EP3183474A1 - Planetengetriebeeinrichtung - Google Patents

Planetengetriebeeinrichtung

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Publication number
EP3183474A1
EP3183474A1 EP15742305.4A EP15742305A EP3183474A1 EP 3183474 A1 EP3183474 A1 EP 3183474A1 EP 15742305 A EP15742305 A EP 15742305A EP 3183474 A1 EP3183474 A1 EP 3183474A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
planetary gear
transmission
gear set
gear
planetary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15742305.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin KLUGE
Sebastian Liebert
Ulrich Ohnemus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP3183474A1 publication Critical patent/EP3183474A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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    • F16H2200/2038—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes with three engaging means
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    • F16H2200/2043—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes with five engaging means
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    • F16H2200/2064—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes using at least one positive clutch, e.g. dog clutch
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    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/2094—Transmissions using gears with orbital motion using positive clutches, e.g. dog clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H57/02—Gearboxes; Mounting gearing therein
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S903/00—Hybrid electric vehicles, HEVS
    • Y10S903/902—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor
    • Y10S903/904—Component specially adapted for hev
    • Y10S903/909—Gearing
    • Y10S903/91—Orbital, e.g. planetary gears
    • Y10S903/911—Orbital, e.g. planetary gears with two or more gear sets

Definitions

  • the present invention relates to a multi-stage planetary gear device according to the preamble of patent claim 1, and a hybrid drive module with such a transmission device according to claim 8 and a method for operating such a transmission device according to claim 1 1.
  • a planetary gear device is known from DE 10 2008 000 429 A1 known.
  • An object of the invention is to provide a compact transmission device, in particular with a small axial length and preferably with high efficiency. This object is achieved by an article according to independent claim 1 and by a hybrid drive module with such a transmission device according to claim 8 and a method for operating such a transmission device according to Claim 1 1 solved, preferred developments of the invention are the subject of the appended claims.
  • Planetary gear devices are often used in automotive engineering to provide a variety of translations.
  • transmission devices are known in which a plurality of planetary gear sets are selectively connectable by clutches and brakes with each other or with the transmission housing.
  • Gear ratios are characterized by different speed ratios between a transmission input shaft and a transmission output shaft.
  • a planetary gear device is to be understood as a device which has at least one transmission input shaft, one transmission output shaft, one transmission housing and at least three or more planetary gear sets.
  • these planetary gear sets are adapted to conduct a drive power from the transmission input shaft to the transmission output shaft.
  • the speed ratio can be changed in discrete steps.
  • such a planetary gear device with three planetary gear sets on six forward gears and one reverse gear.
  • a planetary gear set is understood to mean a sun, a hollow and at least one, preferably a plurality of planetary gears.
  • a planetary gear on a planet carrier for supporting and guiding the planet gears.
  • these wheels are designed as gears.
  • the sun gear is arranged as a central wheel.
  • the planet gears are arranged radially outside the sun gear and the Ring gear surrounds the planet gears.
  • a planetary gear meshes with both the sun gear and the ring gear (minus planetary gear set).
  • one planetary gear meshes with the sun gear and another planetary gear, and this further planetary gear meshes with the ring gear (plus planetary gearset).
  • a transmission input shaft is to be understood as a component with which mechanical power (rotational speed, torque) can be supplied to the planetary gear device.
  • the transmission input shaft is designed as a hollow shaft or solid shaft.
  • the transmission input shaft preferably has a torque transmission device with which this power supply can be interrupted.
  • a transmission output shaft is to be understood as a component which is set up to forward the drive power converted by the planetary gear device to further components.
  • the transmission output shaft is designed as a solid shaft or hollow shaft.
  • the transmission input and transmission output shaft are arranged coaxially with each other.
  • a transmission housing is to be understood as a device which at least partially or completely surrounds the individual components of the planetary gear device, in particular radially surrounds it.
  • the gear housing for receiving the planetary gear sets, in particular for the storage of the planetary gear sets is set up.
  • at least individual elements of the planetary gear sets are selectively connectable to the transmission housing by means of a torque transmission device.
  • a torque transmission device is to be understood as a device which is designed to selectively torque from an input side to an output side of the Torque transmission device to transmit or not to transmit.
  • the torque transfer device can be switched by external control commands between the operating mode for transmitting and the operating mode for not transmitting the torque back and forth.
  • torque transmission means are brakes, clutches, clutches, torque converters and synchronizers.
  • a plane of thought which intersects the first and second planetary gearsets is understood to mean an imaginary plane which is arranged perpendicular to a transmission axis.
  • the transmission axis is that axis to which the planetary gear sets are arranged centrally, in particular, this transmission axis is the axis of rotation of the transmission input shaft, preferably the transmission input shaft and output shaft.
  • at least one sun gear and a ring gear are arranged rotationally symmetrical to the transmission axis.
  • all sun gears and all ring gears of the planetary gear sets are arranged rotationally symmetrical to the transmission axis.
  • the first planetary gear at least one, preferably a series of first planetary gears.
  • the first planetary gear set has at least one, preferably a number of second planetary gears.
  • This first planetary gear meshes with the sun gear of the first planetary gear and this second planetary gear meshes with both the first planetary gear, as well as with the ring gear of the first planetary gear set.
  • the ring gear of the first planetary gear set is rotatably connected to the sun gear of the second planetary gear, it is preferably rotatably connected, particularly preferably these two wheels are integrally formed with each other.
  • the first and the second planetary gear set are arranged in the axial direction, ie in the direction along the transmission axis, such that the cutting plane intersects both the first and the second planetary gear set.
  • this cutting plane intersects the regions of the planetary gear sets which are directly involved in the power transmission between the planetary gear sets. In the case of a gear is under such a particular area to understand the teeth of the gear.
  • all meshing of these two planetary gear sets are in the cutting plane.
  • the first planetary gear set has a width extension BE in the direction of the transmission axis.
  • the extension of the widest gear of this planetary gear set in this direction is to be understood by the width extension.
  • the second planetary gear set is within.
  • the second planetary gear set is arranged at least substantially within the width extension BE.
  • the second planetary gear set is arranged within an extension which is less than twice BE, preferably less than 1.5 times BE and particularly preferably less than 1.1 times BE.
  • the first and second planetary gear sets are arranged adjacent to the transmission input shaft. Further, the third planetary gear set is disposed adjacent to the transmission output shaft.
  • the first and second planetary gear sets are initially arranged in the direction of the torque flow from the transmission input shaft to the transmission output shaft, and then the third planetary gearset.
  • a number of torque transmitting devices between the transmission input shaft and these two planetary gear sets can be arranged.
  • these torque transfer devices are particularly accessible and it results from the good accessibility in particular a small axial length for the planetary gear device as a whole.
