DE102022003891A1

DE102022003891A1 - Planetenübersetzungsstufe und elektrisches Antriebssystem

Info

Publication number: DE102022003891A1
Application number: DE102022003891.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Schilder; Tobias Haerter; Cornelius Hentrich; Philip Konowalczyk
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-10-20
Filing date: 2022-10-20
Publication date: 2023-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Planetenübersetzungsstufe (13) mit einem Sonnenrad (11), mit einem Planetenträger (8) und zugehörigen Planetenrädern (10) und mit einem Hohlrad (12), wobei der Planetenträger (8) einen Steg (32) sowie drehfest mit dem Steg (32) verbundene Planetenradbolzen (9) aufweist, wobei jeweils eines der Planetenräder (10) auf einem der Planetenradbolzen (9) drehbar gelagert ist, wobei der Planetenträger (8) einen zu einer Hauptdrehachse (HA) koaxial angeordneten ersten Trägerring (39) aufweist, welcher mittels eines ersten Planetenträgerlagers (41) radial gegenüber einem Gehäuse (5) abgestützt ist, wobei der Planetenträger (8) einen zu der Hauptdrehachse (HA) koaxial angeordneten zweiten Trägerring (38) aufweist, welcher mittels eines zweiten Planetenträgerlagers (44) radial gegenüber dem Gehäuse (5) abgestützt ist. Die erfindungsgemäße Planetenübersetzungsstufe ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Trägerring (38) und das zweite Planetenträgerlager (44) in axialer Richtung (r) auf einer dem ersten Trägerring (39) und dem ersten Planetenträgerlager (41) abgewandten Seite der Planetenradbolzen (9) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Planetenübersetzungsstufe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Planetenübersetzungsstufe.
Planetenübersetzungsstufen, welche beispielsweise in einem elektrischen Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen können, sind soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Rein beispielhaft kann hier auf die DE 10 2019 114 139 B3 verwiesen werden, welche ein Kraftfahrzeuggetriebe zur Ankopplung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang zeigt. Bezüglich der Planetenübersetzungsstufe selbst kann insbesondere auf die DE 10 2018 211 491 A1 verwiesen werden. Dort ist eine Anordnung zur Lagerung einer als Stegwelle eines Planetenradsatzes ausgebildeten Abtriebswelle beschrieben.
Den nächstliegenden Stand der Technik bildet hier die DE 20 2008 010 028 U1 . Hierin werden zwei Schrägkugellager eingesetzt, welche einen Planetenträger gemeinsam auf einer Seite der auf ihm angeordneten Planetenräder entsprechend lagern. Das Gehäuse umgreift dabei die Lager von außen, der Planetenträger liegt im Zentrum. Zwar erzielt die Lagerung durch die O-Anordnung der Schrägkugellager eine relativ große Stützweite, dennoch ist sie durch die in dem deutschen Gebrauchsmuster beschriebe Anordnung vergleichsweise stark durch Kippmomente belastet, was eine vergleichsweise größere Dimensionierung erzwingt oder eine entsprechend geringere Laufleistung der Schrägkugellager bedeutet.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin eine hinsichtlich der Lagerung verbesserte Planetenübersetzungsstufe sowie ein verbessertes elektrisches Antriebssystem mit einer derartigen Planetenübersetzungsstufe anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Planetenübersetzungsstufe mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Außerdem löst ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen im Anspruch 10 die Aufgabe.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Planetenübersetzungsstufe ergeben sich aus den von dem Hauptanspruch abhängigen Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Planetenübersetzungsstufe umfasst ein Sonnenrad, einen Planetenträger mit zugehörigen Planetenrädern und ein Hohlrad. Der Planetenträger selbst weist dabei einen Steg sowie drehfest mit dem Steg verbundene Planetenradbolzen auf, wobei die einzelnen Planetenräder auf diesen Planetenradbolzen drehbar gelagert sind. Der Planetenträger weist einen zu einer Hauptdrehachse, welche die Drehachse der Planetenübersetzungsstufe als solche ist, koaxial angeordneten ersten Trägerring auf, welcher mittels eines ersten Planetenträgerlagers radial gegenüber einem Gehäuse abgestützt ist. Der Planetenträger weist außerdem einen zweiten koaxial zur Hauptdrehachse angeordneten Trägerring auf, welcher mittels eines zweiten Planetenträgerlagers radial gegenüber dem Gehäuse abgestützt ist. Erfindungsgemäß ist dabei so, dass der zweite Trägerring und das zweite Planetenträgerlager in axialer Richtung auf einer dem ersten Trägerring und dem ersten Planetenträgerlager abgewandten Seiten der Planetenradbolzen angeordnet sind. Die beiden Planetenträgerlager sind also entsprechend beabstandet auf der einen und der anderen Seite der Planetenradbolzen angeordnet. Diese Anordnung mit einem der Planetenträgerlager auf der einen und einem der Planetenträgerlager quasi auf der anderen Seite des Planetenträgers ermöglicht eine gute Abstützung des Planetenträgers und verringert Kippmomente auf die Lager.
