DE19732637C2 - Elektrischer Antrieb für eine Radnabe - Google Patents

Elektrischer Antrieb für eine Radnabe

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Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für eine Radnabe eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges.
Aus der US 19 97 974 ist ein gattungsgemäßen Antrieb bekannt.
Bei diesem Antrieb sind sowohl der Rotor als auch der "Stator" drehbar gelagert und rotieren in Gegenrich­ tung, was zwar einerseits höhere Luftspaltgeschwindig­ keiten und somit höhere Leistungen erzeugen soll, an­ dererseits jedoch zu einer sehr starken Komplizierung des mechanischen Aufbaus dieses Antriebs führt, insbe­ sondere was die Lagerung von Rotor und "Stator" sowie die Zuführung von Versorgungsleitungen anbelangt.
Es ist bei diesem Antrieb nämlich nachteiligerweise notwendig, die zentrale Ritzelwelle hohl auszuführen, um Versorgungsleitungen in derselben unterbringen zu können. Dadurch wird der Durchmesser der Ritzelwelle größer und es entstehen sehr starke Einschränkungen bezüglich des Untersetzungsverhältnisses des Getrie­ bes. Dadurch ist für den Fahrantrieb letztendlich nur eine sehr geringe Leistung zu erzielen.
Aus der DE 41 10 638 A1 ist ein weiterer elektrischer Antrieb für eine Radnabe bekannt. Durch die dort be­ schriebene Konstruktion sollen bei einem Kraftfahrzeug die Bauteile Stufenschaltgetriebe, Drehmomentwandler und Antriebswellen in Fortfall kommen und somit Ge­ wicht und Aufwand eingespart werden können.
Bei diesem Antrieb ist jedoch nachteilig, daß er in axialer Richtung relativ breit baut. Durch eine not­ wendige konstruktive Ausarbeitung des dort nur schema­ tisch dargestellten Getriebes verbreitert sich der Antrieb noch zusätzlich. Insbesondere bei der Verwen­ dung des Antriebes in Omnibussen ergibt sich durch eine solche große axiale Baubreite des Antriebs für die Radnabe ein relativ schmaler Durchgang für die Passagiere des Omnibusses.
Ein weiteres Problem des dort dargestellten elektri­ schen Antriebes ist seine relativ geringe Dauerlei­ stung, die für einen Einsatz des Omnibusses in der Praxis bei weitem nicht ausreicht. Versuche, die Dau­ erleistung des elektrischen Antriebes zu erhöhen, füh­ ren jedoch ebenfalls nur zu einer zusätzlichen Erhö­ hung der Baubreite des Antriebes.
Weitere elektrische Antriebe für eine Radnabe eines Kraftfahrzeuges sind aus der DE-PS 21 09 372, der DE- OS 18 06 022 sowie der US 38 97 843 bekannt.
Auch diese Antriebe haben jedoch den Nachteil einer großen Baubreite bei relativ geringer Dauerleistung.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb für eine Radnabe eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, welcher bei relativ geringer Baubreite eine möglichst hohe Dauerleistung aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die Anordnung des Untersetzungsgetriebes unmit­ telbar innerhalb des Stators ergibt sich eine sehr geringe Baubreite des elektrischen Antriebes, da die­ ser fast vollständig in die Kontur des Rades inte­ griert ist und folglich kaum breiter baut als das Rad selbst. Dadurch verbleibt bei der Verwendung des An­ triebes in Omnibussen sehr viel mehr Platz für einen Durchgang für Passagiere als bisher bekannt.
Durch die Anordnung des Rotors außerhalb des Stators kann der Durchmesser des Rotors sehr groß gewählt wer­ den, wodurch ein sehr großer Luftspaltdurchmesser zwi­ schen dem Rotor und dem Stator entsteht und letztend­ lich der elektrische Antrieb eine sehr große Leistung aufbringen kann. Weiterhin ergibt sich dadurch ein sehr hohes Drehmoment, wodurch die Untersetzung des Untersetzungsgetriebes relativ gering gewählt werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung müssen lediglich dem innenliegenden Stator Versorgungsleitungen zuge­ führt werden, wodurch sich die Konstruktion des An­ triebes erheblich vereinfacht. Es ist nicht mehr not­ wendig, eine hohle Ritzelwelle vorzusehen, um darin die Versorgungsleitungen unterbringen zu können, wo­ durch die Ritzelwelle noch kleiner ausgebildet werden kann und somit eine noch kleinere Untersetzung möglich ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnungen prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Achse eines Kraftfahrzeuges im Schnitt mit dem erfindungsgemäßen elektrischen An­ trieb für eine Radnabe;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des elektrischen Antriebes für eine Radnabe aus Fig. 1; und
Fig. 3 einen um 90° verdrehten Schnitt des in Fig. 2 dargestellten elektrischen Antriebes für eine Radnabe.
