DE102022124009A1

DE102022124009A1 - Planetengetriebe mit Getriebeschaltsystem

Info

Publication number: DE102022124009A1
Application number: DE102022124009.6A
Authority: DE
Inventors: Stevens Sehic; Alexander Denk; Christian Bausch; Tobias Katzer
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2022-09-19
Filing date: 2022-09-19
Publication date: 2024-03-21
Also published as: WO2024061651A1

Abstract

Es wird ein Planetengetriebe mit Schalteinheit für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Planetengetriebe umfasst eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz und drei Kupplungen mit jeweils einem Schaltschieber die mittels der Schalteinrichtung von zumindest einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bewegbar sind.Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Schalteinrichtung eine Schaltwalze mit drei Kulissenbahnen umfasst, wobei jedem Schaltschieber eine Hebelvorrichtung zugeordnet ist, mittels der die Schaltschieber axial von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bewegbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe mit Getriebeschaltsystem, insbesondere für eine Motor-Getriebe-Einheit mit einer elektrischen Maschine. Derartige Motor-Getriebe-Einheiten können unter anderem in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen und sind dort Teil des Antriebsstrangs, über den die Antriebsräder antreibbar sind.
Aus dem Stand der Technik sind viele Getriebe bekannt, in denen Planetenradsätze zum Einsatz kommen, um eine Drehmomentwandlung als Verhältnis eines Ausgangsdrehmomentes zu einem Eingangsdrehmoment sowie eine Übersetzung als Verhältnis einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl bereitzustellen.
Einige dieser Getriebe mit Planetenradsatz verwenden zum Gangwechsel formschlüssiger oder kraftschlüssiger Schaltelemente verwenden. Dabei ist es besonders wichtig, dass es eine Sicherstellung der Gangwahl (funktionale Sicherheit) über z.B. eine Software, die die Gangschaltung steuert, gibt, um zu vermeiden, dass es zu einer Abtriebsblockade oder falscher Gangwahl kommt.
Aus der DE 10 2018 123 599 A1 ist beispielsweise eine Schaltvorrichtung für ein Getriebe bekannt, das eine mittels eines Elektromotors verdrehbare Schaltwalze mit mehreren Steuerflächen aufweist.
Weiterhin aus der DE 10 2010 013 962 A1 eine Vorrichtung bekannt, mittels der die Gänge eines sequenziellen Getriebes geschaltet werden können. Zum Schalten wird eine Schaltwalze verwendet, die mittels eines E-Motors angetrieben wird. Die Schaltwalze zwingt den Bediener dazu, dass die Gänge nur in der vorgegebenen Reihenfolge geschaltet werden können.
Aus der DE10 2017 111 728 A1 ist ein Stirnradgetriebe bekannt, an dem ein Schaltaktuator an der Seitenfläche des Getriebegehäuses befestigt ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes Planentengetriebe mit einer Schaltvorrichtung vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Es wird ein Planetengetriebe mit Schalteinheit für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Planetengetriebe umfasst eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz und drei Kupplungen mit jeweils einem Schaltschieber die mittels der Schalteinrichtung von zumindest einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bewegbar sind.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Schalteinrichtung eine Schaltwalze mit drei Kulissenbahnen umfasst, wobei jedem Schaltschieber eine Hebelvorrichtung zugeordnet ist, mittels der die Schaltschieber axial von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bewegbar sind. Die Schaltschieber können aber auch derart ausgelegt sein, dass diese auch in eine dritte Schaltstellung bewegbar sind, so dass für ein Vierganggetriebe drei Schaltschieber ausreichen.
In der bevorzugten Ausführung sind drei Hebelvorrichtungen vorgesehen, die eine gemeinsame axiale Führung aufweisen, so dass für alle Hebelvorrichtungen die Kopplung zwischen einem Kulissenstein der Hebelvorrichtung und der Führung geometrisch identisch sind.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung einen Schaltmotor und ein Nebengetriebe zum Antrieb der Schaltwalze umfasst. Dabei ist der Schaltmotor vorzugsweise als elektrischer Schrittmotor ausgeführt. Alternativ könnte die Schaltwalze auch mittels einer anderen Verstelleinheit, wie beispielsweise einer Hebelvorrichtung, verdreht werden.
Um einen Kompakten Aufbau umzusetzen, kann die Schalteinrichtung im Getriebegehäuse integriert sein. Dadurch ist nur ein Gehäuse und ein Schmiersystem erforderlich. Weiterhin kann die kombinierte Einheit kompakter aufgebaut werden.
Vorzugsweise sind die Kulissenbahnen der Schaltwalze derart ausgelegt, dass das Verschieben der Schaltschieber, derart erfolgt, dass immer erst ein Schaltschieber in eine Leerlaufstellung gebracht wird, bevor derselbe Schaltschieber in eine andere Position oder ein anderer Schaltschieber aktiviert wird. Die Leerlaufstellung des Schaltschiebers ist die Stellung, bei der die mittels des Schaltschiebers zu schaltende Kupplung sich im Leerlauf befindet. So kommt es immer zu einer lastfreien Schaltung und mittels dem Antriebsmotor an der Eingangswelle des Planetengetriebes kann eine Drehzahl-Synchronisation vorgenommen werden, die es erleichtert die Kupplungen zu schalten. Diese können als Bremse, Reibkupplung oder Klauenkupplung ausgeführt sein. Klauenkupplungen haben den Vorteil, dass sobald die Klauen der Schaltmuffe in die Klauen der Führungsmuffe greifen, eine formschlüssige Verbindung vorliegt.
Zusätzlich wird vorgeschlagen das Getriebegehäuse des Planetengetriebes mit einer Koppelstelle für einen Retarder auszustatten, wobei über die Koppelstelle die Abtriebswelle mit dem Retarder koppelbar ist. Damit hätte man einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit E-Antriebsmaschine, Planetengetriebe und einem Retarder zum verschleißfreien Bremsen, wenn z.B. die Rekuperationsleistung des E-Antriebsmotors nicht ausreicht, welcher für einen größeren Einsatzbereich geeignet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 Detail der Schalteinheit
2 Schaltpositionen des Getriebes

