DE102010048837A1

DE102010048837A1 - Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010048837A1
Application number: DE201010048837
Authority: DE
Inventors: Dr. Smetana Tomas
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2012-04-19
Also published as: WO2012052201A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit wenigstens einem Elektromotor und mindestens einem mit einem Rotor des Elektromotors antreibbaren Planetendifferenzial, wobei das Planetendifferenzial wenigstens einen Planententräger, der mit einem Rotor des Elektromotors wirkverbunden ist, erste Planetenräder und zweite Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger gelagert sind, sowie ein erstes Sonnenrad und ein zweites Sonnenrad, von denen jedes jeweils mit einer Abtriebswelle des Planetendifferenzials wirkverbunden ist, aufweist, und dabei die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad im Zahneingriff stehen und jedes der zweiten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad sowie mit einem der der ersten Planetenräder im Zahneingriff stehen und wobei zumindest die Sonnenräder koaxial einer Rotationsachse des Rotors angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit wenigstens einem Elektromotor und mindestens einem mit einem Rotor des Elektromotors antreibbaren Planetendifferenzial, wobei das Planetendifferenzial wenigstens einen Planententräger, der mit einem Rotor des Elektromotors wirkverbunden ist, erste Planetenräder und zweite Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger gelagert sind, sowie ein erstes Sonnenrad und ein zweites Sonnenrad, von denen jedes jeweils mit einer Abtriebswelle des Planetendifferenzials wirkverbunden ist, aufweist, und dabei die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad im Zahneingriff stehen und jedes der zweiten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad sowie mit einem der der ersten Planetenräder im Zahneingriff stehen und wobei zumindest die Sonnenräder koaxial einer Rotationsachse des Rotors angeordnet sind.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Antriebseinheit ist in DE 10 2008 061 946 A1 beschrieben. Die Antriebseinheit weist einen Hauptantrieb und einen Nebenantrieb auf. Der Hauptantrieb ist über einen Planetensatz mit einen Planetendifferenzial getrieblich verbunden. Ein Planetendifferenzial zeichnet sich im Wesentlichen durch zwei Sätze Ausgleichsräder aus, die jeweils durch einen Satz Planetenräder gebildet sind. Jedes dieser Ausgleichsplanetenräder ist um eine Drehachse drehbar auf einem Planetenbolzen gelagert, welche der Symmetrieachse des Planetenbolzens entspricht. Die Drehachsen der Planetenräder sind parallel zur Rotationsachse der Abtriebsräder, also zu den Rotationsachsen der Sonnenräder des Differenzials ausgerichtet. Die koaxialen Rotationsachsen der Sonnenräder sind konzentrisch zum Differenzial und liegen auf der Hauptachse der Antriebseinheit. Die Hauptachse der Antriebseinheit vereint außerdem noch die Rotationsachsen der Antriebswellen des Haupt- und Nebenantriebs in sich. Die Differenzwellen des Planetendifferenzials sind Sonnenräder, die jeweils zum Beispiel mit einer zu einem Fahrzeugrad führenden Abtriebswelle verbunden sind. Jedes der Sonnenräder steht im Zahneingriff mit einem der Sätze Ausgleichsplanetenräder.
Durch den Nebenantrieb können über ein Überlagerungsgetriebe zusätzlich Drehmomente in das Planetendifferenzial eingebracht und deren Verteilung auf die Differenzräder beeinflusst werden. Hauptantrieb und Nebenantrieb sind in diesem Fall Elektromotoren, die koaxial zueinander angeordnet sind. Das Überlagerungsgetriebe ist durch drei miteinander gekoppelte Planetentriebe gebildet. Derartige Antriebseinheiten sind unabhängig von anderen Antriebsquellen, z. B. unabhängig von Verbrennungsmotoren, oder zusammen mit diesen einsetzbar.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte Baueinheit zu schaffen.
