DE102014221127A1 - Electric drive for a vehicle and vehicle with the electric drive - Google Patents
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Abstract
Bei der Realisierung von Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen haben sich neue Gestaltungsmöglichkeiten für die Integration der Elektromotoren ergeben. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektroantrieb für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welcher kompakt und zuverlässig ausgebildet ist. Hierzu wird ein Elektroantrieb 1 für ein Fahrzeug 2, mit einem Getriebeabschnitt 6 zur Überleitung des Antriebsdrehmoments von einem Elektromotor 5 auf zwei Ausgänge 7a, b des Elektroantriebs 1, wobei der Getriebeabschnitt 6 eine Differenzialeinrichtung 10 mit einem ersten und ein zweiten Sonnenrad 11, 12, sowie einen Satz mit ersten und zweiten Planetenrädern 15, 16 aufweist, wobei die Sonnenräder 11, 12 mit den Ausgängen 7a, b wirkverbunden sind, wobei die ersten Planetenräder 15 mit dem ersten Sonnenrad 11 und die zweiten Planetenräder 16 mit dem zweiten Sonnenrad 12 kämmen, wobei die ersten und die zweiten Planetenräder 15, 16 und wobei das erste und das zweite Sonnenrad 11, 12 jeweils die gleiche Zähnezahl aufweisen, vorgeschlagen, wobei die ersten Planetenräder 15 als lange Planetenräder ausgebildet sind, welche sich in axialer Richtung zumindest abschnittsweise über das zweite Sonnenrad 12 erstrecken, wobei das zweite Sonnenrad 12 im Vergleich zu dem ersten Sonnenrad 11 einen kleineren Kopfkreisdurchmesser aufweist.In the realization of hybrid vehicles or electric vehicles, new design options for the integration of electric motors have emerged. It is an object of the present invention to propose an electric drive for a vehicle, which is designed to be compact and reliable. For this purpose, an electric drive 1 for a vehicle 2, with a transmission section 6 for the transmission of the drive torque from an electric motor 5 to two outputs 7a, b of the electric drive 1, wherein the transmission section 6, a differential device 10 with a first and a second sun gear 11, 12, and a set of first and second planetary gears 15, 16, the sun gears 11, 12 being operatively connected to the outputs 7a, b, the first planetary gears 15 meshing with the first sun gear 11 and the second planetary gears 16 meshing with the second sun gear 12, wherein the first and the second planetary gears 15, 16 and wherein the first and the second sun gear 11, 12 each have the same number of teeth, proposed, wherein the first planetary gears 15 are formed as long planet gears, which in the axial direction at least partially over the second Sun gear 12 extend, wherein the second sun gear 12 compared to the first Sonnenr ad 11 has a smaller tip diameter.
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektroantrieb für ein Fahrzeug mit einem Elektromotor, mit zwei Ausgängen zur Ausgabe eines Antriebsdrehmoments, mit einem Getriebeabschnitt zur Überleitung des Antriebsdrehmoments von dem Elektromotor auf die zwei Ausgänge des Elektroantriebs, wobei der Getriebeabschnitt eine Differenzialeinrichtung aufweist, wobei die Differenzialeinrichtung ein erstes und ein zweites Sonnenrad sowie einen Satz mit ersten Planetenrädern und einen Satz mit zweiten Planetenrädern aufweist, wobei die Sonnenräder eine Hauptdrehachse des Getriebeabschnitts definieren, wobei die Sonnenräder mit den Ausgängen wirkverbunden sind, wobei die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad und die zweiten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad kämmen, wobei ein erstes Planetenrad mit jeweils zwei zweiten Planetenrädern und ein zweites Planetenrad mit jeweils zwei ersten Planetenrädern kämmen, so dass sich ein in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse durchgehender Zahnkranz von ersten und zweiten Planetenrädern bildet, und wobei die ersten und die zweiten Planetenräder jeweils die gleiche Zähnezahl aufweisen und wobei das erste und das zweite Sonnenrad jeweils die gleiche Zähnezahl aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit diesem Elektroantrieb.The invention relates to an electric drive for a vehicle with an electric motor, with two outputs for outputting a drive torque, with a transmission section for transferring the drive torque from the electric motor to the two outputs of the electric drive, wherein the transmission section has a differential device, wherein the differential device comprises a first and a second sun gear and a set of first planetary gears and a set of second planetary gears, wherein the sun gears define a main axis of rotation of the gear portion, the sun gears are operatively connected to the outputs, wherein the first planetary gears with the first sun gear and the second planetary gears with the second Combine sun gear, wherein a first planetary gear with two second planetary gears and a second planetary gear mesh with two first planetary gears, so that a continuous in the direction of rotation about the main axis of rotation Zahnk ration of first and second planetary gears forms, and wherein the first and the second planetary gears each have the same number of teeth and wherein the first and the second sun gear each having the same number of teeth. The invention further relates to a vehicle with this electric drive.
Bei der Realisierung von Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen haben sich neue Gestaltungsmöglichkeiten für die Integration der Elektromotoren ergeben. Die Randbedingungen zu den Gestaltungsmöglichkeiten bilden jedoch die üblichen Anforderungen an einen Antrieb, nämlich eine robuste Ausgestaltung und eine bauraumangepasste Realisierung.In the realization of hybrid vehicles or electric vehicles, new design options for the integration of electric motors have emerged. The boundary conditions to the design options, however, form the usual requirements for a drive, namely a robust design and a space-adapted implementation.
