DE102016216270A1

DE102016216270A1 - Verteilergetriebe und elektrische Antriebseinheit mit einem Verteilergetriebe

Info

Publication number: DE102016216270A1
Application number: DE102016216270.5A
Authority: DE
Inventors: Thorsten BIERMANN; Philip Wurzberger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: CN107921852A; DE102016216270B4; WO2017036472A1; US10760670B2; US20180238431A1; CN107921852B

Abstract

Verteilergetriebe (3) mit wenigstens einer Eingangswelle (20), mit einer ersten Ausgangswelle (15) sowie einer zweiten Ausgangswelle (16), mit zwei Abtriebsrädern (11, 13) , mit ersten Ausgleichsrädern (12) sowie mit zweiten Ausgleichsrädern (14) und mit einem Differenzialkorb (9), wobei die Abtriebsräder (11, 13) axial nebeneinander auf einer gemeinsamen Rotationsachse und relativ zueinander rotierbar angeordnet sind, die Ausgleichsräder (12, 14) rotierbar an dem Differenzialkorb (9) sitzen, die ersten Ausgleichsräder (12) im Zahneingriff mit dem ersten Abtriebsrad (11) und die zweiten Ausgleichsräder (14) im Zahneingriff mit dem zweiten Abtriebsrad (13) stehen, das erste Abtriebsrad (11) rotationsfest auf der ersten Ausgangswelle (15) und das zweite Abtriebsrad (13) rotationsfest auf der zweiten Ausgangswelle (16) sitzt und die Ausgangswellen (15, 16) sich einander stirnseitig gegenüber liegen, und wobei zumindest eine Ausgangswellen (15, 16) relativ zu einer Wellendurchführung (4) um die Rotationsachse rotierbar durch die Wellendurchführung (4) hindurch geführt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verteilergetriebe mit wenigstens einer Eingangswelle, mit einer ersten Ausgangswelle sowie einer zweiten Ausgangswelle, mit zwei Abtriebsrädern, ersten Ausgleichsrädern sowie zweiten Ausgleichsrädern und mit einem Differenzialkorb, wobei die Abtriebsräder axial nebeneinander auf einer gemeinsamen Rotationsachse und relativ zueinander rotierbar angeordnet sind; die Ausgleichsräder rotierbar an dem Differenzialkorb sitzen; die Ausgleichsräder des ersten Satzes im Zahneingriff mit dem ersten Abtriebsrad und die Ausgleichsräder des zweiten Satzes im Zahneingriff mit dem zweiten Abtriebsrad stehen; das erste Abtriebsrad rotationsfest auf der ersten Ausgangswelle und das zweite Abtriebsrad rotationsfest auf der zweiten Ausgangswelle sitzt und die Ausgangswellen sich einander stirnseitig gegenüber liegen, und wobei zumindest eine Ausgangswellen relativ zu einer Wellendurchführung um die Rotationsachse rotierbar durch die Wellendurchführung hindurch geführt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Antriebseinheit mit einem Verteilergetriebe.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartiges Verteilergetriebe ist in EP 2 821 672 A1 als Bestandteil einer elektrischen Antriebseinheit beschrieben. Die elektrische Antriebseinheit weist eine Rotorwelle auf, die Eingangswelle einer Getriebevorrichtung ist. Die Getriebevorrichtung ist aus einem Differenzialgetriebe und aus einer Reduzierstufe gebildet. Die Reduzierstufe ist ein Planetentrieb, dessen Sonnenrad auf der Rotorwelle sitzt. Das Differenzial ist ein sogenanntes Stirnraddifferenzial, in dem die Ausgleichsräder Planetenräder und die Abtriebsräder Sonnenräder sind. Jedes Sonnenrad sitzt auf einer