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Die Erfindung betrifft einen Planetenträger für ein Planetengetriebe sowie ein Planetengetriebe mit einem solchen Planetenträger gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Bei Kraftfahrzeugen mit elektrischen Antriebsmotoren ist es notwendig, das Drehmoment des elektrischen Antriebsmotors zu erhöhen, um ein entsprechend hohes Antriebsmoment an die angetriebenen Räder zu leiten. Dazu sind elektrische Antriebsmotoren bekannt, welche als zentraler Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges für den Antrieb des Kraftfahrzeuges sorgen. Ferner sind elektrische Antriebsmotoren, insbesondere Radnabenmotoren, bekannt, welche unmittelbar jeweils ein Rad eines Kraftfahrzeuges antreiben. Auch bei solchen direkten Radantrieben wird die Drehzahl des Elektromotors durch ein Untersetzungsgetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe reduziert, um das Antriebsmoment zu erhöhen. Direkte Radantriebe bieten zahlreiche Vorteile in der Ansteuerung des angetriebenen Rades sowie beim Bauraum. Ferner bieten hochintegrierte Radnabenantriebe neben einer perfekten Raumnutzung auch deutliche Vorteile in punkto Manövrierbarkeit, Fahrdynamik sowie aktiver Sicherheit. Dies kann zukünftig insbesondere in Kombination mit Autonomem Fahren eine bedeutende Rolle spielen. Damit könnte der elektrische Radnabenantrieb zu einem Antrieb von übermorgen und einer wertvollen Ergänzung des Antriebsfächers werden, der global gesehen weiterhin von dem zunehmend elektrifizierten verbrennungsmotorischen Antriebsstrang bestimmt werden wird.
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Aus der
DE 10 2017 125 907 B3 ist eine Radantriebsanordnung mit einem Getriebegehäuse, einem Planetenträger, der in dem Getriebegehäuse aufgenommen ist, mehreren Planetenrädern, die von dem Planetenträger getragen sind, einer Radantriebswelle und einem Wellengelenk zur kinematischen Koppelung der Radantriebswelle mit dem Planetenträger bekannt. Dabei ist an dem Planetenträger ein einstückig mit diesem gefertigter Glockenabschnitt ausgebildet. Dieser Glockenabschnitt bildet einen Bestandteil des Wellengelenks.
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Aus der
DE 10 2010 049 615 A1 ist eine Einzelradantriebsvorrichtung bekannt, wobei die Antriebswelle einer elektrischen Antriebsmaschine über ein Wellengelenk mit dem angetriebenen Rad gekoppelt wird.
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Ferner sind elektrische Antriebsmotoren zum Direktantrieb eines Antriebsrades eines Kraftfahrzeuges bekannt, welche ohne ein zusätzliches Differenzial mit dem Antriebsrad verbunden sind. Nachteilig an einer solchen Lösung ist jedoch, dass für eine Verbindung des elektrischen Antriebsmotors mit dem Rad eine aufwendige Verschraubung notwendig ist oder ein Zusatzelement für die Verbindung eingebracht werden muss, um ein hohes Drehmoment auf die Antriebswelle zu übertragen. Dadurch müssen ein Flansch mit einem relativ großen Durchmesser und eine relativ große Dichtung verwendet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Planetengetriebe kompakter ausführen zu können und insbesondere in radialer Richtung Bauraum einzusparen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Planetenträger für ein Planetengetriebe gelöst, wobei in den Planetenträger eine Abtriebsschnittstelle integriert ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Abtriebsschnittstelle eine Steckverzahnung aufweist, welche mit einer Verzahnung an einer in dem Planetenträger aufnehmbaren Abtriebswelle in Wirkverbindung treten kann, um ein Abtriebsmoment des Planetengetriebes auf die Abtriebswelle zu übertragen. Durch einen erfindungsgemäßen Planetenträger kann ein Planetengetriebe kleiner und kompakter ausgeführt werden, wodurch das Gewicht und die Fertigungskosten für das Planetengetriebe reduziert werden können. Dadurch kann das Ansprechverhalten verbessert werden, da die Massenträgheiten in dem Planetengetriebe verringert und somit die Dynamik erhöht wird.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen des im unabhängigen Anspruch vorgeschlagenen Planetenträgers möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Planetenträgers ist vorgesehen, dass der Planetenträger zwei- oder mehrteilig ausgeführt ist, wobei der Planetenträger zumindest einen Deckel und ein Trägerelement umfasst. Durch einen zwei- oder mehrteiligen Planetenträger kann die Fertigung des Planetenträgers sowie die Montage vereinfacht werden. Zudem kann die Festigkeit in den unterschiedlichen Bereichen des Planetenträgers angepasst werden, wodurch das Gewicht reduziert werden kann und die Fertigungskosten verringert werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Planetenträgers ist vorgesehen, dass das Trägerelement aus einem geschmiedeten Metall, insbesondere einem geschmiedeten Eisenmetall, ausgeführt ist. Durch ein geschmiedetes Metall kann eine hohe Festigkeit des Bauteils erzielt werden, wodurch das Trägerelement auch hohen mechanischen Belastungen dauerhaft standhält. Zudem kann der Materialeinsatz gegenüber einem spanend hergestellten Trägerelement verringert werden, wodurch die Herstellkosten reduziert werden können.
