WO2024061651A1 - Planetengetriebe mit getriebeschaltsystem - Google Patents

Planetengetriebe mit getriebeschaltsystem Download PDF

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Tobias Katzer
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Definitions

  • the invention relates to a planetary gear with a gear shifting system, in particular for a motor-gear unit with an electric machine.
  • Such motor-transmission units can be used in motor vehicles, among other things, where they are part of the drive train through which the drive wheels can be driven.
  • gear selection is ensured (functional safety) via, for example, software that controls the gear shift, in order to avoid an output blockage or incorrect gear selection.
  • a switching device for a transmission which has a shift drum with several control surfaces that can be rotated by means of an electric motor.
  • a spur gear is known, to which a switching actuator is attached to the side surface of the gear housing.
  • the object of the invention is to propose a compact planetary gear with a switching device.
  • a planetary gear with a switching unit for a motor vehicle is proposed.
  • the planetary gear includes an input shaft, an output shaft, a first planetary gear set and a second planetary gear set and three clutches, each with a shift slide, which can be moved from at least a first switching position to a second switching position by means of the switching device.
  • the switching device comprises a switching drum with three sliding tracks, each switching slide being assigned a lever device by means of which the switching slides can be moved axially from a first switching position to a second switching position.
  • the shift slides can also be designed in such a way that they can also be moved into a third shift position, so that three shift slides are sufficient for a four-speed transmission.
  • lever devices which have a common axial guide, so that the coupling between a sliding block of the lever device and the guide is geometrically identical for all lever devices.
  • the switching device comprises a switching motor and an auxiliary gear for driving the switching drum.
  • the switching motor is preferably designed as an electric stepper motor.
  • the shift drum could also be rotated using another adjustment unit, such as a lever device.
  • the switching device can be integrated in the transmission housing. This means that only one housing and one lubrication system are required. Furthermore, the combined unit can be constructed more compactly.
  • the guide tracks of the shift drum are designed in such a way that the shift slide is moved in such a way that a shift slide is always brought into an idle position before the same shift slide is moved to another position or another shift slide is activated.
  • the idle position of the shift slide is the position in which the clutch to be switched using the shift slide is in idle. This always results in a load-free switching operation and the drive motor on the input shaft of the planetary gear can be used to synchronize the speed, making it easier to switch the clutches.
  • These can be designed as a brake, friction clutch or claw clutch.
  • Claw clutches have the advantage that as soon as the claws of the shift sleeve engage with the claws of the guide sleeve, a positive connection is created.
  • FIG.2 Switching positions of the transmission
  • the enclosed figures 1 and 2 show schematically the functionality of the gearbox in two independent sketches in order to better explain the functionality.
  • the representation of the switching unit 1 from Figure 1 has also been greatly simplified by only showing one switching level (dashed box).
  • the three lever devices 23 required for the planetary gear shown in Figure 2, for switching one of the clutches 20, 21, 22, can be guided via a separate or a common guide 5.
  • the path of the link track 10 is designed in such a way that when the shift roller 3 is rotated, the fork 6 and thus the associated shift slide 17, 18 or 19 are moved along one or more of the guide 5.
  • the shift drum 3 is driven via the shift motor 4 and the auxiliary gearbox 2.
  • a shift position of the shift drum 3 is assigned to each gear.
  • the rotation of the shift drum 3 can take place using any system (e.g. stepper gear Maltese wheel).
  • the rotation of the shift drum 3 creates an axial movement of the shift sleeve via the guide element of the shift fork.
  • At least one shift slide 17, 18 or 19 is not moved.
  • the link tracks 10 for switching or moving the switching slides 17, 18 or 19 are designed in such a way that one switching slide 17, 18 or 19 is always brought into an idle position before the same switching slide 17, 18 or 19 is moved to another position or another switching slide 17, 18 or 19 is activated. Activated in this case means switching from a neutral position or idle position to an active position, in which torque is transferred.
  • the newly selected gear always represents the target gear.
  • the planetary gear and the switching device 1 are accommodated in a common gear housing. This has the advantage that it forms a compact unit that requires very little space.
  • the planetary gear with the switching device 1 is particularly suitable for demanding drive solutions in heavy-duty vehicles with electric drives.

