DE4410074C2 - Antriebsachse mit einem in einem Achsgehäuse angeordneten Differentialgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse mit einem Achsgehäuse, in dem ein im wesentlichen ölfreier Antriebsmotor, insbesondere ein Elektromotor, und ein Diffe­ rentialgetriebe angeordnet sind, wobei das Differentialgetriebe in einem Differential­ korb gelagert ist, aus dem beiderseits zwei Abtriebswellen herausgeführt sind, und wobei eine als Hohlwelle des Antriebsmotors ausgebildete Antriebswelle mit dem Differentialkorb trieblich verbunden und von einer der Abtriebswellen des Differential­ getriebes koaxial durchsetzt ist.

Eine gattungsgemäße Antriebsachse ist aus der CH 42812 A bekannt. Dort ist das Achsgehäuse in mehrere geschlossene Kammern unterteilt, wobei sich in einer Kammer der Antriebsmotor und in einer dazu benachbarten Kammer das zum Ausgleich von unterschiedlichen Raddrehzahlen bei Kurvenfahrt vorgesehene Differentialgetriebe befindet. Auf diese Weise bleibt der Antriebsmotor im Trockenen, während das Differentialgetriebe in flüssiges Schmiermittel eintauchen kann.

Zur Schmierung des Differentialgetriebes wird die zugeordnete Kammer mit Öl gefüllt. Zweckmäßigerweise wird dabei der Flüssigkeitsstand so gewählt ist, dass alle Bauteile, insbesondere der Differentialkorb mit dem darin befindlichen Differentialgetriebe, in allen Betriebszuständen mit Öl versorgt sind. Die Kammer des Achsgehäuses wird deshalb bis zur halben Höhe mit Öl gefüllt und der Differentialkorb somit etwa zur Hälfte in Öl getaucht.

Bei in Betrieb befindlicher Antriebsachse dreht sich der Differentialkorb in Öl, wobei Panschverluste entstehen. In Abhängigkeit von der Drehzahl des Differentialkorbs steigen die Panschverluste, die Teile der Antriebsenergie in Wärme umwandeln. Bei hohen Drehzahlen treten daher hohe Verluste auf. Dies ist dann der Fall, wenn die Fahrgeschwindigkeit eines mit einer gattungsgemäßen Antriebsachse ausgerüsteten Fahrzeugs groß ist. Bei großen Fahrgeschwindigkeiten werden zumeist keine Kurven befahren oder allenfalls Kurven mit großem Kurvenradius. In diesen Betriebszuständen wird eine Differentialwirkung nur in kleinem Umfang benötigt oder gar nicht. Die Ge­ schwindigkeitsunterschiede der beiden Abtriebswellen sind allenfalls gering. Ungünsti­ gerweise sind die Panschverluste also gerade dann am größten, wenn eine Schmie­ rung des Differentialgetriebes nicht oder nur in geringem Umfang erforderlich ist.

Gleichwohl mögen die bei der Antriebsachse des Standes der Technik vorhandenen Panschverluste tolerierbar sein, da der Elektromotor als Langsamläufer ausgebildet ist. Diese Bauweise bedeutet jedoch, dass das Differentialgetriebe bezüglich seiner Belastbarkeit auf das größtmögliche Drehmoment ausgelegt sein muss und dementsprechend groß und schwer ausfällt.

Die DE 40 35 624 C2 offenbart ein gekapseltes Differentialgetriebe, das sich am Ausgang eines Geschwindigkeitswechselgetriebe befindet, so dass das Differentialgetriebe das volle Drehmoment übertragen muss und dementsprechend groß und schwer bau. Eine gemeinsame Anordnung zusammen mit einem Antriebsmotor in einem Achsgehäuse ist dieser Druckschrift nicht entnehmbar.

