DE19850606B4

DE19850606B4 - Kettenfahrzeug

Info

Publication number: DE19850606B4
Application number: DE19850606A
Authority: DE
Inventors: Harald Dr. Naunheimer; Anton Huf
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 1998-11-03
Filing date: 1998-11-03
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2018-11-04
Also published as: US6358176B1; FR2785236B1; GB2343429A; GB9925975D0; FR2785236A1; DE19850606A1; IL132645A0; GB2343429B; IL132645A

Abstract

Kettenfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine (13) und einem Generator (14) sowie einem auf beiden Seiten des Kettenfahrzeuges jeweils angeordneten Antrieb, bestehend aus einem elektrischen Fahrmotor (1, 1', 17) und mindestens einem mechanischen Getriebe (2, 2', 3, 3', 18) sowie mindestens einer Bremse (4, 4', 19), wobei mindestens ein Bauelement (2, 3, 4, 5, 6; 2', 3', 4', 5', 6'; 18, 19) innerhalb des Läufers des Elektromotors (1, 1', 17) angeordnet ist, wobei der elektrische Fahrmotor (1, 1', 17) in ein erstes, als Feststufe vorgesehenes Planetengetriebe (2) eintreibt, welches wiederum ein Planetengetriebe (3) antreibt, das mit der Kupplung (5, 6) schaltbar ist, wobei die Antriebe auch zum Lenken des Kettenfahrzeuges dienen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kettenfahrzeug.
[Stand der Technik]
Es ist bekannt, daß elektrische Antriebe für Kettenfahrzeuge gegenüber konventionellen vollautomatischen hydromechanischen Lastschaltgetrieben eine erhöhte Flexibilität in der Komponentenanordnung, sowie ein günstigeres Energiemanagement des Fahrzeugs bei stufenlosem Fahrantrieb gestatten. Die hohen Anforderungen an die Fahrmotoren und an die Leistungselektronik bei rein elektrischen Antrieben – ohne mechanische Schaltstufen – führen zu Elektromotoren mit großen Durchmessern, die viel Bauvolumen benötigen und in Fahrzeugen nur eingeschränkt angeordnet werden können. Das Umgehen dieser Nachteile führte zur Entwicklung elektromechanischer Antriebe. Die DE 37 28 171 C2 zeigt einen elektromechanischen Antriebsblock, der einen Elektromotor für den Fahrantrieb (Fahrmotor) aufweist, der jeweils über Differentialgetriebe mit Kettenantriebsrädern verbunden ist. Der bauliche Aufwand des Elektrofahrantriebs wird durch das Zwischenschalten eines 2-Gang-Getriebes drastisch reduziert. Zum regenerativen Lenken ist jedoch ein weiterer Elektromotor (Lenkmotor) und eine mechanische Nullwelle erforderlich, die die mechanische Leistung von der einen auf die andere Antriebsseite überträgt. Die gesteuerte und geregelte Energiezufuhr zu beiden Elektromotoren (Fahr- und Lenkmotor) erfolgt rein elektrisch über einen, von einem Verbrennungsmotor angetriebenen, Generator.
Aus der US 5,562,565 A ist bereits ein Hybridantrieb bekannt in dem innerhalb des Läufers des Elektromotors eine Getriebestufe angeordnet ist.
[Aufgabe der Erfindung]
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antrieb für Kettenfahrzeuge darzustellen, der die Vorteile rein elektrischer Fahrantriebe, wie z. B. stufenloser Fahrantrieb, günstiges Energiemanagement sowie die Vorteile elektromechanischer Antriebe, wie z. B. reduzierter Bauaufwand verbindet und dabei höher integrierend bzw. kompakter ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Durch die Anordnung mehrerer Bauteile koaxial in gleicher Ebene sowie die Integration weiterer Elemente in den Innenraum des Läufers eines Elektromotors wird eine vergleichsweise kurze Baulänge der Antriebseinheit realisiert.
Durch die mechanischen Getriebestufen ist es möglich auf leistungsmäßig kleinere Elektromotoren zurückzugreifen, die wesentlich geringere Durchmesser aufweisen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, koaxial in ein, am hinteren Wannenende des Fahrzeugs angebrachtes, Seitenvorgelege des Kettenantriebsrades einzutreiben, wodurch auf ein zusätzliches Getriebe zum Ausgleich eines Achsversatzes verzichtet werden kann.
Aufgrund der kurzen Einbaulänge kann für den freien Raum zwischen den beiden Antrieben beispielsweise eine Einstiegsöffnung vorgesehen werden.
Da die Reibungsbremse außen auf der Abtriebswelle angeordnet ist, wird die Bremsleistung, die von den Ketten gefordert wird direkt abgefangen und die Bremse läßt sich leicht durch Umgebungsluft kühlen. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist die einfache Wartungsmöglichkeit der Bremse.
Der Aufbau der Antriebseinheit erlaubt sowohl elektrische wie auch mechanisch-hydraulische Betätigung der Reibungsbremse sowie der Kupplungen für Gangwechselvorgänge.
Beim Kurvenfahren arbeiten kurveninnere Motoren als Generatoren, die den kurvenäußeren Motoren über eine Leistungselekro nik Energie zuführen, wodurch regeneratives Lenken möglich ist.
Durch die Erfindung wird in vorteilhafterweise die Anordnungsflexibilität der Antriebs-Komponenten gegenüber dem Stand der Technik weiter erhöht.
[Beispiele]
