DE102021112978A1

DE102021112978A1 - Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse

Info

Publication number: DE102021112978A1
Application number: DE102021112978.8A
Authority: DE
Inventors: Stefanie Seide
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2022-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs, in der eine Antriebseinheit (1) über ein zweistufiges Planetengetriebe (PG) auf ein Achsdifferential (3) der Fahrzeugachse abtreibbar ist, wobei das Planetengetriebe (PG) zwei in Momentenfließrichtung hintereinander geschaltete Planetenradsätze (PRS1, PRS2) aufweist, die über eine Kopplung (K) trieblich miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist das zweistufige Planetengetriebe (PG) als ein Getriebebaukasten aufgebaut, bei dem durch bauliche Änderung der Kopplung (K) das Planetengetriebe (PG) entweder mit einer ersten Getriebestruktur (A) mit erster Getriebeübersetzung oder mit einer zweiten Getriebestruktur (B) mit davon unterschiedlicher zweiter Getriebeübersetzung bereitstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine solch Antriebsvorrichtung kann insbesondere in einer elektrifizierten Fahrzeugachse verbaut sein, bei der die Elektromaschine über ein zweistufiges Planetengetriebe auf ein Achsdifferenzial der Fahrzeugachse abtreibt. Speziell bei einer Anordnung der Elektromaschine koaxial zur Fahrzeugachse bietet ein zweistufiges Planetengetriebe Bauraumvorteile im Vergleich zu einem zweistufigen Stirnradgetriebe.
In einer gattungsgemäßen Antriebsvorrichtung weist das Planetengetriebe zwei Planetenradsätze auf, die in Reihe hintereinander koaxial auf einer, zu einem Fahrzeugrad führenden Flanschwelle der Fahrzeugachse positioniert sind. Die beiden Planetenradsätze sind über eine Kopplung trieblich miteinander verbunden.
Bei einer Fahrzeug-Großserienproduktion wird eine solche Antriebsvorrichtung in unterschiedlichen Fahrzeugvarianten verbaut. Hierbei besteht die Anforderung, das zweistufige Planetengetriebe je nach Fahrzeugvariante mit unterschiedlicher Getriebeübersetzung zu verbauen. Die Bereitstellung der zweistufigen Planetengetriebe mit unterschiedlicher Getriebeübersetzung ist im Stand der Technik mit hohem Bauteilaufwand sowie hohem Fertigungsaufwand verbunden, und zwar im Vergleich zu Stirnradgetrieben mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen.
Aus der DE 2014 215 156 B4 ist ein Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs bekannt. Aus der DE 2017 220 168 B4 ist eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs bekannt. Aus der DE 10 2019 132 989 A1 ist ein planetarisches Differential-Antriebssystem bekannt. Aus der DE 10 2019 207 786 A1 ist ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs bereitzustellen, mittels der im Vergleich zum Stand der Technik in fertigungstechnisch einfacher Weise das zweistufige Planetengetriebe für unterschiedliche Getriebeübersetzungen auslegebar ist.
Die Erfindung geht von einer Antriebsvorrichtung aus, in der eine Antriebseinheit über ein zweistufiges Planetengetriebe auf ein Achsdifferential der Fahrzeugachse abtreibt. Das Planetengetriebe weist zwei in Momentenfließrichtung hintereinander geschaltete Planetenradsätze auf, die über eine Kopplung trieblich miteinander verbunden sind. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist das zweistufige Planetengetriebe als ein Getriebebaukasten aufgebaut, bei dem durch bauliche Änderung der Kopplung das Planetengetriebe mit einer ersten Getriebestruktur mit erster Getriebeübersetzung oder mit einer zweiten Getriebestruktur mit davon unterschiedlicher zweiter Getriebeübersetzung zum Verbau in unterschiedlichen Fahrzeugvarianten bereitgestellt werden kann. Auf diese Weise kann zum Beispiel in einer Fahrzeug-Großserienproduktion das zweistufige Planetengetriebe je nach Fahrzeugvariante mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen vorgehalten werden und in der jeweiligen Fahrzeugvariante verbaut werden, und zwar mit im Vergleich zum Stand der Technik reduzierter Bauteilvarianz und damit reduziertem Fertigungsaufwand. Innerhalb des Getriebebaukastens kann zwischen den beiden Getriebestrukturen variiert werden, um so die Gesamtübersetzung des Planetengetriebes zu verändern, ohne die Zahngeometrie der im Planetengetriebe verwendeten Zahnräder zu verändern. Die Variation zwischen den beiden Getriebestrukturen erfolgt daher ohne Varianz der Zahnräder bezüglich Zahngeometrie/Zähnezahl. Es wird erfindungsgemäß lediglich die äußere Anbindung der Zahnräder variiert.
