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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Flurförderfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Flurförderfahrzeug mit der Antriebseinheit.
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Flurförderfahrzeuge werden oft mit Hilfe von lenkbaren Antrieben angetrieben, welche über ein Drehkranzlager drehbar mit dem Flurförderfahrzeug verbunden sind und Lenkbewegungen von 360 Grad und mehr auf ein lenkbares Rad des Fahrzeugs ausführen können. Zur Übersetzung des Antriebsmoments auf das Rad werden üblicherweise zweistufige Zahnradgetriebe eingesetzt, wobei üblicherweise eine erste Stufe als Stirnradstufe und eine zweite Stufe als Kegelradstufe ausgeführt ist.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 023 593 A1 offenbart eine Antriebseinheit für ein Flurförderzeug, mit einem um eine vertikale Drehachse schwenkbaren Radträger sowie einem Fahrmotor und einer Getriebeeinrichtung zum Antrieb eines Antriebsrades, wobei eine erste Getriebestufe als Zugmittelgetriebe ausgebildet ist und der Fahrmotor an einer Unterseite eines Getriebegehäuses parallel zu der Drehachse des Radträgers angeordnet ist.
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Die Druckschrift
DE 41 10 792 A1 offenbart einen lenkbaren Radantrieb für Flurförderzeuge, mit einem Getriebegehäuse und einem, diesem zugeordneten Fahrmotor sowie einem Planetendifferentialgetriebe mit einer zentralen Drehachse, wobei das Planetendifferentialgetriebe durch den Fahrmotor angetrieben wird. Der Radantrieb umfasst zudem einen, aus mindestens einer Kegelradstufe pro Abtriebsseite bestehenden Kegelradsatz, welcher über seine Kegelritzel durch das Planetendifferentialgetriebe angetrieben wird und mindestens zwei, dem Kegelradsatz zugeordneten, Antriebsrädern zwischen denen mittig eine Lenkachse verläuft, welche gleichzeitig die zentrale Drehachse des Planetendifferentialgetriebes ist.
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Die Druckschrift
DE 103 34 449 A1 offenbart eine Antriebseinheit für Flurförderfahrzeuge, mit einem Elektromotor, einer Bremse, einem Getriebe und mit einem Laufrad, wobei der Elektromotor ein AC-Motor, die Bremse eine elektromagnetische Bremse, der Motor-B-Schild und der Magnetkörperträger der Bremse einstückig ausgebildet, der Stator in das Getriebegehäuse integriert, die Motorwelle und das Antriebsritzel einstückig ausgebildet, ein Lager für die Motorwelle im Getriebegehäusedeckel angeordnet, ein Lager für die Abtriebswelle im Getriebegehäusedeckel angeordnet und das Laufrad über eine Profilverbindung mit der Abtriebswelle verbunden ist.
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Die Druckschrift
EP 0 400 275 A1 eine Antriebseinheit für ein Flurförderfahrzeug, die im Wesentlichen aus einem E-Motor, einem zweistufigen Getriebe und einem Antriebsrad besteht und um eine vertikale Achse schwenkbar im Fahrgestell des Flurförderfahrzeugs aufnehmbar ist, wobei das Antriebsglied der ersten Getriebestufe auf der Abtriebswelle des E-Motors angebracht ist und das Abtriebsglied der zweiten Getriebestufe auf einer horizontalen Abtriebswelle angebracht ist, deren eines Ende aus einem Getriebegehäuse herausragt und das Antriebsrad aufnimmt. Der E-Motor ist achsparallel zur Abtriebswelle angeordnet, das Abtriebsglied der ersten Getriebestufe ist auf einer im Getriebegehäuse gelagerten Ritzelwelle der zweiten Getriebestufe angebracht und oberhalb des Antriebsrades ist ein Schwenklager angeordnet, dessen Außenring im Getriebegehäuse aufgenommen ist und dessen Innenring auf einen sich vom Fahrgestell nach unten erstreckenden Schwenkzapfen aufgesetzt ist, dessen Achse zumindest annähernd in der mittleren Rotationsebene des Antriebsrades liegt, wobei der E-Motor den den Schwenkzapfen aufweisenden Bereich des Fahrgestells überragt.
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Die Druckschrift
EP 1 285 803 A1 offenbart ein Einradtriebwerk, insbesondere für Flurförderfahrzeuge, bestehend aus einem Getriebegehäuse mit zumindest einer Getriebestufe, einem angeflanschten Antriebsmotor und einem getriebenen Laufrad, wobei das Laufrad unmittelbar mit einem Getrieberad drehfest verbunden ist und dass das Getrieberad drehbar auf einem koaxial innen liegenden und feststehenden Stützelement gelagert ist. Das Getriebe ist zweistufig ausgebildet, wobei eine erste Getriebestufe mit einer Stirnradverzahnung dem Antriebsmotor zugeordnet ist, während eine zweite Getriebestufe mit einer Kegelradverzahnung dem Laufrad zugeordnet ist. Die beiden Getriebestufen sind durch eine in dem Gehäuse gelagerte Antriebswelle verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welche sich durch eine kompakte Bauform auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Flurförderfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und beigefügten Figuren hervor.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Antriebseinheit, welche für ein Flurförderfahrzeug ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Antriebseinheit hat insbesondere die Funktion das Fahrzeug während eines Fahrbetriebes zu Beschleunigen oder zu Verzögern
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Die Antriebseinheit weist ein Fahrzeugrad auf, welches um eine vertikale Schwenkachse schwenkbar ist. Insbesondere ist das Fahrzeugrad als ein lenkbares Fahrzeugrad ausgebildet, welches durch die Antriebseinheit in Abhängigkeit der Fahrsituation angetrieben oder abgebremst werden kann. Vorzugsweise weist das Fahrzeugrad einen Lenkwinkel von mehr als 180 Grad, vorzugsweise mehr als 360 Grad auf. Bevorzugt bildet die Antriebseinheit somit einen lenkbaren Einzelradantrieb. Insbesondere ist „vertikal“ in Bezug auf die Schwenkachse so zu verstehen, dass die Schwenkachse im eingebauten Zustand der Antriebseinheit vertikal, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zu einer Flurebene ausgerichtet ist. Vorzugsweise definiert das Fahrzeugrad eine Raddrehachse, um welche das Fahrzeugrad im Fahrbetrieb rotiert. Besonders bevorzugt ist die Raddrehachse horizontal, vorzugsweise gleichgerichtet, zu der Flurebene ausgerichtet.
