dgl. in Verbindung befindet. Es ist für einen Fachmann dabei selbstverständlich, dass sich bei einem Umschalten der elektrischen Maschine von einer Nutzung im generatorischen Betrieb zu einem motorischen Betrieb (Elektromotor) der Kraftfluss im System umdreht. Damit wird grundsätzlich die bisherige Ausgangswelle des Getriebes zur Eingangswelle und umgekehrt. Trotzdem bleiben zur Vermeidung von Unklarheiten in der Beschreibung die Bezeichnungen „Eingangswelle“ und „Ausgangswelle“ unabhängig von der Betriebsart der elektrischen Maschine erhalten (es wird also immer auf einen Kraftfluss im motorischen Betrieb Bezug genommen - im generatorischen Betrieb müssen somit die Bezeichnungen getauscht werden).It should be noted that for the description of the invention, the input shaft (first shaft) of the switchable transmission is always the shaft that is connected to the electrical machine and the output shaft (second shaft) of the switchable transmission is always the shaft that is connected to it a wheel of a trailer or the like. In connection. For a person skilled in the art, it goes without saying that when the electrical machine is switched from use in generator mode to motor mode (electric motor), the power flow in the system is reversed. This basically turns the previous output shaft of the transmission into the input shaft and vice versa. Nevertheless, to avoid ambiguity in the description, the terms "input shaft" and "output shaft" are retained regardless of the operating mode of the electrical machine (i.e., reference is always made to a power flow in motor operation - in generator operation, the names must therefore be swapped) .

Im Kontext dieser Anmeldung werden die Begriffe „umfassend“, „umfassen“ synonym zu den Begriffen „aufweisend“, „aufweisen“ verwendet, sofern nichts Anderes beschrieben ist.In the context of this application, the terms “comprising”, “comprising” are used synonymously with the terms “having”, “having”, unless otherwise described.

Eine axiale Richtung erstreckt sich entlang einer Achse, z.B. einer Achse X-X (siehe 1). Eine radiale Richtung erstreckt sich senkrecht zu der axialen Richtung und eine Umlaufrichtung bezeichnet diejenige Richtung, die die axiale Richtung umläuft.An axial direction extends along an axis, for example an axis XX (see 1 ). A radial direction extends perpendicular to the axial direction and a revolving direction denotes the direction revolving around the axial direction.

Im motorischen Betrieb könnte die Eingangswelle auch als Antriebswelle und die Ausgangswelle als Abtriebswelle bezeichnet werden.In motor operation, the input shaft could also be referred to as the drive shaft and the output shaft as the output shaft.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad eine gemeinsame Planetenradachse aufweisen, wobei das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad drehfest mit der Planetenradachse verbunden sind, wobei die Planetenradachse drehbar im Planetenradträger gelagert ist.In a further development it is provided that the first planetary gear and the second planetary gear have a common planetary gear axle, the first planetary gear and the second planetary gear being non-rotatably connected to the planetary gear axle, the planetary gear axle being rotatably mounted in the planetary gear carrier.

Dadurch wird vorteilhaft ein besonders einfacher Aufbau realisierbar, insbesondere, wenn das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen. Dann können vorteilhaft z.B. das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad separat voneinander hergestellt werden und schließlich mit der Planetenradachse verbunden werden. Dadurch ist es auch einfach möglich, eines der Planetenräder auszutauschen, falls z.B. eine andere Übersetzung hergestellt werden soll. Die Planetenradachse ist in diesem Zusammenhang nicht nur als eine virtuelle Achse, sondern als eine (Planetenrad)Welle zu verstehen.This advantageously makes it possible to implement a particularly simple structure, in particular if the first planetary gear and the second planetary gear have different numbers of teeth. Then, for example, the first planetary gear and the second planetary gear can advantageously be manufactured separately from one another and finally connected to the planetary gear axle. This also makes it easy to exchange one of the planetary gears if, for example, a different gear ratio is to be produced. In this context, the planetary gear axle is not only to be understood as a virtual axis, but also as a (planetary gear) shaft.

Alternativ oder zusätzlich kann z.B. vorgesehen sein, dass das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad nicht über eine Achse miteinander verbunden sind, sondern direkt aneinander gekoppelt sind. In diesem Fall können sie z.B. jeweils an ihrer axial nach außen gewandten Stirnseite ein Koppelelement aufweisen, mit welchem sie am bzw. im Planetenträger gelagert sind. Das Koppelelement kann z.B. ein Zapfen sein. Alternativ kann z.B. auch vorgesehen sein, dass die beiden Planetenräder aus einem Stück gefertigt sind und in ihrer Mitte eine Bohrung o.ä. aufweisen. Durch diese Bohrung kann dann z.B. eine Achse geführt sein. Diese Achse kann z.B. drehfest mit dem Planetenträger verbunden sein und zu diesem gehören. Die beiden Planetenräder drehen sich somit um die zum Planetenträger gehörige Achse.Alternatively or additionally, it can be provided, for example, that the first planetary gear and the second planetary gear are not connected to one another via an axle, but rather are directly coupled to one another. In this case, for example, they can each have a coupling element on their axially outwardly facing end face, with which they are mounted on or in the planet carrier. The coupling element can, for example, be a pin. Alternatively, it can also be provided, for example, that the two planet gears are made from one piece and have a bore or the like in their center. An axle, for example, can then be guided through this hole. This axis can, for example, be non-rotatably connected to the planet carrier and belong to it. The two planet gears thus rotate around the axis belonging to the planet carrier.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ausgangswelle im Gehäuse gelagert ist.It is preferably provided that the output shaft is mounted in the housing.

Dazu kann die Ausgangswelle z.B. in einem Deckel oder einem Boden des Gehäuses gelagert sein. Beispielsweise kann das Gehäuse dazu mit einem ersten Lager und/oder mit einem zweiten Lager gestaltet sein. Erstes und/oder zweites Lager können z.B. im Boden und/oder im Deckel des Gehäuses vorgesehen sein. Der Deckel und/oder der Boden können z.B. einen zylindrischen Lagerbereich aufweisen, in welchem ein oder mehrere Lager für die Ausgangswelle angeordnet sind.For this purpose, the output shaft can be mounted in a cover or a base of the housing, for example. For example, the housing can be designed with a first bearing and / or with a second bearing for this purpose. The first and / or second bearing can be provided, for example, in the base and / or in the cover of the housing. The cover and / or the base can, for example, have a cylindrical bearing area in which one or more bearings for the output shaft are arranged.

Dadurch wird vorteilhaft eine radiale Stabilisierung der Ausgangswelle und eine Verminderung der Reibung bewirkt, somit also die Effizienz des Getriebes verbessert.This advantageously brings about a radial stabilization of the output shaft and a reduction in friction, thus improving the efficiency of the transmission.

Weiterhin vorteilhaft kann dadurch auch eine besonders einfache und sichere Abdichtung des Inneren des Gehäuses des Getriebes gegen fluide Medien, Schmutz und Verunreinigungen bewirkt werden, wodurch die Lebensdauer des Getriebes erhöht werden kann.A particularly simple and secure sealing of the interior of the housing of the transmission against fluid media, dirt and impurities can thereby also advantageously be effected, as a result of which the service life of the transmission can be increased.

Weiterhin vorteilhaft kann dadurch ein besonders kompakter Aufbau mit geringem Gewicht erreicht werden.A particularly compact structure with a low weight can also advantageously be achieved in this way.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Eingangswelle durch den Boden (bzw. den Deckel) des Gehäuses hindurchgeführt (wenn die Ausgangswelle durch den Deckel (bzw. den Boden) hindurchgeführt ist). Hierbei kann bevorzugt die Eingangswelle auch am Gehäuseboden gelagert sein. Auch dies dient einem reibungsfreieren Lauf, einer radialen Stabilisierung der Eingangswelle und einer Abdichtung des Inneren des Gehäuses.It can furthermore be provided that the input shaft is passed through the base (or the cover) of the housing (if the output shaft is passed through the cover (or the base)). In this case, the input shaft can preferably also be mounted on the housing base. This, too, is used for smooth running, radial stabilization of the input shaft and sealing of the interior of the housing.

Vorzugsweise sind die Eingangswelle und die Ausgangswelle des schaltbaren Getriebes auf einer gemeinsamen Achse angeordnet. Diese Achse ist zunächst als eine virtuelle Achse zu verstehen. Sie kann z.B. eine Symmetrieachse des Getriebes bzw. seines Gehäuses sein.The input shaft and the output shaft of the switchable transmission are preferably arranged on a common axis. This axis is initially to be understood as a virtual axis. For example, it can be an axis of symmetry of the gearbox or its housing.