Die Druckschrift
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektroantrieb für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welcher kompakt und zuverlässig ausgebildet ist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Fahrzeug vorzuschlagen. Diese Aufgaben werden durch einen Elektroantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.It is an object of the present invention to propose an electric drive for a vehicle, which is designed to be compact and reliable. It is a further object of the invention to propose a corresponding vehicle. These objects are achieved by an electric drive with the features of
Gegenstand der Erfindung ist damit ein Elektroantrieb, welcher für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich besonders bevorzugt um einen Personenkraftwagen, es kann sich alternativ hierzu auch um einen Lastkraftwagen, einen Bus oder ein anderes Mobil handeln. Der Elektroantrieb ist insbesondere ausgebildet, das Fahrzeug auf eine Geschwindigkeit von größer als 50 Kilometer pro Stunde zu beschleunigen.The subject of the invention is thus an electric drive which is suitable and / or designed for a vehicle. The vehicle is particularly preferably a passenger car, it may alternatively be a lorry, a bus or another mobile. The electric drive is designed, in particular, to accelerate the vehicle to a speed of more than 50 kilometers per hour.
Der Elektroantrieb umfasst einen Elektromotor, welcher zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments dient. In möglichen Ausgestaltungen der Erfindung bildet der Elektromotor den einzigen Antriebsdrehmomenterzeuger des Fahrzeugs. In dieser Ausgestaltung ist das Fahrzeug als ein Elektrofahrzeug ausgebildet. Bei alternativen Ausgestaltungen der Erfindung kann der Elektromotor auch ein Antriebsteildrehmoment zur Verfügung stellen, wobei das Fahrzeug bevorzugt als ein Hybridfahrzeug oder als ein Elektrofahrzeug mit mehreren Elektromotoren ausgebildet ist. The electric drive comprises an electric motor, which serves to generate a drive torque. In possible embodiments of the invention, the electric motor forms the only driving torque generator of the vehicle. In this embodiment, the vehicle is designed as an electric vehicle. In alternative embodiments of the invention, the electric motor can also provide a driving part torque, wherein the vehicle is preferably designed as a hybrid vehicle or as an electric vehicle with a plurality of electric motors.
Der Elektroantrieb weist zwei Ausgänge zur Ausgabe des Antriebsdrehmoments beziehungsweise des umgesetzten Antriebsdrehmoments des Elektromotors auf. The electric drive has two outputs for outputting the drive torque or the converted drive torque of the electric motor.
Besonders bevorzugt sind die zwei Ausgänge den Rädern einer gemeinsamen Achse des Fahrzeugs zugeordnet oder treiben diese an. Damit bildet der Elektroantrieb bevorzugt eine elektrische Achse für das Fahrzeug. Die Ausgänge können unmittelbar und/oder drehfest mit den Rädern gekoppelt sein. Alternativ hierzu können Zwischengetriebestufen vorgesehen sein.Particularly preferably, the two outputs are assigned to the wheels of a common axle of the vehicle or drive them. Thus, the electric drive preferably forms an electrical axis for the vehicle. The outputs can be coupled directly and / or rotationally fixed to the wheels. Alternatively, intermediate gear stages may be provided.
Der Elektroantrieb weist einen Getriebeabschnitt auf, welcher zur Überleitung des Antriebsdrehmoments von dem Elektromotor auf die zwei Ausgänge des Elektroantriebs ausgebildet ist. Somit ergibt sich im Betrieb ein Drehmomentpfad, welcher von dem Elektromotor über den Getriebeabschnitt zu den zwei Ausgängen führt. Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Getriebeabschnitt eine Umsetzung, insbesondere eine Übersetzung oder Untersetzung – nachfolgend zusammenfassend als Übersetzung bezeichnet – aufweist. Die Übersetzung ist insbesondere ausgebildet, die Drehzahl des höher drehenden Elektromotors auf eine niedrigere Drehzahl der langsamer drehenden Ausgänge des Elektroantriebs zu reduzieren. Vorzugsweise liegt die Gesamtübersetzung des Getriebeabschnitts vom Elektromotor zu den Ausgängen zwischen 8 und 15, vorzugsweise bei 10. The electric drive has a transmission section, which is designed to transfer the drive torque from the electric motor to the two outputs of the electric drive. Thus, during operation, a torque path results, which leads from the electric motor via the transmission section to the two outputs. It is particularly preferably provided that the transmission section has a conversion, in particular a translation or reduction - hereinafter collectively referred to as translation - has. In particular, the ratio is designed to reduce the speed of the higher rotating electric motor to a lower speed of the slower rotating outputs of the electric drive. Preferably, the overall ratio of the gear portion from the electric motor to the outputs is between 8 and 15, preferably at 10.