Die beiliegenden 1 und 2 zeigen schematisch die Funktionalität des Getriebes in zwei unabhängigen Skizzen, um die Funktionalität besser erklären zu können. Die Darstellung der Schalteinheit 1 aus 1 wurde zudem stark vereinfacht, indem lediglich eine Schaltebene (gestrichelter Kasten) dargestellt ist.
Für das in 2 dargestellte Getriebe sind beispielsweise 3 Schaltebenen notwendig, so dass die separate Schaltung der Schaltschieber 17, 18, 19 umgesetzt werden kann.
Die Schaltgabel 6, wie auch die weiteren Schaltgabeln für das Getriebe, wird über eine Hebelvorrichtung 23 bewegt, wobei die Hebelvorrichtung 23 durch die Führung 5 axial geführt wird. Weiterhin ist die Hebelvorrichtung 23 über einen Kulissenstein mit der Kulissenbahn 10 gekoppelt, so dass die axiale Bewegung der Hebelvorrichtung entsprechend der Form der Kulissenbahn 10 erfolgt. Die Schaltung der Kupplungen 20, 21, 22 erfolgt dann entsprechend der Bewegung der Hebelvorrichtung.
Die für das in 2 dargestellte Planetengetriebe notwendigen drei Hebelvorrichtungen 23, zur Schaltung je einer der Kupplungen 20, 21, 22, können über eine separate oder über eine gemeinsame Führung 5 geführt sein.
Die Bahn der Kulissenbahn 10 ist so gestaltet, dass es beim Drehen der Schaltwalze 3 zu einer gewünschten Verschiebung der Gabel 6 und damit des zugeordneten Schaltschiebers 17, 18 oder 19 entlang einer oder/der Führung 5 kommt.
Der Antrieb der Schaltwalze 3 erfolgt über den Schaltmotor 4 und das Nebengetriebe 2. Jedem Gang ist eine Schaltstellung der Schaltwalze 3 zugeordnet. Alternativ kann die Rotation der Schaltwalze 3 mit einem beliebigen System erfolgen (z. B. Schrittgetriebe → Malteserrad). Durch die Rotation der Schaltwalze 3 wird über das Führungselement der Schaltgabel eine axiale Bewegung der Schaltmuffe erzeugt.
Das in 2 dargestellte Getriebe ist ohne die Schaltwalze dargestellt. Aus dieser Skizze ist zu entnehmen, wie die Schaltfolge ausgelegt ist. Zu erkennen ist, dass in jedem Gang eine der Kupplungen 20, 21, 22 in der Leerlaufposition ist und dass für jeden eingelegten Gang zwei Kupplungen 20, 21, 22 geschaltet sind.
Zum Umschalten in benachbarte Gänge (z. B. vom 1. Gang in den 2.Gang) zumindest ein Schaltschieber 17, 18 oder 19 nicht bewegt wird. Weiterhin sind die Kulissenbahnen 10 für das Schalten oder Verschieben der Schaltschieber 17, 18 oder 19, derart ausgelegt, dass immer erst ein Schaltschieber 17, 18 oder 19 in eine Leerlaufstellung gebracht wird, bevor derselbe Schaltschieber 17, 18 oder 19 in eine andere Position oder ein anderer Schaltschieber 17, 18 oder 19 aktiviert wird. Aktiviert bedeutet in diesem Fall die Schaltung von einer Neutralstellung oder Leerlaufstellung in eine Aktivstellung, bei der es zu einer Drehmomentübertragung kommt. Der neu eingelegte Gang stellt immer den Zielgang dar.
Auf Grund der Kulissenbahn 10 in der Schaltwalze 3 ist es nicht möglich, dass z. B. zwei Gänge gleichzeitig aktiviert sind und somit ein Verblocken des Abtriebs erfolgt. Auf Grund der Bahn ist nur eine sequenzielle Schaltung möglich
Nicht dargestellt ist, dass das Planetengetriebe und die Schaltvorrichtung 1 in einem gemeinsamen Getriebegehäuse untergebracht sind. Dies hat den Vorteil, dass es eine kompakte Einheit bildet, die besonders wenig Raumbedarf hat. Das Planetengetriebe mit der Schaltvorrichtung 1 ist besonders für anspruchsvolle Antriebslösungen in Schwerlastfahrzeugen mit elektrischem Antrieb geeignet.
Bezugszeichenliste

