DE19527951C2 - Antriebseinheit zum Antrieb wenigstens eines Rades, insbesondere Radnabenantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 41 12 624 C1 ist eine Antriebseinheit in Form einer starren Antriebsachse für Nutzfahrzeuge mit als Radnabenmotoren ausgebildeten Elektromotoren in exzentrischer Anordnung zur Radachse offenbart. Bei der dort beschriebenen Ausführung ist zwischen der Antriebswelle und dem Elektromotor ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen. Der Elektromotor ist des weiteren exzentrisch oberhalb der Antriebswelle angeordnet, und das Gehäuse des Untersetzungsgetriebes ist an einem Ende mit dem Achsstummel und am anderen Ende mit dem Elektromotor fest verbunden. Der achsversetzte Anbau des Elektromotors ist erforderlich, um die Zugängigkeit zu den Radbremsen und deren Funktionstätigkeit zu gewährleisten. Der Achsversatz ist jedoch aufgrund der Begrenzung durch die Felge meist zu gering, um allein mit einer Stirnradübersetzung das Drehmoment übertragen zu können und eine entsprechende Übersetzung vom Elektromotor auf die Radnabe bzw. Radachse zu gewährleisten.

Eine gattungsgemäße Antriebseinheit ist aus EP 0 249 808 A1 bekannt. Diese ist für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen Radantriebsmotor, welcher mit dem anzutreibenden Rad über ein Getriebe gekoppelt ist, konzipiert. Das Getriebe ist dabei im wesentlichen innerhalb der Felge des Rades angeordnet und als Ritzel-Hohlrad-Getriebe ausgeführt. Das Hohlrad ist dabei direkt mit der Radnabe gekoppelt, und der Antrieb erfolgt direkt über das Ritzel auf die Radnabe. Ein wesentlicher Nachteil einer derartigen Anordnung besteht in der Begrenzung der möglichen übertragbaren Leistung durch die Auslegung der Ritzel-Hohlradstufe, welche insbesondere an den in der Felge zur Verfügung stehenden Platz gebunden ist. Die Antriebsraddrehzahl ist dabei direkt abhängig von der Übersetzung zwischen dem Ritzel und dem Hohlrad. Diese Lösung weist des weiteren große Kraftübertragungswege auf und erfordert eine hohe Fertigungs- und Montagegenauigkeit.

Ausführungen bei Radantrieben sind des weiteren in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt, welche sich neben der verwendeten Antriebsquelle durch die Art und die Anordnung der mechanischen Leistungsübertragungselemente unterscheiden. Stellvertretend wird dazu auf die Druckschriften DE-OS-21 65 286 und DE-AS 11 32 450 verwiesen. Diese beschreiben hydrostatische Einzelradantriebe, wobei in der Ausführung gemäß DE-OS 21 65 286 ein mehrstufiges Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist. Die Antriebswelle des Hydromotors treibt dabei über ein Ritzel eine Stirnradstufe an. Die Druckschrift DE-AS 11 32 450 offenbart eine hydrostatische Radantriebsanordnung, wobei zwei Antriebsmotoren vorgesehen werden, deren erzeugte Leistungsanteile in einem Summiergetriebe überlagert werden. Bei dieser Ausführung kann aufgrund der Anordnung der Motoren die Zugängigkeit zu den Radbremsen und deren Funktionstätigkeit nicht sicher gewährleistet werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Des weiteren sollen sowohl Einzel- als auch Zwillingsreifen montiert werden können, ohne daß die Radnabe aus dem Einzelreifen herausragt. Die Lösung soll sich des weiteren durch einen geringen konstruktiven Aufwand auszeichnen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruches 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Der Antrieb des Rades erfolgt beispielsweise über die Radnabe durch eine Antriebsmaschine in Form eines Elektromotors, insbesondere einer Transversalflußmaschine, welche achsversetzt zur Radantriebswelle angeordnet ist und deren Abtriebswelle mittels eines Ritzels mit einem innenverzahnten Hohlrad kämmt. Das Ritzel ist zu diesem Zweck drehfest mit der Abtriebswelle der Antriebsmaschine koppelbar, während das Hohlrad wenigstens mittelbar drehfest mit Radantriebswelle verbindbar ist. Vorzugsweise sind sowohl Ritzel mit der Abtriebswelle und Hohlrad mit der Radantriebswelle drehfest verbunden. Aufgrund der Anordnung der Hohlradstufe besteht die Möglichkeit, das Ritzel genügend groß gegenüber den konventionellen Lösungen auszuführen. Die Hohlradstufe kann bereits eine Planetenstufe ersetzen, so daß vor dem eigentlichen Radlager nur noch eine Planetenstufe erforderlich ist. Die Drehmomentenübertragung von der Radantriebswelle zur Radnabe erfolgt erfindungsgemäß über wenigstens eine Planetenradstufe. Die ansonsten zur Realisierung einer Relativbewegung zwischen dem Abtrieb der Planetenradstufe und anderen Teilen der Planetenradstufe verwendeten Kegelrollenlager werden vorzugsweise durch Schrägkugellager ersetzt, da diese eine geringere Breite bei größerer Lagerbasis aufweisen. Die Lageranordnung weist dabei vorzugsweise wenigstens zwei einreihige Schrägkugellager oder ein zweireihiges Schrägkugellager auf.