Der Getriebeabschnitt weist eine Differenzialeinrichtung auf, welche besonders bevorzugt als ein Querdifferenzial ausgebildet ist. Die Differenzialeinrichtung dient zur Verteilung des Antriebsdrehmoments auf die zwei Ausgänge. Es ist insbesondere vorgesehen, dass bei einer Geradeausfahrt auf einheitlichem Untergrund des Fahrzeugs das Antriebsdrehmoment hälftig oder gleich auf die zwei Ausgänge verteilt wird. Bei Kurvenfahrten oder bei unterschiedlichem Untergrund kann die Differenzialeinrichtung das Drehmoment auch in einem anderen Verhältnis verteilen und/oder eine Relativdrehung zwischen den zwei Ausgängen umsetzen. Insbesondere ist die Differenzialeinrichtung als eine selbstsperrende Differenzialeinrichtung ausgebildet. The transmission section has a differential device, which is particularly preferably designed as a transverse differential. The differential device serves to distribute the drive torque to the two outputs. It is particularly provided that when driving straight ahead on a uniform surface of the vehicle, the drive torque is distributed in half or equal to the two outputs. When cornering or with different ground, the differential device can distribute the torque in a different ratio and / or implement a relative rotation between the two outputs. In particular, the differential device is designed as a self-locking differential device.
Die Differenzialeinrichtung weist ein erstes und ein zweites Sonnenrad auf. Insbesondere ist das erste und das zweite Sonnenrad als ein außenverzahntes Stirnzahnrad ausgebildet. Die Sonnenräder sind mit den Ausgängen wirkverbunden, insbesondere drehfest gekoppelt. Insbesondere bilden die Sonnenräder die Abtriebsräder der Differenzialeinrichtung. Für die Beschreibung wird definiert, dass mindestens eines, vorzugsweise beide Sonnenräder, eine Hauptdrehachse des Getriebeabschnitts definieren. Insbesondere definieren die Rotationsachse des oder der Sonnenräder die Hauptdrehachse.The differential device has a first and a second sun gear. In particular, the first and the second sun gear is formed as an externally toothed spur gear. The sun gears are operatively connected to the outputs, in particular rotatably coupled. In particular, the sun gears form the output wheels of the differential device. For the description, it is defined that at least one, preferably both sun gears, define a main axis of rotation of the transmission section. In particular, the axis of rotation of the sun gear (s) define the main axis of rotation.
Ferner umfasst die Differenzialeinrichtung einen Satz mit ersten Planetenrädern und einen Satz mit zweiten Planetenrädern, wobei die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad und die zweiten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad kämmen. Dagegen sind die ersten Planetenräder zu dem zweiten Sonnenrad eingriffsfrei angeordnet und die zweiten Planetenräder zu dem ersten Sonnenrad eingriffsfrei angeordnet. Es ist jedoch vorgesehen, dass eines, insbesondere jedes der ersten Planetenräder jeweils mit zwei zweiten Planetenrädern und insbesondere jedes der zweiten Planetenräder jeweils mit zwei ersten Planetenrädern kämmt. Insbesondere sind die ersten und die zweiten Planetenräder in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse abwechselnd angeordnet und/oder abwechselnd wirkverbunden. Dadurch ergibt sich ein in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse durchgehender Zahnkranz – vorzugsweise auch Vollkreiseingriff zu nennen – von ersten und zweiten Planetenrädern. Die Planetenräder bilden Ausgleichsräder in der Differenzialeinrichtung. Die Drehachsen der Planetenräder sind parallel zu der Hauptdrehachse ausgerichtet und versetzt zu dieser angeordnet. Further, the differential device comprises a set of first planetary gears and a set of second planetary gears, wherein the first planet gears mesh with the first sun gear and the second planet gears with the second sun gear. In contrast, the first planetary gears are arranged without engagement with the second sun gear and arranged the second planetary gears to the first sun gear without engagement. However, it is envisaged that one, in particular each of the first planetary gears respectively meshes with two second planetary gears and in particular each of the second planetary gears each with two first planetary gears. In particular, the first and the second planet gears are alternately arranged in the direction of rotation about the main axis of rotation and / or alternately operatively connected. As a result, a ring gear which is continuous in the direction of rotation about the main axis of rotation - preferably also called full circle engagement - results from first and second planetary gears. The planet gears form differential gears in the differential device. The axes of rotation of the planet gears are aligned parallel to the main axis of rotation and arranged offset to this.
Die ersten und die zweiten Planetenräder weisen jeweils die gleiche Anzahl von Zähnen und optional ergänzend das gleiche Modul auf. Ferner weisen das erste und zweite Sonnenrad jeweils die gleiche Zähnezahl und optional ergänzend das gleiche Modul auf. Dadurch wird erreicht, dass die Übersetzungen in der Differenzialeinrichtung für beide Ausgänge gleich sind. Die ersten und zweiten Planetenräder sind auf einem gemeinsamen Planetenträger angeordnet und/oder gelagert, wobei der Planetenträger den Eingang in die Differenzialeinrichtung bildet. The first and second planet gears each have the same number of teeth and optionally in addition the same module. Furthermore, the first and second sun gear each have the same number of teeth and optionally additionally the same module. This ensures that the translations in the differential device are the same for both outputs. The first and second planet gears are arranged and / or mounted on a common planet carrier, wherein the planet carrier forms the input to the differential device.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die ersten Planetenräder als lange Planetenräder ausgebildet sind, welche sich in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse zumindest abschnittsweise über das zweite Sonnenrad, insbesondere über die Verzahnung des zweiten Sonnenrads, erstrecken. Damit das zweite Sonnenrad eingriffsfrei zu den ersten Planetenrädern angeordnet ist, weist das zweite Sonnenrad im Vergleich zu dem ersten Sonnenrad einen kleineren Kopfkreisdurchmesser, insbesondere Außendurchmesser auf. Es ist insbesondere vorgesehen, dass das erste Planetenrad in dem Überdeckungsbereich zu dem zweiten Sonnenrad mit den jeweiligen zweiten Planetenrädern kämmt. In the context of the invention it is proposed that the first planetary gears are formed as long planetary gears, which extend in the axial direction to the main axis of rotation at least in sections over the second sun gear, in particular via the toothing of the second sun gear. So that the second sun gear is arranged without engagement with the first planetary gears, the second sun gear has a smaller tip diameter, in particular outer diameter, compared to the first sun gear. In particular, it is provided that the first planetary gear meshes with the respective second planetary gears in the overlapping area to the second sun gear.
