-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung zumindest aufweisend einen Eingang, eine Eingangsstufe, eine Laststufe, einen Träger und wenigstens zwei Ausgangswellen, wobei:
- - die Eingangswelle ein um eine Zentralwelle der Getriebevorrichtung rotierbares erstes Sonnenrad ist,
- - die Eingangsstufe das erste Sonnenrad und radial zur Zentralachse beabstandete erste Planetenräder aufweist,
- - das erste Sonnenrad und die ersten Planetenräder über eine ersten getrieblichen Wirkverbindung miteinander gekoppelt sind,
- - die Laststufe aus zweiten Planetenrädern und aus einem Hohlrad gebildet ist,
- - jeweils eines der ersten Planetenräder und eines der zweiten Planetenräder miteinander rotationsfest verbunden um eine gemeinsame zur Zentralachse radial beabstandete erste Planetenachse rotierbar von dem Träger getragen sind,
- - das Hohlrad, dessen Symmetrieachse die Zentralachse ist, an dem Getriebegehäuse ortsfest gehalten ist und mit den zweiten Planeten in einem ersten Zahneingriff steht,
- - der Träger rotationsfest mit einem Differenzialkorb des Verteilergetriebes verbunden ist
- - der Träger relativ zur Eingangswelle um die Zentralachse rotierbar in dem Getriebegehäuse rotierbar ist, und
- - der Träger mit den Ausgangswellen über eine zweite getriebliche Wirkverbindung des Verteilergetriebes gekoppelt sind.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Antriebseinheit mit einer derartigen Getriebevorrichtung.
-
Hintergrund der Erfindung
-
US 6 401 850 B1 zeigt eine derartige elektrische Antriebseinheit. Diese Antriebseinheiten werden häufig als Modul zum Antrieb einer Fahrzeugachse in Elektrofahrzeugen oder in allradbetriebenen Hybridfahrzeugen eingesetzt. Das Getriebe ist mit einer Reduzierstufe und mit einem Differenzial versehen. Die Reduzierstufe ist durch ein Planetengetriebe mit Doppelplaneten charakterisiert. Das Sonnenrad des Planetengetriebes ist mit der Rotorwelle des Elektromotors verbunden und steht mit einem ersten Planetensatz der Doppelplaneten im Zahneingriff. Der zweite Planetensatz der Doppelplaneten steht im Zahneingriff mit einem Hohlrad. Das Hohlrad ist am Gehäuse der Antriebseinheit festgelegt. Der Planetenträger (Träger), von dem die Doppelplaneten rotierbar getragen sind, ist mit dem Differenzialkorb des Differenzials verbunden. Das Differenzial ist ein Kegelraddifferenzial, dessen Abtriebsräder über Steckwellen mit Abtriebswellen verbunden sind. Jede der Abtriebswellen ist mit einem angetriebenen Fahrzeugrad der angetriebenen Achse wirkverbunden.
-
Eine weitere Getriebevorrichtung der Gattung ist mit der US 2015 / 0 045 170 A1 offenbart, welche jedoch anstelle eines Kegelraddifferenzials mit einem Planetendifferenzial ausgeführt ist.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Getriebevorrichtung sowie eine elektrische Antriebseinheit zu schaffen, die hinsichtlich der Übersetzungen variabel gestaltet werden kann und die kompakt ausgeführt ist.
-
Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste getriebliche Wirkverbindung wenigstens einen in die Eingangsstufe integrierten Satz dritter Planetenräder aufweist, wobei die dritten Planetenräder um eine zur Zentralachse radial beabstandete zweite Planetenachse rotierbar von dem Träger getragen sind und mit dem ersten Sonnenrad in einem zweiten Zahneingriff stehen und dass jedes dritte Planetenrad mit jeweils einem ersten Planetenrad in einem dritten Zahneingriff steht.
-
Die Erfindung betrifft Getriebevorrichtungen, in die Verteilergetriebe integriert sind. Die Verteilergetriebe sind längs- oder quer im Fahrzeug eingebaut. Die Getriebevorrichtung wird vorzugsweise in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen angewendet. Ein Elektromotor und die Getriebevorrichtung sind in dem Gehäuse aufgenommen. Die Rotorwelle weist eine auf der Zentralwelle liegende Rotationsachse auf und ist mit der Eingangswelle der Getriebevorrichtung verbunden.
