DE102024109859B3

DE102024109859B3 - Independent wheel drive system for a motor vehicle and motor vehicle with such an independent wheel drive system

Info

Publication number: DE102024109859B3
Application number: DE102024109859.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Hasl; Daniel Knoblauch
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2024-04-09
Filing date: 2024-04-09
Publication date: 2025-05-15
Anticipated expiration: 2044-04-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einzelradantriebssystem (10) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Einzelradantriebssystem (10). Das Einzelradantriebssystem (10) umfasst:
- einen elektrischen Antrieb (20) mit einer Antriebswelle (21),
- einer mit einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs gekoppelten Abtriebswelle (31),
- einem Planetengetriebe (40) zur Kopplung der Antriebswelle (21) mit der Abtriebswelle (31).
Das Planetengetriebe (40) weist ein Hohlrad (41), ein Sonnenrad (42), einen Planetenträger (43) und mehrere Planetenräder (44) auf, wobei das Hohlrad (41) eine Innenumfangsfläche und eine Außenumfangsfläche aufweist, wobei das Hohlrad (41) an seiner Außenumfangsfläche eine Außenverzahnung (41a) und an seiner Innenumfangsfläche eine Innenverzahnung (41b) aufweist, wobei die Planetenräder (44) auf dem Planetenträger (43) drehbar angeordnet sind, wobei die Planetenräder (44) mit dem Sonnenrad (42) und der Innenverzahnung (41b) des Hohlrads (41) kämmen, wobei das Sonnenrad (42) feststehend ausgebildet ist, wobei die Abtriebswelle (31) mit dem Planetenträger (43) gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle (21) mit der Außenverzahnung (41a) des Hohlrads (41) kämmt.

The present invention relates to an independent wheel drive system (10) for a motor vehicle, in particular for a passenger car. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle having such an independent wheel drive system (10). The independent wheel drive system (10) comprises:
- an electric drive (20) with a drive shaft (21),
- an output shaft (31) coupled to a drive wheel of the motor vehicle,
- a planetary gear (40) for coupling the drive shaft (21) to the output shaft (31).
The planetary gear train (40) comprises a ring gear (41), a sun gear (42), a planet carrier (43), and a plurality of planet gears (44), the ring gear (41) having an inner circumferential surface and an outer circumferential surface, the ring gear (41) having external teeth (41a) on its outer circumferential surface and internal teeth (41b) on its inner circumferential surface, the planet gears (44) being rotatably arranged on the planet carrier (43), the planet gears (44) meshing with the sun gear (42) and the internal teeth (41b) of the ring gear (41), the sun gear (42) being stationary, the output shaft (31) being coupled to the planet carrier (43), and the input shaft (21) meshing with the external teeth (41a) of the ring gear (41).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einzelradantriebssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Einzelradantriebssystem.The present invention relates to an independent wheel drive system for a motor vehicle, in particular for a passenger car. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with such an independent wheel drive system.

Das Einzelradantriebssystem dient zum Antreiben eines Antriebsrads und umfasst einen Abtrieb, der an das Abtriebsrad ankoppelbar ist.The independent wheel drive system is used to drive a drive wheel and includes an output that can be coupled to the output wheel.

Einzelradantriebssysteme kommen beispielsweise als Antriebe in elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere bei batterieelektrischen Fahrzeugen (Battery Electric Vehicle - BEV) oder in Hybridfahrzeugen, somit Fahrzeugen, die sowohl eine elektrische Antriebseinheit als auch eine verbrennungsmotorische Antriebseinheit aufweisen, zum Einsatz. Solche Einzelradantriebssysteme sind oftmals als Radnabenantriebe ausgebildet, bei denen eine elektrische Maschine, insofern ein elektrischer Antrieb, mit einem festen Übersetzungsverhältnis mit einer Abtriebswelle für das Antriebsrad gekoppelt ist. Derartige Einzelradantriebssysteme sind beispielsweise aus der DE 10 2019 114 123 A1 bekannt. Die DE 10 2011 088 900 A1 , die DE 10 2011 088 898 A1 , die DE 10 2011 088 896 A1 , die DE 10 2019 206 954 A1 und die DE 10 2015 218 544 A1 offenbaren weiteren Stand der Technik.Independent wheel drive systems are used, for example, as drives in electrically or partially electrically powered motor vehicles, particularly in battery electric vehicles (BEVs) or in hybrid vehicles, i.e. vehicles that have both an electric drive unit and a combustion engine drive unit. Such independent wheel drive systems are often designed as wheel hub drives, in which an electric machine, insofar as an electric drive, is coupled with a fixed transmission ratio to an output shaft for the drive wheel. Such independent wheel drive systems are known, for example, from DE 10 2019 114 123 A1 known. The DE 10 2011 088 900 A1 , the DE 10 2011 088 898 A1 , the DE 10 2011 088 896 A1 , the DE 10 2019 206 954 A1 and the DE 10 2015 218 544 A1 reveal further state of the art.

