WO2011098182A1 - Planetengetriebe und verwendung desselben - Google Patents

Planetengetriebe und verwendung desselben Download PDF

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Manuel Wenny
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/36—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion with two central gears coupled by intermeshing orbital gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/04—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing
    • B60K17/043—Transmission unit disposed in on near the vehicle wheel, or between the differential gear unit and the wheel
    • B60K17/046—Transmission unit disposed in on near the vehicle wheel, or between the differential gear unit and the wheel with planetary gearing having orbital motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K7/00—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
    • B60K7/0007—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor being electric

Definitions

  • the present invention relates to a planetary gear according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.
  • a planetary gear which has a sun gear connected to a driven central shaft, a ring gear, a group of first stage planets and a group of second stage planets.
  • the central sun gear is engaged in an axial plane with a plurality of large step wheels of the second step planets.
  • the small step wheels of the second step planets are engaged simultaneously with a pair of adjacent large step wheels of the first step planets.
  • all of the small step wheels of the first step planets are engaged with the ring gear.
  • the present invention is based on the object to propose a planetary gear of the type described above, which is constructed as compact as possible despite a high gear ratio.
  • a planetary gear with a sun gear as a drive with at least a first group of stepped planetary gears, with at least a second group of stepped planetary gears, with a ring gear as a support member and with a planet tenradisme as output, the planet gears of the first and the second group are arranged in the radial direction substantially approximately between the axis of rotation of the sun gear and the outer periphery of the ring gear.
  • the axially successively arranged planet gears of the two groups extend with respect to the radial orientation substantially within the outer dimensions of the ring gear, so that only a minimum of radial space for the planetary gear according to the invention is required.
  • the axes of rotation of the planetary gears of the first and the second group are substantially associated with a circle that runs with a predetermined radius to the centrally arranged sun within the ring gear. Due to the multiple power split results in a particularly favorable power flow and the tooth width of the teeth can be reduced accordingly. Due to the inventive arrangement of the axes of rotation, the centers of the planetary gears are approximately on the circle, the direct connecting lines between the centers of the planet gears form almost a regular hexagon.
  • the planetary gears of the first group can each be designed as double planets with a common axis of rotation and the planetary gears of the second group each as individual planets.
  • the double planets of the first group may each have a large step wheel and a smaller step wheel on the common axis of rotation.
  • three double planets may be provided in the first group and three single planets in the second group.
  • the number of planetary gears used can also be varied depending on the application.
  • the large step wheel may each be engaged with the driven sun gear and the smaller step wheel may be engaged with two associated single planets of the second group, respectively.
  • the storage of the double planet is provided in each case between the large step wheel and the smaller step wheel on the common axis of rotation. This is particularly useful to absorb the occurring tilting moments by the meshing forces.
  • this type of storage however, multipart or dismountable double planets are required.
  • the individual planetary of the second group form a second axial engagement plane and are respectively engaged with the fixed ring gear and simultaneously with two smaller step wheels of the third double planet of the first group in engagement. Since the planetary gear carrier connected to the output shaft supports both the planet gears of the first stage and the planet gears of the second stage, the power take-off is realized via the storage of the individual planet, wherein the storage of the double planets absorbs the tilting moments by the meshing forces, because power is on the Double planets dissipated only slightly.
  • a planetary gear with multiple power split and high gear ratio is realized, which also implements a particularly compact design, so that the predetermined boundary conditions for use as a direct wheel drive in a vehicle are met in the simplest way.
  • a use as a single-wheel drive is particularly advantageous in which the planetary gear according to the invention on the drive side z. B. is connected to an electric motor and the output side directly to the wheel hub.
  • the very compact design planetary gear can be readily accommodated at least partially or completely in the wheel head. But there are others too
  • Figure 1 is a schematic plan view of a possible embodiment of a planetary gear according to the invention.
  • Figure 2 is a sectional side view of the planetary gear according to the invention.
  • Figure 3 is a schematic three-dimensional view of the planetary gear according to the invention.
  • Figure 4 is an exploded view of the planetary gear according to the invention.
  • the planetary gear can be used as a wheel drive in a vehicle, wherein the planetary gear is driven via, for example, an electric motor and the output side is connected to a hub of a driven vehicle wheel.
  • the planetary gear comprises a central sun gear 1 as a drive. Further, a first group of stepped planetary gears and a second group of stepped planetary gears are provided. As a support member is a ring gear 2 and the output is a planet carrier 3 is provided.
  • the planetary gears of the first and the second group are arranged in the radial direction substantially approximately between the axis of rotation of the sun gear 1 and the outer periphery of the ring gear 2.
  • the sun gear 1 is connected to a drive shaft 5.
  • the planet carrier 3 is connected to an output shaft not shown.
  • the planet gears of the first group are each formed as double planets with a common axis of rotation, wherein the planetary gears of the second group are each formed as a single planetary 7, 7A, 7B.
  • the second group comprises in the illustrated embodiment example three individual planets 7, 7A, 7B.
  • Each double planet has in each case a large step wheel 8, 8A, 8B and a smaller step wheel 9, 9A, 9B on a common axis of rotation.
  • the large step wheels 8, 8A, 8B mesh with the sun gear 1, respectively, with the smaller step wheels 9, 9A, 9B respectively engaged with two single planets 7, 7A, 7B of the second group.
  • the individual planetary 7, 7A, 7B of the second group are in each case with the stationary ring gear 2 in engagement.
  • three double planets with three large step wheels 8, 8A, 8B and with three smaller step wheels 9, 9A, 9B are provided by way of example.
  • Figures 1 and 3 show that the planetary gears of the first and the second group are arranged in the radial extent within the ring gear 2, whereby a particularly space-saving arrangement is realized.
  • FIG. 3 shows that two axial engagement planes are formed in the planetary gearing according to the invention, so that the axial installation space is also reduced to a minimum.
  • the individual components of the proposed planetary gear are illustrated in the exploded view of FIG 4.
  • the proposed planetary gear advantageously results in a very compact design despite the high gear ratio.
  • the multiple power split results in a favorable power flow and the tooth width of the wheels of the planetary gear used can be reduced.
  • the predetermined boundary conditions in a wheel drive, in which the planetary gear according to the invention is arranged at least with a group of planets in the wheel head, are thus fulfilled.

