DE102018222005A1

DE102018222005A1 - Radnabengetriebe für einen Einzelradantrieb eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018222005A1
Application number: DE102018222005.0A
Authority: DE
Inventors: Philipp Rechenbach; Raphael Himmelsbach
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Mit einem Radnabengetriebe (1) für einen Einzelradantrieb eines Kraftfahrzeugs, das in einem am Kraftfahrzeug angelenkten Radträger (4) angeordnet ist und eine von einem Elektromotor (2) angetriebene Eingangswelle (8) sowie zumindest zwei Planetenstufen (5, 6, 7) aufweist, wird eine Drehzahl der Eingangswelle (8) ins Langsame übersetzt. Auf der Eingangswelle (8) ist ein inneres Zentralrad (9) einer ersten Planetenstufe (5) fixiert, welches mit auf einem Steg (11) drehbar gelagert Planetenrädern (10) in Eingriff steht. Zur Schaffung eines Radnabengetriebes, mit dem eine sehr hohe Übersetzung ins Langsame erzielbar ist, soll der Steg (11) drehfest mit dem Radträger (4) verbunden sein und die erste Planetenstufe (5) einen Abtrieb über ein aufweisen. Dabei ist dieses äußere Zentralrad (12) mit einem Sonnenrad (13) der zweiten Planetenstufe (6) verbunden. Ein Planetenträger (15) der zweiten Planetenstufe (6) treibt über eine Abtriebswelle (17) ein Fahrzeugrad (3) an, wobei sich deren Planetenräder (14) an einem drehfest mit dem Radträger (4) verbundenen Hohlrad (16) abstützen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Radnabengetriebe für einen Einzelradantrieb eines Kraftfahrzeugs, das in einem am Kraftfahrzeug angelenkten Radträger angeordnet ist und eine von einem Elektromotor angetriebene Eingangswelle sowie zumindest zwei Planetenstufen aufweist, wobei mittels des Radnabengetriebes eine Drehzahl der Eingangswelle ins Langsame übersetzt wird und dieses ein auf der Eingangswelle fixiertes inneres Zentralrad einer ersten Planetenstufe aufweist, welches mit Planetenrädern, die auf einem Steg drehbar gelagert sind, in Eingriff steht.
Derartige Radnabengetriebe werden verwendet, um mittels Stirnradstufen und/oder Planetenstufen eine hohe Eingangsdrehzahl, die beispielsweise von einem mit relativ hoher Drehzahl betriebenen Elektromotor stammt, ins Langsame zu übersetzen und dabei das Drehmoment zu erhöhen. Dabei können die Radnabengetriebe als mehrstufige Stirnradgetriebe oder mehrstufige Planetengetriebe ausgebildet sein.
Eine der wesentlichen Anforderungen an derartige Radnabengetriebe besteht darin, diese möglichst vollständig innerhalb der axialen Erstreckung des Fahrzeugrades unterzubringen, wofür eine Vorrausetzung ist, dass diese äußerst kompakt ausgebildet sind. Außerdem soll der Elektromotor unmittelbar mit der Eingangswelle verbunden sein, also ohne die Verwendung eines zwischen diesem und der Eingangswelle angeordneten Gelenks. Zusätzlich zum Radkopfgetriebe muss folglich in dem Radträger und somit in der axialen Erstreckung des Rades auch der Elektromotor untergebracht werden, wobei der Radträger am Chassis des Fahrzeugs oder an einem Achskörper einer Starrachse angelenkt ist. Ein Vorteil eines Einzelradantriebs gegenüber einer Antriebsvariante mit einem zentralen Elektromotor besteht darin, dass auf ein mechanisches Differential verzichtet werden kann, da diese Funktion elektronisch dargestellt wird.