  • the planetary gear device has five torque transmitting devices. It has been shown that a sufficient number of different transmission ratios can be represented by five torque transmission devices. Furthermore, the overall length is low, in particular due to the small number of torque transmission devices.
  • a first is between the sun gear of the third planetary gear set and the transmission input shaft
  • Torque transmission device arranged. Further preferably, a second torque transmission device is arranged between the ring gear of the third planetary gear set and the transmission input shaft. Preferably, a third torque transmission device is arranged between the sun gear of the first planetary gear set and the transmission input shaft. Preferably a fourth torque transmission device is arranged between a planet carrier of the first planetary gear set and the transmission housing.
  • a planet gear carrier is to be understood as a device which is set up to store at least one, preferably a plurality of planet gears.
  • a fifth torque transmitting device is provided between the ring gear of the third planetary gear set and the transmission housing.
  • the fourth torque transmitting device and the fifth torque transmitting device are designed as brakes.
  • the first, second and third torque transmission means are designed as a clutch.
  • the torque is transmitted from the input side to the output side frictionally in a torque transmission device designed as a coupling. Investigations have shown that results from the described type of arrangement of torque transmitting devices, a particularly space-saving design of the planetary gear device.
  • the fifth torque transmission device is to be understood as a form-locking torque transmission device.
  • a positive torque transmission device is preferably to be understood as a torque transmission device in which at least part of the torque is transmitted from the input side to the output side by a positive connection. Further preferably, the entire torque is transmitted positively.
  • the fifth torque transmitting device is designed as a dog clutch or - brake. Further preferably, the fifth torque transmitting device is designed as a self-retaining dog clutch or brake. In particular, by the embodiment of the fifth Torque transmission device as positive
  • Torque transmission device is a particularly small space for the planetary gear device achievable because act on the fifth torque transmitting device high forces and a positive torque transmission device with the same transmittable torque usually has a smaller size than a frictional torque transmission device.
  • the fourth, and / or preferably the first, torque transmission device is a frictional / positive torque transmission device.
  • Vorzugsswiese is under a frictional / positive torque transmission device a
  • friction / form-locking torque transmission devices are in particular synchronizations, as they are known from motor vehicle transmissions to understand.
  • a frictional / positive torque transmission device initially two friction surfaces, preferably a conical surface and a conical surface are pressed together during scheduled operation, so that the speed of the input side and the output side can approach each other.
  • positive-locking elements come into engagement, which transmit the torque from the input side to the output side of the torque transmission device.
  • a friction / positive torque transmission device as the fourth
  • Torque transmission device is a particularly small space of the planetary gear device can be displayed.
  • the rotationally fixed connection of the sun gear of the second planetary gear set with the ring gear of the first Planet gear set achieved in that these two gears are integrally connected.
  • a particularly reliable connection between these two gears is on the one hand allows and on the other hand, such a compound has a particularly low space requirement.
  • the teeth ratio of the sun gear of the second planetary gear set and the ring gear of the first planetary gear set is> 1.
  • this teeth ratio is> 1, 05, preferably> 1, 07 and more preferably> 1, 12.
  • the number of teeth of the sun gear of the second planetary gear set in relation to the number of teeth of the ring gear of the first planetary must be chosen so that there is sufficient area / distance between these two gears to safely connect the two gears on the one hand and on the other hand to the teeth as free of deformation as possible to keep from the deformations caused by the power transmission in the teeth.
  • the range / distance between these two gears must be as small as possible in order to allow a compact construction of the planetary gear device.
  • a hybrid drive module has a planetary gear device according to the invention as well as a first drive machine and a second drive machine.
  • the first drive machine is an internal combustion engine with internal combustion and the second drive machine is an electromechanical energy converter.
  • a first drive engine is an internal combustion engine in reciprocating design.
  • an electromechanical energy converter is preferably a means for converting electrical energy into mechanical energy (speed, torque) to understand, in particular regardless of the design of the energy converter (synchronous, asynchronous, DC, AC MotorAgenerator).
  • the combination of the two drive machines with the planetary gear device according to the invention allows a particularly space-saving design of such a drive device or such a drive module.
  • the second drive machine is arranged at least in sections, preferably completely in the transmission housing of the planetary gear device.
  • the second drive machine axially preferably partially or preferably completely disposed within the transmission housing and radially from this housing at least partially, preferably completely, is surrounded.
  • the second drive machine is arranged in a hybrid transmission housing, which has as a component of more than 20% magnesium and preferably, at least mainly or completely, consists of magnesium.
  • the hybrid transmission housing for receiving the dual-mass flywheel, and another torque Transmission device, in particular a frictional torque transmission device set up.
  • the mechanical power flow of the second drive machine can be interrupted by means of a separating clutch.
  • power electronics are arranged in or on this hybrid transmission housing, which is set up to control the second drive machine.
  • the hybrid transmission housing is connectable to the transmission housing.
  • the second drive engine preferably outputs its mechanical drive power to the transmission input shaft.
  • a further torque transmission device is arranged between the second drive machine and the transmission input shaft.
  • the second drive machine is arranged coaxially with the planetary gear sets of the planetary gear device, preferably the axis of rotation of an output shaft of the second drive machine coincides with the transmission axis.
  • by arranging the second drive machine in the gear housing of the planetary gear device is a particularly space-saving design of a hybrid drive module allows.
  • power electronics which is set up to control the second drive machine, are arranged within the transmission housing of the planetary gear device. Further preferably, within the transmission housing with respect to the power electronics within the meaning of the invention also to be understood if this power electronics is accommodated in a separate housing and this housing of the power electronics is mounted in particular from the outside to this gear housing of the planetary gear device according to the invention.
  • the fifth torque transmitting device and the first torque transmitting device are activated.
  • an activated torque transmission device is to be understood as a torque transmission device in which a torque can be transmitted from the input side to the output side.
  • the procedure is subsequently followed by the engaged first gear, in which case the first torque transmission device is activated and the fifth, all other torque transmission devices are deactivated.
  • the first torque transmitting device when changing from the first gear to the second gear, the first torque transmitting device remains activated.
  • the fifth torque transmitting device is deactivated and the fourth torque transmitting device is activated.
  • the first torque transmitting device when changing from second gear to third gear, the first torque transmitting device remains activated, the fourth torque transmitting device is deactivated, and the third torque transmitting device is activated.
  • the first torque transmitting device when changing from third gear to fourth gear, the first torque transmitting device remains activated, the third torque transmitting device is deactivated, and the second torque transmitting device is activated.
  • the first torque transfer device when changing from fourth gear to fifth gear, the first torque transfer device is deactivated, the second torque transfer device remains activated and the third torque transfer device is activated.
