DE102011011012A1

DE102011011012A1 - Radnabenantrieb

Info

Publication number: DE102011011012A1
Application number: DE102011011012A
Authority: DE
Inventors: Philipp Ebner
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2011-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Radnabenantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Motor, insbesondere Elektromotor, der mit einem Eingangselement eines Getriebes antriebswirksam verbunden ist. Das Getriebe weist ein Ausgangselement auf, das mit einem Wellenabschnitt verbunden ist, durch den ein Rad des Kraftfahrzeugs antreibbar ist. Das Getriebe ist ein Planetengetriebe, das zumindest ein drehfest angeordnetes Hohlrad, zumindest ein Sonnenrad, zumindest einen Planetenträger und zumindest ein Planetenrad umfasst. Das Planetenrad weist eine ersten Verzahnungsabschnitt und einen zweiten Verzahnungsabschnitt auf, um ein Stufenplanetengetriebe zu bilden, das insbesondere ein Übersetzungsverhältnis von 8 bis 16 aufweist. Der erste Verzahnungsabschnitt hat einen größeren Radius als der zweite Verzahnungsabschnitt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radnabenantrieb für ein Kraftfahrzeug.
Bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen befindet sich eine Antriebseinheit in der Regel vorne oder hinten in der Fahrzeugmitte. Das von der Antriebseinheit erzeugte Drehmoment wird über Gelenkwellen auf angetriebene Räder des Kraftfahrzeugs übertragen. Ein solcher Antriebsstrang beansprucht erheblichen Bauraum, der für andere Komponenten des Kraftfahrzeugs nicht nutzbar ist.
Radnabenantriebe stellen eine kompakte Antriebsalternative dar. Jedem angetriebenen Rad ist ein eigener Antrieb zugeordnet, der sich im Bereich der Radnabe befindet. Aufwändige Komponenten zur Übertragung des Antriebsdrehmoments einer Antriebseinheit auf die angetriebenen Räder entfallen daher. Der nicht mehr benötigte Bauraum kann durch andere Fahrzeugkomponenten genutzt werden. Bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen kann beispielsweise eine Batterie in dem frei gewordenen Bereich angeordnet werden.
Da die wesentlichen Komponenten des Antriebs im Bereich der jeweiligen Radnabe der angetriebenen Räder konzentriert sind, müssen die Radnabenantriebe möglichst kompakt aufgebaut sein. Außerdem werden an Radnabenantriebe genauso hohe Ansprüche in Bezug auf die Zuverlässigkeit gestellt, wie an herkömmliche Antriebskonzepte.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Radnabenantrieb zu schaffen, der eine kompakte Bauweise aufweist und zuverlässig im Betrieb ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Radnabenantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Radnabenantrieb weist einen Motor, insbesondere Elektromotor auf, der mit einem Eingangselement eines Getriebes antriebswirksam verbunden ist. Das Getriebe weist ferner ein Ausgangselement auf, das mit einem Wellenabschnitt verbunden ist, durch den ein Rad des Kraftfahrzeugs antreibbar ist. Das Getriebe ist ein Planetengetriebe, das zumindest ein drehfest angeordnetes Hohlrad, zumindest ein Sonnenrad, zumindest einen Planetenträger und zumindest ein Planetenrad umfasst, wobei das Planetenrad einen ersten Verzahnungsabschnitt und einen zweiten Verzahnungsabschnitt aufweist. Dadurch wird ein Stufenplanetengetriebe gebildet, das insbesondere ein Übersetzungsverhältnis von 8 bis 16 aufweist. Der erste Verzahnungsabschnitt hat einen größeren Radius als der zweite Verzahnungsabschnitt.
