DE102020201411A1

DE102020201411A1 - Schaltbares Getriebe sowie Anhängerachse und Fahrzeuganhänger mit derartigem Getriebe

Info

Publication number: DE102020201411A1
Application number: DE102020201411.6A
Authority: DE
Inventors: Philipp Schart; Slawa Knorr; Uwe Hammer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-08-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein schaltbares Getriebe, aufweisend: ein Gehäuse (1), ein erstes Planetengetriebe (11) mit einem Sonnenrad (7), einem ersten Hohlrad (3) und wenigstens einem ersten Planetenrad (4), das Getriebe (1) weiterhin aufweisend ein zweites Planetengetriebe (12) mit einem zweiten Hohlrad (13) und wenigstens einem zweiten Planetenrad (5),wobei das zweite Planetengetriebe (12) insbesondere kein Sonnenrad aufweist, wobei das erste Hohlrad (3) und das zweite Hohlrad (13) frei drehbar im Gehäuse (1) angeordnet sind, wobei das Sonnenrad (7) mit einer Eingangswelle verbunden ist. Das Getriebe (1) weist weiterhin einen Planetenträger (6) auf, wobei das erste Planetenrad (4) und das zweite Planetenrad (5) drehfest miteinander verbunden sind und drehbar am bzw. im Planetenträger (6) gelagert sind. Das Getriebe (1) weist weiterhin eine erste Kupplung (K1) auf, welche zwischen dem ersten Hohlrad (3) und dem Gehäuse (1) vorgesehen ist und eingerichtet ist, das erste Hohlrad (3) mit dem Gehäuse (1) drehfest zu koppeln oder freizugeben, sowie eine zweite Kupplung (K2), welche zwischen dem Planetenträger (6) und dem Gehäuse (1) vorgesehen ist und eingerichtet ist, den Planetenträger (6) mit dem Gehäuse (1) drehfest zu koppeln oder freizugeben. Das Getriebe (1) weist weiterhin eine Ausgangswelle (15) auf, welche mit dem zweiten Hohlrad (13) verbunden ist, sowie insbesondere eine Steuereinheit (16), welche eingerichtet ist, die erste Kupplung (K1) und die zweite Kupplung (K2) zu steuern.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein schaltbares Getriebe, eine Anhängerachse mit einem derartigen schaltbaren Getriebe sowie einen Fahrzeuganhänger, insbesondere einen Caravan-Anhänger oder einen LKW-Anhänger oder einen PKW-Anhänger oder dgl. mit einer derartigen Fahrzeugachse.
Fahrzeuganhänger, z.B. Wohnwägen oder LKW-Anhänger oder dgl., werden mittels Zugmaschinen bewegt. Nach Ankunft an einem Bestimmungsort ist häufig ein Rangieren zum endgültigen Bestimmungsort notwendig (z.B. eine Laderampe oder ein Stellplatz für einen Wohnwagenanhänger). Das Rangieren mit der Zugmaschine ist v.a. im Rückwärtsfahrbetrieb schwierig und teilweise auch aufgrund mangelnden Platzes nicht möglich. Dann werden derartige Anhänger zum Rangieren häufig von der Zugmaschine abgekoppelt und per Hand bewegt, was sehr kraftaufwändig ist. Oder sie werden mittels eines Rangierantriebs, welcher die Räder des Anhängers direkt über eine bewegliche Antriebsrolle am Reifen des Anhängers antreibt, bewegt. Ein derartiger Rangierantrieb ist üblicherweise an jedem Reifen des Anhängers vorgesehen. Bei Wohnwägen wird eine Antriebsenergie eines derartigen Rangierantriebs, beispielsweise aus einer 12V-Bord-Batterie des Wohnwagens entnommen.
Beispielsweise zeigt die EP 1 225 090 A2 einen derartigen Rangierantrieb.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße schaltbare Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das schaltbare Getriebe nicht nur für einen elektrischen Rangierbetrieb ausgelegt ist, sondern auch einen Betrieb einer elektrischen Maschine als Generator, z.B. als Lademöglichkeit eines Energiespeichers bietet und/oder als Schubunterstützung bzw. einer Minderung der zu ziehenden Anhängermasse für das Zugfahrzeug dient. Dabei weist das schaltbare Getriebe der Erfindung einen einfachen und robusten Aufbau auf und benötigt nur einen minimalen Bauraum. So kann es in einfacher Weise an oder in einer Anhängerachse angeordnet werden, z.B. in unmittelbarer Nähe eines mit der Anhängerachse verbundenen Rades. Ferner kann mittels des schaltbaren Getriebes eine sehr hohe Spreizung bei den Übersetzungen der einzelnen Gänge vorgesehen werden, beispielsweise kann ein erstes Übersetzungsverhältnis (einer ersten Getriebestufe) in einem Bereich von 1:1 bis 14:1 liegen (nur das zweite Planetengetriebe ist aktiv) und/oder ein zweites Übersetzungsverhältnis (einer zweiten Getriebestufe) kann ein zweites Übersetzungsverhältnis in einem Bereich von 30:1 bis 450:1 aufweisen, bevorzugt z.B. 50:1 bis 350:1 (beide Planetengetriebe sind aktiv). Auch ermöglicht das schaltbare Getriebe bei Verwendung an einer Fahrzeugachse eine Reduzierung einer Abnutzung der Räder an der Fahrzeugachse, da auf die auf den Rädern abrollenden Antriebsrollen des Standes der Technik verzichtet werden kann. Insbesondere ermöglicht das schaltbare Getriebe neben dem Rangierbetrieb somit auch einen Rekuperationsbetrieb. Es kann dabei während einer Fahrt, wenn das schaltbare Getriebe z.B. an oder in einer Anhängerachse angeordnet ist, z.B. einen Energiespeicher aufladen oder elektrische Verbraucher im Anhänger direkt mit elektrischer Energie versorgen. Dabei wird vorteilhaft das Bordnetz des Zugfahrzeugs entlastet bzw. für die Versorgung dieses Verbrauchers überhaupt nicht mehr benötigt.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das schaltbare Getriebe ein Gehäuse sowie ein erstes Planetengetriebe und ein zweites Planetengetriebe aufweist. Das erste Planetengetriebe umfasst ein (erstes) Sonnenrad, ein erstes Hohlrad und wenigstens ein erstes Planetenrad. Das zweite Planetengetriebe umfasst ein zweites Hohlrad und wenigstens ein zweites Planetenrad. Das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad sind frei drehbar im Gehäuse des schaltbaren Getriebes angeordnet. Das (erste) Sonnenrad des ersten Planetengetriebes ist mit einer Eingangswelle (erste Welle) verbunden. Weiterhin weist das Getriebe einen Planetenträger auf. Das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad sind drehfest miteinander verbunden und drehbar am bzw. im Planetenträger gelagert.
Ferner ist eine erste Kupplung vorgesehen, welche zwischen dem ersten Hohlrad und dem Gehäuse angeordnet ist. Die erste Kupplung ist eingerichtet, das erste Hohlrad mit dem Gehäuse drehfest zu koppeln oder freizugeben. Somit ermöglicht die erste Kupplung, dass sich das erste Hohlrad entweder relativ zum Gehäuse drehen kann oder dass das erste Hohlrad relativ zum Gehäuse festgehalten ist. Kann sich das erste Hohlrad drehen, so dreht es sich entgegen der Drehrichtung des (ersten) Sonnenrades und das erste Planetenrad dreht ebenfalls entgegengesetzt zur Drehrichtung des (ersten) Sonnenrades.
