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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentenübertragungsanordnung für einen elektromechanischen Radnabenantrieb, zur Übertragung eines Stützmomentes zwischen dem Rotor oder Stator eines Radnabenmotors und einer Trägerwelle, wobei die Drehmomentenübertragungsanordnung derart gestaltet ist, dass diese Koaxialitätsfehler, Winkelfehler, sowie dynamische Abstandsänderungen zwischen dem Rotor oder Stator des Radnabenmotors und jener Trägerwelle zulässt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehmomentenübertragungsanordnung für einen elektromechanischen Radnabenantrieb zu schaffen, der sich durch einen robusten und kostengünstig realisierbaren Aufbau auszeichnet und neben der durch diesen realisierten Drehmomentenübertragung hinreichend hohe Bewegungsfreiheitsgrade bereitstellt die es ermöglichen einen Stator oder einen Rotor des Radnabenmotors bewegbar, insbesondere elastisch mit einer Felge zu koppeln.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Drehmomentenübertragungsanordnung, mit:
- – einem Gehäuseelement,
- – einem Zugelementanker, der in dem Gehäuseelement aufgenommen ist,
- – einer ersten Zugelementpackung mit ersten Zugelementen,
- – einer zweiten Zugelementpackung mit zweiten Zugelementen, und
- – einer Umlenkungsstange zur Umlenkung der Zugelemente der ersten und der zweiten Zugelementpackung,
wobei - – die Zugelemente jeder Zugelementpackung über erste Zugelementbolzen mit dem Gehäuseelement gekoppelt sind, und über zweite Zugelementbolzen mit dem Zugelementanker gekoppelt sind, und
- – die Umlenkungsstange sich radial zu einer Zentralachse in dem Zugelementanker erstreckt und die Zugelemente der ersten Zugelementpackung radial gegen die Zugelemente der zweiten Zugelementpackung stützt.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Drehmomtenübertragungsanordnung zu schaffen, die als geschlossene und vollständig vorbereitete Baugruppe in eine elektromechanische Radantriebsanordnung eingebunden werden kann und darin die Abstützung des Rotors eines Radnabenmotors gegenüber einer die Radlagerung tragenden Trägerwelle mit hohem Freiheitsgrad bewirkt.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Drehmomentenübertragungsanordnung derart gestaltet, dass die Umlenkungsstange einen ersten und einen zweiten Umlenkungskopf bildet und die Zugelemente an dem jeweiligen Umlenkungskopf um einen Winkel im Bereich von 90° umgelenkt werden.
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Die Einbindung der Drehmomentenübertragungsanordnung in eine entsprechend dafür vorgesehenen Radantriebsanordnung erfolgt vorzugsweise derart, dass das Gehäuseelement mit dem Rotor eines Radnabenmotors gekoppelt ist und der Zugelementanker drehfest mit einer die Radlagerung tragenden Trägerwelle gekoppelt ist.
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Vorzugsweise ist der Zugelementanker in dem Gehäuseelement derart aufgenommen, dass dieser in dem Gehäuseelement hinreichend radial verlagerbar und zudem auch hinreichend kippbewegbar ist. In dem Gehäuseelement sind vorzugsweise Federeinrichtungen und elastomere Anschlagstrukturen vorgesehen, die bei Erreichen maximaler Verlagerungswege aktiv werden und einen direkten Anschlag des Zugelementankers am Gehäuseelement verhindern.
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Der Innenbereich des Gehäuseelements kann in vorteilhafter Weise mit einer Schmierstofffüllung befrachtet werden, so dass insbesondere die Relativbewegung der Zugelemente der jeweiligen Zugelementpackung unter Aufbau eines Schmierstofffilms erfolgt. Die Schmierstofffüllung kann derart hochviskos realisiert sein, dass diese eine ausgeprägte Dämpfungswirkung für die Verlagerung des Zugelementankers gegenüber dem Gehäuseelement generiert.
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Die Zugelemente selbst sind vorzugsweise aus einem hochfesten Stahlwerkstoff gefertigt und vorzugsweise im Außenbereich mit einer verschleißmindernden Beschichtung versehen die beispielsweise auf elektrochemischem Wege auf diese aufgebracht werden kann.
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Es ist in vorteilhafter Weise möglich, die Zugelemente derart in die Drehmomentenübertragungsanordnung einzubinden, dass diese im Grundzustand darin bereits eine Vorspannung erhalten und damit unter Vorspannung über die Umlenkungsköpfe der Umlenkstange geführt sind.
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Die Zugelemente sind vorzugsweise so ausgeführt, dass jedes Zugelement ein erstes Zugelementauge und ein zweites Zugelementauge bildet, wobei die Zugelementbolzen durch diese Zugelementaugen hindurchgeführt sind. Vorzugsweise sind sämtliche Zugelemente der Drehmomentenübertragungsanordnung baugleich ausgeführt.
