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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für eine Antriebsachse für ein elektrisch antreibbares/fortbewegbares Kraftfahrzeug. Weiter betrifft die Erfindung eine Antriebsachse, die eine solche Antriebseinheit oder mehr solcher Antriebseinheiten aufweist. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine solche Antriebsachse aufweist, also ein rein- oder hybridelektrisch antreibbares/fortbewegbares Kraftfahrzeug.
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Bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen, die rein- oder hybridelektrisch antreibbar sind, besteht heutzutage der Bedarf, möglichst kompakte und dabei leistungsfähige Komponenten einzusetzen, um Packaging-Vorgaben einhalten zu können. Aus dem Stand der Technik sind hierzu Ansätze bekannt, ein Getriebe in einen Rotor einer elektrischen Antriebsmaschine zu integrieren, um Bauraum zu sparen.
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So zeigen zum Beispiel die
DE 10 2022 205 029 A1 , die
DE 11 2018 006 651 T5 und die
DE 10 2020 216 300 A1 ein System für einen Elektromotor, wobei ein Planetenradsatz und/oder ein Differenzial innerhalb einer Umhüllung eines Rotors des Elektromotors eingebaut sind/ist. Jedoch ist bei den herkömmlichen Ansätzen ein mittels des Differenzials/Getriebes maximal übertragbares Drehmoment beschränkt, da das Differenzial/Getriebe in radialer Richtung nicht beliebig groß konzipiert werden darf. Denn zum einen ist aufgrund von Packaging-Vorgaben ein Durchmesser der herkömmlichen elektrischen Maschine - und infolgedessen ein Durchmesser ihrer Rotorwelle - beschränkt. Zum anderen muss eine Rotorwelle mit besonders großem Durchmesser besonders stabil ausgebildet werden, da sie im Betrieb einer vom Durchmesser physikalisch abhängenden Fliehkraft unterworfen ist; je größer der Durchmesser, desto größer die im Betrieb auf die Rotorwelle wirkenden Fliehkräfte. Hieraus erwächst ein Massenachteil, was zu einem besonders schweren und damit ineffizienten Kraftfahrzeug führen würde.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders bauraumeffizient ausgeführte Antriebseinheit zu schaffen, mittels derer ein besonders hohes Drehmoment übersetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind kategorie- und ausführungsformübergreifend zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
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Erfindungsgemäß wird eine Antriebseinheit vorgeschlagen, die eine elektrische Maschine, insbesondere Axialflussmaschine, und ein Planetengetriebe aufweist. Zudem wird gemäß der Erfindung eine Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei die Antriebsachse eine hierin beschriebene Antriebseinheit oder mehrere solcher Antriebseinheiten aufweist. Das bedeutet, dass in bestimmungsgemäßer Einbaulage die Antriebseinheit ein Bestandteil der Antriebsachse ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das mit der hierin beschriebenen Antriebsachse ausgerüstet ist. Dementsprechend handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug, das insbesondere als Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen ausgeführt ist, um ein rein- oder hybridelektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. In bestimmungsgemäßer Einbaulage bildet die Antriebsachse somit ein Bestandteil des Kraftfahrzeugs.
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Die elektrische Maschine der Antriebseinheit weist einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor eine Rotorträgerwelle umfasst, die sich entlang einer Maschinenhauptachse der elektrischen Maschine durch den Stator hindurch erstreckt. Das Planetengetriebe der Antriebseinheit ist radial innerhalb der Rotorträgerwelle angeordnet, was bedeutet, dass die Rotorträgerwelle zumindest einen Abschnitt aufweist, der dazu eingerichtet ist, das Planetengetriebe aufzunehmen. In bestimmungsgemäßer Einbaulage des Planetengetriebes wird es ganz oder teilweise von der Rotorträgerwelle umschlossen.
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Das Planetengetriebe weist einen Sonnenradträgerzapfen auf, der koaxial mit der Maschinenhauptachse drehfest in der Rotorträgerwelle gelagert ist. Mit anderen Worten fallen eine Längsmittenachse des Sonnenradträgerzapfens und die Maschinenhauptachse zusammen. Dabei sind die Rotorträgerwelle und der Sonnenradträgerzapfen zueinander nicht drehbar, das heißt zueinander drehfest angeordnet. Wird also im Betrieb der Antriebseinheit bzw. der elektrischen Maschine die Rotorträgerwelle gedreht, wird der kraft-, form- und/oder stoffschlüssig drehfest mit der Rotorträgerwelle verbundene Sonnenradträgerzapfen winkelgeschwindigkeitsgleich mitgedreht. Das Planetengetriebe der Antriebseinheit weist zudem einen Planetenradträger und einen Planetenradbolzen auf. Dabei ist der Planetenradbolzen kraft-, form- und/oder stoffschlüssig an dem Planetenradträger fixiert, derart, dass der Planetenradbolzen relativ zum Planetenradträger drehfest ist.