In einer technischen Umsetzung kann das Achsdifferential der Antriebsvorrichtung eingangsseitig, zum Beispiel über eine Getriebeausgangswelle, mit einem Abtriebsflansch des zweistufigen Planentengetriebes verbunden sein. Alternativ kann das Achsdifferential auch direkt mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes verbunden sein. Das Achsdifferential kann ausgangsseitig über in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtete, beidseitig angeordnete Flanschwellen mit Fahrzeugrädern der Fahrzeugachse verbunden sein. Die beiden Planetenradsätze können in Reihe koaxial hintereinander um eine der Flanschwellen angeordnet sein.
Jeder der beiden Planetenradsätze des zweistufigen Planetengetriebes ist in gängiger Praxis aufgebaut, und zwar aus einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem, Planetenräder tragenden Planetenradträger.
Beispielhaft kann in der ersten Getriebestruktur die Kopplung einen radial inneren Verbindungsflansch aufweisen. Dieser kann den Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes, zum Beispiel unter Zwischenschaltung einer Zwischenwelle oder in direkter Anbindung, mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes momentenübertragend koppeln,. In der ersten Getriebestruktur weist die Kopplung zusätzlich einen äußeren Verbindungsflansch auf, der das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes momentenübertragend koppelt.
Alternativ zur obigen ersten Getriebestruktur kann in der zweiten Getriebestruktur der äußere Verbindungsflansch weggelassen werden. Gleichzeitig kann das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes in der zweiten Getriebestruktur gehäusefest mit dem Getriebegehäuse verbunden sein. In der zweiten Getriebestruktur ist daher die Kopplung alleine durch den inneren Verbindungsflansch gebildet.
Zudem kann der Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes mit einem Abtriebsflansch mit dem Differential verbunden sein. Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes kann dagegen mit der Rotorwelle der Antriebseinheit verbunden sein. Ferner kann das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes gehäusefest mit dem Getriebegehäuse verbunden sein. Im Fahrbetrieb kann die Antriebseinheit über ihre Rotorwelle das Antriebsmoment in dem ersten Planetenradsatz des Planetengetriebes einleiten. Von dort erfolgt in der ersten Getriebestruktur eine Leistungsverteilung, bei der das Antriebsmoment über einen inneren Teil-Lastpfad von dem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes über den inneren Verbindungsflansch in das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes eingeleitet wird. In einem äußeren Teil-Lastpfad wird das Antriebsmoment über das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und über den äußeren Verbindungsflansch in den Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes eingeleitet.
Alternativ dazu bildet in der zweiten Getriebestruktur die Kopplung lediglich einen Lastpfad aus, über den das Antriebsmoment von dem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes über einen inneren Verbindungsflansch in das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes eingeleitet wird.
Der Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes kann über einen Abtriebsflansch mit dem Achsdifferential verbunden sein. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit der Rotorwelle der Antriebseinheit verbunden sein. Ferner kann das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes gehäusefest mit dem Getriebegehäuse verbunden sein.
Im Hinblick auf eine Baukastenfähigkeit kann das zweistufige Planetengetriebe unterteilt werden in eine Basis-Baugruppe und in zumindest eine Zusatz-Baugruppe. Die Basis-Baugruppe kann unabhängig von der herzustellenden Getriebestruktur unverändert bleiben. Demgegenüber kann die Zusatz-Baugruppe in Abhängigkeit von der herzustellenden Getriebestruktur angepasst werden, um die jeweils angestrebte Getriebeübersetzung zu erzielen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Basis-Baugruppe die folgenden Komponenten aufweisen, nämlich das Getriebegehäuse, den ersten Planetenradsatz, das Differential und insbesondere das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes. Zudem ist bei der Gestaltung des Hohlrads des ersten Planetenradsatzes eine Varianz am Hohlrad-Außenbereich erforderlich, um einerseits eine Schnittstelle zum Getriebegehäuse bereitzustellen und um andererseits eine Schnittstelle zum Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes bereitzustellen.