Die DE 10 2004 003 632 A1 offenbart einen Portaltrieb für eine Portalachse eines Fahrzeugs zum Antreiben eines Abtriebrads. Der Portaltrieb umfasst einen Planetensatz mit einem außen- und innenverzahnten Hohlrad, einem Sonnenrad und feststehenden, um die Planetenachse drehbaren Planeten. Dabei ist ein Antrieb mit dem Sonnenrad gekoppelt und das Abtriebsrad kämmt mit der Außenverzahnung des Hohlrads. Die DE 102 61 669 A1 offenbart ein Planetenringgetriebe.The DE 10 2004 003 632 A1 discloses a portal drive for a portal axle of a vehicle for driving an output gear. The portal drive comprises a planetary gear set with an externally and internally toothed ring gear, a sun gear, and fixed planets rotatable about the planetary axis. A drive is coupled to the sun gear, and the output gear meshes with the external toothing of the ring gear. DE 102 61 669 A1 reveals a planetary ring gear.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Einzelradantriebssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein elektrisches oder teilelektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, zu schaffen, das sich durch einen geringen Bauraumbedarf als auch durch einen relativ geringen konstruktiven Aufwand auszeichnet. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein hinsichtlich des Einzelradantriebssystems neuartiges Kraftfahrzeug anzugeben.The object of the present invention is to provide a novel independent wheel drive system for a motor vehicle, in particular for an electric or partially electric motor vehicle, which is characterized by a small installation space requirement and relatively low design complexity. Furthermore, the object of the invention is to provide a motor vehicle that is novel in terms of the independent wheel drive system.

Gelöst werden diese Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.These problems are solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous further developments are the subject matter of dependent claims.

Das erfindungsgemäße Einzelradantriebssystem findet Verwendung in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise in einem Personenkraftwagen. Das erfindungsgemäße Einzelradantriebssystem umfasst einen elektrischen Antrieb mit einer Antriebswelle, einer mit einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs gekoppelten Abtriebswelle, sowie einem Planetengetriebe zur Kopplung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle. Das Planetengetriebe weist ein Hohlrad, ein Sonnenrad , einen Planetenträger und mehrere Planetenräder auf, wobei das Hohlrad eine Innenumfangsfläche und eine Außenumfangsfläche aufweist, wobei das Hohlrad an seiner Außenumfangsfläche eine Außenverzahnung und an seiner Innenumfangsfläche eine Innenverzahnung aufweist, wobei die Planetenräder auf dem Planetenträger drehbar angeordnet sind, wobei die Planetenräder mit dem Sonnenrad und der Innenverzahnung des Hohlrads kämmen, wobei das Sonnenrad feststehend ausgebildet ist, wobei die Abtriebswelle mit dem Planetenträger gekoppelt ist, wobei eine Verzahnung der Antriebswelle mit der Außenverzahnung des Hohlrads kämmt.The independent wheel drive system according to the invention is used in a motor vehicle, preferably in a passenger car. The independent wheel drive system according to the invention comprises an electric drive with an input shaft, an output shaft coupled to a drive wheel of the motor vehicle, and a planetary gear for coupling the input shaft to the output shaft. The planetary gear has a ring gear, a sun gear, a planet carrier, and a plurality of planet gears, wherein the ring gear has an inner peripheral surface and an outer peripheral surface, wherein the ring gear has external teeth on its outer peripheral surface and internal teeth on its inner peripheral surface, wherein the planet gears are rotatably arranged on the planet carrier, wherein the planet gears mesh with the sun gear and the internal teeth of the ring gear, wherein the sun gear is stationary, wherein the output shaft is coupled to the planet carrier, wherein a toothing of the input shaft meshes with the external toothing of the ring gear.