Begriffe wie koaxial, axial und radial beziehen sich dabei, sofern nicht explizit anders angegeben, immer auf die Hauptdrehachse der Planetenübersetzungsstufe.
Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Planetenübersetzungsstufe kann es ferner vorgesehen sein, dass das erste Planetenträgerlager radial innerhalb des ersten Trägerrings und radial außerhalb eines koaxial zur Hauptdrehachse angeordneten ersten Gehäuserings angeordnet ist. Diese besonders bevorzugte Anordnung gemäß der Erfindung stützt also den Planetenträger zwischen dem ersten Trägerring des Planetenträgers und dem ersten Gehäusering in der Art ab, dass der Gehäusering radial innen und der Trägerring radial außen angeordnet ist. Dies ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau, bei welchem radial innerhalb des ersten Gehäuserings weiterer Bauraum verbleiben kann, um hier beispielsweise Antriebswellen, Abtriebswellen oder dergleichen anzuordnen. Diese besonders günstige Bauform kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Planetenübersetzungsstufe auch auf das zweite Planetenträgerlager erweitert werden, sodass auch hier das zweite Planetenträgerlager radial innerhalb des zweiten Trägerrings und radial außerhalb eines koaxial zu der Hauptdrehachse angeordneten zweiten Gehäuserings angeordnet ist.
Das Gehäuse selbst kann dabei gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung ein Grundgehäuse sowie einen Gehäusedeckel aufweisen, wobei der erste Gehäusering einstückig mit dem Gehäusedeckel ausgebildet ist und der zweite Gehäusering einstückig mit dem Grundgehäuse. Hierdurch lassen sich die beiden Gehäuseringe bei der Montage der Planetenübersetzungsstufe in der Art einsetzen, dass diese durch das Verschließen des Gehäusedeckels in ihre endgültige Position gebracht werden, was die Montage der Planetenübersetzungsstufe, und hier insbesondere der Planetenträgerlager, erleichtert.
Die Planetenträgerlager können dabei beide in Form von Schrägkugellagern ausgebildet sein. Diese Schrägkugellager haben dabei den an sich bekannten Vorteil, dass sie sowohl axiale Kräfte als auch radiale Kräfte ideal abstützten. Die sogenannten Drucklinien dieser Schrägkugellager können die Hauptdrehachse vorzugsweise in einem Abstand zueinander schneiden, welcher größer als der axiale Abstand der beiden Schrägkugellager zueinander ist. Die Schrägkugellager sind also bei dieser besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Planetenübersetzungsstufe in einer sogenannten O-Anordnung positioniert.
Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung der Planetenübersetzungsstufe gemäß der Erfindung sieht es ferner vor, dass in axialer Richtung zwischen dem ersten Planetenträgerlager und dem zweiten Planetenträgerlager jeweils koaxial zu einem der Planetenradbolzen eine Planetenradlagervorrichtung angeordnet ist. Wie oben bereits angedeutet ist dieser Aufbau besonders günstig, da die beiden Planetenträgerlager axial so weit voneinander beabstandet sind, dass sie die Planetenlagervorrichtungen der einzelnen Planetenräder in axialer Richtung zwischen sich einschließen, also bezüglich der auf die Planetenräder und damit den Planetenträger wirkenden Kräfte in axialer Richtung jeweils auf der einen und der anderen Seite außerhalb dieser einwirkenden Kräfte liegen, sodass Kippmomente verhindert oder zumindest deutlich reduziert werden können.
Die Planetenlagervorrichtungen lassen sich dabei grundlegend in verschiedenen Arten realisieren. Sie können beispielsweise als Gleitlager oder Wälzlager ausgestaltet sein. Dabei ist beispielsweise ein einziges Rollenlager für jedes der Planetenräder auf den entsprechenden Planetenradbolzen eine geeignete Lösung mit optimiertem Reibungsverhalten.
Vorzugsweise kann es nun jedoch auch vorgesehen sein, dass jede der Planetenradlagervorrichtungen zwei Lager zwischen dem jeweiligen Planetenradbolzen und dem jeweiligen Planetenrad aufweist. Eine solche Ausgestaltung mit zwei Lagern erlaubt eine in axialer Richtung beabstandete Abstützung der Planetenräder. Dabei können vorteilhaft die beiden Lager der jeweiligen Planetenlagervorrichtung in Form von Schrägkugellagern ausgebildet sein, die in axialer Richtung beabstandet radial zwischen dem jeweiligen Planetenradbolzen und dem jeweiligen Planetenrad angeordnet sind. Über zwei solche Schrägkugellager lässt sich eine ideale Lagerung mit einer sowohl axialen als auch radialen Abstützung in dem jeweiligen Lager umsetzten. Dies gilt insbesondere wenn auch diese in einer O-Anordnung, dieses Mal bezogen auf die Drehachse des jeweiligen Planetenrades, angeordnet sind.