Am Hohlrad des ersten Planetenradsatzes kann eine erste Anbindungsstelle zur gehäusefesten Anbindung am Getriebegehäuse (zur Realisierung der zweiten Getriebestruktur) oder eine zweite Anbindungsstelle zur Anbindung an dem äußeren Verbindungsflansch (zur Realisierung der ersten Getriebestruktur) ausgebildet sein. Zudem kann am Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes (PRS1) eine Anbindungsstelle zur Anbindung am Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ausgebildet sein. Die Anbindungsstellen können bevorzugt als Schraubverbindung, als Schweißverbindung, als Pressverbindung oder als Passverbindung bzw. Steckverbindung realisiert werden. Unabhängig davon kann die jeweilige Anbindungsstelle durch beliebige, dem Fachmann geläufige Form- und/oder Stoffschlussverbindungen realisiert werden.
In dem zur Herstellung der Antriebsvorrichtung vorgehaltenen Baugruppen-Satz kann im getriebebauenden Werk neben der Basis-Baugruppe eine erste Zusatz-Baugruppe vorgehalten werden, mittels der die erste Getriebestruktur realisierbar ist. Die erste Zusatz-Baugruppe kann das Sonnenrad sowie den Planetenradträger und die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes, den äußeren Verbindungsflansch sowie den Abtriebsflansch aufweisen.
Der für die Herstellung der Antriebsvorrichtung vorgehaltene Baugruppen-Satz kann alternativ und/oder zusätzlich zumindest eine zweite Zusatz-Baugruppe aufweisen, mittels der die zweite Getriebestruktur realisierbar ist. Die zweite Zusatz-Baugruppe kann das Sonnenrad, den Planetenradträger und die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes sowie den Abtriebsflansch aufweisen, nicht jedoch den äußeren Verbindungsflansch, der zur Realisierung der zweiten Getriebestruktur nicht mehr erforderlich ist.
Zur weiteren Steigerung der Variantenbildungen kann die erste Zusatz-Baugruppe in mehreren Varianten unterschiedlicher Übersetzung bereitgestellt werden. In den Varianten können die die Zähnezahl des Sonnenrads und der Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes variiert werden.
Nachfolgen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 und 2 jeweils Ansichten einer Antriebsvorrichtung mit zweistufigem Planetengetriebe mit jeweils unterschiedlicher Getriebestruktur;
3 einen Baugruppen-Satz gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
4 einen Baugruppen-Satz gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

In der 1 ist eine Antriebsvorrichtung für eine elektrifizierte Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs gezeigt. In der Antriebsvorrichtung kann eine Elektromaschine 1 über ein zweistufiges Planetengetriebe PG auf ein Achsdifferential 3 der Fahrzeugachse abtreiben. Das Achsdifferential 3 ist eingangsseitig mit dem Abtriebsflansch 29 des zweistufigen Planetengetriebes PG verbunden. An seiner Ausgangsseite ist das Achsdifferential 3 über, in Fahrzeugquerrichtung y beidseitig angeordnete Flanschwellen 7 mit Fahrzeugrädern der Fahrzeugachse verbunden. In der 1 ist das zweistufige Planetengetriebe PG aus zwei Planetenradsätzen PRS1, PRS2 aufgebaut, die in Reihe koaxial hintereinander über einer der beiden Flanschwellen 7 angeordnet sind. Die Elektromaschine 1 ist ebenfalls koaxial zur Flanschwelle 7 angeordnet.
In der 1 ist die Elektromaschine 1 über die Rotorwelle 11 mit einem Sonnenrad 13 des ersten Planetenradsatzes PRS1 verbunden. Das Sonnenrad 13 kämmt mit Planetenrädern 15, die auf einem Planetenradträger 17 drehbar gelagert sind. Zudem sind die Planetenräder 15 in Zahneingriff mit einem radial äußeren Hohlrad 19. Der zweite Planetenradsatz PRS2 ist aus einem Sonnenrad 21, Planetenrädern 23, die auf einem Planetenradträger 25 drehbar gelagert, und einem radial äußeren Hohlrad 27 aufgebaut. In der 1 ist der Planetenradträger 25 des zweiten Planetenradsatzes 2 über den Abtriebsflansch 29 am Differential 3 angebunden. Zudem ist das Hohlrad 27 des zweiten Planetenradsatzes PRS2 gehäusefest an einem Getriebegehäuse 31 angebunden.