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Abstract

Es wird ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad (1) als Antrieb, mit zumindest einer ersten Gruppe von Planetenrädern, mit zumindest einer zweiten Gruppe von Planetenrädern, mit einem Hohlrad (2) als Abstützglied und mit einem Planetenradträger (3) als Abtrieb vorgeschlagen, wobei die Planetenräder der ersten und der zweiten Gruppe in radialer Richtung im Wesentlichen etwa zwischen der Rotationsachse des Sonnenrades (1) und des Außenumfanges des Hohlrades (2) angeordnet sind.

Description

Planetenqetriebe und Verwendung desselben
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Planetengetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Druckschrift DE 197 20 255 A1 ist ein Planetengetriebe bekannt, welches ein mit einer angetriebenen Zentralwelle verbundenes Sonnenrad, ein Hohlrad, eine Gruppe von ersten Stufenplaneten und eine Gruppe von zweiten Stufenplaneten aufweist. Das zentrale Sonnenrad steht in einer axialen Ebene mit mehreren großen Stufenrädern der zweiten Stufenplaneten in Eingriff. In einer anderen Ebene stehen die kleinen Stufenrädern der zweiten Stufenplaneten gleichzeitig mit einem Paar von benachbarten großen Stufenrädern der ersten Stufenplaneten in Eingriff. Schließlich stehen in einer dritten Ebene alle kleinen Stufenrädern der ersten Stufenplaneten mit dem Hohlrad in Eingriff. Dadurch ergibt sich nur eine teilweise Leistungsverzweigung, da bei der letzten Stufe keine Leistungsverzweigung vorliegt. Zudem ergibt sich ein erheblicher Bauraumbedarf in axialer Richtung aufgrund der drei vorgesehenen Eingriffsebenen und zusätzlich bei den abgestuften Planeten insbesondere über die Abmessungen des Hohlrades hinaus.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Planetengetriebe der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welches trotz eines hohen Übersetzungsverhältnisses möglichst kompakt aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Es wird ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad als Antrieb, mit zumindest einer ersten Gruppe von Stufen-Planetenrädern, mit zumindest einer zweiten Gruppe von Stufen-Planetenrädern, mit einem Hohlrad als Abstützglied und mit einem Plane- tenradträger als Abtrieb vorgeschlagen, wobei die Planetenräder der ersten und der zweiten Gruppe in radialer Richtung im Wesentlichen etwa zwischen der Rotationsachse des Sonnenrades und des Außenumfanges des Hohlrades angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein vollständig leistungsverzweigtes Planetengetriebe mit hohem Übersetzungsverhältnis realisiert, welches trotz der Mehrstufigkeit sehr kompakt aufgebaut ist. Im Gegensatz zu bekannten Planetengetrieben erstrecken sich die axial hintereinander angeordneten Planetenräder der beiden Gruppen bezogen auf die radiale Ausrichtung im Wesentlichen innerhalb der äußeren Abmessungen des Hohlrades, sodass nur ein Minimum an radialem Bauraum für das erfindungsgemäße Planetengetriebe erforderlich ist.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rotationsachsen der Planetenräder der ersten und der zweiten Gruppe im Wesentlichen etwa einem Kreis zugeordnet sind, der mit vorbestimmtem Radius um das zentral angeordnete Sonnenrad innerhalb des Hohlrades verläuft. Aufgrund der mehrfachen Leistungsverzweigung ergibt sich ein besonders günstiger Kraftfluss und die Zahnbreite der Verzahnungen können entsprechend reduziert werden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Rotationsachsen liegen die Mittelpunkte der Planetenräder annähernd auf dem Kreis, wobei die direkten Verbindungslinien zwischen den Mittelpunkten der Planetenräder nahezu ein regelmäßiges Sechseck bilden.