Mit anderen Worten ist in den Radnabenantrieb neben dem Motor auch ein Getriebe integriert, um das von dem Motor erzeugte Drehmoment in geeigneter Weise an ein Rad des Fahrzeugs abgeben zu können. Das Getriebe ist ein Planetengetriebe, das sich durch Kompaktheit und Zuverlässigkeit auszeichnet. Es weist die bekannten Grundkomponenten eines Planetengetriebes auf, wobei auch komplexere und/oder hintereinander geschaltete Planetengetriebeeinheiten vorstellbar sind. Bevorzugt umfasst das Planetengetriebe drei Planetenräder. Die Anzahl der vorgesehenen Planetenräder hängt von den jeweils vorliegenden Anforderungen ab. Wesentlich ist jedoch, dass jedes Planetenrad zwei Verzahnungsabschnitte aufweist, die unterschiedliche Radien aufweisen. Dadurch wird ein Stufenplanetengetriebe gebildet, das insbesondere ein für den Kraftfahrzeugbereich und die zur Verfügung stehenden Motoren geeigneten Übersetzungsverhältnisbereich von bevorzugt zwischen 8 und 16 bereitstellt, ohne dass dabei die Kompaktheit des Antriebs insbesondere in axialer Richtung leidet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Eingangselement des Getriebes durch ein Sonnenrad gebildet, das mit einer Antriebswelle des Motors verbunden ist. Ferner ist der Planetenträger das Ausgangselement des Getriebes.
Das Planetenrad kann derart in dem Getriebe angeordnet sein, dass der erste Verzahnungsabschnitt dem Ausgangselement zugewandt ist und der zweite Verzahnungsabschnitt dem Eingangselement zugewandt ist. Diese Anordnung erleichtert u. a. die Montage des Getriebes.
Bevorzugt kämmen der erste Verzahnungsabschnitt mit dem Eingangselement und der zweite Verzahnungsabschnitt mit dem Hohlrad.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Innenradius des Hohlrads kleiner ist als die Summe aus einem radialen Abstand einer Rotationsachse des Planetenrads von einer Rotationsachse des Planetenträgers und dem Radius des ersten Verzahnungsabschnitts. Mit anderen Worten ragt das an dem Planetenträger montierte Planetenrad mit seinem ersten Verzahnungsabschnitt in radialer Richtung über den Innenradius des Hohlrads hinaus und kann folglich nicht in dieses eingeführt werden. Diese Ausgestaltung erleichtert jedoch eine Ausbildung eines geeigneten Übersetzungsverhältnisses.
Der erste Verzahnungsabschnitt und der zweite Verzahnungsabschnitt können an unterschiedlichen Bauteilen ausgebildet sein, die drehfest miteinander verbunden sind, insbesondere verschweißt oder verklebt sind. Diese Ausgestaltung gestattet eine kostengünstige Herstellung, die zuverlässige Planetenräder liefert. Eine die Montage vereinfachende Bauteilreduzierung wird erreicht, wenn das Ausgangselement einstückig mit dem Wellenabschnitt ausgebildet ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radnabenantriebs,
2 und 3 perspektivische Ansichten des Planetengetriebes der in
1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radnabenantriebs.
1 zeigt einen Radnabenantrieb 10 mit einem Elektromotor 12, einem Planetengetriebe 14 und einem Radlager 16. Der Elektromotor 12 umfasst einen Stator 18, der bei Betrieb des Elektromotors 12 einen Rotor 20 zu einer Drehbewegung antreibt. Der Rotor 20 ist drehfest mit einer Antriebswelle 22 verbunden. Die Antriebswelle 22 weist an ihrem dem Elektromotor 12 abgewandten Ende ein Sonnenrad 24 auf, das ein Eingangselement des Planetengetriebes 14 bildet.