-
Die Eigenschaften eines Elektroantriebs werden wesentlich durch die Abstimmung der Getriebeübersetzung mit dem Kennfeld der antreibenden elektrischen Maschine bestimmt. Das ist insbesondere dann schwierig, wenn die Getriebevorrichtungen nur eine feste Übersetzung aufweisen. Die wesentlichen Eigenschaften sind Steigfähigkeit, Beschleunigung, Effizienz (Energieverbrauch) und maximal erreichbare Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei der Wahl einer Übersetzung können nicht alle diese Eigenschaften optimal erfüllt werden. Optimale Übersetzungen für die maximale Steigfähigkeit des Fahrzeuges weichen oft von den erforderlichen Werten der maximalen Endgeschwindigkeit oder Effizienz ab. Die Optimierung dieser Übersetzung ist deshalb entscheidend. Darüber hinaus können diese Anforderungen auch noch in Abhängigkeit von den Segmenten, in denen der Einsatz der Antriebseinheiten vorgesehen ist, variieren. Segmente sind z.B. Stadtfahrzeuge, Kleinst-, Klein-, oder Kompaktwagen, SUV usw.. Den vorgenannten Anforderungen stehen häufig die durch den engen Bauraum und Verzahnungsauslegungen bedingten Restriktionen bei der Auslegung der Getriebe entgegen. Durch die Erfindung bieten sich gegenüber dem bisherigen bekannten Stand der Technik mehr Gestaltungs- und Variationsmöglichkeiten auf engstem Bauraum an. Die Übersetzung der Eingangsstufe kann durch Kombination von zwei Planetensätzen, statt bisher einem, den verschiedenen Fahrzeuganforderungen angepasst werden. Stand- und Endübersetzungen sind vielfältiger gestaltbar.
-
Die dritten Planetenräder sind jeweils, wie die anderen Planetenräder auch, um eine zur Zentralachse radial beabstandete Planetenachse rotierbar von dem Träger getragen. Sie sind doppelt belegt und stehen dazu zugleich mit dem ersten Sonnenrad und einem ersten Planetenrad im Zahneingriff. Das erste Planetenrad ist das eines Doppelplaneten. Der zusätzliche Satz Planetenräder ist demnach in der Eingangsstufe im Leistungsfluss zwischen dem als Leistungseingang der Getriebevorrichtung fungierenden Sonnenrad und dem Doppelplaneten angeordnet. Es ist weiter vorgesehen, dass die Verzahnung der ersten Planetenräder mehr Zähne aufweist als die Verzahnung jedes zweiten Planetenrades. Die Verzahnung jedes zweiten Planetenrades weist mehr Zähne auf als die Verzahnung des dritten Planetenrads. Mit einer derartigen Anordnungen lassen sich insbesondere in Antriebseinheiten, deren elektrische Maschinen mit Drehzahlen von 12000-16000 U/min hochdrehen, auf engstem Bauraum Gesamtübersetzungen von 6 bis 8 erzielen. Die Erfindung sieht dementsprechend eine elektrische Antriebseinheit vor, welche als erste getriebliche Wirkverbindung diese erfindungsgemäße Getriebevorrichtung aufweist.
-
Die zweite getriebliche Wirkverbindung der Getriebevorrichtung, also das Verteilergetriebe, kann als Kegelraddifferenzial oder anders beliebig ausgeführt sein. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Verteilergetriebe ein Planetendifferenzial ist und einen Satz mit vierten Planetenrädern, einen Satz mit fünften Planetenrädern, ein zweites Sonnenrad sowie ein drittes Sonnenrad aufweist. Das dritte Sonnenrad ist koaxial zum zweiten Sonnenrad auf der Zentralachse angeordnet. Jedes vierte Planetenrad steht mit der zweiten Sonne in einem vierten Zahneingriff und jedes vierte Planetenrad steht jeweils mit einem fünften Planetenrad in einem fünften Zahneingriff. Die vierten Planetenräder sind in etwa so breit wie das zweite Sonnenrad. Die fünften Planetenräder sind axial mindestens doppelt so breit wie die vierten Planetenräder, so dass diese mit dem dritten Sonnenrad in einem sechsten Zahneingriff stehen. Die vierten Planetenräder werden deshalb auch als kurze Planetenräder und die breiteren als lange Planetenräder bezeichnet. Das zweite Sonnenrad ist mit einer ersten Ausgangswelle und das dritte Sonnenrad ist mit einer zweiten Ausgangswelle der zwei Ausgangswellen wirkverbunden.