Weiterhin ist eine zweite Kupplung vorgesehen, welche zwischen dem Planetenträger und dem Gehäuse angeordnet ist. Die zweite Kupplung ist eingerichtet, den Planetenträger mit dem Gehäuse drehfest zu koppeln oder freizugeben. Somit ermöglicht die zweite Kupplung, dass sich der Planetenträger entweder relativ zum Gehäuse drehen kann oder dass der Planetenträger relativ zum Gehäuse festgehalten ist. Kann sich der Planetenträger drehen, so dreht er sich in derselben Drehrichtung wie das (erste) Sonnenrad und das erste Planetenrad dreht entgegengesetzt zur Drehrichtung des (ersten) Sonnenrades.
Eine Ausgangswelle (zweite Welle) ist mit dem zweiten Hohlrad verbunden.
Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das zweite Planetengetriebe kein Sonnenrad aufweist. Mit anderen Worten: es besteht dann nur aus dem wenigstens einen zweiten Planetenrad und dem zweiten Hohlrad. Sollte ein zweites Sonnenrad im zweiten Planetengetriebe vorgesehen sein, so würde dieses ausschließlich mit dem wenigstens einen zweiten Planetenrad gekoppelt sein. Im folgenden Text ist bei der Verwendung des Begriffs „Sonnenrad“ stets das (erste) Sonnenrad des ersten Planetenrades zu verstehen, wenn nicht ausdrücklich etwas Anderes beschrieben wird.
Ferner kann beispielsweise das Getriebe eine Steuereinheit aufweisen, welche eingerichtet ist, die erste und zweite Kupplung zu steuern. Diese Steuereinheit kann jedoch auch separat vorliegen. Sie kann z.B. in einem externen Steuergerät, z.B. einer Vehicle Control Unit (VCU) vorgesehen sein. Sie kann dann z.B. über Signalleitungen und Ansteuerleitungen für die Kupplungen mit dem Getriebe verbunden sein.
Der Begriff „Kupplung“ (erste Kupplung, zweite Kupplung) ist im Kontext dieser Anmeldung zunächst funktionell zu verstehen. D.h.: die Kupplung kann ein Element mit einem anderen Element verbinden oder freigeben. Somit können erste und zweite Kupplung z.B. durch ein (einziges mechanisches) Teil realisierbar sein, solange dieses die verschiedenen Schaltzustände herstellen kann. Es kann jedoch beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die erste Kupplung und die zweite Kupplung durch zwei voneinander separate, unabhängige Bauelemente realisiert sind.
Es versteht sich, dass das Getriebe genau ein erstes Planetenrad aufweisen kann. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere erste Planetenräder vorgesehen sind, z.B. zwei, drei, vier, fünf oder noch mehr erste Planetenräder.
Es versteht sich weiterhin, dass das Getriebe genau ein zweites Planetenrad aufweisen kann. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere zweite Planetenräder vorgesehen sind, z.B. zwei, drei, vier, fünf oder noch mehr zweite Planetenräder. Die Anzahl der zweiten Planetenräder kann vorzugsweise gleich der Anzahl der ersten Planetenräder sein.
Weiter bevorzugt ist das schaltbare Getriebe eingerichtet, axial mit einer Welle eines Rades verbunden zu werden. Dieses kann z.B. an einer Anhängerachse angeordnet sein.
Bevorzugt sind eine Zähnezahl des ersten Hohlrades und des zweiten Hohlrades verschieden, sie unterscheiden sich somit um wenigstens einen Zahn. Dabei gilt: je geringer der Zähnezahlunterschied ist desto höher kann die Übersetzung ausfallen (je nach Schaltzustand der ersten und/oder zweiten Kupplung).
Beispielsweise sind eine Zähnezahl des ersten Planetenrades und des zweiten Planetenrades gleich. Sind in diesem Fall die Zähnezahlen des ersten Hohlrads und des zweiten Hohlrads verschieden, so kann infolge eines Achsabstandunterschiedes eine Profilverschiebung am ersten Hohlrad, am zweiten Hohlrad oder an beiden Hohlrädern notwendig sein.
Beispielsweise sind eine Zähnezahl des ersten Planetenrades und des zweiten Planetenrades verschieden.
Wenn sich eine Zähnezahl des ersten Hohlrades und eine Zähnezahl des zweiten Hohlrades unterscheiden, so kann eine Drehrichtungsumkehr (Eingangswelle zu Ausgangswelle) bewirkt werden in Abhängigkeit davon, welches der beiden Hohlräder mehr Zähne aufweist.
Dabei kann das Verhältnis der Anzahl der Zähne des ersten Hohlrades (Z3) zu der Anzahl der Zähne des zweiten Hohlrades (Z5) z.B. im Bereich liegen von 1:1,01 bis 1:1,5, bevorzugt im Bereich wenigstens 1:1,012 bis 1:1,08. Beispielsweise kann die Anzahl der Zähne des ersten Hohlrads 60 betragen und die des zweiten Hohlrads 57 oder die Anzahl der Zähne des ersten Hohlrads kann 74 betragen und die des zweiten Hohlrads 72. Es versteht sich, dass die Zähnezahl auch genau umgekehrt sein kann (z.B. Z3 = 57 und Z5 = 60), wenn die Drehrichtung der Ausgangswelle im Vergleich zum ersten Beispiel umgedreht werden soll. Somit bezieht sich das Verhältnis immer auf das Verhältnis der größeren Zähnezahl zu der kleineren Zähnezahl der beiden Hohlräder.
Durch diese Getriebetopologie ist es möglich, dass beispielsweise eine Anhängerachse einerseits in einem Rangierbetrieb betrieben werden kann und andererseits ermöglicht diese Getriebetopologie einen elektromotorischen Fahrbetrieb und/oder einen Generatorbetrieb, wenn eine elektrische Maschine an der Eingangswelle angeordnet ist. Beispielsweise kann bei einer normalen Zugfahrt des Anhängers in einem angehängten Zustand an einer Zugmaschine eine elektrische Maschine, die an der Eingangswelle (erste Welle) angeordnet ist, als elektrischer Motor betrieben werden und eine zusätzliche Unterstützung zur Zugmaschine bereitstellen. Im generatorischen Betrieb kann dann die elektrische Maschine beispielsweise einen Energiespeicher, welcher am Fahrzeuganhänger verbaut ist, aufladen oder direkt elektrische Verbraucher, welche sich im Fahrzeuganhänger befinden, beispielsweise ein Kühlschrank oder ein Kühlaggregat oder dgl., mit elektrischer Energie versorgen.
