-
Die Erfindung bezieht sich auf einen Friktionsantrieb für ein Kraftfahrzeug, umfassend
- – eine Motoranordnung,
- – eine Abtriebsanordnung,
- – eine einerseits mit der Motoranordnung und andererseits mit der Abtriebsanordnung verbundene, als Reibrollen-Planetengetriebe ausgebildete Übersetzungsstufe mit einem Hohlrad, einer rotierbaren, mehrteilig ausgebildeten Sonne, die wenigstens zwei Sonnenscheiben, nämlich eine axial feste Innensonnenscheibe und wenigstens eine axial verschiebliche Außensonnenscheibe aufweist, sowie einer Mehrzahl von radial zwischen der Sonne und dem Hohlrad angeordneten Planetenrollen, die reibschlüssig an der Sonne und dem Hohlrad abwälzen.
-
Derartige Friktionsantriebe für Kraftfahrzeuge sind bekannt aus der
US 3,475,993 A .
-
Bei der Entwicklung von elektrifizierten Antrieben für Kraftfahrzeuge wird üblicherweise das Ziel verfolgt, eine herkömmliche Verbrennungskraftmaschine durch einen Elektromotor mit möglichst ähnlichen Eigenschaften zu ersetzen, um die bei nachfolgenden Komponenten erforderlichen Änderungen möglichst gering zu halten. Hierdurch werden zum Teil inakzeptable Kompromisse eingegangen. Im Hinblick auf Effizienz, Präzision und Laufruhe sind die von Werkzeugmaschinen her bekannten Höchstgeschwindigkeits-Elektromotoren mit Drehzahlen über 20000 U/min als besonders vorteilhaft bekannt. Wünschenswert wäre es, derartige elektrische Maschinen auch zum Antrieb von Kraftfahrzeugen nutzen zu können; dem steht bislang jedoch zum einen das vergleichsweise niedrige Drehmoment solcher Motoren und das Erfordernis einer extremen Getriebeübersetzung zur Erzeugung der typischen Raddrehzahlen entgegen. Für solche Getriebestrukturen kommen grundsätzlich nur Friktionsgetriebe in Frage, da die unvermeidbaren, hohen Relativgeschwindigkeiten bei Verzahnungsgetrieben mit einer zu großen Geräuschentwicklung verbunden wären.
-
Die aus der gattungsbildenden Druckschrift bekannte Übersetzungsstufe weist ein gehäusefestes Hohlrad, einen rotierbaren Steg, auf dem die Planetenrollen drehbar gelagert sind, sowie eine zweigeteilte Sonne auf. Die Sonne, bestehend aus zwei Sonnenscheiben, ist auf der mit der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine verbundenen Eingangswelle fest, d.h. axial fest und drehfest fixiert. Eine Außensonnenscheibe ist drehfest und axial beweglich auf der Eingangswelle montiert. Die Sonnenscheiben haben die Form einander zugewandter Kegelstümpfe und stehen reibschlüssig mit korrespondierend geformten Kontaktflächen der Planeten in Verbindung. Zwischen diesen Kontaktflächen weisen die Planeten eine keilförmige Ringnut auf, in die das gehäusefeste Hohlrad eingreift. Die Planeten sind auf Planetenbolzen am Steg gelagert, wobei die Bolzen in radial ausgerichteten Lagerschlitzen des Steges sitzen und daher axial verschieblich sind. Eingangsseitig der Außensonnenscheibe ist eine Stirnnocken-Anpressscheibe fest mit der Eingangswelle verbunden. Die Außensonnenscheibe stützt sich über einen Kugelrampenmechanismus gegen die Stirnnocken-Anpressscheibe ab. Ein Relativmoment zwischen den beiden Sonnenscheiben verursacht daher eine Axialbewegung der Außensonnenscheibe relativ zur Innensonnenscheibe und daher zur Einstellung einer drehmomentproportionalen Anpresskraft zwischen der Sonne und den Planeten. Aufgrund der angeschrägten Formgebung von Sonnenscheiben und Planeten führt eine relative Axialverschiebung der Sonnenscheiben zu einer Radialverschiebung der Planeten, die aufgrund der schlitzartigen Lagerung der Planetenbolzen im Steg zugelassen wird. Die bekannte Vorrichtung übersetzt ein an der Eingangswelle, d.h. an der Sonne anliegendes Eingangsmoment mit der Standübersetzung der Planetenstufe auf ein am Steg anliegendes Ausgangsmoment, welches über eine mit dem Steg verbundene Ausgangswelle an eine nachgeordnete Abtriebsanordnung übertragen wird. Die bekannte Anordnung ist aufgrund der zu geringen Übersetzung nicht zur Ankopplung von Höchstdrehzahl-Elektromotoren in einem Kraftfahrzeug geeignet. Zudem bietet sie keine Lösung für das Problem des zu geringen Drehmomentes üblicher Höchstdrehzahl-Elektromotoren.