Dadurch wird vorteilhaft eine besonders kompakte Bauweise bewirkt. Weiterhin vorteilhaft wird das Risiko einer Unwucht verringert und das Gehäuse wird mit weniger Kräften, v.a. in radialer Richtung, belastet. Dies wiederum ermöglicht z.B. eine geringere Wandstärke des Gehäuses und damit Material- und Kosteneinsparungen.This advantageously results in a particularly compact design. Furthermore, the risk of an imbalance is advantageously reduced and the housing is loaded with fewer forces, especially in the radial direction. This in turn enables, for example, a lower wall thickness of the housing and thus material and cost savings.

Weiter bevorzugt ist die Ausgangswelle (zweite Welle) einteilig mit dem zweiten Hohlrad ausgebildet. Dadurch wird ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau ermöglicht.More preferably, the output shaft (second shaft) is formed in one piece with the second ring gear. This enables a particularly simple and cost-effective structure.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die erste Kupplung eine Reibkupplung ist und/oder dass die zweite Kupplung eine Reibkupplung ist.It is advantageously provided that the first clutch is a friction clutch and / or that the second clutch is a friction clutch.

Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die erste Kupplung eine Klauenkupplung ist und/oder dass die zweite Kupplung eine Klauenkupplung ist.Alternatively or additionally, it can advantageously be provided that the first coupling is a claw coupling and / or that the second coupling is a claw coupling.

Es sind somit folgende Kombinationen möglich:

  • ■ die erste Kupplung ist eine Reibkupplung. Die zweite Kupplung ist eine Reibkupplung oder eine Klauenkupplung oder eine andere Kupplungsart.
  • ■ Die erste Kupplung ist eine Klauenkupplung. Die zweite Kupplung ist eine Reibkupplung oder eine Klauenkupplung oder eine andere Kupplungsart.
  • ■ die zweite Kupplung ist eine Reibkupplung. Die erste Kupplung ist eine Reibkupplung oder eine Klauenkupplung oder eine andere Kupplungsart.
  • ■ Die zweite Kupplung ist eine Klauenkupplung. Die erste Kupplung ist eine Reibkupplung oder eine Klauenkupplung oder eine andere Kupplungsart.
The following combinations are possible:
  • ■ the first clutch is a friction clutch. The second clutch is a friction clutch or a dog clutch or another type of clutch.
  • ■ The first coupling is a claw coupling. The second clutch is a friction clutch or a dog clutch or another type of clutch.
  • ■ the second clutch is a friction clutch. The first clutch is a friction clutch or a dog clutch or another type of clutch.
  • ■ The second coupling is a claw coupling. The first clutch is a friction clutch or a dog clutch or another type of clutch.

Auch andere Kupplungsarten für erste Kupplung und zweite Kupplung sind denkbar.Other types of coupling for the first coupling and the second coupling are also conceivable.

Vorteilhaft bei der Verwendung einer Klauenkupplung ist die Erhöhung der übertragbaren Drehmomente durch die formschlüssige Verbindung - ein Durchrutschen der Kupplung wird hierbei verhindert. Dies erleichtert v.a. den Rangierbetrieb.The advantage of using a claw coupling is that the torque that can be transmitted is increased due to the form-fitting connection - this prevents the coupling from slipping. This makes shunting operations easier, in particular.

Vorteilhaft bei der Verwendung einer Reibkupplung ist die Möglichkeit eines Durchrutschens der Kupplung bei zu hohen Drehmomenten. Auf diese Weise kann eine Beschädigung des Getriebes bzw. der darin angeordneten Zahnräder verhindert werden.The advantage of using a friction clutch is the possibility of the clutch slipping if the torque is too high. In this way, damage to the transmission or the gears arranged therein can be prevented.

Es ist möglich, die erste Kupplung und die zweite Kupplung unterschiedlich auszugestalten oder sie als gleiche Kupplungsart auszugestalten.It is possible to design the first clutch and the second clutch differently or to design them as the same type of clutch.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine drehfest im Gehäuse gelagerte und axial bezüglich des Gehäuses verschiebbare Schaltmuffe vorgesehen ist, wobei die erste Kupplung und/oder die zweite Kupplung mittels der Schaltmuffe schaltbar sind. Die Schaltmuffe kann beispielsweise eine Innenverzahnung aufweisen, wobei die Innenverzahnung je nach Schaltstellung dann z.B. mit einer Außenverzahnung am ersten Hohlrad und/oder mit einer Außenverzahnung am Planetenträger formschlüssig verbunden ist.In a further development it is provided that a shift sleeve is provided that is non-rotatably mounted in the housing and axially displaceable with respect to the housing, the first clutch and / or the second clutch being shiftable by means of the shift sleeve. The shift sleeve can, for example, have internal teeth, the internal teeth then being positively connected, for example, to external teeth on the first ring gear and / or to external teeth on the planet carrier, depending on the switching position.

Dadurch wird vorteilhaft ein besonders robustes und kleinbauendes Getriebe geschaffen, welches für die durch die Schaltmuffe koppelbaren Elemente einen hohen Drehmomentübertrag ermöglicht. Mit der Schaltmuffe kann auch eine Art Bremse bzw. Parkbremse realisiert werden. Die Schaltmuffe wirkt als eine Art Klauenkupplung.This advantageously creates a particularly robust and compact transmission which enables a high torque transfer for the elements that can be coupled by the shift sleeve. A type of brake or parking brake can also be implemented with the shift sleeve. The shift sleeve acts as a kind of dog clutch.

Beispielsweise kann die Schaltmuffe in einer ersten Stellung mit dem ersten Hohlrad gekoppelt sein und dieses so mit dem Gehäuse drehfest verbinden und den Planetenträger freigeben. In einer zweiten Stellung kann sie z.B. mit dem Planetenträger gekoppelt sein und diesen so mit dem Gehäuse drehfest verbinden und das erste Hohlrad freigeben. In einer dritten Stellung kann die Schaltmuffe sowohl den Planetenträger als auch das erste Hohlrad freigeben (Leerlauf). In einer vierten Stellung (Blockierstellung bzw. Parkstellung) kann sie sowohl mit dem ersten Hohlrad als auch mit dem Planetenträger gekoppelt sein und beide Elemente mit dem Gehäuse drehfest verbinden. Dann ist das Getriebe blockiert und die Schaltmuffe wirkt in der Art einer Parkbremse. Dies kann z.B. die Diebstahlsicherheit für ein mit dem Getriebe verbundenes Fahrzeug erhöhen. Es versteht sich, dass von den vier Stellungen nicht alle vier im Getriebe realisiert sein müssen. Die Schaltmuffe kann z.B. so eingerichtet sein, dass sie nur die erste Stellung oder nur die zweite Stellung realisieren kann. Oder nur die erste und die zweite Stellung, etc.For example, the shift sleeve can be coupled to the first ring gear in a first position and thus connect it to the housing in a rotationally fixed manner and release the planet carrier. In a second position, it can be coupled to the planet carrier, for example, and thus connect it to the housing in a rotationally fixed manner and release the first ring gear. In a third position, the shift sleeve can release both the planet carrier and the first ring gear (idling). In a fourth position (blocking position or parking position) it can be coupled both to the first ring gear and to the planet carrier and connect both elements to the housing in a rotationally fixed manner. Then the transmission is blocked and the shift sleeve acts like a parking brake. This can, for example, increase the theft security for a vehicle connected to the transmission. It goes without saying that not all four of the four positions have to be implemented in the transmission. The shift sleeve can, for example, be set up in such a way that it can only implement the first position or only the second position. Or just the first and second positions, etc.

Die vier Stellungen können auch vier Schaltzuständen bzw. vier Modi entsprechen.The four positions can also correspond to four switching states or four modes.

Mit der Schaltmuffe kann somit ein einziges mechanisches Element eine der beiden Kupplungen bewirken oder sogar beide Kupplungen realisieren. Dadurch kann besonders kostengünstig und einfach das Getriebe hergestellt und betrieben werden.With the shift sleeve, a single mechanical element can thus effect one of the two clutches or even realize both clutches. As a result, the transmission can be manufactured and operated in a particularly inexpensive and simple manner.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen einem Außenumfang des ersten Hohlrads und dem Gehäuse ein drittes Lager vorgesehen bzw. angeordnet ist. In a further embodiment it is provided that a third bearing is provided or arranged between an outer circumference of the first ring gear and the housing.

Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass zwischen einem Außenumfang des zweiten Hohlrads und dem Gehäuse ein viertes Lager vorgesehen bzw. angeordnet ist.Alternatively or additionally, it is provided that a fourth bearing is provided or arranged between an outer circumference of the second ring gear and the housing.