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Die Antriebseinheit weist eine elektrische Antriebsmaschine auf, welche zur Erzeugung eines Antriebsmoments für das Fahrzeugrad ausgebildet und/oder geeignet ist.
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Die elektrische Antriebsmaschine ist ausgebildet, in einem Antriebsbetrieb ein elektrisches Antriebsmoment und in einem Generatorbetrieb ein elektrisches Bremsmoment auf das Fahrzeugrad zu übertragen. In dem Antriebsbetrieb wird die Antriebsmaschine insbesondere als Elektromotor eingesetzt, wobei die Antriebsmaschine elektrische Energie aus einem Energiespeicher entnimmt und in mechanische Leistung umwandelt, um das Fahrzeugrad mit dem Antriebsmoment zu beaufschlagen. In dem Generatorbetrieb wird die Antriebsmaschine insbesondere als Generator eingesetzt, wobei die Antriebsmaschine mechanische Energie mittels Rekuperation in elektrische Energie umwandelt, um das Fahrzeugrad mit dem elektrischen Bremsmoment zu beaufschlagen. In dem Generatorbetrieb wird die gewonnene elektrische Energie wieder in den Energiespeicher eingespeist.
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Die Antriebsmaschine ist koaxial zu der Schwenkachse angeordnet. Insbesondere weist die Antriebsmaschine einen Stator und einen um eine Maschinendrehachse rotierenden Rotor auf, wobei die Schwenkachse durch die Maschinendrehachse definiert ist und/oder die Schwenkachse und die Maschinendrehachse achsgleich zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Stator drehfest und/oder stationär in Bezug auf einen Fahrzeugrahmen des Fahrzeugs. Dadurch können die Versorgungs- und Signalleitungen für die elektrische Maschine fest verlegt werden.
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Die Antriebseinheit weist ein Getriebe auf, welches zur Übersetzung des Antriebsmoments auf das Fahrzeugrad ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die elektrische Antriebsmaschine über das Getriebe getriebetechnisch mit dem Fahrzeugrad verbunden. Die Antriebsmaschine ist dabei auf einer Eingangsseite bzw. einer Antriebsseite und das Fahrzeugrad auf einer Ausgangsseite bzw. einer Abtriebsseite des Getriebes angeordnet. Im Speziellen weist das Getriebe ein Übersetzungsverhältnis von i > 1 auf. Anders ausgedrückt, dient das Getriebe zur Übersetzung ins Langsame, wobei eine Drehzahl verkleinert und das übertragene Drehmoment vergrößert wird. Besonders bevorzugt ist das Getriebe relativ zu der Antriebsmaschine, insbesondere dem Stator, um die Schwenkachse schwenkbar.
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Das Getriebe weist eingangsseitig eine Eingangswelle auf, welche zur antriebstechnischen Anbindung der Antriebsmaschine ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Eingangswelle drehmomentübertragend, vorzugsweise drehfest, mit einer Antriebswelle, vorzugsweise eine durch den Rotor angetriebene Rotorwelle, der Antriebsmaschine verbunden. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Eingangswelle durch die Antriebswelle der Antriebsmaschine gebildet ist. Bevorzugt ist die Eingangswelle koaxial zur Schwenkachse bzw. der Maschinendrehachse angeordnet.
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Das Getriebe weist ausgangsseitig eine Ausgangswelle auf, welche zur antriebstechnischen Anbindung des Fahrzeugrades ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Ausgangswelle drehmomentübertragend, vorzugsweise drehfest, mit einer Abtriebswelle, vorzugsweise eine das Fahrzeugrad antreibende Radnabe, verbunden. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Ausgangswelle durch die Abtriebswelle, insbesondere die Radnabe, gebildet ist. Bevorzugt ist die Ausgangswelle koaxial zur Raddrehachse angeordnet.
