WO2000029744A1

WO2000029744A1 - Elektrische maschine mit getriebe

Info

Publication number: WO2000029744A1
Application number: PCT/DE1999/003522
Authority: WO
Inventors: Martin-Peter Bolz; Ferdinand Grob; Stefan Tumback
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1998-11-14
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2000-05-25
Also published as: JP2002530570A; BR9906923A; EP1047874B1; EP1047874A1; US6409622B1; JP4582607B2

Abstract

Bei einer als Starter und Generator für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umschaltbaren elektrischen Maschine, ist zur Kopplung an eine Welle (4) der Brennkraftmaschine ein zweistufiges Planetengetriebe vorgesehen, wobei jeder Stufe eine Bremseinrichtung zum Festhalten einer Drehbewegung der Stufe zugeordnet ist.

Description

ELEKTRISCHE MASCHINE MIT GETRIEBE

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, die als Starter und Generator für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Brennkraftma- schine eines Kraftfahrzeugs, umschaltbar ist. Derartige Maschinen sind entwickelt worden, da sie es ermöglichen, die zwei Funktionen des Anlassens der Brennkraft aschine und der Erzeugung von elektrischem Strom, der für die Bordsysteme eines Fahr- zeugs wie etwa Zündung, Beleuchtung etc. benötigt wird, in einer einzigen elektrischen Maschine zu vereinigen und so Gewicht und Kosten zu sparen.

Bei derartigen elektrischen Maschinen tritt aller- dings das Problem auf, daß für den Generatorbetrieb und für den Starterbetrieb der elektrischen Maschine unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse benötigt werden, so daß ein u schaltbares Getriebe vorgesehen werden muß, das diese unterschiedlichen Übersetzungen je nach gerade benötigter Funktion der elektrischen Maschine zu erzeugen gestattet. Ein zweistufiges Planetengetriebe ist aus DE 36 04 395 AI bekannt. Diese Schrift lehrt den Einsatz eines solchen Getriebes in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs zur Einstellung un- terschiedlicher Übersetzungsverhältnisse, die den verschiedenen Gängen einer Gangschaltung entsprechen und auf das Fahrwerk des Kraftfahrzeugs wirken. Die Kraftübertragung erfolgt hier ständig in einer Richtung, nämlich von der Brennkraftmaschine zum Fahrwerk. Angaben zum Anlasser beziehungsweise zur Lichtmaschine des Fahrzeugs macht die Schrift nicht .

Ein weiteres Beispiel eines zweistufigen Planeten- getriebes ist aus DE 19 531 043 AI bekannt. Das in dieser Schrift behandelte Planetengetriebe ist vorgesehen, um von einem Motor, insbesondere einem Motor eines elektrisch betriebenen Werkzeugs wie einer Bohrmaschine angetrieben zu werden und mit ver- stellbarer Übersetzung ein Werkzeug anzutreiben. Dabei ist lediglich einer der zwei Stufen eine Sperreinrichtung zugeordnet, die jegliche Drehung des Hohlrads dieser Stufe unterbinden kann.

Vorteile der Erfindung Durch die vorliegende Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, wird eine elektrische Maschine für den Einsatz als Starter beziehungsweise Generator für eine Brennkraftmaschine geschaffen, die ein einfa- ches umschalten zwischen an den Betrieb der elektrischen Maschine als Starter beziehungsweise als Generator optimal angepaßten Übersetzungsverhältnissen mit einfachen Mitteln erlaubt.

Wünschenswerte Übersetzungsverhältnisse sind zum

Beispiel bei Verwendung einer Klauenpolrnaschine

(Synchron- oder Asynchronmaschine) als elektrischer

Maschine ein Übersetzungsbereich von 1,6 bis 4 für den Generatorbetrieb beziehungsweise von 4 bis 60 im Starterbetrieb. Dabei sollte die Spreizung, das heißt das Verhältnis der Übersetzungsverhältnisse zueinander, wenigstens 2 betragen.

Die Bremskraft kann insbesondere durch Angreifen einer Bremseinrichtung an einem Hohlrad des Plane- tengetriebes in einfacher Weise ausgeübt werden. Als Bremseinrichtungen kommen insbesondere Backenbremsen, Lamellenbremsen oder Reibbandbremsen in Frage .

Bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der elektrischen Maschine umfaßt das Planetengetriebe zwei mit der Brennkraf maschinenwelle fest verbun- dene Sonnenräder und zwei Sätze von mit jeweils einem der Sonnenräder und einem Hohlrad kämmenden Planetenrädern, und die Planetenräder beider Sätze sind an einem Planetenträger drehbar montiert, der seinerseits mit einer Starter- oder Generatorwelle fest verbunden ist, um eine Drehbewegung auf die Generatorwelle beziehungsweise von der Generatorwelle auf den Planetenträger zu übertragen. Bei dieser Konstruktion kann durch Abbremsen eines der zwei Hohlräder jeweils eine Drehkraft zwischen dem Sonnenrad der abgebremsten Stufe des zweistufigen Getriebes und dem Planetenträger übertragen werden, während die andere Stufe frei dreht.

