DE102017219967A1

DE102017219967A1 - Einzelradantrieb für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102017219967A1
Application number: DE102017219967.9A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mauritz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-05-09

Abstract

Es wird eine Einzelradantrieb 1 für ein Fahrzeug, mit einem Radkopf 2, wobei der Radkopf 2 eine Radnabe 3 und einen Radnabenträger 4 zur Aufnahme der Radnabe 3 aufweist, wobei die Radnabe 3 drehbar auf dem Radnabenträger 4 gelagert und relativ zu dem Radnabenträger 4 um eine Hauptdrehachse H rotierbar ist, mit einer Antriebseinheit 7, wobei die Antriebseinheit 7 eine Antriebseinrichtung 8 und eine Antriebswelle 9 aufweist, welche antriebstechnisch mit der Antriebseinrichtung 8 verbunden ist, mit einer Übertragungseinheit 10, wobei die Übertragungseinheit 10 getriebetechnisch einerseits mit der Antriebseinheit 7 und andererseits mit der Radnabe 3 gekoppelt ist, sodass das Antriebsmoment über die Übertragungseinheit 10 auf die Radnabe 3 übertragbar ist, wobei die Übertragungseinheit 10 eine Kupplungseinrichtung 11 und ein Planetengetriebe 12 aufweist, wobei die Kupplungseinrichtung 11 und das Planetengetriebe 12 getriebetechnisch miteinander gekoppelt sind, vorgeschlagen, wobei die Kupplungseinrichtung 11 und das Planetengetriebe 12 koaxial und/oder konzentrisch in Bezug auf die Hauptdrehachse H innerhalb des Radnabenträgers 4 angeordnet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einzelradantrieb für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Zum Antrieb eines oder mehrerer Räder eines Fahrzeuges sind Radnabenmotoren bekannt. Dabei kann jeweils ein Radnabenmotor in oder an einem Radkopf des Fahrzeuges verbaut sein, wobei jedes der Räder einzeln über den Radnabenantrieb direkt angetrieben werden kann. Beispielsweise findet ein derartiger Radnabenantrieb in landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen Anwendung, um den Vortrieb und die Geländegängigkeit dieser zu verbessern.
Die Druckschrift DE1905127A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart einen hydraulischen Radnabenantrieb für Schwerlastfahrzeuge zum Durchfahren eines Geschwindigkeitsbereiches, wobei mehrere Motorpaare parallel geschaltet und unmittelbar am Radnabengetriebe angeordnet sind, die entsprechend der Gangabstufung paarweise hydraulisch oder mechanisch abgeschaltet werden können.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Einzelradantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich durch eine besonders kompakte Bauform auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung.
Es wird ein Einzelradantrieb vorgeschlagen, welcher für ein Fahrzeug ausgebildet und/oder geeignet ist. Der Einzelradantrieb dient insbesondere zum Antrieb des Fahrzeuges. Vorzugsweise ist der Einzelradantrieb als ein Radnabenantrieb ausgebildet. Bevorzugt weist das Fahrzeug mindestens zwei der Einzelradantriebe auf, wobei insbesondere jeweils zwei der Einzelradantriebe an einer Achse des Fahrzeugs angeordnet sind. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Nutzfahrzeug oder ein Kraftfahrzeug sein. Beispielsweise kann das Fahrzeug als eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine oder eine Zugmaschine ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Fahrzeug als ein mehrspuriges Fahrzeug ausgebildet.
Der Einzelradantrieb weißt einen Radkopf auf. Insbesondere ist der Radkopf als ein lenkbarer und/oder bremsbarer Radkopf ausgebildet. Vorzugsweise kann der Radkopf an einer Vorderachse und/oder einer Hinterachse des Fahrzeugs verbaut sein. Im Speziellen kann der Radkopf über eine Einzelradaufhängung mit einer Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs verbunden sein.
Der Radkopf weist eine Radnabe auf, welche zur Aufnahme eines Fahrzeugrades ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere kann das Fahrzeugrad, vorzugsweise eine Felge des Fahrzeugrads, über eine Schraubverbindung mit der Radnabe verbunden sein. Ferner weist der Radkopf einen Radnabenträger auf, welcher zur Aufnahme der Radnabe ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist der Radnabenträger mit der Fahrzeugkarosserie, vorzugsweise der Einzelradaufhängung, verbunden. Bevorzugt wird eine auf den Einzelradantrieb wirkende Radlast ausschließlich von dem Radnabenträger übertragen. Beispielsweise kann der Radnabenträger mit dem Fahrzeug verschraubt werden. Optional ergänzend weist der Radkopf eine Bremseinrichtung zur Bremsung der Radnabe auf, wobei die Bremseinrichtung vorzugsweise mit der Radnabe wirkverbunden ist. Beispielsweise kann die Bremseinrichtung als eine Lamellenbremse ausgebildet sein. Im Speziellen ist ein Teil der Bremseinrichtung einerseits mit dem Radnabenträger und ein anderer Teil andererseits mit der Radnabe verbunden.
