-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor, und einer Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und der Rotor drehmomentübertragend an die Getriebeanordnung angebunden ist, wobei die Getriebeanordnung ein Planetengetriebe umfasst mit einem ersten Sonnenrad und mehreren mit dem ersten Sonnenrad in Eingriff stehenden und in einem Planetenradträger drehbar gelagerten gestuften Planetenrädern, die sich rotatorisch um das erste Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad angeordnetes Hohlrad. Die Erfindung betrifft ferner ein Planetengetriebe.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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 für elektrische Achsantriebsstränge bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor, und einer Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und der Rotor drehmomentübertragend an die Getriebeanordnung angebunden ist, wobei die Getriebeanordnung ein Planetengetriebe umfasst mit einem ersten Sonnenrad und mehreren mit dem ersten Sonnenrad in Eingriff stehenden und in einem Planetenradträger drehbar gelagerten gestuften Planetenrädern, die sich rotatorisch um das erste Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, wobei die gestuften Planetenräder jeweils ein erstes Zahnrad mit einem ersten Kopfkreisdurchmesser und ein zweites Zahnrad mit einem zweiten Kopfkreisdurchmesser aufweisen, wobei der erste Kopfkreisdurchmesser des ersten Zahnrads größer ist als der Kopfkreisdurchmesser des zweiten Zahnrads und der Planetenradträger eine sich im Inneren des Planetenträgers erstreckende Steckverzahnung aufweist, in die eine korrespondierende Steckverzahnung einer Welle drehmomentübertragend eingreift, wobei die Steckverzahnung des Planetenradträgers radial unterhalb des zweiten Zahnrads ausgebildet ist, und das Hohlrad mit dem zweiten Zahnrad getrieblich im Eingriff steht sowie das Sonnenrad mit dem ersten Zahnrad getrieblich im Eingriff steht.
-
Erfindungsgemäß kann hierdurch ein Planetengetriebe in einem elektrischen Achsantriebsstrang realisiert werden, dass eine hohe Übersetzung, eine hohe Drehmomentkapazität und gleichzeitig einen kompakten Bauraum verfügt. Hierzu wird die Welle-Nabe-Verbindung am Abtrieb des Planetenradsatzes unterhalb der kleinen Verzahnung der Stufenplaneten verschachtelt und ist damit kostengünstig herstellbar, hoch belastbar und kompakt ausgebildet.
-
Bevorzugt ist der Planetenradsatz des Planetengetriebes mit nur einem Sonnenrad bestückt, so dass unterhalb der kleinen Verzahnung des gestuften Planetenrades eine Welle-Nabe-Verbindung eines relativ großen Durchmessers angeordnet werden kann. Dies hat bei bevorzugt wärmebehandelten Welle-Nabe-Verbindungen zu folge, dass diese relativ schmal gebaut werden können oder die Wärmebehandlung auch entfallen kann. Dabei ist es trotzdem möglich, sehr hohe Abriebsmomente, die in einem gestuften Planetenradsatz erzeugt werden, zu übertragen. Der Planetenträger kann durch diese Verbindungstechnik besonders vorteilhaft aus Guss kostengünstig aus einem Stück ohne Wärmebehandlung hergestellt werden. Auch ermöglicht die Ausgestaltung des Planetengetriebes eine bevorzugte Herstellung der Steckverzahnung durch Räumen, was besonders kosteneffizient ist.
-
Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden.
-
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.
-
Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. 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.
-
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.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Planetenradträger einen zylinderringförmigen koaxial zum Sonnenrad verlaufenden Abschnitt aufweist, an dessen innerer Mantelfläche die Steckverzahnung ausgebildet ist, wodurch sich besonders montagefreundliche Steckverzahnungen ausbilden lassen, die durch ein axiales Einsetzen drehmomentübertragend mit einer entsprechen korrespondierenden Steckverzahnung, beispielsweise einer Welle, in Eingriff bringen lassen.