Diese Konstruktion ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau, bei dem die Abmessungen der zwei Hohlräder identisch sind. Dies verringert die Zahl der benötigten unterschiedlichen Komponenten des Getriebes und ermöglicht eine rationellere und ko- stengünstigere Fertigung.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung umfaßt das Planetengetriebe zwei Sonnenräder, von denen jeweils eines mit der Brennkraftmaschinenwelle beziehungsweise der Starter- oder Generatorwelle fest verbunden ist, sowie zwei Sätze von mit jeweils einem der Sonnenräder und einem Hohlräder kämmenden Planetenrädern. Dabei sind die Planeten- räder der zwei Sätze paarweise auf einer gemeinsamen Achse drehfest verbunden. Bei einer Variante dieser Ausgestaltung kann das Hohlrad einer Stufe entfallen.

Gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung umfaßt das zweistufige Planetengetriebe zwei Sonnenräder, von denen jeweils eines mit der Brennkraft- maschinenwelle beziehungsweise einer Starter- oder Generatorwelle fest verbunden ist, und zwei Sätze von mit jeweils einem der Sonnenräder kämmenden Planetenrädern, wobei die Planetenräder der zwei Sätze paarweise miteinander kämmen. Ein solches Planetengetriebe erfordert lediglich ein Hohlrad.

Bei der zweiten und dritten Ausgestaltung greift die zweite Bremsvorrichtung vorzugsweise nicht an einem Hohlrad an, sondern ist eingerichtet, um die Planetenbewegung der Planetenräder, das heißt ihre Drehung um die Wellen, zu blockieren.

Zu diesem Zweck sind die Planetenräder beider Sätz;e vorzugsweise an einem gemeinsamen Planetenträger drehbar montiert, und die zweite Bremseinrichtung greift an diesem Planetenträger an.

Um die Steuerung des Planetengetriebes zu vereinfachen, ist vorzugsweise eine gemeinsame Stellvor- richtung zum Betätigen beider Bremseinrichtungen vorgesehen, die wenigstens eine Arbeitsstellung, in der die erste Bremseinrichtung offen und die zweite geschlossen ist, eine Arbeitsstellung, in der die zweite Bremseinrichtung offen und die erste geschlossen ist, und eine LeerlaufStellung besitzt, in der beide offen sind. Diese Stellungen sind durch ein mit einem Freiheitsgrad bewegbares Steuerelement einstellbar. Dieser Freiheitsgrad ist vorzugsweise eine Rotation, so daß die Stellvorrichtung beispielsweise mit Hilfe beliebiger gängiger Elektromotoren einfach betätigbar ist.

Um einen weichen Übergang zwischen den zwei Über- setzungszustanden des Getriebes, die jeweils einer Arbeitsstellung der Stellvorrichtung entsprechen, zu gewährleisten, ist die Stellvorrichtung vorzugsweise über die LeerlaufStellung von einer Arbeitsstellung in die andere bewegbar.

Es ist ferner zweckmäßig, daß die Stellvorrichtung über eine Arbeitsstellung hinaus in eine Bremsstellung bewegbar ist, in der die in der Arbeitsstellung offene Bremseinrichtung angebremst ist. Dabei wird unter "angebremst" ein Zustand der Bremseinrichtung verstanden, in der das Bremsmoment von Null verschieden, aber so weit begrenzt ist, daß eine Überlastung des Getriebes und des Antriebs- strangs ausgeschlossen ist. Das vollständige Schließen einer Bremseinrichtung sollte die Stellvorrichtung nur zulassen, wenn nicht gleichzeitig die andere Bremseinrichtung ebenfalls geschlossen ist .

Bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Stellvorrichtung, bei der die Bremseinrichtungen durch zu einer Achse des Getriebes parallele Stell- bewegungen betätigbar sind, umfaßt die Stellvorrichtung zwei um diese Achse drehbare Rampen zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine Stellbewegung der Bremseinrichtungen. Um die Betätigung der Bremseinrichtungen zu koppeln, genügt es, wenn die zwei Rampen drehfest verbunden sind. Eine solche Stellvorrichtung ist insbesondere zur Verwendung mit Lamellenbremsen als Bremseinrichtungen geeignet.

Bei einer zweiten Ausgestaltung der Stellvorrich- tung, bei der die Bremseinrichtungen durch eine zu einer Achse des Getriebes senkrechte Stellbewegung betätigbar sind, weist die Stellvorrichtung wenigstens eine Nockenscheibe und mit der Nockenscheibe wechselwirkende Hebel zum Umsetzen einer Drehung der Nockenscheibe in eine Stellbewegung der Bremseinrichtungen auf. Selbstverständlich kann auch jedem Hebel und damit jeder Bremseinrichtung eine eigene Nockenscheibe zugeordnet sein. Diese Ausge- staltung ist insbesondere zur Anwendung in Verbindung mit Backenbremsen als Bremseinrichtungen geeignet .