Um das axiale Spiel so gering wie möglich zu halten, sind zusätzliche Mittel vorgesehen. Beispielsweise ist der Einsatz eines dünnen Ringes als Einstellscheibe zum Ausgleich des axialen Spieles denkbar, d. h. die Schrägkugellager werden in axialer Richtung in deren Lage fixiert. Diese Einstellscheibe kann dabei vorzugsweise nur zum Grobausgleich verwendet werden, während durch entsprechende Gestaltung der den Lagersitz bildenden Teile, beispielsweise durch das Vorsehen elastischer Bereiche, der Rest des Spieles ausgeglichen werden kann.

Der Abtrieb der Planetenradstufe wird üblicherweise vom Steg gebildet, welcher in vorzugsweise direkter Verbindung mit der Radnabe steht. Die Abstützung der Radnabe erfolgt an der Verlängerung des Hohlrades über die Lageranordnung.

Zur Umgehung einer fliegenden Lagerung des innenverzahnten Hohlrades der Eingangstufe ist zu dessen Abstützung ein weiteres Lager vorgesehen, über welches sich das innenverzahnte Hohlrad wenigstens mittelbar auf der Radachse abstützt und welches gleichzeitig auch den Axialschub des innenverzahnten Hohlrades kompensiert. Dieses Lager ist vorzugsweise als Kugellager ausgeführt. Zur optimalen Bauraumausnutzung ist vorzugsweise das Lager derart ausgeführt, daß wenigstens einer der beiden Lagerringe von den gegeneinander abzustützenden Bauteilen gebildet wird, beispielsweise der Innenring vom Hohlrad.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ermöglicht den Einsatz entsprechend leistungsfähiger Elektromotoren, insbesondere Transversalflußmaschinen, für Radantriebe, wobei der Elektromotor achsversetzt gegenüber der Radachse angeordnet ist. Durch die Verwendung einer Eingangsstufe mit innenverzahnten Hohlrad besteht die Möglichkeit, wesentlich höhere Drehmomente als mit konventionellen Ausführungen mit einer Stirnradstufe als Eingangsstufe zu zu übertragen, was sich in einer Erweiterung des Einsatzgebietes von Radantrieben mittels Elektromotoren, insbesondere Transversalflußmaschinen niederschlägt.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer achsversetzten Anordnung einer Transversalflußmaschine eines Radnabenantriebes im Schnitt;