In dem Planetendifferenzial steht die Verzahnung der ersten Planetenräder mit der Verzahnung der zweiten Planetenräder im Zahneingriff. Die Anzahl der Zähne der ersten Planetenräder entspricht dabei vorzugsweise der Anzahl der Zähne der Verzahnung der zweiten Planetenräder, kann aber auch anders sein. Gleichzeitig steht die Verzahnung der Planetenräder eines der Sätze Planetenräder im Zahneingriff mit der Verzahnung von nur einem Sonnenrad, ohne dass die Verzahnung der Planetenräder dieses Satzes mit der Verzahnung des anderen Sonnenrads im Zahneingriff steht. Um mit dem anderen Satz Planetenräder und gleichzeitig mit einem der Sonnenräder im Zahneingriff stehen zu können, müssen die Planetenräder eines Satzes „länger”, d. h. axial breiter sein als die Zähne der Planetenräder des anderen Satzes und das andere Sonnenrad ohne dieses zu berühren axial übergreifen.
Da die längeren Planetenräder zwecks Zahneingriff mit den kürzeren Planetenrädern das eine der Sonnenräder axial übergreifen müssen ohne dieses zu berühren, muss das axial übergriffene Sonnenrad eine geringere Anzahl an Zähnen, also einen geringeren . Durchmesser, aufweisen als das benachbarte Sonnenrad. Alternativ und vorzugsweise weist die Verzahnung des axial übergriffenen Sonnenrades jedoch die gleiche Anzahl an Zähnen auf wie das andere, ist jedoch mit einem kleineren Kopfkreis ausgelegt. Die gleiche Anzahl der Zähne und gleiche Durchmesser der Planetenräder beider Sätze untereinander sind in diesem Fall vorausgesetzt.
Die unterschiedlichen Kopfkreisdurchmesser der Sonnenräder können durch die der Fachwelt bekannte Profilverschiebung erreicht werden. Der Zahnkontakt der Sonnenräder mit dem größeren Kopfkreis ist dabei durch positive Profilverschiebung und entsprechend der Zahnkontakt der im Kopfkreis kleineren Sonnenräder durch negative Profiverschiebung erreichbar. Der Kopfkreis ist ein gedachter Kreis, der die Zähne einer Verzahnung mit gleich großen Zähnen außen umgibt. Der Kopfkreisdurchmesser ist dementsprechend der Außendurchmesser einer solchen Stirnverzahnung. Er bestimmt von der Drehachse bzw. Rotationsachse aus den Platzbedarf eines Zahnrades in alle radiale Richtungen. Gleichzeitig ist der Achsabstand des übergriffenen Sonnenrades zum Planetenrad, mit dem es im Zahneingriff steht, kleiner, damit die kurzen Zahnräder mit diesem kämmen können. Die übereinstimmenden Übersetzungen zwischen den Planetenräder des ersten Satzes und dem ersten Sonnenrad sowie zwischen den Planetenrädern des zweiten Satzes und dem zweiten Sonnenrad sind in diesem Fall vorausgesetzt.
Zumindest die Sonnenräder sind koaxial der Rotationsachse des Rotors angeordnet und gemäß Erfindung außenumfangsseitig der Rotationsachse von einem Stator und dem Rotor des Elektromotors umgeben. Die Sonnenräder und damit auch die mit den Sonnenrädern kämmenden. Planetenräder zumindest teilweise sind innerhalb des Elektromotors angeordnet. Die Rotorwelle ist dementsprechend hohlwellenartig ausgebildet. Der Planetenträger kann seitlich des Elektromotors angeordnet sein, d. h. radial überstehen, oder ist wie eine Ausgestaltung der Erfindungsmeldung vorsieht, mit in den Elektromotor integriert, so dass das Planetendifferenzial von dem Stator und dem Rotor des Elektromotors umgeben ist.