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh- rungsbeispielen .

Figuren

Es zeigen:

Figuren 1, 2, 2a und 3 Schemata von Ausgestaltungen von Planetengetrieben der erfindungsgemäßen Maschine,

Figur 4 einen Längsschnitt durch ein Getriebe gemäß der ersten Ausgestaltung; und

Figur 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Figur 4.

Figur 6 einen axialen Schnitt durch ein Getriebe der erfindungsgemäßen Maschine mit zwei Lamellenbremsen und einer gemeinsamen Stellvorrichtung für die zwei Lamellenbremsen; Figur 7 eine perspektivische Ansicht eines Stell - rings der Stellvorrichtung aus Figur 6, der zwei Rampen zum Einstellen einer Lamellenbremse in unterschiedliche Betriebspositionen aufweist;

Figur 8 eine graphische Darstellung der axialen Verlagerung der Lamellenbremsen in Abhängigkeit von der Orientierung des Stellrings;

Figuren 9 und 10 jeweils Ansichten einer Stellvorrichtung zum gemeinsamen Stellen von zwei Lamellenbremsen;

Figur 11 eine perspektivische Ansicht einer Backen- bremse ;

Figur 12 eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens der Backenbremse mit einem Steuerelement ;

Figur 13 eine Seitenansicht eines Getriebes, das mit zwei Backenbremsen gemäß Figur 11 und einer Stellvorrichtung gemäß Figur 12 ausgestattet ist; und

Figur 14 eine schematische Darstellung der Anordnung der erfmdungsgemaßen Maschine im Antriebs- sträng eines Kraftfahrzeugs. Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Zum Überblick wird zunächst die Anordnung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine im Antriebs- strang eines Kraftfahrzeugs anhand von Figur 14 kurz dargestellt. Dieser Antriebsstrang umfaßt eine Brennkraf maschine 30, die über eine Hauptkupplung 31 mit einem Schaltgetriebe 32 verbindbar ist, das mit verschiedenen einstellbaren Übersetzungsverhältnissen über eine Abtriebswelle 37 Räder des Kraftfahrzeugs antreibt. Eine Brennkraf maschinenwelle 4 durchläuft das Schaltgetriebe 32 und ist mit dem Getriebe 33 der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine verbunden. Das Getriebe 33 ist zweistufig, jeder Getriebestufe 34_i,34_ii ist ein eigene Bremseinrichtung 35_i;35_1L zugeordnet. Mit Hilfe der Bremseinrichtungen ist das Übersetzungsverhältnis zwischen der Welle 4 und einer Welle 6 einstellbar, die mit einer elektrischen Maschine 36 verbunden ist. Eines der zwei Übersetzungsverhältnisse des Getriebes 33 ist für den Betrieb der elektrischen Maschine 36 als Starter der Brennkraftmaschine 30 und das andere für den Betrieb als Lichtmaschine vorgesehen. Verschiedene Ausgestaltungen von Getrieben 33 werden nun anhand der Figuren 1 , 2 , 2A und 3 behandelt.

Zunächst soll mit Bezug auf Figur 1 die hier verwendete stark schematisierte Darstellungsweise allgemein erläutert werden. Die Figuren 1 bis 3 zeigen stark schematisierte axiale Schnitte durch Getrie- be . Dabei stellen kurze horizontale Linien 10 jeweils die Zahnung eines Zahnrads dar. Jeweils zwei solcher Linien sind durch eine vertikale Linie 11 verbunden, die die Scheibe des Zahnrads symbolisiert. Ein offener Kreis 12 in der Mitte der Linie 11 gibt an, daß das betreffende Zahnrad um eine Achse, die durch eine horizontale, durch den Kreis 12 verlaufende Linie symbolisiert ist, frei drehbar ist. Ein geschlossener runder Punkt 13 stellt eine feste Verbindung zwischen dem betreffenden Zahnrad und seiner Achse dar.