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Das Getriebe weist eine zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle angeordnete Zwischenwelle auf. Insbesondere ist die Zwischenwelle gleichgerichtet zu der Eingangswelle und/oder winklig zu der Ausgangswelle angeordnet. Die Zwischenwelle ist dabei über eine erste, insbesondere eingangsseitige Getriebestufe getriebetechnisch mit der Eingangswelle verbunden und über eine zweite, insbesondere ausgangseitige Getriebestufe getriebetechnisch mit der Ausgangswelle verbunden. Die erste Getriebestufe dient insbesondere zur Bildung eines Achsabstandes zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle. Dieser Achsabstand ist notwendig, um die Zwischenwelle neben dem Fahrzeugrad platzieren zu können. Die zweite Getriebestufe dient insbesondere zur Umlenkung des Antriebsmoments von der Zwischenwelle auf die Abtriebswelle.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die erste Getriebestufe durch ein Zugmittelgetriebe gebildet ist. Das Zugmittelgetriebe kann wahlweise als ein kraftschlüssiger oder formschlüssiger Zugmitteltrieb ausgebildet sein. Insbesondere ist das Zugmittelgetriebe derart ausgebildet, dass eine Antriebsdrehzahl von der Eingangswelle auf die Zwischenwelle reduziert wird und/oder ein Antriebsmoment von der Zwischenwelle auf die Eingangswelle erhöht wird. Anders formuliert, dient das Zugmittelgetriebe zur Übersetzung ins Langsame und/oder weist ein Übersetzungsverhältnis von Betrag(i) > 1 auf.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Einbauraum der Antriebseinheit maßgeblich vom Hüllkreis des Getriebes abhängt, der meist vom Durchmesser des Stirnrades der ersten Getriebestufe bestimmt wird. Dabei ist der Durchmesser des Stirnrades im Regelfall davon abhängig, welche Übersetzung die erste Getriebestufe haben soll und welcher Achsabstand zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle überbrückt werden muss. Die Festigkeitsauslegung würde oft eine kleinere Stirnradstufe ermöglichen, die dann aber ein zusätzliches Zwischenrad zur Überbrückung des erforderlichen Achsabstands erfordert. Dafür könnte das Stirnrad im Durchmesser kleiner ausgeführt und der Hüllkreisdurchmesser des Getriebes reduziert werden. Das Zwischenrad erhöht den Aufwand und die Kosten für das Getriebe. Außerdem kann der zusätzliche Zahneingriff den Geräuschpegel des Antriebes erhöhen.
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Durch die Ausgestaltung der eingangsseitigen Getriebestufe als Zugmittelgetriebe, wird eine Antriebslösung vorgeschlagen, die ohne ein Zwischenrad auskommt und bei der der Hüllkreisdurchmesser des Getriebes dennoch reduziert werden kann. Somit wird eine Antriebseinheit vorgeschlagen, welche sich durch eine kompakte Bauweise auszeichnet. Ein weiterer Vorteil besteht zudem darin, dass das Riemengetriebe im Gegensatz zu einer Stirnradstufe keine Ölschmierung erfordert. Somit kann der Ölstand des Getriebes erheblich abgesenkt werden, wodurch eine Erwärmung des Getriebes bei hohen Drehzahlen (Wirkungsgrad) reduziert werden kann. Außerdem wird eine geringere Ölmenge benötigt, wodurch die Kosten und Betriebskosten der Antriebseinheit reduziert werden können.
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In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Zugmittelgetriebe ein drehfest mit der Eingangswelle verbundenes Antriebsrad sowie ein drehfest mit der Zwischenwelle verbundenes Abtriebsrad aufweist. Das Zugmittelgetriebe weist ein Zugmittel auf, wobei das Zugmittel das Antriebsrad und das Abtriebsrad zur Überbrückung des Achsabstands drehmomentübertragend miteinander verbindet. Insbesondere umschlingt das Zugmittel jeweils das Antriebsrad und das Abtriebsrad kraft- oder formschlüssig. Bei einer Ausgestaltung als kraftschlüssiger Zugmitteltrieb, wird das Antriebsmoment durch einen zwischen Zugmittel und Antriebsrad sowie Zugmittel und Abtriebsrad wirkenden Reibschluss übertragen. Bei einer Ausgestaltung als formschlüssiger Zugmitteltrieb, wird das Antriebsmoment durch einen zwischen Zugmittel und Antriebsrad sowie Zugmittel und Abtriebsrad wirkenden Formschluss übertragen. Es wird somit eine Antriebseinheit vorgeschlagen, welche sich durch eine einfache und variable Überbrückung des Achsabstandes zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle auszeichnet. Zudem können Toleranzen der Antriebseinheit in einfacher ausgeglichen werden, sodass die Antriebseinheit deutlich einfacher und kostengünstiger gefertigt werden kann.
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In einer konkreten Umsetzung ist das Zugmittel als ein Riemen ausgebildet. Insbesondere kann der Riemen zur kraftschlüssigen Übertragung des Antriebsmoments als ein Flachriemen, Keilriemen oder Vielkeilriemen ausgebildet sein. Das Antriebsrad und das Abtriebsrad sind hierzu vorzugsweise jeweils als eine Riemenscheibe ausgebildet. Alternativ kann der Riemen zur formschlüssigen Übertragung des Antriebsmoments als ein Zahnriemen ausgebildet sein. Das Antriebsrad und das Abtriebsrad sind hierzu vorzugsweise jeweils als eine Zahnscheibe ausgebildet. Im Speziellen ist der Riemen, insbesondere der Zahnriemen, mit Aramidfasern und/oder Glasfasern verstärkt. Insbesondere umfasst der Riemen ein integriertertes Zugelement, welches aus verstärkten, paarweise gegenläufig gezwirnten Glasfaser gebildet ist. Optional kann auf der Zahnseite des Zahnriemens ein Gewebe, vorzugsweise ein Polyamid-Gewebe, angeordnet sein. Alternativ oder optional ergänzend kann auf der Rückseite des Zahnriemens ein Polychloroprenrücken, vorzugsweise aus aramidfaserverstärktem Polychloropren, angeordnet sein.
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In einer alternativen Umsetzung ist das Zugmittel als eine Kette ausgebildet. Insbesondere ist die Kette zur formschlüssigen Übertragung des Antriebsmoments als Rollenkette oder Zahnkette ausgebildet. Das Antriebsrad und das Abtriebsrad sind hierzu vorzugsweise jeweils als eine Zahnscheibe ausgebildet. Vorzugswese sind die Kettenglieder über Bolzen gelenkig miteinander verbunden sein. Die Kette kann ein- oder mehrreihig, vorzugsweise zwei- oder dreireihig, ausgebildet sein. Im Speziellen können die Kettenglieder kugelgestrahlt sein. Insbesondere sind die Kettenglieder der Rollenkette durch Innen- und Außenlaschen gebildet, welche abwechselnd hintereinander über Bolzen gelenkig miteinander verbunden sind. Insbesondere sind die Kettenglieder der Zahnkette durch Zahnlaschen gebildet, welche in die Verzahnung der Zahnscheiben eingreifen. Optional weisen die Kettenglieder der Zahnkette seitliche Führungslaschen auf, welche die Zahnkette auf der Zahnscheibe führen.