Aufgrund der Ausbildung des Hohlrads mit einer mit der Antriebswelle des elektrischen Antriebs kämmenden Außenverzahnung und einer mit den Planetenrädern kämmenden Innenverzahnung ist eine besonders kompakte Bauweise sowohl in der axialen Richtung als auch in der radialen Richtung ermöglicht. Insbesondere kann in der axialen Richtung eine gegenüber einem mehrstufigen koaxialen Getriebe kompaktere Bauweise bei ähnlichem Übersetzungsverhältnis verwirklicht werden. Gegenüber mehrstufigen achsparallelen Getrieben mit vergleichbarem Übersetzungsverhältnis ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept eine in der radialen Richtung kompaktere Bauweise. Hinzukommt, dass das Einzelradantriebssystem, insbesondere das Planetengetriebe, einen vergleichsweise einfachen Aufbau aufweist, wodurch die Anzahl an Bauteilen gering gehalten werden kann und das Einzelradantriebssystem potenziell einfach montierbar ist. Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Gestaltung des Einzelradantriebssystems einen großen Übersetzungssprung in der Eingangsstufe, somit von der Antriebswelle des elektrischen Antriebs auf das Hohlrad, wodurch ein geringeres Drehzahlniveau des Planetengetriebes erreicht werden kann. Eine derartige Gestaltung hat sich als günstig hinsichtlich etwaiger Reibungsverluste und Herstellanforderungen an das Planetengetriebe erwiesen. Durch den relativ großen Übersetzungssprung in der Eingangsstufe kann zudem eine praxisübliche Gesamtübersetzung in einfacher Art und Weise verwirklicht werden. Eine praxisübliche Gesamtübersetzung bei elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen zwischen einer mit dem Antriebsrad gekoppelten Abtriebswelle und einer Antriebswelle des elektrischen Antriebs liegt in der Regel im Bereich von 7 bis 10.Due to the design of the ring gear with external teeth meshing with the drive shaft of the electric drive and internal teeth meshing with the planetary gears, a particularly compact design is possible both in the axial direction and in the radial direction. In particular, a more compact design can be achieved in the axial direction compared to a multi-stage coaxial transmission with a similar transmission ratio. Compared to multi-stage axially parallel transmissions with a comparable transmission ratio, the inventive concept enables a more compact design in the radial direction. In addition, the independent wheel drive system, in particular the planetary gear, has a comparatively simple structure, which allows the number of components to be kept low and the independent wheel drive system is potentially easy to assemble. Furthermore, the inventive design of the independent wheel drive system enables a large gear ratio jump in the input stage, thus from the drive shaft of the electric drive to the ring gear, which allows a lower speed level of the planetary gear to be achieved. Such a design has proven to be advantageous with regard to potential friction losses and manufacturing requirements for the planetary gear. Due to the relatively large gear ratio jump in the input stage, a practical overall gear ratio can also be achieved in a simple manner. A practical overall gear ratio in electric motor-driven vehicles between an output shaft coupled to the drive wheel and a drive shaft of the electric The mechanical drive is usually in the range of 7 to 10.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antriebswelle eine Stirnradverzahnung aufweist, wobei die Stirnradverzahnung mit einer ebenfalls als Stirnradverzahnung ausgebildeten Außenverzahnung des Hohlrads kämmt. Durch diese Gestaltung kann bei einfacher Gestaltung eine kompakte Bauweise des Einzelradantriebssystems erzielt werden.In a preferred embodiment, the drive shaft has spur gear teeth, which mesh with the external teeth of the ring gear, which are also spur gear teeth. This design allows for a compact construction of the single-wheel drive system while maintaining a simple design.

Es ist vorgesehen, dass beim Betrieb des Einzelradantriebssystems durch eine Verzahnungsauslegung der Außenverzahnung eine erste Axialkraftkomponente an dem Hohlrad entsteht und durch die Verzahnungsauslegung der Innenverzahnung eine zweite Axialkraftkomponente an dem Hohlrad entsteht, wobei die Außenverzahnung und Innenverzahnung derart ausgelegt sind, dass die erste Axialkraftkomponente und die zweite Axialkraftkomponente in entgegengesetzte Richtungen wirken. Durch diese Gestaltung kann die Auslegung der Lagerung des Hohlrads einfacher und weniger massiv gestaltet werden, da von den Lagern geringere Axialkräfte aufgenommen werden müssen. Dadurch ist es möglich, eine druckkammähnliche Lagerung des Hohlrads vorzusehen.It is intended that during operation of the independent wheel drive system, a first axial force component is created on the ring gear by a gear design of the external gearing, and a second axial force component is created on the ring gear by the gear design of the internal gearing, wherein the external gearing and internal gearing are designed such that the first axial force component and the second axial force component act in opposite directions. This design allows the design of the ring gear bearing to be simpler and less massive, since the bearings have to absorb lower axial forces. This makes it possible to provide a pressure comb-like bearing for the ring gear.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Außenverzahnung und die Innenverzahnung derart ausgelegt sind, dass das Hohlrad nominell axialkraftfrei ist.In a particularly preferred embodiment, it is provided that the external toothing and the internal toothing are designed such that the ring gear is nominally free of axial forces.