  • the third torque transfer device when changing from fifth gear to sixth gear, the third torque transfer device is deactivated, the second torque transfer device remains activated and the fourth torque transfer device is also activated.
  • Torque transmission devices according to the scheme described is a particularly reliable functioning and compact planetary gear device can be displayed.
  • Fig. 2 the circuit diagram of the planetary gear device for the
  • a planetary gear device PE is shown.
  • the planetary gear device PE has three planetary gear sets, these are arranged coaxially to the transmission axis GA.
  • the planetary gear device has a transmission input shaft 1 of a clutch K and a transmission output shaft 2 and a transmission housing GG.
  • the first planetary gear set comprises a sun gear 1 .1, a first series of planets, of which only the planet 1 .P1 is shown, and a second series of planets, of which only the planet 1.P2 is shown.
  • the two planets 1 .P1 and 1 .P2 are mounted on the web (planet carrier) 1 .S of the first planetary gear set.
  • the web 1.S is rotatably connected to the transmission housing GG.
  • the planet 1.P1 meshes with the Sun gear 1 .1 and the planet 1.P2 meshes on the one hand with the planet 1 .P1 and with the ring gear 1.2.
  • the second planetary gearset has a sun gear 2.1 and a number of planets, of which only the planet 2.P is shown.
  • the planet 2.P meshes with the sun gear 2.1 and with the ring gear 2.2.
  • the transmission input shaft 1 is connected via a clutch K with a prime mover (not shown).
  • the transmission output shaft 2 is rotatably connected to the planet carrier of the third planetary gear set 3.S.
  • the third planetary gear set has a sun gear 3.1 and a ring gear 3.2.
  • the illustrated planet of the third planetary gearset 3.P meshes with both the sun 3.1 and the ring gear 3.2.
  • the cutting plane SE intersects the first and the second planetary gear set so that all meshing interventions are in this cutting plane SE.
  • the first planetary gearset has an extension BE in the direction of the transmission axis GA. Within this extension BE and the second planetary gear is arranged.
  • the transmission input shaft 1 can be connected to the sun gear 3.1 of the third planetary gear set 6.
  • K torque transmitting devices are designed as clutches between shafts, with the “B” designated torque transmitting devices are designed as brakes.
  • the transmission input shaft 1 with the ring gear of the third planetary 3.2, transmission shaft 5 can be connected.
  • the fourth torque transmission device B03 the sun of the first planetary gearset 1.1, transmission shaft 3, with the transmission housing GG connectable.
  • the fifth torque transmitting device B05 the ring gear of the third planetary gear set 3.2, transmission shaft 5, connectable to the transmission housing GG.
  • Fig. 2 shows the Scheitungsschema the torque transfer devices B03, B05, K13, K15, K16 (torque transmission device 1-5) of the planetary gear device according to the invention for the six forward gears 1 to 6 and for the reverse gear RW.
  • an X in the table shown in FIG. 2 meant that the designated torque transfer device is activated.
  • the torque transmission device B05 and the torque transmission device K16 are activated for the first gear.
  • a hybrid drive module is shown.
  • This hybrid drive module has a planetary gear device PE according to the invention, an internal combustion engine VM and an electromechanical energy converter EM.
  • the electromechanical energy converter EM is arranged in the transmission housing GG of the planetary gear device PE.
  • the planetary gear device PE is set up to receive the drive power of the electromechanical energy converter EM and of the internal combustion engine VM via the transmission input shaft 1 and to dispense it via the transmission output shaft 2.
  • the output shaft of the internal combustion engine VM and the electromechanical energy converter EM and the planetary gear device PE are arranged coaxially with the transmission axis GA.
  • the internal combustion engine VM can be connected to the transmission input shaft 1 via the separating clutch AK. Between the separating clutch AK and the internal combustion engine VM a dual mass flywheel ZMS is additionally arranged.
  • the electromechanical energy converter EM has a stator EM.1 and a rotor EM.2.
  • the rotor EM.2 is rotatably connected to the transmission input shaft 1.
  • the transmission input shaft 1 has a further torque transmission device K, this is designed as a starting clutch and in particular allows the start of the Motor vehicle from a standstill when driven by the internal combustion engine VM.
  • the transmission housing which is adapted to receive the dual-mass flywheel ZMS, the second drive machine EM and the separating clutch AK, is designed as a hybrid transmission housing.

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Abstract

Planetengetriebeeinrichtung (PE), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Getriebeeingangswelle (1), einer Getriebeausgangswelle (2) einem Getriebegehäuse (GG) und mit wenigstens einem ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz mit jeweils einem Sonnen-, einem Hohlrad und wenigstens einem Planetenrad, diese Planentenradsätze sind in Bezug auf eine Getriebeachse (GA) zentrisch angeordnet und mit Drehmomentübertragungseinrichtungen, insbesondere selektiv, miteinander verbindbar, der erste Planetenradsatz ist radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet, und eine einzelne orthogonal zur Getriebeachse (GA) liegende Schnittebene (SE) schneidet den ersten und den zweiten Planetenradsatz, der erste und der dritte Planetenradsatz sind entlang dieser Getriebeachse (GA) axial voneinander beabstandet, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planeten radsatz wenigstens ein zweites Planetenrad (1.P2) aufweist, dass das wenigstens eine erste Planetenrad (1.P1 ) dieses Planeten radsatzes mit dem Sonnenrad (1.1) und mit dem zweiten Planetenrad (1.P2) des gleichen Planetenradsatzes kämmt, dass dieses zweite Planetenrad (1.P2) mit dem Hohlrad (1.2) des ersten Planetenradsatzes kämmt und, dass dieses Hohlrad (1.2) drehfest mit dem Sonnenrad (2.1 ) des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist.

Description

PLANETENGETRIEBEEINRICHTUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrstufige Planetengetriebeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , sowie ein Hybridantriebsmodul mit einer solchen Getriebeeinrichtung gemäß Anspruch 8 und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Getriebeeinrichtung gemäß Anspruch 1 1. Eine derartige Planetengetriebeeinrichtung, ist aus der DE 10 2008 000 429 A1 bekannt.