1 Prinzipieller Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Antriebs
2 Halbschnitt eines Ausführungsbeispiels
3 Prinzipielle Anordnung der Antriebselemente in einem Fahrzeug
In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Antriebs dargestellt. Ein Elektromotor (1) treibt in das Hohlrad eines Planetengetriebes (2) ein, das als reduzierende Feststufe vorgesehen ist. Der Abtrieb dieses Planetengetriebes (2) erfolgt über dessen umlaufenden Steg, der bei geschlossener Kupplung (5) und gleichzeitig geöffneter Kupplung (6) direkt in die Abtriebswelle (20) des Antriebs eintreibt. Durch gesteuertes und damit abgestimmtes Öffnen der Kupplung (5) und Schließen der Kupplung (6) treibt das Planetengetriebe (2) in das Sonnenrad eines Planetengetriebes (3) ein. Damit ist eine weitere Getriebestufe geschaltet, da dieses Planetengetriebe (3) in dieser Einstellung über seinen Steg, in dem die umlaufenden Planetenräder drehbar gelagert sind, in die Abtriebswelle (20) eintreibt. Die Bremse (4) ist fest mit der Abtriebswelle (20) und dem Steg des Planetengetriebes (3) verbunden, liegt jedoch koaxial außen und umschließt teilweise das Planetengetriebe (3) sowie die Kupplung (6).
Erfindungsgemäß sind in diesem Ausführungsbeispiel die erste Getriebestufe (2) und die Kupplung (5) im Inneren des Elek tromotors (1) angeordnet sowie räumlich seriell neben den koaxial in etwa gleicher Ebene angeordneten Elementen Planetengetriebe (3), Kupplung (6) und Bremse (4). Die abtriebsnah außenliegende Bremse (4) läßt sich einfach kühlen und ist wartungsfreundlich angeordnet. Sie ist als Parkbremse vorgesehen und wird der Betriebsbremse zum Abdecken von Spitzenbremsleistungen zugeschaltet, außerdem übernimmt die Bremse (4) die Aufgabe einer Hilfsbremse beim Ausfall eines anderen Bremssystems.
Der beschriebene Antrieb ist innerhalb eines Fahrzeugs an dessen Seitenwand (9) angeflanscht. Die Abtriebswelle (20) treibt außerhalb des Fahrzeugs über ein Vorgelege (7) ein Kettenrad (8) an.
In 2 ist ein horizontaler Halbschnitt eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Erkennbar ist ein tassenförmiger regelbarer Außenläufermotor (1'), der in das Hohlrad eines Planetengetriebes (2') eintreibt und wahlweise über eine Lamellenkupplung (5') mit der Abtriebswelle (20') drehfest koppelbar ist. Damit treibt der Außenläufermotor (1') über eine feste Getriebestufe des Planetengetriebes (2') ein Vorgelege (7') an. Das nur teilweise dargestellte Vorgelege (7') treibt ein nur noch andeutungsweise gezeichnetes Kettenrad (8') an. Die Anordnung des Planetengetriebes (2') und der Lamellenkupplung (5') im Inneren, ist an der Umschließung durch den tassenförmigen Außenläufermotor (1') zu erkennen.
Eine weitere Getriebestufe des Antriebs ist durch einen, zu 1 beschriebenen, Schaltvorgang möglich, wobei über eine weitere Lamellenkupplung (6') und ein weiteres Planetengetriebe (3') in die Abtriebswelle (20') eingetrieben wird. Die koaxiale Anordnung des Planetengetriebes (3'), der Lamellen kupplung (6') und der Reibungsbremse (4'), in etwa gleicher Ebene, seriell seitlich neben dem Außenläufermotor (1') ist ebenfalls ersichtlich.
In 3 wird die prinzipielle Anordnung der Antriebselemente in einem Fahrzeug (10), das sich in Fahrtrichtung V bewegt, gezeigt. Gleiche Teile, die an beiden Antriebsseiten auftreten, wurden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Symbolisch dargestellt ist im vorderen Bereich des Fahrzeugs (10) eine Verbrennungskraftmaschine (13), die einen Generator (14) antreibt. Als alternatives Mehrmotorenkonzept sind im hinteren Seitenbereich des Fahrzeugs (10) zwei kleinere Stromerzeugungseinheiten (15a, 15b) dargestellt, die beispielsweise oberhalb des Kettenlaufs angeordnet sind. Der in diesem Beispiel ausgeführte Heckantrieb des Fahrzeugs (10) besteht aus Elektrofahrmotoren (17), die mit Mehrgang-Getrieben (18) auf Endantriebe mit Kettenrädern (16) treiben. Als Feststellbremse beim Parken, zum Abdecken der Spitzenbremsleistung sowie als Hilfsbremse ist jeder Antrieb mit einer außenliegenden Bremse (19) versehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist statt eines zweiten Antriebs für eine Kette (11) jeweils eine Kettenumlenkrolle (12) installiert. Dies kann auch umgekehrt ausgeführt werden indem der Antrieb vorn erfolgt und die Kettenumlenkrollen (12) am hinteren Ende des Fahrzeugs (10) angebracht sind. Ebenso ist es möglich eine Kette (11) jeweils vorn und hinten anzutreiben.
Wie die vorangehende Beschreibung und insbesondere die Zeichnungen erkennen lassen, besteht ein wesentliches Kennzeichen der Erfindung darin, daß einige Elemente, bei einem Innenläufermotor, innerhalb eines, im feststehenden Stator rotierenden, Läufers angeordnet sind und daß bei der Verwendung eines Außenläufermotors die Elemente zwar ebenfalls innerhalb des Außenläufers angeordnet sind, aber auch gleichzeitig innerhalb des feststehenden innenliegenden Stators (2).