Die Radnabe ist drehbar auf dem Radnabenträger gelagert und relativ zu dem Radnabenträger um eine Hauptdrehachse rotierbar. Insbesondere ist die Radnabe über eine Lagereinrichtung auf dem Radnabenträger gelagert. Die Radnabe ist relativ zu dem Radnabenträger um eine Hauptdrehachse rotiertbar, wobei der Radnabenträger bevorzugt stationär verbleibt. Insbesondere definiert die Radnabe mit ihrer Rotationsachse die Hauptdrehachse.
Der Einzelradantrieb weist eine Antriebseinheit auf, welche zum Antrieb der Radnabe ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Antriebseinheit weist eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung eines Antriebsmoments und eine Antriebswelle zur Übertragung des Antriebsmoments auf. Vorzugsweise kann die Antriebswelle eine Antriebsverzahnung aufweisen. Die Antriebsverzahnung kann beispielsweise durch eine Außenverzahnung an der Antriebswelle oder ein separates Antriebsrad gebildet werden. Im Speziellen ist das Antriebsrad als ein Zahnrad ausgebildet und drehfest mit der Antriebswelle verbunden. Besonders bevorzugt ist die Antriebswelle als ein Motorritzel ausgebildet.
Die Antriebswelle ist antriebstechnisch mit der Antriebseinrichtung verbunden. Bevorzugt ist die Antriebswelle formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder reibschlüssig mit der Antriebseinrichtung verbunden. Vorzugsweise ist die Antriebswelle lösbar mit der Antriebseinrichtung verbunden. Im Speziellen kann die Antriebswelle einerseits an dem Radträger drehbar gelagert sein und andererseits mit der Antriebseinrichtung drehfest verbunden sein.
Der Einzelradantrieb weist eine Übertragungseinheit auf, welche zur Übertragung des Antriebsmoments auf die Radnabe ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Übertragungseinheit ist einerseits getriebetechnisch mit der Antriebseinheit und andererseits getriebetechnisch mit der Radnabe gekoppelt, sodass das Antriebsmoment über die Übertragungseinheit auf die Radnabe übertragbar ist. Die Übertragungseinheit weist eine Kupplungseinrichtung zur Unterbrechung des Antriebsmoments auf. Insbesondere ist die Kupplungseinrichtung als Reibkupplung oder als eine Formschlusskupplung oder als eine Synchronkupplung ausgebildet. Im Speziellen ist die Kupplungseinrichtung als eine Lamellenkupplung oder als eine Klauenkupplung ausgebildet. Durch die Kupplungseinrichtung kann die Antriebseinrichtung vollständig von dem Radkopf, insbesondere der Radnabe, ausgekuppelt werden.
Der Einzelradantrieb weist ein Planetengetriebe auf, welches zur Umsetzung des Antriebsmoments ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient das Planetengetriebe zur Untersetzung und/oder Übersetzung des Antriebsmoments auf die Radnabe. Das Planetengetriebe und die Kupplungseinrichtung sind getriebetechnisch miteinander gekoppelt. Optional ergänzend kann die Übertragungseinheit ein weiteres Planetengetriebe aufweisen. Die beiden Planetengetriebe sind vorzugsweise getriebetechnisch miteinander gekoppelt, sodass eine mehrstufige Getriebeanordnung durch die beiden Planetengetriebe gebildet ist.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kupplungseinrichtung und das Planetengetriebe koaxial und/oder konzentrisch in Bezug auf die Hauptdrehachse innerhalb des Radnabenträgers angeordnet sind. Insbesondere sind die Kupplungseinrichtung und/oder das Planetengetriebe vollständig innerhalb des Radnabenträgers angeordnet. Alternativ können das Planetengetriebe und/oder die Kupplungseinrichtung zumindest abschnittsweise innerhalb des Radnabenträgers angeordnet sein. Bevorzugt ist der Radnabenträger als ein Hohlkörper ausgebildet.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch die Anordnung des Planetengetriebes bzw. der Kupplungseinrichtung innerhalb des Radnabenträgers, eine besonders kompakte Bauform des Einzelradantriebs umgesetzt ist. Ferner sind die Kupplungseinrichtung und das Planetengetriebe durch die zentrale Anordnung innerhalb des Radnabenträgers leicht zugänglich in dem Radkopf angeordnet, sodass beispielsweise ein Montageaufwand und/oder ein Wartungsaufwand deutlich reduziert werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Radnabenträger einen Auflageabschnitt und einen Aufnahmeabschnitt auf. Insbesondere schließt sich der Auflageabschnitt unmittelbar an den Aufnahmeabschnitt an. Im Speziellen können der Auflageabschnitt und der Aufnahmeabschnitt einstückig, z.B. aus einem gemeinsamen Guss, oder einteilig, z.B. über eine Schweißverbindung, miteinander verbunden sein.
Die Radnabe liegt an einem Außenumfang des Auflageabschnitts an. Insbesondere weist der Auflageabschnitt eine hohlzylindrische Form auf. Bevorzugt stützt sich die Radnabe radial in Richtung der Hauptdrehachse über die Lagereinrichtung an dem Auflageabschnitt ab. Vorzugsweise bildet der Aufnahmeabschnitt einen Aufnahmeraum, wobei der Aufnahmeraum zumindest in radialer Richtung durch einen Innenumfang des Radnabenträgers begrenzt ist. Optional ergänzend kann der Aufnahmeraum in axialer Richtung durch mindestens ein Abdeckelement begrenzt sein, sodass der Aufnahmeabschnitt vorzugsweise gegenüber der Umwelt abgedichtet ist.