In Kraftfahrzeugen und besonders in Personenkraftwagen kommt dem Bauraumbedarf einzelner Komponenten besonders große Bedeutung zu. Herkömmliche, mehrstufige Planetengetriebeeinrichtungen mit bis zu 9 Schaltstufen für die Vorwärtsgänge und einem Rückwärtsgang entstehen häufig durch das Aneinanderreihen von mehreren Planetenradsätzen. Dadurch erhält man Getriebeeinrichtungen mit vielen Schaltstufen und einer großen Getriebespreizung (Verhältnis größte Übersetzung, höchste Gangstufe zu kleinste Übersetzung, niedrigste Gangstufe). Derartige Getriebeeinrichtungen weisen durch das aneinanderreihen häufig eine große Baulänge und ein hohes Gewicht auf, die Getriebespreizung ist in viele kleine Stufensprünge unterteilt. Für manche Kraftfahrzeuge kann auf besonders kleine Stufensprünge verzichtet werden und durch den Verzicht auf Planetenradsätze Bauraum und Gewicht eingespart werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte Getriebeeinrichtung, insbesondere mit geringer axialer Baulänge und vorzugsweise mit hoher Effizienz, bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch ein Hybridantriebsmodul mit einer solchen Getriebeeinrichtung gemäß Anspruch 8 und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Getriebeeinrichtung gemäß Anspruch 1 1 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der anhängigen Ansprüche.
Planetengetriebeeinrichtungen werden im Kraftfahrzeugbau häufig zum Bereitstellen einer Vielzahl von Übersetzungen verwendet. Dabei sind Getriebeeinrichtungen bekannt, bei welchen mehrere Planetenradsätze selektiv durch Kupplungen und Bremsen untereinander oder mit dem Getriebegehäuse verbindbar sind. Unterschiedliche
Übersetzungsverhältnisse sind durch unterschiedliche Drehzahlverhältnisse zwischen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle gekennzeichnet.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Planetengetriebeeinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche wenigstens eine Getriebeeingangswelle, eine Getriebeausgangswelle, ein Getriebegehäuse sowie wenigstens drei oder mehr Planetenradsätze aufweist. Dabei sind diese Planetenradsätze dazu eingerichtet, eine Antriebsleistung von der Getriebeeingangswelle zu der Getriebeausgangswelle zu leiten. Weiter vorzugsweise kann durch das selektive Verbinden von unterschiedlichen Elementen der Planetenradsätze (Sonnenrad, Hohlrad, Planetenradträger) untereinander und das selektive Verbinden dieser Elemente mit einem Gehäuse der Planetengetriebeeinrichtung das Drehzahlverhältnis in diskreten Schritten verändert werden. Vorzugsweise weist eine derartige Planetengetriebeeinrichtung mit drei Planetenradsätzen sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang auf.
Unter einem Planetenradsatz ist im Sinne der Erfindung ein Sonnen-, ein Hohl- und wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Planetenräder zu verstehen. Vorzugsweise weist ein Planetenradsatz einen Planetenradträger zum Lagern und Führen der Planetenräder auf. Vorzugsweise sind diese Räder als Zahnräder ausgeführt. Weiter vorzugsweise ist bei einem Planetenradsatz das Sonnenrad als Zentralrad angeordnet. Die Planetenräder sind radial außerhalb des Sonnenrades angeordnet und das Hohlrad umgibt die Planetenräder. Vorzugsweise kämmt ein Planetenrad sowohl mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad (Minusplanetenradsatz). Vorzugsweise kämmt ein Planetenrad mit dem Sonnenrad und einem weiteren Planetenrad und dieses weitere Planetenrad kämmt mit dem Hohlrad (Plusplanetenradsatz).
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Getriebeeingangswelle ein Bauteil zu verstehen, mit welchem der Planetengetriebeeinrichtung mechanische Leistung (Drehzahl, Drehmoment) zuführbar ist. Vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle als Hohlwelle oder Vollwelle ausgeführt. Vorzugsweise weist die Getriebeeingangswelle eine Drehmomentübertragungseinrichtung auf, mit welcher diese Leistungszuführung unterbrechbar ist.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Getriebeausgangswelle ein Bauteil zu verstehen, welches dazu eingerichtet ist, die durch die Planetengetriebeeinrichtung gewandelte Antriebsleistung an weitere Komponenten weiterzuleiten. Vorzugsweise ist die Getriebeausgangswelle als Vollwelle oder Hohlwelle ausgeführt. Weiter vorzugsweise sind die Getriebeeingangs- und Getriebeausgangswelle koaxial zueinander angeordnet.
Unter einem Getriebegehäuse ist im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zu verstehen, welche die einzelnen Bauteile der Planetengetriebeeinrichtung wenigstens teilweise oder vollständig umgibt, insbesondere radial umgibt. Weiter vorzugsweise ist das Getriebegehäuse zur Aufnahme der Planetenradsätze, insbesondere zur Lagerung der Planetenradsätze, eingerichtet. Vorzugsweise sind wenigstens einzelne Elemente der Planetenradsätze mit dem Getriebegehäuse mittels einer Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv verbindbar.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Drehmomentübertragungseinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche dazu ausgebildet ist, wahlweise Drehmoment von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung zu übertragen oder nicht zu übertragen. Vorzugsweise kann die Drehmomentübertragungseinrichtung durch externe Steuerbefehle zwischen dem Betriebsmodus zum Übertragen und dem Betriebsmodus zum nicht Übertragen des Drehmoments hin und her geschaltet werden. Weiter vorzugsweise sind unter Drehmomentübertragungseinrichtung Bremsen, Kupplungen, Freiläufe, Drehmomentwandler und Synchronisierungen zu verstehen.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Schnittebene, welche den ersten und den zweiten Planetenradsatz schneidet, eine gedachte Ebene zu verstehen, welche senkrecht zu einer Getriebeachse angeordnet ist. Dabei ist die Getriebeachse diejenige Achse, zu welcher die Planetenradsätze zentrisch angeordnet sind, insbesondere ist diese Getriebeachse die Rotationsachse der Getriebeeingangswelle, vorzugsweise der Getriebeeingangswelle und Ausgangswelle. Vorzugsweise sind wenigstens ein Sonnenrad und ein Hohlrad rotationssymmetrisch zur Getriebeachse angeordnet. Weiter vorzugsweise sind alle Sonnenräder und alle Hohlräder der Planetenradsätze rotationssymmetrisch zur Getriebeachse angeordnet.
Wie dargelegt, kann bei Planetenradsätzen grundsätzlich zwischen Minusradsätzen und Plusradsätzen unterschieden werden. Dabei kehrt sich bei einem Minusradsatz, bei festgehaltenem Planetenradträger (ortsfest aber rotierbar angeordnete Planetenräder) der Drehsinn zwischen dem Antrieb, über das Sonnenrad und dem Abtrieb über das Hohlrad um. Bei einem Plusradsatz weisen sowohl der Antrieb, wie auch der Abtrieb den gleichen Drehsinn auf.
