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Die Erfindung betrifft einen Planetenträger einer einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zugeordneten Getriebeanordnung, die eine als Planetengetriebe ausgeführte Reduzierstufe sowie ein als Stirnraddifferenzial ausgebildetes Differenzial umfasst, wobei in Umfangsrichtung zueinander versetzte Ausgleichräder oder Planetenräder von dem Planetengetriebe und dem Stirnraddifferenzial drehbar auf Lagerbolzen positioniert sind, welche in gleichachsig verlaufende Bohrungen von axial beabstandeten Trägerwangen des Planetenträgers drehfixiert eingesetzt sind.
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Planetengetriebe finden Anwendung insbesondere in Getrieben von Kraftfahrzeugen. Sie ermöglichen aufgrund ihrer kompakten Bauform eine im Verhältnis zu anderen Getriebebauarten große Leistungsdichte, eine hohe Drehmomentübertragung bei kleinstem Bauraum sowie eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses unter Last ohne Unterbrechung des Kraftflusses.
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In der
WO 2018 224 084 A1 ist ein Planetengetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem mehrteiligen Planetenradträger gezeigt, in dem Planetenräder drehbar gelagert sind. Der Planetenradträger besitzt einen Grundkörper, an dem mindestens eine Platte rotationsfest befestigt ist, wobei der Grundkörper über eine Formschlussverbindung gegenüber einem Übertragungsbauteil lagefixiert ist. Die Formschlussverbindung kann beispielsweise als eine Schnappverbindung oder als Bajonettverbindung ausgebildet sein.
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Die
DE 10 2007 003 675 A1 offenbart eine Getriebeanordnung mit einem als Summenwelle ausgebildeten Planetenträger, einen Planetentrieb sowie ein Stirnraddifferenzial. Weiterhin schließt die Getriebeanordnung zwei zur Summenwelle koaxial angeordnete Differenzwellen ein, die den Abtrieb für das Stirnraddifferenzial bilden sowie Wälzlagerungen mit denen der Planetenträger beidseitig gelagert ist.
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Aus der
EP 2 821 672 A1 ist eine einer elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs zugeordnete Getriebeanordnung bekannt, umfassend eine Rotorwelle als Eingangswelle sowie ein Differenzialgetriebe und einen als Planetengetriebe ausgeführten, auch Getriebeeingangsstufe genannten Stufenplanetensatz, dessen Sonnenrad der Eingangswelle zugeordnet ist. Das als Stirnraddifferenzial ausgeführte Differenzialgetriebe schließt Planetenräder als Ausgleichsräder sowie Sonnenräder als Abtriebsräder ein, wobei jedem Sonnenrad eine Ausgangswelle zugeordnet ist. Ein über die Eingangswelle eingebrachtes Drehmoment wird über den Stufenplanetensatz in das Stirnraddifferenzial eingeleitet und von dort auf die Ausgangswellen und anschließend auf die angetriebenen Fahrzeugräder übertragen. Die Eingangswelle bildet eine Hohlwelle, durch die eine der Ausgangswellen geführt ist. Dabei ist die als Planetengetriebe ausgeführte Reduzierstufe und das als Stirnraddifferenzial ausgebildete Differenzial in einem Gehäuse integriert.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, für einen mehrteilig aufgebauten Planetenträger, der ein Planetengetriebe und ein Stirnraddifferenzial einschließt die axiale Baulänge zu reduzieren, und der Planetenträger unter fertigungs- und montagetechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Danach ist eine Getriebeanordnung vorgesehen, bei der das Planetengetriebe und das Stirnraddifferenzial in einem zweiteiligen Planetenträger axial getrennt voneinander integriert sind, wobei deren zugehörige Ausgleichräder oder Planetenräder in separaten Trägergehäusen des Planetenträgers angeordnet sind, welche lageorientiert zusammengefügt sind.
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Diese Getriebeanordnung, bei der das als Stirnraddifferenzial ausgebildete Differenzial dem Planetengetriebe in einem getrennten Trägergehäuse nachgelagert ist, bildet vorteilhaft einen baukastenähnlichen Aufbau der Getriebeanordnung.
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In vorteilhafter Weise können damit die beiden Elemente der Getriebeanordnung an den jeweiligen Bedarf hinsichtlich des zu übertragenden Drehmomentes, von Übersetzungsverhältnissen oder der Drehzahl ausgelegt bzw. angepasst werden. Folglich kann beispielsweise ein radial größeres und / oder axial verlängertes Trägergehäuse des Stirnraddifferenzials mit einem regulären Trägergehäuse für das Planetengetriebe kombiniert werden.