Eine besonders günstige Weiterbildung der Planetenübersetzungsstufe gemäß der Erfindung kann es dabei vorsehen, dass das zweite Planetenträgerlager axial gegenüber einer zweiten Axialfläche des Gehäuses abgestützt ist, und das erste Planetenträgerlager sich axial gegenüber einer Einstellscheibe abstützt, welche ihrerseits an einer weiteren Axialfläche des Gehäuses entsprechend abgestützt ist. Die Einstellscheibe ist dabei auf einer in axialer Richtung der Planetenräder abgewandten Seite des ersten Planetenträgerlagers angeordnet und die zweite Axialfläche auf einer in axialer Richtung den Planetenrädern abgewandten Seite des zweiten Planetenträgerlagers. Die erste Axialfläche zur Abstützung der Einstellscheibe einerseits und die zweite Axialfläche zur Abstützung des zweiten Planetenträgerlagers direkt liegen in axialer Richtung gesehen bezogen auf die beiden Planetenträgerlager also jeweils außen, sodass zwischen diesen Axialflächen, unter Verwendung einer geeigneten Einstellscheibe die Lagerspannung für die Planetenträgerlager entsprechend eingestellt werden kann. Sitzt dabei die Einstellscheibe im Bereich des Gehäusedeckels und die gegenüberliegende zweite Axialfläche im Bereich des Gehäuseunterteils, so kann durch die Verwendung einer geeigneten Einstellscheibe beim Aufbringen des Gehäusedeckels auf das Gehäuseunterteil, beispielsweise beim Festschrauben des Gehäusedeckels gegenüber dem Gehäuseunterteil zum Abschluss der Montage, die Lagerspannung entsprechend eingestellt werden.
Eine weitere außerordentlich vorteilhafte Ausgestaltung der Planetenübersetzungsstufe gemäß der Erfindung kann es nun ferner vorsehen, dass der Planetenträger auf seiner dem Steg abgewandten Seite der Planetenradbolzen eine Stegbrille aufweist, welche mit den Planetenradbolzen verbunden, insbesondere verschweißt, ausgeführt ist, und welche den zweiten Trägerring umfasst. Der Planetenträger lässt sich also aus dem Steg mit den drehfest mit ihm verbundenen Planetenradbolzen einerseits und einer aufgebrachten Stegbrille andererseits ausbilden. Vorzugsweise können die Planetenradbolzen und der Steg des Planetenträgers dabei als einteiliges Schmiedeteil ausgeführt sein. Nach dem Aufbringen der Planetenlagervorrichtungen sowie der Planetenräder kann dann die Stegbrille aufgesetzt, bei Bedarf auf die entsprechende Vorspannung der Lager durch Druck bei der Montage vorgespannt und mit den Planetenradbolzen verschweißt werden. Hierdurch entsteht ein sehr einfacher und kompakter Aufbau des Planetenradträgers samt Planetenrädern, welcher dann die Trägerringe einerseits im Bereich des Steges und andererseits im Bereich der Stegbrille für die erfindungsgemäße Art der Lagerung aufweisen kann.
Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug umfasst nun eine elektrische Maschine mit einem Rotor sowie eine Abtriebswelle, welche beispielsweise mit einem direkt angetriebenen Rad oder einem Achsgetriebe, wie beispielsweise einem Differential, in Verbindung steht. Ferner ist bei dem elektrischen Antriebssystem für das Kraftfahrzeug eine Planetenübersetzungsstufe in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungsvarianten vorgesehen. Dabei ist der Rotor der elektrischen Maschine drehmomentübertragend mit dem Sonnenrad verbunden oder verbindbar. Das Hohlrad ist drehfest mit einem Gehäuse verbunden oder verbindbar. Unter einer drehfesten Verbindung im Sinne der Erfindung ist dabei die Verbindung von zwei koaxialen Elementen in der Art zu verstehen, dass diese mit derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Der Planetenträger selbst bildet nun den Abtrieb und ist drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Alles in allem entsteht so, durch den Einsatz der Planetenübersetzungsstufe mit dem besonders effizienten Planetenträger, ein kompakter und in der Herstellung und der Montage einfacher und damit kosteneffizienter Aufbau eines solchen elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Planetenübersetzungsstufe sowie des elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;
2 eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts aus dem elektrischen Antriebssystem mit einer erfindungsgemäßen Umsetzung der Planetenübersetzungsstufe; und
3 eine schematische dreidimensionale Darstellung einer Planetenübersetzungsstufe gemäß der Erfindung mit Blick auf eine Stegbrille eines Planetenträgers.