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Ferner weist das Planetengetriebe Getrieberäder auf, nämlich ein doppelschrägverzahntes Sonnenrad, ein doppelschrägverzahntes Planetenrad und ein doppelschrägverzahntes Hohlrad. Das doppelschrägverzahnte Sonnenrad ist drehfest mit dem Sonnenradträgerzapfen verbunden, was bedeutet, dass das Sonnenrad mittels des Sonnenradträgerzapfens drehfest mit der Rotorträgerwelle verbunden ist. Das doppelschrägverzahnte Planetenrad ist drehbar in Bezug zu dem Planetenradbolzen an diesem gelagert und kämmt mit dem Sonnenrad. Des Weiteren kämmt das Planetenrad mit dem doppelschrägverzahnten Hohlrad, das beispielsweise in Bezug zu einem Gehäuse der Antriebseinheit drehfest an diesem Gehäuse gelagert bzw. mit diesem Gehäuse verbunden ist. Es ist zu verstehen, dass das Planetengetriebe zwei oder mehr Planetenräder und infolgedessen eine entsprechende Anzahl von Planetenradbolzen aufweisen kann. Insbesondere ist das Hohlrad mittels eines Stützelements der Antriebseinheit drehfest am Gehäuse gelagert. Dabei sind sowohl das Stützelement und das Gehäuse als auch das Stützelement und das Hohlrad drehfest aneinander fixiert. Anders ausgedrückt kann das Hohlrad mittels des Stützelements am Gehäuse der Antriebseinheit drehstarr festgelegt sein.
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Bei der Antriebseinheit, insbesondere deren Planetengetriebe, ist des Weiteren vorgesehen, dass wenigstens eines der Getrieberäder zwei separat voneinander hergestellte Getrieberadteile aufweist, die gegensinnig steigend einfachschrägverzahnt sind und axial aneinander anstoßend angeordnet sind. Dabei haben die Getrieberadteile einen gleichen Durchmesser, eine gleiche Zähnezahl und einen gleichen Schrägverzahnungswinkelbetrag. Das bedeutet, dass die Doppelschrägverzahnung des entsprechenden Getrieberads gebildet ist, indem die beiden gegensinnig einfachschrägverzahnten Getrieberadteile axial, das heißt stirnseitig, aneinander anstoßend angeordnet sind. Bei dem Planetengetriebe der Antriebseinheit kann des Weiteren vorgesehen sein, dass zwei oder mehr der Getrieberäder jeweils durch zwei separat voneinander hergestellte Getrieberadteile gebildet sind, die gegensinnig steigend einfachschrägverzahnt sind und axial aneinander anstoßend angeordnet sind.
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Diese zweiteilige Ausgestaltung des wenigstens einen Getrieberads des Planetengetriebes führt dazu, dass das Planetengetriebe herstellbar ist, denn um die Getrieberäder, die doppelschrägverzahnt sind, miteinander in Zahneingriff zu bringen, ist es erforderlich, dass wenigstens eines der Getrieberäder besagte zweiteilige Struktur aufweist. Zudem erlaubt das vollständig doppelschrägverzahnte Planetengetriebe einen axialkraftfreien Betrieb der Antriebseinheit, wobei mittels des Planetengetriebes in vorteilhafter Weise ein besonders hohes Drehmoment übersetzt werden kann. Insbesondere sind die Getrieberäder in axialer Richtung, das heißt entlang der Maschinenhauptachse, so lang bzw. dick ausgebildet, dass mittels der Getrieberäder, das heißt mittels des Planetengetriebes, ein gewünscht starkes Drehmoment sicher und zuverlässig übersetzt werden kann. Denn um ein besonders starkes Drehmoment mittels eines Planetengetriebes übertragen bzw. übersetzen zu können, ist eine Verzahnung jenes Planetengetriebes entsprechend groß zu dimensionieren. Da dies in radialer Richtung jedoch heutzutage durch Packaging-Vorgaben limitiert ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die Getrieberäder bzw. das Planetengetriebe entlang Axialrichtung, das heißt entlang der Maschinenhauptachse, entsprechend groß zu dimensionieren, um das gewünscht starke Drehmoment sicher und zuverlässig übertragen zu können. Das bedeutet, dass die axiale Dicke der Getrieberäder zum Beispiel doppelt so groß ist wie bei einem herkömmlichen Planetengetriebe mit gleicher radialer Ausdehnung. Indem aufgrund der Doppelschrägverzahnung des Planetengetriebes im Betrieb der Antriebseinheit keine Axialkräfte vorliegen bzw. sich die Axialkräfte gegenseitig aufheben, kann des Weiteren auf eine besonders aufwendige und masseintensive Axiallagerung des Planetengetriebes und infolgedessen der Rotorträgerwelle verzichtet werden. Dennoch wird ein Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor der als Axialflussmaschine ausgeführten elektrischen Maschine selbst im Betrieb der Antriebseinheit in wünschenswerter Weise besonders konstant gehalten. Dadurch ist die Antriebseinheit besonders zuverlässig. Indem bei der Antriebseinheit auf Axiallagerkomponenten verzichtet werden kann, die dazu eingerichtet sind, im Betrieb der Antriebseinheit Axialkräfte eines herkömmlichen einfachschrägverzahnten Planetengetriebes abzustützen, ist die Antriebseinheit zum einen besonders kompakt und zum anderen besonders masseeffizient ausgeführt.