Da das schaltbare Getriebe zwei (direkt) hintereinander angeordnete Planetengetriebe aufweist kann ein geringer Bauraum für das schaltbare Getriebe realisiert werden. Das derart gestaltete Getriebe ist vorteilhaft besonders einfach gegen das Eindringen von Schmutz oder Verunreinigungen geschützt. Ferner können vorteilhaft auch die Herstellkosten für das schaltbare Getriebe, insbesondere zusammen bei einem Einbau in oder an eine Anhängerachse, sehr gering ausfallen. In Abhängigkeit eines gewünschten Betriebes einer mit dem schaltbaren Getriebe verbundenen elektrischen Maschine kann ein Antriebsmodus realisiert werden, in welchem die elektrische Maschine als Elektromotor (Antriebsmotor) betrieben wird oder auch ein Rekuperationsmodus realisiert werden, in welchem die elektrische Maschine als Generator betrieben wird. Im Antriebsmodus, d.h., wenn die elektrische Maschine als Elektromotor (Antriebsmotor) betrieben wird, kann dabei ein Rangiergang und auch ein Antriebsgang, in welchem die elektrische Maschine unterstützend eine Zugmaschine entlastet, mittels des schaltbaren Getriebes eingestellt werden.
Bei einer ersten Getriebestufe im Rangierbetrieb werden üblicherweise relativ kleine Strecken zurückgelegt, z.B. wenige Meter, z.B. weniger als 500 m oder weniger als 100 m oder sogar nur weniger als 20 m. Die Geschwindigkeit im Rangiermodus ist vorzugsweise gering, z.B. weniger als 10 km/h, bevorzugt weniger als 6 km/h, besonders bevorzugt weniger als 3 km/h, weiter bevorzugt weniger als 1 km/h. Im Rangierbetrieb kann dabei ein relativ hohes Drehmoment an einem von einer Anhängerachse angetriebenen Rad angefordert werden.
Eine zweite Getriebestufe kann beispielsweise im Fahrbetrieb, z.B. in einem Zugbetrieb, eingesetzt werden, bei dem größere Strecken, z.B. mehr als 10 km oder mehr als 100 km oder mehr als 500 km, zurückgelegt werden. Im Zugbetrieb werden häufig höhere Geschwindigkeiten erreicht, z.B. mehr als 70 km/h, wodurch das Rad einer Anhängerachse entsprechend schnell dreht und diese Drehzahl im schaltbaren Getriebe aufgenommen werden muss.
Es sei angemerkt, dass zur Beschreibung der Erfindung die Eingangswelle (erste Welle) des schaltbaren Getriebes immer die Welle ist, welche sich mit der elektrischen Maschine in Verbindung befindet und die Ausgangswelle (zweite Welle) des schaltbaren Getriebes immer die Welle ist, welche sich mit einem Rad eines Anhängers oder dgl. in Verbindung befindet. Es ist für einen Fachmann dabei selbstverständlich, dass sich bei einem Umschalten der elektrischen Maschine von einer Nutzung im generatorischen Betrieb zu einem motorischen Betrieb (Elektromotor) der Kraftfluss im System umdreht. Damit wird grundsätzlich die bisherige Ausgangswelle des Getriebes zur Eingangswelle und umgekehrt. Trotzdem bleiben zur Vermeidung von Unklarheiten in der Beschreibung die Bezeichnungen „Eingangswelle“ und „Ausgangswelle“ unabhängig von der Betriebsart der elektrischen Maschine erhalten (es wird also immer auf einen Kraftfluss im motorischen Betrieb Bezug genommen - im generatorischen Betrieb müssen somit die Bezeichnungen getauscht werden).
Im Kontext dieser Anmeldung werden die Begriffe „umfassend“, „umfassen“ synonym zu den Begriffen „aufweisend“, „aufweisen“ verwendet, sofern nichts Anderes beschrieben ist.
Eine axiale Richtung erstreckt sich entlang einer Achse, z.B. einer Achse X-X (siehe 1). Eine radiale Richtung erstreckt sich senkrecht zu der axialen Richtung und eine Umlaufrichtung bezeichnet diejenige Richtung, die die axiale Richtung umläuft.
Im motorischen Betrieb könnte die Eingangswelle auch als Antriebswelle und die Ausgangswelle als Abtriebswelle bezeichnet werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad eine gemeinsame Planetenradachse aufweisen, wobei das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad drehfest mit der Planetenradachse verbunden sind, wobei die Planetenradachse drehbar im Planetenradträger gelagert ist.
Dadurch wird vorteilhaft ein besonders einfacher Aufbau realisierbar, insbesondere, wenn das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen. Dann können vorteilhaft z.B. das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad separat voneinander hergestellt werden und schließlich mit der Planetenradachse verbunden werden. Dadurch ist es auch einfach möglich, eines der Planetenräder auszutauschen, falls z.B. eine andere Übersetzung hergestellt werden soll. Die Planetenradachse ist in diesem Zusammenhang nicht nur als eine virtuelle Achse, sondern als eine (Planetenrad)Welle zu verstehen.
Alternativ oder zusätzlich kann z.B. vorgesehen sein, dass das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad nicht über eine Achse miteinander verbunden sind, sondern direkt aneinander gekoppelt sind. In diesem Fall können sie z.B. jeweils an ihrer axial nach außen gewandten Stirnseite ein Koppelelement aufweisen, mit welchem sie am bzw. im Planetenträger gelagert sind. Das Koppelelement kann z.B. ein Zapfen sein. Alternativ kann z.B. auch vorgesehen sein, dass die beiden Planetenräder aus einem Stück gefertigt sind und in ihrer Mitte eine Bohrung o.ä. aufweisen. Durch diese Bohrung kann dann z.B. eine Achse geführt sein. Diese Achse kann z.B. drehfest mit dem Planetenträger verbunden sein und zu diesem gehören. Die beiden Planetenräder drehen sich somit um die zum Planetenträger gehörige Achse.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ausgangswelle im Gehäuse gelagert ist.
Dazu kann die Ausgangswelle z.B. in einem Deckel oder einem Boden des Gehäuses gelagert sein. Beispielsweise kann das Gehäuse dazu mit einem ersten Lager und/oder mit einem zweiten Lager gestaltet sein. Erstes und/oder zweites Lager können z.B. im Boden und/oder im Deckel des Gehäuses vorgesehen sein. Der Deckel und/oder der Boden können z.B. einen zylindrischen Lagerbereich aufweisen, in welchem ein oder mehrere Lager für die Ausgangswelle angeordnet sind.
Dadurch wird vorteilhaft eine radiale Stabilisierung der Ausgangswelle und eine Verminderung der Reibung bewirkt, somit also die Effizienz des Getriebes verbessert.
Weiterhin vorteilhaft kann dadurch auch eine besonders einfache und sichere Abdichtung des Inneren des Gehäuses des Getriebes gegen fluide Medien, Schmutz und Verunreinigungen bewirkt werden, wodurch die Lebensdauer des Getriebes erhöht werden kann.
Weiterhin vorteilhaft kann dadurch ein besonders kompakter Aufbau mit geringem Gewicht erreicht werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Eingangswelle durch den Boden (bzw. den Deckel) des Gehäuses hindurchgeführt (wenn die Ausgangswelle durch den Deckel (bzw. den Boden) hindurchgeführt ist). Hierbei kann bevorzugt die Eingangswelle auch am Gehäuseboden gelagert sein. Auch dies dient einem reibungsfreieren Lauf, einer radialen Stabilisierung der Eingangswelle und einer Abdichtung des Inneren des Gehäuses.
Vorzugsweise sind die Eingangswelle und die Ausgangswelle des schaltbaren Getriebes auf einer gemeinsamen Achse angeordnet. Diese Achse ist zunächst als eine virtuelle Achse zu verstehen. Sie kann z.B. eine Symmetrieachse des Getriebes bzw. seines Gehäuses sein.
