DE19732637C2 - Elektrischer Antrieb für eine Radnabe - Google Patents
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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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