Ausgangswelle des Differenzials. Die über die Eingangswelle/Rotorwelle eingebrachten Drehmomente werden über die Reduzierstufe in das Differenzial eingeleitet und über das Differenzial auf die Ausgangswellen und damit auf angetriebene Fahrzeugräder verteilt. Die Rotorwelle ist eine Hohlwelle, durch die eine der Ausgangswellen hindurch geführt ist. Dabei ist ein Ringspalt zwischen der Rotorwelle und der Ausgangswelle ausgebildet. Die Ausgangswelle und das jeweilige Sonnenrad sind über eine Steckverzahnung rotationsfest miteinander verbunden. Der Bereich der elektrischen Maschine zwischen dem Stator und dem Rotor sollte, abgesehen von nass laufenden Elektromotoren, von Schmieröl frei gehalten werden. Die Getriebevorrichtung jedoch wird mit Getriebeöl geschmiert. Es gibt Antriebseinheiten, in denen der Ringspalt zwischen der Ausgangswelle und der Rotorwelle als Ölkanal genutzt wird, um zum Beispiel einem axial außen liegenden Wälzlager Schmieröl zuzuführen. Es gibt jedoch auch Antriebseinheiten, in denen das außen liegende Wälzlager über andere Wege beölt wird oder auf Lebensdauer geschmiert ist.
In der Regel werden die Sonnenräder von Differenzialen der Einfachheit halber mit Durchganglöchern versehen, damit die innere Steckverzahnung ungehindert hergestellt werden kann. Die Abtriebswelle ist mit einer äußeren Steckverzahnung versehen, die mit der inneren Steckverzahnung des Sonnenrades korrespondiert. Diese bekannte Steckverbindung ist sehr montagefreundlich und wird deshalb gerne angewendet. Mit Sicht auf Lecköl ist die Steckverbindung zwischen den Sonnenrädern eines Differenzials eine Schwachstelle des Verteilergetriebes, da diese mit Spiel ausgeführt ist. Durch die mit dem Spiel verbundenen Leckspalte kann Schmieröl nach außen treten.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verteilergetriebe auf zuverlässige Weise gegenüber den Anschlusswellen zu dichten.
Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Sonnenräder des als Stirnradgetriebe ausgebildeten Verteilergetriebes mindestens eine Dichtung trägt, d.h., auch den Sitz für eine in dem Sonnenrad fest installierte Dichtung bereitstellt. Die Dichtung liegt dichtend an einem Oberflächenabschnitt der relativ zum ersten Sonnenrad um die Rotationsachse rotierbaren Hohlwelle an. Die Hohlwelle ist beispielsweise eine weitere Getriebewelle oder eine Rotorwelle bzw. eine Verlängerung bzw. ein Verbindungsstück mit der Rotorwelle.
Der allgemeine Aufbau und die Funktion von Verteilergetrieben sind der Fachwelt hinlänglich bekannt. Von der Erfindung betroffene Verteilergetriebe sind Getriebe, in denen an wenigstens einer Eingangswelle anliegende Drehmomente über Ausgleichsräder zu gleichen oder ungleichen Teilen an zumindest zwei Ausgangswellen verteilt werden. Verteilergetriebe sind in diesem Sinne beispielsweise längs zwischen zwei angetriebenen Achsen angeordnet. In dem Fall führt jede Ausgangswelle zu einer angetriebenen Fahrzeugachse. Differenziale sind Verteilergetriebe, in welchen die Drehmomente auf die Antriebswellen von Fahrzeugrädern einer Achse verteilt werden. Die Ausgleichsräder sind konisch ausgeführte Räder oder Stirnräder. Die Abtriebsräder des Verteilergetriebes sind Sonnenräder mit konischer Form oder Stirnräder.