Die Vorteile der Erfindung liegen in dem geringen axialen Bauraum, den die Antriebsvorrichtung für sich beansprucht. Die Antriebsanordnung weist vorzugsweise axiale Abmessungen auf, die geringer sind als die radialen Abmessungen. Die Kosten für die Herstellung der Antriebseinheit sind reduziert. Weiterhin ist die Volumenleistungsdichte dieser Antriebseinheit im Vergleich zu Antriebseinheiten des Standes der Technik verbessert. Die Volumenleistungsdichte ist dabei eine Größe, die bei einem Energiewandler wie der elektromotorischen Antriebseinheit angibt, welche Leistung pro Volumeneinheit dem Wandler entnommen werden kann. Je höher der Wert, desto kleiner kann die Antriebseinheit ausgebildet sein. Montage der Antriebseinheit ist vereinfacht.
Summenwelle des Differenzials ist vorzugsweise der Planetenträger (der Differenzialkorb). Als Summenwelle wird die Welle des Planetentriebs bezeichnet, die die größten Drehmomente führt und die durch eine Antriebsquelle, in diesem Fall durch den Elektromotor, angetrieben ist. Differenzwellen sind die Abtriebswellen. Der Planetenträger ist, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, mit einer antriebsfesten Drehverbindung mit dem Rotor verbunden. Die Drehverbindung kann permanent fest sein. In dem Falle sitzt der Planetenträger fest in dem Rotor oder ist mit diesem fest verbunden. Es können auch Teile der Rotorwelle und des Planetenträgers einteilig miteinander ausgebildet sein. Alternativ ist die Drehverbindung eine trennbare Verbindung zwischen Rotor und Planetenträger und ist zum Beispiel eine Kupplung. Die antriebsfeste Drehverbindung ist eine Verbindung, über die Drehmomente und Drehzahlen zwischen den miteinander verbundenen Elementen übertragen werden können Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebsvorrichtung mit einer antriebsfesten Drehverbindung zwischen einem dritten Sonnenrad eines Planetentriebs und dem Rotor versehen ist. Der Planetentrieb ist getrieblich zwischen den Rotor und das Planetendifferenzial geschaltet. Das dritte Sonnenrad kämmt mit Planetenrädern, welche drehbar an dem gleichen Planetenträger gelagert sind wie die Planetenräder des Differenzials. Die Planetenräder stehen mit einem Hohlrad im Zahneingriff, welches vorzugsweise entweder zum Gehäuse oder zur Umgebung der Antriebsvorrichtung fest ist. Das Hohlrad ist bevorzugt mit dem Stator des Elektromotors verbunden.
In eine derartige Antriebseinheit kann weiterhin auch ein Nebenantrieb (Elektromotor) integriert sein, der über ein Überlagerungsgetriebe getrieblich mit dem Planetendifferenzial verbunden ist. In diesem Fall ist es denkbar, dass zumindest ein Planetentrieb des Überlagerungsgetriebes ähnlich der vorgenannten Anordnung in den Haupt- und/oder Nebenantrieb integriert ist, so dass eine sehr kompakte unabhängige Antriebseinheit entsteht.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung 1 mit wenigstens einem Elektromotor 2 und mit mindestens Planetendifferenzial 3 hälftig einer Symmetrieachse, die der Rotationsachse 6 bzw. einer Hauptachse der Antriebseinheit 1 entspricht. Der Elektromotor 2 weist einen Stator 4 und einen Rotor 5 auf. Stator 4 und Rotor 5 sind koaxial zueinander um die Rotationsachse 6 der Rotorwelle 5a angeordnet, wobei der Stator 4 den Rotor 5 außenumfangsseitig umgibt.