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In möglicher Weiterbildung der Antriebseinheit ist vorgesehen, dass das Planetenrad zwei Planetenradteile aufweist, die mittels des Planetenradbolzens relativ zueinander drehbar gelagert sind, wobei die Planetenradteile an einer gemeinsamen radialen Anstoßebene axial aneinander anstoßen. Das bedeutet, dass es sich bei dem Getrieberad, das aus den beiden separat voneinander hergestellten Getrieberadteilen gebildet ist, oder bei einem dieser Getrieberäder des Planetengetriebes um das Planetenrad bzw. die Planetenräder des Planetengetriebes handelt. Dementsprechend sind die Getrieberadteile des Planetenrads in diesem Fall die Planetenradteile. Durch das zweiteilig ausgeführte Planetenrad ist das Planetengetriebe besonders einfach und/oder aufwandsarm herstellbar.
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In einer möglichen weiteren Ausführungsform der Antriebseinheit weist der Planetenradbolzen eine axiale Schmiermittelöffnung auf, von welcher eine radiale Schmiermittelöffnung abzweigt, deren Längsmittenachse und die Anstoßebene zusammenfallen. Hierbei ist die axiale Schmiermittelöffnung, deren Längsmittenachse insbesondere mit einer Längsmittenachse des Planetenradbolzens zusammenfällt, dazu konfiguriert, mit Schmiermittel, beispielsweise Öl, gespeist zu werden, wobei das Schmiermittel dann im Betrieb der Antriebseinheit in der axialen Schmiermittelöffnung nach radial außen getrieben wird. Hierdurch wird das Schmiermittel bzw. das Öl durch die radiale Schmiermittelöffnung hindurch nach radial außen getrieben, sodass es entlang der Anstoßebene außen an einen Zahnkranz des Planetenrads bzw. an einen jeweiligen Zahnkranz der Planetenradteile befördert wird. Hierzu mündet die radiale Schmiermittelöffnung einerseits in die axiale Schmiermittelöffnung und andererseits an eine Außenumfangsfläche des Planetenradbolzens, an welcher das Planetenrad gelagert ist bzw. an welcher die Planetenradteile gelagert sind. Vom Zahnkranz des Planetenrads aus gelangt das Öl schließlich aufgrund des Abwälzens des Planetenrads am Innenzahnkranz des Hohlrads sowie am Außenzahnkranz des Sonnenrads in eine jeweilige Zahneingriffszone zwischen dem Hohlrad und dem Planetenrad bzw. zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenrad, sodass der Zahneingriff zwischen dem Hohlrad und dem Planetenrad bzw. zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenrad in vorteilhafter Weise besonders sicher und zuverlässig geschmiert wird.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Antriebseinheit sieht vor, dass die Planetenradteile mittels eines jeweiligen Nadellagers am Planetenradbolzen gelagert sind, wobei die Nadellager entlang des Planetenradbolzens mittels einer Axiallagerhülse axial voneinander beabstandet sind. Der Einsatz eines jeweiligen Nadellagers für ein jeweiliges der Planetenradteile trägt zu einem besonders geringen Bauraumerfordernis in Radialrichtung des Planetengetriebes und infolgedessen der Antriebseinheit bei. Die zwischen den Nadellagern angeordnete Axiallagerhülse fungiert dabei als kraftstützendes Versteifungselement sowie als Abstandselement, damit die Planetenradteile separat bzw. individuell am Planetenradbolzen gelagert werden können.
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Um die weiter oben beschriebene Schmierung in den Zahneingriffszonen zwischen dem Planetenrad und dem Hohlrad bzw. dem Planetenrad und dem Sonnenrad in Zusammenhang mit der Axiallagerhülse zu gewährleisten, sieht eine weitere mögliche Ausführungsform der Antriebseinheit vor, dass die Axiallagerhülse eine radiale Schmiermitteldurchlassöffnung aufweist, die deckungsgleich mit der radialen Schmiermittelöffnung des Planetenradbolzens angeordnet ist. Das bedeutet, dass im Betrieb der Antriebseinheit das durch die radiale Schmiermittelöffnung aus der axialen Schmiermittelöffnung austretende Öl die radiale Schmiermitteldurchlassöffnung der Axiallagerhülse passiert, um entlang der Anstoßebene zwischen den Planetenradteilen an den Zahnkranz des Planetenrads zu gelangen.
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In möglicher Weiterbildung, um die axiale Schmiermittelöffnung besonders effizient mit dem Schmiermittel bzw. Öl beschicken zu können, ist ein Schmiermittelzuführkanal vorgesehen, der mit der axialen Schmiermittelöffnung des Planetenradbolzens im Betrieb der Abtriebseinheit zusammenwirkt, und zwar derart, dass ein aus der Auslassmündung austretendes Schmiermittel über die Einlassmündung in die axiale Schmiermittelöffnung eintritt. Gemäß einer möglichen Weiterbildung ist das Hohlrad mittels des Stützelements drehfest am Gehäuse gelagert, wobei dann der Schmiermittelzuführkanal das Stützelement der Antriebseinheit durchdringt. Mit anderen Worten kann das Stützelement den Schmiermittelzuführkanal aufweisen. Egal, ob der Schmiermittelzuführkanal als Element des Stützelements ausgebildet ist oder nicht, überschneiden sich, in axialer Richtung betrachtet, eine Auslassmündung des Schmiermittelzuführkanals und eine Einlassmündung der axialen Schmiermittelöffnung. Der Schmiermittelzuführkanal kann wenigstens einen geraden Kanalanteil und/oder wenigstens einen ungeraden Kanalanteil aufweisen. Insbesondere ist der Schmiermittelzuführkanal über seine Gesamtlänge gerade ausgebildet und kann schräg oder parallel zur Maschinenhauptachse angeordnet sein; jedenfalls ist die Auslassmündung in einem Nahbereich der Einlassmündung des Planetenradbolzens angeordnet.
