DE4434237A1 - Fahrzeugachse mit elektrischem Einzelradantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugachse mit elektrischen Einzelradantrieben insbesondere für landwirtschaftliche Fahrzeuge.

Durch die DE-A-41 08 647 und die US-A-4,953,646 sind elek­ trische Einzelradantriebe für Fahrzeuge bekannt geworden, bei denen die Antriebsleistung von einer fahrzeugeigenen Verbren­ nungskraftmaschine erzeugt, in einem Generator in elektrische Energie umgewandelt und auf Elektromotoren verteilt wird, die jeweils ein zugehöriges Rad des Fahrzeuges antreiben.

Insbesondere bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen, wie bei­ spielsweise Ackerschleppern, werden die Einzelradantriebe in Abhängigkeit der Einsatzbedingungen unterschiedlich belastet.

Beispielsweise werden bei Ackerschleppern bei schwerem Zug über die Hinterräder wesentlich höhere Antriebsmomente als über die Vorderräder übertragen. Selbst wenn man davon aus­ geht, daß die Vorderachse und die Hinterachse für den Aus­ legungsfall gleichmäßig mit je 50% des Gesamtgewichtes bela­ stet sind, werden bei schwerem Zug beispielsweise nur 30% des Gesamtantriebsmomentes über die Vorderachse und die rest­ lichen 70% über die Hinterachse aufgebracht.

Durch die ungleiche Belastung eines Hinterrades, z, B. beim Pflügen in der Furche, muß davon ausgegangen werden, daß ein Einzelradantrieb der Hinterachse mit etwa 50% des Gesamtan­ triebsmomentes des Schleppers ausgelegt werden muß. Dies führt zu einer Überlastung oder Überdimensionierung der An­ triebsmotoren.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gese­ hen, eine Fahrzeugachse mit elektrischen Einzelradantrieben vorzuschlagen, bei der die genannten Nachteile vermieden wer­ den. Insbesondere soll vermieden werden, daß bei ungleich­ mäßiger Belastung der Antriebsräder der Fahrzeugachse einer der Einzelradantriebe über längere Zeit überbeansprucht wird. Ferner soll eine Überdimensionierung der Einzelradantriebe vermieden werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patent­ anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Durch die kraftschlüssige Verbindung der Einzelradantriebe können die Antriebsmomente der Elektromotoren zusammengefaßt und gleichzeitig auf beide Räder der Fahrzeugachse geleitet werden. Damit unterstützt der Einzelradantrieb, der das An­ triebsrad antreibt, das das kleiner Drehmoment aufnimmt, den anderen Einzelradantrieb, der das Antriebsrad antreibt, das das größere Drehmoment aufnimmt. Hierdurch können einerseits Überbelastungen eines der Einzelradantriebe und andererseits Überdimensionierungen vermieden werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Erfassung des aktuellen Lenkwinkels und/oder der Belastungen der Einzelradantriebe vorgesehen. Die entspre­ chenden Meßwerte werden durch eine Steuereinrichtung ausge­ wertet, um die Kupplung, durch die die beiden Einzelradan­ triebe miteinander verbindbar sind, bei Geradeausfahrt und/ oder bei ungleichmäßiger Belastung der Einzelradantriebe automatisch zu schließen.

Durch einen Umschalter läßt sich die Kupplung dauerhaft ein­ schalten, dauerhaft ausschalten oder auf Automatikbetrieb einstellen, bei dem eine Umschaltung der Kupplung aufgrund der Meßwerte des Lenkwinkels und/oder der Einzelradbelastung erfolgt.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung zeigt, werden nachfolgend die Erfindung sowie weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben und erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 das Prinzipbild einer erfindungsgemäßen Rad­ achse,

Fig. 2 die Aufsicht einer Stirnradstufe aus Fig. 1 und

Fig. 3 die schematische Darstellung einer Steuerung der Kupplung.

Aus der Fig. 1 geht der symmetrische Aufbau zweier Einzelrad­ antriebe einer Fahrzeugachse hervor. Gleiche Bauteile wurden mit den selben Bezugsziffern belegt. Die beiden Radantriebe entsprechen den in der DE-A-41 08 647 beschriebenen, die sich für die vorliegende Erfindung besonders eignen.

Jeder Einzelradantrieb treibt ein Rad 10 an, dessen Radachse 12 durch zwei Lager 14, 16 in einem fahrzeugfesten Endan­ triebsgehäuse 18 gelagert ist. Das Endantriebsgehäuse 18 wird durch einen Achskörper 20 getragen, bei dem es sich sowohl um eine Starrachse als auch um eine Lenkachse handeln kann. Der Achskörper 20 greift radial zur Radachse 12 versetzt am End­ antriebsgehäuse 18 an.

Ebenfalls radial zur Radachse 12 versetzt ist ein Elektromo­ tor 22 an dem Endantriebsgehäuse 18 angeflanscht. Bei dem Elektromotor 22 handelt es sich um einen Asynchronmotor mit einem Rotor 24 und einer Ständerwicklung 26. Die den Rotor 24 tragende Motorwelle 28 ist an einem Ende in einem Lager 30 gehalten, welches als Festlager dient und den Rotor 24 sowohl in radialer als auch in axialer Lage fixiert.