Das Planetengetriebe und/oder die Kupplungseinrichtung sind in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse innerhalb des Aufnahmeabschnitts angeordnet. Insbesondere sind das Planetengetriebe und/oder die Kupplungseinrichtung innerhalb eines Radbereichs angeordnet, wobei der Radbereich vorzugsweise durch die axiale Baulänge der Felge definiert ist. Bevorzugt ist der Aufnahmeabschnitt topfförmig ausgebildet, wobei der Aufnahmeabschnitt insbesondere in axialer Richtung endseitig angeordnet ist. Optional ergänzend ist die Antriebseinheit, insbesondere die Antriebswelle, zumindest abschnittsweise innerhalb des Aufnahmeabschnitts angeordnet.
In einer Weiterbildung weist die Kupplungseinrichtung einen ersten und einen zweiten Kupplungsabschnitt auf. Der erste Kupplungsabschnitt kann beispielsweise als ein Außenlamellenträger oder als eine erste Klaue und der zweite Kupplungsabschnitt kann beispielsweise als ein Innenlamellenträger oder eine zweite Klaue ausgebildet sein. Bevorzugt trägt der Außenlamellenträger mehrere Außenlamellen und der zweite Innenlamellenträger mehrere Innenlamellen. Die beiden Kupplungsabschnitte können relativ zueinander bewegbar sein. Beispielsweise weist die Übertragungseinheit eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Kupplungseinrichtung auf. Insbesondere beaufschlagt die Betätigungseinrichtung, den ersten und/oder den zweiten Kupplungsabschnitt, im Speziellen die Außenlamellen und/oder die Innenlamellen, in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse mit einer Axialkraft, sodass die Reibung zwischen den beiden Kupplungsabschnitten erhöht und/oder ein Formschluss erzeugt wird.
Insbesondere kann die als Reibkupplung ausgebildete Kupplungseinrichtung in einem unbetätigten Zustand geöffnet sein. Alternativ kann die als Reibkupplung ausgebildete Kupplungseinrichtung in einem unbetätigten Zustand geschlossen sein. Die als Klauenkupplung ausgebildete Kupplungseinrichtung ist vorzugsweise bei einem Stillstand schaltbar. Die als Synchronkupplung ausgebildet Kupplungseinrichtung ist bevorzugt unter Drehzahl schaltbar.
Der erste Kupplungsabschnitt ist getriebetechnisch mit der Antriebswelle und der zweite Kupplungsabschnitt ist getriebetechnisch mit dem Planetengetriebe verbunden. Insbesondere wird das Antriebsmoment von dem ersten Kupplungsabschnitt auf den zweiten Kupplungsabschnitt übertragen. Besonders bevorzugt sind der erste und der zweite Kupplungsabschnitt koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptdrehachse angeordnet.
In einer weiteren Konkretisierung weist die Kupplungseinrichtung einen Stirnradabschnitt auf. Der Stirnradabschnitt kann insbesondere als ein separates Stirnrad ausgebildet sein, wobei das Stirnrad vorzugsweise an seinem Außenumfang eine Stirnverzahnung aufweist. Alternativ kann der erste Kupplungsabschnitt selbst die Stirnverzahnung als den Stirnradabschnitt aufweisen, wobei hierzu der erste Kupplungsabschnitt insbesondere an seinem Außenumfang die Stirnverzahnung aufweist.
Der Stirnradabschnitt ist einerseits mit dem ersten Kupplungsabschnitt und andererseits mit der Antriebswelle wirkverbunden, sodass eine Eingangsgetriebestufe der Übertragungseinheit gebildet ist. Insbesondere steht die Stirnradverzahnung mit der Antriebsverzahnung der Antriebswelle in Eingriff. Besonders bevorzugt ist der als Stirnrad ausgebildete Stirnradabschnitt drehfest mit dem Kupplungsabschnitt verbunden. Insbesondere ist das Stirnrad formschlüssig und/oder reibschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem ersten Kupplungsabschnitt verbunden. Besonders bevorzugt ist der Stirnradabschnitt koaxial und/oder konzentrisch in Bezug auf die Hauptdrehachse bzw. zu dem ersten Kupplungsabschnitt angeordnet.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist an der radialen Innenseite des Radnabenträgers ein Verzahnungsabschnitt angeordnet. Insbesondere ist der Radnabenträger zumindest in dem Bereich des Verzahnungsabschnitts hohlzylindrisch ausgebildet. Bevorzugt kann der Verzahnungsabschnitt als eine umlaufende Innenverzahnung ausgebildet. Alternativ kann der Verzahnungsabschnitt jedoch auch als ein Hohlrad des Planetengetriebes ausgebildet sein, wobei das Hohlrad vorzugsweise drehfest mit dem Radnabenträger verbunden ist.
Das Planetengetriebe weist mehrere Planetenräder und einen Planetenträger zur Aufnahme der Planetenräder auf, wobei die Planetenräder mit dem Verzahnungsabschnitt in Eingriff stehen. Der Planetenträger ist vorzugsweise koaxial und/oder konzentrisch zur der Hauptdrehachse angeordnet. Insbesondere sind die Planetenräder auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet, welcher koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet ist.
