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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Planetenradträger zur Aufnahme einer Mehrzahl von drehbar gelagerten Planetenrädern innerhalb eines Planetengetriebes, wobei die Planetenräder sich innerhalb des Planetenradträgers rotatorisch um ein erstes Sonnenrad des Planetengetriebes bewegen, und der Planetenradträger eine erste radial verlaufende Stirnfläche und eine zweite, axial beabstandete parallel zur ersten Stirnfläche verlaufende zweite Stirnfläche aufweist, die über eine Mehrzahl von umfänglich verteilten Axialstegen voneinander beabstandet sind, wobei in den Stirnflächen, Lagerstellen für die Planetenräder ausgebildet sind.
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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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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 einen kostengünstig herstellbaren Planetenradträger bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Planetenradträger zur Aufnahme einer Mehrzahl von drehbar gelagerten Planetenrädern innerhalb eines Planetengetriebes, wobei die Planetenräder sich innerhalb des Planetenradträgers rotatorisch um ein erstes Sonnenrad des Planetengetriebes bewegen, und der Planetenradträger eine erste radial verlaufende Stirnfläche und eine zweite, axial beabstandete parallel zur ersten Stirnfläche verlaufende zweite Stirnfläche aufweist, die über eine Mehrzahl von umfänglich verteilten Axialstegen voneinander beabstandet sind, wobei in den Stirnflächen, Lagerstellen für die Planetenräder ausgebildet sind, wobei die erste Stirnfläche an einer ersten Ringscheibe und die zweite Stirnfläche an einer zweiten Ringscheibe sowie die Axialstege als separate Bauteile in einer H-Form ausgebildet sind, und die parallel verlaufenden Stege der H-förmigen Axialstege jeweils formschlüssig mit der Umfangskontur der ersten Ringscheibe und der Umfangskontur der zweiten Ringscheibe verbunden sind.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine deutliche Gewichtsreduzierung eines Planetenradträgers unter dem Aspekt der Erhöhung bzw. Beibehaltung der Gesamtsteifigkeit des Produkts und der Vereinfachung des Herstellungs- und Montageprozesses sowie der Maximierung der Schweißnahtlängen ermöglicht wird.
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Ferner kann ein besonders kostengünstig herstellbarer Planetenradträger bereitgestellt werden, welcher insbesondere ohne spanende Fertigungsverfahren geformt werden kann.
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Dabei kann die Steifigkeit des gesamten erfindungsgemäßen Planetenradträgers im Getriebe durch ein geschweißtes Blechverbindungsteil, den H-förmigen Axialstegen, beibehalten bzw. erhöht werden. Mittels der H-förmigen Axialstege ist es möglich, eine leichtere Konstruktion im Vergleich zum Stand der Technik unter Beibehaltung der Steifigkeitsanforderungen zu erhalten. Durch den erfindungsgemäßen Planetenradträger kann insbesondere auch ein geringer Abstand zwischen den Planetenrädern ermöglicht werden. Durch H-förmigen Axialstege ist es des Weiteren möglich, die Länge der formschlüssigen Verbindung, beispielsweise der Schweißnähte, zu maximieren, was ebenfalls zu einer besonders hohen Steifigkeit des Planetenradträgers beiträgt.
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Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Planetenradträgers kann somit ein gutes Verhältnis zwischen Gewicht und Steifigkeit erreicht und auch die Länge der Schweißnähte für die Verbindungsbleche maximiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Ringscheibe und die zweite Ringscheibe gleichteilig ausgebildet sind, wodurch die Herstellkosten weiter gesenkt werden können.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die erste Ringscheibe und die zweite Ringscheibe aus einem Blech gestanzt sind, was ebenfalls aus fertigungstechnischer Sicht zu bevorzugen ist.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die axiale Dicke der ersten Ringscheibe und die axiale Dicke der zweiten Ringscheibe der axialen Dicke der parallel verlaufenden Stege der H-förmigen Axialstege entsprechen. Hierdurch kann eine optimale Anlage der Bauteile gegeneinander geschaffen werden, was hinsichtlich der gewünschten Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Steifigkeitserhöhung vorteilhaft ist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die erste Ringscheibe und die zweite Ringscheibe jeweils über die Umfangskontur verteilt angeordnete, radial nach innen weisende Aussparungen aufweisen, in die die H-förmigen Axialstege eingepasst sind, wodurch sich beispielsweise die Schweißnahtlänge weiter verlängern lässt.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Aussparungen bogenförmig ausgebildet sind und die parallel verlaufenden Stege der H-förmigen Axialstege jeweils korrespondierend so gebogen sind, dass sich die parallel verlaufenden Stege der H-förmigen Axialstege jeweils an die Umfangskontur der Aussparungen anschmiegen.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die umfängliche Erstreckung der parallel verlaufenden Stege einem Vielfachen der axialen Erstreckung der H-förmigen Axialstege entspricht.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die H-förmigen Axialstege aus einem Blech gestanzt sind, was ebenfalls fertigungstechnisch zu bevorzugen ist.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die parallel verlaufenden Stege der H-förmigen Axialstege jeweils über eine Schweißverbindung mit der Umfangskontur der ersten Ringscheibe und der Umfangskontur der zweiten Ringscheibe verbunden sind, was sich fertigungstechnisch als besonders zu bevorzugen erwiesen hat.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Anzahl der Planetenräder in dem Planetenradträger der Anzahl der H-förmigen Axialstege entspricht.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Planetengetriebe, insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Planetenradträger nach einem der Ansprüche 1-10.