Vorzugsweise können die Planetenräder der ersten Gruppe jeweils als Doppelplaneten mit einer gemeinsamen Rotationsachse und die Planetenräder der zweiten Gruppe jeweils als Einzelplaneten ausgebildet sein. Vorzugsweise können die Doppelplaneten der ersten Gruppe jeweils ein großes Stufenrad und ein kleineres Stufenrad an der gemeinsamen Rotationsachse aufweisen. Beispielsweise können bei der ersten Gruppe drei Doppelplaneten und bei der zweiten Gruppe drei Einzelplaneten vorgesehen sein. Die Anzahl an verwendeten Planetenrädern kann aber auch je nach Anwendung variiert werden.
Bevorzugt kann das große Stufenrad jeweils mit dem angetriebenen Sonnenrad in Eingriff stehen und das kleinere Stufenrad jeweils mit zwei zugeordneten Einzelplaneten der zweiten Gruppe in Eingriff stehen. Dadurch ergeben sich nur zwei axiale Eingriffsebenen, so dass nicht nur der radiale Bauraumbedarf sondern auch der axiale Bauraumbedarf bei dem erfindungsgemäßen Planetengetriebe minimiert wird.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Lagerung der Doppelplaneten jeweils zwischen dem großen Stufenrad und dem kleineren Stufenrad an der gemeinsamen Rotationsachse vorgesehen ist. Dies ist besonders zweckmäßig, um die auftretenden Kippmomente durch die Zahneingriffskräfte aufzunehmen. Bei dieser Art der Lagerung sind jedoch mehrteilige beziehungsweise zerlegbare Doppelplaneten erforderlich. Es ist jedoch auch möglich, eine andere Lagerung vorzusehen, so dass dann die Doppelplaneten einteilig ausgebildet werden können.
Die Einzelplaneten der zweiten Gruppe bilden eine zweite axiale Eingriffsebene und stehen jeweils mit dem feststehenden Hohlrad und gleichzeitig mit jeweils zwei kleineren Stufenrädern der dritten Doppelplaneten der ersten Gruppe in Eingriff. Da der mit der Abtriebswelle verbundene Planetenradträger sowohl die Planetenräder der ersten Stufe als auch die Planetenräder der zweiten Stufe lagert, wird der Leistungsabtrieb über die Lagerung der Einzelplaneten realisiert, wobei die Lagerung der Doppelplaneten die Kippmomente durch die Zahneingriff kräfte aufnimmt, denn Leistung wird über die Doppelplaneten nur wenig abgeführt.
Mit der Erfindung wird ein Planetenumlaufgetriebe mit mehrfacher Leistungsverzweigung und hohem Übersetzungsverhältnis realisiert, welches zudem eine besonders kompakte Bauform realisiert, so dass die vorgegebenen Randbedingungen für den Einsatz als direkten Radantrieb bei einem Fahrzeug auf einfachste Weise erfüllt werden. Eine Verwendung als Einzelradantrieb ist besonders vorteilhaft, bei dem das erfindungsgemäße Planetengetriebe antriebsseitig z. B. mit einem Elektromotor und abtriebsseitig direkt mit der Radnabe verbunden ist. Das sehr kompakt aufgebaute Planentengetriebe kann ohne weiteres zumindest teilweise oder auch komplett in dem Radkopf untergebracht werden. Es sind jedoch auch andere
Einsatzgebiete denkbar. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine mögliche Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes;
Figur 2 eine geschnittene Seitenansicht des erfindungsgemäßen Planetengetriebes;
Figur 3 eine schematische dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Planetengetriebes; und
Figur 4 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Planetengetriebes.