Bei dem in Figur 1 gezeigten Getriebe ist die Brennkraftmaschine über eine Welle 4 an einen Planetenträger 5 gekoppelt, der Planetenräder 2₁,2₂ der zwei Stufen des Planetengetriebes drehbar hält. Diese Planetenräder kämmen jeweils mit einem Sonnenrad 1 beziehungsweise 1_X1 und einem Hohlrad 3 beziehungsweise 3_xι . Die Sonnenräder sind auf einer an die (nicht dargestellte) elektrische Maschine gekoppelten Welle 6 fest montiert. Um ein Übersetzungsverhältnis einzustellen, greift eine Bremseinrichtung (in Figur 1 nicht gezeigt) an einer Außen- fläche 8_i; B_i eines der Hohlräder 3^3^ an und hindert dieses an einer Drehung, während das jeweils andere Hohlrad frei beweglich ist. Auf diese Weise wird eine Antriebskraft von der Welle 4 auf die Welle 6 oder in Gegenrichtung, je nachdem, ob die elektrische Maschine als Starter oder als Generator arbeitet, durch diejenige der zwei Getriebestufen übertragen, deren Hohlrad gerade abgebremst ist. Die Planeten- und Hohlräder der jeweils anderen Stufe laufen frei mit . Die Bewegungsrichtung des frei laufenden Hohlrades ist unterschiedlich, je nach eingestelltem Übersetzungsverhältnis, die Bahngeschwindigkeit des Hohlrades ist aber in jedem Falle relativ gering im Vergleich zu der eines verblockten Hohlrades bei einem einstufigen Planeten- getriebe. Deshalb ist das Massenträgheitsmoment des zweistufigen Planetenge-triebes trotz der im Vergleich zu einem einstufigen Getriebe erhöhten Zahl an Komponenten erstaunlich gering und erlaubt ein schnelles und verschleißarmes Umschalten zwischen unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen.

Figur 4 zeigt zur Veranschaulichung den Aufbau des zweistufigen Planetengetriebes aus Figur 1 in einem detaillierten axialen Schnitt. Die mit der Brennkraftmaschine verbundene Welle 4 trägt einen Planetenträger 20 in Form eines tellerartigen Flansches, an dessen äußerem Rand drei Zapfen 21_x (siehe auch Figur 5) in einem Winkelabstand von 120° eingelassen sind, welche die Drehachsen der Planetenräder 2_X der ersten Getriebestufe definieren. Die Scheiben 22_^ der Planetenräder 2 haben nur einen Bruchteil der axialen Abmessung der Zähne und sind über- dies durchbrochen, um das Massentragheitsmoment der Räder möglichst gering zu halten. Das Hohlrad 3_X ist an einem Flansch 23 verschraubt, der einen zylindrischen Vorsprung 24 als Angriffsfläche für eine Bremseinrichtung auf eist .

Jeweils diametral gegenüberliegend zu einem Zapfen 21_x hat der Planetenträger 20 einen über die axiale Breite der ersten Geuriebestufe vorspringenden Arm 27, an dessen Ende ein weiterer Zapfen 21₁ veran- kert ist, welcher jeweils ein Planetenrad 2_X1 der- zweiten Getriebestufe trägt. Ein mit dem Hohlrad 3_X1 fest verbundener Flansch 25 bildet einen Träger für Lamellen 26 einer Lamellenbremse.

Figur 5 zeigt einen vereinfachten Querschnitt entlang der Linie V-V aus Figur 4. Die Zahnräder l_x, 2_L, 3_X der ersten Stufe sind im Schnitt gezeigt, das Sonnenrad 1,, ist teilweise verdeckt. Durch Zwi- schenräume, die zwischen den Planetenrädern 2_^ der ersten Stufe bestehen, erstrecken sich die Arme 27 des Planetenträgers 20, die die Planetenräder 2_1X der zweiten Stufe halten. Das Hohlrad 3_xl der zwei- ten Stufe ist in den Abmessungen mit dem Hohlrad 3_X der ersten identisch. Die Sonnen sind in Figur 5 mit 1. und 1,. bezeichnet.

Die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes sind ge- geben durch die Formeln

wenn das Hohlrad 3_X in den Stand abgebremst ist (n_3l=0) , und

bei stehendem Hohlrad 3_X1 (n_3ll=0) , wobei U das Übersetzungsverhältnis und Z die Zahl der Zähne ei- nes Zahnrads bezeichnet.

Wie aus der nachfolgenden Tabelle 1 zu entnehmen, sind bereits mit mäßigen Zahnzahlen von nicht mehr als 75 für die Hohlräder Übersetzungsverhältnisse U_X1 von ca. 2,5 für die zweite Stufe und U_x von über 5 für die erste sowie Spreizungen Φ=U₁/U₁₁ von bis zu 3 und mehr erreichbar. Kleinere Übersetzungen sind bei dieser Konstruktion auch realisierbar, doch sind hierfür große Durchmesser von Hohlrad und Sonnenrad erforderlich, was dem Bestreben nach einer kompakten Konstruktion zuwiderläuft. Tabelle 1

Figur 2 zeigt das Schema einer zweiten Ausgestaltung eines zweistufigen Planetengetriebes für eine erfindungsgemäße elektrische Maschine. Bei dieser Konstruktion sind die an die Brennkraftmaschine beziehungsweise die elektrische Maschine angeschlossenen Wellen 4 beziehungsweise 6 jeweils fest mit einem Sonnenrad l_x beziehungsweise l_lx verbunden. Planetenräder 2₁ beziehungsweise 2_1X der zwei Stufen sind durch eine gemeinsame Achse 7 fest aneinander gekoppelt. Bei dieser Konstruktion lassen sich grundsätzlich drei verschiedene Übersetzungsverhältnisse einstellen, davon zwei durch Arretieren jeweils eines Hohlrades und das dritte durch Arretieren der Planetenbewegung, das heißt Festhalten der Achsen 7 der Paare von Planetenrädern. Die Übersetzungsverhältnisse sind gegeben durch die Formeln

,, 2„(^Z , + ,„) __π z_h,{z_2lz_l+z_hz_2ll)

z z

(7, = ,/?, = 0

7 7

wobei die Angabe n_3ll=0 beziehungsweise n_3l=0 bedeutet, daß das Hohlrad 3_X1 beziehungsweise 3.,_ arretiert ist und n_s=0 bedeutet, daß die Planetenbewegung arretiert ist.

