Untersetzungsgetriebe für ein Fahrzeug

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Untersetzungsgetriebe für ein Fahrzeug, insbesondere ein Untersetzungsgetriebe für ein rein elektrisches Auto.

Stand der Technik

Ein rein elektrisches Auto bezieht sich auf ein Fahrzeug, bei dem unter Verwendung einer Bordstromversorgung als Antriebskraft die Räder durch eine elektrische Maschine angetrieben werden. Gegenüber Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor zeichnen sich rein elektrische Autos durch geringere Umweltbelastung aus und weisen somit gute Anwendungsaussichten auf. Bei einer hohen Drehzahl sinken jedoch die Effizienz und das Drehmoment der elektrischen Maschine eines rein elektrischen Autos rasch, weshalb zum Einstellen der Drehzahl der elektrischen Maschine die Anzahl an Gängen erhöht werden soll, um die Betriebseffizienz der elektrischen Maschine zu erhöhen.

Bei rein elektrischen Autos im Stand der Technik weist die Untersetzungseinrichtung nur einen oder zwei Gänge auf, wobei jedoch der Gang ein geringes Drehzahlverhältnis aufweist, sodass die elektrische Maschine nicht in einem Drehzahlbereich mit hoher Effizienz zum Ausgeben eines größeren Drehmoments betrieben werden kann, was schließlich zu einem großen Verlust der Batteriekapazität und zu einer geringen Reichweite führt.

Offenbarung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, zum Überwinden der Nachteile im Stand der Technik, dass der Gang der Untersetzungseinrichtung eines rein elektrischen Autos ein geringes Drehzahlverhältnis aufweist, was zu einem großen Verlust der Batteriekapazität und zu einer geringen Reichweite führt, ein Untersetzungsgetriebe für ein Fahrzeug bereitzustellen. Bei der vorliegenden Erfindung wird die obige technische Aufgabe durch die folgenden technischen Ausgestaltungen gelöst:

Ein Untersetzungsgetriebe für ein Fahrzeug umfasst eine Eingangswelle, eine Zwischenwelle, eine Ausgangswelle, einen ersten Untersetzungszahnradsatz, einen zweiten Untersetzungszahnradsatz, einen dritten Untersetzungszahnradsatz, ein Synchronisiergerät, einen Hauptuntersetzungsmechanismus und ein Differential, wobei der erste Untersetzungszahnradsatz an der Eingangswelle und der Ausgangswelle angeordnet ist, um eine erste Untersetzung zu ermöglichen, wobei der zweite Untersetzungszahnradsatz an der Zwischenwelle und der

Ausgangswelle angeordnet ist, um eine zweite Untersetzung zu ermöglichen, wobei der dritte Untersetzungszahnradsatz an der Zwischenwelle und der

Ausgangswelle angeordnet ist, um eine dritte Untersetzung zu ermöglichen, wobei der erste Untersetzungszahnradsatz den zweiten Untersetzungszahnradsatz zum Drehen antreibt, wobei das Synchronisiergerät gleitend an der Ausgangswelle angeordnet und selektiv mit dem zweiten Untersetzungszahnradsatz oder dem dritten Untersetzungszahnradsatz verbunden ist, und wobei die Ausgangswelle den Hauptuntersetzungsmechanismus zum Betrieb antreibt, wobei der Hauptuntersetzungsmechanismus das Differential in Betrieb setzt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Untersetzungszahnradsatz ein erstes treibendes Zahnrad und ein erstes angetriebenes Zahnrad, die in Eingriff miteinander stehen, umfasst, wobei das erste treibende Zahnrad fest an der Eingangswelle angeordnet und das erste angetriebene Zahnrad drehbar an der Ausgangswelle angeordnet ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sich die Eingangswelle und die Zwischenwelle auf ein und derselben Achse befinden und das erste treibende Zahnrad und die Zwischenwelle ein und dasselbe zylindrische Lager gemeinsam benutzen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der zweite Untersetzungszahnradsatz ein zweites treibendes Zahnrad und ein zweites angetriebenes Zahnrad, die in Eingriff miteinander stehen, umfasst, wobei das zweite treibende Zahnrad fest an der Zwischenwelle angeordnet und das zweite angetriebene Zahnrad drehbar an der Ausgangswelle angeordnet ist, und wobei das erste angetriebene Zahnrad mit dem zweiten angetriebenen Zahnrad fest verbunden ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste angetriebene Zahnrad zusammen mit dem zweiten angetriebenen Zahnrad ein Doppelzahnrad bildet.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten angetriebenen Zahnrad und dem zweiten angetriebenen Zahnrad einerseits und der Ausgangswelle andererseits jeweils ein Nadellager vorgesehen ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der dritte Untersetzungszahnradsatz ein drittes treibendes Zahnrad und ein drittes angetriebenes Zahnrad, die in Eingriff miteinander stehen, umfasst, wobei das dritte treibende Zahnrad fest an der Zwischenwelle angeordnet und das dritte angetriebene Zahnrad drehbar an der Ausgangswelle angeordnet ist, und wobei das Synchronisiergerät selektiv an das zweite angetriebene Zahnrad oder das dritte angetriebene Zahnrad gekoppelt ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Hauptuntersetzungsmechanismus ein treibendes Hauptuntersetzungszahnrad und ein angetriebenes Hauptuntersetzungszahnrad, die in Eingriff miteinander stehen, umfasst, wobei das treibende Hauptuntersetzungszahnrad fest an der Ausgangswelle angeordnet und das angetriebene Hauptuntersetzungszahnrad mit dem Differential verbunden ist.