Im Rahmen der Erfindung wird damit ein Elektroantrieb mit einer Differenzialeinrichtung geschaffen, wobei sich der Elektroantrieb durch eine hohe Belastbarkeit bei zugleich geringem Bauraum auszeichnet. Durch den in Umfangrichtung geschlossenen Zahnkranz können insbesondere bei einer Ersteinleitung des Antriebsdrehmoments (z.B. Anfahren), jedoch auch im Betrieb des Elektroantriebs, die Planetenräder, insbesondere die ersten und zweiten Planetenräder, in Umlaufrichtung an dem jeweils benachbarten Ausgleichsrad abstützen. Das beidseitige Abstützen führt bei einer Beaufschlagung der Differenzialeinrichtung mit dem Antriebsdrehmoment dazu, dass für die Planetenräder eine jeweilige Kraftresultierende erzeugt wird, die das jeweilige Planetenrad radial nach außen und nicht in die Verzahnung der Sonnenräder drückt. Insbesondere wird ein Verkippen der Planetenräder um deren Drehachse durch den durchgehenden Zahnkranz vermieden. Um zu erreichen, dass trotz der höheren Belastbarkeit der Elektroantrieb einen geringen Bauraum aufweist, ist die Anzahl der Verzahnungsebenen, welche senkrecht zu der Hauptdrehachse angeordnet sind, zwischen den Planetenrädern untereinander und zwischen den Planetenrädern und den Sonnenrädern auf zwei Verzahnungsebenen beschränkt. Insbesondere erstrecken sich die ersten Planetenräder als die langen Planetenräder in axialer Richtung über das zweite Sonnenrad, wobei der kämmende Kontakt zwischen den ersten Planetenrädern und den zweiten Planetenrädern in der gleichen Verzahnungsebene liegt, wie die Verzahnung zwischen den zweiten Planetenrädern und dem zweiten Sonnenrad. Auf diese Weise wird der axiale Bauraum deutlich gegenüber Konstruktionen mit drei Verzahnungsebenen verringert. Insbesondere können die Verzahnungen der zwei Sonnenrädern unmittelbar angrenzend zueinander angeordnet werden, da keine weitere Verzahnungsebene benötigt wird, die exklusiv für die Verzahnung der Planetenräder untereinander reserviert sein muss.In the context of the invention, an electric drive is thus provided with a differential device, wherein the electric drive is characterized by a high load capacity at the same time low installation space. Due to the ring gear closed in the circumferential direction, the planetary gears, in particular the first and second planetary gears, can be supported in the circumferential direction on the respective adjacent differential gear, in particular in the case of an initial transmission of the drive torque (eg starting), but also during operation of the electric drive. The two-sided support leads to a loading of the differential device with the drive torque that for the planet gears a respective force resulting is generated, which presses the respective planet radially outward and not in the teeth of the sun gears. In particular, tilting of the planetary gears about their axis of rotation is avoided by the continuous sprocket. In order to achieve that despite the higher load capacity of the electric drive has a small space, the number of tooth planes, which are arranged perpendicular to the main axis of rotation, between the planetary gears and between the planetary gears and the sun gears limited to two toothing planes. In particular, the first planetary gears extend as the long planetary gears in the axial direction via the second sun gear, wherein the meshing contact between the first planetary gears and the second planetary gears is in the same toothing plane as the toothing between the second planetary gears and the second sun gear. In this way, the axial space is significantly reduced compared to designs with three toothing levels. In particular, the teeth of the two sun gears may be immediately adjacent arranged to each other, since no further toothing plane is needed, which must be reserved exclusively for the teeth of the planetary gears with each other.