Fig. 1 zeigt eine Achse 1 eines nicht näher darge­ stellten Kraftfahrzeuges, z. B. eines Omnibusses, wobei der Übersichtlichkeit wegen die Schraffuren weggelas­ sen wurden. An jedem Ende weist die Achse 1 Räder 2 auf, die in diesem Fall als Zwillingsräder 2 mit je­ weils einem äußeren Rad 2a und einem inneren Rad 2b ausgeführt sind. Die Räder 2 weisen in bekannter Weise Felgen 3 und Reifen 4 auf. Auf jeweils einer Seite der Achse ist das äußere Rad 2a mit dem inneren Rad 2b durch eine Radnabe 5 verbunden.
Innerhalb der Räder 2 befindet sich jeweils ein elek­ trischer Antrieb 6 mit einem Elektromotor 7, welcher sich im wesentlichen in dem äußeren Rad 2b befindet. Der Elektromotor 7 ist auf der linken Seite der Achse 1 im Schnitt und auf der rechten Seite der Achse 1 im geschlossenen Zustand dargestellt.
Da die einzelnen Bauteile des Elektromotors 7 in den Fig. 2 und 3 besser erkennbar sind, wird im folgen­ den auf diese Figuren Bezug genommen.
Zur Erzielung einer Drehbewegung weist der Elektromo­ tor 7 einen Stator 8 sowie einen Rotor 9 auf. Der Sta­ tor 8 ist dabei in bekannter Weise bewickelt und der Rotor 9 ist als Käfigläufer ausgebildet. In der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem Elektromotor 7 somit um einen Dreh­ strom-Asynchronmotor. Selbstverständlich kann der Ro­ tor 9 auch mit nicht dargestellten Permanentmagneten versehen sein und der Elektromotor 7 somit als Syn­ chron- bzw. Servomotor ausgebildet sein.
Entgegen der im Elektro-Maschinenbau üblichen Bauweise ist bei dem Elektromotor 7 der Rotor 9 hohl ausgebil­ det und außerhalb des Stators 8 angeordnet. Zwischen dem Stator 8 und dem Rotor 9 befindet sich ein Luftspalt 10, dessen Mantelfläche für die Leistung des Elektromotors 7 eine maßgebende Rolle spielt. Da der Rotor 9 und somit auch der Luftspalt 10 durch die An­ ordnung des Rotors 9 außerhalb des Stators 8 einen sehr großen Durchmesser aufweist, ist die Mantelfläche des Luftspaltes 10 konstruktionsbedingt sehr hoch, wodurch sich auch eine hohe Dauerleistung für den Elektromotor 7 ergibt.
Der Rotor 9 ist über ein Verbindungselement 11 mit einer Ritzelwelle 12 verbunden, welche durch eine Wälzlagereinrichtung 13 gelagert ist.
Der Stator 8 ist hohl ausgebildet und in seinem Inne­ ren befindet sich ein als Planetengetriebe 14 ausge­ bildetes Untersetzungsgetriebe. Auf der Ritzelwelle 12 ist dabei ein Sonnenrad 15 des Planetengetriebes 14 angeordnet. Das Sonnenrad 15 steht im Eingriff mit Planetenrädern 16, welche sich auf einem Planetenrad­ träger 17 befinden und mit einem Hohlrad 18 in Ein­ griff stehen.
Der Planetenradträger 17 ist durch Schrauben 19 mit einem Gehäuseteil 20 des Planetengetriebes 14 verbun­ den und somit festgesetzt. Durch diese Anordnung dre­ hen sich die Planetenräder 16 um ihre eigene, immer am selben Ort verbleibende Achse und übertragen die Dreh­ bewegung des Sonnenrades 15 auf das Hohlrad 18.
Da der prinzipielle Aufbau des Planetengetriebes 14, sowie die Verzahnungen des Sonnenrades 15, der Plane­ tenräder 16 und des Hohlrades 18, über welche diese Bauteile jeweils miteinander in Eingriff stehen, in bekannter Weise ausgeführt sind, wird auf diese nicht näher eingegangen.
Der oben beschriebene Aufbau des elektrischen Antrie­ bes 6 resultiert in einer sehr geringen Baubreite, wodurch die Breite eines Durchganges des Omnibusses, in welchem der elektrische Antrieb 6 sich befinden kann, sehr groß sein kann. Bei der beschriebenen Achse 1 ist z. B. das am weitesten hervortretende Bauteil ein nicht dargestellter oberer Querlenker.
Diese große Gangbreite wird zusätzlich dadurch ermög­ licht, daß der elektrische Antrieb 6 sehr nah am äuße­ ren Ende der Achse 1 in dem äußeren Rad 2a plaziert ist.