Es hat sich bei der erfindungsgemäßen Planetengetriebeeinrichtung als kinematisch vorteilhaft erwiesen, den ersten Planetenradsatz als sog. Plusradsatz auszuführen. Dazu weist der erste Planetenradsatz wenigstens ein, vorzugsweise eine Reihe von ersten Planetenrädern auf. Weiter weist der erste Planetenradsatz wenigstens ein, vorzugsweise eine Reihe zweiter Planetenräder auf. Dabei kämmt dieses erste Planetenrad mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und dieses zweite Planetenrad kämmt sowohl mit dem ersten Planetenrad, wie auch mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbindbar, vorzugsweise ist es drehfest verbunden, besonders bevorzugt sind diese beiden Räder einstückig miteinander ausgebildet.
Der erste und der zweite Planetenradsatz sind in axialer Richtung, also in Richtung entlang der Getriebeachse, so angeordnet, dass die Schnittebene sowohl den ersten als auch den zweiten Planetenradsatz schneidet. Vorzugsweise schneidet diese Schnittebene die Bereiche der Planetenradsätze, welche unmittelbar an der Leistungsübertragung zwischen den Planetenradsätzen beteiligt sind. Im Falle eines Zahnrades ist unter einem solchen Bereich insbesondere die Verzahnung des Zahnrades zu verstehen. Vorzugsweise liegen in der Schnittebene sämtliche Zahneingriffe dieser beiden Planetenradsätze.
Der erste Planetenradsatz weist eine Breitenerstreckung BE in Richtung der Getriebeachse auf. Dabei ist unter der Breitenerstreckung vorzugsweise die Erstreckung des breitesten Zahnrades dieses Planetenradsatzes in dieser Richtung zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist gesamte Breite der Verzahnungen des ersten Planetenradsatzes, insbesondere wenn die Zahnräder dieses Radsatzes in Richtung der Getriebelängsachse versetzt zueinander angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Planetenradsatz innerhalb. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Planetenradsatz wenigstens im Wesentlichen innerhalb der Breitenerstreckung BE angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist unter im Wesentlichen innerhalb der Breitenerstreckung angeordnet zu verstehen, dass der zweite Planetenradsatz innerhalb einer Erstreckung angeordnet ist die kleiner 2mal BE ist vorzugsweise kleiner als 1 ,5mal BE und besonders bevorzugt kleiner 1 ,1 mal BE.
Insbesondere durch die Ausführung des ersten Planetenradsatzes als sog. Plusradsatz sowie durch die Verschachtelung des ersten Planetenradsatzes und des zweiten Planetenradsatzes, also insbesondere dadurch, dass der zweite Planetenradsatz radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes angeordnet ist, ist eine besonders zuverlässige und axial kompakt bauende Planetengetriebeeinrichtung darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste und der zweite Planetenradsatz zur Getriebeeingangswelle benachbart angeordnet. Weiter ist der dritte Planetenradsatz zur Getriebeausgangswelle benachbart angeordnet. Dabei ist unter benachbart angeordnet zu verstehen, dass in Richtung des Drehmomentenflusses von der Getriebeeingangswelle zur Getriebeausgangswelle zunächst der erste und der zweiten Planetenradsatz angeordnet sind und danach der dritte Planetenradsatz. Insbesondere dadurch, dass der erste und der zweite Planetenradsatz benachbart zur Getriebeeingangswelle angeordnet ist, kann eine Reihe von Drehmomentübertragungseinrichtungen zwischen der Getriebeeingangswelle und diesen beiden Planetenradsätze angeordnet werden. Damit sind einerseits diese Drehmomentübertragungseinrichtungen besonders gut zugänglich und es ergibt sich aus der guten Zugänglichkeit insbesondere eine geringe axiale Baulänge für die Planetengetriebeeinrichtung insgesamt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Planetengetriebeeinrichtung fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen auf. Es hat sich gezeigt, dass durch fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen eine ausreichende Anzahl an unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen darstellbar ist. Weiter ist die Baulänge insbesondere durch die geringe Anzahl an Drehmomentübertragungseinrichtungen gering.
Vorzugsweise ist zwischen dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes und der Getriebeeingangswelle eine erste
Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet. Weiter vorzugsweise ist zwischen dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und der Getriebeeingangswelle eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und der Getriebeeingangswelle eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen einem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes und dem Getriebegehäuse eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist unter einem Planetenradträger eine Einrichtung zu verstehen, welche dazu eingerichtet ist, wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Planetenräder zu lagern. Vorzugsweise ist zwischen dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und dem Getriebegehäuse eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung vorgesehen. Im Sinne der Erfindung sind unter Drehmomentübertragungseinrichtungen, welche zwischen einem Element eines Planetenradsatzes und dem Getriebegehäuse angeordnet sind, eine Bremse zu verstehen. Vorzugsweise sind die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung und die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung als Bremsen ausgebildet. Weiter vorzugsweise sind die erste, zweite und die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung als Kupplung ausgebildet. Weiter vorzugsweise wird bei einer als Kupplung ausgebildeten Drehmomentübertragungseinrichtung das Drehmoment von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite reibschlüssig übertragen. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich durch die beschriebene Art der Anordnung der Drehmomentübertragungseinrichtungen ein besonders platzsparender Aufbau der Planetengetriebeeinrichtung ergibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung als eine formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen. Unter einer formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung ist vorzugsweise eine Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen, bei welcher wenigstens ein Teil des Drehmoments von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite durch einen Formschluss übertragen wird. Weiter vorzugsweise wird das gesamte Drehmoment formschlüssig übertragen. Weiter vorzugsweise ist die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung als Klauenkupplung oder - bremse ausgeführt. Weiter vorzugsweise ist die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung als selbsthaltende Klauenkupplung oder -bremse ausgeführt. Insbesondere durch die Ausgestaltung der fünften Drehmomentübertragungseinrichtung als formschlüssige
Drehmomentübertragungseinrichtung ist ein besonders geringer Bauraum für die Planetengetriebeeinrichtung erreichbar, da auf die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung hohe Kräfte einwirken und eine formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung bei gleichem übertragbarem Drehmoment in der Regel eine geringere Baugröße aufweist, als eine reibschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die vierte, und/oder vorzugsweise die erste, Drehmomentübertragungseinrichtung eine reib-/formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung. Vorzugswiese ist unter einer reib- /formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung eine
Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen, bei welcher beim Betätigen zunächst ein Reibschluss wirksam wird und zeitlich nach diesem Reibschluss, also insbesondere bei weiter fortschreitender Betätigung, ein Formschluss zur Drehmomentübertragung aktiviert wird. Unter derartigen reib-/formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtungen sind insbesondere Synchronisierungen, wie diese aus Kraftfahrzeuggetrieben bekannt sind, zu verstehen. Bei einer derartigen reib-/formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung werden beim planmäßigen Betrieb zunächst zwei Reibflächen, vorzugsweise eine Konusfläche und eine Kegelfläche aufeinander gepresst, so dass sich die Drehzahl der Eingangsseite der und der Ausgangsseite aneinander annähern können. Vorzugsweise bei entsprechend geringer Drehzahldifferenz kommen dann Formschlusselemente in Eingriff, welcher das Drehmoment von der Eingangsseite zur Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung übertragen. Insbesondere durch die Verwendung einer reib-/formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung als vierte
Drehmomentübertragungseinrichtung ist ein besonders geringer Bauraum der Planetengetriebeeinrichtung darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die drehfeste Verbindung des Sonnenrades des zweiten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes dadurch erreicht, dass diese beiden Zahnräder einstückig miteinander verbunden sind. Insbesondere durch die einstückige Ausbildung des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes wird einerseits eine besonders zuverlässige Verbindung zwischen diesen beiden Zahnrädern ermöglicht und andererseits weist eine derartige Verbindung einen besonders geringen Bauraumbedarf auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Zähnezahlverhältnis des Sonnenrades des zweiten Planetenradsatzes und des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes >1 . Vorzugsweise ist dieses Zähnezahlverhältnis >1 ,05, bevorzugt >1 ,07 und besonders bevorzugt >1 , 12. Weiter ist dieses Zähnezahlverhältnis <2, vorzugsweise <1 ,3, bevorzugt <1 ,2 und besonders bevorzugt <1 , 15. Durch die Wahl des Zähnezahlverhältnisses ist ein besonders kompakter Aufbau der Planetengetriebeeinrichtung ermöglicht.