Fig. 2 eine Möglichkeit einer konstruktiven Ausführung der Radnabenlagerung entsprechend Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt eine Antriebseinheit 1 zum Antrieb wenigstens eines Rades 2 eines Nutzfahrzeuges, im dargestellten Fall mit Zwillingsbereifung. Diese umfaßt eine Antriebmaschine 3, welche vorzugsweise als Transversalflußmaschine ausgebildet ist. Die Antriebsmaschine 3 ist achsversetzt zu einer Achse AR des Rades 2, welche Symmetrieachse des Rades und damit gleichzeitig auch die Radnabenachse ARN einer Radnabe 20 ist, angeordnet. Antriebsmaschine 3 ist mittels einer Drehmomentenübertragungseinrichtung 4 mit der Radantriebswelle AR koppelbar. Die Drehmomentenübertragungseinrichtung umfaßt ein innenverzahntes Hohlrad 5 und ein Ritzel 6, welche miteinander derart in Eingriff gebracht werden können, daß diese miteinander kämmen. Das Ritzel 6 ist dabei drehfest mit einer Abtriebswelle AW der Antriebsmaschine 3 verbindbar. Das Hohlrad 5 ist drehfest mit der Radantriebswelle AR verbindbar. Die erforderliche Übersetzung zum Antrieb der Radnabe 20 wird über eine Planetenradstufe 7 realisiert. Die Planetenradstufe 7 umfaßt ein Sonnenrad 8, welches drehfest mit der Radantriebswelle AR gekoppelt ist, des weiteren ein Hohlrad 9 und die Planetenräder 10, hier dargestellt die Planetenräder 10.1 und 10.2 und einen Steg 11. Der die Planetenräder verbindende Steg 11, der den Abtrieb der Planetenradstufe 7 bildet, ist mit der Radnabe 20 verbunden und dient direkt zu deren Antrieb.

Das Hohlrad 9 der Planetenradstufe 7 ist steif gelagert. Die Relativbewegung zwischen der Radnabe 20 und dem Hohlrad 9 der Planetenradstufe 7 wird mittels einer Lageranordnung 12 realisiert. Die ansonsten zur Radlagerung üblicherweise verwendeten Kegelrollenlager werden hier durch Schrägkugellager 12.1 und 12.2 ersetzt. Die Verwendung von Schrägkugellagern bietet den Vorteil, daß ein geringerer Bauraum in axialer Richtung benötigt wird bei gleichzeitiger Schaffung einer größeren Lagerbasis.

Die Schrägkugellager 12.1 und 12.2 der Lageranordnung 12 müssen axial spielfrei angeordnet werden. Zur Realisierung einer kostenkünstigen Fertigung wird der größte Teil der auftretenden Toleranzen mit entsprechenden Mitteln ausgeglichen. Eine Möglichkeit des Ausgleiches ist in der Fig. 2 schematisch am Beispiel eines Ausschnittes aus dem Radnabenantrieb entsprechend Fig. 1 dargestellt.

Die Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit für eine konstruktive Ausführung entsprechend Fig. 1. Gleichen Elementen sind deshalb die gleichen Bezugszeichen zugeordnet.

In der Fig. 2 sind die Planetenradstufe 7, insbesondere das mit der Radantriebswelle ARN drehfest verbundene Sonnenrad 8, das Planetenrad 10.1 sowie das Hohlrad 9 dargestellt, des weiteren die Lageranordnung 12 zwischen dem Hohlrad 9 und dem unmittelbar mit der Radnabe 20 drehfest verbindbaren Steg 11. Aus dieser Figur wird ersichtlich, daß die Realisierung der Relativbewegung zwischen Radnabe 20 und Hohlrad 9 der Planetenradstufe 7 über die Radlageranordnung 12 erfolgt. Dazu umfaßt die in axialer Richtung bezogen auf den Verlauf der Radachse verlängerte Ausführung des Hohlrades 9 eine Einstellscheibe 13, welche zum Ausgleich eines axialen Spieles der Lager der Lageranordnung 12, hier der Schrägkugellager 12.1. und 12.2, dient und einen, den Lagersitz bildenden Teil 14. Die Einstellscheibe 13 kann dabei bauteilmäßig dem Hohlrad 9 zugeordnet sein, d. h. diese bildet mit dem Hohlrad 9 eine Baugruppe, beispielsweise mittels einer formschlüssigen Verbindung. Die Einstellscheibe 13 ist mit dem, den Lagersitz bildenden Teil 14 beispielsweise mittels Schraubverbindungen 15 verbunden. Die Schraubverbindungen fixieren die Lage von Einstellscheibe 13 und dem den Lagersitz bildenden Teil 14 relativ zueinander.