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In einer weiteren konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Antriebsrad und das Abtriebsrad zur Übersetzung des Antriebsmoments einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Insbesondere weist das Antriebsrad zur Übersetzung ins Langsame einen kleineren Durchmesser als das Abtriebsrad auf. Prinzipiell könne der Durchmesser des Antriebsrads und des Abtriebsrads jedoch entsprechend der gewünschten Übersetzung und/oder der zu übertragenden Leistung beliebig gewählt werden. Dabei muss lediglich der Achsabstand größer sein als die Summe der Radien des Antriebsrads und des Abtriebsrads. Anders formuliert, ist der Achsabstand lediglich durch den Durchmesser des Antriebsrads und des Abtriebsrads limitiert. Dadurch kann der Durchmesser des Abtriebsrads bei vorgegebener Übersetzung der ersten Getriebestufe relativ klein gewählt werden. Es wird somit ein Getriebe vorgeschlagen, welches sich durch eine besonders kompakte Bauform auszeichnet.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass das Zugmittelgetriebe eine Spanneinrichtung aufweist, welche zum Vorspannen des Zugmittels ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Spanneinrichtung eingerichtet, eine Vorspannkraft auf das Zugmittel zu übertragen. Hierzu weist die Spanneinrichtung vorzugsweise einen gefederten und/oder verschenkbaren Spannarm auf, an welchem eine Spannrolle oder Umlenkrolle für das Zugmittel um eine Rollendrehachse drehbar gelagert ist. Die Rollendrehachse verläuft vorzugsweise parallel und/oder gleichgerichtet zu der Schwenkachse bzw. Maschinendrehachse der Antriebsmaschine. Es wird somit ein Zugmittelgetriebe vorgeschlagen, bei dem eine ausreichende Vorspannung des Zugmittels gewährleistet wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein in axialer Ansicht in Bezug auf die Schwenkachse betrachteter Hüllkreis der Antriebseinheit durch das Fahrzeugrad bestimmt ist. Der Hüllkreis ist dabei als der beim Schwenken der Antriebseinheit um die vertikale Schwenkachse benötigte Platz zu verstehen. Insbesondere ist der Hüllkreis durch den maximalen Radius des Fahrzeugrades bestimmt. Anders gesagt, ist das Getriebe und/oder die elektrische Maschine in der axialen Ansicht betrachtet vollständig innerhalb des Hüllkreises angeordnet. Der Hüllkreis ist somit vom Fahrzeugrad bestimmt und nicht durch die Kontur des Getriebes. Dadurch kann eine besonders kompakte Antriebseinheit realisiert werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die zweite Getriebestufe durch ein Winkelgetriebe gebildet ist. Vorzugsweise ist das Winkelgetriebe als ein einstufiges Winkelgetriebe ausgebildet. Die Zwischenwelle ist gleichgerichtet zu der Schwenkachse und die Ausgangswelle winklig zu der Schwenkachse angeordnet ist. Insbesondere ist zwischen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle ein Wellenwinkel von ungefähr oder genau 90 Grad gebildet. Das Winkelgetriebe dient bevorzugt dazu den Wellenwinkel zwischen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle zu überwinden.
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In einer konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass das Winkelgetriebe ein Kegelradgetriebe ist. Insbesondere zeichnet sich ein Kegelradgetriebe dadurch aus, dass die Drehachsen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen. Es wird somit ein besonders kostengünstiges Winkelgetriebe vorgeschlagen. Alternativ ist das Winkelgetriebe ein Hypoidgetriebe. Insbesondere zeichnet sich ein Hypoidgetriebe dadurch aus, dass die Drehachsen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle zueinander versetzt sind bzw. keinen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen. Beispielsweise kann durch einen positiven Achsversatz die Laufruhe und die Belastbarkeit des Winkelgetriebes verbessert werden. Es wird somit ein besonders robustes Winkelgetriebe vorgeschlagen.