In den Figuren 1 bis 4 ist eine mögliche Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes dargestellt. Beispielsweise kann das Planetengetriebe als Radantrieb bei einem Fahrzeug verwendet werden, wobei das Planetengetriebe über zum Beispiel einen Elektromotor angetrieben wird und abtriebsseitig mit einer Radnabe eines anzutreibenden Fahrzeugrades verbunden ist.
Das Planetengetriebe umfasst ein zentrales Sonnenrad 1 als Antrieb. Ferner sind eine erste Gruppe von Stufen-Planetenrädern und eine zweite Gruppe von Stufen-Planetenrädern vorgesehen. Als Abstützglied ist ein Hohlrad 2 und als Abtrieb ist ein Planetenradträger 3 vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Planetenräder der ersten und der zweiten Gruppe in radialer Richtung im Wesentlichen etwa zwischen der Rotationsachse des Sonnenrades 1 und des Außenumfanges des Hohlrades 2 angeordnet sind.
Gemäß Figur 1 wird deutlich, dass die Rotationsachsen der Planetenräder der ersten und der zweiten Gruppe im Wesentlichen entlang eines gemeinsamen Krei- ses 4 angeordnet sind, der mit vorbestimmtem Radius um das zentral angeordnete Sonnenrad 1 verläuft. Dadurch ergibt sich eine besonders bauraumsparende Anordnung, bei der die direkten Verbindungslinien zwischen den einzelnen Mittelpunkten der Planetenräder nahezu ein regelmäßiges Sechseck 6 bilden.
Insbesondere aus Figur 2 ist ersichtlich, dass das Sonnenrad 1 mit einer Antriebswelle 5 verbunden ist. Der Planetenradträger 3 ist mit einer nicht weiter dargestellten Abtriebswelle verbunden. Die Planetenräder der ersten Gruppe sind jeweils als Doppelplaneten mit einer gemeinsamen Rotationsachse ausgebildet, wobei die Planetenräder der zweiten Gruppe jeweils als Einzelplaneten 7, 7A, 7B ausgebildet sind. Die zweite Gruppe umfasst bei der dargestellten Ausführungsvariante exemplarisch drei Einzelplaneten 7, 7A, 7B.
Jeder Doppelplanet weist jeweils ein großes Stufenrad 8, 8A, 8B und ein kleineres Stufenrad 9, 9A, 9B an einer gemeinsamen Rotationsachse auf. Die großen Stufenrädern 8, 8A, 8B kämmen jeweils mit dem Sonnenrad 1 , wobei die kleineren Stufenräder 9, 9A, 9B jeweils mit zwei Einzelplaneten 7, 7A, 7B der zweiten Gruppe in Eingriff stehen. Zudem stehen die Einzelplaneten 7, 7A, 7B der zweiten Gruppe jeweils mit dem stillstehenden Hohlrad 2 in Eingriff. Bei der ersten Gruppe sind exemplarisch drei Doppelplaneten mit drei großen Stufenrädern 8, 8A, 8B und mit drei kleineren Stufenrädern 9, 9A, 9B vorgesehen.
Die Figuren 1 und 3 zeigen, dass die Planetenräder der ersten und der zweiten Gruppe in radialer Erstreckung innerhalb des Hohlrades 2 angeordnet sind, wodurch eine besonders bauraumsparende Anordnung realisiert wird. Zudem wird insbesondere aus Figur 3 ersichtlich, dass zwei axiale Eingriffsebenen bei dem erfindungsgemäßen Planetengetriebe gebildet werden, so dass auch der axiale Bauraum auf ein Minimum reduziert wird. Die einzelnen Bauteile des vorgeschlagenen Planetengetriebes werden im Rahmen der Explosionsdarstellung gemäß Figur 4 verdeutlicht.
Bei dem vorgeschlagenen Planetengetriebe ergibt sich in vorteilhafter Weise eine sehr kompakte Bauweise trotz des hohen Übersetzungsverhältnisses. Durch die mehrfache Leistungsverzweigung ergibt sich ein günstiger Kraftfluss und die Zahnbreite der verwendeten Räder des Planetengetriebes kann reduziert werden. Die vorgegebenen Randbedingungen bei einem Radantrieb, bei dem das erfindungsgemäße Planetengetriebe zumindest mit einer Gruppe von Planeten in dem Radkopf angeordnet wird, werden somit erfüllt.
Bezuqszeichen
Sonnenrad
Hohlrad
Planetenradträger
Kreis
Antriebswelle
Sechseck
,7A,7B Einzelplanet
,8A,8B große Stufenrad
,9A,9B kleineres Stufenrad