-
Aus der
EP 0 211 000 B1 ist ein elektromechanischer Präzisionsantrieb bekannt, bei dem eine Mehrzahl von Elektromotoren ringförmig mit parallel zueinander ausgerichteten Rotorwellen angeordnet sind, wobei auf jeder Rotorwelle ein Planeten-Stirnrad sitzt, welches mit einer gemeinsamen, zentralen Sonne kämmt, die mit einer Ausgangswelle gekoppelt ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Momente mehrerer elektrischer Maschinen auf einer Ausgangswelle zu summieren. Die mit der bekannten Vorrichtung erzielbaren Übersetzungen sind jedoch nicht geeignet, elektrische Höchstdrehzahl-Motoren für den Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet zu machen.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, die den Einsatz von Höchstdrehzahl-Elektromotoren als Antriebsaggregate für Kraftfahrzeuge ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Motoranordnung eine der Mehrzahl von Planetenrollen entsprechende Mehrzahl von elektrischen Maschinen, jeweils umfassend einen gehäusefesten Stator und einen rotierbaren Rotor, aufweist, die ringförmig mit parallel zueinander ausgerichteten Rotorwellen angeordnet und jeweils genau einer der Planetenrollen zugeordnet sind, wobei jede Planetenrolle mit der Rotorwelle der ihr zugeordneten elektrischen Maschine verbunden ist.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die Erfindung geht aus von dem grundsätzlich für hohe Relativdrehzahlen geeigneten Konzept der Friktions-Planetenstufe. Sie modifiziert diese jedoch so, dass sich die Drehmomente einer Mehrzahl von elektrischen Maschinen, insbesondere von Höchstdrehzahl-Elektromotoren summieren, sodass die Vorteile von Effizienz, Präzision und Laufruhe der Höchstdrehzahl-Elektromotoren mit dem für den Antrieb von Kraftfahrzeugen erforderlichen hohen Drehmoment verbunden werden. Dies wird durch den Direktantrieb der Planetenrollen ermöglicht, wodurch allerdings die Möglichkeit der Momenteneinleitung in die Planetenstufe über deren Sonne entfällt. Vielmehr muss die Sonne als (wenigstens ein) Ausgangselement genutzt werden.
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass jede Planetenrolle zwischen der Innensonnenscheibe und einer Außensonnenscheibe angeordnet ist und beide reibschlüssig kontaktiert, wobei ein Kontaktdruck zwischen den Planetenrollen und den Sonnenscheiben durch Axialverschiebung der jeweiligen Außensonnenscheibe relativ zur Innensonnenscheibe steuerbar ist. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Innensonnenscheibe jeweils über eine Stirnnockenanpressung mit jeder Außensonnenscheibe gekoppelt ist, sodass ein Relativmoment zwischen den Sonnenscheiben zu einer drehmomentabhängigen Änderung des Kontaktdrucks führt. Dieses Konzept zur Erzeugung eines bevorzugt drehmomentproportionalen Kontaktdrucks ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
-
Bekanntermaßen resultiert aus einer Kontaktdruckänderung durch Axialverschiebung der die Planetenrollen zwischen sich pressenden Sonnenscheiben eine wenn auch geringe Radialverschiebung der Planeten. Dies scheint mit dem erfindungsgemäßen Konzept der fest auf den Rotorwellen der elektrischen Maschinen fixierten Planetenrollen nicht problemlos vereinbar. Daher ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Rotorwelle jeder elektrischen Maschine in einem zwischen dem Stator und der zugeordneten Planetenrolle gelegenen Axialbereich mittels eines Exzenterlagers, nämlich eines Schwenkbewegungen der Rotorwelle zulassenden Lagers, welches selbst exzentrisch in einer drehbar in einer Gehäusewandung gelagerten Lagerscheibe angeordnet ist, gelagert ist. Ein solches Lager kann weder Axial- noch Radialkräfte (bezogen auf die Planetenstufensymmetrie) abstützen. Es ist lediglich zur Abstützung von Tangentialkräften (bezogen auf die ringförmige Anordnung der elektrischen Maschinen) geeignet. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Exzentrizität des Exzenterlagers in seiner Grundsausrichtung tangential zum Motorenring liegt. Mit anderen Worten ist der Abstand zwischen dem Zentrum des eigentlichen Lagers zum Drehpunkt der Lagerscheibe tangential zum Kreis der Rotorwellenanordnung orientiert. Die durch die vorgenannte axiale Relativbewegung der Sonnenscheiben verursachte Radialbewegung der Planetenrollen ist somit stets senkrecht zur Exzentrizität des Exzenterlagers orientiert und wird somit von diesem zugelassen.