Einerseits muss die Zähnezahl des Sonnenrades des zweiten Planetenradsatzes im Verhältnis zur Zähnezahl des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes so gewählt werden, dass sich zwischen diesen beiden Verzahnungen ein ausreichender Bereich/Abstand ergibt, um die beiden Verzahnungen einerseits sicher miteinander verbinden zu können und andererseits um die Verzahnungen möglichst verformungsfrei von der durch die Kraftübertragung in den Verzahnungen hervorgerufenen Verformungen zu halten. Andererseits muss der Bereich/abstand zwischen diesen beiden Verzahnungen möglichst klein sein, um einen kompakten Aufbau der Planetengetriebeeinrichtung zu ermöglichen.
Insbesondere durch die Wahl eines Zähnezahlverhältnisses, bei welchem die Zähnezahl des Sonnenrades des zweiten Planetenradsatzes gleich groß oder größer ist als die Zähnezahl des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes, ist einerseits gewährleistet, dass ausreichend Platz zwischen diesen beiden Verzahnungen für die sichere Verbindung vorhanden ist und andererseits die Verzahnungen wenigstens weitgehend frei von Verformungen durch Betriebskräfte sind. Ein Hybridantriebsmodul weist eine erfindungsgemäße Planetengetriebeeinrichtung sowie eine erste Antriebsmaschine und eine zweite Antriebsmaschine auf. Vorzugsweise ist die erste Antriebsmaschine eine Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung und die zweite Antriebsmaschine ein elektromechanischer Energiewandler. Weiter vorzugsweise ist unter einer ersten Antriebsmaschine eine Verbrennungskraftmaschine in Hubkolbenbauweise zu verstehen. Unter einem elektromechanischen Energiewandler ist vorzugsweise eine Einrichtung zum Wandeln von elektrischer Energie in mechanische Energie (Drehzahl, Drehmoment) zu verstehen, insbesondere unabhängig von der Bauart des Energiewandlers (Synchron-, Asynchron-, Gleichstrom-, WechselstrommotorAgenerator). Insbesondere die Kombination aus den beiden Antriebsmaschinen mit der erfindungsgemäßen Planetengetriebeeinrichtung ermöglicht einen besonders platzsparenden Aufbau einer solchen Antriebseinrichtung bzw. eines solchen Antriebsmoduls. in einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsmoduls ist die zweite Antriebsmaschine wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig im Getriebegehäuse der Planetengetriebeeinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist unter innerhalb des Getriebegehäuses der Planetengetriebeeinrichtung zu verstehen, dass die zweite Antriebsmaschine axial vorzugsweise teilweise oder bevorzugt vollständig innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist und radial von diesem Gehäuse wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, umgeben ist.
In einer weiter vorzugsweisen Ausführungsform ist die zweite Antriebsmaschine in einem Hybridgetriebegehäuse angeordnet, welches als einen Bestandteil von mehr als 20% Magnesium aufweist und vorzugsweise, wenigstens hauptsächlich oder vollständig, aus Magnesium besteht. Weiter vorzugsweise ist das Hybridgetriebegehäuse zur Aufnahme des Zweimassenschwungrades, und einer weiteren Drehmoment- Übertragungseinrichtung, insbesondere einer reibschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung eingerichtet. Weiter vorzugsweise ist der mechanische Leistungsfluss der zweiten Antriebsmaschine mittels einer Trennkupplung unterbrechbar. Vorzugsweise ist in oder an diesem Hybridgetriebegehäuse eine Leistungselektronik angeordnet, welche zur Steuerung der zweiten Antriebsmaschine eingerichtet ist. Weiter vorzugsweise ist das Hybridgetriebegehäuse mit dem Getriebegehäuse verbindbar.
Vorzugsweise gibt die zweite Antriebsmaschine ihre mechanische Antriebsleistung an die Getriebeeingangswelle ab. Weiter vorzugsweise ist zwischen der zweiten Antriebsmaschine und der Getriebeeingangswelle eine weitere Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet. Weiter vorzugsweise ist die zweite Antriebsmaschine koaxial zu den Planetenradsätzen der Planetengetriebeeinrichtung angeordnet, bevorzugt fällt die Rotationsachse einer Abtriebswelle der zweiten Antriebsmaschine mit der Getriebeachse zusammen. Insbesondere durch das Anordnen der zweiten Antriebsmaschine im Getriebegehäuse der Planetengetriebeeinrichtung ist ein besonders platzsparender Aufbau eines Hybridantriebsmoduls ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Leistungselektronik, welche zur Steuerung der zweiten Antriebsmaschine eingerichtet ist, innerhalb des Getriebegehäuses der Planetengetriebeeinrichtung angeordnet. Weiter vorzugsweise ist unter innerhalb des Getriebegehäuses in Bezug auf die Leistungselektronik im Sinne der Erfindung auch so zu verstehen, wenn diese Leistungselektronik in einem eigenen Gehäuse aufgenommen ist und dieses Gehäuse der Leistungselektronik insbesondere von außen an dieses Getriebegehäuse der erfindungsgemäßen Planetengetriebeeinrichtung angebracht ist.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Wechseln einzelner Drehzahlverhältnisse dieser Planetengetriebeeinrichtung werden für jedes einzelne Drehzahlverhältnis jeweils zwei Drehmomentübertragungseinrichtungen aktiviert.