Insbesondere im Zusammenhang mit der teilweisen oder vollständigen Aufhebung der an dem Hohlrad wirkenden Axialkraftkomponenten ist vorgesehen, dass die Außenverzahnung und die Innenverzahnung als Schrägverzahnung ausgebildet sind. Eine Schrägverzahnung bietet Vorteile hinsichtlich der Laufruhe des Getriebes und der Geräuschentwicklung des Getriebes. Zudem hat eine Schrägverzahnung Vorteile hinsichtlich einer einfachen Herstellung. Die bei einer Schrägverzahnung auftretende axiale Kraftkomponente, insofern die Axialkraftkomponente, kann durch eine geeignete Auslegung der Außenverzahnung und der Innenverzahnung gegeneinander kompensiert werden, in ähnlicher Weise, wie das bei einer Pfeilverzahnung der Fall ist, jedoch bei einfacherer Herstellung. Daher wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Schrägverzahnung der Außenverzahnung und die Schrägverzahnung der Innenverzahnung derart ausgelegt sind, dass das Hohlrad nominell axialkraftfrei ist oder die Axialkraftkomponenten, die beim Betrieb durch die jeweilige Schrägverzahnung an dem Hohlrad entstehen bzw. bewirkt werden, zumindest teilweise gegeneinander kompensiert werden.Particularly in connection with the partial or complete cancellation of the axial force components acting on the ring gear, it is provided that the external gearing and the internal gearing are designed as helical gearing. Helical gearing offers advantages in terms of smooth running of the gear and noise development of the gear. In addition, helical gearing has advantages in terms of ease of manufacture. The axial force component occurring with helical gearing, insofar as the axial force component, can be compensated for by a suitable design of the external gearing and the internal gearing, in a similar way to that in the case of herringbone gearing, but with simpler manufacture. It is therefore considered particularly advantageous if the helical gearing of the external gearing and the helical gearing of the internal gearing are designed in such a way that the ring gear is nominally free of axial forces or the axial force components that arise or are caused by the respective helical gearing on the ring gear during operation are at least partially compensated for.

Vor diesem Hintergrund ist vorgesehen, dass eine Schrägungsrichtung der Außenverzahnung gleich ist zu einer Schrägungsrichtung der Innenverzahnung.Against this background, it is intended that a helix direction of the external toothing is the same as a helix direction of the internal toothing.

Die Schrägungsrichtung der Außenverzahnung kann beispielsweise rechtssteigend und die Schrägungsrichtung der Innenverzahnung rechtssteigend sein oder umgekehrt kann die Schrägungsrichtung der Außenverzahnung linkssteigend und die Schrägungsrichtung der Innenverzahnung linkssteigend sein.For example, the helix direction of the external toothing can be right-handed and the helix direction of the internal toothing can be right-handed or, conversely, the helix direction of the external toothing can be left-handed and the helix direction of the internal toothing can be left-handed.

Vor dem Hintergrund eines Kompromisses zwischen der an dem Hohlrad angreifenden Axialkräfte und einer Laufruhe des Getriebes wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Schrägverzahnung der Außenverzahnung einen Schrägungswinkel von betragsmäßig 15° bis 30° aufweist.In view of the compromise between the axial forces acting on the ring gear and the smooth running of the gear, it is considered advantageous if the helical gearing of the external gearing has a helix angle of 15° to 30°.

Um das Sonnenrad feststehend, insofern drehfest zu halten, wir es als vorteilhaft angesehen, wenn das Einzelradantriebssystem ein Getriebegehäuse aufweist, wobei das Sonnenrad drehfest mit dem Getriebegehäuse verbunden ist.In order to keep the sun gear stationary and thus non-rotatable, it is considered advantageous if the independent wheel drive system has a gear housing, with the sun gear being non-rotatably connected to the gear housing.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein erstes Übersetzungsverhältnis von der Antriebswelle auf das Hohlrad betragsmäßig größer ist als ein zweites Übersetzungsverhältnis von dem Hohlrad auf den Planetenträger. Diese Gestaltung hat sich als vorteilhaft hinsichtlich einer geringen mechanischen Belastung der Bauteile des Planetengetriebes erwiesen. Ein großes erstes Übersetzungsverhältnis von der Antriebswelle auf das Hohlrad, insofern in der Eingangsstufe, wird vor dem Hintergrund einer notwendigen Auslegung der Komponenten des Planetengetriebes als vorteilhaft angesehen, da ein Drehzahlniveau des Planetengetriebes dann relativ gering gehalten werden kann. Dies ist vor dem Hintergrund von Verlusten und Herstellanforderungen an das Planetengetriebe als vorteilhaft anzusehen.In a particularly preferred embodiment, it is provided that a first gear ratio from the drive shaft to the ring gear is greater in magnitude than a second gear ratio from the ring gear to the planet carrier. This design has proven advantageous with regard to low mechanical stress on the components of the planetary gear. A large first gear ratio from the drive shaft to the ring gear, insofar as it is in the input stage, is considered advantageous in view of the necessary design of the components of the planetary gear, since the speed level of the planetary gear can then be kept relatively low. This is considered advantageous in view of losses and manufacturing requirements for the planetary gear.

Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn das erste Übersetzungsverhältnis betragsmäßig zwischen 4 bis 8 beträgt und das zweite Übersetzungsverhältnis zwischen 1 und 2 beträgt. Eine derartige Auslegung des ersten und des zweiten Übersetzungsverhältnisses hat zum einen den Vorteil, dass das erste Übersetzungsverhältnis deutlich größer ist als das zweite Übersetzungsverhältnis, was aus den vorgenannten Gründen vorteilhaft ist, und zum anderen den Vorteil, dass durch eine derartige Auslegung eine praxisübliche Gesamtübersetzung, wie sie bei Kraftfahrzeugen mit elektrischen Antrieben zum Einsatz kommen, erzielt werden können. Eine praxisübliche Gesamtübersetzung liegt in der Regel im Bereich von 7 bis 10.It is considered particularly advantageous if the first gear ratio is between 4 and 8 and the second gear ratio is between 1 and 2. This configuration of the first and second gear ratios has the advantage that the first gear ratio is significantly higher than the second gear ratio, which is advantageous for the reasons stated above, and the advantage that this configuration allows a practical overall gear ratio, such as those used in motor vehicles with electric drives, to be achieved. A practical overall gear ratio is generally in the range of 7 to 10.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Hohlrad einen Außendurchmesser von 150 mm bis 240 mm aufweist. Eine derartige Abmessung des Hohlrads hat sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich eines zu erreichenden Übersetzungsverhältnisses und der notwendigen Lagerung als vorteilhaft erwiesen.It is considered particularly advantageous if the ring gear has an outer diameter of 150 mm to 240 mm. Such a ring gear dimension has proven particularly advantageous with regard to the achievable gear ratio and the necessary bearings.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe zumindest drei Planetenräder aufweist. Eine Anzahl von mindestens drei Planetenrädern hat sich als vorteilhaft vor dem Hintergrund einer Kompensation der Axialkraftkomponenten erwiesen, insbesondere um Kippmomente an dem Hohlrad handhabbar zu halten. Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn das Planetengetriebe vier oder fünf Planetenräder aufweist. Durch Vorsehen von vier oder fünf Planetenrädern kann eine kleine Standübersetzung erreicht werden.In a preferred embodiment, the planetary gear set includes at least three planetary gears. A number of at least three planetary gears has proven advantageous for compensating the axial force components, particularly for keeping tilting moments on the ring gear manageable. It is considered particularly advantageous for the planetary gear set to include four or five planetary gears. By providing four or five planetary gears, a small stationary transmission ratio can be achieved.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst zumindest ein erfindungsgemäßes Einzelradantriebssystem. Die im Zusammenhang mit dem Einzelradantriebssystem beschriebenen Vorteile und vorteilhaften Ausführungsformen gelten entsprechend für das Kraftfahrzeug.The motor vehicle according to the invention comprises at least one independent wheel drive system according to the invention. The advantages and advantageous embodiments described in connection with the independent wheel drive system apply accordingly to the motor vehicle.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Kraftfahrzeug zwei in der Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegende Antriebsräder aufweist, wobei das jeweilige Antriebsrad mit jeweils einem erfindungsgemäßen Einzelradantriebssystem gekoppelt ist. Bei einer derartigen Gestaltung wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn bei dem Einzelradantriebssystem des einen Antriebsrads und bei dem Einzelradantriebssystem des anderen Antriebsrads im Wesentlichen Gleichteile verwendet werden. Die Verwendung von Gleichteilen ist durch das erfindungsgemäße Einzelradantriebssystem ermöglicht. Vorzugsweise ist das Einzelradantriebssystem des einen Antriebsrads gespiegelt zu dem Einzelradantriebssystem des anderen Antriebsrads ausgebildet.It is considered particularly advantageous if the motor vehicle has two drive wheels located opposite one another in the transverse direction of the vehicle, each drive wheel being coupled to an individual wheel drive system according to the invention. With such a design, it is considered particularly advantageous if essentially identical parts are used in the individual wheel drive system of one drive wheel and in the individual wheel drive system of the other drive wheel. The use of identical parts is made possible by the individual wheel drive system according to the invention. Preferably, the individual wheel drive system of one drive wheel is mirrored to the individual wheel drive system of the other drive wheel.