Das Sonnenrad 24 kämmt mit einem ersten Verzahnungsabschnitt 26a eines Planetenrades 26, das drehbar an einem Planetenträger 28 angeordnet ist. Der Verzahnungsabschnitt 26a des Planetenrads 26 ist drehfest mit einem zweiten Verzahnungsabschnitt 26b verbunden, der einen kleineren Radius aufweist als der Verzahnungsabschnitt 26a. Der Verzahnungsabschnitt 26b wird somit bei Betrieb des Elektromotors 12 ebenfalls zu einer Drehbewegung angetrieben. Da der Verzahnungsabschnitt 26b mit einem in einem Gehäuse 30 des Radnabenantriebs 10 drehfest angeordneten Hohlrad 32 kämmt, führt dies zu einem Abrollen des Planetenrads 26 an dem Hohlrad 32, was letztlich eine Drehbewegung des Planetenträgers 28 bewirkt.
Der Planetenträger 28 umfasst eine Basis 28', die einstückig mit einem Wellenabschnitt 34 verbunden ist. Ferner umfasst er eine Platte 28'', die mit der Basis 28' über mehrere Stege 28'' (in 1 nur einer sichtbar) drehfest verbunden ist. Das Planetenrad 26 wird von einer Planetenradachse 46 getragen, die sich zwischen der Basis 28' und der Platte 28'' erstreckt.
Auf den Wellenabschnitt 34 ist ein Flansch 36 drehfest aufgesteckt. Der Flansch 36 wird von dem Radlager 16 gelagert und wirkt als dessen Lagerinnenring. An dem Flansch 36 ist eine Felge eines Rades des Fahrzeugs befestigbar. Die Antriebswelle 22, der Planetenträger 28 und der Wellenabschnitt 34 sind koaxial angeordnet.
Das beschriebene Planetengetriebe 14 lässt sich auf einfache Weise montieren, indem zunächst bei offenem Gehäuse 30 – d. h. ein Gehäusedeckel 38, der gleichzeitig mit einem Deckelabschnitt 40 einen Lageraußenring des Lagers 16 bildet, ist noch nicht montiert – das Hohlrad 32 eingebracht und dort mit einem Sicherungsring 42 in axialer Richtung gesichert wird.
Eine drehfeste Sicherung des Hohlrads 32 wird durch eine Außenverzahnung 44 an einem Abschnitt des Außenumfangs des Hohlrads 32 und eine komplementäre Verzahnung am Gehäuse 30 sichergestellt. Der Elektromotor 12 samt der Antriebswelle 22 und dem daran einstückig ausgebildeten Sonnenrad 24 kann zu diesem Zeitpunkt schon in dem Gehäuse 30 montiert sein. Dies kann jedoch auch später geschehen.
Anschließend wird beispielsweise der Planetenträger 28 mit dem „gestuft” ausgeführten Planetenrad 26 eingesetzt. Danach werden der Deckel 38 und das Radlager 16 montiert.
Das Planetenrad 26 kann grundsätzlich einstückig ausgebildet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Verzahnungsabschnitte 26a, 26b jedoch an unterschiedlichen Bauteilen ausgebildet, die miteinander verklebt oder verschweißt sind. Dabei weist das den Verzahnungsabschnitt 26b aufweisende Bauteil einen Wellenstummel auf, an dem das den Verzahnungsabschnitt 26a aufweisende Bauteil montiert ist.
Der Planetenträger 28 kann – im Gegensatz zu der gezeigten Ausführungsform – auch eine Basis 28' aufweisen, die nicht einstückig mit dem Wellenabschnitt 34 verbunden ist.
Dem Querschnitt der 1 ist zu entnehmen, dass eine das Planetengetriebe 14 aufnehmende Kammer des Gehäuses 30 die gestufte Geometrie des Planetengetriebes 14 bzw. des gestuften Planetenrads 26 nachzeichnet und daher zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Innenabmessungen aufweist.
2 zeigt das Planetengetriebe 14 in einer Perspektivansicht von schräg vorne, wobei ein Verzahnungsbereich 48 an dem Wellenabschnitt 34 zu erkennen ist, der zur drehfesten Montage des Flanschs 36 dient. Weiterhin ist zu sehen, dass das Planetengetriebe 14 drei Planetenräder 26 aufweist, die jeweils von einer mit der Basis 28' des Planetenträgers 28 verbundenen Planetenradachse 46 getragen sind.