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Rotorwelle jeder elektrischen Maschine auf ihrer der zugeordneten Planetenrolle abgewandten Seite des Stators mittels eines Schwenkbewegungen der Rotorwelle zulassenden Loslagers gelagert ist. Ein solches Lager stützt lediglich Radialkräfte (bezogen auf die jeweilige Rotorwelle) ab. Erlaubt jedoch eine Axialbewegung sowie eine Kippbewegung der Rotorwelle. Sämtliche durch eine Kontaktdruckänderung erzeugten Bewegungen der Planetenrollen und damit der fest mit ihnen verbundenen Rotorwellen werden von den beiden Rotorwellenlagern somit zugelassen, alle übrigen Kräfte jedoch abgestützt. Eine Radialverschiebung der Planetenrollen führt so zu einer Verkippung der Rotorwelle relativ zu ihrem bevorzugt gehäusefest fixierten Stator; dies ist jedoch bei angemessener Dimensionierung des Luftspaltes zwischen Rotor und Stator und in Anbetracht der äußerst geringen Größenordnung der Radialverschiebung – typischerweise wenige hundertstel Millimeter – für die Funktionalität der elektrischen Maschinen unmaßgeblich.
-
Exzenterlager und/oder Loslager lassen sich am günstigen als Kugellager ausbilden, die mit der Rotorwelle lediglich eine Kontaktlinie bilden. Nadellager, die mit der gelagerten Welle eine Kontaktfläche bilden, würden keine Verschwenkung zulassen. Allerdings ist die Verwendung von Nadellagern auch möglich, wenn sie mit einer weiteren, schwenkbaren Lagerung gekoppelt werden. Derartige und ähnliche dem Fachmann grundsätzlich bekannte Ausgestaltungen sind möglich, konstruktiv jedoch aufwendig.
-
Bei dem vorteilhaften Lagerkonzept mit den keine axiale Kräfte übertragenden Lagern der Rotorwellen sind die Planeten mit den Rotorwellen fest verbunden. Bei Verwendung wenigstens eines die axiale Kräfte übertragenden Lager, können die Planeten mit den entsprechenden Rotorwellen drehfest und axial verschiebbar verbunden werden.
-
Grundsätzlich ist es hinreichend, eine Innensonnenscheibe und eine Außensonnenscheibe vorzusehen, zwischen denen die Planetenrollen gepresst sind. Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass beiderseits der Innensonnenscheibe je eine unabhängig axial verschiebbare Außensonnenscheibe angeordnet ist. Insbesondere ist für jede der Außensonnenscheiben eine eigene Stirnnockenanpressung vorgesehen. Bei Ausführungsformen mit zwei Außensonnenscheiben ist günstigerweise von je zwei einander azimutal unmittelbar benachbarten Planetenrollen die eine zwischen der Innensonnenscheibe und der einen der Außensonnenscheiben und die andere zwischen der Innensonnenscheibe und der anderen der Außensonnenscheiben angeordnet. Bevorzugt verfügen die ringförmig angeordneten elektrischen Maschinen dabei abwechselnd über eine kürze und eine längere Rotorwelle, sodass eine auf einer kürzeren Rotorwelle fixierte Planetenrolle zwischen der ersten Außensonnenscheibe und der Innensonnenscheibe gepresst ist und ihre beiden benachbarten Planetenrollen, die auf längeren Rotorwellen fixiert sind, zwischen der Innensonnenscheibe und der zweiten Außensonnenscheibe gepresst sind. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise sechs elektrische Maschinen anordnen, von denen jeweils drei um 120 Grad zueinander versetzt angeordnet sind und eine Gruppe bilden, deren Planetenrollen die jeweils zugeordneten zwei Sonnenscheiben an jeweils drei Positionen kontaktieren.