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Bei dem Getrieberad, das aus den beiden separat voneinander hergestellten Getrieberadteilen gebildet ist, oder bei einem dieser Getrieberäder des Planetengetriebes kann es sich um das Sonnenrad des Planetengetriebes handeln. Dementsprechend handelt es sich bei den beiden Getrieberadteilen des Sonnenrads zum Beispiel um zwei Sonnenradteile. So sieht eine weitere mögliche Ausführungsform der Antriebseinheit vor, dass das Sonnenrad die beiden Sonnenradteile aufweist, die drehfest mit dem Sonnenradträger zapfenverbunden sind. Dabei ist eines der Sonnenradteile mit dem Sonnenradträgerzapfen gefügt, wohingegen das entsprechend andere der Sonnenradteile mittels einer Keilwelle-Keilnabe-Verbindung mit demselben Sonnenradträgerzapfen verbunden ist. Beispielsweise können das entsprechende Sonnenradteil und der Sonnenradträgerzapfen einstückig miteinander ausgebildet sein oder anderweitig kraft-, form- und/oder stoffschlüssig dauerhaft bzw. dauerfest miteinander verbunden sein. Unter Fügen ist hierin ein Verbinden wenigstens zweier Werkstücke zu verstehen, wobei die mittels dieses Fügens hergestellte Verbindung zwischen den zwei oder mehr Werkstücken definitionsgemäß unlösbar ist, das heißt lediglich unter Zerstören und/oder starkem Erwärmen wenigstens eines der verbundenen Werkstücke und/oder eines Verbindungsmittels, lösbar ist. Dahingegen wird hierin unter einer Keilwelle-Keilnabe-Verbindung eine Verbindung zwischen zwei Werkstücken verstanden, die reversibel zerstörungsfrei lösbar ist. Die hierin beschriebenen Keilwelle-Keilnabe-Verbindungen sind formschlüssig, insbesondere hauptsächlich formschlüssig oder rein formschlüssig. Alternativ oder zusätzlich zum Prinzip Keilwelle-Keilnabe kann zum Verbinden der entsprechenden Welle mit der zugehörigen Nabe zum Beispiel eine Passfederverbindung, eine axial verstiftete Verbindung, eine Kerbverzahnungsverbindung, eine Verbindung mittels unrunder Welle/Nabe etc. zum Einsatz kommen. Auch Schraubverbindungen sind denkbar.
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Der Sonnenradträgerzapfen und die Rotorträgerwelle sind gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Antriebseinheit mittels einer weiteren Keilwelle-Keilnabe-Verbindung miteinander drehfest verbunden. Hierdurch sind der Sonnenradträgerzapfen und die Rotorträgerwelle verglichen mit zum Beispiel einer einstückigen Ausführungsform besonders einfach und/oder aufwandsarm herstellbar.
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Das Hohlrad weist einer weiteren möglichen Ausführungsform der Antriebseinheit zufolge zwei Hohlradteile auf, die mittels eines Hohlradfixierungskörpers drehfest an einem Stützelement der Antriebseinheit gelagert sind. Dementsprechend kann es sich bei dem Getrieberad, das aus den beiden separat voneinander hergestellten Getrieberadteilen gebildet ist, oder bei einem dieser Getrieberäder des Planetengetriebes um das Hohlrad des Planetengetriebes handeln. Das bedeutet, es handelt sich in diesem Fall bei den beiden Getrieberadteilen des Hohlrads um die beiden Hohlradteile. Bei dem Stützelement der Antriebseinheit handelt es sich zum Beispiel um ein Gehäuse der Antriebseinheit. Insbesondere - und wie in einer weiteren möglichen Ausführungsform der Antriebseinheit vorgesehen - sind der Hohlradfixierungskörper und das Stützelement mittels einer weiteren Keilwelle-Keilnabe-Verbindung drehfest miteinander verbunden, bei welcher ein Keilwellenzapfen des Stützelements in eine Keilnabe des Hohlradfixierungskörpers eingreift. Das bedeutet, dass das Stützelement in diesem Fall den Keilwellenzapfen aufweist, wobei das Hohlradfixierungselement die Keilnabe aufweist, In alternativer Ausführungsform sind der Hohlradfixierungskörper und das Stützelement mittels der Keilwelle-Keilnabe-Verbindung drehfest miteinander verbunden, wobei ein Keilwellenzapfen des Hohlradfixierungskörpers in eine Keilnabe des Stützelements eingreift. Das bedeutet, dass dann der Hohlradfixierungskörper den Keilwellenzapfen aufweist, wobei das Stützelement die Keilnabe aufweist. Jedenfalls korrespondieren der Keilwellenzapfen und die Keilnabe zum Bilden der Keilwelle-Keilnabe-Verbindung zwischen dem Hohlradfixierungskörper und dem Stützelement.