Die Radnabe 5 wird über eine Abtriebseinrichtung 21, welches ebenfalls über eine Verzahnung mit dem Hohlrad 18 in Eingriff steht, angetrieben. Die Abtriebsein­ richtung 21 stützt sich über ein Kegelrollenlager 22 an einem Achsrohr 23 der Achse 1 ab.
Durch das Achsrohr 23 sind für das Betreiben des Elek­ tromotors 7 Elektroleitungen 24 und Kühlwasserleitun­ gen 25 geführt. Die Kühlwasserleitungen 25 dienen da­ bei zur Kühlung eines Blechpaketes 26 des Stators 8, wodurch der Elektromotor 7 eine noch höhere Dauer­ leistung aufbringen kann. Zur Durchführung des Kühl­ wassers durch das Gehäuseteil 20 weist dieses einen umlaufenden Ringspalt 27 auf.
Innerhalb des inneren Rades 2b befindet sich eine Bremseinrichtung 28, welche in diesem Fall als hydrau­ lisch betätigte Scheibenbremse ausgebildet ist. Da die Bremseinrichtung 28 bei gleichen Betätigungskräften wie eine vergleichbare pneumatische Bremseinrichtung sehr viel höhere Drücke aufbringen kann, benötigt die Bremseinrichtung 28 in axialer Richtung sehr wenig Bauraum, was zu einer weiteren Verkleinerung des ge­ samten elektrischen Antriebs 6 beiträgt. Da Aufbau und Wirkungsweise der Bremseinrichtung 28 allgemein be­ kannt bzw. Stand der Technik sind, wird hier nicht näher darauf eingegangen.
Durch die Anordnung des Elektromotors 7 innerhalb des äußeren Rades 2a und der Bremseinrichtung 28 innerhalb des inneren Rades 2b und somit auf zwei verschiedenen Seiten der Radnabe 5 konnten die bei bekannten Radna­ benantrieben bestehenden Bauraumkonflikte zwischen Elektromotor und Bremseinrichtung beseitigt werden.
Die Reifen 4 sind als Niederquerschnittsreifen ausge­ bildet, wodurch die Felgen 3 beim selben Außendurch­ messer der Räder 2 einen größeren Durchmesser aufwei­ sen können. Dies ermöglicht eine radiale Vergrößerung des elektrischen Antriebes 6 und somit eine Erhöhung seiner Leistung ohne dabei seine axiale Baugröße zu erhöhen.
Die mit dem beschriebenen Elektromotor 7 erreichbare Dauerleistung kann pro Radnabe 5 jeweils etwa 100 kW betragen, wobei der Elektromotor 7 entweder durch ei­ nen nicht dargestellten Fahrdraht oder auch diesel­ elektrisch gespeist werden kann.

Claims (10)

1. Elektrischer Antrieb für eine Radnabe eines Kraft­ fahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, mit einem innerhalb des Rades angeordneten Elektromo­ tor, welcher einen Stator und einen Rotor auf­ weist, wobei der Rotor mit einem Untersetzungsge­ triebe verbunden ist, und mit einer Bremseinrich­ tung, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Rotor (9) hohl ausgebildet und außerhalb des Stators (8) angeordnet ist, und daß
  • - das Unterset­ zungsgetriebe (14) unmittelbar innerhalb des Stators (8) ange­ ordnet ist.
2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe als Planetengetriebe (14) mit einem Hohlrad (18), mit an einem Plane­ tenradträger (17) angebrachten Planetenrädern (16) und mit einem Sonnenrad (15) ausgebildet ist.
3. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (15) des Planetengetriebes (14) mit dem Rotor (9) des Elektromotors (7) und das Hohl­ rad (18) des Planetengetriebes (14) mit der Rad­ nabe (5) verbunden sind, und daß der Planeten­ radträger (16) festgesetzt ist.
4. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß daß der Stator (8) flüssigkeitsgekühlt ist.
5. Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flüssigkeitskühlung des Stators (8) ein um­ laufender Ringspalt (27) in einem Gehäuseteil (20) des Planetengetriebes (14) angebracht ist.
6. Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (7) auf der nach außen gerichte­ ten Seite der Radnabe (5) in einem äußeren Rad (2a) und die Bremseinrichtung (28) auf der nach innen gerichtete Seite der Radnabe (5) in einem inneren Rad (2b) angebracht ist.
7. Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (7) als Drehstrom-Asynchronmotor ausgebildet ist, bei welchem der Rotor (9) in der Form eines Käfigläufers ausgebildet ist.
8. Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (7) als Synchronmotor ausgebil­ det ist, bei welchem der Rotor (9) mit Permanent­ magneten versehen ist.
9. Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (28) als hydraulisch betä­ tigte Scheibenbremse ausgebildet ist.
10. Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Rädern (2) angebrachte Reifen (4) als Nie­ derquerschnittsreifen ausgebildet sind.
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