In der 1 ist das zweistufige Planetengetriebe PG mit einer ersten Getriebestruktur A realisiert, bei der eine Kopplung K zwischen den beiden Planetenradsätzen PRS1 und PRS2 über einen inneren Verbindungsflansch 33 und über einen äußeren Verbindungsflansch 35 realisiert ist. Der innere Verbindungsflansch 33 verbindet den Planetenradträger 17 des ersten Planetenradsatzes PRS1 mit dem Sonnenrad 21 des zweiten Planetenradsatzes PRS2, und zwar beispielhaft mittels einer Zwischenwelle 37, auf der das Sonnenrad 21 des zweiten Planetenradsatzes PRS2 drehfest angeordnet ist. Alternativ zur 1 kann auf die Zwischenwelle 37 auch verzichtet werden. In diesem Fall kann der Planetenradträger 17 des ersten Planetenradsatzes PRS1 direkt mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes PRS2 verbunden sein.
Zudem koppelt in der 1 der äußere Verbindungsflansch 35 das Hohlrad 19 des ersten Planetenradsatzes PRS1 drehfest mit dem Planetenradträger 25 des zweiten Planetenradsatzes PRS2. Der Planetenradträger 25 des zweiten Planetenradsatzes PRS2 ist daher mit Bezug auf eine Zahnradebene beidseitig jeweils am Abtriebsflansch 29 und am äußeren Verbindungsflansch 35 angebunden.
In der 2 ist die Antriebsvorrichtung mit einem zweistufigen Planetengetriebe PG ausgebildet, das eine im Vergleich zur 1 alternative zweite Getriebestruktur B mit unterschiedlicher Gesamtübersetzung aufweist. In der zweiten Getriebestruktur B gemäß der 2 ist der äußere Verbindungsflansch 35 weggelassen und das Hohlrad 19 des ersten Planetenradsatzes PRS1 gehäusefest mit dem Getriebegehäuse 31 verbunden. Die Kopplung K wird in der zweiten Getriebestruktur B alleine durch den inneren Verbindungsflansch 33 gebildet.
Die in den 1 und 2 mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen bereitgestellte Antriebsvorrichtung wird in einem fahrzeugbauenden Werk in unterschiedliche Fahrzeugvarianten verbaut. Im Hinblick auf eine einfache Fertigung der Antriebsvorrichtung wird ein Baugruppen-Satz vorgehalten, wie er in der 3 gezeigt ist. Demnach weist der Baugruppen-Satz eine Basis-Baugruppe G sowie eine Zusatz-Baugruppe ZA1 und eine Zusatz-Baugruppe ZB auf. Die Basis-Baugruppe G bleibt unabhängig von der herzustellenden Getriebestruktur A, B unverändert, während die Zusatz-Baugruppen ZA1, ZB in Abhängigkeit von der herzustellenden Getriebestruktur A, B mit der Basis-Baugruppe G verbaut werden.
Gemäß der 3 ist die Basis-Baugruppe G aus folgenden Komponenten aufgebaut, nämlich dem Getriebegehäuse 31, dem ersten Planetenradsatz PRS1, der Zwischenwelle 37, dem Hohlrad 27 des zweiten Planetenradsatzes PRS 2 und der Getriebeausgangswelle 5 sowie dem Achsdifferential 3. Die Basis-Baugruppe G weist am Hohlrad 19 des ersten Planetenradsatzes PRS1 entweder eine Anbindungsstelle 39a auf, mittels der eine gehäusefeste Anbindung am Getriebegehäuse 31 (zur Bereitstellung der zweiten Getriebestruktur B) realisierbar ist oder eine Anbindungsstelle 39b zur Anbindung an dem äußeren Verbindungsflansch 35 (zur Realisierung der ersten Getriebestruktur A). Zudem weist die Basis-Baugruppe G am Planetenradträger 17 des Planetenradsatzes PRS1 eine Anbindungsstelle 41 auf, an der bei der Montage das Sonnenrad 21 des zweiten Planetenradsatzes PRS2 anbindbar ist. In der 3 ist die Anbindungsstelle 41 beispielhaft an der mit dem Planetenradträger 17 verbundenen Zwischenwelle 37 ausgebildet.
