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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebemodul einer Getriebeanordnung mit einem Planetengetriebe und einem Stirnrad-Differentialgetriebe, wobei das Getriebemodul umfasst: einen Planetenträger zur Aufnahme einer Mehrzahl von Planetenrädern des Planetengetriebes, wobei die Planetenräder in dem Planetenträger drehbar gelagert sind und einen Stirnradträger zur Aufnahme einer Mehrzahl von Stirnrädern des Stirnrad-Differentialgetriebes, wobei die Stirnräder in dem Stirnradträger drehbar gelagert sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Getriebeanordnung und einen elektrischen Achsantriebsstrang.
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Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
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Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2010 048 837 A1 ist eine derartige Antriebsvorrichtung mit wenigstens einem Elektromotor und mindestens einem mit einem Rotor des Elektromotors antreibbaren Planetendifferenzial bekannt, wobei das Planetendifferenzial wenigstens einen Planententräger, der mit einem Rotor des Elektromotors wirkverbunden ist, erste Planetenräder und zweite Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger gelagert sind, sowie ein erstes Sonnenrad und ein zweites Sonnenrad, von denen jedes jeweils mit einer Abtriebswelle des Planetendifferenzials wirkverbunden ist, aufweist. Dabei stehen die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad im Zahneingriff und steht jedes der zweiten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad sowie mit einem der ersten Planetenräder im Zahneingriff. Ferner sind die Sonnenräder koaxial einer Rotationsachse des Rotors angeordnet.
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In der
DE 10 2016 216 802 A1 wird eine andere Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsmaschine beschrieben, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung, umfassend ein Wellgetriebe und ein Differentialgetriebe, wirkverbunden ist.
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Es ist grundsätzlich bekannt, bei derartigen Planetengetrieben für E-Achsen gestufte Umlaufräder zu verwenden, die Planetenräder mit unterschiedlichen Durchmessern aufweisen. Bei diesen Konzepten kämmen beispielsweise jeweils drei oder vier gestufte Umlaufräder mit einer Antriebssonne sowie einem gehäusefesten Hohlrad. Die gestuften Umlaufräder besitzen dabei eine im Durchmesser kleines Planetenrad mit einer kleinen Verzahnung, die mit dem Hohlrad kämmt und auf einer zweiten, axial versetzten Ebene ein im Durchmesser größeres Planetenrad mit einer großen Verzahnung, die mit der Antriebssonne kämmt. Die Planetenräder der gestuften Umlaufräder können beispielsweise verschweißt, verpresst und auch formschlüssige mit der Planetenwelle eines Planetenrads verbunden sein. Dies ist beispielsweise aus der
DE102016223098B4 oder
DE102011079695A1 bekannt.
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Insbesondere die in derartigen E-Achsen verbauten Planetengetriebe sind fertigungs- und montagetechnisch sehr anspruchsvoll und entsprechend kostspielig in der Herstellung und Assemblierung, so dass hier ein grundsätzlich anhaltendes Bedürfnis besteht, derartige Getriebeanordnungen bei einer hohen geforderten Betriebssicherheit fertigungstechnisch zu vereinfachen. Eine weitere Anforderung besteht darin, die Planetengetriebe besonders kompakt auszubilden, da der zur Verfügung stehende Bauraum in der Regel begrenzt ist.
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Daher ist es die Aufgabe der Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu reduzieren oder vollständig zu beseitigen und ein kompaktes wie auch kostengünstig herstellbares Planetengetriebe bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebemodul einer Getriebeanordnung mit einem Planetengetriebe und einem Stirnrad-Differentialgetriebe, wobei das Getriebemodul umfasst: einen Planetenträger zur Aufnahme einer Mehrzahl von Planetenrädern des Planetengetriebes, wobei die Planetenräder in dem Planetenträger drehbar gelagert sind und einen Stirnradträger zur Aufnahme einer Mehrzahl von Stirnrädern des Stirnrad-Differentialgetriebes, wobei die Stirnräder in dem Stirnradträger drehbar gelagert sind, wobei in dem Planetenträger vier Planetenräder aufgenommen und in dem Stirnradträger sechs Stirnräder aufgenommen sind.