Es ist möglich, dass im Rahmen einer Ausführung des Einzelradantriebes vorgesehen ist, dass der Planetenträger mit der Radnabe wirkverbunden ist, sodass das Antriebsmoment über den Planetenträger auf die Radnabe übertragbar ist. Prinzipiell kann der Planetenträger drehfest mit der Radnabe gekoppelt sein, sodass das Drehmoment unmittelbar auf die Radnabe übertragen wird bzw. übertragbar ist. Alternativ bildet der Planetenträger einen Getriebeeingang für das weitere Planetengetriebe, wobei das Antriebsmoment über das weitere Planetengetriebe auf die Radnabe übertragen wird bzw. übertragbar ist. Insbesondere kann das weitere Planetengetriebe einen weiteren Planetenträger aufweisen, wobei vorzugsweise der weitere Planetenträger mit der Radnabe, bevorzugt drehfest, verbunden ist.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Planetengetriebe ein Sonnenrad und eine Sonnenradwelle aufweist, wobei das Sonnenrad drehfest mit der Sonnenradwelle verbunden ist. Insbesondere steht das Sonnenrad mit den Planetenrädern in Eingriff, sodass eine Ausgangsgetriebestufe der Übertragungseinheit gebildet ist. Das Sonnenrad kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder reibschlüssig mit der Sonnenradwelle verbunden sein. Die Sonnenradwelle ist koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet. Bevorzugt bildet die Sonnenradwelle eine Verbindung zwischen der Kupplungseinrichtung und dem Planetengetriebe.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der zweite Kupplungsabschnitt drehfest mit der Sonnenradwelle verbunden ist. Der zweite Kupplungsabschnitt kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder reibschlüssig mit der Sonnenradwelle verbunden sein. Die Sonnenradwelle kann beispielsweise endseitig mindestens eine Steckverzahnung aufweisen, wobei insbesondere das Sonnenrad und/oder der zweite Kupplungsabschnitt drehfest über die Steckverzahnung mit der Sonnenradwelle verbunden sind.
In einer bevorzugten Konkretisierung ist der Stirnradabschnitt und/oder der erste Kupplungsabschnitt drehbar auf der Sonnenradwelle gelagert. Insbesondere weist die Übertragungseinheit eine weitere Lagereinrichtung auf, wobei sich der Stirnradabschnitt bzw. der erste Kupplungsabschnitt bevorzugt über die weitere Lagereinrichtung radial in Richtung der Hauptdrehachse an dem Außenumfang der Sonnenradwelle abstützt. Beispielsweise kann die weitere Lagereinrichtung als ein Wälzlager ausgebildet sein.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass ein Momentpfad von der Antriebseinheit über die Kupplungseinrichtung und das Planetengetriebe auf die Radnabe verläuft, wobei der Momentpfad durch die Kupplungseinrichtung unterbrechbar ist. Insbesondere hat der Momentenpfad seinen Ursprung in der Antriebseinrichtung und endet insbesondere in der Radnabe bzw. dem Fahrzeugrad. Bevorzugt wird der Momentpfad unterbrochen, wenn das erforderliche Antriebsmoment und/oder eine erforderliche Antriebsdrehzahl erreicht ist. Dadurch kann die Antriebseinheit frühzeitig ausgekuppelt werden, wobei beispielsweise Schleppverluste durch das mitschleppen oder ein Übertouren der Antriebseinrichtung verhindert wird. Weil insbesondere die Antriebseinrichtung aufgrund der Unterbrechung des Momentenpfades nur zu einem Bruchteil der maximal erreichbaren Geschwindigkeit des Fahrzeuges Antriebsdrehmoment zur Verfügung stellen muss, ist es bevorzugt, dass eine Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie der Antriebseinrichtung an diese geringe Geschwindigkeit angepasst sein kann. Somit kann die Antriebseinrichtung nach erforderlicher Antriebsdrehzahl bzw. Antriebsdrehmoment optimiert und dadurch weitaus kostengünstiger gewählt werden.
In einer konkreten Umsetzung verläuft der Momentenpfad von der Antriebseinrichtung über die Antriebswelle, den Stirnradabschnitt, den ersten und den zweiten Kupplungsabschnitt, die Sonnenradwelle, das Sonnenrad, den Planetenrädern und den Planetenträger auf die Radnabe. Optional ergänzend verläuft der Momentpfad über das weitere Planetengetriebe. Insbesondere weist der Planetenträger einen Wellenabschnitt auf, wobei der Wellenabschnitt beispielsweise drehfest mit einem weiteren Sonnenrad des weiteren Planetengetriebes verbunden sein kann oder zumindest endseitig eine Außenverzahnung aufweist sodass der Wellenabschnitt selbst als eine Art Sonnenrad ausgebildet ist. Somit verläuft der Momentenpfad vorzugsweise über den Planetenträger und anschließend über den weiteren Planetenträger zu der Radnabe.
In einer bevorzugten Konkretisierung definiert die Antriebswelle eine Motorachse, wobei die Motorachse achsparallel zu der Hauptdrehachse angeordnet ist. Insbesondere definiert die Antriebswelle mit ihrer Rotationsachse und/oder ihrer Längsachse die Motorachse.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung koaxial zu der Motorachse angeordnet ist. Insbesondere weist die Antriebseinrichtung ein zylinderförmiges Gehäuse auf, wobei bevorzugt das Gehäuse koaxial zu der Motorachse angeordnet ist. Im Speziellen ist die Abtriebseinrichtung als ein Standardmotor mit einem Standardgehäuse ausgebildet.