Ein Radnabengetriebe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung ist aus der EP 966 361 B1 bekannt. Dabei weist ein Einzelradantrieb eines Niederflurbusses ein Starrachssystem für elektrische Radnabenantriebe auf. Die elektrisch angetriebenen Räder sind mit Zwillingsreifen versehen. Im Radträger sind die Funktionen zusammengefasst: Elektrisch antreiben, Drehmoment und Drehzahl wandeln, Radlagerung, Betriebs-, Feststell-, Not- und Hilfsbremse sowie Übertragung aller sich ergebender statischer und dynamischer Kräfte und Momente auf die Aufhängung bzw. den Achskörper der Starrachse. Eine Anpassung von Drehmoment und Drehzahl auf die erforderlichen Größen am Rad geschieht durch ein zweistufiges Planetengetriebe. Eine Radlagerung befindet sich zwischen den beiden Planetenstufen, wobei im Rahmen der ersten Planetenstufe eine von einem Elektromotor angetriebene Eingangswelle ein inneres Zentralrad antreibt, das mit auf einem Steg angeordneten Planetenrädern im Eingriff ist. Die Planetenräder laufen in einem feststehenden äußeren Zentralrad um und treiben den Steg an. Die Drehzahl und das Drehmoment des Steges werden auf ein Sonnenrad einer zweiten Planetenstufe übertragen, in der ein Hohlrad feststehend angeordnet und ein Planetenträger mit einer zu einem Radflansch führenden Ausgangswelle verbunden sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Radnabengetriebe zu schaffen, mit dem eine sehr hohe Übersetzung ins Langsame erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß der Erfindung ist ein Radnabengetriebe für einen Einzelradantrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Dabei ist das Radnabengetriebe in einem am Kraftfahrzeug angelenkten Radträger angeordnet und weist eine von einem Elektromotor angetriebene Eingangswelle sowie zumindest zwei Planetenstufen auf, so dass mit diesem eine Drehzahl der Eingangswelle ins Langsame übersetzt wird. Das Radnabengetriebe weist ein auf der Eingangswelle fixiertes inneres Zentralrad einer ersten Planetenstufe auf, welches mit Planetenrädern, die auf einem Steg drehbar gelagert sind, in Eingriff steht.
Erfindungsgemäß ist im Rahmen der ersten Planetenstufe der Steg drehfest mit dem Radträger verbunden, wobei es sich nicht um eine unmittelbare Verbindung handeln muss, sondern es kann zwischen dem Steg und dem Radträger auch ein zusätzliches Bauteil, beispielsweise ein das Radnabengetriebe radial umschließendes Gehäuse vorgesehen sein. Weiterhin weist die erste Planetenstufe einen Abtrieb über ein äußeres Zentralrad auf, wobei dieses äußere Zentralrad trieblich mit einem Sonnenrad der zweiten Planetenstufe verbunden ist. Dabei treibt ein Planetenträger der zweiten Planetenstufe über eine Abtriebswelle ein Fahrzeugrad an, während sich deren Planetenräder an einem drehfest mit dem Radträger verbundenen Hohlrad abstützen, indem deren Verzahnungen miteinander im Eingriff sind. Mit einer derartigen durch die beiden Planetenstufen gebildeten Radsatzanordnung lässt sich eine sehr hohe Übersetzung erzielen, so dass bei einer hohen Drehzahl und einem geringen Drehmoment des Elektromotors auf das Fahrzeugrad ein hohes Drehmoment und eine relativ geringe Drehzahl übertragen werden.
Demgegenüber weist die Anordnung nach der EP 0966 361 B1 zwei Planetenstufen auf, bei der in einer drehfest mit dem Radträger verbundenen hohlzylindrischen Radachse die Hohlräder der beiden Planetenstufen fixiert sind. Ein Steg der ersten Planetenstufe treibt ein Sonnenrad der zweiten Planetenstufe an, während abtriebsseitig dessen Planetenradträger mit einem Radflansch verbunden ist. Zwischen den beiden Planetenstufen sind eine doppelreihige Radlagerung und eine Scheibenbremse angeordnet. Insgesamt ergibt sich dadurch eine relativ große axiale Baulänge des Radnabengetriebes, was aber wegen der vorgesehenen Verwendung für einen Radantrieb mit einer Zwillingsbereifung nicht als Nachteil angesehen werden dürfte.
