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Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für eine elektrische Achse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrische Achse mit der Getriebeanordnung sowie ein Fahrzeug mit der elektrischen Achse.
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Elektrofahrzeuge weisen als Traktionsmotor mindestens einen Elektromotor auf. Einige Bauformen der Elektrofahrzeuge weisen Nabenmotoren auf, wobei jedem angetriebenen Rad ein eigener Nabenmotor zugeordnet ist. Andere Bauformen verwenden elektrische Achsen, wobei das Antriebsdrehmoment des Elektromotors zum Beispiel mittels eines Differenzials auf zwei angetriebene Räder des Elektrofahrzeugs verteilt wird. Üblicherweise haben Elektromotoren eine höhere Drehzahl als Verbrennungsmotoren, so dass zwischen Elektromotor und den angetriebenen Rädern und insbesondere vor dem Differenzial mittels einer Übersetzung die Drehzahl im Antriebsstrang reduziert wird. Gerade bei Eingang-Elektrofahrzeugen ist der Getriebeaufbau verglichen mit einem mehrgängigen Schaltgetriebe bei einem Verbrennungsmotor sehr einfach.
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Die Druckschrift
DE 10 2015 214 033 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Getriebeeingangsstufe und ein über einen gemeinsamen Planetenträger damit verbundenes Differenzial, wobei das Differenzial einen ersten und einen zweiten Planetensatz und die Getriebeeingangsstufe einen dritten Planetensatz aufweist, wobei die drei Planetensätze an dem gemeinsamen Planetenträger angeordnet sind. Der Planetenträger ist relativ zu einem Gehäuse oder Gestell über eine Lageranordnung gelagert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeanordnung für Fahrzeug und insbesondere für eine elektrische Achse vorzuschlagen, welche besonders steif ausgebildet ist. Diese Aufgabe wird durch eine Getriebeanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine elektrische Achse mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Getriebeanordnung, welche für ein Fahrzeug, insbesondere als eine elektrische Achse, geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Getriebeanordnung bildet insbesondere einen Zwischenabschnitt des Antriebsstrangs zwischen einem Elektromotor und den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs. Vorzugsweise wird über die Getriebeanordnung das vollständige Antriebsdrehmoment des Elektromotors, insbesondere zu den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs, als Traktionsmoment, insbesondere Haupttraktionsmoment, durchgeleitet.
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Die Getriebeanordnung ist als ein Planetentrieb ausgebildet und weist insbesondere als zentrale Komponente einen Planetenträger auf.
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Die Getriebeanordnung weist eine Getriebeeingangsstufe auf. Die Getriebeeingangsstufe hat insbesondere die Funktion, eine Übersetzung des Antriebsdrehmoments umzusetzen, wobei die Eingangsdrehzahl größer als die Ausgangsdrehzahl ist. Somit wird durch die Getriebeeingangsstufe die Drehzahl des Antriebsdrehmoments reduziert, insbesondere um die hohe Drehzahl des Elektromotors an die niedrige Drehzahl der angetriebenen Räder anzupassen. Die Getriebeeingangsstufe weist ein Eingangssonnenrad und einen Satz Eingangsplanetenräder auf. Das Eingangssonnenrad und die Eingangsplanetenräder sind jeweils als Stirnzahnräder und/oder Stirnzahnräderabschnitte ausgebildet. Die Eingangsplanetenräder stehen mit dem Eingangssonnenrad im Eingriff. Die Eingangsplanetenräder werden von dem Planetenträger getragen und sind somit an diesem angeordnet. Die Eingangsplanetenräder können um jeweils eigene Rotationsachse rotieren, wobei die Rotationsachsen in einem Teilkreisdurchmesser um eine Hauptdrehachse der Getriebeanordnung angeordnet sind. Insbesondere sind die Eingangsplanetenräder an dem Planetenträger drehbar gelagert. Es kann vorgesehen sein, dass die Eingangsplanetenräder in dem Planetenträger teilweise oder vollständig integriert oder positioniert sind. Das Eingangssonnenrad bildet einen Eingang in die Getriebeeingangsstufe, der Planetenträger bildet einen Ausgang aus der Getriebeeingangsstufe.