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In einer konstruktiven Umsetzung ist vorgesehen, dass das Winkelgetriebe ein drehfest mit der Zwischenwelle verbundenes Kegelritzel und ein drehfest mit der Ausgangswelle verbundenes Tellerrad aufweist, wobei das Kegelritzel mit dem Tellerrad kämmend in Eingriff steht. Prinzipiell kann das Kegelritzel als separates Bauteil ausgebildet sein, welches drehfest mit der Zwischenwelle, z.B. über eine Steckverzahnung, verbunden ist. Alternativ können das Kegelritzel und die Zwischenwelle einstückig, insbesondere aus einem gemeinsamen Materialabschnitt, gefertigt sein. Insbesondere ist die Zwischenwelle als eine Kegelritzelwelle ausgeführt. Prinzipiell kann das Tellerrad als separates Bauteil ausgebildet sein, welches drehfest mit der Ausgangswelle, z.B. über eine Steckverzahnung, verbunden ist. Alternativ können das Tellerrad und die Ausgangswelle einstückig, insbesondere aus einem gemeinsamen Materialabschnitt, gefertigt sein. Bei einer Ausgestaltung als Kegelradgetriebe, weisen das Kegelritzel und das Tellerrad jeweils eine Gerad-, Schräg- oder Bogenverzahnung auf. Bei einer Ausgestaltung als Hypoidgetriebe, weisen das Kegelritzel und das Tellerrad jeweils eine Bogenverzahnung auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Getriebe ein um die Schwenkachse schwenkbar an dem Fahrzeugrahmen des Flurförderfahrzeugs befestigbares Getriebegehäuse aufweist. Insbesondere ist das Getriebegehäuse über ein Drehkranzlager um die Schwenkachse schwenkbar an dem Fahrzeugrahmen gelagert. Das Getriebegehäuse weist einen ersten Gehäuseabschnitt zur Aufnahme der ersten Getriebestufe und einen zweiten Gehäuseabschnitt zur Aufnahme der zweiten Getriebestufe auf. Insbesondere ist der erste Gehäuseabschnitt axial in Bezug auf die Schwenkachse bzw. die Maschinendrehachse in Richtung der elektrischen Maschine hin geöffnet und/oder der zweite Gehäuseabschnitt axial in Bezug auf die Raddrehachse in Richtung des Fahrzeugrades hin geöffnet. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Gehäuseabschnitt räumlich derart miteinander verbunden, dass die Zwischenwelle von dem einen in den anderen Gehäuseabschnitt geführt ist. Insbesondere definieren die beiden Gehäuseabschnitte jeweils einen Aufnahmeraum zur Aufnahme der Getriebekomponenten der jeweiligen Getriebestufe. Der erste Gehäuseabschnitt ist dabei als ein Trockenraum und der zweite Gehäuseabschnitt als ein Nassraum ausgebildet. Insbesondere ist der Nassraum mit einem Schmiermittel, vorzugsweise ein Getriebeöl, befüllt, welches zur Schmierung der zweiten Getriebestufe und ggf. der in dem zweiten Getriebeabschnitt angeordneten Lagerstellen dient. Vorzugsweise sind die in dem Trockenraum angeordneten Lagerstellen fettgeschmiert und/oder die in dem Nassraum angeordneten Lagerstellen ölgeschmiert.
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Der Nassraum ist vorzugsweise flüssigkeitsdicht abgedichtet, sodass zumindest kein Schmiermittel aus dem Nassraum in die Umgebung austreten kann. Durch die Ausgestaltung der ersten Getriebestufe als Zugmittelgetriebe muss nur noch die zweite Getriebestufe geschmiert werden, sodass der Ölstand des Getriebes deutlich abgesenkt werden kann.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Gehäuseabschnitt fluiddicht voneinander getrennt sind. Insbesondere ist der Nassraum gegenüber dem Trockenraum flüssigkeitsdicht abgedichtet, sodass ein Austritt des Schmiermittels von dem Nassraum in den Trockenraum ausgeschlossen ist. Alle in dem Trockenraum angeordneten Komponenten der ersten Getriebestufe sind dadurch vor einer Verschmutzung durch das Schmiermittel geschützt.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass das Getriebe eine Dichtungseinrichtung aufweist, welche zur fluiddichten Abdichtung es ersten Gehäuseabschnitts gegenüber dem zweiten Gehäuseabschnitt ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere sind der Nassraum und der Trockenraum über die Dichtungseinrichtung fluidtechnisch voneinander getrennt. Hierzu ist die Zwischenwelle über die Dichtungseinrichtung gegenüber dem Getriebegehäuse abgedichtet. Vorzugsweise ist die Dichtungseinrichtung als eine Rotationsdichtung ausgebildet. Die Dichtungseinrichtung kann vorzugsweise einerseits an dem Gehäuseabschnitt festgelegt sein und andererseits dichtend an der Zwischenwelle anlaufen. Die Zwischenwelle ist somit über mindestens oder genau eine Dichtstelle gegenüber dem Gehäuseabgedichtet. Optional kann das Getriebe mindestens eine weitere Dichtungseinrichtung zur Abdichtung der Zwischenwelle gegenüber dem Gehäuse aufweisen. Insbesondere ist die Zwischenwelle über mindestens zwei Zwischenwellenlager drehbar in dem Getriebegehäuse gelagert, wobei die Dichtungseinrichtung in axialer Richtung in Bezug auf die Zwischenwellendrehachse zwischen den beiden Zwischenwellenlager angeordnet ist. Somit ist das ein Zwischenwellenlager innerhalb des Trockenraums und das andere Zwischenwellenlager innerhalb des Nassraums angeordnet.
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In einer weiteren konkreten Ausgestaltung ist die Dichtungseinrichtung als ein Wellendichtring ausgebildet. Insbesondere ist der Wellendichtring als ein Radial-Wellendichtring ausgebildet. Bevorzugt sind der Trockenraum und der Nassraum über den Wellendichtring flüssigkeitsdicht voneinander abgetrennt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Flurförderfahrzeug mit der Antriebseinheit wie diese bereits zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der Ansprüche 1 bis 14. Vorzugsweise hat das Flurförderfahrzeug mindestens oder genau zwei Radachsen und mindestens oder genau drei Fahrzeugräder. Die Antriebseinheit weist genau ein angetriebenes, lenkbares Fahrzeugrad auf. Insbesondere weist das Fahrzeug eine Vorderachse mit zwei Vorderrädern und ein Hinterrad auf, wobei das Hinterrad das angetriebene, lenkbare Fahrzeugrad bildet. Alternativ kann das Fahrzeug eine Hinterachse mit zwei Fahrzeugrädern und ein Vorderrad aufweisen, wobei das Vorderrad das angetriebene, lenkbare Fahrzeugrad bildet.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer Zeichnung weiter erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Antriebseinheit als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine Schnittdarstellung der Antriebseinheit für das Fahrzeug gemäß 1;
- 3 eine axiale Ansicht eines Getriebes der Antriebseinheit gemäß 2.