Die DE 37 06 217 A1 zeigt ein nur teilweise gekapseltes Differentialgetriebe, das offensichtlich in eine Achskonstruktion integriert ist und ebenfalls das volle Drehmoment überträgt. Auch hier fehlt es an einer Kombination mit einem Antriebsmotor.

Die FR 2 693 527 A1 offenbart eine Motor-Getriebe-Anordnung, bei der ein Elektromotor ein Wechselgetriebe antreibt, das ausgangsseitig mit einem Differentialgetriebe gekoppelt ist. Das Wechselgetriebe und das Differentialgetriebe befinden sich in einem gemeinsamen Gehäuse, das zumindest teilweise mit Öl gefüllt ist. Der Elektromotor wird in einem davon getrennten Gehäuseabschnitt betrieben, so dass ein Trockenbetrieb möglich ist. Auch hier muss das Differentialgetriebe das durch das Wechselgetriebe verstärkte Moment auf die Räder übertragen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftlich herstellbare Antriebsachse der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die im Wirkungs­ grad verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Differentialkorb als nach außen abgedichtetes Getriebegehäuse zur Aufnahme von Schmiermittel aus­ gebildet und außenumfangsseitig nicht in Schmiermittel getaucht ist, wobei zur Ver­ sorgung mit Schmiermittel mindestens ein zu den Abtriebswellen paralleler Kanal längs zumindest einer Abtriebswelle in den Differentialkorb hineingeführt ist, wobei an den axialen Enden des Achsgehäuses jeweils ein Endgetriebe oder Endgetriebe mit Bremse angeordnet ist und wobei der in dem Differentialkorb mündende Kanal an den Schmiermittelvorrat des Endgetriebes oder Endgetriebes mit Bremse angeschlossen ist.

Durch das Vorhandensein von Endgetrieben kann ein schnell laufender Antriebsmotor Verwendung finden, der nur ein relativ geringes Drehmoment an das Differential­ getriebe abgibt. Das Differentialgetriebe wird daher nur relativ gering belastet, so dass es klein und leicht ausgeführt werden kann. Eine Drehmomentverstärkung - bei gleich­ zeitiger Herabsetzung der Drehzahl - findet mittels der dem Differentialgetriebe nachgeschalteten Endgetriebe erst unmittelbar vor den Rädern statt.

Trotz der relativ hohen Drehzahl des Differentialgetriebes entstehen bei rotierendem Differentialkorb außerhalb desselben keine Panschverluste. Schmiermittel ist nur im Inneren des Differentialkorbs vorhanden, nämlich an den Verzahnungen der Aus­ gleichsräder des Differentialgetriebes, an denen es gebraucht wird. Durch die infolge der Abdichtung bewirkte Abgeschlossenheit des Differentialkorbes ist dabei dafür gesorgt, dass das Schmiermittel stets dort ist, wo es gebraucht wird. Die Pansch­ verluste werden daher im Vergleich zur bekannten Antriebsachse des Standes der Technik stark herabgesetzt und somit der Wirkungsgrad verbessert. Schließlich ist durch die Kapselung des Differentialgetriebes eine hohe Drehzahl bei nur geringen (inneren) Panschverlusten erzielbar.

Darüber hinaus ist es durch diese Konstruktion auch möglich, das nunmehr gekapselte Differentialgetriebe in demselben Raum anzuordnen wie den ölfrei laufenden Antriebs­ motor. Eine Unterteilung des Achsgehäuses in voneinander getrennte Kammern ist daher nicht erforderlich. Dadurch ist der Aufbau der Antriebsachse, insbesondere des Achsgehäuses, vereinfacht.

Die Versorgung des Differentialgetriebes mit Öl erfolgt durch den parallel zur Abtriebs­ welle angeordneten Kanal. Sofern eine Kühlwirkung erwünscht ist, kann durch Zu- und Abfuhrkanäle eine Spülwirkung erzielt werden.