Durch die Aufnahme der Dichtung in dem Abtriebsrad wird kein oder wenig zusätzlicher Bauraum für die Dichtung beansprucht, da die Dichtung in vorhandene Ansätze (z.B. in eine Nabe) des Sonnenrades integriert werden kann. Alternativ ist vorgesehen, dass der Dichtungssitz ein hohlzylindrisch ausgebildeten Ring ist. Der Ring sitzt mit einem Abschnitt fest auf einer Nabe des Abtriebsrades. Durch eine derartige Ausgestaltung der Erfindung kann das Abtriebsrad ohne Dichtungssitz einfacher gestaltet werden. Der hohlzylindrische Ring ist ein einfaches Bauteil, das kostengünstig herstellbar ist.
Das Verteilergetriebe ist bevorzugt als Planetengetriebe ausgeführt, dessen Ausgleichs- und Abtriebsräder Stirnräder sind. Die Ausgleichsräder sind Planetenräder und die Abtriebsräder sind Sonnenräder.
Die Erfindung trägt dazu bei, dass der Austritt von Lecköl über die Steckverbindung verhindert wird, insbesondere dann, wenn, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, das Durchgangsloch in dem Sonnenrad mit der Dichtung mittels eines Verschlusselementes verschlossen ist. Mit einer derartigen Anordnung ist die Getriebevorrichtung mittels der Dichtung gegenüber dem Ringspalt zwischen der Hohlwelle und der Ausgangswelle und mittels des Verschlusselementes gegenüber der Steckverbindung abgedichtet. Das Verschlusselement kann ein in dem Durchgangsloch sitzender Stopfen oder ein Deckel sein. Alternativ ist ein Deckel mit einem Rand außen auf eine Nabe des Sonnenrades aufgesetzt.
Ausgestaltungen der Erfindung betreffen auch eine elektrische Antriebseinheit, die ein Differenzial mit den erfindungsgemäßen Merkmalen aufweist.
In den elektrischen Antriebseinheiten der erfindungsgemäßen Gattung soll der Ringspalt zwischen Rotorwelle bzw. Hohlwelle und Ausgangswelle trocken bleiben. Wenn die Getriebevorrichtung nicht ausreichend abgedichtet ist, kann z.B. Schmieröl an die im Betrieb erhitzte Rotorwelle gelangen und dort verharzen oder verkohlen. Als Folge davon können auf Dauer ungewünschte Ablagerungen in dem Ringspalt entstehen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung kann verhindert werden, dass Öl in den Ringspalt gelangt – dies insbesondere dann, wenn, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, die Dichtung eine Radialwellendichtung (ein Radialwellendichtring) ist.
Der Radialwellendichtring weist wenigstens eine Dichtlippe, vorzugsweise aus NBR (Nitrile Butadiene Rubber = Nitrilkautschuk) oder Polymere wie PTFE (Polytetrafluorethylen) und einen hohlzylindrischen Sitzabschnitt, vorzugsweise mit einem metallischen Versteifungsring auf. Sie sitzt fest in dem Sonnenrad oder in einem Ring an dem Sonnenrad. Die Dichtlippe läuft auf dem Oberflächenabschnitt der Hohlwelle ab. Der Anpressdruck der Dichtlippe wird wahlweise durch eine Schlauchfeder (Wurmfeder) verstärkt. Schmieröl bildet einen relativ festen Druckfilm auf der Oberfläche einer rotierenden Verbindung. Trotzdem schafft es ein Radialwellendichtring, das Schmieröl zuverlässig an der Trennstelle zwischen Hohlwelle und Getriebevorrichtung in der Getriebevorrichtung zurückzuhalten und ist vorteilhaft insbesondere für eine Anwendung in einer elektrischen Antriebseinheit geeignet.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt nicht maßstäblich ein Schema einer elektrischen Antriebseinheit 1, die eine Getriebevorrichtung 2 mit einem Ausführungsbeispiel eines als Differenzial ausgeführten Verteilergetriebes 3 aufweist, in einem Längsschnitt entlang der Zentralachse 7 der Antriebseinheit. Eine elektrische Maschine 22 ist über eine als Hohlwelle 23 ausgeführte Rotorwelle mit einem Reduziergetriebe 24 der Getriebevorrichtung 2 wirkverbunden. Das Reduziergetriebe 24 ist ein Planetentrieb 8. Doppelplaneten 25 (aus zwei fest miteinander verbundene Planetenräder) bilden eine Anschlussverbindung zwischen dem Reduziergetriebe 24 und dem Verteilergetriebe 3. Das Verteilergetriebe ist ein Planetentrieb 6.