-
Wie eingangs bereits angesprochen, beruht die geringe Eignung von Höchstdrehzahl-Elektromotoren für den Antrieb von Kraftfahrzeugen in der Notwendigkeit einer sehr hohen Übersetzung. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Innensonnenscheibe drehmomentübertragend mit einer ersten Eingangswelle der Abtriebsanordnung verbunden ist und das Hohlrad drehbar gelagert und mit einer zweiten Eingangswelle der Abtriebsanordnung verbunden ist. Sonne und Hohlrad werden sich mit unterschiedlichen Drehrichtungen und Drehzahlen bewegen. Ihre Bewegungen können innerhalb der Abtriebsanordnung entweder separat weiter übersetzt und unabhängig genutzt werden, beispielsweise zum Antrieb unabhängiger Räder einer Achse, oder mittels einer Summierstufe geeignet kombiniert werden. In jedem Fall wird durch die drehbare Lagerung des Hohlrades eine Beschränkung der Übersetzung auf die Standübersetzung der Planetenstufe aufgehoben.
-
Als weitere Maßnahme zur Erhöhung der Übersetzung kann vorgesehen sein, dass jede Planetenrolle als Stufenrolle ausgebildet ist, deren Kontaktkreis mit der Sonne einen geringeren Durchmesser hat als ihr Kontaktkreis mit dem Hohlrad. Das Hohlrad selbst ist bevorzugt in demjenigen Axialbereich, in dem die Planetenrollen an ihm abwälzen, axial flach ausgebildet. Dies berücksichtigt die Tatsache, dass bei Änderung des Kontaktdrucks zwischen Sonne und Planetenrollen, letztere auch eine geringfügige Axialbewegung durchführen können. Insbesondere bei Ausführungsformen mit nur einer Außensonnenscheibe kann jedoch der Kontaktbereich zwischen den Planetenrollen und dem Hohlrad auch leicht angeschrägt ausgebildet sein, um die in diesen Fällen fest mit der Axialverschiebung korrelierte Radialverschiebung der Planetenrollen zu berücksichtigen.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung durch die Übersetzungsstufe einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
-
2 eine teilweise geschnittene Darstellung der Motoranordnung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht auf deren übersetzungsstufenseitige Stirnseite sowie in Seitenansicht,
-
3 eine perspektivische Darstellung der Motoranordnung von 2 mit dargestellten Exzenterlagern,
-
4 eine schematische Darstellung des die Motoranordnung der 2 und 3 von der Übersetzungsstufe von 1 trennenden Gehäusedeckels zur Verdeutlichung der Funktion der Exzenterlager,
-
5 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Antriebsanordnung unter Verwendung der vorliegenden Erfindung,
-
6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Antriebsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
-
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Übersetzungsstufe eines erfindungsgemäßen Antriebs, die zum leichteren Verständnis günstigerweise gemeinsam mit den 2 und 3 zu betrachten ist, die auch gemeinsam beschrieben werden sollen. Die insbesondere in den 2 und 3 verdeutlichte Motoranordnung 10 umfasst eine Mehrzahl (bei der gezeigten Ausführungsform sechs) elektrischer Maschinen 12, jeweils umfassend einen Stator 14 und einen Rotor 16, die mit parallel ausgerichteten Rotorwellen 18 ringförmig um eine Zentralachse 20 angeordnet sind und einen Motorenring bilden. Bei den elektrischen Maschinen 12 handelt es sich vorzugsweise um Höchstdrehzahl-Maschinen, die mit Drehzahlen von über 20000 U/min betrieben werden können. Während die Statoren 14 der elektrischen Maschinen 12 an einem Gehäuse 22 festgelegt sind, sind die Rotorwellen 18 beiderseits der Rotoren 16 am Gehäuse gelagert, wobei auf die spezielle Ausgestaltung der Lager 24, 25 weiter unten detailliert eingegangen werden soll.