In einer bevorzugten konstruktiven Umsetzung ist die Antriebseinrichtung drehfest mit dem Radnabenträger verbunden. Insbesondere kann die Antriebseinrichtung reibschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig, bevorzugt jedoch lösbar, mit dem Radnabenträger verbunden sein. Beispielsweise ist die Antriebswelle über eine Steckverzahnung mit der Antriebseinrichtung verbunden. Beispielsweise ist das Gehäuse mit dem Radnabenträger verschraubt. Somit wird eine besonders einfache Montage der Antriebseinrichtung vorgeschlagen, wobei der Montageaufwand deutlich reduziert werden kann. Ferner wird dadurch der Einsatz von kostengünstigen Standardmotoren ermöglicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung als ein Elektromotor ausgebildet ist. Insbesondere kann der Elektromotor eine hohe Antriebsdrehzahl erzeugen, wobei der Elektromotor vorzugsweise in einem Antriebsbetrieb dadurch einen günstigen Betriebspunkt aufweist.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert, wobei weitere Vorteile, Merkmale und Wirkungen der Figurenbeschreibung zu entnehmen sind. Es zeigen:

1 ein Einzelradantrieb in einer Schnittdarstellung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in Längsschnittdarstellung entlang einer Hauptdrehachse H einen Einzelradantrieb 1 für ein Fahrzeug. Beispielsweise kann das Fahrzeug ein LKW, PKW oder eine Landmaschine sein. Beispielsweise sind jeweils zwei der Einzelradantriebe 1 an einer Vorderachse und/oder Hinterachse des Fahrzeugs angeordnet. Der Einzelradantrieb 1 dient insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrzeugrads. Bevorzugt ist der Einzelradantrieb 1 als ein Radnabenantrieb ausgebildet.
Der Einzelradantrieb 1 weist einen Radkopf 2 zur Aufnahme des Fahrzeugrads auf. Beispielsweise ist der Radkopf 2 als ein lenkbarer Radkopf einer lenkbaren Vorderachse und/oder Hinterachse ausgebildet. Alternativ kann der Radkopf auch als ein starrer bzw. gestellfester Radkopf einer starren Vor- bzw. Hinterachse ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Radkopf 2 über eine Radaufhängung, z.B. Einzelradaufhängung, mit einer Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs federnd und/oder dämpfend verbunden sein.
Der Radkopf 2 weist eine Radnabe 3 und einen Radnabenträger 4 auf, wobei die Radnabe 3 drehbar auf dem Radnabenträger 4 gelagert ist. Während eines Fahrbetriebes des Fahrzeugs rotiert die Radnabe 3 um eine Hauptdrehachse H, wobei der Radnabenträger 4 stationär und/oder gestellfest verbleibt. Beispielsweise definiert die Radnabe 3 die Hauptdrehachse H mit ihrer Rotationsachse. Die Radnabe 3 und der Radnabenträger 4 sind koaxial und/oder konzentrisch in Bezug auf die Hauptdrehachse H angeordnet.
Die Radnabe 3 dient zur Aufnahme des Fahrzeugrads. Das Fahrzeugrad weist vorzugsweise eine Felge 5 auf, wobei die Felge 5 beispielsweise mittels einer Schraubverbindung mit der Radnabe 3 drehfest verbunden ist. Der Radkopf 2 weist eine Bremseinrichtung 6 auf, wobei die Bremseinrichtung 6 einerseits mit der Radnabe 3 und andererseits mit dem Radnabenträger 4 wirkverbunden ist. Die Bremseinrichtung 6 dient zur Bremsung des Fahrzeugrades, insbesondere der Radnabe 3. Beispielsweise ist die Bremseinrichtung 6 als eine Lamellenbremse ausgebildet.
Der Radnabenträger 4 weist einen Auflageabschnitt 4a und einen Aufnahmeabschnitt 4b auf. Beispielsweise ist der Radnabenträger 4 einstückig aus einem Guss gefertigt, wobei sich der Auflageabschnitt 4a unmittelbar an den Aufnahmeabschnitt 4b anschließt. Der Radnabenträger 4 ist als ein Hohlkörper, zumindest annähernd hohlzylindrisch, ausgebildet, wobei der Radnabenträger 4 mit einer in Bezug auf die Hauptdrehachse H axial verlaufenden Öffnung durchsetzt ist. Der Aufnahmeabschnitt 4b ist beispielsweise als eine topfförmige Verbreiterung am axialen Ende des Radnabenträgers 4 ausgebildet.
Die Radnabe 3 stützt sich beispielsweise über mindestens zwei Wälzlager, als eine Lagereinrichtung, in radialer Richtung an einem Außenumfang des Auflageabschnitts 4a ab. Der Radnabenträger 4 kann beispielsweise einen Anbindungsabschnitt, nicht dargestellt, aufweisen, wobei der Radnabenträger 4 über den Anbindungsabschnitt z.B. mit der Fahrzeugkarosserie, insbesondere der Radaufhängung, verbunden bzw. verschraubt ist. Somit werden die auf den Einzelradantrieb 1 wirkenden Radlasten ausschließlich über den Radnabenträger 4 an die Fahrzeugkarosserie weitergeleitet.