Zur Versorgung des Differentialgetriebes bedarf es keinen eigenen Schmiermittel­ reservoirs. Das erforderliche Schmiermittel wird dem Gehäuse der Endgetriebe oder dem Gehäuse der nass laufenden Bremsen entnommen.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist der Kanal von einer Ausneh­ mung in der Abtriebswelle gebildet. Der Kanal kann beispielsweise durch eine oder mehrere Bohrungen hergestellt sein.

In einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann aber auch vor­ gesehen sein, dass der Kanal zwischen der Abtriebswelle und einer zur Durchführung der Abtriebswelle im Differentialkorb vorgesehenen Ausnehmung angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Abtriebswellen im Querschnitt nicht geschwächt sind und da­ her ein höheres Drehmoment übertragen können, als bei der oben beschriebenen Variante. Der Kanal hat dabei einen ringförmigen Querschnitt.

Hierbei schließt die die Ausnehmung mit Vorteil an einen Ringkanal an, der radial zwischen der Antriebswelle des Antriebsmotors und der koaxial hindurch geführten Abtriebswelle des Differentialgetriebes gebildet ist.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das den Diffe­ rentialkorb umgebende Achsgehäuse mit Ausnehmungen zur Belüftung versehen ist.

Wenn es erforderlich ist, das Differential und/oder den Antriebsmotor zu kühlen, ergibt sich dadurch die Möglichkeit, dies von außen durch Kühlluft zutun, was den Wirkungs­ grad gegenüber einer Anordnung verbessert, bei der durch Eintauchen des Differen­ tialkorbs in Öl und Abstrahlen der durch das Öl aufgenommenen Wärmeleistung über das Achsgehäuse gekühlt wird. Diese Anordnung wird dadurch ermöglicht, dass der Differentialkorb erfindungsgemäß nicht in Öl läuft. Bei einer Antriebsachse, bei der der Differentialkorb in Öl läuft, würde das Öl durch die Belüftungsöffnungen abfließen.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Diffe­ rentialkorb mit einem Lüfterrad verbunden ist, was dadurch erleichtert wird, dass erfin­ dungsgemäß ein ölfreier Bauraum um den Differentialkorb herum zur Verfügung steht. Besonders vorteilhaft im Hinblick auf geringe Fertigungsksoten ist es dabei, wenn die Flügel des Lüfterrades einstückig an dem Differentialkorb gebildet sind.

Eine andere, die Erfindung weiterbildende Maßnahme sieht vor, daß der Differentialkorb mit einem Sensorgeber eines Drehzahlgebers verbunden ist. Schließlich ist es auch günstig, den Differentialkorb mit einer Bremse zu verbinden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß an den axialen Enden des Achsgehäuses jeweils ein Endgetriebe oder Endgetriebe mit Bremse angeordnet ist, wobei der in dem Differentialkorb mündende Kanal an den Schmiermittelvorrat des Endgetriebes oder Endgetriebes mit Bremse angeschlossen ist. Auf diese Weise bedarf es zur Versorgung des Differentialgetriebes keines eigenen Schmiermittelreservoirs. Das erforderliche Schmiermittel wird dem Gehäuse der Endgetriebe oder dem Gehäuse der naß laufenden Bremsen entnommen.

Besonders günstig ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebsachse für ein batterie-elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere Flurförderzeug. Durch die mit der Erfindung erzielte Wirkungsgradverbesserung steht mehr Energie zur Verfügung, was zur Erhöhung der mit einer Batterieladung erzielbaren Einsatzdauer des Fahrzeugs und/oder zur erhöhten Leistungsabgabe im Antrieb genutzt werden kann.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Antriebsachse mit einem Achsgehäuse 1, in dem ein Elektromotor 2 und ein von diesem angetriebenes Differentialgetriebe 3 angeordnet sind. Das Differentialgetriebe 2 ist innerhalb eines Differentialkorbs 4 angeordnet und weist Ausgleichsräder 5 und zwei aus dem Differentialkorb 4 beidseitig herausgeführte Abtriebswellen 6 und 7 auf.