In den nachfolgenden Figuren wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, ohne auf dieses beschränkt zu sein. Es zeigen:

1 ein Einzelradantriebssystem in einer teilgeschnittenen Darstellung in einer perspektivischen Ansicht,
2 das Einzelradantriebssystem gemäß 1 in einer schematischen Darstellung,
3 eine Anordnung von zwei Einzelradantriebssystemen eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Darstellung.

The following figures illustrate the invention in more detail using an exemplary embodiment, without being limited to this embodiment. They show:

1 an independent wheel drive system in a partially sectioned view in a perspective view,
2 the independent wheel drive system according to 1 in a schematic representation,
3 an arrangement of two independent wheel drive systems of a motor vehicle in a schematic representation.

Die 1 bis 3 zeigen jeweils ein Einzelradantriebssystem 10 für ein Kraftfahrzeug. Das Einzelradantriebssystem 10 dient zum radselektiven Ansteuern des jeweiligen Antriebsrads des Kraftfahrzeugs, das mit dem entsprechenden Einzelradantriebssystem 10 gekoppelt ist. In der 1 sind 90-Grad-Segmente der Bauteile herausgeschnitten, insofern nicht dargestellt, um den konstruktiven Aufbau des Einzelradantriebssystems 10 besser sichtbar zu machen.The 1 to 3 each show an independent wheel drive system 10 for a motor vehicle. The independent wheel drive system 10 serves for the wheel-selective control of the respective drive wheel of the motor vehicle, which is coupled to the corresponding independent wheel drive system 10. In the 1 90-degree segments of the components are cut out, unless shown, in order to make the structural design of the independent wheel drive system 10 more visible.

Der elektrische Antrieb 20 umfasst eine Antriebswelle 21, wobei es sich bei der Antriebswelle 21 um eine Ausgangswelle, beispielsweise eine Rotorwelle, des elektrischen Antriebs 20 handeln kann. Das Einzelradantriebssystem 10 umfasst ferner eine Abtriebswelle 31, wobei diese Abtriebswelle 31 mit genau einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist zum radselektiven Antreiben dieses Antriebsrads. Die Kopplung und Übersetzung der Antriebswelle 21 auf die Abtriebwelle 31 erfolgt über ein Planetengetriebe 40. Das Planetengetriebe 40 weist ein Hohlrad 41, ein Sonnenrad 42, einen Planetenträger 43 und drei Planetenräder 44 auf. Das Hohlrad 41 weist eine Innenumfangsfläche und eine Außenumfangsfläche auf, wobei das Hohlrad 41 an seiner Außenumfangsfläche eine Außenverzahnung 41a und an seiner Innenumfangsfläche eine Innenverzahnung 41b aufweist. Die Planetenräder 44 sind wie üblich drehbar auf dem Planetenträger 43 gelagert, wobei die Planetenräder 44 mit dem Sonnenrad 42 und der Innenverzahnung 41b des Hohlrads 41 kämmen. Das Sonnenrad 42 ist feststehend ausgebildet und dreht sich dementsprechend im Betrieb des Einzelradantriebssystems 10 nicht. Dies kann durch eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad 42 und einem nicht näher dargestellten Getriebegehäuse erfolgen. Die Abtriebswelle 31 ist mit dem Planetenträger 43 gekoppelt, nämlich unmittelbar drehfest mit dieser verbunden.The electric drive 20 comprises a drive shaft 21, wherein the drive shaft 21 can be an output shaft, for example a rotor shaft, of the electric drive 20. The independent wheel drive system 10 further comprises an output shaft 31, wherein this output shaft 31 is coupled to exactly one drive wheel of the motor vehicle for wheel-selective driving of this drive wheel. The coupling and transmission of the drive shaft 21 to the output shaft 31 takes place via a planetary gear 40. The planetary gear 40 has a ring gear 41, a sun gear 42, a planet carrier 43, and three planet gears 44. The ring gear 41 has an inner peripheral surface and an outer peripheral surface, wherein the ring gear 41 has an external toothing 41a on its outer peripheral surface and an internal toothing 41b on its inner peripheral surface. The planetary gears 44 are rotatably mounted on the planetary carrier 43 as usual, with the planetary gears 44 meshing with the sun gear 42 and the internal toothing 41b of the ring gear 41. The sun gear 42 is stationary and therefore does not rotate during operation of the independent wheel drive system 10. This can be achieved by a rotationally fixed connection between the sun gear 42 and a gear housing (not shown in detail). The output shaft 31 is coupled to the planetary carrier 43, namely, directly connected to it in a rotationally fixed manner.