-
Einerseits der elektrischen Maschinen 12 sind deren Rotorwellen 18 verlängert und ragen in eine benachbarte Übersetzungsstufe 26 hinein. Dort tragen sie jeweils einen als Reibrolle ausgebildeten Übersetzungs-Planeten 28, der als Stufenplanet ausgebildet ist und in einem zentralen Axialbereich einen größeren Durchmesser aufweist, als in seinen beidseitig des Zentralbereichs angeordneten äußeren Axialbereichen. Die Übersetzungs-Planeten 28 sind fest auf den Rotorwellen 18 fixiert. Sie bilden gemeinsam das angetriebene Eingangselement der Übersetzungsstufe 26. Diese ist als Reibrollen-Planetenstufe ausgebildet. Radial außen ist ein rotierbar gelagertes Hohlrad 30 angeordnet, welches in einem Kontaktbereich 32 den Zentralbereich des Übersetzungs-Planeten 28 reibschlüssig kontaktiert, sodass es durch die angetriebene Rotationsbewegung der Übersetzungs-Planeten 28 selbst in Rotation versetzt wird. Radial innerhalb der Übersetzungs-Planeten 28 ist eine mehrteilig ausgebildete Übersetzungs-Sonne 34 angeordnet. Diese umfasst eine axial fest und drehbar gelagerte Innensonnenscheibe 36 und zwei ebenfalls rotierbar, jedoch zusätzlich axial verschieblich angeordnete Außensonnenscheiben 38, 40. Der in 1 gezeigte Übersetzungs-Planet 28 ist zwischen der Innensonnenscheibe 36 und der Außensonnenscheibe 38 derart eingespannt, dass beide mit ihren Kontaktbereichen 42, 44 die mit nach außen abfallenden Schultern ausgebildeten äußeren Axialbereiche des Übersetzungs-Planeten 28 reibschlüssig kontaktieren. Der motorische Antrieb der Übersetzungs-Planeten 28 bewirkt somit zusätzlich zu der Rotation des Übersetzungs-Hohlrades 30 eine gegenläufige Rotation der Übersetzungs-Sonne 34, wobei sich die Drehzahlverhältnisse zwischen Übersetzungs-Hohlrad 30 und Übersetzungs-Sonne 34 aus dem Verhältnis der jeweiligen Kontaktradien zwischen Übersetzungs-Planeten 28 und Übersetzungs-Hohlrad 30 einerseits und Übersetzungs-Planeten 28 und Übersetzungs-Sonne 34 andererseits ergibt. Dieses Verhältnis, insbesondere der genaue Kontaktradius zwischen den Übersetzungs-Planeten 28 und der Übersetzungs-Sonne 34 ist in geringfügigem Maße variabel. Diese Variabilität dient in erster Linie nicht der Übersetzungseinstellung, sondern vielmehr der Schlupfoptimierung innerhalb der als Reibrollen-Planetenstufe ausgebildeten Übersetzungsstufe 26. Insbesondere ist bei der dargestellten Ausführungsform eine drehmomentabhängige, insbesondere drehmomentproportionale Schlupfsteuerung realisiert. Hierzu ist jeweils axial außen benachbart zu den Außensonnenscheiben 38, 40 eine Stirnnockenanpressscheibe 46 angeordnet, die fest mit der Innensonnenscheibe 36 verbunden ist. Jede Außensonnenscheibe 38, 40 stützt sich über in Rampen geführte Abstandselemente 48 gegen die jeweils zugeordnete Stirnnockenanpressscheibe 46 ab. Ein beim motorischen Antrieb der Übersetzungs-Planeten 28 zwischen der Innensonnenscheibe 36 und den Außensonnenscheiben 38, 40 auftretendes Relativmoment führt zu einer Relativverdrehung der Außensonnenscheiben 38, 40 zu ihrer jeweils zugeordneten Stirnnockenanpressscheibe, was aufgrund der Rampenführung der Abstandselemente 48 zu einer entsprechenden Axialverschiebung der jeweiligen Außensonnenscheibe 38, 40 führt. Hierdurch wird der Kontaktdruck zwischen der Übersetzungs-Sonne 34 und den Übersetzungs-Planeten 28 abhängig vom übertagenden Drehmoment, insbesondere proportional zu diesem eingestellt. Aufgrund der Schräge der Kontaktbereiche 42, 44 zwischen Übersetzungs-Sonne 34 und Übersetzungs-Planeten 28 führt dies zusätzlich zu einer leichten radialen Verschiebung der Übersetzungs-Planeten 28 und damit zu einer entsprechenden Kontaktdruckänderung im Kontaktbereich 32 zwischen Übersetzungs-Planeten 28 und Übersetzungs-Hohlrad 30. Dieser Übersetzungsbereich ist bevorzugt axial flach gehalten, sodass sich auch bei einer leichten axialen Verschiebung der Übersetzungs-Planeten 28 keine Änderung bzgl. des Kontaktdruckes oder des Kontaktradius zwischen Übersetzungs-Planeten 28 und Übersetzungs-Hohlrad 30 ergibt.