2 zeigt eine gegenständliche Darstellung eines Ausschnitts der Antriebseinheit 1 mit einem auf die Anschlüsse der Ausgangswellen 15 und 16 des Verteilergetriebes 3 gerichteten Focus, in einem Längsschnitt entlang der Zentralachse 7 der Antriebseinheit 1.
Das Verteilergetriebe 3 weist einen aus den Trägersegmenten 9a, 9b, 9c gebildeten Differenzialkorb 9, einen Satz Ausgleichsräder 12, einen Satz Ausgleichsräder 14, zwei Abtriebsräder 11 sowie 13 und zwei Ausgangswellen 15 und 16 auf. Das Verteilergetriebe 3 ist in der Bauweise eines Planetentriebs als Stirnraddifferenzial ausgeführt. Dementsprechend ist der Differenzialkorb ein Planetenträger 9. Die Ausgleichsräder sind Planetenräder 12 bzw. 14 und die Abtriebsräder sind Sonnenräder 11 und 13.
Die Abtriebsräder 11 und 13 sind axial nebeneinander auf einer gemeinsamen Rotationsachse angeordnet, die auf der Zentralachse 7 liegt, und sind relativ zueinander um die Rotationsachse rotierbar. Die Ausgleichsräder 12 bzw. 14 sind um Bolzenachsen rotierbar auf Planetenbolzen 17 bzw. 18 gelagert. Die Planetenbolzen 17 und 18 sind am Planetenträger 9 fest. Die Ausgleichsräder 12 des ersten Planetensatzes stehen im Zahneingriff mit dem Abtriebsrad 11. Die Ausgleichsräder 14 des zweiten Planetensatzes kämmen mit dem Abtriebsrad 13. Jeweils ein Ausgleichsrad 12 steht mit einem Ausgleichsrad 14 im Zahneingriff 19. Außerdem sind die Abtriebsräder 12 und 14 an einer Lagerstelle 26 radial aneinander abgestützt.
Eingangswelle 20 des Differenzials ist der Planetenträger 9, der durch die sich an einem Hohlrad abstützenden Doppelplaneten 25 des Reduziergetriebes 24 angetrieben wird. Der Planetenträger 9 ist um die Zentralachse 7 rotierbar in einem nicht dargestellten Gehäuse gelagert, das durch die Gehäuseabschnitte 34a–34e angedeutet ist. Das erste Abtriebsrad 11 sitzt mittels einer Steckverbindung 21 rotationsfest auf der ersten Ausgangswelle 15 und das zweite Abtriebsrad 13 mit einer weiteren Steckverbindung 21 rotationsfest auf der zweiten Ausgangswelle 16. Die Ausgangswellen 15 und 16 liegen sich einander stirnseitig koaxial gegenüber, wobei die Hohlwelle 23 eine Wellendurchführung 4 für die erste Ausgangswelle 15 bildet.
Die Wellendurchführung 4 bzw. Rotorwelle 4 ist relativ zu der Eingangswelle 20 und zu den Ausgangswellen 15 und 18 um die Zentralachse 7 rotierbar. Auf der Rotorwelle 4 sitzt ein Zahnrad 33, dass ein Sonnenrad 33 des als Planetentrieb ausgeführten Reduziergetriebes 24 ist. Das Sonnenrad 33 ist ein Bauteil einer getrieblichen Wirkverbindung zwischen der als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle 4 und der Eingangswelle 20 des Verteilergetriebes 3 und steht im Zahneingriff mit einem Satz Planetenrädern 35 der Doppelplaneten 25.