Beispielhafte Ergebnisse für Übersetzungsverhältnisse O_llO₂,O_i und Spreizungen Φ für die diverse Kombinationen von Zahnzahlen Z der einzelnen Zahnräder sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2

Man erkennt, daß jeweils die kleinsten Übersetzungsverhältnisse U_x durch Festhalten des Hohlrads 3_1L der zweiten Stufe erzielt werden, weil bei dieser Stufe der Durchmesser der Planetenräder 2_ größer ist als der der Planetenräder 2₁ der ersten Stufe. Das jeweils größte Übersetzungsverhältnis wird durch Festhalten der Achsen 7 erzielt. Bei diesem Getriebe kann deshalb auf das Hohlrad der ersten Stufe verzichtet werden, soweit dies nicht für die mechanische Stabilität des Getriebes erforderlich ist.

Zum Arretieren der Bewegung der Achsen 7 um die Wellen 4 beziehungsweise 6 kann eine Bremseinrich- tung verwendet werden, die auf die Enden der Achsen 7 eine Kraft in axialer Richtung ausübt, wie durch die Pfeile 9 in Figur 2 angedeutet, und die Achsen so an einer Planetenbewegung, nicht aber die Plane- tenräder an einer Drehung um die Achsen hindert.

Eine Abwandlung ist in Figur 2a gezeigt. Ein Planetenträger 20' erstreckt sich hier zwischen den zwei Getriebestufen, und die Achsen 7 sind in Bohrungen des Planetentragers 20' gehalten. An einer zylindrischen Außenfläche 8, die den Rand des Planeten- trägers 20' umgibt, greift in derselben Weise wie an den Hohlrädern der mit Bezug auf Figuren 1, 4 und 5 beziehungsweise 2 beschriebenen Ausgestaltungen eine Bremskraft F an. Bei dieser Konstruktion können Bremseinrichtungen der gleichen Art zum Abbremsen der Bewegung der Achsen 7 wie auch der Drehung des Hohlrads 3 _X verwendet werden, was die Konstruktion vereinfacht .

Bei der Ausgestaltung der Figur 3 ist die Welle 4 der Brennkraftmaschine mit einem großen Sonnenrad l fest verbunden, welches mit den Planetenrädern 2₁ kämmt. Diese sind auf einem Planetenträger 20'' drehbar montiert und kämmen mit Planetenrädern 2 _X der zweiten Stufe, die auf dem gleichen Träger 20' ' montiert sind. Letztere sind im Eingriff mit einem kleinen Sonnenrad l _l das über eine Welle 6 mit einer als Starter beziehungsweise Generator des Kraftfahrzeugs vorgesehenen elektrischen Maschine gekoppelt ist. Das Getriebe hat zwei Übersetzungs- zustände . Im ersten ist das Hohlrad 3_XX der zweiten Stufe fest, im zweiten ist es der Planetenträger 20'' . In der ersten Stufe wird kein Hohlrad benötigt, was einen deutlichen Vorteil hinsichtlich der Kompaktheit und Massentragheitsmoment mit sich bringt, da dieses Hohlrad, wenn es vorhanden wäre, deutlich größer und schwerer sein müßte als das der zweiten Stufe. Der Planetenträger 20'' hält die Planetenräder 2_XX der zweiten Stufe mit Hilfe von Armen, die zum Teil außerhalb der Schnittebene der Figur in Richtung der Planetenbewegung gekröpft verlaufen, was in der Figur durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.

Der Planetenträger 20'' ist wie der Planetenträger 20' aus Figur 2A durch eine an einer zylindrischen Außenfläche 8 angreifende Bremse arretierbar.

Die nachfolgende Tabelle zeigt Übersetzungsverhältnisse ü^ü_j der zwei Übersetzungszustände für unterschiedliche Zahnzahlen Z der verschiedenen Räder.

Tabelle 3

Auch hier lassen sich Übersetzungsverhältnisse im geeigneten Bereich und Spreizungen von 2 oder deutlich darüber bei mäßigen Zahnzahlen und folglich mit einem insgesamt kompakten Getriebe erzielen.