-
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Steckverzahnung des Planetenradträgers eine axiale Erstreckung aufweist, die 0,5-1,5, bevorzugt 0,7-1,2, ganz besonders bevorzugt 0,8-1,0 mal der axialen Erstreckung des zweiten Zahnrads Zahnrads entspricht. Es kann hierdurch erreicht werden, dass sich eine bestmögliche Drehmomentenüberragung in dem vorhandenen Bauraum über die Steckverzahnung erzielen lässt.
-
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Planetenradträger einstückig, insbesondere monolithisch, ausgeformt ist, wodurch der Planetenradträger fertigungstechnisch günstig, montagefreundlich sowie hoch belastbar ausgebildet werden kann. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Planetenradträger aus einem metallischen Gussmaterial geformt ist, was ebenfalls die Belastbarkeit des Planetenradträgers verbessert.
-
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Steckverzahnung des Planetenradträgers mittels eines Räumverfahrens hergestellt wurde, was ebenfalls fertigungstechnisch besonders günstig ist.
-
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Planetenradträger 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. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Planetenradträger besonders gewichtsoptimiert ausgebildet werden kann und entsprechend zu einer Leichtbauweise des Planetengetriebes beiträgt.
-
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die erste Planetenträgerscheibe, die zweite Planetenträgerscheibe und jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte Planetenträgerstege eine Tasche definieren, durch welche ein Planetenrad in den Planetenradträger einsetzbar ist, wodurch das Einsetzen der Planetenräder besonders einfach und montagefreundlich gestaltet werden kann.
-
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass der Planetenradträger drehmomentübertragend mit einem Differentialgetriebe, insbesondere mit einem Stirnraddifferentialgetriebe, gekoppelt ist.
-
Die Aufgabe der Erfindung kann ferner gelöst werden durch ein Planetengetriebe mit einem ersten Sonnenrad und mehreren mit dem ersten Sonnenrad in Eingriff stehenden und in einem Planetenradträger drehbar gelagerten gestuften Planetenrädern, die sich rotatorisch um das erste Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, wobei die gestuften Planetenräder jeweils ein erstes Zahnrad mit einem ersten Kopfkreisdurchmesser und ein zweites Zahnrad mit einem zweiten Kopfkreisdurchmesser aufweisen, wobei der erste Kopfkreisdurchmesser des ersten Zahnrads größer ist als der Kopfkreisdurchmesser des zweiten Zahnrads und der Planetenradträger eine sich im Inneren des Planetenträgers erstreckende Steckverzahnung aufweist, in die eine korrespondierende Steckverzahnung einer Welle drehmomentübertragend eingreift, wobei die Steckverzahnung des Planetenradträgers radial unterhalb des zweiten Zahnrads ausgebildet ist, und das Hohlrad mit dem zweiten Zahnrad getrieblich im Eingriff steht sowie das Sonnenrad mit dem ersten Zahnrad getrieblich im Eingriff steht.
-
Es versteht sich, dass die bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsformen eines Planetengetriebes, wie sie vorab im Zusammenhang mit einem elektrischen Achsantriebsstrang beschrieben wurden, sich auch auf das Planetengetriebe als solches übertragen lassen.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
-
Es zeigt:
- 1 ein Planetengetriebe in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 2 eine Detaildarstellung eines gestuften Planetenrads in einem Planetenradträger in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 3 ein mit gestuften Planetenräder bestückter und freigestellter Planetenradträger in einer perspektivischen Ansicht,
- 4 ein unbestückter Planetenradträger in einer perspektivischen Ansicht,
- 5 ein elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 6 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang in einer schematischen Blockschaltansicht.
-
Die 6 zeigt einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 2, umfassend eine elektrische Maschine 3 und einer Getriebeanordnung 4, wobei die elektrische Maschine 3 und die Getriebeanordnung 4 eine bauliche Einheit 5 bilden. Wie aus der 5 gut zu entnehmen ist, besitzt die elektrische Maschine 3 einen relativ zu einem Stator 9 drehbar gelagerten Rotor 10, welcher drehmomentübertragend an die Getriebeanordnung 4 angebunden ist.