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Die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsvorrichtung mit integrierten Zugelementen, ermöglicht eine Übertragung des Drehmoments mittels einer Zugbelastung der Zugelemente, eine Anordnung der Zugelemente, so dass diese in ihrem Verlauf von der Eingangswelle zur Ausgangswelle umgelenkt werden. (Diese Umlenkung ist so bewerkstelligt, dass ein seitlicher Versatz zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle keine oder nur eine kleine Abstandsänderung (gemessen entlang der Zugelemente) bewirkt.) Die Umlenkungen sind schwimmend gelagert und die Umlenkungen verschiedener Zugelemente stützen sich gegenseitig ab.
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Die erfindungsgemäße Drehmonentenübertragungsvorrichtung wird vorzugsweise dazu eingesetzt die Masse der E-Maschine eines Radnabenantriebes von der Felge oder einem Nabenträger abzukoppeln, so dass die Masse der E-Maschine bei höher frequenten Anregungen nicht mehr in die ungefederte Masse des Rades eingeht. Eine solche Entkoppelung muss ein relativ hohes Drehmoment (z.B. ca. 1000 Nm) übertragen können bei gleichzeitigem Versatzausgleich von mehreren Millimetern. Die erfindungsgemäße Drehmomentenübertragungsvorrichtung kann auch als Ausgleichselement im Antriebsstrang eines Fahrzeuges verwendet werden z.B. zum Entkoppeln der Taumelbewegungen der Kurbelwelle vom Antriebsstrang.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine Radialschnittdarstellung zur Veranschaulichung des inneren Aufbaues einer erfindungsgemäßen Drehmomentenübertragungsanordnung;
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2 eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues einer als komplett vormontierte Baugruppe ausgeführten erfindungsgemäßen Drehmomentenübertragungsanordnung;
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3 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Drehmomentenübertragungsanordnung nach den 1 und 2;
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4 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Einbausituation einer erfindungsgemäßen Drehmomentenübertragungsanordnung in einer Radantriebsanordnung.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehmomentenübertragungsanordnung. Diese umfasst ein Gehäuseelement 1, einen Zugelementanker 2 der in dem Gehäuseelement 1 aufgenommen ist, eine erste Zugelementpackung ZP1 mit ersten Zugelementen Z1, eine zweite Zugelementpackung ZP2 mit zweiten Zugelementen Z2, und eine Umlenkungsstange 3 zur Umlenkung der Zugelemente Z1, Z2 der ersten und der zweiten Zugelementpackung ZP1, ZP2, wobei die Zugelemente Z1, Z2 jeder Zugelementpackung ZP1, ZP2 über erste Zugelementbolzen B1 mit dem Gehäuseelement 1 gekoppelt sind, und über zweite Zugelementbolzen B2 mit dem Zugelementanker 2 gekoppelt sind, und sich die Umlenkungsstange 3 radial zu einer Zentralachse X in dem Zugelementanker 2 erstreckt und die Zugelemente Z1 der ersten Zugelementpackung ZP1 radial gegen die Zugelemente Z2 der zweiten Zugelementpackung ZP2 stützt.
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Die Umlenkungsstange 3 ist aus einem hochfesten Werkstoff, insbesondere Stahl gefertigt und bildet einen ersten und einen zweiten Umlenkungskopf 3a, 3b so dass die Zugelemente Z1, Z2 an dem jeweiligen Umlenkungskopf 3a, 3b um einen Winkel im Bereich von 90° umgelenkt werden.
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Die Einbindung der Drehmomentenübertragungsanordnung in einen Radantrieb erfolgt vorzugsweise derart, dass das Gehäuseelement 1 mit dem Rotor eines Radnabenmotors gekoppelt wird und der Zugelementanker 2 mit einer Trägerwelle des Radnabenantriebs. Näheres hierzu wird noch in Verbindung mit 4 ausgeführt werden.
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Der Zugelementanker 2 ist in dem Gehäuseelement 1 derart aufgenommen, dass dieser in dem Gehäuseelement 1 hinreichend radial verlagerbar sowie zudem in dem Gehäuseelement 1 auch hinreichend kippbewegbar ist.
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Die Zugelemente Z1, Z2 sind vorzugsweise aus einem Stahlwerkstoff gefertigt und mit einer Vorspannung über die Umlenkungsköpfe 3a, 3b der Umlenkstange 3 geführt. Jedes Zugelement Z1, Z2 bildet ein erstes Zugelementauge ZA und ein zweites Zugelementauge ZB. Die Zugelementbolzen B1, B2 sind in enger Passung durch diese Zugelementaugen ZA, ZB hindurchgeführt. Die Zugelemente Z1, Z2 sind baugleich ausgeführt.