1: Schalteinheit
2: Nebengetriebe
3: Schaltwalze
4: Schaltmotor
5: Führung
6: Schaltgabel
7: erster Planetensatz
8: zweiter Planetensatz
9: Getriebegehäuse
10: Kulissenbahn
11: Antriebswelle, erste Sonnenradwelle
12: Abtriebswelle
13: erster Planetenträger
14: zweites Sonnenradwelle
15: erstes Hohlrad
16: zweiter Planetenträger
17: erster Schaltschieber
18: zweiter Schaltschieber
19: dritter Schaltschieber
20: erste Kupplung
21: zweite Kupplung
22: dritte Kupplung
23: Hebelvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102018123599 A1 [0004]
DE 102010013962 A1 [0005]
DE 102017111728 A1 [0006]

Claims

Planetengetriebe mit Schalteinheit (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Eingangswelle (11), eine Ausgangswelle (12), einen ersten Planetenradsatz (7) und einen zweiten Planetenradsatz (8), und drei Kupplungen (20, 21, 22) mit jeweils einem Schaltschieber (17, 18 ,19) die mittels der Schalteinrichtung (1) von zumindest einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (1) eine Schaltwalze (3) mit drei Kulissenbahnen (10) umfasst, wobei jedem Schaltschieber (17, 18 ,19) eine Hebelvorrichtung (23) zugeordnet ist, mittels der die Schaltschieber (17, 18 ,19) axial von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bewegbar sind.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Hebelvorrichtungen (23) eine gemeinsame axiale Führung (5) aufweisen.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (1) ein Schaltmotor (4) und ein Nebengetriebe (2) zum Antrieb der Schaltwalze (3) umfasst.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (1) im Getriebegehäuse (9) integriert ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe ein Vierganggetriebe mit drei Schaltschiebern (17, 18, 19) ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissenbahnen (10) der Schaltwalze (3) derart ausgelegt sind, dass das Verschieben der Schaltschieber (17, 18 oder 19), derart erfolgt, dass immer erst ein Schaltschieber (17, 18 oder 19) in eine Leerlaufstellung gebracht wird, bevor derselbe Schaltschieber (17, 18 oder 19) in eine andere Position oder ein anderer Schaltschieber (17, 18 oder 19) aktiviert wird.
Planetengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (9) des Planetengetriebes eine Koppelstelle für einen Retarder aufweist, wobei über die Koppelstelle die Abtriebswelle (12) mit dem Retarder koppelbar ist.
E-Motoreinheit umfassend einen elektrischen Motor der mit einem Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1-7 gekoppelt ist.
E-Motoreinheit nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass am Getriebegehäuse des Planetengetriebes ein Retarder derart gekoppelt ist, dass der Retarder mit der Ausgangswelle (12) drehfest koppelbar ist.