Wie bereits erläutert, bilden die ersten und zweiten Planetenräder einen in Umfangsrichtung um die Hauptdrehachse des Elektroantriebs angeordneten Zahnkranz. Die ersten und zweiten Planetenräder sind dabei derartig miteinander wirkverbunden, dass immer ein erstes Planetenrad jeweils zur einen Seite hin und zur anderen Seite hin jeweils mit einem zweiten Planetenrad formschlüssig in einem ersten Zahneingriff steht. In Folge dessen steht das jeweilige zweite Planetenrad jeweils zur einen Seite und zur anderen Seite hin mit jeweils einem ersten Planetenrad formschlüssig in dem ersten Zahneingriff. Daraus folgt, dass in Umfangsrichtung um die Hauptdrehachse betrachtet jedes erste Planetenrad mit einem zweiten Planetenrad und dieses wiederum mit einem ersten Planetenrad in Zahneingriff steht. Als erster Zahneingriff ist demnach der Eingriff der Zähne einer Verzahnung des ersten Planetenrads in die Verzahnung eines zweiten Planetenrads und umgekehrt zu verstehen, sodass die Verzahnung des ersten und zweiten Planetenrads während der Differenzialwirkung miteinander kämmen und einen Zahnkranz aus Planetenrädern als Ausgleichsräder bilden. Folglich ist der Zahnkranz durch die sich einander abwechselnden und dabei mit dem Nachbarn im Zahneingriff stehenden ersten und zweiten Planetenräder umfangsseitig formschlüssig geschlossen.As already explained, the first and second planetary gears form a toothed ring arranged circumferentially around the main axis of rotation of the electric drive. The first and second planetary gears are operatively connected to each other in such a way that there is always a first planetary gear each with a second planetary gear in a first tooth engagement with respect to one side and to the other side in each case. As a result, the respective second planet gear is in each case to one side and to the other side, each with a first planetary gear form-fitting in the first tooth engagement. It follows that viewed in the circumferential direction about the main axis of rotation of each first planetary gear with a second planetary gear and this in turn is in meshing engagement with a first planetary gear. As a first tooth engagement is therefore the engagement of the teeth of a toothing of the first planetary gear in the teeth of a second planetary gear and vice versa to understand, so that the teeth of the first and second planet mesh during the differential action and form a ring gear of planetary gears as differential gears. Consequently, the ring gear is circumferentially positively closed by the first and second planetary gears, which alternate with one another and are in meshing engagement with the neighbor.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Verzahnungen des ersten und des zweiten Sonnenrads zueinander profilverschoben. Das Zahnprofil eines Stirnrades ist durch ein Bezugsprofil, durch die Lage der Bezugsprofillinie und der Erzeugungswälzbahn, und seine Lage zum Teilkreis der Verzahnung definiert. Wird bei der Herstellung des Zahnprofils der Verzahnung die Profilbezugslinie zur Rotationsachse des Zahnrades hin oder von dieser weg verschoben, fallen Profilbezugslinie und Erzeugungswälzkreis durch die sogenannte Profilverschiebung nicht mehr zusammen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass nur das erste und das zweite Sonnenrad eine Profilverschiebung zueinander aufweisen. Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung können zudem die ersten und die zweiten Planetenräder ebenfalls eine Profilverschiebung zueinander aufweisen. Insbesondere ist vorgesehen, dass das zweite Sonnenrad eine negative Profilverschiebung im Vergleich zu dem ersten Sonnenrad aufweist, sodass der Kopfkreisdurchmesser des zweiten Sonnenrads im Vergleich zu dem ersten Sonnenrad kleiner ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das erste Sonnenrad eine (absolute) positive Profilverschiebung und das zweite Sonnenrad eine (absolute) negative Profilverschiebung aufweist. In a preferred embodiment of the invention, the teeth of the first and the second sun gear are shifted profile to each other. The tooth profile of a spur gear is defined by a reference profile, by the position of the reference profile line and the generating roller track, and its position to the pitch circle of the teeth. If, in the production of the tooth profile of the toothing, the profile reference line is displaced towards or away from the axis of rotation of the toothed wheel, profile reference line and generating roller circle no longer collapse due to the so-called profile displacement. It may be provided that only the first and the second sun gear have a profile shift each other. In a possible development of the invention, moreover, the first and the second planet gears may also have a profile shift relative to one another. In particular, it is provided that the second sun gear has a negative profile shift compared to the first sun gear, so that the tip circle diameter of the second sun gear is smaller compared to the first sun gear. It can also be provided that the first sun gear has an (absolute) positive profile shift and the second sun gear has an (absolute) negative profile shift.
Optional ergänzend weisen die ersten Planetenräder eine negative Profilverschiebung relativ zu den zweiten Planetenrädern auf. Der Kopfkreisdurchmesser der ersten Planetenräder ist somit kleiner als der Kopfkreisdurchmesser, insbesondere Außendurchmesser, der zweiten Planetenräder. Es kann auch vorgesehen sein, dass das erste Planetenrad eine (absolute) negative Profilverschiebung und das zweite Sonnenrad eine (absolute) positive Profilverschiebung aufweist. Alternativ oder ergänzend zu der Profilverschiebung bei den Planetenrädern kann auch vorgesehen sein, dass der Teilkreisdurchmesser der Drehachsen der zweiten Planetenräder kleiner ausgebildet ist als der Teilkreisdurchmesser der Drehachsen der ersten Planetenräder.Optionally additionally, the first planetary gears have a negative profile displacement relative to the second planetary gears. The tip circle diameter of the first planet gears is thus smaller than the tip circle diameter, in particular outside diameter, of the second planet gears. It can also be provided that the first planetary gear has an (absolute) negative profile shift and the second sun gear has an (absolute) positive profile shift. Alternatively or in addition to the profile shift in the planetary gears can also be provided that the pitch circle diameter of the axes of rotation of the second planetary gears is smaller than the pitch circle diameter of the axes of rotation of the first planet gears.
