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DE4108647A1 - Radantrieb - Google Patents

Radantrieb

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DE4108647A1
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Deere and Co
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Description

Die Erfindung betrifft einen Radantrieb für landwirt­ schaftliche oder industrielle Fahrzeuge, bei denen die Antriebsleistung von einer Verbrennungskraftmaschine er­ zeugt, in einem fahrzeugeigenen Generator in elektrische Energie umgewandelt und auf mehrere die einzelnen Räder des Fahrzeuges antreibende, stufenlos einstellbare Elek­ tromotoren verteilt wird.
Trotz mannigfaltiger Vorschläge muß das Antriebskonzept allradgetriebener Ackerschlepper als nicht hinreichend ge­ löst angesehen werden. Bei einem starren Antrieb von Vor­ der- und Hinterachse ergeben sich bei Null-Vorlauf der Vorderachse auf dem Acker zu geringe Vortriebskräfte und mit steigendem Vorlauf von zwei und mehr Prozent auf der Straße Reifenverschleiß an den Vorderrädern, so daß der Vorderradantrieb abgeschaltet werden muß. Auf diese Weise kann das Vorderachsgewicht weder für den Antrieb noch für das Bremsen genutzt werden. Um diesen Nachteil zu vermei­ den, kann beim Bremsen der Vorderradantrieb automatisch wieder zugeschaltet werden. Dies führt zum Teil zu un­ kontrollierten Fahrzuständen.
Bei Kurvenfahrt treten die Probleme noch drastischer in Erscheinung. Mit steigendem Einschlagwinkel nimmt der ne­ gative Schlupf des innenlaufenden Vorderrades zu, wodurch dieses zunehmend gebremst wird und am Vortrieb des Fahr­ zeuges nicht teilnimmt. Bei Kurvenfahrt äußert sich das darin, daß der Wendekreis trotz Antrieb größer und nicht kleiner wird. Auf der Straße führt dies zu zusätzlichem Reifenverschleiß und im Feld zum Abscheeren der Grasnarbe. Besonders die engen Kurven am Vorgewende bereiten Prob­ leme.
Lösungsansätze zur Behebung dieses Problems sind: zusätz­ liche Übersetzungsstufen im Antriebsstrang zur Vorder­ achse, Abschalten des äußeren Vorderrades wie z. B. beim NO-Spin-Differential, der permanente Allradantrieb mit Längsdifferential etc. Die Nachteile sind offensichtlich: Getriebesprünge, Abschalten eines Antriebsrades, unkon­ trollierte Umschaltung von Ziehen auf Bremsen, nur Antrieb über drei der vier Räder des Schleppers etc. Zunehmend be­ reitet auch die Abstützung des Vorderachsmomentes auf dem Boden Probleme.
Mit den Vorschlägen der EP 01 11 037 B1 und der EP 01 17 945 B1 wurde der Versuch unternommen, die heute noch unterschiedlichen Antriebskonzepte für Vorderachse (außen­ liegender Planetentrieb) und Hinterachse (innenliegender Planetentrieb) zu standardisieren und zu einer Familie von außenliegenden Antrieben für gelenkte und ungelenkte Achsen zusammenzufassen. Bei den ungleichen Raddurch­ messern an Vorder- und Hinterachsen bei Standardschleppern ergibt sich ein Konzept, daß die Hinterräder der nächst kleineren Schlepperfamilie als Vorderräder der größeren Schlepperreihe eingesetzt werden können. Bei den genannten Vorschlägen ergaben sich hierbei im Prinzip zentrale Ein­ zelradantriebe, daß heißt, der Antrieb geht durch die Achsbrücke. Dieses schränkt die Bodenfreiheit und die Möglichkeiten in der Ausgestaltung der Achse ein. Darüber hinaus wurden die Mehrzahl der oben beschriebenen Probleme keiner Lösung zugeführt.
Während die EP 01 13 490 B1 und die EP 01 12 421 B1 Längs­ differentiale beschreiben, welche das Motormoment in einem vorgegebenen Verhältnis auf die Vorderachse und Hinter­ achse aufteilen und als permanente Antriebe fast alle An­ triebsprobleme der Vorderachse lösen, beschreiben die DE 35 43 871 C1 und die EP 02 28 617 B1 erste Versuche, die Differentialwirkung in die Radantriebe zu verlegen, das heißt ohne Längs- und Querdifferentiale auszukommen. Diese Überlegungen zeigten noch nicht den gewünschten Er­ folg.
Während der permanente mechanische Frontantrieb mit Längs­ differential heute als der bestmögliche Allradantrieb an­ gesehen werden kann, ist es das Ziel der vorliegenden Er­ findung, eine Lösung anzugeben, die in technischer Hin­ sicht keine Fragen mehr offen läßt und die dargestellten Probleme überwindet.
Hierzu wird der Antrieb des Ackerschleppers in Einzelrad­ antriebe aufgelöst, welche die in der EP 01 11 037 B1 und der EP 01 17 945 B1 beschriebenen Konzepte befolgen. Jeder Radantrieb enthält, wie es im Zusammenhang mit Lastzügen schon aus der DE-OS 22 41 878 hervorgeht, einen Elektro­ motor. Die Energie für den Elektromotor wird von einer fahrzeugeigenen Verbrennungskraftmaschine und einem nach­ geschalteten Generator bereitgestellt.
Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe wird darin ge­ sehen, einen Radantrieb der eingangs genannten Art anzu­ geben, der auch für landwirtschaftliche und industrielle Fahrzeuge nutzbar ist, bei dem der Rotor des Elektromotors frei von Radialkräften ist, die von dem Antriebsritzel ausgehen, und bei dem die Motorbaulänge möglichst klein gehalten wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rotor des Elektromotors in einem Festlager und in einem Loslager gelagert ist, wobei das Loslager durch ein An­ triebsritzel gebildet wird, welches zwischen zwei sich diametral gegenüberliegenden Abtriebsrädern angeordnet ist und diese antreibt, und wobei die Abtriebsräder ihrerseits mit einem gemeinsamen Eingangsrad für den Endantrieb in Eingriff stehen. Der Rotor wird durch das Festlager in axialer Richtung fixiert und auf der anderen Seite zwi­ schen den Abtriebsrädern geführt.
Der erfindungsgemäße Radantrieb hat eine vergleichsweise geringe Baulänge, da gegenüber konventionellen Elektro­ motoren ein Pestlager eingespart wird. Ferner ergibt sich ein von Radialkräften freier Antrieb, was bei den ge­ wünschten hohen Drehzahlen zu einer Wirkungsgradverbes­ serung führt.