Mit der vorliegenden Erfindung werden die folgenden technischen Auswirkungen erzielt: Durch die Verbindungs Struktur und die Zusammenwirkung zwischen u.a. der Eingangswelle, der Zwischenwelle, der Ausgangswelle, dem ersten Untersetzungszahnradsatz, dem zweiten Untersetzungszahnradsatz, dem dritten Untersetzungszahnradsatz, dem Synchronisiergerät, dem Hauptuntersetzungsmechanismus und dem Differential wird ermöglicht, dass mit dem Untersetzungsgetriebe im ersten Gang eine vierstufige Untersetzung verwirklicht und somit das Drehzahlverhältnis erhöht werden kann. Insbesondere beim Anfahren eines Kraftfahrzeugs oder beim Anfahren an einem Hang kann die elektrische Maschine somit ein großes Drehmoment ausgeben, so dass die elektrische Maschine in einem Bereich hoher Effizienz arbeitet, womit die Betriebseffizienz der elektrischen Maschine erhöht wird. Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt die Zahnradstruktur eines Untersetzungsgetriebes für ein Fahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Darstellung des Antriebskraftflusses in erstem Gang,

Fig. 2 zeigt die Zahnradstruktur eines Untersetzungsgetriebes für ein Fahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Darstellung des Antriebskraftflusses in zweitem Gang.

Konkrete Ausführungs formen

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen auf deutlichere und vollständigere Weise erläutert.

Erstes Ausführungsbeispiel:

Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein Untersetzungsgetriebe für ein Fahrzeug bereit, wie in Fig. 1 bis 2 gezeigt. Das Untersetzungsgetriebe für ein Fahrzeug findet Anwendung bei einem rein elektrischen Auto und umfasst eine Eingangswelle 1, eine Zwischenwelle 2, eine Ausgangswelle 3, einen ersten Untersetzungszahnradsatz 4, einen zweiten Untersetzungszahnradsatz 5, einen dritten Untersetzungszahnradsatz 6, ein Synchronisiergerät 7, einen Hauptuntersetzungsmechanismus und ein Differential 83.

Bei der Ausgangswelle 1 handelt es sich um eine Zahnradwelle, die außen an eine elektrische Maschine angeschlossen ist, die die Eingangswelle 1 in Drehung versetzt.

Der erste Untersetzungszahnradsatz 4 ist an der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 3 angeordnet. Der erste Untersetzungszahnradsatz 4 kann mehrere Zahnräder umfassen, solange eine erste Untersetzung für die Drehzahl der elektrischen Maschine ermöglicht werden kann. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der erste Untersetzungszahnradsatz 4 ein erstes treibendes Zahnrad 41 und ein erstes angetriebenes Zahnrad 42, die in Eingriff miteinander stehen, wobei das erste treibende Zahnrad 41 fest an der Eingangswelle 1 angeordnet ist und sich synchron mit der Eingangswelle 1 dreht und das erste angetriebene Zahnrad 42 drehbar an der Ausgangswelle 3 angeordnet ist. Mit der Struktur, bei der der erste Untersetzungszahnradsatz 4 zwei in Eingriff miteinander stehende Zahnräder umfasst, kann nicht nur eine erste Untersetzung ermöglicht, sondern auch der Bauraum verkleinert werden.