-
Die Zähnezahlen der Verzahnungen und Achsabstände der Planetenachsen zur Zentralwelle der Planetenräder können sich im Verteilergetriebe von Planetensatz zu Planetensatz voneinander unterscheiden oder gleich sein. Die Zähnezahlen der Sonnenräder des Verteilergetriebes können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden. Als Verteilergetriebe ist im Sinne der Erfindung ein Getriebe zu verstehen, in dem eingebrachte Leistung bei Geradeausfahrt permanent anteilig auf die beiden Ausgangswellen, z.B. auf zwei angetriebene Achsen, verteilt wird. Alternativ ist ein Verteilergetriebe im Sinne der Erfindung ein Differenzial einer Achse, in dem die Drehmomente bei Geradeausfahrt ohne Schlupf der beiden Ausgangswellen zueinander zu gleichen Teilen auf die Ausgangswellen aufgeteilt werden.
-
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht für ein Differenzial einer Achse vor, dass die Zähnezahlen der Sonnenräder gleich sind und dass auch die beiden Planetensätze des Planetendifferenzials die gleichen Verzahnungen aufweisen. Mit der Ausgestaltung ist es möglich, vorteilhaft auf engem Bauraum links und rechts einer Achse an den Fahrzeugrädern gleiche Antriebsverhältnisse zu schaffen.
-
Der axial zwischen den Rädern einer angetriebenen Fahrzeugachse zur Verfügung stehende Bauraum ist bestimmend für die Abmessungen der Getriebevorrichtung mit koaxialer Anordnung der Planetenstufen. Dieser ist in der Regel knapp bemessen. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht deshalb vor, dass die mit dem Hohlrad im Zahneingriff stehenden Planetenräder des Doppelplaneten und auch die Planetenräder beider Planetensätze des Verteilergetriebes sowie auch ein Sonnenrad alle radial innerhalb des als Ringrad ausgebildeten Hohlrades angeordnet sind. Die Planetenräder eines der Planetensätze können dabei zum Teil axial aus dem Hohlrad herausragen. Dabei liegen Zahneingriffe der Planetenräder mit dem Hohlrad, die Zahneingriffe der Planetenräder des Planetenverteilergetriebes untereinander und der Zahneingriff der Planetenräder eines Satzes mit einem Sonnenrad des Verteilergetriebes in einer Verzahnungsebene. Die Verzahnungsebene ist eine gedachte und von der Zentralachse senkrecht durchstoßene Radialebene. Durch ein derartiges radiales Ineinander-Schachteln von zwei Planetenstufen kann der axial beanspruchte Bauraum trotz zusätzlicher Planetenstufe gegenüber bekanntem Stand der Technik vergleichbar gleich groß oder kleiner als dieser gehalten werden.
-
Eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die die Planetenräder des Doppelplaneten, die mit dem Hohlrad im Zahneingriff stehen, zumindest jeweils teilweise radial in eine Umfangslücke zwischen den umfangsseitig zueinander beabstandeten Planetenrädern eines Satzes oder beider Sätze des Verteilergetriebes eintauchen. Dadurch kann auch der radial beanspruchte Bauraum vorteilhaft gering gehalten werden.
-
Zahnräder sind in einer getrieblichen Wirkverbindung zwecks Übertragung von Drehbewegungen über Zähne ihre Verzahnungen formschlüssig miteinander gepaart. Von einem Idealzustand ausgehend, in dem der höchstbelastete Zahn im Zahneingriff über seine gesamte Zahnbreite trägt, verläuft z.B. bei Stirnrädern der gemittelte Zahneingriff durch die Zahnmitte - also hälftig der axialen Breite der miteinander im Zahneingriff stehenden Zähne. Gemeinsam in einer Verzahnungsebene liegend heißt, dass die gemittelten Zahneingriffe gemeinsam in einer senkrecht von den Rotationsachsen der Zahnräder durchstoßenen radialen Ebene liegen. Das gilt auch für doppelt oder mehrfach belegte Zahnräder, also für die, die mit mehr als zwei Zahnrädern zugleich im Zahneingriff stehen. In diesem Fall liegen zwei oder mehr gemittelten Zahneingriffe in der gemeinsamen Verzahnungsebene. So sind zum Beispiel Sonnenräder durch einen Satz Planetenräder immer mehrfach belegt. Ein weiteres Beispiel bilden die kurzen Planetenräder des oben beschriebenen Verteilergetriebes. Außerdem können die Zahneingriffe beliebig vieler Zahnradpaarungen in einer gemeinsamen Verzahnungsebene liegen, auch wenn die Zahnradpaarungen untereinander nicht im Zahnkontakt stehen. Dabei wird vernachlässigt, dass die Zahnmitten der in einer Verzahnungsebene liegenden aber nicht gemeinsam im Zahneingriff stehenden Verzahnungen toleranzbedingt axial geringfügig zueinander versetzt sein können. Dabei ist es auch unerheblich, ob die Verzahnungen der in einer Verzahnungsebene liegenden Zahnräder unterschiedlich breit sind.