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Die Darstellung nach 1 veranschaulicht insbesondere den Verlauf der Zugelemente. Es sind 2 Zugelementpackungen Z1, Z2 dargestellt welche rotationssymmetrisch zum Mittelpunkt des Aufbaus angeordnet sind. Die Zugelementpackungen Z1, Z2 sind über die Bolzen B1 mit dem Gehäuse 1 verbunden und über die Bolzen B2 mit dem zentralen Zugelementanker 2. Das Drehmoment für den Antrieb wird über das Gehäuseelement 1 und das Drehmoment für den Abtrieb über einen Vierkant V2 in den zentralen Zugelementanker 2 eingeleitet. Bei einem Drehmoment am Gehäuse 1 in mathematisch positiver Richtung und einem Drehmoment am Vierkant in mathematischer negativer Richtung werden die Zugelemente Z1 auf Zug belastet so dass eine Drehmomentübertragung vom Gehäuse 1 zum Vierkant V2 erfolgt. Bei einer Drehmomentübertragung in Gegenrichtung werden die Zugelemente Z2 der zweiten Zugelementpackung ZP2 auf Zug belastet.
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Wird der zentrale Zugelementanker 2 zur Seite verschoben nimmt dieser die Bolzen B2 mit. Die Zugelemente Z1 gleichen diese Bewegung aus, indem sich jeweils die Teilstücke zwischen den Bolzen B1 sowie B2 und der Umlenkung verformen. Die weiteren Teile bewegen sich nur minimal.
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Wird die zentrale Bolzenhalterung mit den Bolzen B2 vertikal verschoben, so gleichen Die Zugelemente diese Bewegung aus, indem sich jeweils die Teilstücke zwischen den Bolzen B1, B2 und der Umlenkung verformen. Die Umlenkstange selber bewegt sich entsprechend ebenfalls vertikal relativ zum Gehäuse.
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Das gleiche Gedankenspiel kann auch für Bewegungen des Gehäuses bei Verwendung der zentralen Bolzenbefestigung als Referenz durchgeführt werden. So bewirkt die seitliche Bewegung des Gehäuses 1 eine Verformung der Teilstücke der Zugelemente Z1, Z2 zwischen der Umlenkung und den Bolzen B1, B2, sowie eine entsprechende Bewegung der Umlenkstange 3.
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Die vertikale Bewegung des Gehäuses 1 bewirkt eine Verformung der Teilstücke der Zugelemente Z1, Z2 zwischen der Umlenkung und den Bolzen B1, B2. Die weiteren Bauteile bewegen sich nur minimal. Da beide Bewegungen unabhängig voneinander ausgeführt werden können, ist auch eine beliebige Kombination der seitlichen und vertikalen Bewegungen möglich. Ein zu großer Versatz wird verhindert, indem die Bolzen B1 in Bohrungen der zentralen Bolzenhalterung des Ankers 2 auf Anschlag gehen, sowie die Bolzen B2 in den Bewegungsbohrungen des Gehäuses 1 auf Anschlag gehen.
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Die Darstellung nach 2 veranschaulicht in Form einer perspektivischen Skizze den Außenaufbau einer erfindungsgemäßen Drehmomentenübertragungsanordnung. Das Gehäuseelement 1 weist einen zylindrischen Außenmantel 1a auf. Das Gehäuseelement 1 ist auf der in dieser Darstellung rechten Seite mit einem Gehäusedeckel 1b versehen. In diesem Gehäusedeckel 1b sind die Zugelementbolzen B1 steif festgelegt. Für die Zugelementbolzen B2 sind Bohrungen vorgesehen die derart groß dimensioniert sind, dass die in diesen aufgenommenen Bolzen B2 darin radial verlagerbar oder verkippbar sind. Der Gehäusedeckel 1b ist an dem Gehäuseelement 1 durch Schrauben befestigt. Auf der in dieser Darstellung nicht sichtbaren Seite ist das Gehäuseelement 1 durch einen integral mit diesem gefertigten Bodenabschnitt versehen in welchem ebenfalls Bohrungen ausgebildet sind zur fixierten Aufnahme der ersten Bolzen B1 und zur freien Aufnahme der Bolzen B2.
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Das Gehäuseelement 1 und ein daran angebrachter Adapter 4 dienen der Drehmomenteneinleitung. Die Drehmomentenausleitung erfolgt über eine Mitnehmergeometrie die in dem Zugelementanker 2 ausgebildet ist und hier als Vierkantbohrung V2 gestaltet ist.