Dadurch wird vorteilhaft eine besonders kompakte Bauweise bewirkt. Weiterhin vorteilhaft wird das Risiko einer Unwucht verringert und das Gehäuse wird mit weniger Kräften, v.a. in radialer Richtung, belastet. Dies wiederum ermöglicht z.B. eine geringere Wandstärke des Gehäuses und damit Material- und Kosteneinsparungen.
Weiter bevorzugt ist die Ausgangswelle (zweite Welle) einteilig mit dem zweiten Hohlrad ausgebildet. Dadurch wird ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau ermöglicht.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die erste Kupplung eine Reibkupplung ist und/oder dass die zweite Kupplung eine Reibkupplung ist.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die erste Kupplung eine Klauenkupplung ist und/oder dass die zweite Kupplung eine Klauenkupplung ist.
Es sind somit folgende Kombinationen möglich:

■ die erste Kupplung ist eine Reibkupplung. Die zweite Kupplung ist eine Reibkupplung oder eine Klauenkupplung oder eine andere Kupplungsart.
■ Die erste Kupplung ist eine Klauenkupplung. Die zweite Kupplung ist eine Reibkupplung oder eine Klauenkupplung oder eine andere Kupplungsart.
■ die zweite Kupplung ist eine Reibkupplung. Die erste Kupplung ist eine Reibkupplung oder eine Klauenkupplung oder eine andere Kupplungsart.
■ Die zweite Kupplung ist eine Klauenkupplung. Die erste Kupplung ist eine Reibkupplung oder eine Klauenkupplung oder eine andere Kupplungsart.

Auch andere Kupplungsarten für erste Kupplung und zweite Kupplung sind denkbar.
Vorteilhaft bei der Verwendung einer Klauenkupplung ist die Erhöhung der übertragbaren Drehmomente durch die formschlüssige Verbindung - ein Durchrutschen der Kupplung wird hierbei verhindert. Dies erleichtert v.a. den Rangierbetrieb.
Vorteilhaft bei der Verwendung einer Reibkupplung ist die Möglichkeit eines Durchrutschens der Kupplung bei zu hohen Drehmomenten. Auf diese Weise kann eine Beschädigung des Getriebes bzw. der darin angeordneten Zahnräder verhindert werden.
Es ist möglich, die erste Kupplung und die zweite Kupplung unterschiedlich auszugestalten oder sie als gleiche Kupplungsart auszugestalten.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine drehfest im Gehäuse gelagerte und axial bezüglich des Gehäuses verschiebbare Schaltmuffe vorgesehen ist, wobei die erste Kupplung und/oder die zweite Kupplung mittels der Schaltmuffe schaltbar sind. Die Schaltmuffe kann beispielsweise eine Innenverzahnung aufweisen, wobei die Innenverzahnung je nach Schaltstellung dann z.B. mit einer Außenverzahnung am ersten Hohlrad und/oder mit einer Außenverzahnung am Planetenträger formschlüssig verbunden ist.
Dadurch wird vorteilhaft ein besonders robustes und kleinbauendes Getriebe geschaffen, welches für die durch die Schaltmuffe koppelbaren Elemente einen hohen Drehmomentübertrag ermöglicht. Mit der Schaltmuffe kann auch eine Art Bremse bzw. Parkbremse realisiert werden. Die Schaltmuffe wirkt als eine Art Klauenkupplung.
Beispielsweise kann die Schaltmuffe in einer ersten Stellung mit dem ersten Hohlrad gekoppelt sein und dieses so mit dem Gehäuse drehfest verbinden und den Planetenträger freigeben. In einer zweiten Stellung kann sie z.B. mit dem Planetenträger gekoppelt sein und diesen so mit dem Gehäuse drehfest verbinden und das erste Hohlrad freigeben. In einer dritten Stellung kann die Schaltmuffe sowohl den Planetenträger als auch das erste Hohlrad freigeben (Leerlauf). In einer vierten Stellung (Blockierstellung bzw. Parkstellung) kann sie sowohl mit dem ersten Hohlrad als auch mit dem Planetenträger gekoppelt sein und beide Elemente mit dem Gehäuse drehfest verbinden. Dann ist das Getriebe blockiert und die Schaltmuffe wirkt in der Art einer Parkbremse. Dies kann z.B. die Diebstahlsicherheit für ein mit dem Getriebe verbundenes Fahrzeug erhöhen. Es versteht sich, dass von den vier Stellungen nicht alle vier im Getriebe realisiert sein müssen. Die Schaltmuffe kann z.B. so eingerichtet sein, dass sie nur die erste Stellung oder nur die zweite Stellung realisieren kann. Oder nur die erste und die zweite Stellung, etc.
Die vier Stellungen können auch vier Schaltzuständen bzw. vier Modi entsprechen.
Mit der Schaltmuffe kann somit ein einziges mechanisches Element eine der beiden Kupplungen bewirken oder sogar beide Kupplungen realisieren. Dadurch kann besonders kostengünstig und einfach das Getriebe hergestellt und betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen einem Außenumfang des ersten Hohlrads und dem Gehäuse ein drittes Lager vorgesehen bzw. angeordnet ist.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass zwischen einem Außenumfang des zweiten Hohlrads und dem Gehäuse ein viertes Lager vorgesehen bzw. angeordnet ist.
Hierdurch kann eine große Stabilität des schaltbaren Getriebes, insbesondere in radialer Richtung, erreicht werden und trotzdem kann das erste und zweite Hohlrad gegenüber dem Gehäuse frei laufen, wenn die Kupplungen entsprechend geschaltet sind. Weiterhin vorteilhaft wird so eine besonders geringe Reibung zwischen dem jeweiligen Außenumfang des gelagerten Hohlrades und dem Gehäuse erzielbar, wodurch der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert wird.
Das dritte Lager und/oder das vierte Lager können z.B. als Gleitlager, als Kugellager, als Wälzlager oder als Nadellager ausgebildet sein.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad einteilig ausgebildet sind. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Ensemble aus den beiden Planetenräder besonders kostengünstig und einfach herstellbar ist und dass das Getriebe dadurch in axialer Richtung besonders kompakt ausgebildet werden kann. Dieses Ensemble kann z.B. aus den beiden Planetenrädern als ein Monoblock ohne axiale Beabstandung voneinander ausgebildet sein.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad und die erste Planetenradachse einteilig ausgebildet sind. Dadurch kann vorteilhaft dieses Ensemble aus den beiden Planetenrädern und der Planetenradachse (die hier auch eine Welle ist) besonders kostengünstig und einfach hergestellt werden. Vorteilhaft ist dadurch auch ein Verwechseln von zu montierenden Planetenrädern an der Planetenradachse ausgeschlossen. Schließlich kann so vorteilhaft mittels der Länge der Planetenradachse die axiale Geometrie des Getriebes an konstruktive Anforderungen angepasst werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante entspricht die Zähnezahl der ersten Planetenräder der Zähnezahl der zweiten Planetenräder.
Die beiden alternativen Ensembles können z.B. in einem Gussprozess oder einem Spritzgussprozesshergestellt werden bzw. hergestellt sein.