Die Kopplung der Antriebswelle 21 des elektrischen Antriebs 20 mit dem Planetengetriebe 40 erfolgt über die Außenverzahnung 41a des Hohlrads 41, wobei eine Außenverzahnung 21a der Antriebswelle 21 mit der Außenverzahnung 41a des Hohlrads 41 kämmt. Sowohl die Außenverzahnung 41a als auch die Innenverzahnung 41b des Hohlrads 41 sind jeweils als Schrägverzahnung ausgebildet. Beim Betrieb des Einzelradantriebssystems 10 kommt es durch die Schrägverzahnung der Außenverzahnung 41a zu einer ersten Axialkraftkomponente an dem Hohlrad 41, die in der 2 durch einen ersten Pfeil 50a kenntlich gemacht ist. Durch die Schrägverzahnung der mit den Planetenrädern 44 kämmenden Innenverzahnung 41b kommt es zu einer zweiten Axialkraftkomponente dem Hohlrad 41, die in der 2 durch einen zweiten Pfeil 50b kenntlich gemacht ist. Der jeweilige Pfeil 50a, 50b kennzeichnet sowohl die Richtung der entsprechenden Axialkraftkomponente als auch durch seine Länge den Betrag der Axialkraftkomponente. Um die an dem Hohlrad 41 in Summe angreifende Axialkraft möglichst gering zu halten, bestenfalls vollständig aufzuheben, ist eine Schrägungsrichtung der Außenverzahnung 41a gleich zu einer Schrägungsrichtung der Innenverzahnung 41b, wodurch die erste Axialkraftkomponente und die zweite Axialkraftkomponente in entgegengesetzte Richtungen wirken, wodurch diese sich zumindest teilweise kompensieren.The coupling of the drive shaft 21 of the electric drive 20 with the planetary gear 40 is effected via the external toothing 41a of the ring gear 41, wherein an external toothing 21a of the drive shaft 21 meshes with the external toothing 41a of the ring gear 41. Both the external toothing 41a and the internal toothing 41b of the ring gear 41 are each designed as helical gears. During operation of the single-wheel drive system 10, the helical toothing of the external toothing 41a results in a first axial force component on the ring gear 41, which in the 2 by a first arrow 50a. Due to the helical toothing of the internal toothing 41b meshing with the planet gears 44, a second axial force component is applied to the ring gear 41, which 2 by a second arrow 50b. The respective arrow 50a, 50b indicates both the direction of the corresponding Axial force component as well as the magnitude of the axial force component by its length. In order to keep the total axial force acting on the ring gear 41 as low as possible, ideally to completely cancel it out, a helix direction of the external toothing 41a is equal to a helix direction of the internal toothing 41b, whereby the first axial force component and the second axial force component act in opposite directions, thereby at least partially compensating each other.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Schrägverzahnung der Außenverzahnung 41a einen Schrägungswinkel von betragsmäßig etwa 27° auf. Ein Schrägungswinkel der Schrägverzahnung der Innenverzahnung 41b weist betragsmäßig einen Winkel von betragsmäßig etwa 24° auf.In the present embodiment, the helical gearing of the external gearing 41a has a helix angle of approximately 27°. The helix angle of the helical gearing of the internal gearing 41b has a helix angle of approximately 24°.

Ein Übersetzungsverhältnis von der Antriebswelle 21 auf das Hohlrad 42 beträgt betragsmäßig etwa 6 und ein zweites Übersetzungsverhältnis von dem Hohlrad 42 auf den Planetenträger 43 und somit auf die Abtriebswelle 31 beträgt vorliegend betragsmäßig etwa 1,3. Dadurch ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von der Antriebswelle 21 auf die Abtriebswelle 31 von etwa 1,3 x 6 und somit etwa 7,8.A gear ratio from the input shaft 21 to the ring gear 42 is approximately 6, and a second gear ratio from the ring gear 42 to the planet carrier 43 and thus to the output shaft 31 is approximately 1.3. This results in a total gear ratio from the input shaft 21 to the output shaft 31 of approximately 1.3 x 6, and thus approximately 7.8.