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Im Zusammenhang mit der Keilwelle-Keilnabe-Verbindung zwischen dem Hohlradfixierungskörper und dem Stützelement sieht eine mögliche Weiterbildung der Antriebseinheit vor, dass die Keilwelle-Keilnabe-Verbindung, mittels derer die Hohlradteile drehfest am Stützelement gelagert sind, derart ausgebildet ist, dass ein axiales Bewegen des Hohlrads bzw. der Hohlradkörper in Bezug zum Stützelement um ein vorgegebenes Toleranzausgleichsmaß ermöglicht ist. Das bedeutet, dass der Formschluss, der mittels der Keilwelle-Keilnabe-Verbindung zwischen dem Hohlradfixierungskörper und dem Stützelement vermittelt wird, zwar ein Rotieren bzw. Drehen des Hohlrads bzw. der Hohlradteile in Bezug zum Stützelement blockiert, aber ein axiales translatorisches Bewegen des Hohlrads bzw. der Hohlradteile in Bezug zum Stützelement zulässt. Hierdurch ergibt sich, dass die Antriebseinheit eine verbesserte Akustik hat, da Toleranzen, die beim Herstellen der Antriebseinheit, insbesondere des Planetengetriebes, auftreten, aufgrund der axialen Verschieblichkeit bzw. Beweglichkeit der Keilwelle-Keilnabe-Verbindung zwischen dem Hohlradfixierungskörper und dem Stützelement ausgeglichen werden können. Somit gilt für ein Kraftfahrzeug, das die Antriebseinheit bzw. die mit der Antriebseinheit ausgerüstete Antriebsachse aufweist, dass es eine besonders vorteilhafte NVH-Qualität (NVH: Noise, Vibrations, Harshness - Geräusch, Vibrationen, Härte) aufweist.
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Um das Bewegen der Hohlradteile um das Toleranzausgleichsmaß zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, dass die Hohlradteile relativ zueinander axial bewegbar am Hohlradfixierungskörper gelagert sind und der Hohlradfixierungskörper axial unbewegbar am Stützelement gelagert ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Hohlradfixierungskörper axial bewegbar am Stützelement gelagert ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 1 eine Antriebseinheit 1 für eine Antriebsachse, die mit der Antriebseinheit 1 ausgerüstete Antriebsachse und ein mit der Antriebsachse ausgerüstetes Kraftfahrzeug in gemeinsamer Beschreibung erläutert. Antriebsachse und Kraftfahrzeug sind nicht dargestellt. 1 zeigt eine geschnittene Ansicht der Antriebseinheit 1 mit einer elektrischen Maschine 2 und einem Planetengetriebe 3. Dabei sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit gleichem Bezugszeichen versehen.
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Die Antriebseinheit 1 ist insbesondere dazu eingerichtet, als radindividuelle Antriebseinheit für die Antriebsachse bzw. für das Kraftfahrzeug zu fungieren. Infolgedessen ist vorgesehen, dass die Antriebsachse zwei Antriebseinheiten 1 aufweist, beispielsweise in spiegelbildlicher Anordnung, sodass die beiden an der Antriebsachse befestigten Räder (Felge-Reifen-Kombinationen) mittels einer jeweiligen Antriebseinheit 1 antreibbar sind. Es kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug mit einem Allradantrieb ausgerüstet ist, sodass das Kraftfahrzeug dann zwei Antriebsachsen, respektive vier Antriebseinheiten 1 aufweist, die paarweise den beiden Antriebsachsen des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind.
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Die elektrische Maschine 2 der Antriebseinheit 1 kann als Radialflussmaschine ausgeführt sein. Sie ist im vorliegenden Beispiel als eine Axialflussmaschine ausgebildet. Ein Stator 4 der elektrischen Maschine 2 ist in diesem Fall als eine Statorscheibe ausgebildet und drehfest in einem Gehäuse 5 der Antriebseinheit 1 fixiert. Des Weiteren weist die elektrische Maschine 2 einen Rotor 6 auf, dessen Rotorpakete 7 drehfest an einer Rotorträgerwelle 8 befestigt, vorliegend verschraubt, sind. Es ist zu verstehen, dass die elektrische Maschine 2 bzw. Axialflussmaschine zwei oder mehr Statorscheiben und infolgedessen zwei oder mehr Rotorenpakete 7 aufweisen kann. Der Stator 4, vorliegend die Statorscheibe, ist zwischen den beiden Rotorpaketen 7 angeordnet und von diesen über einen jeweiligen Luftspalt 9 in axialer Richtung beabstandet. Die Rotorträgerwelle 8 erstreckt sich entlang einer Maschinenhauptachse 10 der elektrischen Maschine 2 durch den Stator 4 hindurch. Es geht aus 1 des Weiteren hervor, dass die Rotorträgerwelle 8 zumindest in einem Abschnitt als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei ein Welleninnenraum des als Hohlwelle ausgeführten Abschnitts der Rotorträgerwelle 8 als Aufnahmeraum für das Planetengetriebe 3 ausgeführt ist. Dementsprechend ist das Planetengetriebe 3 der Antriebseinheit 1 radial innerhalb der Rotorträgerwelle 8, das heißt in dem Aufnahmeraum, angeordnet. Im vorliegenden Beispiel weist das Planetengetriebe 3 kein Element auf, das in radialer Richtung aus der Rotorträgerwelle 8 herausragt.
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Das Planetengetriebe 3 weist einen koaxial mit der Maschinenhauptachse 10 drehfest in der Rotorträgerwelle gelagerten Sonnenradträgerzapfen 11 auf, wobei der Sonnenradträgerzapfen 11 und die Rotorträgerwelle 8 mittels einer Keilwelle-Keilnabe-Verbindung 12 miteinander drehfest verbunden sind. Des Weiteren weist das Planetengetriebe 3 einen Planetenradträger 13 auf, an welchem ein Planetenradbolzen 14 drehfest gelagert ist.