Zwischen der Wellendurchführung 4 und der Ausgangswelle 15 ist ein Ringspalt 5 ausgebildet. Das erste Abtriebsrad 11, d.h. in diesem Fall das erste Sonnenrad 11, ist mit einer Dichtung 30 versehen. Die Dichtung 30 liegt dichtend einem rotationssymmetrischen Oberflächenabschnitt 4a der Wellendurchführung 4 an. Desweiteren sind die Spalte 27 der jeweiligen Steckverbindung 21 zwischen den Ausgangswellen 15 und 16 und dem jeweiligen Sonnenrad 11 und 13 wahlweise durch ein Verschlusselement 28 bzw. 29 abgedichtet. Das Verschlusselement 28 bzw. 29 kann, wie in 1 dargestellt ist, eine Dichtkappe sein. Die Dichtkappe ist auf das Ende der jeweiligen Ausgangswelle geschoben. Der Boden der Dichtkappe liegt der Stirnseite Ausgangswelle 15 bzw. 16 gegenüber. Alternativ ist das Verschlusselement 28 bzw. 29, wie in den 3 und 4 dargestellt ist, jeweils ein Deckel.
3 zeigt das erste Sonnenrad 11 als einzelnes Bauteil in einem Längsschnitt entlang seiner Rotationsachse.
4 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Sonnenrades 11a, welches sich vom Sonnenrad 11 durch eine alternative Dichtungsanordnung unterscheidet und das auch in einem Längsschnitt dargestellt ist.

Das Sonnenrad 11 bzw. 11a weist ein Durchgangsloch 32 auf, das mit einer inneren Steckverzahnung 21a versehen ist. Die Dichtung 30 ist ein Radialwellendichtring, der einen hohlzylindrischen Sitzabschnitt 30a und eine einmaterialig damit verbundene Dichtlippe 30b aufweist. Die Dichtung 30 sitzt mit dem Sitzabschnitt 30a in einem hohlzylindrischen Ansatz 11b, der einteilig mit dem in 3 dargestellten Sonnenrad 11 ausgebildet ist. Die Dichtungsanordnung des in 4 dargestellten Sonnenrades 11a weist einen hohlzylindrischen Ring 31 auf. Der Ring 31 ist außen auf die Nabe des Sonnenrades 11a aufgepresst und kann aber alternativ auch in einen hohlzylindrischen Ansatz der Nabe des Sonnenrades eingepresst sein. Die Dichtung 30 sitzt in dem Ring 31. Bezugszeichen

1	Antriebseinheit	17	Planetenbolzen
2	Getriebevorrichtung	18	Planetenbolzen
3	Verteilergetriebe/Differenzial	19	Zahneingriff
4	Wellendurchführung/Rotorwelle	20	Eingangswelle
4a	rotationssymmetrischer Abschnitt der Wellendurchführung	21	Steckverbindung
5	Ringspalt	21a	innere Steckverzahnung
6	Planetentrieb	22	elektrische Maschine
7	Zentralachse	23	Hohlwelle
8	Planetentrieb	24	Reduziergetriebe
9	Differenzialkorb/Planetenträger	25	Doppelplanet
9a	Trägersegment des Planetenträgers	26	Lagerstelle
9b	Trägersegment des Planetenträgers	27	Spalt
9c	Trägersegment des Planetenträgers	28	Verschlusselement
10	Planetenrad	29	Verschlusselement
11	Abtriebsrad/Sonnenrad	30	Dichtung
11a	Sonnenrad	30a	Sitzabschnitt der Dichtung
11b	Ansatz des Sonnenrades	30b	Dichtlippe der Dichtung
12	Ausgleichsrad/Planetenrad	31	Ring
13	Abtriebsrad/Sonnenrad	32	Durchgangsloch
14	Ausgleichsrad/Planetenrad	33	Sonnenrad
15	Ausgangswelle	34a–34e	Gehäuseabschnitte
16	Ausgangswelle	35	Planetenräder des Doppelplaneten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2821672 A1 [0002]

Claims