Hierdurch kann eine große Stabilität des schaltbaren Getriebes, insbesondere in radialer Richtung, erreicht werden und trotzdem kann das erste und zweite Hohlrad gegenüber dem Gehäuse frei laufen, wenn die Kupplungen entsprechend geschaltet sind. Weiterhin vorteilhaft wird so eine besonders geringe Reibung zwischen dem jeweiligen Außenumfang des gelagerten Hohlrades und dem Gehäuse erzielbar, wodurch der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert wird.In this way, great stability of the switchable transmission, in particular in the radial direction, can be achieved and, nevertheless, the first and second ring gears can run freely with respect to the housing when the clutches are switched accordingly. A particularly low friction between the respective outer circumference of the mounted ring gear and the housing can also advantageously be achieved in this way, as a result of which the efficiency of the transmission is improved.

Das dritte Lager und/oder das vierte Lager können z.B. als Gleitlager, als Kugellager, als Wälzlager oder als Nadellager ausgebildet sein.The third bearing and / or the fourth bearing can, for example, be designed as plain bearings, ball bearings, roller bearings or needle bearings.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad einteilig ausgebildet sind. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Ensemble aus den beiden Planetenräder besonders kostengünstig und einfach herstellbar ist und dass das Getriebe dadurch in axialer Richtung besonders kompakt ausgebildet werden kann. Dieses Ensemble kann z.B. aus den beiden Planetenrädern als ein Monoblock ohne axiale Beabstandung voneinander ausgebildet sein.In a further development it is provided that the first planetary gear and the second planetary gear are formed in one piece. This advantageously has the effect that the assembly of the two planet gears can be produced particularly inexpensively and easily and that the transmission can thereby be designed to be particularly compact in the axial direction. This ensemble can, for example, be formed from the two planet gears as a monoblock without any axial spacing from one another.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad und die erste Planetenradachse einteilig ausgebildet sind. Dadurch kann vorteilhaft dieses Ensemble aus den beiden Planetenrädern und der Planetenradachse (die hier auch eine Welle ist) besonders kostengünstig und einfach hergestellt werden. Vorteilhaft ist dadurch auch ein Verwechseln von zu montierenden Planetenrädern an der Planetenradachse ausgeschlossen. Schließlich kann so vorteilhaft mittels der Länge der Planetenradachse die axiale Geometrie des Getriebes an konstruktive Anforderungen angepasst werden.Alternatively, it can be provided that the first planetary gear and the second planetary gear and the first planetary gear axle are formed in one piece. As a result, this ensemble of the two planetary gears and the planetary gear axle (which is also a shaft here) can advantageously be produced in a particularly inexpensive and simple manner. This also advantageously prevents the planet gears to be mounted on the planet gear axis from being mixed up. Finally, the axial geometry of the transmission can advantageously be adapted to structural requirements by means of the length of the planetary gear axis.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante entspricht die Zähnezahl der ersten Planetenräder der Zähnezahl der zweiten Planetenräder.In a further advantageous embodiment variant, the number of teeth on the first planetary gears corresponds to the number of teeth on the second planetary gears.

Die beiden alternativen Ensembles können z.B. in einem Gussprozess oder einem Spritzgussprozesshergestellt werden bzw. hergestellt sein.The two alternative ensembles can, for example, be produced in a casting process or an injection molding process.

Weiter bevorzugt umfasst das schaltbare Getriebe wenigstens einen Riementrieb. Der Riementrieb ist vorzugsweise an der Eingangswelle angeordnet und verbindet die Eingangswelle insbesondere mit einer elektrischen Maschine. Alternativ ist zusätzlich oder alleinig ein Riementrieb an der Ausgangswelle angeordnet. Der Riementrieb an der Ausgangswelle kann z.B. die Ausgangswelle mit einer Welle bzw. Achse eines Rades eines Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrzeuganhängers verbinden bzw. koppeln.The switchable transmission further preferably comprises at least one belt drive. The belt drive is preferably arranged on the input shaft and connects the input shaft in particular to an electrical machine. Alternatively, a belt drive is additionally or solely arranged on the output shaft. The belt drive on the output shaft can, for example, connect or couple the output shaft to a shaft or axle of a wheel of a vehicle, in particular a vehicle trailer.

Der Riementrieb kann vorteilhaft eine Überlastung des schaltbaren Getriebes vor zu hohen Drehmomentlasten verhindern. Denn der Riementrieb kann bei zu hohen Drehmomenten in der Art einer Sollbruchstelle durchrutschen und so das schaltbare Getriebe entlasten.The belt drive can advantageously prevent overloading of the shiftable transmission from excessive torque loads. Because if the torque is too high, the belt drive can slip in the manner of a predetermined breaking point and thus relieve the load on the switchable gear.

Der Riementrieb kann weiterhin vorteilhaft als Riemengetriebe ausgebildet sein, wodurch eine weitere Übersetzungsstufe zusätzlich zu den beiden Gängen des schaltbaren Getriebes bereitgestellt werden kann. Eine Übersetzung kann - lediglich beispielhaft - in einem Bereich von 1:1,2 bis 1:4 liegen. Es sind auch andere Übersetzungen bzw. Untersetzungen denkbar.The belt drive can also advantageously be designed as a belt drive, as a result of which a further gear ratio can be provided in addition to the two gears of the shiftable transmission. A translation can - only as an example - be in a range from 1: 1.2 to 1: 4. Other translations or reductions are also conceivable.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Anhängerachse mit einem erfindungsgemäßen schaltbaren Getriebe sowie mit einer elektrischen Maschine, welche eingerichtet ist, als Elektromotor oder als Generator betrieben zu werden.The present invention also relates to a trailer axle with a switchable transmission according to the invention and with an electrical machine which is set up to be operated as an electric motor or as a generator.

Eine derartige Anhängerachse kann - lediglich beispielsweise - ein z.B. starres Verbindungselement (z.B. einem Hohlträger) zwischen einer linken und rechten Seite eines Anhängers sein, an dessen freien Enden bevorzugt mittelbar oder unmittelbar Räder angeordnet sein können. Die Anhängerachse kann weiterhin z.B. an jedem ihrer Enden ein Federelement aufweisen, an welchem ein Rad bzw. eine Felge des Anhängers befestigbar ist. Beispielsweise kann ein solches Federelement als Blattfeder oder als Schwinge ausgebildet sein, die z.B. mit einer Torsionsfeder versehen ist. Eine solche Schwinge kann lediglich beispielhaft an der Anhängerachse federbar befestigt sein.Such a trailer axle can - only for example - be a rigid connecting element (for example a hollow beam) between a left and right side of a trailer, at the free ends of which wheels can preferably be arranged directly or indirectly. The trailer axle can continue, for example have at each of their ends a spring element to which a wheel or a rim of the trailer can be attached. For example, such a spring element can be designed as a leaf spring or as a rocker arm, which is provided with a torsion spring, for example. Such a rocker can only be attached to the trailer axle in a spring-like manner by way of example.

Allgemein ausgedrückt kann eine Federung (z.B. als Torsionsstab ausgebildet) zwischen der Anhängerachse und einem Anhänger-Chassis angeordnet sein.In general terms, a suspension (e.g. designed as a torsion bar) can be arranged between the trailer axle and a trailer chassis.

Es versteht sich, dass die Anhängerachse an jeder Seite (links / rechts bezüglich der Fahrtrichtung betrachtet) je ein derartig schaltbares Getriebe aufweisen kann. Jedes schaltbare Getriebe kann mit einem eigenen Motor an der Eingangswelle versehen sein. It goes without saying that the trailer axle can have such a shiftable transmission on each side (viewed left / right with respect to the direction of travel). Each switchable gearbox can be provided with its own motor on the input shaft.

Es ist jedoch auch möglich, dass lediglich eine einzige elektrische Maschine vorgesehen ist, welche mit den Eingangswellen von zwei oder mehr schaltbaren Getrieben verbunden ist.However, it is also possible that only a single electrical machine is provided, which is connected to the input shafts of two or more switchable transmissions.

Weiter bevorzugt ist ein Energiespeicher vorgesehen, welcher (elektrisch) mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Der Energiespeicher ist dabei eingerichtet, die elektrische Maschine, wenn diese als Elektromotor betrieben wird, mit elektrischer Energie zu versorgen und, wenn die elektrische Maschine als Generator betrieben wird, elektrische Energie zu speichern.Furthermore, an energy store is preferably provided which is (electrically) connected to the electrical machine. The energy store is set up to supply the electrical machine with electrical energy when it is operated as an electric motor and to store electrical energy when the electrical machine is operated as a generator.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Fahrzeuganhänger mit einer erfindungsgemäßen Anhängerachse. Der Fahrzeuganhänger ist beispielsweise ein Caravan oder ein Anhänger eines Lastkraftwagens oder ein anderer Anhänger eines PKW.The present invention also relates to a vehicle trailer with a trailer axle according to the invention. The vehicle trailer is, for example, a caravan or a trailer of a truck or another trailer of a car.