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Als Getrieberäder 15 weist das Planetengetriebe 3 ein Sonnenrad 16, ein Planetenrad 17 bzw. mehrere Planetenräder 17 sowie ein Hohlrad 18 auf. Dabei sind die Getrieberäder 15, das heißt das Sonnenrad 16, das jeweilige Planetenrad 17 sowie das Hohlrad 18, doppelschrägverzahnt.
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1 zeigt des Weiteren, dass das doppelschrägverzahnte Sonnenrad 16 drehfest mit dem Sonnenradträgerzapfen 11 verbunden ist, wobei das jeweilige Planetenrad 17 mittels des Planetenradbolzens 14 drehbar am Planetenradträger 13 gelagert ist. Ferner ist zu erkennen, dass das jeweilige Planetenrad 17 einerseits in Zahneingriff mit dem Sonnenrad 16 und andererseits in Zahneingriff mit dem Hohlrad 18 ist. Somit gilt für einen Betrieb der Antriebseinheit 1, dass das Planetenrad 17 sowohl mit dem Sonnenrad 16 als auch mit dem Hohlrad 18 kämmt.
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Für die Antriebseinheit 1 gilt weiter, dass wenigstens eines der Getrieberäder 15 zwei separat voneinander hergestellte Getrieberadteile 19 aufweist, die gegensinnig steigend einfachschrägverzahnt sind und axial, das heißt entlang der Maschinenhauptachse 10, aneinander anstoßend angeordnet sind. Dabei haben die Getrieberadteile 19 einen gleichen Durchmesser, eine gleiche Zähnezahl und einen gleichen Schrägverzahnungswinkelbetrag.
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Hier im Beispiel sind das Sonnenrad 16, das jeweilige Planetenrad 17 und das Hohlrad 18 jeweils zweiteilig ausgebildet, das heißt, sie weisen jeweils zwei Getrieberadteile 19 auf bzw. sind aus diesen beiden Getrieberadteilen 19 jeweils zusammengesetzt. So weist das Sonnenrad 16 als Getrieberadteile 19 zwei Sonnenradteile 20 auf, die gemeinsam drehfest auf dem Sonnenradträgerzapfen 11 sitzen. Des Weiteren weist das jeweilige Planetenrad 17 als dessen Getrieberadteile 19 zwei Planetenradteile 21 auf, die gemeinsam mittels des Planetenradbolzens 14 relativ zueinander drehbar gelagert sind. Das Hohlrad 18 weist dementsprechend als Getrieberadteile 19 zwei Hohlradteile 22 auf, die im vorliegenden Beispiel in Bezug zum Gehäuse 5 der Antriebseinheit 1 drehfest gelagert sind.
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Für eine besonders effiziente Schmierung der Antriebseinheit 1 bzw. des Planetengetriebes 3 weist der Planetenradbolzen 14 eine axiale Schmiermittelöffnung 23 auf, von welcher eine radiale Schmiermittelöffnung 24 abzweigt, deren Längsmittenachse 25 und eine Anstoßebene 26, an welcher die Planetenradteile 21 axial aneinander anstoßen, zusammenfallen. Im Betrieb der Antriebseinheit 1 wird ein Schmiermittel, beispielsweise Öl, in die axiale Schmiermittelöffnung 23 gespritzt, wobei unter einem Rotieren des Planetenradträgers 13 das Öl durch die radiale Schmiermittelöffnung 24 hindurch und entlang der Anstoßebene 26 an einen Zahnkranz des jeweiligen Planetenrads 17 gefördert wird. Auf diese Weise werden im Betrieb der Antriebseinheit 1 Zahneingriffszonen, über welche das jeweilige Planetenrad 17 mit dem Sonnenrad 16 sowie mit dem Hohlrad 18 kämmt, besonders effizient mit dem Öl versorgt und damit besonders effizient geschmiert.
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Das Öl bzw. Schmiermittel wird hier im Beispiel in eine pumpenseitige Mündung 47 eines Schmiermittelzuführkanals 44 gefördert, zum Beispiel mittels einer nicht dargestellten Schmiermittelpumpe. Der Schmiermittelzuführkanal 44 ist vorliegend gerade ausgeführt und parallel zur Maschinenhauptachse 10 angeordnet. Dabei erstreckt sich eine Längsmittenachse des Schmiermittelzuführkanals 44 in Verlängerung frei in die axiale Schmiermittelöffnung 23 des Planetenradbolzens 14 hinein, das heißt, eine Auslassmündung 45 des Schmiermittelzuführkanals 44 ist auf eine Einlassmündung 46 der axialen Schmiermittelöffnung 23 gerichtet. Aufgrund dieser Anordnung tritt das Schmiermittel/Öl im Betrieb der Antriebseinheit 1 via Auslassmündung 45 aus dem Schmiermittelzuführkanal 44 aus und infolgedessen - ohne weiteres Schmiermittellenk- bzw. -leitelement zwischen Schmiermittelzuführkanal 44 und axialer Schmiermittelöffnung 23 - via Einlassmündung 46 in die axiale Schmiermittelöffnung 23 ein. Vereinfacht ausgedrückt wird das Schmiermittel aus dem Schmiermittelzuführkanal 44 ausgespritzt und dadurch in die die axiale Schmiermittelöffnung 23 eingespritzt. Vorliegend ist das Hohlrad 18 mittels eines Stützelements 32 am Gehäuse 5 der Antriebseinheit 1 gelagert. Dabei weist das Stützelement 32 den Schmiermittelzuführkanal 44 auf bzw. durchdringt der Schmiermittelzuführkanal 44 das Stützelement 32.
