-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein gestuftes Planetenrad mit einem ersten Zahnrad und einem koaxial zum ersten Zahnrad angeordnetem zweiten Zahnrad, wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad drehfest auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und das zweite Zahnrad auf die Welle aufgeschoben ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines gestuften Planetenrades.
-
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 einen kostengünstig herstellbaren Planetenrad bereitzustellen. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein kompaktes wie auch kostengünstig herstellbares Planetengetriebe für elektrische Achsantriebsstränge bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein gestuftes Planetenrad mit einem ersten Zahnrad und einem koaxial zum ersten Zahnrad angeordnetem zweiten Zahnrad, wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad drehfest auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und das zweite Zahnrad auf die Welle aufgeschoben ist, wobei die Welle eine Mehrzahl von umfänglich verteilten, axial hervorstehende Klauen aufweist, in welche korrespondierende Nuten des zweiten Zahnrads derart formschlüssig eingreifen, dass das zweite Zahnrad gegenüber der Welle drehfest und in wenigstens einer axialen Richtung gesichert an der Welle angeordnet ist, wobei der Formschluss zwischen den Klauen und den Nuten mittels Verstemmen der Klauen bewirkt ist.
-
Hierdurch kann ein besonders kostengünstig herstellbares Planetenrad bereitgestellt werden, welches insbesondere ohne Schweißverbindung geformt werden kann. Hierdurch kann eine Kostenreduzierung durch einen vereinfachten Herstellungs- und Montageprozesses von gestuften Planeten realisiert werden, wobei die Planetenräder gefertigt wurden, ohne ein Schweißverfahren zu verwenden.
-
Das gestufte Planetenrad wird hierbei nicht aus einem Stück gefertigt, sondern das gestufte Planetenrad wird vor der Bearbeitung der Zähne der Zahnräder aufgeteilt und nach der Bearbeitung wieder zusammengefügt, wobei die Verbindung für die endgültige Montage ohne Schweißverfahren hergestellt wird. Diese ist formschlüssig ausgebildet und kann insbesondere axiale wie auch umfängliche Lasten übertragen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Teilkreisdurchmesser des ersten Zahnrads von dem Teilkreisdurchmesser des zweiten Zahnrads verschieden ist.
-
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Klauen an einer endseitigen Stirnfläche der Welle ausgebildet sind. Hierdurch können die Klauen beispielsweise durch das Einbringen einer axial in die Welle hineinragenden umlaufenden Nut gebildet werden, was fertigungstechnisch besonders günstig ist. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass in radialer Richtung unterhalb der Klauen eine koaxial zur Welle angeordnete ringförmige Eingriffsnut für ein Umformwerkzeug ausgebildet ist.
-
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das erste Zahnrad einstückig mit der Welle ausgeformt ist, was ebenfalls fertigungstechnisch besonders günstig ist.
-
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Welle einen Wellenabschnitt zur Aufnahme des zweiten Zahnrads aufweist, wobei der Wellenabschnitt eine Steckverzahnung aufweist, welche mit einer Steckverzahnung des zweiten Zahnrads eine axial verschiebbare, drehmomentübertragende Verbindung ausbildet.
-
Die Aufgabe der Erfindung kann ferner gelöst werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines gestuften Plantenrades, mit einem ersten Zahnrad und einem koaxial zum ersten Zahnrad angeordnetem zweiten Zahnrad, wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad drehfest auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und das zweite Zahnrad auf die Welle aufgeschoben ist, umfassend die folgenden Schritte:
- • Ausbildung einer Mehrzahl von umfänglich verteilten, axial hervorstehenden Klauen an der Welle,
- • Ausbildung einer Mehrzahl von zu den Klauen korrespondierenden Nuten an dem zweiten Zahnrad,
- • Aufstecken des zweiten Zahnrads auf die Welle,
- • Verstemmen der Klauen in die Nuten, so dass diese derart formschlüssig ineinandergreifen, dass das zweite Zahnrad gegenüber der Welle drehfest und in wenigstens einer axialen Richtung gesichert an der Welle angeordnet ist.
-
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Klauen radial nach außen in die Nuten verstemmt werden. Das Verstemmen der Klauen kann vorteilhafter Weise mittels eines Rampenförmigen Umformwerkzeugs durchgeführt werden, welchen beim axialen Versetzen in Richtung des ersten Zahnrads in die Eingriffsnut die Klauen durch ihren entsprechen ausgeformten Rampenabschnitt radial nach außen verformt.
-
Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst werden durch einen Planetenradträger für ein Planetengetriebe mit einer Mehrzahl von in dem Planetenradträger drehbar gelagerten gestuften Planetenrädern nach einem der Ansprüche 1-6.
-
Weiter kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein mittels eines elektrischen Achsantriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine und eine mit der elektrischen Maschine wirkverbundenen Planetengetriebe, wobei das Planetengetriebe einen Planetenradträger nach Anspruch 9 aufweist.
-
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.
-
Die Getriebeanordnung kann ein Planetengetriebe und/oder ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
-
Es zeigt:
- 1 eine erste Ausführungsform eines Planetenrades in einer Explosionsdarstellung,
- 2 eine erste Ausführungsform eines Planetenrades mit auf der Welle montierten Zahnrädern in einer perspektivischen Axialschnittdarstellung mit einer Detailansicht des Formschlussbereichs zwischen Welle und zweitem Zahnrad bei einem unverstemmten Zustand der Klauen,
- 3 Detailansicht des Formschlussbereichs zwischen Welle und zweitem Zahnrad im verstemmten Zustand der Klauen in einer perspektivischen Axialschnittdarstellung,
- 4 Umformung der Klauen mittels eines Umformwerkzeuges in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
- 5 eine zweite Ausführungsform eines Planetenrades in einer Explosionsdarstellung,
- 6 ein Planetengetriebe mit einem gestuften Planetenrad in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
- 7 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen betreibbaren Achsantriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
-
Die 1 zeigt ein gestuftes Planetenrad 1 mit einem ersten Zahnrad 2 und einem koaxial zum ersten Zahnrad 2 angeordnetem zweiten Zahnrad 3, wobei das erste Zahnrad 2 und das zweite Zahnrad 3 drehfest auf einer gemeinsamen Welle 4 angeordnet sind und das zweite Zahnrad 3 auf die Welle 4 aufgeschoben ist.