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Abweichend von bekannten Lösungen, bei denen das Stirnraddifferenzial gemeinsam mit dem Planetengetriebe innerhalb eines Planetenträgers angeordnet ist, bietet die Erfindung eine aufgabengerechte, große Auslegungsvielfalt bzw. eine individuell angepasste Auslegung. Dadurch ist vorteilhaft eine konstruktive Vereinfachung der Getriebeeinrichtung realisierbar, deren Trägergehäuse nach dem Baukastenprinzip variabel zusammengestellt werden können.
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Durch die Erfindung ist zudem vorteilhaft ein in axialer Richtung bauraumoptimierter, anwendungsgerechter, einfach und kostengünstig zu fertigender, für eine Getriebeanordnung bestimmter zweiteiliger Planetenträger darstellbar, der höchsten Anforderungen genügt und der außerdem gewichtsoptimiert ausgeführt werden kann.
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Die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen, Verbesserungen und Weiterentwicklungen der im unabhängigen Anspruch 1 angegebenen erfindungsgemäßen Getriebeanordnung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trägergehäuse des zweiteilig aufgebauten Planetenträgers übereinstimmend topfartig gestaltet sind. Vorteilhaft bildet dabei ein Boden des dem Planetengetriebe zugeordneten Trägergehäuses eine Zwischenwand, welche gleichzeitig die Funktion einer gemeinsamen Trägerwange für die Lagerbolzen des Planetengetriebes und des Stirnraddifferenzials übernimmt. Das Stirnraddifferenzial der Getriebeanordnung umfasst paarweise miteinander verzahnte Planetensätze, wobei jeder Planetensatz jeweils ein Sonnenrad einschließt.
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Gemäß einer weiteren Verbesserung ist vorgesehen, dass jedes Sonnenrad rotationsfest mit einem axial aus dem Sonnenrad bzw. dem Stirnraddifferenzials austretenden Hohlwellenstumpf verbunden ist. Jeder Hohlwellenstumpf schließt eine Innenverzahnung ein, diese vorzugsweise durch ein Wälzschälverfahren hergestellte Verzahnung ist jeweils zur Aufnahme einer Abtriebswelle bestimmt, welche eine Verbindung zu einem angetriebenen Rad des Kraftfahrzeugs herstellt. Diese Maßnahme ermöglicht eine einfache und kostengünstig realisierbare Kombination der Getriebeanordnung mit auch Twinachsen genannten Abtriebswellen, die mittels angeflanschter Steckverzahnungen in den Hohlwellenstumpf eingepasst werden, zur Schaffung einer dauerhaften formschlüssigen Antriebsverbindung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das dem Stirnraddifferenzial zugeordnete Trägergehäuse drei zueinander um 120° zueinander versetzte, taschenartig geformte Bauräume einschließt, die für die Ausgleichsräder des Stirnraddifferenzials bestimmt sind. Der konstruktive Aufbau des Trägergehäuses für das Stirnraddifferenzial schließt außenseitig zwischen den Einbauräumen drei von einem Boden ausgehende, sich über die gesamte Höhe des Trägergehäuses erstreckende Ausnehmungen ein. An der vom Boden abgewandten Seite bildet das Trägergehäuse an die Ausnehmungen anschließend axial vorspringende Zentrieransätze. Im Einbauzustand verrasten die Zentrieransätze formschlüssig in komplementär gestaltete, Kontaktflächen bildende Aussparungen der Zwischenwand vom Trägergehäuse des Planetengetriebes. Nach erfolgter Montage der Trägergehäuse werden diese über Befestigungsschrauben dauerfest gesichert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass die als Gussteil gestalteten Trägergehäuse des Planetengetriebes und des Stirnraddifferenzials aus einem übereinstimmenden Gusswerkstoff hergestellt sind. Alternativ zu als Gussteil ausgebildeten Trägergehäusen ist das erfindungsgemäße Konzept auch auf Planetenträger übertragbar, deren Trägergehäuse als Schmiedeteil, Umformteil bzw. Tiefziehteil oder als ein Fließpressbauteil ausgeführt sind.
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Zur Berücksichtigung bestimmter Festigkeitsanforderungen, welche die einzelnen Trägergehäuse erfüllen müssen, kann der erfindungsgemäß konzipierte Planetenträger außerdem Trägergehäuse einschließen, die aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind. Beispielsweise kann ein Trägergehäuse aus einem Gusswerkstoff mit einem Trägergehäuse aus einem Stahlwerkstoff, insbesondere einer Stahllegierung kombiniert werden, wobei sich als bevorzugte Stahllegierungen insbesondere 16 MnCr5 oder 18 CrNiMo7 eignen.