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1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung ein Fahrzeug 1 mit einer Antriebseinheit 2, welche zum Antrieb des Fahrzeugs 1 eingerichtet ist. Das Fahrzeug 1 ist ein dreispuriges Flurförderfahrzeug, z.B. ein Gabelstapler und weist eine Vorderachse 3 mit einem ersten und einem zweiten Vorderrad 4, 5 sowie genau ein Hinterrad auf, welches ein angetriebenes, lenkbares Fahrzeugrad 6 des Fahrzeugs 1 bildet.
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Die Antriebseinheit 2 weist eine elektrische Antriebsmaschine 7 auf, welche über ein zweistufiges Getriebe 8 mit dem angetriebenen, lenkbaren Fahrzeugrad 6 antriebstechnisch verbunden ist. Beispielsweise ist die elektrische Antriebsmaschine 7 ein Drehstrom-Asynchronmotor, alternativ können jedoch auch andere elektrische Maschinen, wie beispielsweise Synchronmotoren, eingesetzt werden.
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Das Fahrzeug 1 weist einen elektrischen Energiespeicher 9 auf, welcher zur Bereitstellung und Speicherung von elektrischer Energie für die Antriebsmaschine 7 dient. Der elektrische Energiespeicher 9 ist beispielsweise eine Batterie bzw. ein Akkumulator. Zur Ansteuerung der Antriebmaschine 7 wird ein Inverter, nicht dargestellt, verwendet, welcher den Betriebszustand der Antriebsmaschine 7 für die jeweilige Fahrsituation regelt.
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Um das Fahrzeug 1 in einer Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung V zu bewegen bzw. zu beschleunigen, arbeitet die Antriebsmaschine 7 in einem Antriebsbetrieb, wobei die Antriebsmaschine 7 die durch den Energiespeicher bereitgestellte elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Um das Fahrzeug 1 in der Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung V zu verzögern, arbeitet die Antriebsmaschine 7 in einem Generatorbetrieb, wobei die Antriebsmaschine 7 mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt und dem Energiespeicher bereitstellt.
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2 zeigt die Antriebseinheit 2 mit dem Fahrzeugrad 6 in einer Schnittdarstellung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Antriebsmaschine 7 weist einen Stator 10 und einen Rotor 11 auf, wobei der Rotor 11 relativ zu dem Stator 10 um eine Maschinendrehachse A1 rotiert. Der Stator 10 ist drehfest mit einem Fahrzeugrahmen 12 des Fahrzeugs 1, wie in 1 gezeigt, verbunden. In einem Einbauzustand ist die Antriebsmaschine 7 vertikal angeordnet, wobei die Maschinendrehachse A1 im Wesentlichen senkrecht zu einer Flurebene E angeordnet ist. Die Flurebene E ist durch einen Untergrund definiert, auf dem das Fahrzeugrad 6 aufsteht bzw. im Betrieb abrollt. Das Fahrzeugrad 6 wird im Betrieb um eine horizontale Raddrehachse A2 rotiert, welche parallel und/oder gleichgerichtet zur Flurebene E ausgerichtet ist. Insbesondere sind die Maschinedrehachse A1 und die Raddrehachse A2 winklig, vorzugsweise rechtwinklig, zueinander ausgerichtet.
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Das Getriebe 8 ist als ein zweistufiges Getriebe ausgebildet und weist eine erste Getriebestufe G1 und eine zweite Getriebestufe G2 auf. Die beiden Getriebestufen G1, G2 sind in einem Getriebegehäuse 13 eingebaut, welches über ein Drehkranzlager 14 drehbar an dem Fahrzeugrahmen 12 angebunden ist. Das Getriebe 7 und das Fahrzeugrad 6 sind gemeinsam um die Maschinendrehachse A1 der Antriebsmaschine 7 schwenkbar, wobei die Maschinendrehachse A1 somit eine Schwenkachse S definiert. Dadurch kann die Antriebseinheit 2 gelenkt werden. Beispielsweise ist das Getriebegehäuse 13 mit einem Lenkantrieb, nicht dargestellt, verbunden, welcher eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse S auf das Getriebegehäuse 13 überträgt. Der Lenkwinkel kann in diesem Fall beliebig, also auch 360° oder größer sein.
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Das Getriebe 8 weist eine Eingangswelle 15 zur Bildung eines Getriebeeingangs und eine Ausgangswelle 16 zur Bildung eines Getriebeausgangs auf. Die Eingangswelle 15 ist dabei antriebstechnisch mit einer Antriebswelle 17 der Antriebsmaschine 7 verbunden, welche in einem Betrieb durch den Rotor 11 um die Maschinendrehachse A1 angetrieben wird. Die Ausgangswelle 16 ist antriebstechnisch mit einer als Radnabe ausgebildeten Abtriebswelle 18 verbunden, welche in einem Betrieb das Fahrzeugrad 6 um die Raddrehachse A2 antreibt. Beispielsweise sind die Ausgangswelle 16 und die Abtriebswelle 18 bzw. die Radnabe einstückig, z.B. aus einem Guss gefertigt.
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Das Getriebe 8 weist eine Zwischenwelle 19 auf, welche zwischen der Eingangswelle 15 und der Ausgangwelle 16 angeordnet ist. Die Zwischenwelle 19 ist um eine Zwischenwellendrehachse A3 drehbar in dem Getriebegehäuse 13 gelagert, wobei die eine Zwischenwellendrehachse A3 achsparallel zur Maschinendrehachse A1 und winklig, insbesondere rechtwinklig, zu der Raddrehachse A2 ausgerichtet ist. Die Zwischenwelle 19 ist dabei über die erste Getriebestufe G1 getriebetechnisch mit der Eingangswelle 15 und über die zweite Getriebestufe G2 getriebetechnisch mit der Ausgangswelle 16 verbunden. Somit bildet die erste Getriebestufe G1 eine eingangsseitige Getriebestufe und die zweite Getriebestufe G2 eine ausgangsseitige Getriebestufe. Ein Momentenpfad verläuft von der Antriebsmaschine 7 über die erste Getriebestufe G1 auf die Zwischenwelle 19 und über die zweite Getriebestufe G2 zu dem Fahrzeugrad 6.