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Durch die ungleiche Teilung von Laststufen- und Ausgleichsplaneten in dem erfindungsgemäßen Getriebemodul kann ein kompakterer Aufbau und eine kostengünstigere Herstellung realisiert werden. Bevorzugt können die Lagerstellen von Stirnrädern und Planetenrädern radial nebeneinander verschachtelt werden, um axialen Bauraum zu sparen und eine besonders axial kompakt bauendes Getriebemodul zu realisieren.
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Der Planetenträger und/oder der Stirnradträger können aus einem metallischen Blech geformt sein. Besonders bevorzugt sind der Planetenträger und/oder der Stirnradträger mittels Tiefziehverfahren oder Gießen hergestellt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Planetenräder als gestufte Planetenräder ausgeführt sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass hierdurch größere Übersetzungen realisiert werden können.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Rotationsachsen der Planetenräder entlang eines Kreisumfangs äquidistant angeordnet sind und die Rotationsachsen der Stirnräder entlang eines Kreisumfangs paarweise äquidistant angeordnet sind. Es kann hierdurch erreicht werden, dass eine gleichmäßige Lastaufteilung und einen gleichmäßiger Verzahnungseingriff ermöglicht ist.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Planetenträger eine erste kreisförmige Planetenträgerscheibe und eine dazu koaxial angeordnete zweite kreisförmige Planetenträgerscheibe aufweist, wobei die erste Planetenträgerscheibe und die zweite Planetenträgerscheibe über eine Mehrzahl von axial verlaufenden Planetenträgerstegen axial voneinander beabstandet sind. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass über die Planetenträgerstege eine gewichtsreduzierte Ausführung des Getriebemoduls ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die erste Planetenträgerscheibe, die zweite Planetenträgerscheibe und die Planetenträgerstege einstückig, insbesondere monolithisch, ausgeformt sind. Dies kann beispielsweise durch Gießen oder ein additives Fertigungsverfahren realisiert sein.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die erste Planetenträgerscheibe und die zweite Planetenträgerscheibe Lagerstellen für die Planetenräder aufweisen, welche bevorzugt als Bohrungen ausgeformt sind, was ebenfalls zu einem besonders kompakten Aufbau des Getriebemoduls beitragen kann.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die erste Planetenträgerscheibe, die zweite Planetenträgerscheibe und jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte Planetenträgerstege eine Tasche definieren, durch welche ein Planetenrad in den Planetenträger einsetzbar ist. Hierdurch kann insbesondere radial kompakt bauende Ausführung eines Getriebemoduls realisiert werden.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Stirnradträger eine erste kreisförmige Stirnradträgerscheibe und eine dazu koaxial angeordnete zweite kreisförmige Stirnradträgerscheibe aufweist, wobei die erste Stirnradträgerscheibe und die zweite Stirnradträgerscheibe über eine Mehrzahl von axial verlaufenden Stirnradträgerstegen axial voneinander beabstandet sind. Auch dies kann zu einer gewichtsoptimierten Ausgestaltung des Getriebemoduls beitragen.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die erste Stirnradträgerscheibe und die zweite Stirnradträgerscheibe Lagerstellen für die Stirnräder aufweisen, welche bevorzugt als Bohrungen ausgeformt sind, wodurch ebenfalls ein kompakter Aufbau des Getriebemoduls begünstigt wird.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die erste Stirnradträgerscheibe und die zweite Planetenträgerscheibe einstückig, insbesondere monolithisch, ausgebildet sind, wodurch sich ein in axialer Richtung besonders kompakt bauendes Getriebemodul ergibt und das Getriebemodul besonders montagefreundlich ausgeführt werden kann, da eine gesonderte Montage der Stirnradträgerscheibe entfallen kann.
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In diesem Zusammenhang kann es ferner vorteilhaft sein, dass die Stirnradträgerstege einstückig, insbesondere monolithisch, mit der ersten Stirnradträgerscheibe ausgeformt sind, was ebenfalls die Montagefreundlichkeit des Getriebemoduls begünstigt. Auch ist es des Weiteren bevorzugt, dass die zweite Stirnradträgerscheibe mittels einer formschlüssigen, kraftschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Verbindung an den Stirnradträgerstegen befestigt ist. Hierdurch können die Stirnräder auf einfache Weise in den Stirnradträger eingesetzt werden, wobei dieser nachfolgend durch die zweite Stirnradträgerscheibe verschlossen wird.