Das Planetendifferenzial 3 weist wenigstens einen Planententräger 7 auf, der mit dem Rotor 5 bzw. mit der Rotorwelle 5a wirkverbunden ist. Ein Satz erste Planetenräder 8, von denen nur eins schematisch dargestellt ist, ist drehbar auf Planetenbolzen 9 gelagert. Die Planetenbolzen 9 sind mit radialem Abstand zur Rotationsachse 6 an dem Planententräger 7 fest. Ein Satz zweiter Planetenräder 11 ist drehbar auf Planetenbolzen 12 gelagert. Die Planetenbolzen 12 sind an dem Planetenträger 7 mit radialem Abstand zur Rotationsachse 6 fest. Das Planetendifferenzial 3 weist weiterhin ein erstes Sonnenrad 13 und ein zweites Sonnenrad 14 auf, von denen jedes jeweils mit einer Abtriebswelle 15 bzw. 16 des Planetendifferenzials wirkverbunden ist. Die ersten Planetenräder 8 stehen mit dem ersten Sonnenrad 13 im Zahneingriff. Jedes der zweiten Planetenräder 11 steht mit dem zweiten Sonnenrad 14 sowie jeweils mit einem der der ersten Planetenräder 8 im Zahneingriff. Die gestrichelte Linien 8/11 symbolisieren den Zahneingriff zwischen den Planetenrädern 8 und 11, wobei in diesem Fall die Planetenräder 11 die langen Planetenräder sind. Die Sonnenräder 13 und 14 sind koaxial zur Rotationsachse 6 des Rotors 5 angeordnet, so dass die Rotationsachse der Sonnenräder 13 und 14 der Rotationsachse 6 entspricht. Dabei sind die Sonnenräder 13 und 14 außenumfangsseitig der Rotationsachse 6 von dem Stator 4 und dem Rotor 5 des Elektromotors 2 umgeben. Der Stator 4 ist vorzugsweise am Gehäuse 15 der Antriebsvorrichtung 1 fest. Rotor 5 und Planetenträger 7 sind um die Rotationsachse 6 drehbar angeordnet und dazu permanent antriebsfest miteinander verbunden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung 16 mit wenigstens einem Elektromotor 17 und mit mindestens Planetendifferenzial 3 hälftig einer Symmetrieachse, die der Rotationsachse 6 bzw. einer Hauptachse der Antriebseinheit 16 entspricht. Der Elektromotor 17 weist einen Stator 18 und einen Rotor 19 auf. Stator 18 und Rotor 19 sind koaxial zueinander um die Rotationsachse 6 der Rotorwelle 19a angeordnet, wobei der Rotor 19 den Stator 18 außenumfangsseitig umgibt.
Das Planetendifferenzial 3 weist wenigstens einen Planententräger 7 auf, der mit dem Rotor 19 bzw. mit der Rotorwelle 19a über einen Planetentrieb 20 wirkverbunden ist. Ein Satz erster Planetenräder 8 des Planetendifferenzials 3, von denen nur eins schematisch dargestellt ist, ist auf Planetenbolzen 9 drehbar gelagert. Die Planetenbolzen 9 sind mit radialem Abstand zur Rotationsachse 6 an dem Planententräger 7 fest. Ein Satz zweiter Planetenräder 11 des Planetendifferenzials 3 ist drehbar auf Planetenbolzen 12 fest. Die Planetenbolzen 12 sind an dem Planetenträger 7 gelagert. Das Planetendifferenzial 3 weist weiterhin ein erstes Sonnenrad 13 und ein zweites Sonnenrad 14 auf, von denen jedes jeweils mit einer Abtriebswelle 15 bzw. 16 des Planetendifferenzials wirkverbunden ist. Die ersten Planetenräder 8 stehen mit dem ersten Sonnenrad 13 im Zahneingriff. Jedes der zweiten Planetenräder 11 steht mit dem zweiten Sonnenrad 14 sowie jeweils mit einem der der ersten Planetenräder 8 im Zahneingriff. Die gestrichelten Linien 8/11 symbolisieren den Zahneingriff zwischen den Planetenrädern 8 und 11, wobei in diesem Fall die Planetenräder 11 die langen Planetenräder sind. Die Sonnenräder 13 und 14 sind koaxial zur Rotationsachse 6 