-
Die Bedeutung der doppelten Ausführung der Außensonnenscheiben 38, 40 erschließt sich insbesondere aus der Darstellung von 2. Bei der dargestellten Ausführungsform sind nämlich drei der sechs elektrischen Maschinen 12 mit einer kürzeren Rotorwelle 18 und die drei übrigen elektrischen Maschinen 12 mit einer längeren Rotorwelle 18 ausgestattet. Entsprechend weiter bzw. weniger weit reichen sie in die Übersetzungsstufe 26 hinein, sodass jeweils zwei einander azimutal benachbarte Übersetzungs-Planeten 28 mit derselben Innensonnenscheibe 36, jedoch mit unterschiedlichen Außensonnenscheiben 38, 40 interagieren. Diese gruppenweise Zusammenwirkung von je drei elektrischen Maschinen 12, wie in den Figuren dargestellt, ist besonders vorteilhaft, jedoch nicht zwingend erforderlich.
-
Wie erwähnt ist die Kontaktdrucksteuerung zwischen Übersetzungs-Sonne 34 und Übersetzungs-Planeten 28 mit einer geringfügigen axialen und radialen Verschiebung der letzteren verbunden. Dies ist insofern nicht unproblematisch, als sie fest auf den Rotorwellen 18 der elektrischen Maschinen 12 fixiert sind. Die genannte Bewegung setzt sich somit auch auf die jeweilige Rotorwelle 18 fort, was bei deren Lagerung berücksichtigt werden sollte.
-
Die auf der der Übersetzungsstufe 26 abgewandten Seite der elektrischen Maschinen 12 positionierten Lager 24 sind als Los-Kugellager ausgebildet. Sie nehmen radiale Kräfte auf, setzen jedoch weder axialen Kräften noch einem Kippmoment einen Widerstand entgegen. Dies ist hinreichend, da der Lagerort des Lagers 24 als Drehpunkt einer Kippbewegung angesehen werden kann, die aus einer Radialverschiebung des zugeordneten Übersetzungs-Planeten 28 resultiert. Im Gegensatz dazu müssen die auf der der Übersetzungsstufe 26 zugewandten Seite der elektrischen Maschinen gelegenen Lager 25 einen radialen Freiheitsgrad aufweisen. Allerdings müssen sie gleichzeitig Kräfte in – auf den Motorenring bezogen – tangentialer Richtung aufnehmen. Sie sind daher, wie insbesondere aus den 3 und 4 ersichtlich, als Exzenterlager 25 ausgebildet. Die Exzenterlager 25 der dargestellten Ausführungsform umfassen jeweils ein Kugellager 251, welches exzentrisch in einer Lagerscheibe 252 fixiert ist, die ihrerseits drehbar in einem Deckel des Gehäuses 22 gelagert ist. Die Exzentrizität des Exzenterlagers 25, d.h. der gerichtete Abstand zwischen dem Zentrum des Kugellagers 251 und der Lagerscheibe 252, ist – bezogen auf den Motorenring – in tangentialer Richtung ausgerichtet. Eine im Rahmen der Kontaktdruckanpassung erfolgte Radialverschiebung der Übersetzungs-Planeten 28 führt somit zu einer – bezogen auf die Lagerscheibe 252 – tangentenparallelen Versetzung des Kugellagers 251. Aufgrund der Geringfügigkeit der im Rahmen der Kontaktdruckanpassung auftretenden Verschiebungen kann diese Bewegung als linear angesehen werden; ihr eigentlicher Kreisbahncharakter kann vernachlässigt werden.