Die Eingangswelle 1 und die Zwischenwelle 2 befinden sich auf ein und derselben Achse und das erste treibende Zahnrad 41 und die Zwischen welle 2 benutzen ein und dasselbe zylindrische Lager 43 gemeinsam. Konkret umfasst das zylindrische Lager 43 einen Innenring, einen Außenring und einen Rollkörper, wobei in der Regel der Außenring und der Rollkörper an dem ersten treibenden Zahnrad 41 angebracht sind, während der Innenring an der Zwischenwelle 2 angebracht ist. Wenn die Eingangswelle 1 und die Zwischenwelle 2 koaxial angeordnet sind und ein zylindrisches Lager gemeinsam benutzen, kann zwischen der Eingangswelle 1 und der Zwischenwelle 2 eine Drehzahldifferenz erzeugt werden und des Weiteren kann der Bauraum gespart werden.

Der zweite Untersetzungszahnradsatz 5 ist an der Zwischenwelle 2 und der Ausgangswelle 3 angeordnet. Der zweite Untersetzungszahnradsatz 5 kann ebenfalls mehrere Zahnräder umfassen, solange eine zweite Untersetzung für die Drehzahl der elektrischen Maschine ermöglicht werden kann. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der zweite Untersetzungszahnradsatz 5 ein zweites treibendes Zahnrad 51 und ein zweites angetriebenes Zahnrad 52, die in Eingriff miteinander stehen, wobei das zweite treibende Zahnrad 51 fest an der Zwischenwelle 2 angeordnet ist und sich synchron mit der Zwischenwelle 2 dreht und das zweite angetriebene Zahnrad 52 drehbar an der Ausgangswelle 3 angeordnet ist. Mit der Struktur, bei der der zweite Untersetzungszahnradsatz 5 zwei in Eingriff miteinander stehende Zahnräder umfasst, kann nicht nur eine zweite Untersetzung ermöglicht, sondern auch der Bauraum verkleinert werden.

Der erste Untersetzungszahnradsatz 4 treibt den zweiten Untersetzungszahnradsatz 5 zum Drehen an. Dabei wird jedoch die Antriebsmethode nicht darauf beschränkt: Das erste angetriebene Zahnrad 42 ist mit dem zweiten angetriebenen Zahnrad 52 fest verbunden und wenn sich das erste angetriebene Zahnrad 42 dreht, dreht sich das zweite angetriebene Zahnrad 52 synchron mit. Beispielsweise bildet das erste angetriebene Zahnrad 42 zusammen mit dem zweiten angetriebenen Zahnrad 52 ein Doppelzahnrad, womit die räumliche Anordnung innerhalb des Getriebes optimiert werden kann. Zwischen dem ersten angetriebenen Zahnrad 42 bzw. dem zweiten angetriebenen Zahnrad 52 und der Ausgangswelle 3 ist jeweils ein Nadellager 53 vorgesehen. Konkret kann mit dem Nadellager 53 eine Bewegung des ersten angetriebenen Zahnrads 42 bzw. des zweiten angetriebenen Zahnrads 52 relativ zu der Ausgangswelle 3 ermöglicht werden. Des Weiteren ist das Nadellager 53 in Fig. 1 bis 2 mit der Farbe Schwarz dargestellt, um darauf hinzuweisen, dass dies auf diesem Gebiet allgemein bekannt ist, ohne dass dies derart gefärbt sein muss.