Weiter bevorzugt umfasst das schaltbare Getriebe wenigstens einen Riementrieb. Der Riementrieb ist vorzugsweise an der Eingangswelle angeordnet und verbindet die Eingangswelle insbesondere mit einer elektrischen Maschine. Alternativ ist zusätzlich oder alleinig ein Riementrieb an der Ausgangswelle angeordnet. Der Riementrieb an der Ausgangswelle kann z.B. die Ausgangswelle mit einer Welle bzw. Achse eines Rades eines Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrzeuganhängers verbinden bzw. koppeln.
Der Riementrieb kann vorteilhaft eine Überlastung des schaltbaren Getriebes vor zu hohen Drehmomentlasten verhindern. Denn der Riementrieb kann bei zu hohen Drehmomenten in der Art einer Sollbruchstelle durchrutschen und so das schaltbare Getriebe entlasten.
Der Riementrieb kann weiterhin vorteilhaft als Riemengetriebe ausgebildet sein, wodurch eine weitere Übersetzungsstufe zusätzlich zu den beiden Gängen des schaltbaren Getriebes bereitgestellt werden kann. Eine Übersetzung kann - lediglich beispielhaft - in einem Bereich von 1:1,2 bis 1:4 liegen. Es sind auch andere Übersetzungen bzw. Untersetzungen denkbar.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Anhängerachse mit einem erfindungsgemäßen schaltbaren Getriebe sowie mit einer elektrischen Maschine, welche eingerichtet ist, als Elektromotor oder als Generator betrieben zu werden.
Eine derartige Anhängerachse kann - lediglich beispielsweise - ein z.B. starres Verbindungselement (z.B. einem Hohlträger) zwischen einer linken und rechten Seite eines Anhängers sein, an dessen freien Enden bevorzugt mittelbar oder unmittelbar Räder angeordnet sein können. Die Anhängerachse kann weiterhin z.B. an jedem ihrer Enden ein Federelement aufweisen, an welchem ein Rad bzw. eine Felge des Anhängers befestigbar ist. Beispielsweise kann ein solches Federelement als Blattfeder oder als Schwinge ausgebildet sein, die z.B. mit einer Torsionsfeder versehen ist. Eine solche Schwinge kann lediglich beispielhaft an der Anhängerachse federbar befestigt sein.
Allgemein ausgedrückt kann eine Federung (z.B. als Torsionsstab ausgebildet) zwischen der Anhängerachse und einem Anhänger-Chassis angeordnet sein.
Es versteht sich, dass die Anhängerachse an jeder Seite (links / rechts bezüglich der Fahrtrichtung betrachtet) je ein derartig schaltbares Getriebe aufweisen kann. Jedes schaltbare Getriebe kann mit einem eigenen Motor an der Eingangswelle versehen sein.
Es ist jedoch auch möglich, dass lediglich eine einzige elektrische Maschine vorgesehen ist, welche mit den Eingangswellen von zwei oder mehr schaltbaren Getrieben verbunden ist.
Weiter bevorzugt ist ein Energiespeicher vorgesehen, welcher (elektrisch) mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Der Energiespeicher ist dabei eingerichtet, die elektrische Maschine, wenn diese als Elektromotor betrieben wird, mit elektrischer Energie zu versorgen und, wenn die elektrische Maschine als Generator betrieben wird, elektrische Energie zu speichern.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Fahrzeuganhänger mit einer erfindungsgemäßen Anhängerachse. Der Fahrzeuganhänger ist beispielsweise ein Caravan oder ein Anhänger eines Lastkraftwagens oder ein anderer Anhänger eines PKW.
Besonders bevorzugt umfasst der Fahrzeuganhänger wenigstens einen elektrischen Verbraucher, der mit der elektrischen Maschine elektrisch verbunden ist, insbesondere ein Kühlschrank, eine Klimaanlage, ein Fernseher, eine Warmwasserbereitung, eine Mikrowelle, ein Haartrockner oder ein Kühlaggregat (z.B. für Kühlanhänger eines Lastkraftwagens). Der elektrische Verbraucher kann dabei direkt von der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb mit elektrischer Energie versorgt werden oder über einen oder mehrere elektrische (zusätzliche) Energiespeicher.
Eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und den elektrischen Verbrauchern kann dabei mittelbar, z.B. über einen Energiespeicher und/oder über ein Bordnetz des Fahrzeuganhängers, oder unmittelbar erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass ein zusätzlicher Energiespeicher des Fahrzeuganhängers mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Dadurch kann vorteilhaft im generatorischen Betrieb dieser zusätzliche Energiespeicher aufgeladen werden bzw. im Rangierbetrieb kann der Fahrzeuganhänger die zum Rangieren erforderliche Energie direkt aus dem zusätzlichen Energiespeicher entnehmen. Eine (elektrische) Verbindung mit dem Zugfahrzeug oder einem Außenanschluss (z.B. einer Steckdose) ist dann vorteilhaft nicht mehr notwendig - der Fahrzeuganhänger ist vorteilhaft autonom in energetischer Hinsicht.
Zwischen dem Energiespeicher und dem elektrischen Anhänger- Bordnetz kann z.B. ein Spannungswandler angeordnet sein, welcher es ermöglicht, den Energiespeicher mit einem vom Anhänger-Bordnetz unterschiedlichen Spannungsniveau zu betreiben.
Figurenliste
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Darstellung eines schaltbaren Getriebes für eine Fahrzeugachse eines Fahrzeuganhängers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 ein schaltbaren Getriebe 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Das schaltbare Getriebe 100 ist hier - lediglich beispielhaft - in oder an einer Anhängerachse eines Fahrzeuganhängers angeordnet, wobei hier lediglich eine Welle 18 dargestellt ist die z.B. mit einem Rad verbindbar ist, welches an der Anhängerachse anbringbar ist.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das schaltbare Getriebe 100 zwischen der Welle 18 und einer elektrische Maschine 17 angeordnet. Die elektrische Maschine 17 ist mit einer Steuereinheit 16 verbunden, welche auch das schaltbare Getriebe 100 steuert bzw. schaltet. Ferner ist die elektrische Maschine 17 mit einem Energiespeicher 19 verbunden, z.B. einer Batterie eines Anhänger-Bordnetzes', welches z.B. mit 12V, 24V, 36V, 48V, etc. betrieben sein kann.
1 zeigt schematisch im Schnitt das schaltbare Getriebe 100. Das schaltbare Getriebe 100 umfasst dabei ein erstes Planetengetriebe 11 und ein zweites Planetengetriebe 12 sowie einen Planetenträger 6. Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die beiden Planetengetriebe 11, 12 nacheinander angeordnet, also entlang einer Achse X-X betrachtet in Reihe nacheinander bzw. hintereinander.
Das erste Planetengetriebe 11 umfasst ein (erstes) Sonnenrad 7 (nachfolgend einfach „Sonnenrad“ genannt), erste Planetenräder 4, sowie ein erstes Hohlrad 3.
Das (erste) Sonnenrad 7 weist eine erste Zähnezahl Z1 auf, die ersten Planetenräder 4 weisen zweite Zähnezahlen Z2 und das erste Hohlrad 3 weist eine dritte Zähnezahl Z3 auf. Im dargestellten Querschnitt sind zwei erste Planetenräder 4 zu erkennen. Es ist jedoch auch möglich, dass nur ein einziges erstes Planetenrad 4 vorhanden ist oder dass mehr als zwei erste Planentenräder 4 vorgesehen sind, z.B. drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr erste Planetenräder 4.