-
Die Getriebeanordnung 4 umfasst ein Planetengetriebe 40 mit einem ersten Sonnenrad 50 und mehreren mit dem ersten Sonnenrad 50 in Eingriff stehenden und in einem Planetenradträger 60 drehbar gelagerten gestuften Planetenrädern 70, die sich rotatorisch um das erste Sonnenrad 50 bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad 50 angeordnetes Hohlrad 80. Dies kann gut anhand der 2-3 nachvollzogen werden.
-
Die gestuften Planetenräder 70 weisen jeweils ein erstes Zahnrad 71 mit einem ersten Kopfkreisdurchmesser und ein zweites Zahnrad 72 mit einem zweiten Kopfkreisdurchmesser auf, wobei der erste Kopfkreisdurchmesser des ersten Zahnrads 71 größer ist als der Kopfkreisdurchmesser des zweiten Zahnrads 72. Der Planetenradträger 60 besitzt eine sich im Inneren des Planetenträgers 60 erstreckende Steckverzahnung 30, in die eine korrespondierende Steckverzahnung 31 einer Welle 32 drehmomentübertragend eingreift. Die Steckverzahnung 30 des Planetenradträgers 60 ist radial unterhalb des zweiten Zahnrads 72 ausgebildet. Das Hohlrad 80 steht mit dem zweiten Zahnrad 72 getrieblich im Eingriff sowie das Sonnenrad 50 mit dem ersten Zahnrad 71. Der monolithisch aus einem metallischen Gussmaterial ausgeformte Planetenradträger 60 weist einen zylinderringförmigen koaxial zum Sonnenrad 50 verlaufenden Abschnitt 61 auf, an dessen innerer Mantelfläche 62 die Steckverzahnung 30 ausgebildet ist. Die Steckverzahnung 30 des Planetenradträgers 60 besitzt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine axiale Erstreckung die in etwa 0,8-1,0 mal der axialen Erstreckung des zweiten Zahnrads 72 entspricht.
-
Der zylinderringförmige, koaxial zum Sonnenrad 50 verlaufende Abschnitt 61 des Planetenradträgers 60 ist auch gut in den 3-4 zu erkennen. Hierdurch wird eine Art von verschachtelter Anordnung von Planetenrädern 7 und der Steckverzahnung 30 des Planetenradträgers 60 erzielt, was einen besonders kompakten Aufbau des gesamten Planetengetriebes 40 ermöglicht.
-
Der Planetenradträger 60 besitzt ferner eine erste kreisförmige Planetenträgerscheibe 63 und eine dazu koaxial angeordnete zweite kreisförmige Planetenträgerscheibe 64, wobei die erste Planetenträgerscheibe 63 und die zweite Planetenträgerscheibe 64 über eine Mehrzahl von axial verlaufenden Planetenträgerstegen 65 axial voneinander beabstandet sind. Die erste Planetenträgerscheibe 63, die zweite Planetenträgerscheibe 64 und jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte Planetenträgerstege 65 definieren eine Tasche 66, durch welche ein Planetenrad 70 in den Planetenradträger 60 einsetzbar ist. Dies ist insbesondere gut aus der Zusammenschau der 3-4 zu erkennen.
-
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.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Achsantriebsstrang
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- elektrische Maschine
- 4
- Getriebeanordnung
- 5
- Einheit
- 6
- Planetenradträger
- 7
- Planetenrädern
- 8
- Hohlrad
- 9
- Stator
- 10
- Rotor
- 30
- Steckverzahnung
- 31
- Steckverzahnung
- 32
- Welle
- 40
- Planetengetriebe
- 50
- Sonnenrad
- 60
- Planetenradträger
- 61
- Abschnitt
- 62
- Mantelfläche
- 63
- Planetenträgerscheibe
- 64
- Planetenträgerscheibe
- 65
- Planetenträgerstegen
- 66
- Tasche
- 70
- Planetenräder
- 71
- Zahnrad
- 72
- Zahnrad
- 80
- Hohlrad
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010048837 A1 [0004]
- DE 102016216802 A1 [0005]
- DE 102016223098 B4 [0006]
- DE 102011079695 A1 [0006]