In der Darstellung der 1 ist ein elektrisches Antriebssystem 1 für ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug dargestellt. Es verfügt über eine elektrische Maschine 2, welche hier besonders vorteilhaft als Axialflussmaschine ausgebildet ist.
Die als Axialflussmaschine ausgebildete elektrische Maschine 2 ist besonders vorteilhaft für einen Antrieb eines einzigen Rades ausgebildet, so dass eine elektrische Antriebsachse des Kraftfahrzeuges vorteilhaft zwei erfindungsgemäße elektrische Antriebssysteme 1 aufweist.
Die elektrische Maschine 2 umfasst einen Stator 30, welcher hier drehfest gegenüber einem Gehäuse 5 angeordnet ist, sowie einen zweiteiligen Rotor 3, welcher mit einer Rotorwelle 4 drehfest verbunden ist. Die Rotorwelle 4 bildet eine Eingangswelle in eine Planetenübersetzungsstufe 13 und ist drehfest mit einem Sonnenrad 11 dieser Planetenübersetzungsstufe 13 verbunden oder bei Bedarf verbindbar, was hier nicht explizit dargestellt ist. Die Planetenübersetzungsstufe 13 umfasst außerdem ein Hohlrad 12, welches drehfest mit dem Gehäuse 5 verbunden oder verbindbar ist. Ein Planetenträger 8 ist drehfest mit einer Abtriebswelle 18 verbunden, welche Leistung aus dem elektrischen Antriebssystem 1 ausleitet, wie es durch den mit 7 bezeichneten und durch einen Pfeil in der Darstellung der 1 angedeuteten Abtrieb dargestellt ist. Die Abtriebswelle 18 ist vorteilhaft mit dem Rad des Kraftfahrzeuges oder - alternativ - mit einem Achsgetriebe verbunden beziehungsweise verbindbar.
In der Darstellung der 2 ist das elektrische Antriebssystem 1 in einem Ausschnitt dargestellt. Der Rotor 3, von welchem hier nur die rechts in der elektrischen Maschine 2 bzw. rechts vom Stator 30 liegende Hälfte entsprechend dargestellt ist, ist über ein Wälzlager 6 gegenüber einem Gehäuse 5 gelagert. Der Rotor 3 ist drehfest mit der Rotorwelle 4 verbunden, welche mehrteilig ausgeführt ist. Sie ist mittelbar über das vorteilhaft als Schrägkugellager ausgebildete Wälzlager 6 des Rotors 3 gelagert und ist ferner über ein Nadellager 28 am Gehäuse 5 abgestützt.
Der Abtrieb 7 ist hinsichtlich einer axialen Richtung a auf einer von der elektrischen Maschine 2 abgewandten Seite der Planetenübersetzungsstufe 13 angeordnet. Dieser Abtrieb 7 ist dabei über die Abtriebswelle 18 mittels einer mit 19 bezeichneten Keilwellenverzahnung drehfest mit einem Planetenradträger 8 als abtreibendem Element der Planetenübersetzungsstufe 13 verbunden.
Die Planetenübersetzungsstufe 13 ist drehbar um eine Hauptdrehachse HA angeordnet. Vorteilhaft ist hier auch der Rotor 3 der elektrischen Maschine 2 drehbar zu der Hauptdrehachse HA angeordnet, so dass elektrische Maschine 2 und Planetenübersetzungsstufe 13 koaxial zu einander angeordnet sind. Die axiale Richtung a verläuft parallel zu der Hauptdrehachse HA.
Der Planetenträger 8 weist Planetenradbolzen 9 auf, die parallel zu der Hauptdrehachse HA angeordnet sind und die zu der elektrischen Maschine 2 hin orientiert sind. Planetenräder 10, von welchen hier zwei zu erkennen sind, sind jeweils über eine Planetenradlagervorrichtung 33, welche hier in Form von zwei Schrägkugellagern 33.1 und 33.2 ausgebildet ist, auf diesen Planetenradbolzen 9 gelagert. Mit den Planetenrädern 10 kämmt radial innen das Sonnenrad 11, welches durch eine Verzahnung der Rotorwelle 4 ausgebildet ist. Das Hohlrad 12 ergänzt diesen Aufbau zu der Planetenübersetzungsstufe 13 zur Wandlung des Drehmoments zwischen dem Rotor 3 und dem Abtrieb 7. Die Ausdrücke „radial“ beziehungsweise „radial innen“ beziehen sich hier auf eine radiale Richtung r, welche sich auf die Hauptdrehachse HA bezieht.
Der Planetenträger 8 umfasst also die Planetenradbolzen 9, welche drehfest mit einem als Steg bezeichneten Bauteil 32 des Planetenträgers 8 verbunden sind. Der Steg 32 ist auf einer der elektrischen Maschine 2 abgewandten Seite der Planetenradbolzen 9 angeordnet.