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1 zeigt des Weiteren, dass die beiden Planetenradteile 21 mittels eines jeweiligen Nadellagers 27 drehbar am Planetenradbolzen 14 gelagert sind, wobei die Nadellager 27 entlang des Planetenradbolzens 14 mittels einer Axiallagerhülse 28 axial voneinander beabstandet sind. Im vorliegenden Beispiel weist die Axiallagerhülse 28 eine radiale Schmiermitteldurchlassöffnung 29 auf, die deckungsgleich mit der radialen Schmiermittelöffnung 24 des Planetenradbolzens 14 angeordnet ist. Anders ausgedrückt: Die Längsmittenachse 25 der radialen Schmiermittelöffnung 24 bildet in Verlängerung eine Längsmittenachse der radialen Schmiermitteldurchlassöffnung 29 der Axiallagerhülse 28.
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Eines der Getrieberadteile 19 des Sonnenrads 16, das heißt eines der Sonnenradteile 20, ist mit dem Sonnenradträgerzapfen 11 gefügt, wohingegen das entsprechend andere der Sonnenradteile 20 und der Sonnenradträgerzapfen 11 mittels einer Keilwelle-Keilnabe-Verbindung 30 miteinander drehfest verbunden sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der (in 1 rechts dargestellte) Sonnenradteil 20 und der Sonnenradträgerzapfen 11 einstückig miteinander ausgebildet sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Sonnenradteil 20 und der Sonnenradträgerzapfen 11 separat voneinander hergestellt sind und danach dauerfest kraft-, form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Beispielsweise können der Sonnenradträgerzapfen 11 und das entsprechende Sonnenradteil 20 mittels Schweißens, Klebens, Eindehnens und/oder unter Zuhilfenahme von weiteren Verbindungsmitteln (Nieten, Schrauben, Stiften etc.) derart aneinander befestigt sein, dass eine Relativdrehung zwischen dem Sonnenradträgerzapfen 11 und dem entsprechenden Sonnenrad 20 blockiert ist. Diese Fügeverbindung zwischen dem in 1 rechts dargestellten Sonnenradteil 20 und dem Sonnenradträgerzapfen 11 unterscheidet sich von der Keilwelle-Keilnabe-Verbindung 30 zwischen demselben Sonnenradträgerzapfen 11 und dem in 1 links dargestellten der Sonnenradteile 20 dadurch, dass die Fügeverbindung als unlösbare Verbindung konzipiert ist. Ein zerstörungsfreies Lösen der Fügeverbindung ist nicht vorgesehen. Dahingegen handelt es sich bei der Keilwelle-Keilnabe-Verbindung 30 um eine reversibel zerstörungsfrei lösbare Verbindung zwischen dem entsprechenden Sonnenradteil 20 und dem Sonnenradträgerzapfen 11.
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Die Antriebseinheit 1 weist des Weiteren hier im Beispiel einen Hohlradfixierungskörper 31 auf, an welchem die Hohlradteile 22 drehfest befestigt sind. Der Hohlradfixierungskörper 31 wiederum ist drehfest mit dem Stützelement 32 der Antriebseinheit 1 verbunden, sodass die Hohlradteile 22 mittels des Hohlradfixierungskörpers 31 drehfest am Stützelement 32 gelagert sind. Das Stützelement 32 und das Gehäuse 5 der Antriebseinheit 1 sind drehfest miteinander verbunden. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass das Gehäuse 5 teilweise durch das Stützelement 32 gebildet ist bzw. dass das Gehäuse 5 und das Stützelement 32 einstückig miteinander ausgebildet sind. Der Hohlradfixierungskörper 31 und das Stützelement 32 sind vorliegend mittels einer Keilwelle-Keilnabe-Verbindung 33 drehfest miteinander verbunden, wobei im vorliegenden Beispiel ein Keilwellenzapfen 34 des Hohlradfixierungskörpers 31 in eine Keilnabe 35 des Stützelements 32 eingreift. In einer anderen Variante der Antriebseinheit 1 greift ein Keilwellenzapfen des Stützelements 32 in eine Keilnabe des Hohlradfixierungskörpers 31 ein. Die Keilwelle-Keilnabe-Verbindung 33, mittels derer die Hohlradteile 22 drehfest am Stützelement 32 gelagert sind, ist derart ausgebildet, dass ein axiales Bewegen des Hohlrads 18 bzw. der Hohlradteile 22 in Bezug zum Stützelement 32 um eine vorgegebenes axiales Toleranzausgleichsmaß ermöglicht ist.