-
5 zeigt die Motoranordnung 10 und die Übersetzungsstufe 26 in stark vereinfachter Darstellung, um deren Ankopplung an nachfolgende Abtriebselemente einer Kraftfahrzeug-Antriebsanordnung zu illustrieren. Wie oben ausführlich erläutert, dienen das Übersetzungs-Hohlrad 30 und die Übersetzungs-Sonne 34 als Ausgangselemente der Übersetzungsstufe 26. Sie sind gekoppelt mit den Eingangselementen einer nachfolgenden Summierstufe 50, die in Form eines vorzugsweise stirnverzahnten Ravigneaux-Satzes ausgestaltet ist. Dieser weist ein gehäusefestes Summier-Hohlrad 52 und einen Summier-Steg 54 auf, auf dem zwei Sätze von Summier-Planeten 56, 56‘, die miteinander kämmen, gelagert sind. Die Summier-Planetensätze 56, 56‘ kämmen weiter mit zwei Summier-Sonnen 58, 58‘, die als Eingangselemente der Summierstufe 50 dienen und entsprechend mit der Übersetzungs-Sonne 34 bzw. dem Übersetzungs-Hohlrad 30 verbunden sind. Die Summierstufe 50 dient der Zusammenführung der unterschiedlichen Drehzahlen und Drehmomente, die an dem Übersetzungs-Hohlrad 30 und der Übersetzungs-Sonne 34 anliegen.
-
Zur Weiterleitung der in der Summierstufe 50 aufsummierten Drehbewegung ist bei der Ausführungsform von 5 ein Stirnraddifferential 60 vorgesehen, welches in üblicher Bauweise mit einem Differential-Steg 62 ausgebildet ist, auf dem zwei Sätze von Differential-Planeten 64, 64‘, die miteinander kämmen, gelagert sind. Die Differential-Planetensätze 64, 64‘ kämmen mit zwei Differential-Sonnen 66, 66‘, die als Ausgangselemente des Differentials 60 dienen und jeweils mit einem in 5 nicht näher dargestellten Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs verbunden sind. Bei der in 5 dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform bilden der Summier-Steg 54 und der Differential-Steg 62 ein gemeinsames Bauteil mit unterschiedlichen Axialabschnitten, in deren einem die Summier-Planeten 56, 56‘ und in deren anderem die Differential-Planeten 64, 64‘ gelagert sind.
-
6 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, die insbesondere auf ein Differential 60 verzichtet. Im Gegensatz zu der Darstellung der 2 und 3 sind bei dieser Ausführungsform die elektrischen Maschinen 12 gruppenweise antiparallel zueinander orientiert, sodass beiderseits der Motoren eine Übersetzungsstufe und eine sich daran anschließende Summierstufe 50 angeordnet werden kann. Diese Anordnung ist in 6 gezeigt. Jeder der beiden Summier-Stege 54 bildet somit ein unabhängiges Ausgangselement der Antriebsanordnung, welches mit einem unmittelbar angetriebenen Antriebsrad des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Sämtliche Differentialfunktionen und auch darüber hinausgehende Funktionen, wie das sogenannte Torque-Vectoring lassen sich durch entsprechende Ansteuerung der Motorgruppen realisieren. Selbstverständlich wäre es auch möglich, jeder der beiden Summierstufen 50 der Anordnung von 6 ein eigenes Differential 60 nachzuschalten und so zwei unabhängig voneinander angetriebene Achsen zu realisieren.
-
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Motoranordnung/Motorenring
- 12
- elektrische Maschine
- 14
- Stator von 12
- 16
- Rotor von 12
- 18
- Rotorwelle
- 20
- Zentralachse
- 22
- Gehäuse
- 24
- Lager (Loslager)
- 25
- Lager (Exzenterlager)
- 251
- Kugellager
- 252
- Exzenterscheibe
- 26
- Übersetzungsstufe
- 28
- Übersetzungs-Planet
- 30
- Übersetzungs-Hohlrad
- 32
- Kontaktbereich 28/30
- 34
- Übersetzungs-Sonne
- 36
- Innensonnenscheibe
- 38
- Außensonnenscheibe
- 40
- Außensonnenscheibe
- 42
- Kontaktbereich 36/40
- 44
- Kontaktbereich 36/38
- 46
- Stirnnockanpressscheibe
- 48
- Abstandselement
- 50
- Summierstufe
- 52
- Summier-Hohlrad
- 54
- Summier-Steg
- 56, 56‘
- Summier-Planet
- 58, 58‘
- Summier-Sonne
- 60
- Differential
- 62
- Differential-Steg
- 64, 64‘
- Differential-Planet
- 66, 66‘
- Differential-Sonne
-
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
-
- US 3475993 A [0002]
- EP 0211000 B1 [0005]