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Die Getriebeanordnung weist eine Differentialstufe auf, wobei die Getriebeeingangsstufe und die Differentialstufe über den gemeinsamen Planetenträger miteinander verbunden sind. Die Differentialstufe hat die Funktion, das Antriebsdrehmoment aus der Getriebeeingangsstufe zu verteilen. Die Differentialstufe weist ein erstes und ein zweites Ausgangssonnenrad auf. Der Planetenträger bildet einen Eingang in die Differentialstufe, die Ausgangssonnenräder bilden jeweils einen Ausgang aus der Differentialstufe. Die Differentialstufe weist einen Satz erste Ausgangsplanetenräder und einen Satz zweite Ausgangsplanetenräder auf. Die Ausgangssonnenräder und die Ausgangsplanetenräder sind jeweils als Stirnzahnräder und/oder Stirnzahnräderabschnitte ausgebildet. Das erste Ausgangssonnenrad kämmt mit den ersten Ausgangsplanetenrädern, das zweite Ausgangssonnenrad kämmt mit den zweiten Ausgangsplanetenrädern. Die ersten und zweiten Ausgangsplanetenräder kämmen paarweise miteinander. Dies bedeutet insbesondere, dass ein erstes Ausgangsplanetenrad mit einem zweiten Ausgangsplanetenrad in Eingriff steht und/oder kämmt. Die Ausgangsplanetenräder bilden in der Differentialstufe insbesondere Ausgleichsräder, welche einen Ausgleich zwischen den Ausgangssonnenräder ermöglichen. Die ersten Ausgangsplanetenräder weisen jeweils eigene Rotationsachsen auf, welche in einem Teilkreisdurchmesser um die Drehachse angeordnet sind. Die zweiten Ausgangsplanetenräder weisen ebenfalls jeweils eigene Rotationsachsen auf, welche in einem weiteren Teilkreisdurchmesser um die Drehachse angeordnet sind.
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Die Getriebeanordnung weist eine Lageranordnung zur Lagerung des Planetenträgers auf. Insbesondere lagert die Lageranordnung den Planetenträger relativ zu einem Gestell und/oder zu einem Gehäuse der Getriebeanordnung. Optional bildet das Gehäuse einen Teil der Getriebeanordnung.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lageranordnung eine erste und eine zweite Lagereinrichtung aufweist. Insbesondere sind die Lagereinrichtungen als Wälzköperlagereinrichtungen, insbesondere einreihige Wälzköperlagereinrichtungen, ausgebildet. Die Lagereinrichtungen sind in O-Anordnung angeordnet. Bei der O-Anordnung zeigen die von den Drucklinien der Lagereinrichtungen gebildeten Kegel mit ihren Spitzen nach außen. Alternativ oder ergänzend bilden die Drucklinien der Lagereinrichtungen in einem Längsschnitt ein Viereck, wobei zwei Ecken auf der Hauptdrehachse der Getriebeanordnung angeordnet sind.
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Der Abstand der Druckkegelspitzen wird als Stützbasis H bezeichnet. Bei der O-Anordnung ist die Stützbasis H größer als bei der X-Anordnung so dass der Planetenträger bei der O-Anordnung im Vergleich zu einer X-Anordnung mit einem kurzen oder kürzeren Lagerabstand mit einem geringen oder geringeren Kippspiel geführt ist. Somit weist die Erfindung den Vorteil auf, dass die Steifigkeit der Getriebeeingangsstufe und/oder des Planetenträgers erhöht ist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Lagereinrichtungen als Schräglager ausgebildet. Insbesondere weisen die Lagereinrichtungen jeweils nur eine Drucklinie zur Übertragung von Lagerkräften auf.
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Bei einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Lagereinrichtungen und/oder die Schräglager als Kegelrollenlager ausgebildet. Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Lagereinrichtungen als Schrägkugellager ausgebildet. Beide Lagertypen weisen den Vorteil auf, dass bei diesen eine Spielregulierung möglich ist, so dass eine enge Führung erreicht werden kann.