Auf Seiten der Eingangsstufe ist hier die Abtriebswelle AW der hier nicht dargestellten Antriebsmaschine 3 dargestellt. Die Abtriebswelle AW ist derart gestaltet, daß das Ritzel 6 üblicherweise in diese eingearbeitet ist. Andere Möglichkeiten zur Realisierung einer drehfesten Verbindung zwischen Ritzel 6 und Abtriebswelle AW der Antriebsmaschine 3 sind denkbar. Das Hohlrad 5 ist drehfest mit der Radantriebswelle AR bzw. ARN verbunden und steht im direkten Eingriff mit dem Ritzel 6. Das Hohlrad 5 stützt sich über ein Lager 19, beispielsweise ein Kugellager, auf der Verlängerung des den Lagersitz bildenden Teiles 14, welcher der Radachse entspricht, für die Lageranordnung 12 ab. Das Lager 19 dient des weiteren auch zur Abstützung des Achsschubes des Hohlrades 5. Vorzugsweise ist das Lager 19 derart ausgeführt, daß dessen Innenring 22 direkt vom Hohlrad 5 gebildet wird. Der Innenring 22, d. h. dieser Teil des Hohlrades 5 weist an dessen Innenumfang 21 die Verzahnung des Hohlrades auf.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestelten Möglichkeiten sind nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung. Die erfindungsgemäße Hohlradstufe kann eine Planetenstufe ersetzen, so daß vor dem Radlager nur eine einzige Planetenstufe erforderlich wird. Ausführungen mit zusätzlichen Übersetzungsstufen sind jedoch ebenfalls denkbar.

Das Hohlrad der Eingangsstufe ist steif gelagert. Beispielsweise kann hier aus Bauraumgründen ein Kammlager verwendet werden. Die Verwendung anderer Lager ist ebenfalls denkbar. Beispielsweise kann ein aus einem geraden Nadellager gebogener Käfig oder ein Spurlager wie für Geradführungen verwendet, eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß die Antriebsmaschine achsversetzt möglichst dicht an die Radnabe herangesetzt werden kann und entsprechend der gewählten Übersetzung zwischen Ritzel und Hohlrad ein genügend hohes Drehmoment übertragen werden kann.

Claims (7)

1. Antriebseinheit zum Antrieb wenigstens eines Rades, insbesondere Radnabenantrieb;

• 1. 1.1 mit einer achsversetzt zur Radantriebswelle (AR) angeordneten Antriebsmaschine (3);
• 2. 1.2 die Antriebsmaschine (3) ist mittels einer Drehmomentenübertragungseinrichtung (4) mit der Radantriebswelle (AR) koppelbar;
• 3. 1.3 die Drehmomentenübertragungseinrichtung (4) umfaßt mindestens ein mit einer Innenverzahnung ausgeführtes Hohlrad (5) und ein mit dem Hohlrad (5) kämmendes Ritzel (6), welches drehfest mit der Abtriebswelle (AW) der Antriebsmaschine koppelbar ist;
• 4. 1.4 das Hohlrad (5) ist wenigstens mittelbar drehfest mit der Radantriebswelle (AR) koppelbar

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 1.5 die Radnabe (20) wird mittels wenigstens einer Planetenradstufe (7) über die Radantriebswelle (AR) angetrieben;
• 2. 1.6 die Planetenradstufe (7) umfaßt ein mit der Radantriebswelle (AR) drehfest verbindbares Sonnenrad (8), ein Hohlrad (9), sowie einen, den Abtrieb bildenden Steg (11), welcher drehfest mit der Radnabe (20) koppelbar ist;
• 3. 1.7 die Radnabe (20) stützt sich über eine Lageranordnung (12) auf der Radachse ab;
• 4. 1.8 das Hohlrad (5) der Drehmomentenübertragungseinrichtung (4) ist in einem, die Verzahnung umfassenden Lager (19) direkt auf der Radachse gelagert und übernimmt die axiale Führung.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageranordnung (12) wenigstens zwei einreihige oder ein zweireihiges Schrägkugellager umfaßt.

3. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Ausgleich des Axialspieles benachbarter Bauteile der Lageranordnung (12) vorgesehen sind.

4. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
das Hohlrad (9) der Planetenradstufe (7) umfaßt ein die Verzahnung bildendes Teil, ein den Lagersitz (14) für die Lageranordnung (12) bildendes Teil sowie ein Verbindungsteil (13);
das Verbindungsteil (13) fungiert als Einstellscheibe für das Axialspiel.

5. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine (3) als Elektromotor ausgeführt ist.

6. Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine (3) als Transversalflußmaschine ausgeführt ist.

7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (19) als Kugellager ausgeführt ist.