Der Einzelradantrieb 1 weist eine Antriebseinheit 7 auf, wobei die Antriebseinheit 7 eine Antriebseinrichtung 8 und eine Antriebswelle 9 aufweist. Die Antriebswelle 9 ist beispielsweise als ein Motorritzel und die Antriebseinrichtung 8 als ein Elektromotor ausgebildet. Die Antriebswelle 9 kann über eine Steckverzahnung lösbar und drehfest mit der Antriebseinrichtung 8 verbunden sein. Die Antriebseinrichtung 8 ist drehfest mit dem Radnabenträger 4 verbunden, z.B. verschraubt, sodass eine einfache Montage der Antriebseinrichtung 8 realisiert wird.
Die Antriebseinrichtung 8 dient insbesondere zur Erzeugung eines Antriebsmoments, wobei in einem Antriebsbetrieb die Antriebswelle 9 um eine Motorachse M rotiert. Beispielsweise definiert die Antriebswelle 9 mit ihrer Rotationsachse bzw. Längsachse die Motorachse M. Die Antriebseinrichtung 8 ist koaxial zu der Motorachse M angeordnet, wobei die Motorachse M achsparallel zu der Hauptdrehachse H verläuft. Die Antriebswelle 9 erstreckt sich in axialer Richtung in Bezug auf die Motorachse M größtenteils innerhalb des Aufnahmeabschnitts 4b. Beispielsweise ist die Antriebswelle 9 an ihrem freien Ende an dem Radnabenträger 4 innerhalb des Aufnahmeabschnitts 4b drehbar gelagert.
Der Einzelradantrieb 1 weist eine Übertragungseinheit 10 zur Übertragung des Antriebsmoments auf die Radnabe 3 auf. Die Übertragungseinheit 10 weist eine Kupplungseinrichtung 11 und ein Planetengetriebe 12 auf. Die Übertragungseinheit 10 ist vollständig innerhalb des Radnabenträgers 4 angeordnet, wobei die Kupplungseinrichtung 11 und das Planetengetriebe 12 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse hauptsächlich innerhalb des Aufnahmeabschnitts 4b angeordnet sind. Die Kupplungseinrichtung 11 und das Planetengetriebe 12 sind getriebetechnisch miteinander gekoppelt. Der Aufnahmeabschnitt 4b kann in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse H geöffnet sein, wobei der Aufnahmeabschnitt 4b zumindest in Richtung der Antriebseinheit 7 durch ein Abdeckelement 13, z.B. Deckel, Kappe etc., begrenzt ist. Somit ergibt sich insbesondere für die Übertragungseinheit 10 eine besonders kompakte Bauform, welche ausschließlich innerhalb des Radnabenträgers 4 und leicht zugänglich angeordnet ist.
Die Kupplungseinrichtung 11 weist einen ersten und einen zweiten Kupplungsabschnitt 11 a, b sowie einen Stirnradabschnitt 14 auf. Die Kupplungseinrichtung 11, insbesondere der Stirnradabschnitt 14 sowie der erste und der zweite Kupplungsabschnitt 11a, b sind koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptdrehachse H angeordnet. Der Stirnradabschnitt 14 ist als ein Stirnrad ausgebildet, welches an seinem Außenumfang eine Stirnradverzahnung trägt. Der Stirnradabschnitt 14 und die Antriebswelle 9 sind getriebetechnisch miteinander verbunden, wobei in einem Antriebsbetrieb die Stirnradverzahnung mit der als Motorritzel ausgebildeten Antriebswelle 9 kämmt. Beispielsweise bilden die Antriebswelle 9 und der Stirnradabschnitt 14 eine Eingangsgetriebestufe der Übertragungseinheit 10.
Der Stirnradabschnitt 14 ist drehfest mit dem ersten Kupplungsabschnitt 11a verbunden, sodass das Antriebsmoment von dem Stirnradabschnitt 14 unmittelbar auf den ersten Kupplungsabschnitt 11a übertragen wird. In bevorzugter Weise ist die Kupplungseinrichtung als eine Lamellenkupplung ausgebildet, wobei der erste Kupplungsabschnitt 11a beispielsweise als ein Außenlamellenträger ausgebildet ist und wobei der erste Kupplungsabschnitt 11a mehrere Außenlamellen trägt. Der zweite Kupplungsabschnitt 11b ist beispielsweise als ein Innenlamellenträger ausgebildet, wobei der zweite Kupplungsabschnitt 11b mehrere Innenlamellen trägt.
Das Planetengetriebe 11 weist einen Planetenträger 15, mehrere Planetenräder 16, ein Sonnenrad 17 sowie eine Sonnenradwelle 18 auf. Der Planetenträger 15 ist koaxial innerhalb des Radnabenträgers 4, insbesondere des Aufnahmeabschnitts 4b angeordnet. Beispielsweise bildet der Planetenträger 15 einen Getriebeeingang für ein weiteres Planetengetriebe 19. Das weitere Planetengetriebe 19 weist beispielsweise einen weiteren Planetenträger 20 auf, welcher drehfest mit der Radnabe 3 verbunden ist. Der Planetenträger 15 dient zur Aufnahme der Planentenräder 16, wobei die Planetenräder 16 in Umlaufrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet auf dem Planetenträger 15 angeordnet sind.