Das zweite Planetengetriebe 12 umfasst hier zweite Planetenräder 5 sowie ein zweites Hohlrad 13. Die zweiten Planetenräder 5 weisen eine vierte Zähnezahlen Z4 und das zweite Hohlrad 13 weist eine fünfte Zähnezahl Z5 auf. Im dargestellten Querschnitt sind zwei zweite Planetenräder 5 zu erkennen. Es ist jedoch auch möglich, dass nur ein einziges zweites Planetenrad 5 vorhanden ist oder dass mehr als zwei zweite Planentenräder 5 vorgesehen sind, z.B. drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr zweite Planetenräder 5.
Das zweite Planetengetriebe 12 weist hier kein Sonnenrad auf. Die ersten Planetenräder 4 sind hier - lediglich beispielhaft - jeweils an Planetenradachsen 8 (bzw. Planetenradwellen) befestigt. Die Planetenradachsen 8 sind in dem bzw. an dem - hier lediglich beispielhaft zwischen den ersten und zweiten Planetenrädern 4, 5 angeordneten - Planetenträger 6 gelagert, insbesondere drehbar gelagert.
Das erste Hohlrad 3 und das zweite Hohlrad 13 sind frei drehbar im Gehäuse 1 angeordnet.
Das (erste) Sonnenrad 7 ist mit einer Eingangswelle 14 (erste Welle) verbunden bzw. auf der Eingangswelle 14 angeordnet.
Wie weiter aus der 1 ersichtlich ist, sind die Eingangswelle 14 (erste Welle) und eine Ausgangswelle 15 (zweite Welle) auf der (hier: gemeinsamen) Achse X-X angeordnet.
Das Getriebe 100 weist weiterhin einen Planetenträger 6 auf, wobei die ersten Planetenräder 4 und die zweiten Planetenräder 5 drehfest miteinander verbunden sind und drehbar am Planetenträger 6 gelagert sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die ersten Planetenräder 4 und die zweiten Planetenräder 5 jeweils durch eine gemeinsame Planetenradachse 8 miteinander drehfest gekoppelt bzw. verbunden. Erstes Planetenrad 4, zweites Planetenrad 5 und Planetenradachse 8 können einteilig ausgebildet sein, z.B. als Gussteil oder Spritzgussteil. Die Planetenradachse 8 ist drehbar im Planetenradträger 6 gelagert. Der Planetenträger 6 ist hier - lediglich beispielsweise - entlang der axialen Richtung betrachtet zwischen ersten Planetenrädern 4 und zweiten Planetenrädern 5 angeordnet. Diese Anordnung ist für die Funktion des Getriebes 100 nicht wesentlich.
Das Gehäuse 1 umschließt das schaltbare Getriebe und weist eine Durchgangsöffnung 20 an einem Boden des Gehäuses 1 auf (unten in 1). Die Eingangswelle 14 ist durch die Durchgangsöffnung 20 hindurchgeführt. Sie kann dort z.B. auch gelagert sein (hier nicht dargestellt aus Gründen der Übersichtlichkeit).
Ein Deckel 2 (oben in 1) verschließt das Gehäuse 1 und weist einen Flanschbereich 21 auf, welcher hier z.B. zylindrisch ausgebildet ist, insbesondere kreiszylindrisch. Im Flanschbereich 21 sind ein erstes Lager 101 und ein zweites Lager 102 angeordnet, welche die Ausgangswelle 15 (zweite Achse) lagern.
Grundsätzlich könnte auch die Ausgangswelle 15 durch den Boden des Gehäuses 1 geführt sein und die Eingangswelle 14 durch den Deckel 2.
An der Ausgangswelle 15 ist ferner das zweite Hohlrad 13 angeordnet. Das zweite Hohlrad 13 ist hier lediglich beispielhaft einstückig bzw. einteilig mit der Ausgangswelle 15 ausgebildet.
Das erste Planetengetriebe 11 und das zweite Planetengetriebe 12 sind dabei im Inneren des Gehäuses 1 grundsätzlich frei drehend angeordnet. Hierbei ist am äußeren Umfang des ersten Hohlrads 3 z.B. ein drittes Lager 103 vorgesehen (zwischen dem Gehäuse 1 und dem Außenumfang des ersten Hohlrads 3). Am äußeren Umfang des zweiten Hohlrads 13 ist z.B. ein viertes Lager 104 vorgesehen (zwischen dem Gehäuse 1 und dem Außenumfang des zweiten Hohlrads 13). Das dritte und vierte Lager 103, 104 kann beispielsweise ein Gleitlager oder ein Wälzkörperlager sein, z.B. ein Nadellager oder ein Kugellager.
Ferner umfasst das schaltbare Getriebe 100 eine erste Kupplung K1 und eine zweite Kupplung K2. Die erste Kupplung K1 ist eine Kupplung, welche zwischen dem ersten Hohlrad 3 und dem Gehäuse 1 angeordnet ist. Die erste Kupplung K1 ist dabei eingerichtet, das erste Hohlrad 3 mit dem Gehäuse einerseits drehfest zu koppeln und andererseits freizugeben. Je nach Kupplungsstellung ist somit das erste Hohlrad 3 fest mit dem Gehäuse 1 verbunden, so dass sich das erste Hohlrad 3 nicht mehr drehen kann oder, alternativ, ist das erste Hohlrad 3 nicht mit dem Gehäuse verbunden, so dass sich das erste Hohlrad 3 im Gehäuse 1 drehen kann.
Die zweite Kupplung K2 ist zwischen dem Planetenträger 6 und dem Gehäuse 1 vorgesehen. Die zweite Kupplung K2 ist eingerichtet, den Planetenträger 6 mit dem Gehäuse 1 drehfest zu koppeln oder freizugeben. Wenn somit der Planetenträger 6 mit dem Gehäuse 1 drehfest gekoppelt ist, ist der Planetenträger 6 drehfest im zweiten Planetengetriebe 12 gehalten.
Ferner umfasst das schaltbare Getriebe die Steuereinheit 16, welche eingerichtet ist, die erste Kupplung K1 und die zweite Kupplung K2 zu steuern. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind hier entsprechende Steuerleitungen in 1 nicht eingezeichnet. Ferner kann die Steuereinheit 16 auch die elektrische Maschine 17 als Elektromotor oder Generator steuern.
Das schaltbare Getriebe 100 kann nun in vier Betriebsmodi betrieben werden, nämlich in einen ersten Gang oder einen zweiten Gang geschaltet werden oder in einem Freilauf betrieben werden oder gesperrt werden.
Um in einen ersten Gang (Modus 1) zu schalten, wird die erste Kupplung K1 geöffnet und die zweite Kupplung K2 geschlossen. Somit ist die erste Kupplung K1 derart geschaltet, dass das erste Hohlrad 3 nicht mit dem Gehäuse verbunden ist. Somit kann sich das erste Hohlrad 3 drehen. Die zweite Kupplung K2 ist so geschalten, dass der Planetenträger 6 fest mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Somit kann sich der Planetenträger 6 nicht drehen.