Ferner weist die Basis-Baugruppe G am Achsdifferential 3 eine Anbindungsstelle 42 auf, an der bei der Montage der Abtriebsflansch 29 des zweiten Planetenradsatzes PRS2 anbindbar ist. In der 3 ist die Anbindungsstelle 42 beispielhaft an einer zum Achsdifferential 3 geführten Getriebeausgangswelle 5 platziert. Die Bereitstellung einer solchen Getriebeausgangswelle 5 ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Mittels der in der 3 gezeigten Zusatz-Baugruppe ZA1 ist die erste Getriebestruktur A realisierbar. Die Zusatz-Baugruppe ZA1 ist aus folgenden Komponenten aufgebaut, nämlich dem Sonnenrad 21 sowie dem Planetenradträger 25 und den Planetenrädern 23 des zweiten Planetenradsatzes PRS2, dem äußeren Verbindungsflansch 35 sowie dem Abtriebsflansch 29.
Mittels der in der 3 gezeigten zweiten Zusatz-Baugruppe ZB ist die zweite Getriebestruktur B realisierbar. Die zweite Zusatz-Baugruppe ZB ist aus folgenden Komponenten aufgebaut, nämlich dem Sonnenrad 21 sowie dem Planetenradträger 25 und den Planetenrädern 23 des zweiten Planetenradsatzes PRS2 und dem Abtriebsflansch 29, jedoch ohne äußerem Verbindungsflansch 35. Je nach Anforderung an die Gesamtübersetzung wird entweder die erste Zusatz-Baugruppe ZA1 oder die zweite Zusatz-Baugruppe ZB in der Basis-Baugruppe G verbaut.
Anhand der 4 wird ein Baugruppen-Satz gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. In der 4 ist die Basis-Baugruppe G identisch wie in der 3 dargestellt und daher weggelassen. Zusätzlich zur (nicht gezeigten Basis-Baugruppe G) weist der Baugruppe-Satz der 4 mehrere Zusatz-Baugruppen ZA1 bis ZA3 sowie ZB auf. Demzufolge ist die erste Zusatz-Baugruppe in insgesamt drei Varianten ZA1, ZA2, ZA3 in dem Baugruppen-Satz bereitgestellt. Die insgesamt drei Varianten ZA1, ZA2, ZA3 der ersten Zusatz-Baugruppe bilden im Zusammenspiel mit der Basis-Baugruppe G unterschiedlichen Gesamtübersetzungen, nämlich i_ges= 8,1, i_ges=9,2 und i-_ges=9,8 erzielt. Durch Variierung der Zähnezahl des Sonnenrads 21 und der Planetenräder 23 des zweiten Planetenradsatzes PRS2 werden die Zusatz-Baugruppen ZA1, ZA2, ZA3 gebildet, welche zusammen mit der Basisbaugruppe G unterschiedliche Gesamtübersetzungen ergeben. Die höchste Gesamtübersetzung i_ges=11,0 wird durch die Zusatz-Baugruppe ZB bereitgestellt.
In der 4 ist ein radialer Versatz r zwischen den (gestrichelt angedeuteten) Mittellinien M1, M2 der Planetenradträger 25 der Varianten ZA1, ZA2 angedeutet. Anhand des radialen Mittellinien-Versatzes r ist erkennbar, dass entsprechend der Anpassung des Sonnenrads 21 und der Planetenräder 23 sich in den Varianten ZA1, ZA2, ZA3 die Durchmesser der Sonnenräder 21 und Planetenräder 23 und auch der Teilkreis ändert, auf dem die Planetenräder 23 im Planetenradträger 25 gelagert sind.