Die Sonnenradwelle 18 und das Sonnenrad 17 sind drehfest miteinander verbunden, wobei die Sonnenradwelle 18 zugleich die Verbindung zwischen der Kupplungseinrichtung 11 und dem Planetengetriebe 12 bildet. Die Sonnenradwelle 18 ist koaxial zu der Hauptdrehachse H angeordnet. Der zweite Kupplungsabschnitt 11b ist ebenfalls drehfest mit der Sonnenradwelle 18 verbunden. Beispielsweise kann die Sonnenradwelle 18 endseitig jeweils eine Steckverzahnung aufweisen, sodass der zweite Kupplungsabschnitt 11b und das Sonnenrad 17 jeweils in Umlaufrichtung in Bezug auf die Hauptdrehachse H formschlüssig mit der Sonnenradwelle 18 verbunden sind.
Der Stirnradabschnitt 14 stützt sich beispielsweise über ein erstes Wälzlager, als weitere Lagereinrichtung, an einem Außenumfang der Stirnradwelle 18 und optional ergänzend an einer radialen Innenseite des Aufnahmeabschnitts 4b über ein zweites Wälzlager, als die weitere Lagereinrichtung, ab. Der Stirnradabschnitt 14 ist somit relativ zu dem Planetenträger 15 drehbar auf der Stirnradwelle 18 gelagert. Somit ergibt sich eine besonders kompakte und platzsparende Anordnung der Kupplungseinrichtung 11 in dem Aufnahmeabschnitt 4b.
An einer radialen Innenseite des Radnabenträgers 4 ist ein Verzahnungsabschnitt 21 angeordnet. Der Verzahnungsabschnitt 21 ist als eine umlaufende Innenverzahnung ausgebildet und bildet somit eine Art Hohlrad für das Planetengetriebe 12. Der Verzahnungsabschnitt 21 ist beispielsweise drehfest mit dem Radnabenträger 4 verbunden oder ist bevorzugt ein Bestandteil des Radnabenträgers 4. Somit verbleibt der Verzahnungsabschnitt 21 beispielsweise während des Antriebs- bzw. Fahrtbetriebes stationär und/oder gestellfest. Die Planetenräder 16 stehen einerseits mit dem Sonnenrad 17 und andererseits mit dem Verzahnungsabschnitt 21 in Eingriff, sodass eine Ausgangsgetriebestufe der Übertragungseinheit 10 gebildet ist.
Während des Antriebsbetriebes der Antriebseinheit 7 treibt die Antriebseinrichtung 8 über die Antriebswelle 9 den Stirnradabschnitt 14 an, welcher mit dem ersten Kupplungsabschnitt 11a drehfest verbunden ist. Beispielsweise kann auch anstatt des Stirnrads, der erste Kupplungsabschnitt 11a selbst die Stirnverzahnung aufweisen, welche mit dem Motorritzel in Eingriff steht. Beispielsweise stehen die Außenlamellen mit dem ersten Kupplungsabschnitt 11a in drehfester Verbindung. Die Innenlamellen sind mit dem zweiten Kupplungsabschnitt 11 b drehfest verbunden. Durch Reibschluss zwischen den Außen- und den Innenlamellen wird die schnelllaufende Sonnenradwelle 18 angetrieben, welche wiederum den Planetenträger 15 antreibt. Hierzu kann die Kupplungseinrichtung 11 beispielsweise eine Betätigungseinrichtung aufweisen, welche eine in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse H wirkende Axialkraft auf mindestens einen der beiden Kupplungsabschnitte 11a, b bzw. deren Lamellen erzeugt. Die Kupplungseinrichtung 11 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie an einem Ende des schnelllaufenden Planetenträgers 15 montiert und auch an diesem gelagert ist.