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In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass das geschmiedete Trägerelement partiell wärmebehandelt ist, um die Festigkeit zumindest im Bereich der Steckverzahnung zu erhöhen. Durch eine partielle Wärmebehandlung, insbesondere durch einen thermischen Härteprozess, kann die Festigkeit des Trägers weiter erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich können durch eine Wärmebehandlung Spannungen im Material reduziert werden, wodurch die Dauerhaltbarkeit weiter verbessert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Planetenträgers ist vorgesehen, dass der Deckel aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, aus einem ungehärteten Eisenwerkstoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff ausgeführt ist. Da der Deckel nur geringe mechanische Kräfte und Momente zu übertragen hat, kann für den Deckel ein vergleichsweise leichter und kostengünstiger Werkstoff gewählt werden.
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In einer weiteren Verbesserung des Planetenträgers ist vorgesehen, dass der Deckel und das Trägerelement mittels Verbindungselement, insbesondere mittels einer Nietverbindung, miteinander verbunden sind. Eine Nietverbindung kann prozesstechnisch einfach und schnell umgesetzt werden, wobei der Nietvorgang schneller als ein vergleichbarer Verschraubungsvorgang durchgeführt werden kann. Zudem bietet ein Vernieten gegenüber einer Verschraubung eine deutlich höhere Sicherheit gegen ein Lösen der Verbindung.
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Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Deckel und das Trägerelement mittels einer Schraubverbindung miteinander verbunden sind. Durch eine Verschraubung kann eine reversibel lösbare Verbindung zwischen dem Deckel und dem Trägerelement des Planetenträgers realisiert werden. Dadurch kann eine einfache Demontage im Zuge einer Kontrolle oder einer Wartung erfolgen. Insbesondere können durch eine Schraubverbindung auf einfache Art und Weise die Planetenräder ausgetauscht werden, wenn an einer Verzahnung eines Planetenrades ein Verschleiß festgestellt wird.
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Alternativ sind auch weitere Verbindungsarten wie ein Durchsetzfügen oder andere form-, kraft- oder stoffschlüssige Verbindungsverfahren vorstellbar.
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Erfindungsgemäß wird ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und einem gestuften Planetenrad vorgeschlagen, wobei das Sonnenrad in einer ersten Verzahnungsebene mit einer ersten Verzahnung des gestuften Planetenrads in Eingriff steht. Dabei ist das gestufte Planetenrad auf einem solchen Planetenträger drehbar gelagert, sodass ein Antrieb des Planetengetriebes über das Sonnenrad und ein Abtrieb mit einer gegenüber der Drehzahl des Sonnenrads reduzierten Abtriebsdrehzahl über den Planetenträger erfolgt. Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Planetenträgers bei einem solchen Planetengetriebe, insbesondere bei einem Planetengetriebe für einen direkten Radantrieb eines Kraftfahrzeuges eines Elektrofahrzeuges, kann das Planetengetriebe leichter, kompakter und kostengünstiger ausgeführt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Planetengetriebes ist vorgesehen, dass der Planetenträger mittels eines ersten Lagers und eines zweiten Lagers beidseitig drehbar gelagert ist. Dabei sind die Lager vorzugsweise als Axialnadellager ausgebildet. Durch entsprechende Lagerstellen ist eine Drehung des Planetenträgers möglich.