Besonders bevorzugt umfasst der Fahrzeuganhänger wenigstens einen elektrischen Verbraucher, der mit der elektrischen Maschine elektrisch verbunden ist, insbesondere ein Kühlschrank, eine Klimaanlage, ein Fernseher, eine Warmwasserbereitung, eine Mikrowelle, ein Haartrockner oder ein Kühlaggregat (z.B. für Kühlanhänger eines Lastkraftwagens). Der elektrische Verbraucher kann dabei direkt von der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb mit elektrischer Energie versorgt werden oder über einen oder mehrere elektrische (zusätzliche) Energiespeicher.The vehicle trailer particularly preferably comprises at least one electrical consumer that is electrically connected to the electrical machine, in particular a refrigerator, an air conditioning system, a television, hot water preparation, a microwave, a hair dryer or a cooling unit (e.g. for a refrigerated trailer of a truck). The electrical consumer can be supplied with electrical energy directly from the electrical machine in generator mode or via one or more electrical (additional) energy stores.

Eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und den elektrischen Verbrauchern kann dabei mittelbar, z.B. über einen Energiespeicher und/oder über ein Bordnetz des Fahrzeuganhängers, oder unmittelbar erfolgen.An electrical connection between the electrical machine and the electrical consumers can be established indirectly, e.g. via an energy store and / or via an on-board network of the vehicle trailer, or directly.

Es kann vorgesehen sein, dass ein zusätzlicher Energiespeicher des Fahrzeuganhängers mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Dadurch kann vorteilhaft im generatorischen Betrieb dieser zusätzliche Energiespeicher aufgeladen werden bzw. im Rangierbetrieb kann der Fahrzeuganhänger die zum Rangieren erforderliche Energie direkt aus dem zusätzlichen Energiespeicher entnehmen. Eine (elektrische) Verbindung mit dem Zugfahrzeug oder einem Außenanschluss (z.B. einer Steckdose) ist dann vorteilhaft nicht mehr notwendig - der Fahrzeuganhänger ist vorteilhaft autonom in energetischer Hinsicht.It can be provided that an additional energy store of the vehicle trailer is connected to the electrical machine. As a result, this additional energy store can advantageously be charged in generator mode or, in maneuvering mode, the vehicle trailer can take the energy required for maneuvering directly from the additional energy store. An (electrical) connection to the towing vehicle or an external connection (e.g. a socket) is then advantageously no longer necessary - the vehicle trailer is advantageously autonomous in terms of energy.

Zwischen dem Energiespeicher und dem elektrischen Anhänger- Bordnetz kann z.B. ein Spannungswandler angeordnet sein, welcher es ermöglicht, den Energiespeicher mit einem vom Anhänger-Bordnetz unterschiedlichen Spannungsniveau zu betreiben.A voltage converter, for example, can be arranged between the energy store and the trailer electrical system, which makes it possible to operate the energy store with a voltage level that differs from that of the trailer electrical system.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

  • 1 eine schematische Darstellung eines schaltbaren Getriebes für eine Fahrzeugachse eines Fahrzeuganhängers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
A preferred embodiment of the invention is described in detail below with reference to the accompanying drawing. In the drawing is:
  • 1 a schematic representation of a shiftable transmission for a vehicle axle of a vehicle trailer according to a preferred embodiment of the invention.

Bevorzugte Ausführungsform der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 ein schaltbaren Getriebe 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Das schaltbare Getriebe 100 ist hier - lediglich beispielhaft - in oder an einer Anhängerachse eines Fahrzeuganhängers angeordnet, wobei hier lediglich eine Welle 18 dargestellt ist die z.B. mit einem Rad verbindbar ist, welches an der Anhängerachse anbringbar ist.Referring to FIG 1 a switchable transmission 100 described in detail according to a preferred embodiment of the invention. The switchable transmission 100 is here - merely by way of example - arranged in or on a trailer axle of a vehicle trailer, with only one shaft here 18th is shown which can be connected to a wheel, for example, which can be attached to the trailer axle.

Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das schaltbare Getriebe 100 zwischen der Welle 18 und einer elektrische Maschine 17 angeordnet. Die elektrische Maschine 17 ist mit einer Steuereinheit 16 verbunden, welche auch das schaltbare Getriebe 100 steuert bzw. schaltet. Ferner ist die elektrische Maschine 17 mit einem Energiespeicher 19 verbunden, z.B. einer Batterie eines Anhänger-Bordnetzes', welches z.B. mit 12V, 24V, 36V, 48V, etc. betrieben sein kann.How out 1 can be seen is the switchable transmission 100 between the wave 18th and an electric machine 17th arranged. The electric machine 17th is with a control unit 16 connected, which also the switchable gear 100 controls or switches. Furthermore, there is the electrical machine 17th with an energy store 19th connected, for example a battery of a trailer electrical system, which can be operated with 12V, 24V, 36V, 48V, etc., for example.

1 zeigt schematisch im Schnitt das schaltbare Getriebe 100. Das schaltbare Getriebe 100 umfasst dabei ein erstes Planetengetriebe 11 und ein zweites Planetengetriebe 12 sowie einen Planetenträger 6. Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die beiden Planetengetriebe 11, 12 nacheinander angeordnet, also entlang einer Achse X-X betrachtet in Reihe nacheinander bzw. hintereinander. 1 shows schematically in section the switchable transmission 100 . The switchable transmission 100 includes a first planetary gear 11 and a second planetary gear 12th as well as a planet carrier 6th . How out 1 can be seen are the two planetary gears 11 , 12th arranged one after the other, that is, viewed along an axis XX, in series one after the other or one behind the other.

Das erste Planetengetriebe 11 umfasst ein (erstes) Sonnenrad 7 (nachfolgend einfach „Sonnenrad“ genannt), erste Planetenräder 4, sowie ein erstes Hohlrad 3.The first planetary gear 11 comprises a (first) sun gear 7th (hereinafter referred to simply as "sun gear"), first planetary gears 4th , as well as a first ring gear 3 .

Das (erste) Sonnenrad 7 weist eine erste Zähnezahl Z1 auf, die ersten Planetenräder 4 weisen zweite Zähnezahlen Z2 und das erste Hohlrad 3 weist eine dritte Zähnezahl Z3 auf. Im dargestellten Querschnitt sind zwei erste Planetenräder 4 zu erkennen. Es ist jedoch auch möglich, dass nur ein einziges erstes Planetenrad 4 vorhanden ist oder dass mehr als zwei erste Planentenräder 4 vorgesehen sind, z.B. drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr erste Planetenräder 4.The (first) sun gear 7th has a first number of teeth Z1 on, the first planetary gears 4th have second numbers of teeth Z2 and the first ring gear 3 has a third number of teeth Z3 on. In the cross section shown are two first planet gears 4th to recognize. However, it is also possible that only a single first planetary gear 4th is present or that more than two first planetary gears 4th are provided, for example three, four, five, six or even more first planetary gears 4th .

Das zweite Planetengetriebe 12 umfasst hier zweite Planetenräder 5 sowie ein zweites Hohlrad 13. Die zweiten Planetenräder 5 weisen eine vierte Zähnezahlen Z4 und das zweite Hohlrad 13 weist eine fünfte Zähnezahl Z5 auf. Im dargestellten Querschnitt sind zwei zweite Planetenräder 5 zu erkennen. Es ist jedoch auch möglich, dass nur ein einziges zweites Planetenrad 5 vorhanden ist oder dass mehr als zwei zweite Planentenräder 5 vorgesehen sind, z.B. drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr zweite Planetenräder 5.The second planetary gear 12th includes here second planet gears 5 and a second ring gear 13th . The second planetary gears 5 have a fourth number of teeth Z4 and the second ring gear 13th has a fifth number of teeth Z5 on. In the cross section shown are two second planet gears 5 to recognize. However, it is also possible that only a single second planetary gear 5 is present or that more than two second planetary gears 5 are provided, for example three, four, five, six or even more second planetary gears 5 .

Das zweite Planetengetriebe 12 weist hier kein Sonnenrad auf. Die ersten Planetenräder 4 sind hier - lediglich beispielhaft - jeweils an Planetenradachsen 8 (bzw. Planetenradwellen) befestigt. Die Planetenradachsen 8 sind in dem bzw. an dem - hier lediglich beispielhaft zwischen den ersten und zweiten Planetenrädern 4, 5 angeordneten - Planetenträger 6 gelagert, insbesondere drehbar gelagert.The second planetary gear 12th has no sun gear here. The first planetary gears 4th are here - only by way of example - each on planetary gear axles 8th (or planetary gear shafts) attached. The planetary gear axles 8th are in or on the - here only as an example between the first and second planetary gears 4th , 5 arranged - planet carrier 6th mounted, in particular rotatably mounted.