Der dritte Untersetzungszahnradsatz 6 ist an der Zwischenwelle 2 und der Ausgangswelle 3 angeordnet. Der dritte Untersetzungszahnradsatz 6 kann mehrere Zahnräder umfassen, solange eine dritte Untersetzung für die Drehzahl der elektrischen Maschine ermöglicht werden kann. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der dritte Untersetzungszahnradsatz 6 ein drittes treibendes Zahnrad 61 und ein drittes angetriebenes Zahnrad 62, die in Eingriff miteinander stehen, wobei das dritte treibende Zahnrad 61 fest an der Zwischenwelle 2 angeordnet ist und sich synchron mit der Zwischenwelle dreht und das dritte angetriebene Zahnrad 62 über ein Lager drehbar an der Ausgangswelle 3 angeordnet ist. Mit der Struktur, bei der der dritte Untersetzungszahnradsatz 6 zwei in Eingriff miteinander stehende Zahnräder umfasst, kann nicht nur eine dritte Untersetzung ermöglicht, sondern auch der Bauraum verkleinert werden.

Das Synchronisiergerät 7 ist gleitend an der Ausgangswelle 3 angeordnet und selektiv mit dem zweiten Untersetzungszahnradsatz 5 oder dem dritten Untersetzungszahnradsatz 6 verbunden. Konkret ist das Synchronisiergerät 7 selektiv an das zweite angetriebene Zahnrad 52 oder das dritte angetriebene Zahnrad 62 gekoppelt. Mit dem Synchronisiergerät 7 kann die Antriebskraft des zweiten angetriebenen Zahnrads 52 oder des dritten angetriebenen Zahnrads 62 auf die Ausgangswelle 3 übertragen werden. Die Ausgangswelle 3 treibt den Hauptuntersetzungsmechanismus zum Betrieb an, wobei der Hauptuntersetzungsmechanismus das Differential 83 in Betrieb setzt.

Der Hauptuntersetzungsmechanismus umfasst ein treibendes Hauptuntersetzungszahnrad 81 und ein angetriebenes Hauptuntersetzungszahnrad 82, die in Eingriff miteinander stehen, wobei das treibende Hauptuntersetzungszahnrad 81 fest an der Ausgangswelle 3 angeordnet ist und sich synchron mit der Ausgangswelle 3 dreht und das angetriebene Hauptuntersetzungszahnrad 82 mit dem Differential 83 verbunden ist. Neben Verwirklichen einer vierstufigen Untersetzung kann der Hauptuntersetzungsmechanismus ferner zum Erhöhen des Drehmoments dienen.

Es versteht sich, dass in dem Zahnradsatz ein Zahnrad mit einem kleineren Durchmesser als treibendes Zahnrad dienen und in Eingriff mit einem angetriebenen Zahnrad mit einem größeren Durchmesser stehen soll, um eine Untersetzung zu ermöglichen, wobei zwei Enden der Getriebewelle je nach konkretem Aufbau jeweils mit einem Lager versehen sind, was zu dem allgemein bekannten Erkenntnis auf diesem Gebiet gehört.

Zur näheren Erläuterung des Aufbaus des Getriebes nach der vorliegenden Ausgestaltung wird nachfolgend auf den Antriebskraftfluss des Getriebes näher eingegangen: Wenn u.a. beim Anfahren eines Kraftfahrzeugs oder beim Anfahren an einem Hang ein großes Drehzahlverhältnis benötigt wird, wird das Kraftfahrzeug im ersten Gang angetrieben. Es wird auf die in Fig. 1 mit Pfeilen dargestellte Richtung des Antriebskraftflusses hingewiesen. Nun wird das Synchronisiergerät 7 nach rechts bewegt, um an das dritte angetriebene Zahnrad 62 gekoppelt zu werden. Die elektrische Maschine treibt die Eingangswelle 1 zum Drehen an, wobei die Eingangswelle 1 ein durch die elektrische Maschine übertragenes Drehmoment empfängt und wobei über den Eingriff zwischen dem ersten treibenden Zahnrad 41 und dem ersten angetriebenen Zahnrad 42 eine erste Untersetzung erfolgt. Über den Eingriff zwischen dem Doppelzahnrad und dem zweiten treibenden Zahnrad 51 erfolgt eine zweite Untersetzung und da das Doppelzahnrad nicht an das Synchronisiergerät 7 gekoppelt ist, stimmt seine Drehzahl nicht mit der Ausgangswelle 3 überein. Nun wird das Drehmoment auf die Zwischenwelle 2 übertragen. Dann erfolgt eine dritte Untersetzung über das dritte treibende Zahnrad 61 und das dritte angetriebene Zahnrad 62. Nun wird das Drehmoment unter Einwirkung des Synchronisiergeräts 7 auf die Zwischenwelle 3 übertragen. Die Ausgangswelle 3 überträgt das empfangene Drehmoment über das treibende Hauptuntersetzungszahnrad 81 auf das angetriebene Hauptuntersetzungszahnrad 82 zur vierstufigen Untersetzung, um somit eine Ausgabe durch das Differential 83 zu bewirken. Somit kann durch die Bewegungsübertragung im ersten Gang die vierstufige Untersetzung verwirklicht werden, womit ein höheres Drehzahlverhältnis erzielt werden kann.