Wird in diesem Schaltzustand, d.h., erste Kupplung K1 offen, zweite Kupplung K2 geschlossen, das (erste) Sonnenrad 7 in eine Drehbewegung versetzt, dreht sich das erste Hohlrad 3 durch die mit dem ersten Hohlrad 3 und dem ersten Sonnenrad 7 kämmenden ersten Planetenräder 4 in die entgegengesetzte Drehrichtung des ersten Sonnenrads 7 (auch die ersten Planetenräder 4 drehen in die zum Sonnenrad 7 entgegengesetzte Drehrichtung). Da der Planetenträger 6 festgehalten ist hat er keine Auswirkung auf die Getriebeübersetzung. Der Planetenradträger 6 kann hier z.B. als ein Lager für die Planetenradachsen 8 angesehen werden, die in dem Planetenradträger 6 drehen.
Gleichzeitig drehen die zweiten Planetenräder 5 mit derselben Winkelgeschwindigkeit und in derselben Drehrichtung wie die ersten Planetenräder 4. Die zweiten Planetenräder 5 versetzen wiederum das zweite Hohlrad 13 in eine Drehbewegung mit einer Drehrichtung, die der der zweiten Planetenräder 5 entspricht. Im Ergebnis dreht somit das zweite Hohlrad 13 und damit die Ausgangswelle in einer zur Eingangswelle entgegengesetzten Drehrichtung. Der Antrieb erfolgt somit über das (erste) Sonnenrad 7 und ein Abtrieb erfolgt über das zweite Hohlrad 13. Für die Übersetzung im ersten Gang gilt dann: $i 1 (Z 1, Z 2, Z 4, Z 5) = (Z 2 * Z 5) / (Z 1 * Z 4),$
wobei Z2 die Zähnezahl der ersten Planetenräder 4, Z3 die Zähnezahl des ersten Hohlrads 3, Z4 die Zähnezahl der zweiten Planetenräder 5 und Z5 die Zähnezahl des zweiten Hohlrads 13 ist.
Mit folgenden, lediglich als Beispiel zu verstehenden Zähnezahlen von Z1 = 15, Z2 = 22, Z4 = 20 Z5 = 57 (sowie und Z3 = 60) ergibt sich: $i 1 = (22 * 57) / (15 * 20) = 4,18.$
Für den zweiten Gang (Modus 2) werden die beiden Kupplungen K1 und K2 derart geschaltet, dass die erste Kupplung K1 geschlossen ist und die zweite Kupplung K2 offen ist. Somit ist das erste Hohlrad 3 mit dem Gehäuse drehfest verbunden, der Planetenträger 6 ist jedoch im Gehäuse 1 frei drehbar.
Wenn in diesem Schaltzustand der beiden Kupplungen K1 und K2 das erste Sonnenrad 7 in eine Drehbewegung versetzt wird, drehen sich die ersten Planetenräder 4 in die entgegengesetzte Richtung.
Die feste Verbindung zwischen ersten Planetenrädern 4 und zweiten Planetenrädern 5 bewirkt, dass sich auch die zweiten Planetenräder 5 mit derselben Winkelgeschwindigkeit und in derselben Drehrichtung bewegen wie die ersten Planetenräder 4.
Der Planetenträger 6 dreht sich in derselben Richtung wie das (erste) Sonnenrad 7.
Die Bewegung des zweiten Hohlrades 13 setzt sich additiv aus zwei Beiträgen zusammen:

■ zum einen wird das zweite Hohlrad 13 mittels der Verzahnung zu den zweiten Planetenrädern 5 in eine Drehbewegung versetzt, die in dieselbe Drehrichtung gerichtet ist wie die Drehrichtung der zweiten Planetenräder 5 (also entgegen der Drehrichtung des (ersten) Sonnenrads 7);
■ zum anderen wird das zweite Hohlrad 13 mittels der Verzahnung zum Planetenträger 6 in eine Drehbewegung versetzt, die in dieselbe Drehrichtung gerichtet ist wie die Drehrichtung des Planetenträgers 6 (also in dieselbe Drehrichtung des (ersten) Sonnenrads 7).

Somit dreht das zweite Hohlrad mit einer Drehgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) und einer Drehrichtung, die davon abhängt, wie groß die beiden oben dargelegten Anteile sind.
Hierdurch kann eine sehr hohe Übersetzung realisiert werden, die umso höher ist, je ähnlicher die Drehgeschwindigkeiten (Winkelgeschwindigkeiten) der zweiten Planetenräder 5 und des Planetenträgers 6 sind.
Für eine Übersetzung i2 im zweiten Gang gilt dabei: $i2 (Z 1, Z 2, Z 3, Z 4, Z 5) = (1 + Z 3 / Z 1) / {1 - (Z 4 * Z 3) / (Z 2 * Z 5)} .$
Mit folgenden, lediglich als Beispiel zu verstehenden Zähnezahlen von Z1 =15, Z2 = 22 Z3 = 60 sowie Z4 = 20 und Z5 = 57 (siehe auch oben zu i1) ergibt sich: $i 2 (15, 22, 60, 20, 57) = 116,11$
Wenn sowohl die erste Kupplung K1 als auch die zweite Kupplung K2 offen sind ergibt sich ein Leerlauf (Modus 3).
Wenn die erste Kupplung K1 und die zweite Kupplung K2 beide geschlossen sind, sind das erste Hohlrad 3 und der Planetenträger 6 beide drehfest mit dem Gehäuse 1 verbunden. Dadurch wird eine Sperrung des schaltbaren Getriebes erreicht. Dieser Modus kann als Parkbremse und/oder als Diebstahlschutz verwendet werden (Modus 4).
Somit kann durch die geschickte Anordnung von zwei Planetengetrieben 11, 12 in Reihe eine hohe Spreizung der Übersetzungen kostengünstig und sehr bauraumsparend ermöglicht werden. Diese hohe Spreizung der Übersetzungen ist erforderlich, um einen Rangierbetrieb (niedrige Geschwindigkeitsanforderung, hohe Drehmomentanforderung) und auch einen Rekuperationsbetrieb (hohe zur Verfügung stehende Geschwindigkeit an der Ausgangswelle 15 (zweite Achse)) der elektrischen Maschine 17 oder einen Schubbetrieb während einer Überlandfahrt zu ermöglichen. Insbesondere kann durch ein einfaches Schalten der ersten und zweiten Kupplung K1 und K2 eine gewünschte hohe Spreizung der Übersetzungen erreicht werden. Die erste Kupplung K1 und/oder die zweite Kupplung K1 können lediglich beispielhaft als eine Klauenkupplung oder als eine Reibkupplung ausgebildet sein.
Die beiden Kupplungen K1, K2 können auch unterschiedlich ausgebildet sein.
Zur konstruktiven Ausbildung der ersten Kupplung K1 und/oder der zweiten Kupplung K2 kann z.B. eine (hier nicht dargestellte) drehfest im Gehäuse 1 gelagerte und axial bezüglich des Gehäuses 1 verschiebbare Schaltmuffe vorgesehen sein, wobei die erste Kupplung K1 und/oder die zweite Kupplung K2 mittels der Schaltmuffe schaltbar sind. Die Schaltmuffe kann z.B. eine Innenverzahnung aufweisen, wobei die Innenverzahnung je nach Schaltstellung insbesondere mit einer Außenverzahnung am ersten Hohlrad 3 und/oder mit einer Außenverzahnung am Planetenträger 6 formschlüssig verbunden ist oder nicht verbunden ist. Auf diese Weise können mit lediglich einem einzigen Bauelement beide Kupplungen realisiert werden und damit alle vier Schaltzustände bzw. Modi.