Das erste Hohlrad 3 und das zweite Hohlrad 13 sind frei drehbar im Gehäuse 1 angeordnet.The first ring gear 3 and the second ring gear 13th are freely rotatable in the housing 1 arranged.

Das (erste) Sonnenrad 7 ist mit einer Eingangswelle 14 (erste Welle) verbunden bzw. auf der Eingangswelle 14 angeordnet.The (first) sun gear 7th is with an input shaft 14th (first shaft) connected or on the input shaft 14th arranged.

Wie weiter aus der 1 ersichtlich ist, sind die Eingangswelle 14 (erste Welle) und eine Ausgangswelle 15 (zweite Welle) auf der (hier: gemeinsamen) Achse X-X angeordnet.How further from the 1 can be seen are the input shaft 14th (first wave) and an output shaft 15th (second shaft) arranged on the (here: common) axis XX.

Das Getriebe 100 weist weiterhin einen Planetenträger 6 auf, wobei die ersten Planetenräder 4 und die zweiten Planetenräder 5 drehfest miteinander verbunden sind und drehbar am Planetenträger 6 gelagert sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die ersten Planetenräder 4 und die zweiten Planetenräder 5 jeweils durch eine gemeinsame Planetenradachse 8 miteinander drehfest gekoppelt bzw. verbunden. Erstes Planetenrad 4, zweites Planetenrad 5 und Planetenradachse 8 können einteilig ausgebildet sein, z.B. als Gussteil oder Spritzgussteil. Die Planetenradachse 8 ist drehbar im Planetenradträger 6 gelagert. Der Planetenträger 6 ist hier - lediglich beispielsweise - entlang der axialen Richtung betrachtet zwischen ersten Planetenrädern 4 und zweiten Planetenrädern 5 angeordnet. Diese Anordnung ist für die Funktion des Getriebes 100 nicht wesentlich.The gear 100 furthermore has a planet carrier 6th on, with the first planet gears 4th and the second planetary gears 5 are rotatably connected to each other and rotatable on the planet carrier 6th are stored. In this embodiment, the first are planet gears 4th and the second planetary gears 5 each through a common planetary gear axle 8th coupled or connected to one another in a rotationally fixed manner. First planetary gear 4th , second planetary gear 5 and planetary gear axle 8th can be made in one piece, for example as a cast part or an injection-molded part. The planetary gear axis 8th is rotatable in the planet carrier 6th stored. The planet carrier 6th is here - only for example - viewed along the axial direction between first planet gears 4th and second planet gears 5 arranged. This arrangement is for the function of the transmission 100 not essential.

Das Gehäuse 1 umschließt das schaltbare Getriebe und weist eine Durchgangsöffnung 20 an einem Boden des Gehäuses 1 auf (unten in 1). Die Eingangswelle 14 ist durch die Durchgangsöffnung 20 hindurchgeführt. Sie kann dort z.B. auch gelagert sein (hier nicht dargestellt aus Gründen der Übersichtlichkeit).The case 1 encloses the switchable transmission and has a through opening 20th at a bottom of the housing 1 on (below in 1 ). The input shaft 14th is through the through hole 20th passed through. It can also be stored there, for example (not shown here for reasons of clarity).

Ein Deckel 2 (oben in 1) verschließt das Gehäuse 1 und weist einen Flanschbereich 21 auf, welcher hier z.B. zylindrisch ausgebildet ist, insbesondere kreiszylindrisch. Im Flanschbereich 21 sind ein erstes Lager 101 und ein zweites Lager 102 angeordnet, welche die Ausgangswelle 15 (zweite Achse) lagern.One lid 2 (above in 1 ) closes the housing 1 and has a flange area 21 on, which is here for example cylindrical, in particular circular cylindrical. In the flange area 21 are a first camp 101 and a second warehouse 102 arranged which the output shaft 15th (second axis).

Grundsätzlich könnte auch die Ausgangswelle 15 durch den Boden des Gehäuses 1 geführt sein und die Eingangswelle 14 durch den Deckel 2.In principle, the output shaft could also 15th through the bottom of the case 1 be guided and the input shaft 14th through the lid 2 .

An der Ausgangswelle 15 ist ferner das zweite Hohlrad 13 angeordnet. Das zweite Hohlrad 13 ist hier lediglich beispielhaft einstückig bzw. einteilig mit der Ausgangswelle 15 ausgebildet.On the output shaft 15th is also the second ring gear 13th arranged. The second ring gear 13th is here only as an example in one piece or in one piece with the output shaft 15th educated.

Das erste Planetengetriebe 11 und das zweite Planetengetriebe 12 sind dabei im Inneren des Gehäuses 1 grundsätzlich frei drehend angeordnet. Hierbei ist am äußeren Umfang des ersten Hohlrads 3 z.B. ein drittes Lager 103 vorgesehen (zwischen dem Gehäuse 1 und dem Außenumfang des ersten Hohlrads 3). Am äußeren Umfang des zweiten Hohlrads 13 ist z.B. ein viertes Lager 104 vorgesehen (zwischen dem Gehäuse 1 und dem Außenumfang des zweiten Hohlrads 13). Das dritte und vierte Lager 103, 104 kann beispielsweise ein Gleitlager oder ein Wälzkörperlager sein, z.B. ein Nadellager oder ein Kugellager.The first planetary gear 11 and the second planetary gear 12th are inside the housing 1 basically arranged to rotate freely. Here is on the outer circumference of the first ring gear 3 e.g. a third warehouse 103 provided (between the housing 1 and the outer periphery of the first ring gear 3 ). On the outer circumference of the second ring gear 13th is for example a fourth camp 104 provided (between the housing 1 and the outer periphery of the second ring gear 13th ). The third and fourth camp 103 , 104 can for example be a plain bearing or a roller bearing, for example a needle bearing or a ball bearing.

Ferner umfasst das schaltbare Getriebe 100 eine erste Kupplung K1 und eine zweite Kupplung K2. Die erste Kupplung K1 ist eine Kupplung, welche zwischen dem ersten Hohlrad 3 und dem Gehäuse 1 angeordnet ist. Die erste Kupplung K1 ist dabei eingerichtet, das erste Hohlrad 3 mit dem Gehäuse einerseits drehfest zu koppeln und andererseits freizugeben. Je nach Kupplungsstellung ist somit das erste Hohlrad 3 fest mit dem Gehäuse 1 verbunden, so dass sich das erste Hohlrad 3 nicht mehr drehen kann oder, alternativ, ist das erste Hohlrad 3 nicht mit dem Gehäuse verbunden, so dass sich das erste Hohlrad 3 im Gehäuse 1 drehen kann.The switchable transmission also includes 100 a first clutch K1 and a second clutch K2 . The first clutch K1 is a clutch between the first ring gear 3 and the case 1 is arranged. The first clutch K1 is set up here, the first ring gear 3 to couple with the housing on the one hand rotatably and on the other hand to release. Depending on the clutch position, this is the first ring gear 3 firmly to the housing 1 connected so that the first ring gear 3 can no longer rotate or, alternatively, is the first ring gear 3 not connected to the housing, so that the first ring gear 3 in the housing 1 can turn.

Die zweite Kupplung K2 ist zwischen dem Planetenträger 6 und dem Gehäuse 1 vorgesehen. Die zweite Kupplung K2 ist eingerichtet, den Planetenträger 6 mit dem Gehäuse 1 drehfest zu koppeln oder freizugeben. Wenn somit der Planetenträger 6 mit dem Gehäuse 1 drehfest gekoppelt ist, ist der Planetenträger 6 drehfest im zweiten Planetengetriebe 12 gehalten.The second clutch K2 is between the planet carrier 6th and the case 1 intended. The second clutch K2 is set up the planet carrier 6th with the case 1 to couple or release in a non-rotatable manner. If thus the planet carrier 6th with the case 1 Is rotatably coupled, is the planet carrier 6th non-rotatably in the second planetary gear 12th held.

Ferner umfasst das schaltbare Getriebe die Steuereinheit 16, welche eingerichtet ist, die erste Kupplung K1 und die zweite Kupplung K2 zu steuern. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind hier entsprechende Steuerleitungen in 1 nicht eingezeichnet. Ferner kann die Steuereinheit 16 auch die elektrische Maschine 17 als Elektromotor oder Generator steuern.The shiftable transmission also includes the control unit 16 , which is set up, the first clutch K1 and the second clutch K2 to control. For the sake of clarity, the corresponding control lines are shown here 1 not shown. Furthermore, the control unit 16 also the electric machine 17th control as an electric motor or generator.

Das schaltbare Getriebe 100 kann nun in vier Betriebsmodi betrieben werden, nämlich in einen ersten Gang oder einen zweiten Gang geschaltet werden oder in einem Freilauf betrieben werden oder gesperrt werden.The switchable transmission 100 can now be operated in four operating modes, namely shifting into a first gear or a second gear, operating in a freewheeling mode or being locked.