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Der erfindungsgemäß kompakt aufgebaute, zwei Trägergehäuse einschließende Planetenträger eignet sich bevorzugt für den Antriebsstrang einer elektrischen Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs. Beispielsweise kann eine Getriebeanordnung, welche einen Planetenträger mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Trägergehäuse einschließt, mit einem Elektromotor gekoppelt werden, zur Bildung einer sogenannten Elektroachse oder eines hybridischen Antriebs. Die auch E-Achse genannte Elektroachse ist eine Lösung für den elektrischen Antrieb von reinen Elektrofahrzeugen oder für Hybridanwendungen, wobei die Bauteile wie Elektromotor, Achse und Getriebeanordnung, die in herkömmlicher Bauweise getrennt zum Einsatz kommen, zu einer Baueinheit kombiniert sind.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das abgebildete Ausführungsbeispiel beschränkt. Dabei zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäß aufgebaute Getriebeanordnung, die ein Planetengetriebe sowie ein Stirnraddifferenzial einschließt, in einer dreidimensionalen Ansicht;
- 2 einen Teilschnitt durch die in 1 gezeigte Getriebeanordnung;
- 3 einen Ausschnitt des Stirnraddifferenzials gemäß 1;
- 4 das Trägergehäuse von dem Stirnraddifferenzial in einer ersten dreidimensionalen Ansicht; und
- 5 das Trägergehäuse von dem Stirnraddifferenzial in einer zweiten dreidimensionalen Ansicht.
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In der 1 und in 2 ist eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hinsichtlich seines Aufbaus und Anordnung einzelner Bauteile abgebildet, wobei in der 1 nicht alle Bauteile der Getriebeanordnung 1 dargestellt sind. Die beispielsweise einem Antriebsstrang (nicht gezeigt) von einem elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs zugeordnete Getriebeanordnung 1 ist unterteilt in Planetengetriebe 2 sowie in ein Stirnraddifferenzial 3. In dem einen auch Stufenplanetensatz oder Reduzierstufe genannten Planetengetriebe 2 wird beispielsweise ein von einem E-Motor (nicht gezeigt) eingeleitetes Antriebsdrehmoment von einer hohen Eingangsdrehzahl auf eine niedrige Ausgangsdrehzahl untersetzt bzw. reduziert. Das untersetzte Ausgangsdrehmoment wird anschließend über das als Stirnraddifferenzial 3 aufgebaute Differenzial auf deren mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) verbundenen Ausgangswellen übertragen, die auch Halbwellen genannt werden.
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Die Getriebeanordnung 1 schließt einen zweiteiligen Planetenträger 4 ein, wobei das Planetengetriebe 2 und das Stirnraddifferenzial 3 in getrennten, miteinander zusammengefügten Trägergehäusen 5, 6 integriert sind. Das in 1 gezeigte Planetengetriebe 2 und das Stirnraddifferenzial 3 der Getriebeanordnung 1 entsprechen vom Aufbau dem bekannten Stand der Technik. Das Planetengetriebe 2 umfasst zwei Planetensätze, bestehend aus zentrischen Sonnenrädern (nicht gezeigt), die mit radial nach außen versetzt positionierten, auf Lagerbolzen drehbar gelagerten Planetenräder 7, 8 verzahnt sind.
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Das Stirnraddifferenzial 3 umfasst wie in 2 gezeigt, zwei Planetensätze mit voneinander abweichend dimensionierten Ausgleichsrädern, einem schmalen Ausgleichsrad 9 und einem breiten Ausgleichsrad 10, die jeweils auf einem zugehörigen Lagerbolzen 11, 12 drehbar gelagert sind. Jeder drehfixiert positionierte Lagerbolzen 11, 12 ist mit einem Ende in einer Bohrung 13 des Trägergehäuses 6 und gegenseitig, auf der zum Planetengetriebe 2 ausgerichteten Seite, zur Realisierung einer axial kompakten Bauform des Stirnraddifferenzials 3 in eine Bohrung (nicht gezeigt) einer von dem Trägergehäuse 5 gebildeten Zwischenwand 14 eingesetzt. Radial innenseitig sind die Ausgleichsräder 9, 10 jeweils mit einem Sonnenrad 15, 16 verzahnt, wobei jedes Sonnenrad 15, 16 rotationsfest mit einem Hohlwellenstumpf 17, 18 verbunden ist.