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Höchst bevorzugt sind die Lagerstellen der Stirnräder so ausgebildet und in dem Stirnradträger angeordnet, dass sie Lagerstellen der Planetenräder nicht überdecken. Hierdurch kann eine einfache Montage der Stirnräder bzw. der Planetenräder gewährleistet werden, indem ein axial beidseitiger Zugang zu diesen erhalten ist.
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Die Aufgabe der Erfindung kann ferner gelöst sein durch eine Getriebeanordnung umfassend ein Planetengetriebe und ein Stirnrad-Differentialgetriebe, wobei die die Getriebeanordnung ein Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1-3 umfasst.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch einen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine und eine mit der elektrischen Maschine gekoppelten Getriebeanordnung wobei die Getriebeanordnung ein Planetengetriebe und ein Stirnrad-Differentialgetriebe aufweist, wobei die Getriebeanordnung ein Getriebemodul nach einem der Ansprüche 1-13 umfasst.
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Das erfindungsgemäße Getriebemodul ist insbesondere für eine Verwendung in einer Getriebeanordnung eines elektrischen Achsantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden.
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Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
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Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.
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Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
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Die Getriebeanordnung des elektrischen Achsantriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 ein Getriebemodul in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 einen Planetenradträger und einen Stirnradträger in einer freigestellten perspektivischen Ansicht,
- 3 einen bestückten Planetenradträger in einer ersten Axialschnittansicht,
- 4 einen bestückten Planetenradträger in einer zweiten Axialschnittansicht,
- 5 einen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
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Die 1 zeigt ein Getriebemodul 1 für eine Getriebeanordnung 2 mit einem Planetengetriebe 3 und einem Stirnrad-Differentialgetriebe 4. Das Getriebemodul 1 umfasst einen Planetenträger 3 zur Aufnahme einer Mehrzahl von Planetenrädern 5 des Planetengetriebes 3, wobei die Planetenräder 5 in dem Planetenträger 3 drehbar gelagert sind und einen Stirnradträger 6 zur Aufnahme einer Mehrzahl von Stirnrädern 7 des Stirnrad-Differentialgetriebes 4, wobei die Stirnräder 7 in dem Stirnradträger 6 drehbar gelagert sind. Die 3-4 zeigen zum besseren Verständnis der Erfindung verschiedene Axialschnittansichten des aus der 1 bekannten Getriebemoduls 1.
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In dem Planetenträger 3 sind vier Planetenräder 5 aufgenommen und in dem Stirnradträger 6 sechs Stirnräder 7. Damit weisen diese eine ungleiche Teilung auf.
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Die Planetenräder 5 sind als gestufte Planetenräder 5 ausgeführt. Die Rotationsachsen 8 der Planetenräder 5 sind entlang eines Kreisumfangs äquidistant angeordnet und die Rotationsachsen 19 der Stirnräder 7 sind entlang eines Kreisumfangs paarweise äquidistant angeordnet, was auch gut aus der Zusammenschau von 1 und 2 hervorgeht.
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Der Planetenträger 3 weist eine erste kreisförmige Planetenträgerscheibe 9 und eine dazu koaxial angeordnete zweite kreisförmige Planetenträgerscheibe 10 auf, wobei die erste Planetenträgerscheibe 9 und die zweite Planetenträgerscheibe 10 über eine Mehrzahl von axial verlaufenden Planetenträgerstegen 11 axial voneinander beabstandet sind. Die erste Planetenträgerscheibe 9, die zweite Planetenträgerscheibe 10 und die Planetenträgerstege 11 sind einstückig, insbesondere monolithisch, miteinander ausgeformt.
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Die erste Planetenträgerscheibe 9 und die zweite Planetenträgerscheibe 10 besitzen Lagerstellen 20 für die Planetenräder 5, welche als Bohrungen ausgeformt sind. Die erste Planetenträgerscheibe 9, die zweite Planetenträgerscheibe 10 und jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte Planetenträgerstege 11 definieren eine Tasche 12, durch welche ein Planetenrad 5 in den Planetenträger 3 einsetzbar ist.