Um in einen ersten Gang (Modus 1) zu schalten, wird die erste Kupplung K1 geöffnet und die zweite Kupplung K2 geschlossen. Somit ist die erste Kupplung K1 derart geschaltet, dass das erste Hohlrad 3 nicht mit dem Gehäuse verbunden ist. Somit kann sich das erste Hohlrad 3 drehen. Die zweite Kupplung K2 ist so geschalten, dass der Planetenträger 6 fest mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Somit kann sich der Planetenträger 6 nicht drehen.To get into first gear (mode 1 ) becomes the first clutch K1 opened and the second clutch K2 closed. Thus is the first clutch K1 switched such that the first ring gear 3 is not connected to the housing. Thus, the first ring gear 3 rotate. The second clutch K2 is switched so that the planet carrier 6th firmly to the housing 1 connected is. Thus, the planet carrier can 6th do not rotate.

Wird in diesem Schaltzustand, d.h., erste Kupplung K1 offen, zweite Kupplung K2 geschlossen, das (erste) Sonnenrad 7 in eine Drehbewegung versetzt, dreht sich das erste Hohlrad 3 durch die mit dem ersten Hohlrad 3 und dem ersten Sonnenrad 7 kämmenden ersten Planetenräder 4 in die entgegengesetzte Drehrichtung des ersten Sonnenrads 7 (auch die ersten Planetenräder 4 drehen in die zum Sonnenrad 7 entgegengesetzte Drehrichtung). Da der Planetenträger 6 festgehalten ist hat er keine Auswirkung auf die Getriebeübersetzung. Der Planetenradträger 6 kann hier z.B. als ein Lager für die Planetenradachsen 8 angesehen werden, die in dem Planetenradträger 6 drehen.Is in this switching state, ie, first clutch K1 open, second clutch K2 closed, the (first) sun gear 7th Set in a rotary motion, the first ring gear rotates 3 through the one with the first ring gear 3 and the first sun gear 7th meshing first planetary gears 4th in the opposite direction of rotation of the first sun gear 7th (also the first planetary gears 4th turn in to the sun gear 7th opposite direction of rotation). Because the planet carrier 6th is recorded, it has no effect on the gear ratio. The planet carrier 6th can be used here, for example, as a bearing for the planetary gear axles 8th be viewed in the planet carrier 6th rotate.

Gleichzeitig drehen die zweiten Planetenräder 5 mit derselben Winkelgeschwindigkeit und in derselben Drehrichtung wie die ersten Planetenräder 4. Die zweiten Planetenräder 5 versetzen wiederum das zweite Hohlrad 13 in eine Drehbewegung mit einer Drehrichtung, die der der zweiten Planetenräder 5 entspricht. Im Ergebnis dreht somit das zweite Hohlrad 13 und damit die Ausgangswelle in einer zur Eingangswelle entgegengesetzten Drehrichtung. Der Antrieb erfolgt somit über das (erste) Sonnenrad 7 und ein Abtrieb erfolgt über das zweite Hohlrad 13. Für die Übersetzung im ersten Gang gilt dann: i 1 ( Z 1,  Z 2,  Z 4,  Z 5 ) = ( Z 2 * Z 5 ) / ( Z 1 * Z 4 ) ,

Figure DE102020201411A1_0001
wobei Z2 die Zähnezahl der ersten Planetenräder 4, Z3 die Zähnezahl des ersten Hohlrads 3, Z4 die Zähnezahl der zweiten Planetenräder 5 und Z5 die Zähnezahl des zweiten Hohlrads 13 ist.The second planet gears rotate at the same time 5 at the same angular speed and in the same direction of rotation as the first planetary gears 4th . The second planetary gears 5 in turn move the second ring gear 13th in a rotary movement with a direction of rotation that is that of the second planetary gears 5 is equivalent to. As a result, the second ring gear rotates 13th and thus the output shaft in a direction of rotation opposite to the input shaft. The drive takes place via the (first) sun gear 7th and output takes place via the second ring gear 13th . The following then applies to the translation in first gear: i 1 ( Z 1, Z 2, Z 4, Z 5 ) = ( Z 2 * Z 5 ) / ( Z 1 * Z 4th ) ,
Figure DE102020201411A1_0001
where Z2 is the number of teeth on the first planetary gears 4th , Z3 the number of teeth of the first ring gear 3 , Z4 the number of teeth on the second planetary gears 5 and Z5 the number of teeth of the second ring gear 13th is.

Mit folgenden, lediglich als Beispiel zu verstehenden Zähnezahlen von Z1 = 15, Z2 = 22, Z4 = 20 Z5 = 57 (sowie und Z3 = 60) ergibt sich: i 1 = ( 22 * 57 ) / ( 15 * 20 ) = 4,18.

Figure DE102020201411A1_0002
With the following numbers of teeth of Z1 = 15, Z2 = 22, Z4 = 20, Z5 = 57 (as well as and Z3 = 60), the result is: i 1 = ( 22nd * 57 ) / ( 15th * 20th ) = 4.18.
Figure DE102020201411A1_0002

Für den zweiten Gang (Modus 2) werden die beiden Kupplungen K1 und K2 derart geschaltet, dass die erste Kupplung K1 geschlossen ist und die zweite Kupplung K2 offen ist. Somit ist das erste Hohlrad 3 mit dem Gehäuse drehfest verbunden, der Planetenträger 6 ist jedoch im Gehäuse 1 frei drehbar.
Wenn in diesem Schaltzustand der beiden Kupplungen K1 und K2 das erste Sonnenrad 7 in eine Drehbewegung versetzt wird, drehen sich die ersten Planetenräder 4 in die entgegengesetzte Richtung.
For second gear (mode 2 ) become the two clutches K1 and K2 switched so that the first clutch K1 is closed and the second clutch K2 is open. So the first is ring gear 3 The planet carrier is non-rotatably connected to the housing 6th however, is in the housing 1 freely rotatable.
If the two clutches are in this switching state K1 and K2 the first sun gear 7th is set in a rotary motion, the first planet gears rotate 4th in the opposite direction.

Die feste Verbindung zwischen ersten Planetenrädern 4 und zweiten Planetenrädern 5 bewirkt, dass sich auch die zweiten Planetenräder 5 mit derselben Winkelgeschwindigkeit und in derselben Drehrichtung bewegen wie die ersten Planetenräder 4.The fixed connection between the first planetary gears 4th and second planet gears 5 causes the second planetary gears 5 move at the same angular speed and in the same direction of rotation as the first planetary gears 4th .

Der Planetenträger 6 dreht sich in derselben Richtung wie das (erste) Sonnenrad 7.The planet carrier 6th rotates in the same direction as the (first) sun gear 7th .

Die Bewegung des zweiten Hohlrades 13 setzt sich additiv aus zwei Beiträgen zusammen:

  • ■ zum einen wird das zweite Hohlrad 13 mittels der Verzahnung zu den zweiten Planetenrädern 5 in eine Drehbewegung versetzt, die in dieselbe Drehrichtung gerichtet ist wie die Drehrichtung der zweiten Planetenräder 5 (also entgegen der Drehrichtung des (ersten) Sonnenrads 7);
  • ■ zum anderen wird das zweite Hohlrad 13 mittels der Verzahnung zum Planetenträger 6 in eine Drehbewegung versetzt, die in dieselbe Drehrichtung gerichtet ist wie die Drehrichtung des Planetenträgers 6 (also in dieselbe Drehrichtung des (ersten) Sonnenrads 7).
The movement of the second ring gear 13th is made up of two additional contributions:
  • On the one hand, there is the second ring gear 13th by means of the toothing to the second planetary gears 5 set in a rotational movement which is directed in the same direction of rotation as the direction of rotation of the second planetary gears 5 (i.e. against the direction of rotation of the (first) sun gear 7th );
  • ■ on the other hand is the second ring gear 13th by means of the toothing to the planet carrier 6th set in a rotary movement which is directed in the same direction of rotation as the direction of rotation of the planet carrier 6th (i.e. in the same direction of rotation of the (first) sun gear 7th ).

Somit dreht das zweite Hohlrad mit einer Drehgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) und einer Drehrichtung, die davon abhängt, wie groß die beiden oben dargelegten Anteile sind.Thus, the second ring gear rotates at a speed of rotation (angular speed) and a direction of rotation that depends on how large the two proportions set out above are.

Hierdurch kann eine sehr hohe Übersetzung realisiert werden, die umso höher ist, je ähnlicher die Drehgeschwindigkeiten (Winkelgeschwindigkeiten) der zweiten Planetenräder 5 und des Planetenträgers 6 sind.In this way, a very high gear ratio can be achieved, the higher the more similar the rotational speeds (angular speeds) of the second planetary gears 5 and the planet carrier 6th are.