Nach Erhöhen der Geschwindigkeit wird nicht mehr ein derart großes Drehmoment benötigt und ein höherer Gang kann eingelegt werden, wobei also das Antreiben im zweiten Gang erfolgt. Es wird auf die in Fig. 2 mit Pfeilen dargestellte Richtung des Antriebskraftflusses hingewiesen. Nun wird das Synchronisiergerät 7 nach links bewegt, um an das zweite angetriebene Zahnrad 52 gekoppelt zu werden. Nach Empfangen des Drehmoments durch die Eingangswelle 1 wird über den Eingriff zwischen dem ersten treibenden Zahnrad 41 und dem ersten angetriebenen Zahnrad 42 eine ersten Untersetzung verwirklicht. Da das erste angetriebene Zahnrad 42 mit dem zweiten angetriebenen Zahnrad 52 fest verbunden ist, drehen sich das zweite angetriebene Zahnrad 52 und das erste angetriebene Zahnrad 42 synchron miteinander und über das Synchronisiergerät 7 wird das Drehmoment unmittelbar auf die Ausgangs welle 3 übertragen. Die Ausgangswelle 3 überträgt das empfangene Drehmoment über das treibende Hauptuntersetzungszahnrad 81 auf das angetriebene Hauptuntersetzungszahnrad 82, womit eine zweite Untersetzung ermöglicht wird, um eine Ausgabe durch das Differential 83 zu bewirken.

Beim Antreiben im zweiten Gang wird das zweite treibende Zahnrad 51 durch das durch das erste angetriebene Zahnrad 42 und das zweite angetriebene Zahnrad 52 gebildete Doppelzahnrad in Drehung versetzt, womit das an der Zwischenwelle 2 befindliche dritte treibende Zahnrad 61 in Mitdrehung versetzt wird. Da das dritte angetriebene Zahnrad 62 nicht an das Synchronisiergerät 7 gekoppelt ist, wird es im Freilauf betrieben, so dass das ganze Bewegungsübertragungssystem nicht beeinträchtigt wird.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch die Verbindungs Struktur und die Zusammenwirkung zwischen u.a. der Eingangs welle, der Zwischenwelle, der Ausgangswelle, dem ersten Untersetzungszahnradsatz, dem zweiten Untersetzungszahnradsatz, dem dritten Untersetzungszahnradsatz, dem Synchronisiergerät, dem Hauptuntersetzungsmechanismus und dem Differential ermöglicht, dass mit dem Untersetzungsgetriebe im ersten Gang eine vierstufige Untersetzung verwirklicht und somit das Drehzahlverhältnis erhöht werden kann. Insbesondere beim Anfahren eines Kraftfahrzeugs oder beim Anfahren an einem Hang kann die elektrische Maschine somit ein großes Drehmoment ausgeben, so dass die elektrische Maschine in einem Bereich hoher Effizienz arbeitet, womit die Betriebseffizienz der elektrischen Maschine erhöht wird.

Trotz der bisherigen Beschreibung der konkreten Ausführungsform versteht sich für Fachleute auf diesem Gebiet, dass diese nur beispielhaft erläutert wurde und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert wird. Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet können ohne Verlassen der Prinzipien und der Grundideen der vorliegenden Erfindung verschiedene Abänderungen und Modifikationen an solchen Ausführungsformen vornehmen, wobei die Abänderungen und Modifikationen ebenfalls unter den Schutzumfang der Erfindung fallen.