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Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein 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 der Planetenradträger nach einem der Ansprüche 1-10 ausgebildet ist..
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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.
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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.
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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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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.
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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 einen unbestückten Planetenradträger in einer Explosions- und einer perspektivischen Ansicht,
- 2 eine Ringscheibe des Planetenradträgers in einer perspektivischen Darstellung,
- 3 eine Axialsteg in einem ausgestanzten und einem gebogenen Zustand jeweils in einer perspektivischen Ansicht,
- 4 einen unbestückten Planetenradträger in einer Seiten- und einer Axialschnittansicht,
- 5 einen bestückten Planetenradträger in einer perspektivischen Ansicht und einer Detaildarstellung in Axialschnittansicht,
- 6 ein Planetengetriebe in einem schematischen Schaltbild, und
- 7 einen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Blockschaltansicht.
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Die 1 zeigt einen Planetenradträger 60 zur Aufnahme einer Mehrzahl von drehbar gelagerten Planetenrädern 70 innerhalb eines Planetengetriebes 40, so wie es auch in der 5 gezeigt ist, in der der aus der 1 bekannte Planetenradträger 60 mit den entsprechenden Planetenrädern 70 bestückt dargestellt ist.
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Die Planetenräder 70 bewegen sich innerhalb des Planetenradträgers 60 rotatorisch um ein erstes Sonnenrad 50 des Planetengetriebes 40, was sich gut anhand der 6 nachvollziehen lässt.
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Der Planetenradträger 60 weist eine erste radial verlaufende Stirnfläche 61 und eine zweite, axial beabstandete parallel zur ersten Stirnfläche 61 verlaufende zweite Stirnfläche 62 aufweist, die über eine Mehrzahl von umfänglich verteilten Axialstegen 63 voneinander beabstandet sind, wobei in den Stirnflächen 61,62 Lagerstellen 64 für die Planetenräder 70 ausgebildet sind.
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Die erste Stirnfläche 61 ist an einer ersten Ringscheibe 4 und die zweite Stirnfläche 62 an einer zweiten Ringscheibe 5 ausgebildet, was sich auch gut anhand der freigestellten Darstellung der Ringscheiben 4,5 in der 2 nachvollziehen lässt.
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Die Axialstege 63 sind als separate Bauteile in einer H-Form gestaltet, wobei die parallel verlaufenden Stege 6 der H-förmigen Axialstege 63 jeweils formschlüssig mit der Umfangskontur 14 der ersten Ringscheibe 4 und der Umfangskontur 15 der zweiten Ringscheibe 5 verbunden sind, was sich gut der Zusammenschau der 4 mit der 5 entnehmen lässt.
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Die parallel verlaufenden Stege 6 der H-förmigen Axialstege 63 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils über eine Schweißverbindung mit der Umfangskontur 14 der ersten Ringscheibe 4 und der Umfangskontur 15 der zweiten Ringscheibe 5 verbunden. Die entsprechende Schweißnaht 8 ist in der Abbildung b der 5 gezeigt. Aus der 5 ist auch entnehmbar, dass die Anzahl der Planetenräder 70 in dem Planetenradträger 60 der Anzahl der H-förmigen Axialstege 63 entspricht.