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Prinzipiell ist es möglich, dass der Planetenträger als eine Baugruppe aus Umformteilen ausgebildet ist. Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist der Planetenträger ein Massivbauteil auf oder ist als dieses ausgebildet. Besonders bevorzugt bildet das Massivbauteil einen Träger für Bolzen, auf denen die Eingangsplanetenräder, die ersten Ausgangsplanetenräder und/oder die zweiten Ausgangsplanetenräder drehbar angeordnet sind. Durch die Ausbildung als Massivbauteil wird die Steifigkeit der Getriebeanordnung weiter erhöht.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die Lagereinrichtungen jeweils einen Außenringabschnitt auf, wobei der Außenringabschnitt eine Außenlaufbahn der Lagereinrichtungen trägt. Der Außenringabschnitt ist mit dem Planetenträger fest verbunden und/oder trägt den Planetenträger. Die Lagereinrichtungen weisen jeweils einen Innenringabschnitt auf, wobei der Innenringabschnitt eine Innenlaufbahn der Lagereinrichtungen trägt. Der Innenringabschnitt ist mit einem Gestell und/oder mit einem Gehäuse der Getriebeanordnung insbesondere fest verbunden. Durch diese Ausgestaltung kann der Bauraum der Getriebeanordnung besonders klein gehalten werden und trotzdem eine ausreichende Steifigkeit durch die besondere Anordnung der Lagereinrichtungen gewährleistet werden.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Getriebeanordnung einen Hohlradabschnitt auf, wobei die Eingangsplanetenräder als Doppelplanetenräder ausgebildet sind. Die Doppelplanetenräder weisen jeweils einen ersten Radabschnitt und einen zweiten Radabschnitt auf. Der erste Radabschnitt kämmt mit dem Eingangssonnenrad. Der zweite Radabschnitt kämmt mit dem Hohlradabschnitt. Vorzugsweise ist der Hohlradabschnitt stationär relativ zu dem Gehäuse und/oder zu dem Gestell angeordnet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet eine elektrische Achse mit den Merkmalen des Anspruchs 9, wobei diese den Elektromotor als Traktionsmotor und eine Getriebeanordnung wie diese zuvor beschrieben wurde und/oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung wird durch ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, mit der elektrischen Achse gebildet.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eine Getriebeanordnung als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 in gleicher Darstellung wie 1 eine Getriebeanordnung als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung eine Getriebeanordnung 1 für eine elektrische Achse 2 für ein Fahrzeug 3. Die elektrische Achse 2 weist einen Elektromotor 4 auf, welcher einen Traktionsmotor für das Fahrzeug 3 bildet und welcher in Wirkverbindung mit einem Eingang E der Getriebeanordnung 1 steht. Die Getriebeanordnung 1 übersetzt das Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor 4 und verteilt das übersetzte Antriebsdrehmoment auf zwei Ausgänge A1, A2 der Getriebeanordnung 1. Die Getriebeanordnung 1 übernimmt somit die Funktion einer Übersetzungsstufe und einer Differenzialstufe.
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Die Getriebeanordnung 1 kann in eine Getriebeeingangsstufe 5 und in eine Differenzialstufe 6 aufgeteilt werden. Die Getriebeeingangsstufe 5 und die Differenzialstufe 6 sind über einen gemeinsamen Planetenträger 11 miteinander wirkverbunden. Die Getriebeeingangsstufe 5 weist den Eingang E auf. Ein Zwischenausgang wird durch den Planetenträger 11 gebildet. Ferner bildet der Planetenträger 11 einen Zwischeneingang in die Differenzialstufe 6. Die Differenzialstufe 6 weist die Ausgänge A1, A2 auf.