Während des Antriebsbetriebes verläuft ein Momentenpfad von der Antriebseinrichtung 8 über die Antriebwelle 9, den Stirnradabschnitt 14, den ersten und den zweiten Kupplungsabschnitt 11a, b, die Sonnenradwelle 18, das Sonnenrad 17, den Planetenträger 15 auf das weitere Planentengetriebe 19 und dessen weiteren Planetenträgers 20 auf die Radnabe 3. Durch Öffnen der Kupplungseinrichtung 11 kann der Momentpfad unterbrochen werden, sodass die Antriebseinheit 7 von der Radnabe 3, insbesondere während des Fahrtbetriebes, vollständig entkuppelbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Einzelradantrieb
2: Radkopf
3: Radnabe
4: Radnabenträger
4a: Auflageabschnitt
4b: Aufnahmeabschnitt
5: Felge
6: Bremseinrichtung
7: Antriebseinheit
8: Antriebseinrichtung
9: Antriebswelle
10: Übertragungseinheit
11: Kupplungseinrichtung
11a: erster Kupplungsabschnitt
11b: zweiter Kupplungsabschnitt
12: Planetengetriebe
13: Abdeckelement
14: Stirnradabschnitt
15: Planetenträger
16: Planetenräder
17: Sonnenrad
18: Sonnenradwelle
19: weiteres Planentengetriebe
20: weiterer Planetenträger
H: Hauptdrehachse
M: Motorachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1905127 A1 [0003]

Claims

Einzelradantrieb (1) für ein Fahrzeug, mit einem Radkopf (2), wobei der Radkopf (2) eine Radnabe (3) zur Aufnahme eines Fahrzeugrades und einen Radnabenträger (4) zur Aufnahme der Radnabe (3) aufweist, wobei die Radnabe (3) drehbar auf dem Radnabenträger (4) gelagert und relativ zu dem Radnabenträger (4) um eine Hauptdrehachse (H) rotierbar ist, mit einer Antriebseinheit (7) zum Antrieb der Radnabe (3), wobei die Antriebseinheit (7) eine Antriebseinrichtung (8) zur Erzeugung eines Antriebsmoments und eine Antriebswelle (9) aufweist, wobei die Antriebswelle (9) antriebstechnisch mit der Antriebseinrichtung (8) verbunden ist, mit einer Übertragungseinheit (10) zur Übertragung des Antriebsmoments auf die Radnabe (3), wobei die Übertragungseinheit (10) getriebetechnisch einerseits mit der Antriebseinheit (7) und andererseits mit der Radnabe (3) gekoppelt ist, sodass das Antriebsmoment über die Übertragungseinheit (10) auf die Radnabe (3) übertragbar ist, wobei die Übertragungseinheit (10) eine Kupplungseinrichtung (11) zur Unterbrechung des Antriebsmoments und ein Planetengetriebe (12) zur Umsetzung des Antriebsmoments aufweist, wobei die Kupplungseinrichtung (11) und das Planetengetriebe (12) getriebetechnisch miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (11) und das Planetengetriebe (12) koaxial und/oder konzentrisch in Bezug auf die Hauptdrehachse (H) innerhalb des Radnabenträgers (4) angeordnet sind.
Einzelradantrieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radnabenträger (4) einen Auflageabschnitt (4a) und einen Aufnahmeabschnitt (4b) aufweist, wobei die Radnabe (3) auf einem Außenumfang des Auflageabschnitt (4a) aufliegt und wobei die Kupplungseinrichtung (11) und/oder das Planetengetriebe (12) in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse (H) innerhalb des Aufnahmeabschnitts (4b) angeordnet sind.
Einzelradantrieb (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (11) einen ersten und einen zweiten Kupplungsabschnitt (11a, b) aufweist, wobei der erste Kupplungsabschnitt (11a) getriebetechnisch mit der Antriebswelle (9) und der zweite Kupplungsabschnitt (11b) getriebetechnisch mit dem Planetengetriebe (12) verbunden ist.
Einzelradantrieb (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (11) einen Stirnradabschnitt (14) aufweist, wobei der Stirnradabschnitt (14) einerseits mit dem ersten Kupplungsabschnitt (11a) und andererseits mit der Antriebswelle (9) wirkverbunden ist, sodass eine Eingangsgetriebestufe der Übertragungseinheit (10) gebildet ist.
Einzelradantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der radialen Innenseite des Radnabenträgers (4) ein Verzahnungsabschnitt (21) angeordnet ist und dass das Planetengetriebe (12) mehrere Planetenräder (16) und einen Planetenträger (15) zur Aufnahme der Planetenräder (16) aufweist, wobei die Planetenräder (16) mit dem Verzahnungsabschnitt (21) in Eingriff stehen.
Einzelradantrieb (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (15) mit der Radnabe (3) wirkverbunden ist, sodass das Antriebsmoment über den Planetenträger (15) auf die Radnabe (3) übertragbar ist.
Einzelradantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (12) ein Sonnenrad (17) und eine Sonnenradwelle (18) aufweist, wobei das Sonnenrad (17) drehfest mit der Sonnenradwelle (18) verbunden ist, wobei die Sonnenradwelle (18) koaxial zu der Hauptdrehachse (H) angeordnet ist.
Einzelradantrieb (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kupplungsabschnitt (11b) drehfest mit der Sonnenradwelle (18) verbunden ist.
Einzelradanatrieb (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirnradabschnitt (14) und/oder der erste Kupplungsabschnitt (11a) drehbar auf der Sonnenradwelle (18) gelagert ist.
Einzelradantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Momentpfad von der Antriebseinheit (7) über die Kupplungseinrichtung (11) und das Planetengetriebe (12) auf die Radnabe (3) verläuft, wobei der Momentpfad durch die Kupplungseinrichtung (11) unterbrechbar ist.
Einzelradantrieb (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Momentenpfad von der Antriebseinrichtung (8) über die Antriebswelle (9), den Stirnradabschnitt (14), den ersten und den zweiten Kupplungsabschnitt (11a, b), die Sonnenradwelle (18), das Sonnenrad (17), den Planetenrädern (16) und den Planetenträger (15) auf die Radnabe (3) verläuft.
Einzelradantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (9) eine Motorachse (M) definiert, wobei die Motorachse (M) achsparallel zu der Hauptdrehachse (H) angeordnet ist.
Einzelradantrieb (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (8) koaxial zu der Motorachse (M) angeordnet ist.
Einzelradantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (8) drehfest mit dem Radnabenträger (4) verbunden ist.
Einzelradantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (8) als ein Elektromotor ausgebildet ist.