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Die Darstellung nach 3 veranschaulicht den Aufbau der erfindungsgemäßen Drehmomentenübertragungsvorrichtung weiter. Der Adapter 4 ist formschlüssig drehfest an das Gehäuseelement 1 ansetzbar. Das Gehäuseelement 1 bildet einen Aufnahmeinnenraum zur Aufnahme des Zugelementankers 2. Die ersten und zweiten Zugelemente Z1, Z2 werden über die Zugelementbolzen B1 im Gehäuseelement 1 verankert. Über die Zugelementbolzen B2 werden die Zugelemente Z1, Z2 am Zugelementanker 2 verankert. Die Umlenkungsstange 3 erstreckt sich zwischen den beiden Zugelementpackungen ZP1, ZP2 und stützt diese radial aneinander ab. Der Zugelementanker 2 ist axial in dem Gehäuseelement 1 durch Federblockzapfen 5 abgestützt. Diese Ferblockzapfen 5 können aus einem Elastomermaterial, als reine Zylinderfederelemente, oder auch als Verbundwerkstoffteile, z.B. als Verbundwerkstoffteile aus einem Elastomermaterial mit einer Zylinderfedereinlage gefertigt sein.
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Nach dem Einsetzen der in dieser Darstellung zwischen dem Gehäuseelement 1 und dem Gehäusedeckel 1b liegenden Bauteile in das Gehäuseelement 1 wird dieses durch Aufsetzen des Gehäusedeckels 1b verschlossen. Durch die Schrauben 5S wird der Gehäusedeckel 1b am Gehäuseelement 1 fixiert.
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Die axiale Positionierung der Zugelemente Z1, Z2 an den Bolzen B1 wird durch Distanzbuchsen 6 sowie die Ausbildung von Axialanschlägen 2c, 2d an dem Zugelementanker 2 erreicht.
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Die Darstellung nach 4 zeigt in Form einer Schemadarstellung den Aufbau einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Radantriebsanordnung. Diese umfasst eine Trägerwelle 7 die starr mit einem Federbein 8 verbunden ist. Die Trägerwelle 7 trägt ein Radlager 9 über welches in Verbindung mit einer hier nur vereinfacht veranschaulichten Radnabe 10 eine Felge 11 gelagert ist. Die Felge 11 trägt einen Reifen 12.
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Im Innenbereich der Felge 11 ist ein elektromechanischer Radantriebsmotor 13 angeordent. Dieser umfasst einen Rotor 14 und einen Stator 15. Der Rotor 14 ist über einen Drehmomentenübertrager 16 mit integriertem Versatzausgleich mit der Felge 11 verbunden.
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Der Stator 15 ist gegenüber der Trägerwelle 7 nachgiebig gefedert abgestützt. Dies wird durch die hier angedeutete Motorfederung 17 erreicht. Die Drehmomentenabstützung des Stators 15 wird durch eine erfindungsgemäße Drehmomentenübertragungsanordnung der oben beschriebenen Bauart erreicht indem deren Zugelementanker 2 drehfest mit der Trägerwelle 7 und das Gehäuseelement 1 drehfest mit dem Stator 15 verbunden wird.
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Die erfindungsgemäße Drehmomentenübertragungsvorrichtung ermöglicht eine Übertragung von Drehmomenten in beide Drehrichtungen. Hierfür wurden die Bohrungen im Gehäuse und in der zentralen Bolzenhalterung angepasst. Diese Anpassung ermöglicht, dass in Abhängigkeit der Drehmomentrichtung die Bolzen B1 und B2 sich jeweils wahlweise am Deckel oder an der zentralen Bolzenhalterung abstützen.
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Die Darstellung nach 4 zeigt an sich schematisch den Einsatz und die Anordnung der erfindungsgemäßen Dremomentenübertragungsanordnung zum Versatzausgleich in einem Radnabenantrieb mit dem Ziel die Masse der E-Maschine vom Rad für Schwingungen kleiner Amplitude zu entkoppeln. Die gesamte Einheit aus Rad und E-Maschine ist an der Radaufhängung befestigt und gemeinsam gefedert. Die E-Maschine kann sich jedoch aufgrund einer zusätzlichen Elastizität („Federung mit Dämpfung der E-Maschine„) relativ zur Felge 11 bewegen. Die Masse der E-Maschine 13 und die Federsteifigkeit der zusätzlichen Elastizität sind so aufeinander abgestimmt, dass eine gewünschte Entkoppelung der schnellen Schwingungen der Felge von der E-Maschine erreicht wird. Weiterhin weist die Elastizität eine ausreichende Dämpfung auf um Schwingungen ausreichend schnell zu dämpfen. Für die Übertragung des Antriebsmoments sind zwei Ausgleichselemente vorgesehen. Einmal für die Übertragung des Antriebsmomentes angeordnet zwischen dem Rotor 14 der E-Maschine und der sich drehenden Felge 11, sowie einmal für die Übertragung des Stützmomentes angeordnet zwischen dem Stator 15 der E-Maschine 13 und der stehenden gemeinsamen Trägerwelle 7 für die Felge 11 und die E-Maschine 13.