Die Abtriebswellen 6 und 7 führen zu den axialen Enden des Achsgehäuses 1, an denen jeweils ein Endgetriebe 8a bzw. 8b befestigt ist. Jedes Endgetriebe 8a bzw. 8b ist zumindest teilweise mit Schmiermittel (Öl) gefüllt.

Im Bereich des in der Figur rechten axialen Endes des Achsgehäuses 1 ist eine Ausnehmung 9a zur Aufnahme einer nicht dargestellten, zum Eingriff mit der Abtriebswelle 7 bestimmten Naß-Lamellenbremse vorgesehen, wobei die Ausnehmung 9a durch eine Zwischenwand 1a des Achsgehäuses 1 von einer Ausnehmung 9b abgetrennt ist, in der sich der Elektromotor 2 und der Differentialkorb 4 befinden. Die zur Aufnahme der Naß-Lamellenbremse vorgesehene Ausnehmung 9a ist zumindest teilweise mit Schmiermittel (Öl) gefüllt.

Die in der Figur linke Abtriebswelle 6 ist innerhalb einer hohlen Antriebswelle 10 des Elektromotors 2 angeordnet, die in einem Zentrierflansch 4a des Differentialkorbs 4 mit diesem trieblich verbunden ist. Der Differentialkorb 4 auf seiner linken Seite folglich auf der Antriebswelle 10 abgestützt, die wiederum an ihrem linken Ende im Achsgehäuse 1 gelagert ist. Auf der rechten Seite ist der Differentialkorb 4 mit Hilfe eines die Abtriebswelle 7 umgebenden und an dem Differentialkorb 4 angeformten Bunds 4b in der Zwischenwand 1a gelagert. Antriebswelle 10 und Differentialkorb 4 bilden somit eine drehbare, in sich verdrehfeste Einheit, die an zwei Stellen in der Antriebsachse gelagert ist.

Der Differentialkorb 4 ist als geschlossenes Getriebegehäuse ausgebildet, das gegenüber der Ausnehmung 9b in dem Achsgehäuse 1 abgedichtet ist.

Zwischen der linken Abtriebswelle 6 und der hohlen Antriebswelle 10 ist ein ringförmiger Kanal 11 gebildet, der im Verein mit einer Ausnehmung 11a im Differentialkorb 4 zur Durchführung der Abtriebswelle 6 das Innere des Differentialkorbs 4 mit dem Gehäuse des in der Figur linken Endgetriebes 8 verbindet und dadurch die Versorgung des Differentialgetriebes 2 mit Schmiermittel aus dem in der Figur linken Endgetriebe 8a ermöglicht.

Um zu verhindern, daß Schmiermittel in die Ausnehmung 9b des Achsgehäuses 1 läuft und dort Funktionsstörungen des Elektromotors 2 und Panschverluste an den rotierenden Teilen, insbesondere am Differentialkorb 4 bewirkt, ist die Antriebswelle 10 an ihrem in der Figur linken Ende aus dem Achsgehäuse 1 herausgeführt und der Kanal 11 sowohl am linken als auch am rechten Ende gegenüber der Ausnehmung 9a abgedichtet.

Zwischen der rechten Abtriebswelle 7 und der Innenseite des Bunds 4b ist ein ringförmiger Kanal 12 gebildet, der im Verein mit einer Ausnehmung 12a im Differentialkorb 4 zur Durchführung der Abtriebswelle 7 das Innere des Differentialkorbs 4 mit der schmiermittelgefüllten Ausnehmung 9a verbindet und dadurch ebenfalls die Versorgung des Differentialgetriebes 2 mit Schmiermittel ermöglicht. Der Bund 4b ist gegenüber der Ausnehmung 9a abgedichtet, so daß auch von dieser Seite aus kein Schmiermittel in die Ausnehmung 9a gelangen kann.