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Die erste Getriebestufe G1 ist durch ein Zugmittelgetriebe 20 gebildet, wobei das Zugmittelgetriebe 20 hierzu ein mit der Eingangswelle 15 drehfest verbundenes Antriebsrad 21 und ein mit der Zwischenwelle 19 drehfest verbundenes Abtriebsrad 22 aufweist, welche über ein Zugmittel 23 drehmomentübertragend verbunden ist. Je nach Leistungsanforderung kann als Zugmittel 23 ein Flachriemen, ein Keilriemen, ein Vielkeilriemen, ein Zahnriemen oder eine Zahnkette verwendet werden. Entsprechend können das Antriebsrad 21 und das Abtriebsrad 22 wahlweise als Riemenscheiben oder Zahnscheiben ausgebildet sein.
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Die zweite Getriebestufe G2 ist durch ein Winkelgetriebe 24 gebildet, wobei das Winkelgetriebe 24 hierzu ein mit der Ausgangswelle 16 drehfest verbundenes Tellerrad 25 und ein mit der Zwischenwelle 19 drehfest verbundenes Kegelritzel 26 aufweist, welche kämmend miteinander in Eingriff stehen. Das Winkelgetriebe 24 dient dazu den Momentpfad von der Zwischenwelle 19 auf die Ausgangswelle 16 umzulenken. Das Winkelgetriebe 24 kann hierzu wahlweise als Kegelradgetriebe oder als Hypoidgetriebe ausgebildet sein.
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Das Getriebegehäuse 13 weist einen ersten Gehäuseabschnitt 27 zur Aufnahme der ersten Getriebestufe G1 und einen zweite Gehäuseabschnitt 28 zur Aufnahme der zweiten Getriebestufe G2 auf. Die Eingangswelle 15 ist über ein erstes und ein zweites Eingangswellenlager 29a, 29b drehbar in dem ersten Gehäuseabschnitt 27 gelagert. Die Ausgangswelle 16 ist über ein erstes und ein zweites Ausgangswellenlager 30a, 30b drehbar in dem zweiten Gehäuseabschnitt 28 gelagert. Die Zwischenwelle 19 ist von dem ersten Gehäuseabschnitt 27 in den zweiten Gehäuseabschnitt 28 geführt, wobei die Zwischenwelle 19 über ein erstes Zwischenwellenlager 31a in dem ersten Gehäuseabschnitt 28 und über ein zweites Zwischenwellenlager 31 b in dem zweiten Gehäuseabschnitt 29 drehbar gelagert ist. Beispielsweise können die Eingangswellenlager 29a, 29b, die Ausgangswellenlager 30a, 30b und die Zwischenwellenlager 31 a, 31 b als Wälzlager ausgebildet sein.
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Der erste Gehäuseabschnitt 27 ist als ein Trockenraum und der zweite Gehäuseabschnitt 28 als ein Nassraum ausgebildet. Der zweite Gehäuseabschnitt 28 ist dabei mit einem Schmiermittel, vorzugsweise einem Getriebeöl, befüllt und gegenüber dem ersten Gehäuseabschnitt 27 fluiddicht abgedichtet. Hierzu weist das Getriebe 8 eine Dichtungseinrichtung 32 auf, welche axial in Bezug auf die Zwischenwellendrehachse A3 zwischen den beiden Zwischenwellenlagern 31a, 31b angeordnet ist. Die Dichtungseinrichtung 32 dient dazu die Zwischenwelle 19 gegenüber dem Getriebegehäuse 8 abzudichten, wobei die beiden Gehäuseabschnitte 27, 28 durch die Dichtungseinrichtung 32 fluidtechnisch, insbesondere flüssigkeitsdicht, voneinander getrennt sind. Dabei können die im ersten Gehäuseabschnitt 27 angeordneten Eingangswellenlager 29a, 29b sowie das erste Zwischenwellenlager 31a fettgeschmiert und die im zweiten Gehäuseabschnitt 28 angeordneten Ausgangswellenlager 30a, 30b sowie das zweite Zwischenwellenlager 31b ölgeschmiert sein. Die Dichtungseinrichtung 32 ist als ein Wellendichtring ausgebildet, welcher einerseits an dem Getriebegehäuse 13 festgelegt und andererseits radial an der Zwischenwelle 19 dichtend anliegt.
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Durch die Ausgestaltung der ersten Getriebestufe G1 als Zugmittelgetriebe 20 ergibt sich der Vorteil, dass diese im Gegensatz zu einer Stirnradstufe nicht mit Öl geschmiert werden muss. Der Ölstand kann somit erheblich abgesenkt werden. Dadurch kann eine Erwärmung des Getriebes 8 bei hoher Drehzahl reduziert und somit der Wirkungsgrad des Getriebes 8 verbessert werden. Außerdem wird eine geringere Ölmenge benötigt, wodurch die Kosten und Betriebskosten der Antriebseinheit 2 reduziert werden können.