Der Antrieb läßt sich vollständig von der Radaufhängung (z. B. Lenkachse) trennen. Hierdurch eröffnen sich Frei­ heiten, die Achse als Hoch-, Standard- oder Niedrigachse auszuführen, wobei immer ein gleichartiger Radantrieb ein­ setzbar ist (Modulbauweise). Bis auf die unterschiedlichen Achsanschlüsse werden grundsätzlich keine zusätzlichen Teile notwendig und zwar unabhängig davon, ob es sich um eine Lenkachse oder eine ungelenkte Achse handelt.
Vorzugsweise ist der Radantrieb so ausgelegt, daß der Elektromotor und/oder die Radaufhängung außerhalb der Rad­ achse an das Endantriebsgehäuse anflanschbar sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Radantrieb findet zweckmäßiger­ weise ein Elektromotor Anwendung, welcher von der Drehzahl Null bis zur Maximaldrehzahl stufenlos verstellt werden kann. In Abhängigkeit von der gewünschten Geschwindigkeit und dem gewünschten Lenkradius berechnet ein Computer die erforderliche Drehzahl für jede Antriebseinheit, stellt diese ein und kontrolliert sie. Besonders geeignet ist die Verwendung eines Asynchronmotors.
Da die Elektromotoren in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung in gleicher Weise antreiben und bremsen können, ergeben sich bei dem Einzelradantriebskonzept weder bevorzugte Fahrtrichtungen noch (bei geeigneter Ansteuerung der Elektromotoren) Verspannungen zwischen den Rädern hin­ sichtlich Drehen auf der Stelle, Rundgang, Einzelradlen­ kung oder normalem Lenkeinschlag. Bis auf Stromkabel und Steuerleitungen beeinträchtigt nichts die modulare und funktionsgerechte Anordnung aller Komponenten, ob gefe­ derte oder ungefederte Achse, Schmal-, Normal- oder Weit­ spur-Schlepper, Hochrad-, Standard- oder Niedrig-Schlepper etc. Keine Antriebswellen oder Kardanantriebe behindern die Gestaltungsfreiheit.
Die fliegende Lagerung einer Antriebswelle, deren Ein­ gangsrad zwischen zwei Zwischenrädern gelagert ist, ist zwar durch die DE 36 40 947 A1 bekannt geworden, hierbei handelt es sich jedoch um eine Antriebswelle, die über ein Universalgelenk mit einem Differentialgetriebe in Ver­ bindung steht. Probleme, die bei modularem Einzelradan­ trieb und in Verbindung mit einem Elektromotor auftreten, werden nicht angesprochen.
Vorzugsweise bilden Elektromotor und Antriebsritzel eine Einheit und werden von außen an ein Getriebegehäuse, das den Endantrieb aufnimmt, angeflanscht. Das Endantriebs­ getriebe kann zweckmäßigerweiser wahlweise aus einer einstufigen Stirnradstufe oder einer Stirnradstufe mit einer nachgeschalteten Planetenradstufe bestehen. Dies ermöglicht eine hinreichende Untersetzung der relativ hohen Motordrehzahl.
Um eine zuverlässige Abdichtung des Elektromotors gegen­ über dem Naßraum des Endantriebes, in dessen Gehäuse sich flüssiges Schmiermittel befindet, zu gewährleisten, ist es von Vorteil, die Antriebswelle des Elektromotors gegenüber dem Endantriebsgehäuse durch eine Dichtung abzudichten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung zeigt, sollen die Erfindung sowie weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben und erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 das Prinzipbild eines erfindungsgemäßen Einzel­ radantriebes und
Fig. 2 die Aufsicht der Stirnradstufe.
Aus der Fig. 1 geht ein Rad 10, beispielsweise das eines Ackerschleppers hervor, dessen Radachse 12 durch zwei Lager 14, 16 in einem fahrzeugfesten Endantriebsgehäuse 18 gelagert ist. Das Endantriebsgehäuse 18 wird durch einen Achskörper 20 getragen, bei dem es sich sowohl um eine Starrachse als auch um eine Lenkachse handeln kann. Der Achskörper 20 greift radial zur Radachse 12 versetzt am Endantriebsgehäuse 18 an.
Ebenfalls radial zur Radachse 12 versetzt ist ein Elektro­ motor 22 an dem Endantriebsgehäuse 18 angeflanscht. Bei dem Elektromotor 22 handelt es sich um einen Asynchron­ motor mit einem Rotor 24 und einer Ständerwicklung 26. Die den Rotor 24 tragende Motorwelle 28 ist an einem Ende in einem Lager 30 gehalten, welches als Festlager dient und den Rotor 24 sowohl in radialer als auch axialer Lage fixiert.
Das andere Ende der Motorwelle 28 weist kein solches Lager auf. Es steht lediglich über eine Dichtung 32 mit dem End­ antriebsgehäuse 18 in Verbindung, um die Durchtritts­ öffnung im Endantriebsgehäuse 18 gegen Schmiermittelaus­ tritt abzudichten. Dieses andere Ende der Motorwelle 28 trägt ein Antriebsritzel 34, das in das Endantriebsgehäuse 18 hinein ragt.
Wie es aus Fig. 2 hervorgeht, steht das Antriebsritzel 34 mit einer Stirnradstufe des Endantriebes in Eingriff. Es greift in die Verzahnung zweier sich diametral gegenüber­ stehender Abtriebsräder 36, 38 ein, die ihrerseits mit einem Eingangsrad 40 des Endantriebes in Eingriff stehen. Durch diesen Zahneingriff ist das Antriebsritzel 34 in radialer Richtung festgelegt. Es kann weder seitlich noch in vertikaler Richtung ausbrechen.
Das Eingangsrad 40 steht gemäß Fig. 1 über eine konzen­ trisch zur Radachse 12 angeordnete Hülse 42 mit einem Sonnenrad 44 eines Planetengetriebes in Verbindung. Das Sonnenrad 44 treibt mehrere auf einem Planetenradträger 46 angeordnete Planetenräder 48 an, die auf einem gehäuse­ festen Hohlrad 50 abrollen. Der Planetenradträger 46 ist drehfest auf der Radachse 12 montiert und überträgt das Drehmoment auf das Rad 10.
Auch wenn die Erfindung lediglich an Hand eines Ausfüh­ rungsbeispiels beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann im Lichte der vorstehenden Beschreibung viele verschiedenartige Alternativen, Modifikationen und Va­ rianten, die unter die vorliegende Erfindung fallen.