1: Elektromotor
2: Getriebe
3: Getriebe
4: Bremse
5: Schaltbare Kupplung
6: Schaltbare Kupplung
7: Vorgelege
8: Kettenrad
9: Seitenwand
10: Kettenfahrzeug
11: Kette
12: Kettenumlenkrolle
13: Verbrennungskraftmaschine
14: Generator
15a und b: Stromerzeugungseinheit bei alternativem Mehrmotorenkonzept
16: Endantrieb mit Kettenrad
17: Elektrofahrmotor
18: Mehrgang-Getriebe
19: Bremse
20: Abtriebswelle
V: Fahrtrichtung

Claims

Kettenfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine (13) und einem Generator (14) sowie einem auf beiden Seiten des Kettenfahrzeuges jeweils angeordneten Antrieb, bestehend aus einem elektrischen Fahrmotor (1, 1', 17) und mindestens einem mechanischen Getriebe (2, 2', 3, 3', 18) sowie mindestens einer Bremse (4, 4', 19), wobei mindestens ein Bauelement (2, 3, 4, 5, 6; 2', 3', 4', 5', 6'; 18, 19) innerhalb des Läufers des Elektromotors (1, 1', 17) angeordnet ist, wobei der elektrische Fahrmotor (1, 1', 17) in ein erstes, als Feststufe vorgesehenes Planetengetriebe (2) eintreibt, welches wiederum ein Planetengetriebe (3) antreibt, das mit der Kupplung (5, 6) schaltbar ist, wobei die Antriebe auch zum Lenken des Kettenfahrzeuges dienen.
Kettenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Fahrmotor (1, 1', 17) als Außenläufer (1') oder als Innenläufer ausgeführt ist.
Kettenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrischer Fahrmotor (1, 1', 17) eine Charakteristik aufweist, die den kurzzeitigen Betrieb nahe der Motoreckleistung (T_max × n_max) erlaubt.
Kettenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrischer Fahrmotor eine Charakteristik aufweist, die elektrisches Bremsen erlaubt und regeneratives Lenken ermöglicht.
Kettenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe mit Lamellenkupplungen (5', 6') schaltbar ist und dessen Abtriebswelle durch eine Bremse (4') bremsbar ist.
Kettenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Planetengetriebe-Getriebestufe (2, 2', 3, 3') und eine Kupplung (5, 5', 6, 6') im Inneren des Elektromotors (1, 1', 17) angeordnet sind und dass eine weitere Planetengetriebe-Getriebestufe (2, 2', 3, 3') und eine weitere Kupplung (5, 5', 6, 6') sowie eine Bremse (4, 4', 19) koaxial in gleicher Ebene außerhalb des Elektromotors (1, 1', 17) angeordnet sind.
Kettenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Planetengetriebe-Getriebestufen (2, 2', 3, 3', 18) und eine Kupplung (5, 5', 6, 6') im Inneren des Elektromotors (1, 1', 17) angeordnet sind und dass eine weitere Kupplung sowie eine Bremse (4, 4', 19) koaxial in gleicher Ebene außerhalb des Elektromotors (1, 1', 17) angeordnet sind.
Kettenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremse (4, 4', 19) in radialer Richtung außenliegend angeordnet ist.