Im konkreten Ausführungsbeispiel bietet es sich beispielsweise an, für die höchste Gesamtübersetzung i_ges=11,0 und für die niedrigste Gesamtübersetzung i_ges= 8,1 einen gleichen Radsatz zu nutzen, bei dem die Abmessungen/ Zähenzahlen der Zahnräder exakt gleich sind. Die einzige Änderung zwischen der Getriebestruktur A und der Getriebestruktur B besteht somit darin, dass das Hohlrad 19 des ersten Planetenradsatzes PRS1 in der Getriebestruktur B nicht mehr mit dem Planetenradträger 25 des zweiten Planetenradsatzes PRS2 verbunden ist, sondern nun gehäusefest am Getriebegehäuse 31 angebunden ist. Bezüglich Zahngeometrie/ Zähnezahl ändert sich an den Zahnrädern der beiden Planetenradsätze PRS1, PRS2 nichts. Die geänderte Gesamtübersetzung wird alleine durch die neue Verschaltung der beiden Planetenradsätze PRS1, PRS2 erzielt.
In der 4 ist daher beispielhaft der Getriebebaukasten für folgende Gesamtübersetzungen ausgelegt: iges = 8,1 (mit ZA1); iges = 9,2 (mit ZA2); iges = 9,8 (mit ZA3); iges = 11,0 (mit ZB). Die Gesamtübersetzung iges des Getriebes berechnet sich für Getriebestruktur A aus folgender Formel: iges = 1 - i₀₂·(1 - i₀₁). Für Getriebestruktur B berechnet sich die Gesamtübersetzung des Getriebes nach der Formel: iges = (1 - i₀₂)·(1 - i₀₁). Dabei bezeichnet i₀₁ die Standübersetzung des PRS1 und i₀₂ die Standübersetzung des PRS2. Die Standübersetzung lässt sich in Abhängigkeit der Zähnezahlen von Hohlrad (HR) und Sonnenrad (S) wie folgt berechnen: i₀ = z_HR / z_S. Hohlradzähnezahlen werden negativ angegeben. Setzt man in beide Formeln die gleichen Zähnezahlen ein, erhält man zwei sich unterscheidende Gesamtübersetzungen.
Wie aus den Figuren hervorgeht, bleibt für alle Baukastenübersetzungen die Standübersetzung im ersten Planetenradsatz PRS1 unverändert. Die Anpassung der Gesamtübersetzung erfolgt alleine durch Änderung des zweiten Planetenradsatzes PRS2, zum Beispiel durch Änderung von Sonnenrad, Planetenrad und Planetenradträger.
Erfindungsgemäß wird somit das Getriebe PG für einen Baukasten so ausgelegt, dass ein Planetenradsatz (das heißt im vorliegenden Ausführungsbeispiel PRS1) unverändert bleibt, während nur der andere Planetenradsatz PRS2 variiert wird.
Um innerhalb des Getriebebaukastens des zweistufigen Planetengetriebes PG für verschiedene Gesamtübersetzungen möglichst wenig Zahnräder (Hohlrad, Planetenräder, Sonnenrad) zu variieren, wird erfindungsgemäß für mindestens eine Gesamtübersetzung des Baukastens lediglich die Kopplung K der beiden Planetenradsätze PRS1, PRS2 verändert und so eine zusätzliche Gesamtübersetzung dargestellt.
Das heißt, dass lediglich durch eine andere Verschaltung der Planetenradsätze PRS1, PRS2 die andere Gesamtübersetzung realisiert wird. Die verwendeten Zahnräder weisen die gleiche Zahngeometrie und damit auch die gleichen Zähnezahlen auf. Die Variation zwischen den beiden Getriebestrukturen A und B erfolgt daher ohne Varianz der Zahnräder bezüglich Zahngeometrie und Zähnezahl. Es wird lediglich die äußere Anbindung der Zahnräder variiert.
Sollte der komplette Getriebebaukasten abgedeckt werden, müssten (wie in der 4 gezeigt) entsprechend insgesamt drei Varianten des zweiten Planetenradsatzes PRS2 aufgebaut werden. Im Beispiel werden hierfür Zähnezahl des Sonnenrads und der Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes PRS2 variiert, um eine entsprechende Änderung von i₀₂ und damit der Gesamtübersetzung zu realisieren. Im Stand der Technik würden dagegen für vier verschiedene Gesamtübersetzungen insgesamt vier Radsatzvarianten des zweiten Planetenradsatzes erforderlich sein. Demnach wird das Sonnenrad 21 des zweiten Planetenradsatzes PRS2 mit steigender Gesamtübersetzung kleiner, wobei das Planetenrad 23 größer werden muss, damit das Hohlrad 27 konstant gehalten werden kann. Die Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes PRS2 steigt entsprechend, wodurch auch die Gesamtübersetzung des Getriebes steigt.