Abstract

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

Description

Planetengetriebe mit Getriebeschaltsystem
Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe mit Getriebeschaltsystem, insbesondere für eine Motor-Getriebe-Einheit mit einer elektrischen Maschine. Derartige Motor- Getriebe-Einheiten können unter anderem in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen und sind dort Teil des Antriebsstrangs, über den die Antriebsräder antreibbar sind.
Aus dem Stand der Technik sind viele Getriebe bekannt, in denen Planetenradsätze zum Einsatz kommen, um eine Drehmomentwandlung als Verhältnis eines Ausgangsdrehmomentes zu einem Eingangsdrehmoment sowie eine Übersetzung als Verhältnis einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl bereitzustellen.
Einige dieser Getriebe mit Planetenradsatz verwenden zum Gangwechsel formschlüssiger oder kraftschlüssiger Schaltelemente verwenden. Dabei ist es besonders wichtig, dass es eine Sicherstellung der Gangwahl (funktionale Sicherheit) über z.B. eine Software, die die Gangschaltung steuert, gibt, um zu vermeiden, dass es zu einer Abtriebsblockade oder falscher Gangwahl kommt.
Aus der DE 10 2018 123 599 A1 ist beispielsweise eine Schaltvorrichtung für ein Getriebe bekannt, das eine mittels eines Elektromotors verdrehbare Schaltwalze mit mehreren Steuerflächen aufweist.
Weiterhin aus der DE 10 2010 013 962 A1 eine Vorrichtung bekannt, mittels der die Gänge eines sequenziellen Getriebes geschaltet werden können. Zum Schalten wird eine Schaltwalze verwendet, die mittels eines E-Motors angetrieben wird. Die Schaltwalze zwingt den Bediener dazu, dass die Gänge nur in der vorgegebenen Reihenfolge geschaltet werden können.
Aus der DE10 2017 111 728 A1 ist ein Stirnradgetriebe bekannt, an dem ein Schaltaktuator an der Seitenfläche des Getriebegehäuses befestigt ist. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes Planentengetriebe mit einer Schaltvorrichtung vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Es wird ein Planetengetriebe mit Schalteinheit für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Planetengetriebe umfasst eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz und drei Kupplungen mit jeweils einem Schaltschieber die mittels der Schalteinrichtung von zumindest einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bewegbar sind.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Schalteinrichtung eine Schaltwalze mit drei Kulissenbahnen umfasst, wobei jedem Schaltschieber eine Hebelvorrichtung zugeordnet ist, mittels der die Schaltschieber axial von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bewegbar sind. Die Schaltschieber können aber auch derart ausgelegt sein, dass diese auch in eine dritte Schaltstellung bewegbar sind, so dass für ein Vierganggetriebe drei Schaltschieber ausreichen.
In der bevorzugten Ausführung sind drei Hebelvorrichtungen vorgesehen, die eine gemeinsame axiale Führung aufweisen, so dass für alle Hebelvorrichtungen die Kopplung zwischen einem Kulissenstein der Hebelvorrichtung und der Führung geometrisch identisch sind.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung einen Schaltmotor und ein Nebengetriebe zum Antrieb der Schaltwalze umfasst. Dabei ist der Schaltmotor vorzugsweise als elektrischer Schrittmotor ausgeführt. Alternativ könnte die Schaltwalze auch mittels einer anderen Verstelleinheit, wie beispielsweise einer Hebelvorrichtung, verdreht werden. Um einen Kompakten Aufbau umzusetzen, kann die Schalteinrichtung im Getriebegehäuse integriert sein. Dadurch ist nur ein Gehäuse und ein Schmiersystem erforderlich. Weiterhin kann die kombinierte Einheit kompakter aufgebaut werden.
Vorzugsweise sind die Kulissenbahnen der Schaltwalze derart ausgelegt, dass das Verschieben der Schaltschieber, derart erfolgt, dass immer erst ein Schaltschieber in eine Leerlaufstellung gebracht wird, bevor derselbe Schaltschieber in eine andere Position oder ein anderer Schaltschieber aktiviert wird. Die Leerlaufstellung des Schaltschiebers ist die Stellung, bei der die mittels des Schaltschiebers zu schaltende Kupplung sich im Leerlauf befindet. So kommt es immer zu einer lastfreien Schaltung und mittels dem Antriebsmotor an der Eingangswelle des Planetengetriebes kann eine Drehzahl-Synchronisation vorgenommen werden, die es erleichtert die Kupplungen zu schalten. Diese können als Bremse, Reibkupplung oder Klauenkupplung ausgeführt sein. Klauenkupplungen haben den Vorteil, dass sobald die Klauen der Schaltmuffe in die Klauen der Führungsmuffe greifen, eine formschlüssige Verbindung vorliegt.