des Rotors 19 angeordnet, so dass die Rotationsachse der Sonnenräder 13 und 14 der Rotationsachse 6 entspricht. Dabei sind die Sonnenräder 13 und 14 außenumfangsseitig der Rotationsachse 6 von dem Stator 18 und dem Rotor 19 des Elektromotors 17 umgeben. Der Stator 18 ist vorzugsweise am Gehäuse 15 der Antriebsvorrichtung 17 fest. Rotor 19 und Planetenträger 7 sind um die Rotationsachse 6 drehbar angeordnet und dazu antriebsfest getrieblich über den Planetentrieb 20 miteinander verbunden. Der Planetentrieb 20 weist ein Sonnenrad 21 auf, dessen Rotationsachse der Rotationsachse 6 entspricht. Das Sonnenrad 21 und der Rotor 19 sind permanent antriebsfest miteinander verbunden. Das Sonnenrad 21 kämmt mit einem Satz dritter Planetenräder 22. Die Planetenräder 22 sind auf Planetenbolzen 23 drehbar an dem Planetenträger 7 gelagert und stehen mit einem Hohlrad 24 im Zahneingriff. Das Hohlrad 24 ist an dem Stator 18 fest. Die Symmetrieachsen der Planetenbolzen 9 und der Planetenbolzen 23 weisen den gleichen radialen Abstand zur Rotationsachse 6 auf. Alternativ sitzen die Planenräder 8 und 22 auf einem gemeinsamen Planetenbolzen 9/23.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008061946 A1 [0002]

Claims

Antriebsvorrichtung (1, 16) mit wenigstens einem Elektromotor (2, 17) und mindestens einem mit einem Rotor (5, 19) des Elektromotors (2, 17) antreibbaren Planetendifferenzial (3), wobei das Planetendifferenzial (3) wenigstens einen Planententräger (7), der mit einem Rotor (5, 19) des Elektromotors (2, 17) wirkverbunden ist, erste Planetenräder (8) und zweite Planetenräder (11), die drehbar an dem Planetenträger (7) gelagert sind, sowie ein erstes Sonnenrad (13) und ein zweites Sonnenrad (14), von denen jedes jeweils mit einer Abtriebswelle (15, 16) des Planetendifferenzials (3) wirkverbunden ist, aufweist, und dabei die ersten Planetenräder (8) mit dem ersten Sonnenrad (13) im Zahneingriff stehen und jedes der zweiten Planetenräder (11) mit dem zweiten Sonnenrad (14) sowie mit einem der der ersten Planetenräder (8) im Zahneingriff stehen und wobei zumindest die Sonnenräder (13, 14) koaxial einer Rotationsachse (6) des Rotors (5, 19) angeordnet und außenumfangsseitig der Rotationsachse (6) von einem Stator (4, 18) und dem Rotor (5, 19) des Elektromotors (2, 17) umgeben sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, in der das Planetendifferenzial (3) von dem Stator (4, 18) und dem Rotor (5, 19) des Elektromotors (2, 17) umgeben ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer antriebsfesten Drehverbindung zwischen dem Planetenträger (7) und dem Rotor (5, 19).
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer antriebsfesten Drehverbindung zwischen einem dritten Sonnenrad (21) und dem Rotor (19), wobei das dritte Sonnenrad (21) mit dritten Planetenrädern (22) kämmt, welche drehbar an dem Planetenträger (7) gelagert sind und mit einem Hohlrad (24) im Zahneingriff stehen.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer antriebsfesten Drehverbindung zwischen einem dritten Sonnenrad (21) und dem Rotor (19), wobei das dritte Sonnenrad (21) mit dritten Planetenrädern (22) kämmt, welche drehbar an dem Planetenträger (7) gelagert sind und mit einem Hohlrad (24) im Zahneingriff stehen, wobei das Hohlrad (24) um die Hauptachse (6) drehfest relativ zum Rotor (19) mit dem Stator (18) verbunden ist.