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Dabei wird durch die vergleichsweise hohe Stützbreite die Gefahr eines Verkippens des Planetenträgers reduziert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwischen dem Planetenträger und einem Gehäuse des Planetengetriebes eine Dichtung angeordnet ist. Durch die Dichtung kann ein Austreten von Schmiermittel aus dem Planetengetriebe, insbesondere von einem Öl zur Schmierung der Verzahnungen und/oder der Lagerung des gestuften Planetenrades verhindert werden. Durch den erfindungsgemäßen Planetenträger können zudem die Lager und die Dichtung mit vergleichsweise geringen Durchmessern ausgeführt werden, wodurch die kompakte Bauweise des Planetengetriebes unterstützt wird und die Kosten für die Lager und die Dichtung reduziert werden können.
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In einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist vorgesehen, dass an dem Planetenträger im Bereich der Steckverzahnung eine Aufnahmenut für einen Sicherungsring ausgebildet ist, mit welchem eine Abtriebswelle in dem Planetenträger gesichert werden kann. Durch eine Aufnahmenut kann die Lage und Position eines Sicherungsringes festgelegt werden. Dabei kann der Sicherungsring formschlüssig in die Aufnahmenut einrasten, um die Position einer in der Steckverzahnung aufgenommenen Abtriebswelle relativ zu der Position des Planetenträgers des Planetengetriebes zu sichern.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes für einen direkten Radantrieb eines Kraftfahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Planetenträger in einer Schnittdarstellung; und
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes für einen direkten Radabtrieb eines Kraftfahrzeuges in einer dreidimensionalen Darstellung.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes 10 dargestellt. Das Planetengetriebe 10 umfasst ein Sonnenrad 11, ein zweistufiges Planetenrad 12 und einen Planetenträger 1. Dabei ist das zweistufige Planetenrad 12, vorzugsweise mittels Nadellagern, drehbar auf dem Planetenträger 1 gelagert. Der Planetenträger 1 ist als mehrteiliger, vorzugsweise zweiteiliger, Planetenträger 1 ausgeführt und umfasst ein Trägerelement 2 und einen Deckel 8. Da der Deckel 8 nur mit vergleichsweise geringen Kräften und Momenten belastet wird, ist der Deckel 8 vorzugsweise in Leichtbauweise aus einem Leichtmetall, einem Faserverbundwerkstoff oder einem dünnwandigen Eisenmetall, insbesondere einem Stahl, ausgeführt. Eine Nachbehandlung, insbesondere eine Wärmebehandlung des Deckels 8 kann somit entfallen, wodurch die Kosten für das Planetengetriebe 10 reduziert werden können. Das mechanisch deutlich höher belastete Trägerelement 2 ist vorzugsweise als ein Schmiedeteil, insbesondere ein Eisen-Schmiedeteil, ausgeführt. Darüber hinaus ist das Trägerelement 2 zumindest partiell wärmebehandelt, um die Festigkeit des Trägerelements 2 weiter zu steigern. Durch die Reduzierung der Last und der Trennebene auf der Seite der geringen Last kann der gesamte Planetenträger 1 gewichtsoptimiert ausgeführt werden.
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Das Trägerelement 2 des Planetenträgers 1 weist eine zentrische Öffnung auf, an welcher eine Steckverzahnung 5 ausgebildet ist. Ferner ist in die zentrische Öffnung eine Aufnahmenut 18 für einen Sicherungsring 6 eingebracht. Der Planetenträger 1 ist mittels zwei Wälzlagern 3, 17 drehbar in einem Gehäuse des Planetengetriebes 10 gelagert. Die Wälzlager 3, 17 sind vorzugsweise als Axialnadellager ausgeführt, um eine kompakte Bauweise des Planetengetriebes 10 zu unterstützen. Zwischen dem Trägerelement 2 des Planetenträgers 1 und dem Gehäuse 9 ist zudem eine Dichtung 4 vorgesehen, um einen Austritt von Schmiermittel aus dem Planetengetriebe 10 zu vermeiden. Der Deckel 8 und das Trägerelement 2 sind vorzugsweise mittels einer Nietverbindung miteinander verbunden. Dazu sind mehrere Nieten 7 vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Planetenträgers 1 verteilt, angeordnet.