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Wie aus der 1 ersichtlich, sind die erste Ringscheibe 4 und die zweite Ringscheibe 5 gleichteilig ausgebildet und aus einem Blech gestanzt. Die axiale Dicke der ersten Ringscheibe 4 und die axiale Dicke der zweiten Ringscheibe 5 entsprechen dabei der axialen Dicke der parallel verlaufenden Stege 6 der H-förmigen Axialstege 63. Die erste Ringscheibe 4 und die zweite Ringscheibe 5 weisen jeweils über die Umfangskontur 14 verteilt angeordnete, radial nach innen weisende Aussparungen 16 auf, in die die H-förmigen Axialstege 63 eingepasst sind.
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Dabei sind die Aussparungen 16 bogenförmig ausgebildet und die parallel verlaufenden Stege 6 der H-förmigen Axialstege 63 sind jeweils korrespondierend so gebogen, dass sich die parallel verlaufenden Stege 6 der H-förmigen Axialstege 63 jeweils an die Umfangskontur 14 der Aussparungen 16 anschmiegen, was sich gut der 4 entnehmen lässt.
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Wie aus der 3 zu erkennen ist, entspricht die umfängliche Erstreckung der parallel verlaufenden Stege 6 einem Vielfachen der axialen Erstreckung der H-förmigen Axialstege 63. Die parallel verlaufenden Stege 6 sind über einen axial verlaufenden Verbindungssteg 7 miteinander gekoppelt. Die H-förmigen Axialstege 63 sind dabei aus einem Blech gestanzt, wie es in der Abbildung a der 3 gezeigt ist. Dieses Bauteil wird dann nachfolgend gebogen, damit es der Umfangskontur 14 der Aussparungen 16 der Ringscheiben 4,5 angepasst ist. Dies ist in der Abbildung b der 3 wiedergegeben.
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Die 5 zeigt einen Planetenradträger 60 zur Aufnahme einer Mehrzahl von drehbar gelagerten Planetenrädern 70 innerhalb eines Planetengetriebes 40, wie es exemplarisch in der 6 skizziert ist. Die Planetenräder 70 bewegen sich innerhalb des Planetenradträgers 60 rotatorisch um ein erstes Sonnenrad 50 des Planetengetriebes 40.
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Der Planetenradträger 60 weist eine erste radial verlaufende Stirnfläche 61 und eine zweite, axial beabstandete parallel zur ersten Stirnfläche 61 verlaufende zweite Stirnfläche 62 auf, die über eine Mehrzahl von umfänglich verteilten Axialstegen 63 voneinander beabstandet sind. In den Stirnflächen 61,62 sind als kreisrunde Öffnungen ausgeformte Lagerstellen 64 für die Planetenräder 70 ausgebildet.
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Der Planetenradträger 60 ist besonders für eine Verwendung in einem Planetengetriebe 40 geeignet, wie es beispielhaft in der 6 gezeigt ist. Das Planetengetriebe 40, welches insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 2 konfiguriert ist, umfassend einen Planetenradträger 60, wie er aus der 5 bekannt ist.
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Das Planetengetriebe 40 kann bevorzugt in einem elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 2 verwendet werden, wie es in der 7 angedeutet ist. Der Achsantriebsstrang 1 umfasst eine elektrische Maschine 3 mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor, und einer Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine 3 und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden. Der Rotor ist drehmomentübertragend an die Getriebeanordnung angebunden, wobei die Getriebeanordnung ein Planetengetriebe 40 umfasst, mit einem ersten Sonnenrad 50 und mehreren mit dem ersten Sonnenrad 50 in Eingriff stehenden und in einem Planetenradträger 60 drehbar gelagerten Planetenrädern 70, die sich rotatorisch um das erste Sonnenrad 50 bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad 50 angeordnetes Hohlrad 80. Der Planetenradträger 60 entspricht dem in der 5 gezeigten Planetenradträger 60.
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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
- Achsantriebsstrang
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- elektrische Maschine
- 4
- erste Ringscheibe
- 5
- zweite Ringscheibe
- 6
- parallel verlaufende Stege
- 7
- Verbindungssteg
- 8
- Schweißnaht
- 14
- Umfangskontur
- 15
- Umfangskontur
- 16
- Aussparungen
- 40
- Planetengetriebe
- 50
- Sonnenrad
- 60
- Planetenradträger
- 61
- Stirnfläche
- 62
- Stirnfläche
- 63
- Axialstege
- 64
- Lagerstellen
- 70
- Planetenräder
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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]