Auf die Planetenradbolzen 9 werden in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Planetenräder 10 zusammen mit den jeweils zwei Schrägkugellagern 33.1 und 33.2 aufgesteckt, welche zusammen die Planetenradlagervorrichtung 33 des jeweiligen Planetenrades 10 ausbilden. Alternativ dazu könnte beispielsweise auch jeweils ein einzelnes Rollenlager vorgesehen werden.
Der Steg 32 und die Planetenradbolzen 9 sind dabei besonders vorteilhaft als ein einteiliges Schmiedeteil ausgeführt.
Bei einer Montage der Planetenübersetzungsstufe 13 wird nach dem Aufsetzen der Planetenräder 10 und der Planetenradlagervorrichtungen 33, hier jeweils in Form der beiden Schrägkugellager 33.1, 33.2, nun auf einer dem Steg 32 abgewandten Seite des der Planetenradbolzen 9 eine Stegbrille 34 aufgesetzt.
Diese Stegbrille 34 weist im Bereich des jeweiligen Planetenradbolzens 9 jeweils einen ersten Stegbrillenring 35 auf, welcher koaxial zu einer Planetenraddrehachse PA des jeweiligen Planetenrads 10 angeordnet ist. Der erste Stegbrillenring 35 ist jeweils zwischen dem Planetenradbolzen 9 und einem Innenring eines der Stegbrille 34 zugewandten zweiten Schrägkugellagers 33.2 der beiden Schrägkugellager 33.1, 33.2 angeordnet, so dass, bezogen auf die Planetenraddrehachse PA der erste Stegbrillenring 35 radial innerhalb des Innenringes des zweiten Schrägkugellagers 33.2 angeordnet ist. Wesentlich ist, dass jeweils der erste Stegbrillenring 35 radial innerhalb eines Innenringes der jeweiligen Planetenradlagervorrichtung 33 angeordnet ist.
Jeweils ein erstes Schrägkugellager 33.1 der Schrägkugellager 33.1, 33.2 liegt direkt auf dem jeweiligen Planetenradbolzen 9 und umgibt diesen radial. Dieses andere Schrägkugellager 33.1 liegt in axialer Richtung a an einer ersten axialen Anlagefläche 36, welche durch den Planetenträger 8 ausgebildet wird. Die erste axiale Anlagefläche 36 dient dazu, dass die Planetenradlagervorrichtung 33 in axialer Richtung gesichert beziehungsweise abgestützt wird. Die erste axiale Anlagefläche 36 ist vorteilhaft senkrecht zu der Hauptdrehachse HA angeordnet. Die jeweilige erste axiale Anlagefläche 36 verhindert eine axiale Verschiebung der jeweiligen Planetenradlagervorrichtung 33 und damit auch des jeweiligen Planetenrades 10 weg von der elektrischen Maschine 2.
An der Stegbrille 34 ist eine zweite axiale Anlagefläche 29 für die Planetenradlagervorrichtung 33 ausgebildet. Die zweite axiale Anlagefläche 29dient dazu, die Planetenradlagervorrichtung 33 in axialer Richtung zu sichern beziehungsweise abzustützen. Die jeweilige zweite axiale Anlagefläche 29 verhindert eine axiale Verschiebung der jeweiligen Planetenradlagervorrichtung 33 und damit auch des jeweiligen Planetenrades 10 hin zu der elektrischen Maschine 2.
Die zweite axiale Anlagefläche 29 sichert vorteilhaft unmittelbar den Innenring des zweiten Schrägkugellagers 33.2.
Nach dem Aufstecken der Planetenräder 10 mit den jeweils zwei Schrägkugellagern 33.1, 33.2 kann nun bei der Montage durch ein Aufpressen der Stegbrille 34 auf den Planetenträger 8 eine definierte Vorspannung auf die Planetenradlagervorrichtung 33 aufgebracht werden. Hierdurch lassen sich die Schrägkugellager 33.1, 33.2 auf die erforderliche Lagerspannung bringen. ist dieser Zustand erreicht, wird zwischen der Stegbrille 34, und hier insbesondere zwischen dem ersten Stegbrillenring 35 und dem Planetenradbolzen 9, eine durchgehende oder diskontinuierlich um den Umfang des Planetenradbolzens 9 bzw. des ersten Stegbrillenrings 35 verlaufende Schweißnaht gesetzt, welche hier mit 37 bezeichnet ist. Durch diese Schweißnaht 37 wird nun dafür gesorgt, dass der Planetenträger 8 zusammen mit den Planetenrädern 10 und ihrer Planetenradlagervorrichtung 33 durch die Stegbrille 34 komplettiert wird. Der Aufbau ist dabei sehr einfach und kann durch ein entsprechendes Aufpressen der Stegbrille 34 vor dem Verschweißen ideal im Sinne der erforderlichen Lagerspannung montiert werden, um so außerordentlich effizient den zentralen Aufbau der Planetenübersetzungsstufe 13 zu komplettieren.