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Die Getriebeeingangsstufe 5 bildet die Übersetzungsstufe und weist ein Eingangssonnenrad 7 auf, welche den Eingang E bildet. Das Eingangssonnenrad 7 weist eine Aufnahme für eine Steckwelle auf, am Außenumfang ist das Eingangssonnenrad 7 verzahnt. Ferner weist die Getriebeeingangsstufe 5 einen Satz Eingangsplanetenräder 8 auf, welche als Doppelplanetenräder ausgebildet sind. Die Eingangsplanetenräder 8 weisen jeweils einen ersten Radabschnitt 9 und einen zweiten Radabschnitt 10 auf, welche koaxial und drehfest zueinander angeordnet sind. Die Eingangsplanetenräder 8 sind in einem Teilkreisdurchmesser um eine Hauptdrehachse H an dem Planetenträger 11 drehbar angeordnet. In dem Ausführungsbeispiel werden die Eingangsplanetenräder 8 über Eingangsbolzen 12 drehbar gelagert. Die Eingangsbolzen 12 sind in dem Planetenträger 11 aufgenommen und befestigt. Der erste Radabschnitt 9 kämmt mit dem Eingangssonnenrad 7. Die Getriebeeingangsstufe 6 weist einen Hohlradabschnitt 13 auf, wobei der Hohlradabschnitt 13 stationär in einem Gehäuse 14 der Getriebeanordnung 1 festgelegt ist. Der zweite Radabschnitt 10 kämmt mit dem Hohlradabschnitt 13. Es ist vorgesehen, dass der Teilkreisdurchmesser des ersten Radabschnitts 9 größer als der Teilkreisdurchmesser des zweiten Radabschnitts 10 ist, so dass die zwischen Ausgangsdrehzahl am Planetenträger 11 kleiner als die Eingangsdrehzahl an dem Eingangssonnenrad 7 ist. Prinzipiell wäre es auch möglich, dass die Eingangsplanetenräder 8 jeweils nur einen Radabschnitt aufweisen, welcher mit dem Hohlradabschnitt 13 und mit dem eingangssonnenrad 7 kämmt.
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Die Differenzialstufe 6 weist ein erstes Ausgangssonnenrad 15 und ein zweites Ausgangssonnenrad 16 auf. Die Ausgangssonnenräder 16, 17 bilden die Ausgänge A1, A2 und sind koaxial zueinander angeordnet. Die Ausgangssonnenräder 15, 16 weisen jeweils eine Aufnahme für eine Steckwelle auf und sind am Außenumfang verzahnt. Die Aufnahmen weisen die gleiche Aufnahmerichtung für Steckwelle auf. Ferner weist die Differenzialstufe 6 einen Satz erste Ausgangsplanetenräder und einen Satz zweite Ausgangsplanetenräder auf. Die ersten und zweiten Ausgangsplanetenräder sind in der Darstellung in den 1 und 2 grafisch verdeckt. Die ersten Ausgangsplanetenräder sind mit den Rotationsachsen in einem Teilkreisdurchmesser um die Hauptdrehachse H angeordnet und relativ zu dem Planetenträger 11 gelagert. Beispielsweise sind in dem Planetenträger 11 erste Ausgangsbolzen festgelegt, auf denen die ersten Ausgangsplanetenräder drehbar gelagert sind. Die zweiten Ausgangsplanetenräder sind mit den Rotationsachsen in einem Teilkreisdurchmesser um die Hauptdrehachse H angeordnet und relativ zu dem Planetenträger 11 gelagert. Beispielsweise sind in dem Planetenträger 11 zweite Ausgangsbolzen festgelegt, auf denen die zweiten Ausgangsplanetenräder drehbar gelagert sind. Die ersten Ausgangsplanetenräder kämmen mit dem ersten Ausgangssonnenrad 15, die zweiten Ausgangsplanetenräder kämmen mit dem zweiten Ausgangssonnenrad 16. Ferner kämmt genau ein erstes Ausgangsplanetenrad jeweils mit genau einem zweiten Ausgangsplanetenrad und/oder die ersten Ausgangsplanetenräder kämmen paarweise mit den zweiten Ausgangsplanetenrädern. Damit bilden die Ausgangsplanetenräder Ausgleichsräder in der Differenzialstufe 6 und/oder der Planetenträger 11 bildet einen Differenzialkorb.
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Der Planetenträger 11 ist über eine Lageranordnung 17 relativ zu einem Gestell und in diesem Ausführungsbeispiel relativ zu dem Gehäuse 14 drehbar um die Hauptdrehachse H gelagert. Die Lageranordnung 17 weist eine erste Lagereinrichtung 18 und eine zweite Lagereinrichtung 19 auf. Die Lagereinrichtungen 18,19 sind axial außenseitig zu dem Planetenträger 11 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Planetenträger 11 einen Hauptkörper 20 auf, welcher als ein Massivbauteil ausgebildet ist, wobei die Eingangsbolzen 12 und gegebenenfalls Ausgangsbolzen in dem Hauptkörper 20 festgelegt sind. Axial beidseitig zu dem Hauptkörper 20 sind eine erste Seitenscheibe 21 und eine zweite Seitenscheibe 22 angeordnet. Die Seitenscheiben 21, 22 bilden axiale Abschlüsse des Planetenträgers 11. Die Lagereinrichtungen 18, 19 sind an den Seitenscheiben 21, 22 angeordnet.