Figur 6 zeigt im axialen Schnitt ein Getriebe 33 mit zwei Lamellenbremsen 35_λ,35_ι;L und einer Stelleinrichtung zum gemeinsamen Betätigen der zwei La- mellenbremsen. Der Aufbau des Getriebes entspricht dem aus Figur 1 und wird nicht im Detail erneut beschrieben. Die Lamellenbremsen 35^35^ umfassen jeweils einen mit einem Hohlrad 3₁,3_ll verbundenen La- mellensatz und einen mit einem axial verschiebbaren Träger 40 verbundenen Lamellensatz. Der verschiebbare Lamellensatz ist durch eine (nicht dargestellte) Feder gegen einen Stellring 41 gedrückt, den Figur 7 in einer perspektivischen Ansicht zeigt. Durch die Kraft der Feder ist der Stellring 41 zwi- sehen den Lamellen und einem Satz von ortsfesten Rollen 42 axial eingespannt. Wie in Figur 7 zu sehen, trägt der Stellring 41 zwei sich in Umfangsrichtung erstreckende Rampen 43, auf deren Oberfläche jeweils eine Rolle 42 läuft, wenn der Stellring 41 um die Welle 4 oder 6 gedreht wird. Je nach Höhe der Rampen 43 an den Stellen, an denen sie mit den Rollen 42 in Kontakt sind, sind die Lamellenträger 40 unterschiedlich weit axial verschoben, das heißt die Bremse unter- schiedlich stark angezogen.

Die zwei Stellringe 41 sind über eine Brücke 44 mit einem Teleskopmechanismus drehfest, aber axial gegeneinander verschiebbar verbunden. Einer der Stellringe 41 trägt an seinem Außenumfang einen Zahnkranz, der mit einem Ritzel 45 kämmt, das von einem Motor 46 über ein Untersetzungsgetriebe 47 angetrieben wird. Der Zahnkranz erstreckt sich über ein Winkelsegment, dessen Größe wenigstens dem von jeder Rampe 43 aufgespannten Winkel entspricht.

Figur 9 zeigt eine perspektivische Ansicht der Stellvorrichtung aus Figur 6 und der Getriebemotoranordnung 46,47. Der Zahnkranz hat die Form ei- nes an einem Stellring 41 fest montierten Segments 48, von dem aus auch die Brücke 44 zum zweiten Stellring 41 ausgeht. Die Brücke 44 besteht aus zwei ineinandergreifenden, axial schienengeführten Elementen.

Die Komponenten 41 bis 45 und 48 können als eine einheitliche Stellvorrichtung angesehen werden, die es durch einfaches Drehen des Ritzels 45 erlaubt, die Bremseinrichtungen 35^35^ gekoppelt in unterschiedliche Stellungen zu bringen.

Welche Stellungen die Bremseinrichtungen jeweils gemeinsam einnehmen, hängt von der Gestalt der Rampen 43 ab.

Figur 8 zeigt ein Beispiel für einen möglichen Hö- henverlauf der Rampen 43 der zwei Stellringe 41 aus Figur 6 entlang ihres Umfangs . Dabei entspricht die untere Kurve dem in Figur 7 gezeigten Stellring. Einander entsprechende Stellungen des Stellrings 41 in Figuren 7 und 8 sind jeweils mit Buchstaben a bis e gekennzeichnet. Die Kreise an den Kurven in den Stellungen a bis e symbolisieren jeweils die der Rampe zugeordnete Rolle 42 in verschiedenen Positionen ihrer Bahn. In einer ersten Stellung a hat die Rampe aus Figur 7 eine Höhe h_a (siehe untere Kurve in Figur 8) , in der die zugeordnete Bremseinrichtung zwar bremst, aber nicht vollständig blockiert. In den Stellungen b und c und dem dazwischenliegenden Bereich ist die Bremseinrichtung of- fen, zwischen d und e nimmt die Bremskraft zu, bis bei d die Bremse geschlossen ist, zwischen e und d ist die Höhe der Rampe konstant . Der Verlauf der der anderen Bremseinrichtung zugeordneten Rampe, der in der oberen Kurve der Figur 8 gezeigt ist, ist spiegelsymmetrisch hierzu. In der Stellung c sind somit beide Bremseinrichtungen offen, das Getriebe 33 befindet sich in einem Leerlaufzustand. Durch Drehen in Richtung der Stellung d wird die eine Bremseinrichtung allmählich geschlossen, während die andere offen bleibt. Dieser Zustand ist ein Arbeitszustand des Getriebes mit einem der zwei möglichen Übersetzungsverhältnisse. Durch Drehen in Gegenrichtung in die Stellung b wird das zweite Übersetzungsverhältnis eingestellt. Drehungen über die Stellungen b,d hinaus führt jeweils zu Zuständen, in denen eine Bremseinrichtung geschlossen und die andere mit einer begrenzten Bremskraft den gesamten Antriebsstrang des Fahrzeugs abbremst.