Sämtliche zuvor genannten Maßnahmen der Profilverschiebung und der Teilkreisdurchmesseränderung, wahlweise gemeinsam oder einzeln, führen zu dem Ergebnis, dass die ersten Planetenräder als lange Planetenräder kontaktlos zu dem zweiten Sonnenrad angeordnet sind, jedoch das Übersetzungsverhältnis zwischen den ersten Planetenrädern und dem ersten Sonnenrad und das Übersetzungsverhältnis zwischen den zweiten Planetenrädern und dem zweiten Sonnenrad identisch ist. Somit sind gleiche Übersetzungen in den Leistungsflüssen vom Antrieb der Differenzialeinrichtung in Richtung der beiden Ausgänge oder in entgegengesetzter Richtung von den Ausgängen zu dem Eingang möglich. Somit ist eine gleichmäßige Verteilung des Antriebsdrehmoments über eine hochbelastbare Differenzialeinrichtung bei einem geringen Bauraum umgesetzt.All the aforementioned measures of the profile shift and the pitch diameter change, optionally together or individually, lead to the result that the first planetary gears are arranged as a long planetary gears contactless to the second sun gear, but the transmission ratio between the first planetary gears and the first sun gear and the transmission ratio between is identical to the second planet gears and the second sun gear. Thus, equal ratios in the power flows from the drive of the differential device in the direction of the two outputs or in the opposite direction from the outputs to the input are possible. Thus, a uniform distribution of the drive torque via a heavy duty differential device is implemented with a small space.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die ersten Planetenräder, die zweiten Planetenräder, das erste Sonnenrad und/oder das zweite Sonnenrad eine Geradverzahnung auf. Die Geradverzahnung hat den Vorteil, dass keine axialen Kräfte entstehen, sodass eine hohe Tragfähigkeit der Differenzialeinrichtung bei zugleich kleinem Bauraum erreicht wird. Bei weniger bevorzugten Ausführungsformen kann statt der Geradverzahnung auch eine Schrägverzahnung, jedoch mit einem Schrägungswinkel von kleiner als 20 Grad eingesetzt werden. Eine derartige Schrägverzahnung hat den Vorteil, dass die Geräuschentwicklung im Betrieb der Differenzialeinrichtung geringer ist. Da die Differenzialeinrichtung jedoch nur Ausgleichsbewegungen durch die Relativbewegung zwischen den Planetenrädern und den Sonnenrädern der Differenzialeinrichtung umsetzen muss, ist die tatsächliche Bewegung der Differenzialeinrichtung im Betrieb gering, sodass es mehr bevorzugt ist, eine besonders tragfähige und damit bauraumsparende Geradverzahnung zu verwenden.In a preferred development of the invention, the first planetary gears, the second planetary gears, the first sun gear and / or the second sun gear have a straight toothing. The spur has the advantage that no axial forces arise, so that a high load capacity of the differential device is achieved at the same time with a small space. In less preferred embodiments, helical gearing may be used instead of spur gearing, but with a helix angle of less than 20 degrees. Such helical gearing has the advantage that the noise during operation of the differential device is lower. However, since the differential device only has to implement compensating movements by the relative movement between the planetary gears and the sun gears of the differential device, the actual movement of the differential device during operation is low, so that it is more preferable to use a particularly durable and thus space-saving spur toothing.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Planeteneingangsgetriebestufe und die Planetenlastgetriebestufe jeweils mit einer Schrägverzahnung ausgebildet sind. Bei den genannten Planetenstufen wälzen im Betrieb ständig die Sonnenräder, Planetenräder und Hohlradabschnitte gegeneinander ab. Durch die Schrägverzahnung wird zwar – wie zuvor beschrieben – eine Axialkraft erzeugt, jedoch ist die Laufruhe bei der Schrägverzahnung deutlich höher, sodass für die Planetenstufen die Schrägverzahnung bevorzugt ist. Vorzugsweise ist ein Schrägungswinkel größer als 20 Grad, insbesondere größer als 30 Grad ausgebildet.It is particularly preferred that the planetary input gear stage and the planetary gear stage are each formed with a helical toothing. At the mentioned planetary stages in operation constantly roll the sun gears, planetary gears and ring gear sections against each other. As a result of the helical gearing, an axial force is generated as described above, but the smoothness in helical gearing is markedly higher, so helical gearing is preferred for the planetary stages. Preferably, a helix angle greater than 20 degrees, in particular greater than 30 degrees is formed.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung sind die ersten und/oder die zweiten Planetenräder kopfkreisgeführt. Somit wird die radiale Position und optional ergänzend die Position der Planetenräder in Umlaufrichtung durch Führungsflächen des Planetenträgers vorgegeben, welche die Planetenräder am Kopfkreis führen. Beispielsweise weist der Planetenträger als Führungsflächen Zylinderwände, insbesondere Zylinderwandteilabschnitte auf, welche sich parallel zu der Hauptdrehachse erstrecken. Insbesondere sind die ersten und/oder die zweiten Planetenräder drehachsenfrei ausgebildet und/oder weisen damit keine mechanische Drehachse auf. Diese Realisierung hat den Vorteil, dass die Planetenräder bei gleicher Tragfähigkeit im Durchmesser kleiner dimensioniert werden können, da keine Schwächung durch eine durchgreifende Drehachse oder einen Drehbolzen in die Planetenräder eingebracht werden muss.In a preferred embodiment of the invention, the first and / or the second planet gears are guided by the headwheel. Thus, the radial position and optionally supplementing the position of the planetary gears in the circumferential direction by guide surfaces of the planet carrier set, which lead the planetary gears on the top circle. For example, the planet carrier as guide surfaces on cylinder walls, in particular cylinder wall sections, which extend parallel to the main axis of rotation. In particular, the first and / or the second planetary gears are formed without rotation axes and / or thus have no mechanical axis of rotation. This realization has the advantage that the planetary gears can be dimensioned smaller in diameter with the same load-bearing capacity, since no weakening has to be introduced into the planet wheels by means of a penetrating axis of rotation or a pivot pin.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Summe der ersten und der zweiten Planetenräder als Gesamtsumme größer oder gleich 10 ist. Durch die große Anzahl der ersten und zweiten Planetenräder können die Abstände in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse auch mit Planetenrädern mit kleinem Durchmesser überbrückt werden, sodass der radiale Bauraum des Elektroantriebs klein bleibt. It is particularly preferred that the sum of the first and the second planetary gears as a total sum is greater than or equal to 10. Due to the large number of first and second planet gears, the distances in the direction of rotation about the main axis of rotation can also be bridged with planetary gears with a small diameter, so that the radial space of the electric drive remains small.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Elektromotor koaxial zu der Hauptachse angeordnet. Dadurch wird der Elektroantrieb besonders kompakt, da sich die Baugruppen des Elektroantriebs um die Hauptachse positionieren, sodass der Elektroantrieb zum Beispiel in einer zylinderförmigen Form gebaut werden kann. In a preferred embodiment of the invention, the electric motor is arranged coaxially to the main axis. As a result, the electric drive is particularly compact, since the assemblies of the electric drive position around the main axis, so that the electric drive can be built, for example, in a cylindrical shape.