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Der Stirnradträger 6 besitzt eine erste kreisförmige Stirnradträgerscheibe 13 und eine dazu koaxial angeordnete zweite kreisförmige Stirnradträgerscheibe 14, wobei die erste Stirnradträgerscheibe 13 und die zweite Stirnradträgerscheibe 14 über eine Mehrzahl von axial verlaufenden Stirnradträgerstegen 15 axial voneinander beabstandet sind. Die erste Stirnradträgerscheibe 3 und die zweite Stirnradträgerscheibe 14 weisen Lagerstellen 21 für die Stirnräder 7 auf, welche als Bohrungen ausgeformt sind.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1-2 ist die erste Stirnradträgerscheibe 13 und die zweite Planetenträgerscheibe 10 einstückig, insbesondere monolithisch, miteinander ausgebildet. Auch die Stirnradträgerstege 15 sind einstückig, insbesondere monolithisch, mit der ersten Stirnradträgerscheibe 13 ausgeformt. Die zweite Stirnradträgerscheibe 14 kann mittels einer formschlüssigen, kraftschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Verbindung an den Stirnradträgerstegen 15 befestigt werden.
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Wie insbesondere aus der 2 gut ersichtlich wird, sind die Lagerstellen 21 der Stirnräder 7 so ausgebildet und in dem Stirnradträger 6 angeordnet, dass sie die Lagerstellen 20 der Planetenräder 5 nicht überdecken.
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Das auf etwa zwölf Uhr liegende Stirnradpaar 7 mit seinen Lagerstellen 21 ist dabei so orientiert, dass eine der Lagerstellen 20 eines Planetenrads 5 in umfänglicher Richtung zwischen ihnen und in radialer Richtung leicht nach innen versetzt gelagert wird. Durch die ungleiche Teilung von Planetenrädern und Stirnrädern werden zwei Planetenräder 5 unmittelbar neben den beiden anderen Stirnradpaaren 7 auf etwa vier Uhr und etwa acht Uhr in den entsprechenden Lagerstellen 20 gelagert. Der Stirnradträgersteg 15 auf etwa sechs Uhr ist radial auf einem Kreis angeordnet, dass die Lagerstelle 20 des vierten Planetenrads 5 auf etwa sechs Uhr unterhalb des Stirnradträgersteges 15 platzierbar ist. Die Lagerstellen 20 der Planetenräder 5 bleiben so in allen vier Positionen von beiden axialen Seiten zugänglich und können dadurch leicht montiert werden.
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Die Lagerstellen 20 der Planetenräder 5 und die Lagerstellen 21 der Stirnradpaare 7 durchdringen sich somit in keiner Position und können dadurch axial auf einer gemeinsamen Ebene, nämlich in einer gemeinsamen Stirnradträgerscheibe/Planetenträgerscheibe 10,13 realisiert werden, was axialen Bauraum spart.
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5 zeigt einen elektrischen Achsantriebsstrang 16 eines Kraftfahrzeugs 17, umfassend eine elektrische Maschine 18 und eine mit der elektrischen Maschine 18 gekoppelten Getriebeanordnung 2 wobei die Getriebeanordnung 2 ein Planetengetriebe 3 und ein Stirnrad-Differentialgetriebe 4 aufweist. Die Getriebeanordnung 2 besitzt ferner ein Getriebemodul 1, wie es in den 1-2 gezeigt ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebemodul
- 2
- Getriebeanordnung
- 3
- Planetengetriebe
- 4
- Stirnrad-Differentialgetriebe
- 5
- Planetenrädern
- 6
- Stirnradträger
- 7
- Stirnrädern
- 8
- Rotationsachsen
- 9
- Planetenträgerscheibe
- 10
- Planetenträgerscheibe
- 11
- Planetenträgersteg
- 12
- Tasche
- 13
- Stirnradträgerscheibe
- 14
- Stirnradträgerscheibe
- 15
- Stirnradträgersteg
- 16
- Achsantriebsstrang
- 17
- Kraftfahrzeug
- 18
- elektrische Maschine
- 19
- Rotationsachsen
- 20
- Lagerstelle
- 21
- Lagerstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010048837 A1 [0004]
- DE 102016216802 A1 [0005]
- DE 102016223098 B4 [0006]
- DE 102011079695 A1 [0006]