Figur 10 zeigt schematisch eine Variante einer Stelleinrichtung. Hier sind die Stellringe 41 beide auf wenigstens einem Teil ihres Außenumfangs gezahnt und kämmen mit Ritzeln 45, die, auf einer ge- memsamen Welle 49 montiert, von dem Motor 46 angetrieben werden. Dabei ist die Breite der Ritzel beziehungsweise der Zahnungen der Stellräder 42 so bemessen, daß die Stellräder sich infolge der Wech- selwirkung der (in dieser Figur nicht dargestellten) Rampen mit den Bremseinrichtungen axial verschieben können, ohne dabei mit den Ritzeln 45 außer Eingriff zu kommen.

Weitere Varianten betreffen die Zahl der Rampen auf einem Stellring, die ohne weiteres größer als 2 sein kann. Auch ist es ohne weiteres möglich, die Rampen an der dem Lamellenträger zugewandten Seite der Stellringe anzuordnen und so direkt die Rampen mit den Lamellenträgern wechselwirken zu lassen, anstatt, wie in Figur 6 gezeigt, mit Hilfe der ortsfesten Rollen 42 den gesamten Stellring 41 axial zu verschieben.

Eine zweite Ausgestaltung einer Bremseinrichtung, in Form einer Backenbremse, ist in Figur 11 dargestellt. Diese mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnete Backenbremse umfaßt zwei Arme 51, die um in Bezug zu dem (hier nicht dargestellten) Getriebe 33 ortsfeste Achsen 52 schwenkbar sind. Jeder Arm 51 trägt einen Bremsbacken 53. Eine Zugfeder 49 übt auf die Arme 51 eine Kraft aus, die auf ein Öffnen der Bremse hinwirkt .

Die Arme 51 tragen an ihren Enden einander gegenüberliegende, spitz zulaufende dreieckige Nasen 54. Ein Stellhebel 55 ist um eine ortsfeste Achse 58 schwenkbar und trägt an einem ersten Arm 57 einen Reiter 59 mit einer Aussparung, in die die Nasen 54 eingreifen. Der Reiter 59 ist durch eine Schwenkbewegung des Stellhebels 55 senkrecht zur Achse des Getriebes in Richtung des Pfeils A bewegbar. Der zweite Arm 56 des Stellhebels 55 wirkt, wie in Figur 12 gezeigt, mit einer Nockenscheibe 60 zusammen und bestimmt so die Höhe des Reiters 59 auf den Nasen 54. Um das Profil der Nockenscheibe besser er- kennbar zu machen, ist um ihren Drehmittelpunkt ein strichpunktierter Kreis gezeichnet, dessen Radius gleich dem maximalen Radius der Nockenscheibe ist. Je weiter der Reiter 59 in der Figur 11 nach unten gedrückt ist, um so stärker drücken die Bremsbacken 53 gegen das (nicht dargestellte) zwischen ihnen angeordnete Hohlrad des Getriebes. Die Nockenscheibe 60 kann (wie der Stellring der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen) Stellungen einnehmen, die in Figur 12 mit Buchstaben a bis e bezeichnet sind und in der gleichen Weise wie die oben beschriebenen Zust nde offenen, geschlossenen oder angebremsten Zuständen der Backenbremse 50 entsprechen.

Figur 13 zeigt eine Seitenansicht eines Getriebes 33 mit zwei Backenbremsen 50^50^ mit dem oben beschriebenen Aufbau, die jeweils den zwei Stufen 34_i,35_iides Getriebes zugeordnet sind. Zwei Nocken- scheiben

sind über eine gemeinsame Welle 49 mit einem Stellmotor 46 verbunden. Die zwei Nockenscheiben sind identisch geformt, aber spiegelbildlich zueinander angeordnet, so daß in der in Figur 13 gezeigten Stellung jeweils ein zweiter Hebel 56 abgesenkt, die zugehörige Backenbremse 50.,. somit offen, und der andere zweite Hebelarm 56_lx angehoben, die Backenbremse 50_1X dementsprechend geschlossen ist.

Bei dieser Ausgestaltung ist jedem Stellhebel eine eigene Nockenscheibe βü^öO^ zugeordnet. Alternativ wäre es auch möglich, die zwei Stellhebel an einer gemeinsamen Nockenscheibe winkelversetzt angreifen zu lassen.

Claims

Patentansprüche

1. Elektrische Maschine, die als Starter und Generator für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umschaltbar ist, dadurch ge- kennzeichnet, daß sie ein zweistufiges Planetengetriebe zur Ankopplung an eine Welle (4) der Brennkraftmaschine umfaßt, wobei jeder Stufe eine Bremseinrichtung zum Festhalten einer Drehbewegung der Stufe zugeordnet ist.

2. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine erste der Bremseinrichtungen an einem Hohlrad (3^3^) angreift.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung eine Backenbremse, eine Lamellenbremse oder eine Reib- bandbremse ist .