Vorzugsweise sind im ersten Gang der Planetengetriebeeinrichtung die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung und die erste Drehmomentübertragungseinrichtung aktiviert. Dabei ist im Sinne der Erfindung unter einer aktivierten Drehmomentübertragungseinrichtung eine Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen, bei welcher von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite ein Drehmoment übertragbar ist.
Als Ausgangssituation wird nachfolgend vom eingelegten ersten Gang aus gegangen, dabei ist die erste Drehmomentübertragungseinrichtung aktiviert und die fünfte, alle anderen Drehmomentübertragungseinrichtungen sind deaktiviert.
Vorzugsweise bleibt beim Wechsel vom ersten Gang in den zweiten Gang die erste Drehmomentübertragungseinrichtung weiter aktiviert. Die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung wird deaktiviert und die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung wird aktiviert.
Vorzugsweise bleibt beim Wechsel vom zweiten Gang in den dritten Gang die erste Drehmomentübertragungseinrichtung aktiviert, die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung wird deaktiviert und die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung wird aktiviert.
Vorzugsweise bleibt beim Wechsel vom dritten Gang in den vierten Gang die erste Drehmomentübertragungseinrichtung aktiviert, die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung wird deaktiviert und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung wird aktiviert.
Vorzugsweise wird beim Wechsel vom vierten Gang in den fünften Gang die erste Drehmomentübertragungseinrichtung deaktiviert, die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung bleibt aktiviert und die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung wird aktiviert. Vorzugsweise wird beim Wechsel vom fünften Gang in den sechsten Gang die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung deaktiviert, die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung bleibt aktiviert und die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung wird ebenfalls aktiviert.
Insbesondere durch die Ansteuerung der
Drehmomentübertragungseinrichtungen nach dem beschriebenen Schema ist eine besonders zuverlässige funktionierende und kompakt bauende Planetengetriebeeinrichtung darstellbar.
Nachfolgend wird die Erfindung mit den Figuren, in zum Teil schematisiert Darstellung, weiter erläutert, dabei zeigt:
Fig. 1 : einen Längsschnitt des Getriebeschemas der Planetengetriebeeinrichtung,
Fig. 2: das Schaltungsschema der Planetengetriebeeinrichtung für das
Betriebsverfahren,
Fig. 3: einen Längsschnitt des Hybridantriebmoduls,
In Fig. 1 ist eine Planetengetriebeeinrichtung PE dargestellt. Die Planetengetriebeeinrichtung PE weist drei Planeten radsätze auf, diese sind koaxial zur Getriebeachse GA angeordnet. Die Planetengetriebeeinrichtung weist eine Getriebeeingangswelle 1 einer Kupplung K und eine Getriebeausgangswelle 2 sowie ein Getriebegehäuse GG auf.
Der erste Planetenradsatz weist ein Sonnenrad 1 .1 , eine erste Reihe von Planeten, von welchen nur der Planet 1 .P1 dargestellt ist und einen zweite Reihe von Planeten, von welchen nur der Planet 1.P2 dargestellt ist, auf. Die beiden Planeten 1 .P1 und 1 .P2 sind auf dem Steg (Planetenradträger) 1 .S des ersten Planetenradsatzes gelagert. Der Steg 1.S ist mit dem Getriebegehäuse GG drehfest verbunden. Der Planet 1.P1 kämmt mit dem Sonnenrad 1 .1 und der Planet 1.P2 kämmt einerseits mit dem Planeten 1 .P1 und mit dem Hohlrad 1.2.
Der zweite Planetenradsatz weist ein Sonnenrad 2.1 und eine Reihe von Planeten, von welchen nur der Planet 2.P dargestellt ist, auf. Der Planet 2.P kämmt mit dem Sonnenrad 2.1 und mit dem Hohlrad 2.2. Die Getriebeeingangswelle 1 ist über eine Kupplung K mit einer Antriebsmaschine (nicht dargestellt) verbindbar. Die Getriebeausgangswelle 2 ist drehfest mit dem Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes 3.S verbunden. Der dritte Planetenradsatz weist ein Sonnenrad 3.1 und ein Hohlrad 3.2 auf. Der dargestellte Planet des dritten Planetenradsatzes 3.P kämmt sowohl mit der Sonne 3.1 als auch mit dem Hohlrad 3.2.
Die Schnittebene SE schneidet den ersten und den zweiten Planetenradsatz so, dass in dieser Schnitteben SE sämtliche Zahneingriffe liegen. Der erste Planeten radsatz weist eine Erstreckung BE in Richtung der Getriebeachse GA auf. Innerhalb dieser Erstreckung BE ist auch der zweite Planetenradsatz angeordnet.
Mittels der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung K16 ist die Getriebeeingangswelle 1 mit dem Sonnenrad 3.1 des dritten Planetenradsatzes, Getriebewelle 6 verbindbar. Diese und die nachfolgend mit „K" bezeichneten Drehmomentübertragungseinrichtungen sind als Kupplungen zwischen Wellen ausgeführt, die mit „B" bezeichneten Drehmomentübertagungseinrichtungen sind als Bremsen ausgeführt.
Mit der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung K15 ist die Getriebeeingangswelle 1 mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes 3.2, Getriebewelle 5 verbindbar. Mit der dritten Drehmomentübertragungseinrichtung K13 ist die Getriebeeingangswelle 1 mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes 1.1 , Getriebewelle 3, verbindbar. Mit der vierten Drehmomentübertragungseinrichtung B03 ist die Sonne des ersten Planetenradsatzes 1.1 , Getriebewelle 3, mit dem Getriebegehäuse GG verbindbar. Mit der fünften Drehmomentübertragungseinrichtung B05 ist das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes 3.2, Getriebewelle 5, mit dem Getriebegehäuse GG verbindbar.
Fig. 2 zeigt das Schaitungsschema der Drehmomentübertragungseinrichtungen B03, B05, K13, K15, K16 (Drehmomentübertragungseinrichtung 1 - 5) der erfindungsgemäßen Planetengetriebeeinrichtung für die sechs Vorwärtsgänge 1 bis 6 und für den Rückwärtsgang RW. Dabei bedeutete ein X in der in Fig. 2 dargestellten Tabelle, dass die gekennzeichnete Drehmomentübertragungseinrichtung aktiviert ist. Demzufolge ist für den ersten Gang die Drehmomentübertragungseinrichtung B05 und die Drehmomentübertragungseinrichtung K16 aktiviert.