-
Es ergeben sich zwei Gattungen an doppelt- oder mehrfach belegten Zahnrädern. Die eine Gattung weist die Merkmale der zuvor beschriebenen Zahnräder mit zwei oder mehr gemittelten Zahneingriffen in einer Verzahnungsebene auf. Eine andere Gattung doppelt belegter Zahnräder bildet Stirnräder in Zahneingriffen mit zwei oder mehr Zahnrädern, bei denen die gemittelten Zahneingriffe axial, also in Richtung längs der Rotationsachsen der Zahnräder, versetzt zueinander sind. Dementsprechend liegen die gemittelten Zahneingriffe, obwohl an einem Zahnrad, trotzdem in axial benachbarten Verzahnungsebenen. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Verzahnung bei einem doppelt belegten Zahnrad in diesem Sinne axial durchgängig die gleiche Zahngeometrie aufweist. Letzteres unterscheidet diese Zahnräder von Stufen- oder Doppelplaneten. Ein Beispiel für derartig doppelt belegte Zahnräder sind die kurzen Planetenräder des Verteilergetriebes, die in einer Verzahnungsebene zugleich mit einem Sonnenrad und jeweils mit einem langen Planetenrad eines anderen Planetensatzes im Zahneingriff stehen. Die langen Planetenräder sind ein Sonderfall eines Doppelplaneten, da diese in einer Verzahnungsebene mit den kurzen Planetenrädern und in einer benachbarten Verzahnungsebene mit einem Sonnenrad im Zahneingriff stehen, also auch aus zwei Zahnrädern mit gleicher oder unterschiedlicher Verzahnung zusammengesetzt sein könnten.
-
Der Träger ist vorzugsweise aus einzelnen Trägersegmenten oder Gehäuseteilen zusammengesetzt und damit Planetenträger und Differenzialkorb zugleich. Dadurch sind kostengünstige und Bauraum sparende Bauweisen vorteilhaft umsetzbar.
-
Figurenliste
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- 1 zeigt eine vereinfacht und nicht maßstäblich dargestellte Struktur einer elektrischen Antriebseinheit 1.
- 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer in der Antriebseinheit 1 angewendeten Getriebevorrichtung 2 in einer Gesamtansicht mit einem Teilschnitt durch den Träger 3.
- 3 zeigt eine Explosionsdarstellung der Getriebevorrichtung 2.
- In 4 ist eine Frontalansicht auf das Innere der Getriebevorrichtung 2 ohne Seitenplatte des Trägers 3 dargestellt.
- 5 zeigt vereinfacht schematisch eine Darstellung von Zahnrädern der Getriebevorrichtung 2 mit Blick auf die Rückseite zu der in 4 dargestellten Ansicht.
-
1: Die elektrische Antriebseinheit 1 besteht aus einer elektrischen Maschine 4, der Getriebevorrichtung 2 und aus einem Gehäuse 14. Die elektrische Maschine 4 und die Getriebevorrichtung 2 sind in dem Gehäuse 14 aufgenommen. Die Rotorwelle 5a des Rotors 5 der elektrischen Maschine ist mit dem Eingang der Getriebevorrichtung 2 verbunden. Eingang der Getriebevorrichtung 2 ist das Sonnenrad S1, das auf einer axialen Verlängerung der Rotorwelle 5a sitzt. Ausgang der Getriebevorrichtung sind zwei Ausgangswellen A1 und A2. Die Ausgangswelle A1 ist mit einem Sonnenrad S2 des Verteilergetriebes gekoppelt und die Ausgangswelle A2 mit einem Sonnenrad S3. Die Rotorwelle 5a ist eine Hohlwelle, durch welche die erste Ausgangswelle A1 axial hindurchgeführt ist. Außerdem ist die erste Ausgangswelle A1 durch das erste Sonnenrad S1 hindurchgeführt. Die Getriebevorrichtung 2 ist in eine Eingangsstufe ES und eine Laststufe LS sowie in ein Verteilergetriebe VG eingeteilt. Ein übergreifender Bestandteil der Eingangsstufe ES, der Laststufe LS und des Verteilergetriebes VG ist der Träger 3 mit der Trägerplatte 3a und dem Differenzialkorb 3b und der Trägerplatte 3c. Der Träger 3 ist um die Zentralachse 10 rotierbar in dem Gehäuse 5 gelagert.