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Die Antriebseinheit 1 weist weiter ein Lagersystem auf, mittels dessen Komponenten der Antriebseinheit 1, die sich im Betrieb der Antriebseinheit 1 drehen, im/am Gehäuse 5 bzw. im/am Stützelement 32 radial gelagert sind. Mittels erster Steglager 36 ist der Planetenradträger 13 an einer Außenumfangsseite des Sonnenradträgerzapfens 11 radial gelagert. Mittels eines zweiten Steglagers 37 ist der Planetenradträger 13 in Bezug zum Stützelement 32 radial gelagert. Des Weiteren weist die Antriebseinheit 1 ein Rotorlager 38 auf, mittels dessen der Rotor 6, insbesondere die Rotorträgerwelle 8, innenseitig am Gehäuse 5 der Antriebseinheit 1 radial gelagert ist. Im vorliegenden Beispiel ist das Rotorlager 38 als ein doppelreihiges Wälzkörperlager, insbesondere doppelreihiges Kugellager, ausgeführt, welches dazu eingerichtet ist, ein Axialspiel des Rotors 6 in Bezug zum Gehäuse 5 und damit die Luftspalte 9 definiert zu halten. Die Lager 36, 37, 38 müssen nur in besonders geringem Maße Axialkräfte aufnehmen, da aufgrund der doppelschrägverzahnten Getrieberäder 15 des Planetengetriebes 3 im Betrieb auftretende Axialkräfte im Planetengetriebe 3 sich gegenseitig neutralisieren. Mittels einer Schraube 39 wird der mittels der Keilwelle-Keilnabe-Verbindung 30 auf dem Sonnenradträgerzapfen 11 sitzende Sonnenradteil 20 in axialer Richtung fixiert, vorliegend mittels eines der ersten Steglager 36. Die Hohlradteile 22 sind mittels einer weiteren Keilwelle-Keilnabe-Verbindung 40 drehfest am Hohlradfixierungskörper 31 gelagert und werden in axialer Richtung mittels eines Hohlradsicherungselements 41 in axialer Richtung zueinander fixiert.
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Wie 1 des Weiteren zu entnehmen ist, weist die Rotorträgerwelle 8 an einem ihrer Enden eine Keil- oder Kerbnabe 42 auf, die dazu eingerichtet ist, eine korrespondierende Keil- bzw. Kerbwelle aufzunehmen und drehfest zu sichern, wobei es sich bei dieser Keilwelle zum Beispiel um eine Antriebswelle für das entsprechende Rad des Kraftfahrzeugs handelt. Mittels einer Radialwellendichtung 43 ist die Antriebseinheit 1 bzw. deren Gehäuse 5 abgedichtet, sofern die mit der Radialwellendichtung 43 im Durchmesser korrespondierende Antriebswelle bestimmungsgemäß in die Keilnabe 42 der Rotorträgerwelle 8 eingesetzt ist.
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Durch die Antriebseinheit 1, durch die Antriebsachse und durch das Kraftfahrzeug ist eine jeweilige Möglichkeit aufgezeigt, wie ein besonders starkes Drehmoment mittels besonders bauraumeffizient ausgebildeter Komponenten übersetzt werden kann. Kernidee ist dabei der Einsatz des Planetengetriebes 3, dessen Getrieberäder 15 paarweise doppelschrägverzahnt sind. Hierdurch ist die Antriebseinheit 1 im Betrieb axialkraftfrei, wobei bei besonders geringem Durchmesser des Planetengetriebes 3 und der infolgedessen vorteilhaft besonders kompakten Antriebseinheit 1 eine Drehmomentdichte gesteigert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinheit
- 2
- elektrische Maschine
- 3
- Planetengetriebe
- 4
- Stator
- 5
- Gehäuse
- 6
- Rotor
- 7
- Rotorpaket
- 8
- Rotorträgerwelle
- 9
- Luftspalt
- 10
- Maschinenhauptachse
- 11
- Sonnenradträgerzapfen
- 12
- Keilwelle-Keilnabe-Verbindung zwischen Rotorträgerwelle und Sonnenradträgerzapfen
- 13
- Planetenradträger
- 14
- Planetenradbolzen
- 15
- Getrieberad
- 16
- Sonnenrad
- 17
- Planetenrad
- 18
- Hohlrad
- 19
- Getrieberadteil
- 20
- Sonnenradteil
- 21
- Planetenradteil
- 22
- Hohlradteil
- 23
- axiale Schmiermittelöffnung
- 24
- radiale Schmiermittelöffnung
- 25
- Längsmittenachse der radialen Schmiermittelöffnung
- 26
- Anstoßebene
- 27
- Nadellager
- 28
- Axiallagerhülse
- 29
- radiale Schmiermitteldurchlassöffnung
- 30
- Keilwelle-Keilnabe-Verbindung zwischen Sonnenradteil und Sonnenradträgerzapfen
- 31
- Hohlradfixierungskörper
- 32
- Stützelement
- 33
- Keilwelle-Keilnabe-Verbindung zwischen Hohlradfixierungskörper und Stützelement
- 34
- Keilwellenzapfen
- 35
- Keilnabe
- 36
- erstes Steglager
- 37
- zweites Steglager
- 38
- Rotorlager
- 39
- Schraube
- 40
- Keilwelle-Keilnabe-Verbindung zwischen Sonnenradteil und Hohlradfixierungskörper
- 41
- Hohlradsicherungselement
- 42
- Keilnabe der Rotorträgerwelle
- 43
- Radialwellendichtung
- 44
- Schmiermittelzuführkanal
- 45
- Auslassmündung
- 46
- Einlassmündung
- 47
- pumpenseitige Mündung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102022205029 A1 [0003]
- DE 112018006651 T5 [0003]
- DE 102020216300 A1 [0003]