Claims

Patentansprüche
1 . Planetengetriebe mit einem Sonnenrad (1 ) als Antrieb, mit zumindest einer ersten Gruppe von Stufen-Planetenrädern, mit zumindest einer zweiten Gruppe von Stufen-Planetenrädern, mit einem Hohlrad (2) als Abstützglied und mit einem Plane- tenradträger (3) als Abtrieb, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder der ersten und der zweiten Gruppe in radialer Richtung im Wesentlichen etwa zwischen der Rotationsachse des Sonnenrades (1 ) und des Außenumfanges des Hohlrades (2) angeordnet sind.
2. Planetengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachsen der Planetenräder der ersten und der zweiten Gruppe im Wesentlichen einem Kreis (4) zugeordnet sind, der mit vorbestimmtem Radius um das zentral angeordnete Sonnenrad (1 ) innerhalb des Hohlrades (2) verläuft.
3. Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder der ersten Gruppe jeweils als Doppelplaneten mit einer gemeinsamen Rotationsachse und die Planetenräder der zweiten Gruppe jeweils als Einzelplaneten (7, 7A, 7B) ausgebildet sind.
4. Planetengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Doppelplaneten der ersten Gruppe jeweils ein großes Stufenrad (8, 8A, 8B) und ein kleineres Stufenrad (9, 9A, 9B) an der gemeinsamen Rotationsachse aufweisen, wobei die großen Stufenräder (8, 8A, 8B) jeweils mit dem angetriebenen Sonnenrad (1 ) in Eingriff stehen und die kleineren Stufenräder (9, 9A, 9B) jeweils mit zwei zugeordneten Einzelplaneten (7, 7A, 7B) der zweiten Gruppe in Eingriff stehen.
5. Planetengetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung jedes Doppelplaneten jeweils zwischen dem großen Stufenrad (8, 8A, 8B) und dem kleineren Stufenrad (9, 9A, 9B) an der gemeinsamen Rotationsachse vorgesehen ist.
6. Planetengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass jeder Doppelplanet einteilig ausgebildet ist.
7. Planetengetriebe nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelplaneten (7, 7A, 7B) der zweiten Gruppe jeweils mit dem feststehenden Hohlrad (2) und gleichzeitig mit jeweils zwei kleineren Stufenrädern (9, 9A, 9B) der Doppelplaneten der ersten Gruppe in Eingriff stehen.
8. Verwendung eines Planetengetriebes nach einem der vorangehenden Ansprüche als Abtriebsstufe bei einem Radantrieb eines Fahrzeuges.
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