Die beiden Schrägkugellager 33.1, 33.2 der Planetenradlagervorrichtung 33 sind dabei so ausgestaltet, dass in der unteren Hälfte der 2 eingezeichnete Drucklinien d₁ des einen Schrägkugellagers 33.1 und Drucklinien d₂ des anderen Schrägkugellagers 33.2 die Drehachse PA des unten eingezeichneten Planetenrads 10 in einem Abstand x schneiden, welcher größer als der Abstand der beiden Schrägkugellager 33.1 und 33.2 in axialer Richtung a ist. Dieser Aufbau wird gängigerweise auch als O-Anordnung von Schrägkugellagern bezeichnet, da die Drucklinien d₁ und d₂ insgesamt ein „O“ bilden.
Der Planetenträger 8 selbst weist nun zu seiner Lagerung an dem Gehäuse 5 einen ersten Trägerring 39 auf. Bezogen auf die Hauptdrehachse HA ist radial innen an dem ersten Trägerring 39 ein erstes Planetenträgerlager 41 angeordnet. Das erste Planetenträgerlager 41 ist radial außerhalb eines ersten Gehäuseringes 40 angeordnet, der drehfest und axial fest mit dem Gehäuse 5 verbunden ist. Der erste Trägerring 39 ist radial außerhalb des ersten Planetenträgerlagers 41 angeordnet. Radial zwischen dem ersten Trägerring 39 des Planetenträgers 8 und dem ersten Gehäusering 40 des Gehäuses 5 befindet sich somit das erste Planetenträgerlager 41.
Das erste Planetenträgerlager 41 ist vorteilhaft als ein Schrägkugellager ausgebildet. Das erste Planetenträgerlager stützt dabei sowohl axiale als auch radiale Kräfte ab. Für eine axiale Abstützung des ersten Planetenträgerlagers 41 ist an dem Planetenträger 8 eine dritte axiale Anlagefläche 42 vorgesehen. An dem Gehäuse 5 ist eine Einstellscheibe 43 angeordnet. Die Einstellscheibe stützt sich ihrerseits an einer nicht näher bezeichneten Axialfläche eines Gehäusedeckels 5.1 des Gehäuses 5, ab. Hinsichtlich der axialen Richtung a ist das Planetenträgerlager 41 zwischen der dritten axialen Anlagefläche 42 und der Einstellscheibe 43 angeordnet.
Ein zweites Planetenträgerlager 44 ist in radialer Richtung r gesehen zwischen einem zweiten Gehäusering 45 und einem zweiten Stegbrillenring 38 angeordnet. Der zweite Stegbrillenring 38 ist hier gleichzeitig als ein Trägerring für die Lagerung des Planetenträgers 8 ausgebildet. Die Stegbrille 34 weist den zweiten Stegbrillenring 38 auf. Der erste Stegbrillenring 35 und der zweite Stegbrillenring 38 sind vorteilhaft einstückig ausgebildet.
Das zweite Planetenträgerlager 44 ist hinsichtlich der axialen Richtung a vorteilhaft auf einer dem ersten Planetenträgerlager 41 abgewandten Seite der Planetenradbolzen 9 angeordnet.
Das zweite Planetenträgerlager 44 stützt sich axial an einer zu der Stegbrille 34 gehörigen vierten axialen Anlagefläche 46 ab. Auf der Seite des Gehäuses 5 erfolgt die axiale Abstützung an einer hier nicht näher bezeichneten Axialfläche des zweiten Gehäuserings 45. Die vierte axiale Anlagefläche 46 ist vorteilhaft senkrecht zu der Hauptdrehachse HA angeordnet.
Das zweite Planetenträgerlager 44 ist vorteilhaft als ein Schrägkugellager ausgebildet.
Die vorteilhaft als Schrägkugellager ausgebildeten erstes Planetenträgerlager 41 und zweites Planetenträgerlager 44 sind ebenso wie die beiden Schrägkugellager 33.1 und 33.2 der Planetenradlagervorrichtung 33 in einer O-Anordnung, dieses Mal bezogen auf die Hauptdrehachse HA, angeordnet. Das bedeutet auch hier, dass die Drucklinien D₁ des ersten Planetenträgerlagers 41 und D₂ des zweiten Planetenträgerlagers 44 die Hauptdrehachse HA in einem hier mit y bezeichneten Abstand schneiden, welcher größer als der Abstand der Lager selbst in derselben axialen Richtung a ist.