Für eine Übersetzung i2 im zweiten Gang gilt dabei: i2 ( Z 1,  Z 2,  Z 3,  Z 4,  Z 5 ) = ( 1 + Z 3 / Z 1 ) / { 1 ( Z 4 * Z 3 ) / ( Z 2 * Z 5 ) } .

Figure DE102020201411A1_0003
For a ratio i2 in second gear, the following applies: i2 ( Z 1, Z 2, Z 3, Z 4, Z 5 ) = ( 1 + Z 3 / Z 1 ) / { 1 - ( Z 4th * Z 3 ) / ( Z 2 * Z 5 ) } .
Figure DE102020201411A1_0003

Mit folgenden, lediglich als Beispiel zu verstehenden Zähnezahlen von Z1 =15, Z2 = 22 Z3 = 60 sowie Z4 = 20 und Z5 = 57 (siehe auch oben zu i1) ergibt sich: i 2 ( 15,   22,   60,   20,   57 ) = 116,11

Figure DE102020201411A1_0004
With the following numbers of teeth of Z1 = 15, Z2 = 22, Z3 = 60 as well as Z4 = 20 and Z5 = 57 (see also above for i1), the result is: i 2 ( 15, 22 60, 20, 57 ) = 116.11
Figure DE102020201411A1_0004

Wenn sowohl die erste Kupplung K1 als auch die zweite Kupplung K2 offen sind ergibt sich ein Leerlauf (Modus 3).If both the first clutch K1 as well as the second clutch K2 are open results in an idle (mode 3 ).

Wenn die erste Kupplung K1 und die zweite Kupplung K2 beide geschlossen sind, sind das erste Hohlrad 3 und der Planetenträger 6 beide drehfest mit dem Gehäuse 1 verbunden. Dadurch wird eine Sperrung des schaltbaren Getriebes erreicht. Dieser Modus kann als Parkbremse und/oder als Diebstahlschutz verwendet werden (Modus 4).When the first clutch K1 and the second clutch K2 both are closed, are the first ring gear 3 and the planet carrier 6th both rotatably with the housing 1 connected. This locks the shiftable transmission. This mode can be used as a parking brake and / or as theft protection (mode 4th ).

Somit kann durch die geschickte Anordnung von zwei Planetengetrieben 11, 12 in Reihe eine hohe Spreizung der Übersetzungen kostengünstig und sehr bauraumsparend ermöglicht werden. Diese hohe Spreizung der Übersetzungen ist erforderlich, um einen Rangierbetrieb (niedrige Geschwindigkeitsanforderung, hohe Drehmomentanforderung) und auch einen Rekuperationsbetrieb (hohe zur Verfügung stehende Geschwindigkeit an der Ausgangswelle 15 (zweite Achse)) der elektrischen Maschine 17 oder einen Schubbetrieb während einer Überlandfahrt zu ermöglichen. Insbesondere kann durch ein einfaches Schalten der ersten und zweiten Kupplung K1 und K2 eine gewünschte hohe Spreizung der Übersetzungen erreicht werden. Die erste Kupplung K1 und/oder die zweite Kupplung K1 können lediglich beispielhaft als eine Klauenkupplung oder als eine Reibkupplung ausgebildet sein.Thus, through the clever arrangement of two planetary gears 11 , 12th in series a high spread of the translations are made possible in a cost-effective and very space-saving manner. This wide spread of the gear ratios is necessary for a maneuvering operation (low speed requirement, high torque requirement) and also a recuperation operation (high speed available on the output shaft 15th (second axis)) of the electrical machine 17th or to enable overrun operation during an overland journey. In particular, by simply switching the first and second clutch K1 and K2 a desired high spread of the translations can be achieved. The first clutch K1 and / or the second clutch K1 can only be designed as a claw clutch or as a friction clutch by way of example.

Die beiden Kupplungen K1, K2 können auch unterschiedlich ausgebildet sein.The two clutches K1 , K2 can also be designed differently.

Zur konstruktiven Ausbildung der ersten Kupplung K1 und/oder der zweiten Kupplung K2 kann z.B. eine (hier nicht dargestellte) drehfest im Gehäuse 1 gelagerte und axial bezüglich des Gehäuses 1 verschiebbare Schaltmuffe vorgesehen sein, wobei die erste Kupplung K1 und/oder die zweite Kupplung K2 mittels der Schaltmuffe schaltbar sind. Die Schaltmuffe kann z.B. eine Innenverzahnung aufweisen, wobei die Innenverzahnung je nach Schaltstellung insbesondere mit einer Außenverzahnung am ersten Hohlrad 3 und/oder mit einer Außenverzahnung am Planetenträger 6 formschlüssig verbunden ist oder nicht verbunden ist. Auf diese Weise können mit lediglich einem einzigen Bauelement beide Kupplungen realisiert werden und damit alle vier Schaltzustände bzw. Modi.For the construction of the first clutch K1 and / or the second clutch K2 can, for example, a (not shown here) rotatably in the housing 1 mounted and axially with respect to the housing 1 Slidable shift sleeve may be provided, the first clutch K1 and / or the second clutch K2 are switchable by means of the shift sleeve. The shift sleeve can, for example, have internal teeth, the internal teeth, depending on the switching position, in particular with external teeth on the first ring gear 3 and / or with external teeth on the planet carrier 6th is positively connected or not connected. In this way, both clutches can be implemented with just a single component and thus all four switching states or modes.

Es sei angemerkt, dass der vierte Modus, welcher das vollständig gesperrte Getriebe betrifft, z.B. auch durch eine Sperrung an der Eingangswelle 14 erreicht werden kann. Ferner ist es auch möglich, dass eine weitere Kupplung am zweiten Hohlrad 13 angeordnet ist, um das zweite Hohlrad 13 mit dem Gehäuse 1 drehfest zu koppeln oder freizugeben.It should be noted that the fourth mode, which relates to the completely locked transmission, for example also by locking the input shaft 14th can be achieved. Furthermore, it is also possible that a further clutch on the second ring gear 13th is arranged to the second ring gear 13th with the case 1 to couple or release in a non-rotatable manner.

Somit kann erfindungsgemäß auch eine Anhängerachse bereitgestellt werden (hier nicht dargestellt), welche in Verbindung mit einer elektrischen Maschine 17, die als Elektromotor und als Generator arbeiten kann, auf einfache Weise rangiert werden kann und bei der bei einem Zugbetrieb des Anhängers auch ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine mit entsprechend hohen Drehzahlen möglich ist. Die notwendige hohe Spreizung der Übersetzungen für die unterschiedlichen Anforderungen der elektrischen Maschine kann durch das schaltbare Getriebe 100 realisiert werden.Thus, according to the invention, a trailer axle can also be provided (not shown here) which is in connection with an electrical machine 17th , which can work as an electric motor and as a generator, can be maneuvered in a simple manner and in which, when the trailer is being pulled, the electric machine can also be operated as a generator at correspondingly high speeds. The necessary high spread of the gear ratios for the different requirements of the electrical machine can be achieved by the switchable transmission 100 will be realized.

Die gewünschte Übersetzung (sofern sie nicht schon durch das Getriebe alleine realisiert wird) kann auch durch das Vorsehen eines zusätzlichen Riementriebs oder Kettentriebs erzielt werden, welcher als Riemengetriebe bzw. Kettengetriebe ausgebildet ist. Beispielsweise kann dieser Riementrieb oder Kettentrieb an der Eingangswelle oder an der Ausgangswelle angeordnet sein bzw. mit dieser verbunden sein (mittelbar oder unmittelbar).
Zusätzlich kann zwischen dem Elektromotor bzw. der elektrischen Maschine und dem schaltbaren Getriebe eine Sollbruchstelle oder eine Rutschkupplung vorgesehen sein, die verhindert, dass das schaltbare Getriebe durch plötzlich oder dauerhaft auftretendes Drehmoment beschädigt wird.
The desired translation (if it is not already realized by the gearbox alone) can also be achieved by providing an additional belt drive or chain drive, which is designed as a belt drive or chain drive. For example, this belt drive or chain drive can be arranged on the input shaft or on the output shaft or connected to it (indirectly or directly).
In addition, a predetermined breaking point or a slip clutch can be provided between the electric motor or the electric machine and the switchable transmission, which prevents the switchable transmission from being damaged by suddenly or permanently occurring torque.