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Wegen der Steckverzahnung 5, die direkt in das Trägerelement 2 des Planetenträgers 1 eingebracht wird, und der dadurch radial kompakten Bauweise kann gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen sowohl ein kleineres Lager 3, 17 als auch eine kleinere Dichtung 4 in dem Planetengetriebe 10 verbaut werden. Dies hat positiven Einfluss auf die Leistung und das Ansprechverhalten bei der Drehmomentübertragung durch das Planetengetriebe 10. Die Massenträgheit des Planetengetriebes 10 wird dadurch verringert und die Dynamik erhöht.
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Die Kraftübertragung zwischen dem Deckel 8 und dem Trägerelement 2 des Planetenträgers 1 wird mit Hilfe der Nieten 7 verwirklicht. Alternativ sind aber auch andere Verbindungsarten des Deckels 8 mit dem Trägerelement 2 wie ein Verschrauben, eine Durchsetzführung oder ähnliches möglich. Prinzipiell sind auch andere form-, kraft- oder stoffschlüssige Verbindungen zwischen dem Deckel 8 und dem Trägerelement 2 des Planetenträgers 1 möglich.
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Das Antriebsmoment eines elektrischen Antriebsmotors, insbesondere eines Radnabenmotors zum direkten Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeuges, wird über eine nicht dargestellte Antriebswelle über eine Eingangsschnittstelle 15 auf das Sonnenrad 11 übertragen. Das Sonnenrad 11 steht in einer ersten Verzahnungsebene mit einer ersten Verzahnung 13 des gestuften Planetenrades 12 in Eingriff. Eine zweite Verzahnung 14 des gestuften Planetenrades 12 steht in einer zweiten Verzahnungsebene mit einem drehfest in einem Gehäuse 9 des Planetengetriebes 10 aufgenommenen Hohlrad in Eingriff. Das gestufte Planetenrad 12 rollt an dem Hohlrad ab, wodurch sich der Planetenträger 1 dreht. Das Antriebsmoment des elektrischen Antriebsmotors wird dabei erhöht, während die Drehzahl parallel verringert wird. Die Steckverzahnung 5 an dem Trägerelement 2 des Planetenträgers 1 bildet eine Abtriebsschnittstelle 16 aus, an welcher eine Abtriebswelle zum Antrieb des Rades mit dem Planetenträger 1 formschlüssig verbunden werden kann.
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In 2 ist das erfindungsgemäße Planetengetriebe 10 mit dem erfindungsgemäßen Planetenträger 1 in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Dabei ist insbesondere die Vernietung 7 zwischen dem Deckel 8 und dem Trägerelement 2 des Planetenträgers 1 zu erkennen. Ferner ist in 2 zu erkennen, wie die zweistufigen Planetenräder 12, insbesondere drei zweistufige Planetenräder 12 in dem Planetenträger 1 aufgenommen sind. Ferner ist die Steckverzahnung 5 an dem Trägerelement 2 zu erkennen, welche die Abtriebsschnittstelle 16 des Planetengetriebes 10 ausbildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetenträger
- 2
- Trägerelement
- 3
- Lager
- 4
- Dichtung
- 5
- Steckverzahnung
- 6
- Sicherungsring
- 7
- Niet
- 8
- Deckel
- 9
- Gehäuse
- 10
- Planetengetriebe
- 11
- Sonnenrad
- 12
- Gestuftes Planetenrad
- 13
- Erste Verzahnung
- 14
- Zweite Verzahnung
- 15
- Eingangsschnittstelle
- 16
- Abtriebsschnittstelle
- 17
- Lager
- 18
- Aufnahmenut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017125907 B3 [0003]
- DE 102010049615 A1 [0004]