In der Darstellung der 3 ist nochmals in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung die Planetenübersetzungsstufe 13 zu erkennen. Zur Vereinfachung wurde dabei auf eine Darstellung der Verzahnungen verzichtet. Die 3 zeigt ganz außen als Ring das Hohlrad 12, in welchem in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel drei Planetenräder 10 umlaufen. Durch die Planetenräder 10 weitgehend verdeckt ist der der Steg 32 des Planetenträgers 8 zu erkennen. An dem Steg 32 sind die Planetenradbolzen 9 angeordnet, auf welchen die Planetenräder 10 entsprechend gelagert sind. Der Großteil des Aufbaus ist dabei optisch durch die Stegbrille 34 verdeckt, welche über die Schweißnähte 37 im Bereich der hier nicht explizit erkennbaren - da nach innen überstehenden- ersten Stegbrillenringe 35 mit dem Planetenradbolzen 9 verschweißt sind. Zentral im Bereich der Stegbrille 34 ist der zweite Stegbrillenring 38 zu erkennen, über welchen der Planetenträger 8 auf einer seiner axialen Seiten gelagert ist. Im Zentrum des Aufbaus in der Darstellung der 3 ist außerdem das Sonnenrad 11 sowie die Rotorwelle 4 in Analogie zur Darstellung in 2 zu erkennen.
Die Lagerung der Planetenübersetzungsstufe 13 als Ganzes ist nun so konzipiert, dass die Planetenradlagervorrichtung 33 in axialer Richtung zwischen den beiden Planetenträgerlagern 41, 44 angeordnet ist. Das Sonnenrad 11 ist, wie oben bereits erwähnt, über die Rotorwelle 4 und damit über das Wälzlager 6 sowie das im Bereich des zweiten Gehäuserings 45 angedeutete Nadellager 28 entsprechend gelagert. Ein weiteres Lager kann dabei im Bereich der zweiten Hälfte des Rotors 3 auf der in axialer Richtung a anderen Seite der elektrischen Maschine 2, welche hier nicht mehr dargestellt ist, ausgeführt sein.
Das Gehäuse 5 besteht, wie bereits angedeutet, aus dem Gehäusedeckel 5.1 sowie einem Gehäuseunterteil 5.2, welches als solches vorteilhaft einteilig ausgeführt ist. Von der Seite des Gehäusedeckels 5.1 her wird nun der gesamte Aufbau montiert, indem zuerst die elektrische Maschine 2 eingebracht und ihr Stator 30 beispielsweise über die Verschraubung 31 entsprechend fixiert wird. Im Anschluss werden die Teile der Planetenübersetzungsstufe 13 mit dem vorab bereits komplettierten Planetenträger 8 aus Steg 32, Planetenrädern 10 und Stegbrille 34 eingeführt. Die Lagervorspannung innerhalb der Planetenlagervorrichtungen 33 ist dabei durch das Aufpressen und Verschweißen der Stegbrille 34 bereits eingestellt. Die Lagervorspannung für die beiden Planetenträgerlager 41, 44 lässt sich bei der Montage über die Einstellscheibe 43 entsprechend einstellen, da der zweite Gehäusering 45 im Gehäuseunterteil 5.2 ausgebildet ist und der erste Gehäusering 40 im Gehäusedeckel 5.1. Durch eine geeignete Einstellscheibe 43 lässt sich so die Lagervorspannung beim fixieren des Gehäusedeckels 5.1 beispielsweise durch die angedeuteten Verschraubungen 47 mit dem Gehäuseunterteil 5.2 des Gehäuses 5 einstellen.