Zusätzlich kann zwischen einem mit der Ausgangswelle verbundenen Element (z.B. einem an einer Anhängerachse befestigten Rad) und dem schaltbaren Getriebe eine Sollbruchstelle oder eine Rutschkupplung vorgesehen sein, die verhindert, dass das schaltbare Getriebe durch plötzlich oder dauerhaft auftretendes Drehmoment beschädigt wird.In addition, a predetermined breaking point or a slip clutch can be provided between an element connected to the output shaft (e.g. a wheel attached to a trailer axle) and the shiftable gearbox, which prevents the shiftable gearbox from being damaged by suddenly or permanently occurring torque.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 1225090 A2 [0003]EP 1225090 A2 [0003]

Claims (15)

Schaltbares Getriebe, aufweisend: - ein Gehäuse (1), - ein erstes Planetengetriebe (11) mit einem Sonnenrad (7), einem ersten Hohlrad (3) und wenigstens einem ersten Planetenrad (4), - ein zweites Planetengetriebe (12) mit einem zweiten Hohlrad (13) und wenigstens einem zweiten Planetenrad (5), - wobei das zweite Planetengetriebe (12) insbesondere kein Sonnenrad aufweist; - wobei das erste Hohlrad (3) und das zweite Hohlrad (13) frei drehbar im Gehäuse (1) angeordnet sind; - wobei das Sonnenrad (7) mit einer Eingangswelle verbunden ist; - einen Planetenträger (6); - wobei das erste Planetenrad (4) und das zweite Planetenrad (5) drehfest miteinander verbunden sind und drehbar am bzw. im Planetenträger (6) gelagert sind; - eine erste Kupplung (K1), welche zwischen dem ersten Hohlrad (3) und dem Gehäuse (1) vorgesehen ist und eingerichtet ist, das erste Hohlrad (3) mit dem Gehäuse (1) drehfest zu koppeln oder freizugeben, - eine zweite Kupplung (K2), welche zwischen dem Planetenträger (6) und dem Gehäuse (1) vorgesehen ist und eingerichtet ist, den Planetenträger (6) mit dem Gehäuse (1) drehfest zu koppeln oder freizugeben, - eine Ausgangswelle (15), welche mit dem zweiten Hohlrad (13) verbunden ist, - insbesondere eine Steuereinheit (16), welche eingerichtet ist, die erste Kupplung (K1) und die zweite Kupplung (K2) zu steuern.Shiftable transmission, comprising: - a housing (1), - A first planetary gear (11) with a sun gear (7), a first ring gear (3) and at least one first planet gear (4), - A second planetary gear (12) with a second ring gear (13) and at least one second planetary gear (5), - wherein the second planetary gear (12) in particular has no sun gear; - wherein the first ring gear (3) and the second ring gear (13) are arranged freely rotatable in the housing (1); - wherein the sun gear (7) is connected to an input shaft; - A planet carrier (6); - wherein the first planet gear (4) and the second planet gear (5) are connected to one another in a rotationally fixed manner and are rotatably mounted on or in the planet carrier (6); - A first clutch (K1) which is provided between the first ring gear (3) and the housing (1) and is designed to couple or release the first ring gear (3) with the housing (1) in a rotationally fixed manner, - A second clutch (K2) which is provided between the planet carrier (6) and the housing (1) and is designed to couple or release the planet carrier (6) with the housing (1) in a rotationally fixed manner, - an output shaft (15) which is connected to the second ring gear (13), - In particular a control unit (16) which is set up to control the first clutch (K1) and the second clutch (K2). Getriebe nach Anspruch 1, wobei das erste Planetenrad (4) und das zweite Planetenrad (5) eine gemeinsame Planetenradachse (8) aufweisen, wobei das erste Planetenrad (4) und das zweite Planetenrad (5) drehfest mit der Planetenradachse (8) verbunden sind, wobei die Planetenradachse (8) drehbar im Planetenradträger (6) gelagert ist.Gearbox after Claim 1 , the first planetary gear (4) and the second planetary gear (5) having a common planetary gear axle (8), the first planetary gear (4) and the second planetary gear (5) being non-rotatably connected to the planetary gear axle (8), the planetary gear axle (8) is rotatably mounted in the planet carrier (6). Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Ausgangswelle (15) im Gehäuse (1) gelagert ist, insbesondere in einem Deckel (2) oder einem Boden des Gehäuses (1), das insbesondere mit einem ersten Lager (101) und/oder mit einem zweites Lager (102) gestaltet ist.Gearbox after Claim 1 , wherein the output shaft (15) is mounted in the housing (1), in particular in a cover (2) or a base of the housing (1), which is in particular with a first bearing (101) and / or with a second bearing (102) is designed. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangswelle (14) und die Ausgangswelle (15) auf einer gemeinsamen Achse (X-X) angeordnet sind.Transmission according to one of the preceding claims, wherein the input shaft (14) and the output shaft (15) are arranged on a common axis (X-X). Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgangswelle (15) einteilig mit dem zweiten Hohlrad (13) ausgebildet ist.Transmission according to one of the preceding claims, wherein the output shaft (15) is formed in one piece with the second ring gear (13). Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kupplung (K1) eine Reibkupplung ist und/oder wobei die zweite Kupplung (K2) eine Reibkupplung ist.Transmission according to one of the preceding claims, wherein the first clutch (K1) is a friction clutch and / or wherein the second clutch (K2) is a friction clutch. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kupplung (K1) eine Klauenkupplung ist und/oder wobei die zweite Kupplung (K2) eine Klauenkupplung ist.Transmission according to one of the preceding claims, wherein the first clutch (K1) is a claw clutch and / or wherein the second clutch (K2) is a dog clutch. Getriebe nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine drehfest im Gehäuse (1) gelagerte und axial bezüglich des Gehäuses (1) verschiebbare Schaltmuffe vorgesehen ist, wobei die erste Kupplung (K1) und/oder die zweite Kupplung (K2) mittels der Schaltmuffe schaltbar sind, wobei die Schaltmuffe insbesondere eine Innenverzahnung aufweist, wobei die Innenverzahnung je nach Schaltstellung insbesondere mit einer Außenverzahnung am ersten Hohlrad (3) und/oder mit einer Außenverzahnung am Planetenträger (6) formschlüssig verbunden ist.Transmission according to the preceding claim, wherein a non-rotatably mounted in the housing (1) and axially displaceable with respect to the housing (1) is provided, wherein the first clutch (K1) and / or the second clutch (K2) can be shifted by means of the shift sleeve, the shift sleeve in particular having internal teeth, the internal teeth being positively connected, depending on the switching position, in particular with external teeth on the first ring gear (3) and / or with external teeth on the planet carrier (6). Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen einem Außenumfang des ersten Hohlrads (3) und dem Gehäuse (1) ein drittes Lager (103) vorgesehen ist und/oder wobei zwischen einem Außenumfang des zweiten Hohlrads (13) und dem Gehäuse ein viertes Lager (104) vorgesehen ist.Transmission according to one of the preceding claims, wherein a third bearing (103) is provided between an outer circumference of the first ring gear (3) and the housing (1) and / or wherein a fourth bearing is provided between an outer circumference of the second ring gear (13) and the housing (104) is provided. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Planetenrad (4) und das zweite Planetenrad (5) einteilig ausgebildet sind, oder wobei das erste Planetenrad (4) und das zweite Planetenrad (5) und die erste Planetenradachse (8) einteilig ausgebildet sind.Transmission according to one of the preceding claims, wherein the first planet gear (4) and the second planet gear (5) are formed in one piece, or wherein the first planet gear (4) and the second planet gear (5) and the first planet gear axle (8) are formed in one piece. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Eingangswelle (14) und/oder an der Ausgangswelle (15) ein Riementrieb angeordnet ist.Transmission according to one of the preceding claims, wherein a belt drive is arranged on the input shaft (14) and / or on the output shaft (15). Anhängerachse, aufweisend ein schaltbares Getriebe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine elektrische Maschine (17), welche eingerichtet ist, als Elektromotor oder als Generator betrieben zu werden.Trailer axle, having a switchable transmission (100) according to one of the preceding claims and an electric machine (17) which is set up to be operated as an electric motor or as a generator. Anhängerachse nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend einen Energiespeicher (19), welcher elektrisch mit der elektrischen Maschine (17) verbunden ist.Trailer axle according to the preceding claim, further comprising an energy store (19) which is electrically connected to the electrical machine (17). Fahrzeuganhänger, umfassend eine Anhängerachse nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche.Vehicle trailer comprising a trailer axle according to one of the two preceding claims. Fahrzeuganhänger nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein elektrischer Verbraucher des Fahrzeuganhängers mit der elektrischen Maschine (17) der Anhängerachse elektrisch verbunden ist und/oder wobei ein zusätzlicher Energiespeicher des Fahrzeuganhängers mit der elektrischen Maschine (17) verbunden ist.Vehicle trailer according to the preceding claim, wherein an electrical consumer of the vehicle trailer is electrically connected to the electrical machine (17) of the trailer axle and / or wherein an additional energy store of the vehicle trailer is connected to the electric machine (17).
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