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Die Lagereinrichtungen 21, 22 sind als Schräglager, in dem Ausführungsbeispiel in der 1 als Schrägkugellager ausgebildet. Diese weisen jeweils einen Außenringabschnitt 23 und einen Innenringabschnitt 24 auf, zwischen denen Wälzkörper 25, ausgebildet als Kugeln, abwälzend angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Außenringabschnitt 23 der ersten Lagereinrichtung 18 mit dem Planetenträger 11 und genauer betrachtet mit der ersten Seitenscheibe 21 fest verbunden. Der Innenringabschnitt 24 der ersten Lagereinrichtung 18 ist dagegen relativ zu dem Gehäuse 14 oder zu einem Gestell, also einer anderen stationären Lagerstelle in dem Fahrzeug 3 stationär angeordnet. Der Außenringabschnitt 23 der zweiten Lagereinrichtung 22 ist in einem Ring aufgenommen, welcher an der zweiten Seitenscheibe festgelegt ist.
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Die als Schrägkugellager ausgebildeten Lagereinrichtungen 21, 22 sind in einer O-Anordnung arrangiert. Das bedeutet, dass sich eine Drucklinie D1 der ersten Lagereinrichtung 18 mit einer Drucklinie D2 der zweiten Lagereinrichtung 19 in dem gezeigten Längsschnitt in einem Punkt schneidet, welcher in einem Abstand zu der Hauptdrehachse H positioniert ist. Insbesondere sind Spitzen von Kegeln, welche durch die Gesamtheit der Drucklinien D1 bei der ersten Lagereinrichtung 18 und die Gesamtheit der Drucklinien D2 bei der zweiten Lagereinrichtung 19 gebildet sind, voneinander abgewandt. Die auf diese Weise gebildete O-Anordnung ermöglicht eine hohe Steifheit bei der Lagerung des Planetenträgers 11 und führt somit zu einer hohen Steifheit bei der Getriebeanordnung 1.
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Der Vorteil der Getriebeanordnung 1 durch die Lagerung in O-Anordnung und vor allem in Verbindung mit der konstruktiven Ausgestaltung, dass die Außenringabschnitte 23 der Lagereinrichtungen 18, 19 mit dem Planetenträger 11 verbunden sind, führt dazu, dass die Lageranordnung 17 sehr kompakt und damit bauraumsparend ausgeführt ist und zugleich eine hohe Steifigkeit der Getriebeanordnung 1 sicherstellt.
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Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Teile wie bei dem Ausführungsbeispiel in der Figur eins verweisen. Der einzige Unterschied ist, dass die Lagereinrichtungen 18,19 Kegelrollen in O-Anordnung Wälzkörper 25 statt Kugeln aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebeanordnung
- 2
- elektrische Achse
- 3
- Fahrzeug
- 4
- Elektromotor
- 5
- Getriebeeingangsstufe
- 6
- Differenzialstufe
- 7
- Eingangssonnenrad
- 8
- Eingangsplanetenräder
- 9
- erster Radabschnitt
- 10
- zweite Radabschnitt
- 11
- Planetenträger
- 12
- Eingangsbolzen
- 13
- Hohlradabschnitt
- 14
- Gehäuse
- 15
- erstes Ausgangssonnenrad
- 16
- zweites Ausgangssonnenrad
- 17
- Lageranordnung
- 18
- erste Lagereinrichtung
- 19
- zweite Lagereinrichtung
- 20
- Hauptkörper
- 21
- erste Seitenscheibe
- 22
- zweite Seitenscheibe
- 23
- Außenringabschnitt
- 24
- Innenringabschnitt
- 25
- Wälzkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015214033 A1 [0003]