Die Abtriebswelle 18 lässt sich dann, wie es oben bereits erwähnt worden ist, über die Keilwellenverzahnung 19 drehfest mit dem Planetenträger 8 koppeln, sodass über den Abtrieb 7 beispielsweise ein einzelnes Rad oder ein Achsgetriebe, wie insbesondere ein Differential eines Kraftfahrzeugs, elektrisch angetrieben werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektrisches Antriebssystem
2: Elektrische Maschine
3: Rotor
4: Rotorwelle
5: Gehäuse
5.1: Gehäusedeckel
5.2: Gehäuseunterteil
6: Wälzlager
7: Abtrieb
8: Planetenträger
9: Planetenradbolzen
10: Planetenräder
11: Sonnenrad
12: Hohlrad
13: Planetenübersetzungsstufe
18: Abtriebswelle
19: Keilwellenverzahnung
28: Nadellager
29: zweite axiale Anlagefläche
30: Stator
31: Verschraubung (Stator)
32: Steg
33: Planetenradlagervorrichtung
33.1: erstes Schrägkugellager
33.2: zweites Schrägkugellager
34: Stegbrille
35: erster Stegbrillenring
36: erste axiale Anlagefläche
37: Schweißnaht
38: zweiter Stegbrillenring
39: erster Trägerring
40: erster Gehäusering
41: erstes Planetenträgerlager
42: dritte axiale Anlagefläche
43: Einstellring
44: zweites Planetenträgerlager
45: zweiter Gehäusering
46: vierte axiale Anlagefläche
47: Verschraubungen Gehäusedeckel
a: axiale Richtung
D1, D2: Drucklinien
d1, d2: Drucklinien
HA: Hauptdrehachse
PA: Planetenraddrehachse
r: radiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019114139 B3 [0002]
DE 102018211491 A1 [0002]
DE 202008010028 U1 [0003]

Claims

Planetenübersetzungsstufe (13) mit einem Sonnenrad (11), mit einem Planetenträger (8) und zugehörigen Planetenrädern (10) und mit einem Hohlrad (12), wobei der Planetenträger (8) einen Steg (32) sowie drehfest mit dem Steg (32) verbundene Planetenradbolzen (9) aufweist, wobei jeweils eines der Planetenräder (10) auf einem der Planetenradbolzen (9) drehbar gelagert ist, wobei der Planetenträger (8) einen zu einer Hauptdrehachse (HA) koaxial angeordneten ersten Trägerring (39) aufweist, welcher mittels eines ersten Planetenträgerlagers (41) radial gegenüber einem Gehäuse (5) abgestützt ist, wobei der Planetenträger (8) einen zu der Hauptdrehachse (HA) koaxial angeordneten zweiten Trägerring (38) aufweist, welcher mittels eines zweiten Planetenträgerlagers (44) radial gegenüber dem Gehäuse (5) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Trägerring (38) und das zweite Planetenträgerlager (44) in axialer Richtung (r) auf einer dem ersten Trägerring (39) und dem ersten Planetenträgerlager (41) abgewandten Seite der Planetenradbolzen (9) angeordnet sind.
Planetenübersetzungsstufe (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Planetenträgerlager (41) radial innerhalb des ersten Trägerringes (39) und radial außerhalb eines koaxial zu der Hauptdrehachse (HA) angeordneten ersten Gehäuseringes (40) angeordnet ist.
Planetenübersetzungsstufe (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Planetenträgerlager (44) radial innerhalb des zweiten Trägerringes (38) und radial außerhalb eines koaxial zu der Hauptdrehachse (HA) angeordneten zweiten Gehäuseringes (45) angeordnet ist.
Planetenübersetzungsstufe (13) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) ein Grundgehäuse (5.2) sowie einen Gehäusedeckel (5.1) aufweist, wobei der erste Gehäusering (40) einstückig mit dem Gehäusedeckel (5.1) ausgebildet ist und der zweite Gehäusering (45) einstückig mit dem Grundgehäuse (5.2) ausgebildet ist.
Planetenübersetzungsstufe (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Planetenträgerlager (41) als ein erstes Schrägkugellager ausgebildet ist und das zweite Planetenträgerlager (44) als ein zweites Schrägkugellager ausgebildet ist.
Planetenübersetzungsstufe (13) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Planetenträgerlager (41, 44) bezogen auf die Hauptdrehachse (HA) in einer O-Anordnung angeordnet sind.
Planetenübersetzungsstufe (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung (a) zwischen dem ersten Planetenträgerlager (41) und dem zweiten Planetenträgerlager (44) jeweils koaxial zu einem der Planetenradbolzen (9) eine Planetenradlagervorrichtung (33) angeordnet ist.
Planetenübersetzungsstufe (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Planetenträgerlager (44) axial gegenüber einer vierten axialen Anlagefläche (46) des Gehäuses (5) abgestützt ist, und das erste Planetenträgerlager (41) axial gegenüber einer Einstellscheibe (43) abgestützt ist, wobei die Einstellscheibe (43) auf einer in axialer Richtung (a) den Planetenrädern (10) abgewandten Seite des ersten Planetenträgerlagers (41) angeordnet ist, und wobei die vierte axiale Anlagefläche (46) auf einer in axialer Richtung (a) den Planetenrädern (10) abgewandten Seite des zweiten Planetenträgerlagers (44) angeordnet ist.
Planetenübersetzungsstufe (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (8) auf seiner dem Steg (32) abgewandten Seite der Planentenradbolzen (9) eine Stegbrille (34) aufweist, welche mit den Planetenradbolzen (9) verbunden ausgeführt ist, und welche den zweiten Trägerring (38) umfasst.
Elektrisches Antriebssystem (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine (2), die einen Rotor (3) aufweist, mit einer Abtriebswelle (18) und mit einer Planetenübersetzungsstufe (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) drehmomentübertragend mit dem Sonnenrad (11) verbunden oder verbindbar ist, das Hohlrad (12) drehfest mit einem Gehäuse (5) verbunden oder verbindbar ist und der Planetenträger (8) drehfest mit der Abtriebswelle (18) verbunden ist.