In Fig. 3 ist ein Hybridantriebsmodul dargestellt. Dieses Hybridantriebsmodui weist eine erfindungsgemäße Planetengetriebeeinrichtung PE, eine Verbrennungskraftmaschine VM und einen elektromechanischen Energiewandler EM auf. Der elektromechanische Energiewandler EM ist dabei im Getriebegehäuse GG der Planetengetriebeeinrichtung PE angeordnet. Die Planetengetriebeeinrichtung PE ist dazu eingerichtet, über die Getriebeeingangswelle 1 die Antriebsleistung des elektromechanischen Energiewandlers EM und der Verbrennungskraftmaschine VM aufzunehmen und über die Getriebeausgangswelle 2 abzugeben. Die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine VM sowie des elektromechanischen Energiewandlers EM und die Planetengetriebeeinrichtung PE sind koaxial zur Getriebeachse GA angeordnet. Die Verbrennungskraftmaschine VM ist über die Trennkupplung AK mit der Getriebeeingangswelle 1 verbindbar. Zwischen der Trennkupplung AK und der Verbrennungsmaschine VM ist zusätzlich ein Zweimassenschwungrad ZMS angeordnet.
Der elektromechanische Energiewandler EM weist einen Stator EM.1 und einen Rotor EM.2 auf. Der Rotor EM.2 ist drehfest mit der Getriebeeingangswelle 1 verbunden. Die Getriebeeingangswelle 1 weist eine weitere Drehmomentübertragungseinrichtung K auf, diese ist als Anfahrkupplung ausgebildet und ermöglicht insbesondere das Anfahren des Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand bei Antrieb mittels der Verbrennungskraftmaschine VM.
Zusätzlich ist mittels der Drehmomentübertragungseinrichtung K der Leistungsfluss zur Planetengetriebeeinrichtung PE von der ersten und der zweiten Antriebsmaschine (VM, EM) Unterbrechbar. In diesem Betriebsmodus (K deaktiviert, geöffnet; AK aktiviert, geschlossen) ist eine sog. Standladung des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
Das Getriebegehäuse, welches zur Aufnahme des Zweimassenschwungrades ZMS, der zweiten Antriebsmaschine EM sowie der Trennkupplung AK eingerichtet ist, ist als Hybridgetriebegehäuse ausgebildet.
Die Anordnungen der Planetenradsätze und der Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Planetengetriebeeinrichtung PE entsprechen bei dieser Ausführungsform (Fig.3) der Anordnung dieser Elemente der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform.

Claims

Patentansprüche
1 . Planetengetriebeeinrichtung (PE), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Getriebeeingangswelle (1 ), einer Getriebeausgangswelle (2) einem Getriebegehäuse (GG) und
mit wenigstens einem ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz mit jeweils einem Sonnen-, einem Hohlrad und wenigstens einem Planetenrad,
diese Planentenradsätze sind in Bezug auf eine Getriebeachse (GA) zentrisch angeordnet und mit Drehmomentübertragungseinrichtungen, insbesondere selektiv, miteinander verbindbar,
der erste Planetenradsatz ist radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet,
und eine einzelne orthogonal zur Getriebeachse (GA) liegende Schnittebene (SE) schneidet den ersten und den zweiten Planetenradsatz, der erste und der dritte Planetenradsatz sind entlang dieser Getriebeachse (GA) axial voneinander beabstandet,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Planetenradsatz wenigstens ein zweites Planetenrad (1.P2) aufweist,
dass das wenigstens eine erste Planetenrad (1.P1 ) dieses Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad (1.1 ) und mit dem zweiten Planetenrad (1 .P2) des gleichen Planetenradsatzes kämmt,
dass dieses zweite Planetenrad (1.P2) mit dem Hohlrad (1.2) des ersten Planetenradsatzes kämmt und,
dass dieses Hohlrad (1 .2) drehfest mit dem Sonnenrad (2.1 ) des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist.
2. Planetengetriebeeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Planetenradsatz zur Getriebeeingangswelle (1 ) benachbart angeordnet sind und, dass der dritte Planetenradsatz zur Getriebeausgangswelle (2) benachbart angeordnet ist.
3. Planetengetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetengetriebeeinrichtung (PE) fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen (B03, B05, K13, K15, K16) aufweist.
4. Planetengetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (3.2) des dritten Planetenradsatzes mit einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen (B05) mit dem Getriebegehäuse (GG) verbindbar ist und, dass diese Drehmomentübertragungseinrichtung (B05) eine formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ist.
5. Planetengetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (1 ) mit dem Sonnenrad (3.1 ) des dritten Planetenradsatzes mit einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen (K16) verbindbar ist, dass diese Drehmomentübertragungseinrichtung (K16) eine reib- /formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ist, insbesondere eine Synchronisierungseinrichtung.
6. Planetengetriebeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (1 ) mit dem Sonnenrad (3.1 ) des dritten Planetenradsatzes mit einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen (K16) verbindbar ist, dass diese Drehmomentübertragungseinrichtung (K16) eine reibschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ist.
7. Planetengetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (1.2) des ersten Planetenradsatzes und das Sonnenrad (2.1 ) des zweiten Planetenradsatzes einstückig miteinander ausgebildet sind.
8. Planetengetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zähnezahlverhältnis des Sonnenrades (2.1 ) des zweiten Planentenradsatzes und des Hohlrades (1.2) des ersten Planetenradsatzes größer ist als 1 , vorzugsweise größer ist als 1 ,05, bevorzugt größer als ist 1 ,07 und besonders bevorzugt größer ist als 1 ,12 und weiter ist das Zähnezahlverhältnis kleiner als 2, vorzugsweise kleiner als 1 ,3, bevorzugt kleiner als 1 ,2 und besonders bevorzugt kleiner als 1 ,15.
9. Hybridantriebsmodul, mit einer Planetengetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer ersten Antriebsmaschine (VM) und einer zweiten Antriebsmaschine (EM) wobei die zweite Antriebsmaschine (EM) ein elektromechanischer Energiewandler ist und die erste Antriebsmaschine (VM) eine Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung.
10. Hybridantriebsmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebsmaschine (EM) wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, im Getriebegehäuse (GG) der Planetengetriebeeinrichtung (PE) angeordnet ist.
1 1. Hybridantriebsmodul nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungselektronik, welche zur Steuerung der zweiten Antriebsmaschine (EM) vorgesehen ist, innerhalb des Getriebegehäuses beziehungsweise innerhalb des Hybridgetriebegehäuses angeordnet ist.
12. Verfahren zum Wechseln des Drehzahlverhältnisses zwischen der Getriebeeingangswelle (1 ) und der Getriebeausgangswelle (2) der Planetengetriebeeinrichtung (PE) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aktivieren jedes einzelnen Drehzahlverhältnisses (1. bis 6. Gang, Rückwärtsgang) jeweils zwei Drehmomentübertragungseinrichtungen (B03, B05, K13, K15, K16) aktiviert werden.
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