Es sei angemerkt, dass der vierte Modus, welcher das vollständig gesperrte Getriebe betrifft, z.B. auch durch eine Sperrung an der Eingangswelle 14 erreicht werden kann. Ferner ist es auch möglich, dass eine weitere Kupplung am zweiten Hohlrad 13 angeordnet ist, um das zweite Hohlrad 13 mit dem Gehäuse 1 drehfest zu koppeln oder freizugeben.
Somit kann erfindungsgemäß auch eine Anhängerachse bereitgestellt werden (hier nicht dargestellt), welche in Verbindung mit einer elektrischen Maschine 17, die als Elektromotor und als Generator arbeiten kann, auf einfache Weise rangiert werden kann und bei der bei einem Zugbetrieb des Anhängers auch ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine mit entsprechend hohen Drehzahlen möglich ist. Die notwendige hohe Spreizung der Übersetzungen für die unterschiedlichen Anforderungen der elektrischen Maschine kann durch das schaltbare Getriebe 100 realisiert werden.
Die gewünschte Übersetzung (sofern sie nicht schon durch das Getriebe alleine realisiert wird) kann auch durch das Vorsehen eines zusätzlichen Riementriebs oder Kettentriebs erzielt werden, welcher als Riemengetriebe bzw. Kettengetriebe ausgebildet ist. Beispielsweise kann dieser Riementrieb oder Kettentrieb an der Eingangswelle oder an der Ausgangswelle angeordnet sein bzw. mit dieser verbunden sein (mittelbar oder unmittelbar).
Zusätzlich kann zwischen dem Elektromotor bzw. der elektrischen Maschine und dem schaltbaren Getriebe eine Sollbruchstelle oder eine Rutschkupplung vorgesehen sein, die verhindert, dass das schaltbare Getriebe durch plötzlich oder dauerhaft auftretendes Drehmoment beschädigt wird.
Zusätzlich kann zwischen einem mit der Ausgangswelle verbundenen Element (z.B. einem an einer Anhängerachse befestigten Rad) und dem schaltbaren Getriebe eine Sollbruchstelle oder eine Rutschkupplung vorgesehen sein, die verhindert, dass das schaltbare Getriebe durch plötzlich oder dauerhaft auftretendes Drehmoment beschädigt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1225090 A2 [0003]

Claims

Schaltbares Getriebe, aufweisend: - ein Gehäuse (1), - ein erstes Planetengetriebe (11) mit einem Sonnenrad (7), einem ersten Hohlrad (3) und wenigstens einem ersten Planetenrad (4), - ein zweites Planetengetriebe (12) mit einem zweiten Hohlrad (13) und wenigstens einem zweiten Planetenrad (5), - wobei das zweite Planetengetriebe (12) insbesondere kein Sonnenrad aufweist; - wobei das erste Hohlrad (3) und das zweite Hohlrad (13) frei drehbar im Gehäuse (1) angeordnet sind; - wobei das Sonnenrad (7) mit einer Eingangswelle verbunden ist; - einen Planetenträger (6); - wobei das erste Planetenrad (4) und das zweite Planetenrad (5) drehfest miteinander verbunden sind und drehbar am bzw. im Planetenträger (6) gelagert sind; - eine erste Kupplung (K1), welche zwischen dem ersten Hohlrad (3) und dem Gehäuse (1) vorgesehen ist und eingerichtet ist, das erste Hohlrad (3) mit dem Gehäuse (1) drehfest zu koppeln oder freizugeben, - eine zweite Kupplung (K2), welche zwischen dem Planetenträger (6) und dem Gehäuse (1) vorgesehen ist und eingerichtet ist, den Planetenträger (6) mit dem Gehäuse (1) drehfest zu koppeln oder freizugeben, - eine Ausgangswelle (15), welche mit dem zweiten Hohlrad (13) verbunden ist, - insbesondere eine Steuereinheit (16), welche eingerichtet ist, die erste Kupplung (K1) und die zweite Kupplung (K2) zu steuern.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei das erste Planetenrad (4) und das zweite Planetenrad (5) eine gemeinsame Planetenradachse (8) aufweisen, wobei das erste Planetenrad (4) und das zweite Planetenrad (5) drehfest mit der Planetenradachse (8) verbunden sind, wobei die Planetenradachse (8) drehbar im Planetenradträger (6) gelagert ist.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Ausgangswelle (15) im Gehäuse (1) gelagert ist, insbesondere in einem Deckel (2) oder einem Boden des Gehäuses (1), das insbesondere mit einem ersten Lager (101) und/oder mit einem zweites Lager (102) gestaltet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangswelle (14) und die Ausgangswelle (15) auf einer gemeinsamen Achse (X-X) angeordnet sind.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgangswelle (15) einteilig mit dem zweiten Hohlrad (13) ausgebildet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kupplung (K1) eine Reibkupplung ist und/oder wobei die zweite Kupplung (K2) eine Reibkupplung ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kupplung (K1) eine Klauenkupplung ist und/oder wobei die zweite Kupplung (K2) eine Klauenkupplung ist.
Getriebe nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine drehfest im Gehäuse (1) gelagerte und axial bezüglich des Gehäuses (1) verschiebbare Schaltmuffe vorgesehen ist, wobei die erste Kupplung (K1) und/oder die zweite Kupplung (K2) mittels der Schaltmuffe schaltbar sind, wobei die Schaltmuffe insbesondere eine Innenverzahnung aufweist, wobei die Innenverzahnung je nach Schaltstellung insbesondere mit einer Außenverzahnung am ersten Hohlrad (3) und/oder mit einer Außenverzahnung am Planetenträger (6) formschlüssig verbunden ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen einem Außenumfang des ersten Hohlrads (3) und dem Gehäuse (1) ein drittes Lager (103) vorgesehen ist und/oder wobei zwischen einem Außenumfang des zweiten Hohlrads (13) und dem Gehäuse ein viertes Lager (104) vorgesehen ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Planetenrad (4) und das zweite Planetenrad (5) einteilig ausgebildet sind, oder wobei das erste Planetenrad (4) und das zweite Planetenrad (5) und die erste Planetenradachse (8) einteilig ausgebildet sind.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Eingangswelle (14) und/oder an der Ausgangswelle (15) ein Riementrieb angeordnet ist.
Anhängerachse, aufweisend ein schaltbares Getriebe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine elektrische Maschine (17), welche eingerichtet ist, als Elektromotor oder als Generator betrieben zu werden.
Anhängerachse nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend einen Energiespeicher (19), welcher elektrisch mit der elektrischen Maschine (17) verbunden ist.
Fahrzeuganhänger, umfassend eine Anhängerachse nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeuganhänger nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein elektrischer Verbraucher des Fahrzeuganhängers mit der elektrischen Maschine (17) der Anhängerachse elektrisch verbunden ist und/oder wobei ein zusätzlicher Energiespeicher des Fahrzeuganhängers mit der elektrischen Maschine (17) verbunden ist.