4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweistufige Planetengetriebe zwei mit einer Star- ter- oder Generatorwelle (6) fest verbundene Sonnenräder (1₁,1₁₁) und zwei Sätze von mit jeweils einem der Sonnenräder und einem Hohlrad (3₁,3₁₁) kämmenden Planetenrädern (2₁,2₁₁) umfaßt, wobei die Planetenräder (2₁,2₁₁) beider Sätze an einem mit der Brennkraftmaschinenwelle (4) fest gekoppelten Planetenträger (20) drehbar montiert sind.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der zwei Hohl- rälder (3₁,3₁₁) identisch sind.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungen der zwei Stufen zwischen 2,4 und 7,5 liegen und eine Spreizung zwischen 2 und 3 aufweisen.

7. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Brenn- kraftmaschinenwelle (4) im wesentlichen gleich der Motordrehzahl ist.

8. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bremseinrichtung an dem anderen Hohlrad angreift .

9. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweistufige Planetengetriebe zwei Sonnenräder (l_x,l_xx), von denen jeweils eines mit der Brennkraftmaschinenwelle (4) beziehungsweise einer Starter- oder Generatorwelle (6) fest verbunden ist, und zwei Sätze von Planetenrädern (2_X,2_1X) umfaßt, die jeweils mit den Sonnenrädern und wenigstens einem Hohlrad (3_X,3_XX) kämmen, wobei die Planetenräder (2_X,2_XX) der zwei Sätze paarweise auf einer gemeinsamen Achse (7) drehfest verbunden sind.

10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweistufige Planetengetriebe zwei Ξonnenräder (l_x,l_xx), von denen jeweils eines mit der Brennkraftmaschinenwelle (4) beziehungsweise einer Starter- oder Generatorwelle (6) fest verbunden ist, und zwei Sätze von mit jeweils einem der Sonnenräder (l_x,l_xx) kämmenden Planetenrädern (2_X,2_XX) umfaßt, wobei die Planetenräder der zwei Sätze paarweise miteinander kämmen.

11. Elektrische Maschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bremsein- richtung in der Lage ist, die Drehung der Planetenräder (2_X,2_XX) um die Wellen (4,6) zu blockieren.

12. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Planeuenrä- der (2_X,2_XX) beider Sätze an einem gemeinsamen Planetenträger (20 ',20'') drehbar montiert sind.

13. Elektrische Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bremseinrichtung am Planetenträger (20', 20'') angreift.

14. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtungen (35_x, 35_xx; 50_x, 50_xx) durch eine gemeinsame Stellvorrichtung (41 , 42 , 43 , 44 , 45, 48 ; 49 , 60_x, 60_X1, 56_x, 56_xx) betätigbar sind, die wenigstens eine Arbeits- Stellung (b) , in der die erste Bremseinrichtung offen und die zweite geschlossen ist, eine Arbeitsstellung (d) , in der die zweite Bremseinrichtung offen und die erste geschlossen ist, und eine LeerlaufStellung (c) , in der beide offen sind, einneh- men kann und durch ein mit einem Freiheitsgrad bewegbares Steuerelement (45,-49) in die Stellungen einstellbar ist.

15. Elektrische Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung über die LeerlaufStellung (c) von einer Arbeitsstellung (b,d) in die andere bewegbar ist.

16. Elektrische Maschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung über eine Arbeitsstellung (b,d) hinaus in eine Bremsstellung (a,e) bewegbar ist, in der die in der Arbeitsstellung (b,d) offene Bremseinrichtung angebremst ist.

17. Elektrische Maschine nach Anspruch 14,15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrich- tung das Schließen einer Bremseinrichtung (35_x; 35_xx; 50_x; 50_xx) nur zuläßt, wenn nicht gleichzeitig die andere Bremseinrichtung geschlossen ist.

18. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtungen (35_x,35_xx) durch zu einer Achse (4,6) des Getriebes parallele Stellbewegungen betätigbar sind, und daß die Stellvorrichtung (41, ... , 45 , 48) zwei um die Achse drehbare Rampen (43) zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine Stellbewegung der zwei Bremseinrichtungen (35_x,35_xx) aufweist.

19. Elektrische Maschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampen (43) der zwei Brem- semrichtungen (35_x;35_xx) drehfest verbunden sind.

20. Elektrische Maschine nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtungen (35_x,35_xx) entlang der Achse (4,6) jeweils zwischen dem Planetengetriebe (33) und der zugeordneten Rampe (43) angeordnet sind.

21. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtungen (35_x,35_xx) Lamellenbremsen sind.

22. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtungen (50_x,50_xx) durch eine zu einer Achse des Getriebes senkrechte Stellbewegung (A) betätigbar sind, und daß die Stellvorrichtung (49 , 60_x, 60_xx, 55 , 59) wenigstens eine Nockenscheibe (60) und mit der Nockenscheibe (60) wechselwirkende Hebel (55) zum Umsetzen einer Drehung der Nockenscheibe (60) in eine Stellbewegung der Bremseinrichtungen (50 ,50_l) aufweist.

23. Elektrische Maschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtungen (50_x;50_xx) Backenbremsen sind.