Erfindungsgemäß rotiert also der Differentialkorb 4 nicht in Schmiermittel, wodurch an dieser Stelle keine Planschverluste entstehen und der Wirkungsgrad verbessert ist.

In dem Achsgehäuse 1 sind im Bereich des Differentialkorbs 4 Ausnehmungen 13 in der Gehäusewandung angeordnet, die die Zufuhr von Kühlluft zur Kühlung des Differentialkorbs 4 und des Elektromotors 2 ermöglichen. Die Kühlung kann gesteigert werden, wenn der Differentialkorb 4 mit einem Lüfterrad 13 verbunden ist, was dadurch möglich ist, daß der Raum um den Differentialkorb 4 herum nicht als Schmiermittelbehälter benötigt wird. Es können auch weitere Funktionen an dieser Stelle untergebracht werden. Beispielweise kann der Differentialkorb 4 mit einem Sensorgeber 15 eines Drehzahlsensors 16 verbunden werden. Es ist auch möglich, zusätzlich oder an Stelle der in der Ausnehmung 9a vorgesehenen Naß- Lamellenbremse eine (Trocken)-Bremse mit dem Differentialkorb 4 zu verbinden.

Claims (10)

1. Antriebsachse mit einem Achsgehäuse, in dem ein im wesentlichen ölfreier An­ triebsmotor, insbesondere ein Elektromotor, und ein Differentialgetriebe angeord­ net sind, wobei das Differentialgetriebe in einem Differentialkorb gelagert ist, aus dem beiderseits zwei Abtriebswellen herausgeführt sind, und wobei eine als Hohl­ welle des Antriebsmotors ausgebildete Antriebswelle mit dem Differentialkorb trieblich verbunden und von einer der Abtriebswellen des Differentialgetriebes koaxial durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialkorb (4) als nach außen abgedichtetes Getriebegehäuse zur Aufnahme von Schmiermittel ausgebildet und außenumfangsseitig nicht in Schmiermittel getaucht ist, wobei zur Versorgung mit Schmiermittel mindestens ein zu den Abtriebswellen (6, 7) paral­ leler Kanal (11; 12) längs zumindest einer Abtriebswelle (6; 7) in den Differential­ korb (4) hineingeführt ist, wobei weiter an den axialen Enden des Achsgehäuses (1) jeweils ein Endgetriebe (8a; 8b) oder Endgetriebe mit Bremse angeordnet ist und wobei der in dem Differentialkorb (4) mündende Kanal (11; 12) an den Schmiermittelvorrat des Endgetriebes (8a; 8b) oder Endgetriebes mit Bremse angeschlossen ist.

2. Antriebsachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (11; 12) von einer Ausnehmung in der Abtriebswelle (6; 7) gebildet ist.

3. Antriebsachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (11; 12) zwischen der Abtriebswelle (6; 7) und einer zur Durchführung der Abtriebswelle im Differentialkorb (4) vorgesehenen Ausnehmung (11a; 12a) angeordnet ist.

4. Antriebsachse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (11a) an einen Ringkanal 11 anschließt, der radial zwischen der Antriebswelle (10) des Antriebsmotors (2) und der koaxial hindurch geführten Abtriebswelle (6) des Differentialgetriebes gebildet ist.

5. Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das den Differentialkorb (4) umgebende Achsgehäuse (1) mit Ausnehmungen (13) zur Belüftung versehen ist.

6. Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialkorb (4) mit einem Lüfterrad (14) verbunden ist.

7. Antriebsachse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel des Lüfterrades einstückig an dem Differentialkorb (4) gebildet sind.

8. Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialkorb (4) mit einem Sensorgeber (15) eines Drehzahlgebers (16) verbunden ist.

9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialkorb (4) mit einer Bremse verbunden ist.

10. Verwendung einer Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für ein batterie-elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere Flurförderzeug.