Der Kern der Erfindung besteht zusammenfassend darin, alleine durch Änderung der Kopplung K eine zusätzliche Gesamtübersetzung mit denselben Zahnrädern darzustellen. Im konkreten Ausführungsbeispiel kann für die höchste und für die niedrigste Gesamtübersetzung ein gleicher Radsatz genutzt (das heißt Zahngeometrie/ Zähnezahlen der Zahnräder sind exakt gleich) werden, jedoch werden die beiden Planetenstufen PRS1, PRS2 unterschiedlich miteinander verschaltet.
Die Übersetzung i = 11,0 wird in der 4 somit mit dem Radsatz erzielt, der auch die Übersetzung i = 8,1 bei anderer Kopplung K der beiden Planetenradsätze PRS1, PRS2 darstellt.
Bezugszeichenliste

1: Elektromaschine
3: Achsdifferential
5: Getriebeausgangswelle
7: Flanschwellen
9: Fahrzeugräder
11: Rotorwelle
13: Sonnenrad des PRS1
15: Planetenräder des PRS1
17: Planetenradträger des PRS1
19: Hohlrad des PRS1
21: Sonnenrad des PRS2
23: Planetenräder des PRS2
25: Planetenradträger des PRS2
27: Hohlrad des PRS2
29: Abtriebsflansch
31: Getriebegehäuse
33: innerer Verbindungsflansch
35: äußerer Verbindungsflansch
37: Zwischenwelle
39a, 39b 41, 42: Anbindungsstellen
K: Kopplung
PG: Planetengetriebe
PRS1, PRS2: Planetenradstufe 1 und 2
M1, M2: Mittellinien
r: Mittellinien-Versatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2014215156 B4 [0005]
DE 2017220168 B4 [0005]
DE 102019132989 A1 [0005]
DE 102019207786 A1 [0005]

Claims

Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs, in der eine Antriebseinheit (1) über ein zweistufiges Planetengetriebe (PG) auf ein Achsdifferential (3) der Fahrzeugachse abtreibbar ist, wobei das Planetengetriebe (PG) zwei in Momentenfließrichtung hintereinander geschaltete Planetenradsätze (PRS1, PRS2) aufweist, die über eine Kopplung (K) trieblich miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zweistufige Planetengetriebe (PG) als ein Getriebebaukasten aufgebaut ist, bei dem durch bauliche Änderung der Kopplung (K) das Planetengetriebe (PG) entweder mit einer ersten Getriebestruktur (A) mit erster Getriebeübersetzung oder mit einer zweiten Getriebestruktur (B) mit davon unterschiedlicher zweiter Getriebeübersetzung bereitstellbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Achsdifferential (3) eingangsseitig mit einem Ausgangselement, zum Beispiel Getriebeausgangswelle (5), Abtriebsflansch (29) oder Planetenradträger (25), des zweistufigen Planetengetriebes (PG) verbunden ist, und ausgangsseitig über beidseitig angeordnete Flanschwellen (7) mit den Fahrzeugrädern der Fahrzeugachse verbunden ist, und dass insbesondere die beiden Planetenradsätze (PRS1, PRS2) in Reihe koaxial hintereinander um die Flanschwelle (7) angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Planetenradsätze (PRS1, PRS2) ein Sonnenrad (13, 21), ein Hohlrad (19, 27) und einen, Planetenräder (15, 23) tragenden Planetenradträger (17, 25) aufweist, und/oder dass insbesondere in der ersten Getriebestruktur (A) die Kopplung (K) einen inneren Verbindungsflansch (33) aufweist, der den Planetenradträger (17) des ersten Planetenradsatzes (PRS1) momentenübertragend mit dem Sonnenrad (21) des zweiten Planetenradsatzes (PRS2) koppelt, und die Kopplung (K) einen äußeren Verbindungsflansch (35) aufweist, der das Hohlrad (19) des ersten Planetenradsatzes (PRS1) mit dem Planetenradträger (25) des zweiten Planetenradsatzes (PRS2) momentenübertragend koppelt.