Es ist besonders bevorzugt, dass der Getriebeabschnitt eine Planetenlastgetriebestufe aufweist, welche zwischen dem Elektromotor und der Differenzialeinrichtung angeordnet ist. Einer der Ausgänge der Differenzialeinrichtung ist koaxial durch die mindestens eine Planetenlastgetriebestufe und den Elektromotor geführt. Insbesondere ist der Ausgang als eine Welle oder ein Wellenabschnitt ausgebildet, der koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet ist. Diese Ausgestaltung unterstützt das Bestreben, den Elektroantrieb in radialer und axialer Richtung kompakt zu halten.It is particularly preferred that the transmission section has a planetary gear stage, which is arranged between the electric motor and the differential device. One of the outputs of the differential device is coaxially guided by the at least one planetary gear stage and the electric motor. In particular, the output is formed as a shaft or a shaft portion which is arranged coaxially with the main axis of rotation. This embodiment supports the effort to keep the electric drive compact in the radial and axial directions.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Differenzialeinrichtung und die Planetenlastgetriebestufe eine gemeinsame Planetenträgereinrichtung aufweisen. Insbesondere bildet der Planetenträger der Differenzialeinrichtung einen Teil der Planetenträgereinrichtung. Durch die Integration der Funktion der Planetenträger von der Differenzialeinrichtung und der Planetenlastgetriebestufe in die Planetenträgereinrichtung kann weiterer Bauraum eingespart werden. Die Planetenlastgetriebestufe ist insbesondere als eine Stirnradplanetengetriebestufe ausgebildet, wobei die Räder der Stirnradplanetengetriebestufe als Stirnzahnräder ausgebildet sind.It is further preferred that the differential device and the planetary gear stage have a common planet carrier device. In particular, the planet carrier of the differential device forms part of the planet carrier device. By integrating the function of the planet carrier of the differential device and the planetary gear stage in the planet carrier device further space can be saved. The planetary gear stage is designed in particular as a Stirnradplanetengetriebestufe, wherein the wheels of the Stirnradplanetengetriebestufe are designed as spur gears.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist der Getriebeabschnitt eine Planeteneingangsgetriebestufe auf, wobei die Planeteneingangsgetriebestufe im Antriebsdrehmomentenfluss oder in dem Drehmomentenpfad zwischen der Planetenlastgetriebestufe und dem Elektromotor angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist ein Ausgang des Elektromotors drehfest mit einem Eingang der Planeteneingangsgetriebestufe verbunden. Ferner ist es bevorzugt, dass ein Ausgang der Planeteneingangsgetriebestufe mit einem Eingang der Planetenlastgetriebestufe drehfest verbunden ist. Ferner ist es bevorzugt, dass ein Ausgang der Planetenlastgetriebestufe drehfest mit dem Eingang der Differenzialeinrichtung verbunden ist. Insbesondere ist der Drehmomentpfad zwischen Elektromotor und Differenzialeinrichtung als ein ununterbrechbarer Drehmomentenpfad ausgebildet, sodass der Elektromotor mit der Differenzialeinrichtung stets und/oder in allen Betriebszuständen des Elektroantriebs wirkverbunden ist.In a possible development of the invention, the transmission section has a planetary input gear stage, wherein the planetary input gear stage is arranged in the drive torque flux or in the torque path between the planetary gear stage and the electric motor. Particularly preferably, an output of the electric motor is non-rotatably connected to an input of the planetary input gear stage. Furthermore, it is preferred that an output of the planetary input gear stage is rotatably connected to an input of the planetary load gear stage. Furthermore, it is preferred that an output of the planetary load gear stage is non-rotatably connected to the input of the differential device. In particular, the torque path between the electric motor and the differential device is designed as an uninterruptible torque path, so that the electric motor is always operatively connected to the differential device and / or in all operating states of the electric drive.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft das Fahrzeug mit dem Elektroantrieb, wie dieser zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Besonders bevorzugt bildet der Elektroantrieb eine Elektroachse zum Antrieb der Räder einer Achse des Fahrzeugs.Another object of the invention relates to the vehicle with the electric drive, as described above or according to one of the preceding claims. Particularly preferably, the electric drive forms an electric axle for driving the wheels of an axle of the vehicle.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:Further features, advantages and effects of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention and the accompanying figures. Showing:
Die
Der Elektroantrieb
Die Planeteneingangsgetriebestufe
Die Differenzialeinrichtung
Die Differenzialeinrichtung
Somit sind die ersten Planetenräder
Um eine funktionierende Differenzialeinrichtung
Wie in der
Bei einem Ausführungsbeispiel – wie es in der
Durch die Profilverschiebung wird erreicht, dass die zweite Verzahnungsbreite VB2 und die dritte Verzahnungsbreite VB3 überlappend zueinander angeordnet werden können. Durch die Nutzung von zwei statt drei Verzahnungsebenen wird erheblich axialer Bauraum bei dem Elektroantrieb
Der weitere Getriebeabschnitt
Der Eingangsplanetenträger
Die
Deutlich ist auch der kleinere Kopfkreisdurchmesser des zweiten Sonnenrads
Durch den durchgehenden Zahnkranz
Die Planetenträgereinrichtung
Die
Optional kann an dem Gehäusegrundkörper
Ausgehend von der Seite des Elektromotors
Das Eingangssonnenrad
Das Eingangssonnenrad
Auf den Eingangsplanetenträger
Wie sich insbesondere aus den
Der Eingangshohlradabschnitt
Die
Diese besondere Ausführung zeigt, dass die Planeteneingangsgetriebestufe
Es ist beispielhaft vorgesehen, dass die Gesamtübersetzung des Getriebeabschnitts
Durch den Gehäusegrundkörper
Wie sich insbesondere aus der
Wie bereits eingangs erläutert wurde, stellen die geringen Umschlingungswinkel insbesondere für die zweiten Planetenräder
Wie sich insbesondere aus der
Die ersten und zweiten Sonnenräder
In der
Die Eingangsplanetenräder
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Elektroantrieb electric drive
- 22
- Fahrzeug vehicle
- 33
- Achse axis
- 44
- Räder bikes
- 55
- Elektromotor electric motor
- 66
- Getriebeabschnitt gear section
- 7a, b7a, b
- Ausgänge outputs
- 88th
- Planeteneingangsgetriebestufe Planet input transmission stage
- 99
- Planetenlastgetriebestufe Planetary powershift stage
- 1010
- Differenzialeinrichtung differential device
- 1111
- erstes Sonnenrad first sun gear
- 1212
- zweites Sonnenrad second sun wheel
- 1313
- erste Ausgangswelle first output shaft
- 14 14
- zweite Ausgangswelle second output shaft
- 1515
- erste Planetenräder first planet wheels
- 1616
- zweite Planetenräder second planet wheels
- 1717
- Rotorwelle rotor shaft
- 1818
- Eingangssonnenrad input sun
- 1919
- Eingangsplanetenräder Input planet gears
- 2020
- Eingangsplanetenträger Input planet carrier
- 2121
- Eingangshohlradabschnitt Eingangshohlradabschnitt
- 2222
- Lastsonnenrad Lastsonnenrad
- 2323
- Lastplanetenräder Last planetary gears
- 2424
- Planetenträgereinrichtung Planet carrier device
- 2525
- Lasthohlradabschnitt Lasthohlradabschnitt
- 2626
- Zahnkranz sprocket
- 2727
- Gehäuse casing
- 2828
- Gehäusegrundkörper Housing body
- 2929
- Rohrabschnittsförmige Gehäusehülse Pipe-shaped housing sleeve
- 3030
- Optionaler Abschlussdeckel Optional end cover
- 3131
- Bolzen bolt
- 3232
- Führungsflächen guide surfaces
- 3333
- Bolzen bolt
- 3434
- Laststegabschnitt Last web portion
- 3535
- Differenzialstegabschnitt Differential web portion
- 3636
- Ringabschnitt ring section
- 3737
- Steg web
- 3838
- Fenster window
- 3939
- Bolzenaufnahme bolt Hole
- 4040
- Durchgehende Innenverzahnung Continuous internal toothing
- 4141
- Erste Planetenradaufnahme First planetary gear
- 4242
- Zweite Planetenradaufnahme Second planetary gear
- 4343
- Erstes Führungsblech First guide plate
- 4444
- Zweites Führungsblech Second guide plate
- 4545
- Erste Steckachsenaufnahme First thru axle mount
- 4646
- Zweite Steckachsenaufnahme Second thru axle mount
- D1D1
- erster Teilkreisdurchmesser first pitch diameter
- D2D2
- zweiter Teilkreisdurchmesser second pitch diameter
- D3D3
- dritter Teilkreisdurchmesser third pitch circle diameter
- D4D4
- vierter Teilkreisdurchmesser fourth pitch diameter
- HH
- Hauptdrehachse Main axis of rotation
- VB1VB1
- erste Verzahnungsbreite first tooth width
- VB2VB2
- zweite Verzahnungsbreite second gearing width
- VB3VB3
- dritte Verzahnungsbreite third gearing width
-
VZ1
VZ 1 - erste Verzahnungsebene first gearing level
-
VZ2
VZ 2 - zweite Verzahnungsebene second gearing level
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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2015
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---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
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R020 | Patent grant now final |