-
Die Welle 4 weist eine Mehrzahl von umfänglich verteilten, axial hervorstehenden Klauen 5 auft, in welche korrespondierende Nuten 6 des zweiten Zahnrads 3 derart formschlüssig eingreifen, dass das zweite Zahnrad 3 gegenüber der Welle 4 drehfest und in wenigstens einer axialen Richtung gesichert an der Welle 4 angeordnet ist. Dieser Formschluss zwischen den Klauen 5 und den Nuten 6 ist mittels Verstemmen der Klauen 5 bewirkt, was nachfolgend noch näher erläutert wird.
-
Aus der 2 wird beispielsweise ersichtlich, dass der Teilkreisdurchmesser des ersten Zahnrads 2 von dem Teilkreisdurchmesser des zweiten Zahnrads 3 verschieden ist. Der Teilkreisdurchmesser des ersten Zahnrades 2 ist in den gezeigten Ausführungsformen kleiner als der Teilkreisdurchmesser des zweiten Zahnrads 3. Das erste Zahnrad 2 wurde einstückig mit der Welle 4 ausgeformt. Der Detailansicht 2a der 2 ist auch gut entnehmbar, dass die Klauen 6 an einer endseitigen Stirnfläche 7 der Welle 4 ausgebildet sind. In radialer Richtung unterhalb der Klauen 6 ist eine koaxial zur Welle 4 angeordnete ringförmige Eingriffsnut 8 für ein Umformwerkzeug 9 ausgebildet.
-
Anhand der 2-4 wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines gestuften Plantenrades 1, mit einem ersten Zahnrad 2 und einem koaxial zum ersten Zahnrad 2 angeordnetem zweiten Zahnrad 3, wobei das erste Zahnrad 2 und das zweite Zahnrad 3 drehfest auf einer gemeinsamen Welle 4 angeordnet sind und das zweite Zahnrad 3 auf die Welle 4 aufgeschoben ist, wie es beispielsweise in der 2 gezeigt ist.
-
Vor dem Zusammenbau der Zahnräder 2,3 auf der Welle 4 erfolgt die Ausbildung einer Mehrzahl von umfänglich verteilten, axial hervorstehenden Klauen 5 an der Welle 4 sowie die Ausbildung einer Mehrzahl von zu den Klauen 5 korrespondierenden Nuten 6 an dem zweiten Zahnrad 3. Die Klauen 6 sind umfänglich voneinander beabstandet und ähneln einer Kopfverzahnung.
-
Dann erfolgt das Aufstecken des zweiten Zahnrads 3 auf die Welle 4 und nachfolgend ein Verstemmen der Klauen 5 in die Nuten 6, so dass diese derart formschlüssig ineinandergreifen, dass das zweite Zahnrad 3 gegenüber der Welle 4 drehfest und in wenigstens einer axialen Richtung gesichert an der Welle 4 angeordnet ist. Dieser Fertigungszustand ist in der 3 gezeigt.
-
Die Klauen 5 werden durch ein rampenförmiges Umformwerkzeug 9, wie es in der 4 gezeigt ist, radial nach außen in die Nuten 6 verstemmt, indem das Umformwerkzeug 9 axial in die Eingriffsnut 8 eingeschoben wird. Hierdurch wird eine umfängliche wie auch axiale Sicherung des zweiten Zahnrads 3 gegenüber der Welle 4 bewirkt, was sich auch gut aus der 3 erkennen lässt.
-
In der 5 ist eine zweite Ausführungsform des aus den 1-4 bekannten Planetenrads gezeigt, bei der die Welle 4 einen Wellenabschnitt 10 zur Aufnahme des zweiten Zahnrads 3 aufweist, wobei der Wellenabschnitt 10 eine Steckverzahnung 11 aufweist, welche mit einer Steckverzahnung 12 des zweiten Zahnrads 3 eine axial verschiebbare, drehmomentübertragende Verbindung ausbildet. Hierdurch können größere Drehmomente übertragbar sein.
-
6 zeigt einen Planetenradträger 20 für ein Planetengetriebe 21 mit einer Mehrzahl von in dem Planetenradträger 20 drehbar gelagerten gestuften Planetenrädern 1 wie sie aus den 1-5 bekannt sind.
-
Schließlich zeigt die 7 einen elektrischen Achsantriebsstrang 22 für ein Kraftfahrzeug 23 umfassend eine elektrische Maschine 24 und ein mit der elektrischen Maschine 24 wirkverbundenes Planetengetriebe 21, wobei das Planetengetriebe 21 einen Planetenradträger 20, wie er aus der 6 bekannt ist, aufweist.
-
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
- Planetenrad
- 2
- Zahnrad
- 3
- Zahnrad
- 4
- Welle
- 5
- Klauen
- 6
- Nuten
- 7
- Stirnfläche
- 8
- Eingriffsnut
- 9
- Umformwerkzeug
- 10
- Wellenabschnitt
- 11
- Steckverzahnung
- 12
- Steckverzahnung
- 20
- Planetenradträger
- 21
- Planetengetriebe
- 22
- Achsantriebsstrang
- 23
- Kraftfahrzeug
- 24
- elektrische Maschine
-
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]