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Getriebestruktur (B) der äußere Verbindungsflansch (35) weggelassen ist und das Hohlrad (19) des ersten Planetenradsatzes (PRS1) gehäusefest mit dem Getriebegehäuse (31) verbunden ist, so dass die Kopplung (K) alleine durch den inneren Verbindungsflansch (33) gebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (25) des zweiten Planetenradsatzes (PRS2) über einen Abtriebsflansch (29) mit dem Differential (3) verbunden ist, und/oder dass das Sonnenrad (13) des ersten Planetenradsatzes (PRS1) mit der Rotorwelle (11) der Antriebseinheit (1) verbunden ist, und/oder dass das Hohlrad (27) des zweiten Planetenradsatzes (PRS2) gehäusefest mit dem Getriebegehäuse (31) verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweistufige Planetengetriebe (PG) als Getriebebaukasten unterteilbar ist in eine Basis-Baugruppe (G) und in zumindest eine Zusatz-Baugruppe (ZA1, ZB), und dass die Basis-Baugruppe (G) unabhängig von der herzustellenden Getriebestruktur (A, B) unverändert bleibt, und die Zusatz-Baugruppe (ZA1 ,ZB) in Abhängigkeit von der herzustellenden Getriebestruktur (A, B) und Getriebeübersetzung anpassbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis-Baugruppe (G) folgende Komponenten aufweist, nämlich das Getriebegehäuse (31), den ersten Planetenradsatz (PRS1), das Differential 3 und insbesondere das Hohlrad (27) des zweiten Planetenradsatzes (PRS2), und dass insbesondere das Hohlrad (19) des ersten Planetenradsatzes (PRS1) entweder eine erste Schnittstelle (39a) zum Getriebegehäuse (31) aufweist, zum Beispiel Passverzahnung am Außenring, oder eine zweite Schnittstelle (39b) zum Planetenradträger (25) des zweiten Planetenradsatzes (PRS2) aufweist, zum Beispiel eine Schweißstelle.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis-Baugruppe (G) am Hohlrad (19) des ersten Planetenradsatzes (PRS1) eine erste Anbindungsstelle (39a) zur gehäusefesten Anbindung am Getriebegehäuse (31) und/oder eine zweite Anbindungsstelle (39b) zur Anbindung an dem äußeren Verbindungsflansch (35) aufweist, und/oder dass die Basis-Baugruppe (G) am Planetenträger des PRS1 (17) eine Anbindungsstelle (41) zur Anbindung am Sonnenrad (21) des zweiten Planetenradsatzes (PRS2) aufweist, und/oder dass die Basis-Baugruppe (G) eine Anbindungsstelle (42) zum Differential (3) aufweist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zusatz-Baugruppe (ZA1) zur Realisierung der ersten Getriebestruktur (A) das Sonnenrad (21), die Planetenräder (23) und den Planetenradträger (25) des zweiten Planetenradsatzes (PRS2), den äußeren Verbindungsflansch (35) sowie den Abtriebsflansch (29) aufweist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Zusatz-Baugruppe (ZB) zur Realisierung der zweiten Getriebestruktur (G) das Sonnenrad (21), die Planetenräder (23) und den Planetenradträger (25) des zweiten Planetenradsatzes (PRS2) sowie den Abtriebsflansch (29), jedoch keinen äußeren Verbindungsflansch (35) aufweist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zusatz-Baugruppe (ZA1) zur Darstellung unterschiedlicher Gesamtübersetzungen (iges) in mehreren Varianten (ZA1, ZA2, ZA3) bereitstellbar ist, in denen die Zähnezahl des Sonnenrads (21) und der Planetenräder (23) variiert ist.
Verfahren zur Herstellung einer Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Baugruppen-Satz zur Herstellung einer Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 sowie für ein Verfahren nach Anspruch 12, mit einer Basis-Baugruppe (G) und zumindest zwei Zusatz-Baugruppen (ZA1, ZB), die je nach herzustellenden Getriebestruktur (A, B) und/oder Getriebeübersetzung mit der Basis-Baugruppe (G) verbaubar ist.