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Ein Antriebsfluss der Getriebeanordnung 1 verläuft im Einbauzustand von einem unmittelbar dem Planetenträger 4 zugeordneten Antriebselement 19 auf das Planetengetriebe 2 und von dort auf das nachgeordnete Stirnraddifferenzial 3. Anschließend wird der Antrieb bzw. das Antriebsmoment über beide Hohlwellenstümpfe 17, 18 auf als Halbwellen ausgeführte Abtriebswellen (nicht gezeigt) übertragen, die angetriebene Fahrzeugräder mit der Getriebeanordnung 1 verbinden. Dabei sind die Abtriebswellen mittels Steckverzahnungen formschlüssig in komplementär ausgeführte Innenverzahnungen 20, 21 der Hohlwellenstümpfe 17, 18 (gezeigt in 3) eingepasst.
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Die gemeinsam den Planetenträger 4 bildenden Trägergehäuse 5, 6 sind zur Aufnahme der Planetenräder 7, 8 bzw. der Ausgleichräder 9, 10 übereinstimmend topfartig gestaltet. Vorteilhaft bildet dabei ein Boden 23 des dem Planetengetriebe 2 zugeordneten Trägergehäuses 5 eine Zwischenwand 14, welche gleichzeitig die Funktion einer gemeinsamen Trägerwange für die Lagerbolzen des Planetengetriebes 2 und des Stirnraddifferenzials 3 übernimmt.
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Das für das Stirnraddifferenzial 3 bestimmte Trägergehäuse 6 bildet drei umfangsverteilte, für die Planetenräder 7, 8 bestimmte Einbauräume 22, zwischen denen außenseitig sich von einem Boden 23 ausgehende, über die gesamte Höhe des Trägergehäuses 6 erstreckende Ausnehmungen 24 vorgesehen sind. Vom Boden 23 abgewandt bildet das Trägergehäuse 6 im Anschluss an die Ausnehmungen 24 axial vorspringende Zentrieransätze 25, die formschlüssig in komplementär gestaltete, Aussparungen 28 bildende Kontaktflächen der Zwischenwand 14 von dem Trägergehäuse 5 verrasten. Durch das Zusammenwirken von den Zentrieransätzen 25 mit den Aussparungen 28 sind die Trägergehäuse 5, 6 verdrehgesichert und lageorientiert, formschlüssig verbunden. Mittels Befestigungsschrauben 26, die in Bohrungen der Zentrieransätze 25 eingesetzt und im Trägergehäuse 5 verschraubt sind, wird eine sichere lösbare Verbindung der Trägergehäuse 5, 6 hergestellt.
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Die 3 bis 5 verdeutlichen weitere Details der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung 1. Die 3 zeigt die kompakte Bauform des Stirnraddifferenzials 3 mit zwei Planetensätzen 27, welches weiterhin gleichachsig angeordnete, beidseitig axial aus dem Stirnraddifferenzial 3 austretende Hohlwellenstümpfe 17, 18 einschließt, in denen jeweils eine Innenverzahnung 20, 21 eingebracht ist. Die 4 und die 5 verdeutlichen in unterschiedlichen Ansichten die Anordnung bzw. Einbaulagen der Ausnehmungen 24 und der Zentrieransätze 25 an dem Trägergehäuse 6.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebeanordnung
- 2
- Planetengetriebe
- 3
- Stirnraddifferenzial
- 4
- Planetenträger
- 5
- Trägergehäuse
- 6
- Trägergehäuse
- 7
- Planetenrad
- 8
- Planetenrad
- 9
- Ausgleichsrad (schmal)
- 10
- Ausgleichsrad (breit)
- 11
- Lagerbolzen
- 12
- Lagerbolzen
- 13
- Bohrung
- 14
- Zwischenwand
- 15
- Sonnenrad
- 16
- Sonnenrad
- 17
- Hohlwellenstumpf
- 18
- Hohlwellenstumpf
- 19
- Antriebselement
- 20
- Innenverzahnung
- 21
- Innenverzahnung
- 22
- Einbauraum
- 23
- Boden
- 24
- Ausnehmung
- 25
- Zentrieransatz
- 26
- Befestigungsschraube
- 27
- Planetensatz
- 28
- Aussparung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2018224084 A1 [0003]
- DE 102007003675 A1 [0004]
- EP 2821672 A1 [0005]