Verteilergetriebe (3) mit wenigstens einer Eingangswelle (20), mit einer ersten Ausgangswelle (15) sowie einer zweiten Ausgangswelle (16), mit zwei Abtriebsrädern (11, 13), mit ersten Ausgleichsrädern (12) sowie mit zweiten Ausgleichsrädern (14) und mit einem Differenzialkorb (9), wobei: – die Abtriebsräder (11, 13) axial nebeneinander auf einer gemeinsamen Rotationsachse und relativ zueinander rotierbar angeordnet sind, – die Ausgleichsräder (12, 14) rotierbar an dem Differenzialkorb (9) sitzen, – die ersten Ausgleichsräder (12) im Zahneingriff mit dem ersten Abtriebsrad (11) und die zweiten Ausgleichsräder (14) im Zahneingriff mit dem zweiten Abtriebsrad (13) stehen, – das erste Abtriebsrad (11) rotationsfest auf der ersten Ausgangswelle (15) und das zweite Abtriebsrad (13) rotationsfest auf der zweiten Ausgangswelle (16) sitzt und die Ausgangswellen (15, 16) sich einander stirnseitig gegenüber liegen, wobei zumindest eine Ausgangswellen (15, 16) relativ zu einer Wellendurchführung (4) um die Rotationsachse rotierbar durch die Wellendurchführung (4) hindurch geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sonnenrad (11) eines Planetentriebs des Verteilergetriebes mit einer Dichtung (30) versehen ist, wobei die Dichtung (30) dichtend einem rotationssymmetrischen Oberflächenabschnitt (4a) der Wellendurchführung (4) anliegt.
Verteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abtriebsrad (11) das Sonnenrad (11) ist und die Dichtung (30) in einem einteilig mit dem ersten Abtriebsrad (11) ausgebildeten und um die Rotationsachse verlaufenden hohlzylindrischen Ansatz (11b) sitzt.
Verteilergetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (30) ein Radialwellendichtring mit wenigstens einer an dem Oberflächenabschnitt (4a) anliegenden Dichtlippe (30b) ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (30) in einem hohlzylindrischen Ring (31) aufgenommen ist, wobei der Ring (31) konzentrisch zur Rotationsachse auf einer Nabe des ersten Abtriebsrades (11) sitzt.
Verteilergetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsräder (11, 13) radial aneinander abgestützt sind.
Verteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellendurchführung (4) relativ zu dem Sonnenrad (11) und dem zweiten Abtriebsrad (13) um die Rotationsachse rotierbar ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (11) ein zur Rotationsachse konzentrisches Durchgangsloch (32) aufweist, in dem die erste Ausgangswelle (15) steckt, wobei das Durchgangsloch (32) an einem Ende des Sonnenrad (11) mittels eines Verschlusselementes (29) verschlossen ist, wobei das Verschlusselement (29) der erstem Ausgangswelle (11) stirnseitig axial gegenüber liegt.
Elektrische Antriebseinheit (1) mit einer elektrische Maschine (22) und einem Verteilergetriebe (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, und dass die Wellendurchführung (4) eine mit einem Rotor der der elektrischen Maschine (22) rotationsfest verbundene Hohlwelle ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein axial zum ersten Abtriebsrad (11) benachbartes Zahnrad rotationsfest auf der Hohlwelle sitzt.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, das Zahnrad ein Bauteil einer getrieblichen Wirkverbindung zwischen der Hohlwelle und der Eingangswelle (20) des Verteilergetriebes (3) ist, wobei die Eingangswelle (20) des Verteilergetriebes ein Differenzialkorb (9), oder ein Hohlrad oder ein Satz Doppelplaneten ist.