Zusätzlich wird vorgeschlagen das Getriebegehäuse des Planetengetriebes mit einer Koppelstelle für einen Retarder auszustatten, wobei über die Koppelstelle die Abtriebswelle mit dem Retarder koppelbar ist. Damit hätte man einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit E-Antriebsmaschine, Planetengetriebe und einem Retarder zum verschleißfreien Bremsen, wenn z.B. die Rekuperationsleistung des E- Antriebsmotors nicht ausreicht, welcher für einen größeren Einsatzbereich geeignet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig.1 Detail der Schalteinheit
Fig.2 Schaltpositionen des Getriebes Die beiliegenden Figuren 1 und 2 zeigen schematisch die Funktionalität des Getriebes in zwei unabhängigen Skizzen, um die Funktionalität besser erklären zu können. Die Darstellung der Schalteinheit 1 aus Figur 1 wurde zudem stark vereinfacht, indem lediglich eine Schaltebene (gestrichelter Kasten) dargestellt ist.
Für das in Figur 2 dargestellte Getriebe sind beispielsweise 3 Schaltebenen notwendig, so dass die separate Schaltung der Schaltschieber 17, 18, 19 um gesetzt werden kann.
Die Schaltgabel 6, wie auch die weiteren Schaltgabeln für das Getriebe, wird über eine Hebelvorrichtung 23 bewegt, wobei die Hebelvorrichtung 23 durch die Führung 5 axial geführt wird. Weiterhin ist die Hebelvorrichtung 23 über einen Kulissenstein mit der Kulissenbahn 10 gekoppelt, so dass die axiale Bewegung der Hebelvorrichtung entsprechend der Form der Kulissenbahn 10 erfolgt. Die Schaltung der Kupplungen 20, 21 , 22 erfolgt dann entsprechend der Bewegung der Hebelvorricdhtung.
Die für das in Figur 2 dargestellte Planetengetriebe notwendigen drei Hebelvorrichtungen 23, zur Schaltung je einer der Kupplungen 20, 21 , 22, können über eine separate oder über eine gemeinsame Führung 5 geführt sein.
Die Bahn der Kulissenbahn 10 ist so gestaltet, dass es beim Drehen der Schaltwalze 3 zu einer gewünschten Verschiebung der Gabel 6 und damit des zugeordneten Schaltschiebers 17, 18 oder 19 entlang einer oder/der Führung 5 kommt.
Der Antrieb der Schaltwalze 3 erfolgt über den Schaltmotor 4 und das Nebengetriebe 2. Jedem Gang ist eine Schaltstellung der Schaltwalze 3 zugeordnet. Alternativ kann die Rotation der Schaltwalze 3 mit einem beliebigen System erfolgen (z. B. Schrittgetriebe
Figure imgf000006_0001
Malteserrad). Durch die Rotation der Schaltwalze 3 wird über das Führungselement der Schaltgabel eine axiale Bewegung der Schaltmuffe erzeugt.
Das in Figur 2 dargestellte Getriebe ist ohne die Schaltwalze dargestellt. Aus dieser Skizze ist zu entnehmen, wie die Schaltfolge ausgelegt ist. Zu erkennen ist, dass in jedem Gang eine der Kupplungen 20, 21 , 22 in der Leerlaufposition ist und dass für jeden eingelegten Gang zwei Kupplungen 20, 21 , 22 geschaltet sind.
Zum Umschalten in benachbarte Gänge (z. B. vom 1. Gang in den 2. Gang) zumindest ein Schaltschieber 17, 18 oder 19 nicht bewegt wird. Weiterhin sind die Kulissenbahnen 10 für das Schalten oder Verschieben der Schaltschieber 17, 18 oder 19, derart ausgelegt, dass immer erst ein Schaltschieber 17, 18 oder 19 in eine Leerlaufstellung gebracht wird, bevor derselbe Schaltschieber 17, 18 oder 19 in eine andere Position oder ein anderer Schaltschieber 17, 18 oder 19 aktiviert wird. Aktiviert bedeutet in diesem Fall die Schaltung von einer Neutralstellung oder Leerlaufstellung in eine Aktivstellung, bei der es zu einer Drehmomentübertragung kommt. Der neu eingelegte Gang stellt immer den Zielgang dar.
Auf Grund der Kulissenbahn 10 in der Schaltwalze 3 ist es nicht möglich, dass z. B. zwei Gänge gleichzeitig aktiviert sind und somit ein Verblocken des Abtriebs erfolgt. Auf Grund der Bahn ist nur eine sequenzielle Schaltung möglich
Nicht dargestellt ist, dass das Planetengetriebe und die Schaltvorrichtung 1 in einem gemeinsamen Getriebegehäuse untergebracht sind. Dies hat den Vorteil, dass es eine kompakte Einheit bildet, die besonders wenig Raumbedarf hat. Das Planetengetriebe mit der Schaltvorrichtung 1 ist besonders für anspruchsvolle Antriebslösungen in Schwerlastfahrzeugen mit elektrischem Antrieb geeignet.
Bezugszeichenliste
1 Schalteinheit
2 Nebengetriebe
3 Schaltwalze
4 Schaltmotor
5 Führung
6 Schaltgabel
7 erster Planetensatz
8 zweiter Planetensatz
9 Getriebegehäuse
10 Kulissenbahn
11 Antriebswelle, erste Sonnenradwelle
12 Abtriebswelle
13 erster Planetenträger
14 zweites Sonnenradwelle
15 erstes Hohlrad
16 zweiter Planetenträger
17 erster Schaltschieber
18 zweiter Schaltschieber
19 dritter Schaltschieber
20 erste Kupplung
21 zweite Kupplung
22 dritte Kupplung
23 Hebelvorrichtung

Claims

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