3 zeigt das Planetengetriebe 14 von schräg hinten und gestattet Einblicke in dessen „Inneres”. Zu erkennen ist die gestufte Ausbildung eines der Planetenräder 26 mit den zwei Verzahnungsabschnitten 26a, 26b unterschiedlichen Durchmessers. Außerdem sind die Platte 28'' des Planetenträgers 28 und die bereits in Zusammenhang mit der 1 erwähnte Außenverzahnung 44 des Hohlrads 32 zu erkennen.
Bezugszeichenliste

10: Radnabenantrieb
12: Elektromotor
14: Planetengetriebe
16: Radlager
18: Stator
20: Rotor
22: Antriebswelle
24: Sonnenrad
26: Planetenrad
26a, 26b: Verzahnungsabschnitt
28: Planetenträger
28': Basis
28'': Platte
28'': Steg
30: Gehäuse
32: Hohlrad
34: Wellenabschnitt
36: Flansch
38: Gehäusedeckel
40: Deckelabschnitt
42: Sicherungsring
44: Außenverzahnung
46: Planetenradachse
48: Verzahnungsbereich

Claims

Radnabenantrieb für ein Kraftfahrzeug, mit einem Motor (12), insbesondere Elektromotor, der mit einem Eingangselement (24) eines Getriebes (14, 14') antriebswirksam verbunden ist, wobei das Getriebe (14, 14') ein Ausgangselement (28) aufweist, das mit einem Wellenabschnitt (34) verbunden ist, durch den ein Rad des Kraftfahrzeugs antreibbar ist, wobei das Getriebe ein Planetengetriebe (14, 14') ist, das zumindest ein drehfest angeordnetes Hohlrad (32), zumindest ein Sonnenrad (24), zumindest einen Planetenträger (28) und zumindest ein Planetenrad (26) umfasst, wobei das Planetenrad (26) einen ersten Verzahnungsabschnitt (26a) und einen zweiten Verzahnungsabschnitt (26b) aufweist, um ein Stufenplanetengetriebe zu bilden, das insbesondere ein Übersetzungsverhältnis von 8 bis 16 aufweist, wobei der erste Verzahnungsabschnitt (26a) einen größeren Radius hat als der zweite Verzahnungsabschnitt (26b).
Radnabenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangselement des Getriebes (14, 14') durch das Sonnenrad (24) gebildet ist, das mit einer Antriebswelle (22) des Motors (12) verbunden ist, und dass der Planetenträger (28) das Ausgangselement des Getriebes (14, 14') ist.
Radnabenantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (26) derart in dem Getriebe (14, 14') angeordnet ist, dass der erste Verzahnungsabschnitt (26a) dem Ausgangselement (28) zugewandt ist und der zweite Verzahnungsabschnitt (26b) dem Eingangselement (24) zugewandt ist.
Radnabenantrieb nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verzahnungsabschnitt (26a) mit dem Eingangselement (24) kämmt und dass der zweite Verzahnungsabschnitt (26b) mit dem Hohlrad (32) kämmt.
Radnabenantrieb nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenradius des Hohlrads (32) kleiner ist als die Summe aus einem radialen Abstand einer Rotationsachse des Planetenrads (26) von einer Rotationsachse des Planetenträgers (28) und dem Radius des ersten Verzahnungsabschnitts (26a).
Radnabenantrieb nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verzahnungsabschnitt (26a) und der zweite Verzahnungsabschnitt (26b) an unterschiedlichen Bauteilen ausgebildet sind, die drehfest miteinander verbunden, insbesondere verschweißt oder verklebt sind.
Radnabenantrieb nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangselement (28) einstückig mit dem Wellenabschnitt (34) ausgebildet ist.