Die 3 zeigt ein erstes Einzelradantriebssystem 10 und ein zweites Einzelradantriebssystem 10' eines Kraftfahrzeugs, wobei das Einzelradantriebssystem 10' einem linken Antriebsrad des Kraftfahrzeugs und das Einzelradantriebssystem 10 einem dem linken Antriebsrad in einer Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegenden rechten Antriebsrad desselben Kraftfahrzeugs zugeordnet ist. Wie man der 3 unmittelbar entnehmen kann, sind das erste Einzelradantriebssystem 10 und das zweite Einzelradantriebssystem 10' im Wesentlichen identisch ausgebildet, wobei die Komponenten des zweiten Einzelradantriebssystem 10' spiegelsymmetrisch zu dem ersten Einzelradantriebssystem 10' angeordnet bzw. ausgebildet sind.The 3 shows a first independent wheel drive system 10 and a second independent wheel drive system 10' of a motor vehicle, wherein the independent wheel drive system 10' is assigned to a left drive wheel of the motor vehicle and the independent wheel drive system 10 is assigned to a right drive wheel of the same motor vehicle, opposite the left drive wheel in a vehicle transverse direction. How to 3 As can be seen directly, the first independent wheel drive system 10 and the second independent wheel drive system 10' are designed essentially identically, wherein the components of the second independent wheel drive system 10' are arranged or designed mirror-symmetrically to the first independent wheel drive system 10'.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: EinzelradantriebssystemIndependent wheel drive system
10'10': zweites Einzelradantriebssystemsecond independent wheel drive system
2020: elektrischer Antriebelectric drive
2121: Antriebswelledrive shaft
3131: AbtriebswelleOutput shaft
4040: Planetengetriebeplanetary gear
4141: Hohlradring gear
41a41a: Außenverzahnungexternal gearing
41b41b: Innenverzahnunginternal gearing
4242: Sonnenradsun gear
4343: Planetenträgerplanet carrier
4444: Planetenradplanetary gear
50a50a: erster Pfeilfirst arrow
50b50b: zweiter Pfeilsecond arrow

Claims

A single-wheel drive system (10) for a motor vehicle, comprising: - an electric drive (20) with a drive shaft (21), - an output shaft (31) coupled to a drive wheel of the motor vehicle, - a planetary gear (40) for coupling the drive shaft (21) to the output shaft (31), wherein the planetary gear (40) has a ring gear (41), a sun gear (42), a planet carrier (43), and a plurality of planet gears (44), wherein the ring gear (41) has an inner peripheral surface and an outer peripheral surface, wherein the ring gear (41) has an external toothing (41a) on its outer peripheral surface and an internal toothing (41b) on its inner peripheral surface, wherein the planet gears (44) are rotatably arranged on the planet carrier (43), wherein the planet gears (44) mesh with the sun gear (42) and the internal toothing (41b) of the ring gear (41), wherein the sun gear (42) is stationary, wherein the output shaft (31) is coupled to the planet carrier (43), wherein an external toothing (21a) of the drive shaft (21) meshes with the external toothing (41a) of the ring gear (41), wherein during operation of the independent wheel drive system (1), a first axial force component is generated on the ring gear (41) by a toothing design of the external toothing (41a) and a second axial force component is generated on the ring gear (41) by the toothing design of the internal toothing (41b), wherein the external toothing (41a) and internal toothing (41b) are designed such that the first axial force component and the second axial force component act in opposite directions, wherein the external toothing (41a) and the internal toothing (41b) are designed as helical toothing, wherein a helical direction of the external toothing (41a) is equal to a helix direction of the internal toothing (41b).

Independent wheel drive system (1) according to Claim 1 , wherein the external toothing (41a) and the internal toothing (41b) are designed such that the ring gear (41) is nominally free of axial forces.

Independent wheel drive system (1) according to Claim 1 or 2 , the ring gear having an outer diameter of 150 mm to 240 mm.

Independent wheel drive system (1) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the helical toothing of the external toothing (41a) has a helix angle of 15° to 30°.

Independent wheel drive system (1) according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the independent wheel drive system (1) has a transmission housing, wherein the sun gear (42) is connected to the transmission housing in a rotationally fixed manner.

Independent wheel drive system (1) according to one of the Claims 1 until 5 , wherein a first gear ratio from the drive shaft (21) to the ring gear (42) is greater in magnitude than a second gear ratio from the ring gear (42) to the planet carrier (43).

Independent wheel drive system (1) according to Claim 6 , where the first gear ratio is between 4 and 8 and the second gear ratio is between 1 and 2.

Motor vehicle with at least one single-wheel drive system (1) according to one of the Claims 1 until 7 .