Claims (9)

1. Radantrieb für landwirtschaftliche oder industrielle Fahrzeuge, bei denen die Antriebsleistung von einer Verbrennungskraftmaschine erzeugt, in einem fahrzeug­ eigenen Generator in elektrische Energie umgewandelt und auf mehrere die einzelnen Räder (10) des Fahr­ zeuges antreibende, stufenlos einstellbare Elektro­ motoren (22) verteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (24) des Elektromotors (22) in einem Festlager (30) und in einem Loslager gelagert ist, wobei das Loslager durch ein Antriebsritzel (34) ge­ bildet wird, welches zwischen zwei sich diametral gegenüberliegenden Abtriebsrädern (36, 38) angeordnet ist und diese antreibt, und wobei die Abtriebsräder (36, 38) ihrerseits gemeinsam mit einem Eingangsrad (40) für den Endantrieb in Eingriff stehen.
2. Radantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Eingangsrades (40) wesentlich größer als der des Abtriebsritzels (34) des Elektro­ motors (22) ist.
3. Radantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Abtriebsritzel (34) ein Getriebe antreibt, das aus einer Stirnradstufe des Endan­ triebes besteht.
4. Radantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnradstufe eine Planetenradstufe nachge­ schaltet ist.
5. Radantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (22) an ein End­ antriebsgehäuse (18) anflanschbar ist und sein An­ triebsritzel (34) in das Endantriebsgehäuse (18) hin­ ein ragt.
6. Radantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromotorwelle (28) gegenüber dem Endan­ triebsgehäuse (18) durch eine Dichtung (32) abge­ dichtet ist.
7. Radantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektromotorwelle (28) gegenüber der Radachse (12) radial versetzt am Endantriebs­ gehäuse (18) anflanschbar ist.
8. Radantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Radaufhängung (20) radial außerhalb der Radachse (12) an der Radnabe (18) an­ greift.
9. Radantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (22) ein Asynchronmotor ist.
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