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3 zeigt eine axiale Ansicht des Getriebes 8 in Bezug auf die Schwenkachse S. Die erste Getriebestufe G1 dient dazu, die Antriebsdrehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 7 zu reduzieren bzw. das Antriebsdrehmoment der elektrischen Antriebsmaschine zu erhöhen. Hierzu ist ein Durchmesser D1 des Antriebsrads 21 kleiner als der Durchmesser D2 des Abtriebsrad 22 gewählt. Das Antriebsrad 21 und das Abtriebsrad 22 sind über einen Achsabstand A voneinander beabstandet. Dieser Achsabstand A ist notwendig, um die Zwischenwelle 19 neben dem Fahrzeugrad 6 platzieren zu können. Aufgrund des notwendigen Achsabstandes A und der gewünschten Übersetzung des Zugmittelgetriebes 20 ergibt sich der Durchmesser D2 des Abtriebsrads 22. Das Zugmittel 23 überwindet den Achsabstand A und überträgt die Antriebsleistung von der Eingangswelle15 auf die Zwischenwelle 19.
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Üblicherweise hängt der Einbauraum der Antriebseinheit 2 maßgeblich vom Hüllkreis HK des Getriebes 8 ab, der bei einer Ausgestaltung der ersten Getriebestufe G1 als Stirnradgetriebe, wie im Stand der Technik üblich, meist vom Durchmesser des Stirnrades bestimmt wird. Dabei ist der Durchmesser des Stirnrades im Regelfall davon abhängig, welche Übersetzung die erste Getriebestufe G1 haben soll und welcher Achsabstand A zwischen der Maschinendrehachse A1 und Zwischenwellendrehachse A3 überbrückt werden muss. Die Festigkeitsauslegung würde oft eine kleinere Stirnradstufe ermöglichen, die dann aber ein zusätzliches Zwischenrad zur Überbrückung des erforderlichen Achsabstands A erfordert. Das Zwischenrad erhöht jedoch den Aufwand und die Kosten für das Getriebe 8. Außerdem kann der zusätzliche Zahneingriff den Geräuschpegel der Antriebseinheit 2 erhöhen.
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Durch die Ausgestaltung der ersten Getriebestufe G1 als Zugmittelgetriebe 20 wird eine Antriebslösung vorgeschlagen, die ohne ein Zwischenrad auskommt und bei der der Hüllkreisdurchmesser HK des Getriebes 8 dennoch reduziert ist bzw. durch einen Durchmesser D3 des Fahrzeugrads 6 bestimmt ist. Die Durchmesser D1, D2 des kleinen Antriebsrads 21 und des großen Abtriebsrads 22 können entsprechend der gewünschten Übersetzung und der zu übertragenden Leistung gewählt werden. Der Achsabstand A wird so groß gewählt, dass die Zwischenwelle 19 sowie die Zwischenwellenlager 31a, 31b neben dem Fahrzeugrad 6 angeordnet werden können. Der Achsabstand A muss dabei größer sein als die Summe der Radien des Antriebsrads 21 und des Abtriebsrads 22. Wird diese Bedingung eingehalten, so kann der Achsabstand A ansonsten durch Verwendung eines entsprechend langen Zugmittels 23 frei gewählt werden. Der Durchmesser D2 des Abtriebsrads 22 ist somit nicht vom Achsabstand A abhängig, wobei der Hüllkreis HK im Idealfall soweit reduziert werden kann, dass er ausschließlich vom Fahrzeugrad 6 bestimmt wird und nicht durch die Kontur des Getriebegehäuses 13.
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Weiterhin weist das Getriebe 8 eine in dem ersten Gehäuseabschnitt 27 angeordnete Spanneinrichtung 33 auf, welche eingerichtet ist, das Zugmittel 23 mit einer Vorspannkraft F zu beaufschlagen. Die Spanneinrichtung 33 weist hierzu einen gelenkigen Spannarm 34 auf, an welchem eine Spannrolle 35 für das Zugmittel 23 um eine Rollendrehachse A4 drehbar gelagert ist. Der Spannarm 34 ist dabei an dem Getriebegehäuse 13 befestigt, wobei die Spannrolle 35 mit einer festgelegten bzw. festlegbaren Vorspannkraft F an dem Zugmittel 23 abwälzend abgestützt ist. Die Rollendrehachse ist achsparallel zu der Maschinendrehachse A1 und der Zwischenwellenachse A3 ausgerichtet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Antriebseinheit
- 3
- Vorderachse
- 4
- erstes Vorderrad
- 5
- zweites Vorderrad
- 6
- Fahrzeugrad
- 7
- Antriebsmaschine
- 8
- Getriebe
- 9
- Energiespeicher
- 10
- Stator
- 11
- Rotor
- 12
- Fahrzeugrahmen
- 13
- Getriebegehäuse
- 14
- Drehkranzlager
- 15
- Eingangswelle
- 16
- Ausgangswelle
- 17
- Antriebswelle
- 18
- Abtriebswelle
- 19
- Zwischenwelle
- 20
- Zugmittelgetriebe
- 21
- Antriebsrad
- 22
- Abtriebsrad
- 23
- Zugmittel
- 24
- Winkelgetriebe
- 25
- Tellerrad
- 26
- Kegelritzel
- 27
- erster Gehäuseabschnitt
- 28
- zweiter Gehäuseabschnitt
- 29a
- erstes Eingangswellenlager
- 29b
- zweites Eingangswellenlager
- 30a
- erstes Ausgangswellenlager
- 30b
- zweites Ausgangswellenlager
- 31a
- erste Zwischenwellenlager
- 32b
- zweites Zwischenwellenlager
- 33
- Spanneinrichtung
- 34
- Spannarm
- 35
- Spannrolle
- A
- Achsabstand
- A1
- Maschinendrehachse
- A2
- Raddrehachse
- A3
- Zwischenwellendrehachse
- A4
- Rollendrehachse
- D1
- Durchmesser (Antriebsrad)
- D2
- Durchmesser (Abtriebsrad)
- E
- Flurebene
- G1
- erste Getriebestufe
- G2
- zweite Getriebestufe
- HK
- Hüllkreis
- S
- Schwenkachse