Das andere Ende der Motorwelle 28 weist kein solches Lager auf. Es steht lediglich über eine Dichtung 32 mit dem Endan­ triebsgehäuse 18 in Verbindung, um die Durchtrittsöffnung im Endantriebsgehäuse 18 gegen Schmiermittelaustritt abzudich­ ten. Dieses andere Ende der Motorwelle 28 trägt ein Antriebs­ ritzel 34, das in das Endantriebsgehäuse 18 hineinragt.

Wie es aus Fig. 2 hervorgeht, steht das Antriebsritzel 34 mit einer Stirnradstufe des Endantriebes in Eingriff. Es greift in die Verzahnung zweier sich diametral gegenüberstehender Abtriebsräder 36, 38 ein, die ihrerseits mit einem Eingangs­ rad 40 des Endantriebes in Eingriff stehen. Durch diesen Zahneingriff ist das Antriebsritzel 34 in radialer Richtung festgelegt. Es kann weder seitlich noch in vertikaler Rich­ tung ausbrechen.

Das Eingangsrad 40 steht gemäß Fig. 1 über eine konzentrisch zur Radachse 12 angeordnete Hülse 42 mit einem Sonnenrad 44 eines Planetengetriebes in Verbindung. Das Sonnenrad 44 treibt mehrere auf einem Planetenradträger 46 angeordnete Planetenräder 48 an, die auf einem gehäusefesten Hohlrad 50 abrollen. Der Planetenradträger 46 ist drehfest auf der Radachse 12 montiert und überträgt das Drehmoment auf das Rad 10.

Die beiden Motorwellen 28 fluchten miteinander. Zwischen ihnen ist eine Kupplung 52 eingefügt, die sich vorzugsweise hydraulisch betätigen läßt und die beiden Motorwellen 28 wahlweise miteinander verbindet. Die Kupplung 52 wird durch eine Steuereinrichtung angesteuert, die schematisch in Fig. 3 dargestellt ist.

Die Steuereinrichtung enthält eine elektronische Steuerein­ heit 58, die die über die Leitung 60 eingelesenen Signale eines Lenkwinkelsensors und die über die beiden Leitungen 62 und 64 eingelesenen Signale der Belastung der Einzelantriebe auswertet. Die Belastung der Einzelantriebe wird durch nicht gezeigte elektrische Kreise ermittelt, die die Eingangslei­ stungen der Elektromotoren 22 feststellen.

Die Steuereinheit 58 steht ferner mit einem vorzugsweise in der Fahrzeugkabine angeordneten, durch eine Bedienungsperson einstellbaren Umschalter 66 in Verbindung, der zwischen den Stellungen EIN, AUS und AUTO umschaltbar ist. Die Steuerein­ heit 58 gibt über eine Leitung 68 Steuersignale an die Kupp­ lung 52 aus, um diese einzurücken, wobei die beiden Motorwel­ len 28 kraftschlüssig miteinander verbunden werden, oder auszurücken, wobei die beiden Einzelradantriebe unabhängig voneinander arbeiten.

Befindet sich der Umschalter 66 in seiner EIN-Stellung, so ist die Kupplung 52 geschlossen, so daß die beiden Elektromo­ toren 22 gemeinsam beide Räder 10 antreiben. Bei der AUS- Stellung ist die Kupplung geöffnet, und die beiden Einzelrad­ antriebe arbeiten unabhängig voneinander. In der AUTO-Stel­ lung wertet die Steuereinheit 58 die Signale des Lenkwinkel­ sensors und der beiden Eingangsleistungen der Elektromotoren 22 aus und schließt die Kupplung 52 nur dann, wenn ein vor­ gebbarer Lenkwinkel des Fahrzeugs unterschritten wird und gleichzeitig eine unterschiedliche Belastung der beiden Ein­ zelradantriebe vorliegt.

Claims (9)

1. Fahrzeugachse mit elektrischen Einzelradantrieben, ins­ besondere für landwirtschaftliche Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplung (52) vorgesehen ist, durch die die Einzelradantriebe miteinander kraft­ schlüssig verbindbar sind.

2. Fahrzeugachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einzelradantrieb wenigstens einen stufenlos einstellbaren Elektromotor (22) aufweist, dessen elek­ trische Eingangsenergie durch einen von einer fahrzeug­ eigenen Verbrennungsmaschine angetriebenen Generator erzeugt wird, und der über ein Getriebe mit einem der Antriebsräder (10) der Achse verbunden ist.

3. Fahrzeugachse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Untersetzungsgetriebe nach Art eines Planetengetriebes ist.

4. Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (52) hydraulisch betä­ tigbar ist.

5. Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (52) elektrisch an­ steuerbar ist.

6. Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Lenkwinkelsensor vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal (60) zur automa­ tischen Steuerung der Kupplung (52) herangezogen wird.

7. Fahrzeugachse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die bei Überschreiten eines vorgebbaren Lenkwinkels die Kupplung (52) öffnen.

8. Fahrzeugachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erfassung der elektrischen Eingangslei­ stung der Elektromotoren (22) vorgesehen sind und daß bei Geradeausfahrt und/oder ungleichmäßiger Belastung der Einzelantriebe diese automatisch kraftschlüssig miteinander verbunden werden.

9. Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter (66) vorgesehen ist, durch den sich die Kupplung (52) dauerhaft einschalten, dauerhaft ausschalten oder auf Automatikbetrieb ein­ stellen läßt.