-
1 und 3: Die durch die Eingangsstufe ES beschriebene erste getriebliche Wirkverbindung weist die Trägerplatte 3a, zwei Sätze Planetenräder P1 und P3 und das erste Sonnenrad S1 auf. Jeweils ein erstes Planetenrad P1 und ein zweites Planetenrad P2 sind Bestandteil eines Doppelplaneten DP aus einem Satz Doppelplaneten DP. Die Laststufe LS ist aus dem Satz zweiter Planetenräder P2 und aus einem Hohlrad H gebildet. Das Verteilergetriebe VG weist den Differenzialkorb 3b und die Trägerplatte 3c sowie eine aus dem zweiten Sonnenrad S2, dem dritten Sonnenrad S3, dem Satz vierter Planetenräder P4 und dem Satz fünfter Planetenräder P5 gebildete getriebliche Wirkverbindung auf. Die Sonnenräder S1, S2 und S3 liegen relativ zueinander rotierbar auf der Zentralachse 10.
-
3: Die Planetenräder P1 und P2 sind zu dem Doppelplaneten DP zusammengefasst und weisen eine gemeinsame Planetenachse 6 auf. Die Planetenräder P3, P4 und P5 sind um die Planetenachsen 7, 8 bzw. 9 auf Planetenbolzen 11, 12 bzw. 13 rotierbar und mit radialen Abständen zur Zentralachse 10 gelagert.
-
1, 2, 4 und 5: Das zweite Planetenrad P2 steht mit dem Hohlrad H in einem ersten Zahneingriff ZE1. Das erste Sonnenrad S1 steht in der Verzahnungsebene VE1 (1) mit den dritten Planetenrädern P3 in zweiten Zahneingriffen ZE2, wobei jedes dritte Planetenrad P3 in der gleichen Verzahnungsebene VE1 zugleich jeweils mit einem ersten Planetenrad P1 in einem dritten Zahneingriff ZE3 steht. In der Verzahnungsebene VE2 stehen das Hohlrad H und die zweiten Planetenräder P2, die kurzen vierten Planetenräder P4 mit dem zweiten Sonnenrad S2 sowie mit jeweils einem fünften Planetenrad P5 in den Zahneingriffen ZE1, ZE4 bzw. ZE5. Die zweiten Planetenräder P2, die vierten Planetenräder P4 und das zweite Sonnenrad S2 sind radial innerhalb des als Ringrades ausgeführten Hohlrades H angeordnet, also von diesem umgeben. Das Hohlrad H ist an dem Gehäuse 5 befestigt. Die langen fünften Planetenräder P5 sind doppelt belegt und stehen außer dem Zahneingriff ZE5 jeweils auch noch im sechsten Zahneingriff ZE6 mit dem dritten Sonnenrad S3 (siehe 1 und 5). Jedes der zweiten Planetenräder P2 taucht radial jeweils in eine Lücke zwischen den umfangsseitig zueinander beabstandeten vierten Planetenrädern P5 und fünften Planetenrädern P5 ein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- elektrische Antriebseinheit
- A1
- Ausgangswelle
- 2
- Getriebevorrichtung
- A2
- Ausgangswelle
- 3
- Träger
- ES
- Eingangsstufe
- 3a
- Trägerplatte
- LS
- Laststufe
- 3b
- Differenzialkorb
- P1
- erstes Planetenrad
- 3c
- Trägerplatte
- P2
- zweites Planetenrad
- 4
- elektrische Maschine
- P3
- drittes Planetenrad
- 5
- Gehäuse
- P4
- viertes Planetenrad
- 6
- Planetenachse der Planetenräder P1 und P2
- P5
- fünftes Planetenrad
- 7
- Planetenachse des Planetenrads P3
- S1
- erstes Sonnenrad
- 8
- Planetenachse des Planetenrads P4
- S2
- zweites Sonnenrad
- 9
- Planetenachse des Planetenrads P5
- S3
- drittes Sonnenrad
- 10
- Zentralachse
- H
- Hohlrad
- 11
- Planetenbolzen des Planetenrads P3
- VG
- Verteilergetriebe
- 12
- Planetenbolzen des Planetenrads P4
- DP
- Doppelplanet
- 13
- Planetenbolzen des Planetenrads P5
- VE1
- erste Verzahnungsebene
- 14
- Gehäuse
- VE2
- zweite Verzahnungsebene
- VE3
- dritte Verzahnungsebene
- ZE1
- erster Zahneingriff
- ZE2
- zweiter Zahneingriff
- ZE3
- dritter Zahneingriff
- ZE4
- vierter Zahneingriff
- ZE5
- fünfter Zahneingriff
- ZE6
- sechster Zahneingriff