Weiterhin ist vorgesehen, dass den beiden Planetenstufen eine dritte mit der Abtriebswelle verbundene Planetenstufe nachgeschaltet ist. Dabei kann die Abtriebswelle ein Sonnenrad der dritten Planetenstufe antreiben, wobei deren Planetenradträger zumindest mittelbar mit einem Radantriebsflansch verbunden ist, und wobei ein Hohlrad der dritten Planetenstufe drehfest gegenüber dem Radträger fixiert ist.
Schließlich kann das Radnabengetriebe für einen elektrischen Einzelradantrieb einer Vorderachse eines land- oderbauwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeuges vorgesehen sein, wobei der den Elektromotor aufnehmende Radträger an einem zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgebildeten Achskörper einer Starrachse angelenkt ist.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs und der von diesem abhängigen Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Patentansprüche nicht beschränken.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in der einzigen Zeichnung dargestellt. Es zeigt:

1 ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Radnabengetriebes.

In der 1 ist mit 1 ein Radnabengetriebe bezeichnet, das eingangsseitig mit einem Elektromotor 2 und ausgangsseitig mit einem Fahrzeugrad 3 verbunden ist. Dabei sind der Elektromotor 2 und das Radnabengetriebe 1 in einem Radträger 4 angeordnet, der beispielsweise über Gelenke an einer nicht näher dargestellten Starrachse oder einem Fahrzeugchassis angelenkt sein kann.
Das Radnabengetriebe 1 besteht aus einer ersten Planetenstufe 5, einer zweiten Planetenstufe 6 und einer dritten Planetenstufe 7. Der Elektromotor 2 treibt eine Eingangswelle 8 der ersten Planetenstufe 5 an, die mit einem inneren Zentralrad 9 versehen ist, wobei dieses mit seiner Verzahnung in Verzahnungen erster Planetenräder 10 eingreift. Diese ersten Planetenräder 10 sind drehbar auf einem Steg 11 gelagert, wobei der Steg 11 wiederum drehfest mit dem Radträger 4 verbunden ist.
Ein äußeres Zentralrad 12, in dessen Innenverzahnung die Planetenräder 10 eingreifen, ist mit einem Sonnenrad 13 der zweiten Planetenstufe 6 verbunden, wobei dieses zweite Planetenräder 14 antreibt. Diese zweiten Planetenräder 14 sind zum einen drehbar auf einem Planetenträger 15 angeordnet und kämmen zum anderen mit einem Hohlrad 16, das im Radträger 4 fixiert ist.
Die zweite Planetenstufe 6 treibt über den Planetenträger 15 ab, wobei auf einer von dem Planetenträger 15 ausgehenden Abtriebswelle 17 ein Sonnenrad 18 der dritten Planetenstufe 7 fixiert ist. Schließlich erfolgt ein Abtrieb von der dritten Planetenstufe 7 über einen Planetenradträger 19 und eine Ausgangswelle 20, wobei sich Planetenräder 21 an einem am Radträger 4 fixierten Hohlrad 22 abstützen. Die Ausgangswelle 20 ist dabei mit dem Fahrzeugrad 3 verbunden.
Sowohl bei der Eingangswelle 8, der Abtriebswelle 17 als auch der Ausgangswelle 20 kann es sich jeweils um unterschiedliche Ausführungen eines eine Drehbewegung übertragenden Elements, beispielsweise Vollwelle, Hohlwelle, Flansch, hohlzylindrische Abtriebselemente usw., handeln. Der Radträger 4 kann mit einem Gehäuse verbunden sein, das das Radnabengetriebe 1 radial umschließt und den Steg 11 sowie die Hohlräder 16 und 22 aufnimmt.
Bezugszeichenliste

1: Radnabengetriebe
2: Elektromotor
3: Fahrzeugrad
4: Radträger
5: erste Planetenstufe
6: zweite Planetenstufe
7: dritte Planetenstufe
8: Eingangswelle von 5
9: inneres Zentralrad von 5
10: Planetenräder von 5
11: Steg von 5
12: äußeres Zentralrad von 5
13: Sonnenrad von 6
14: Planetenräder von 6
15: Planetenträger von 6
16: Hohlrad von 6
17: Abtriebswelle von 6
18: Sonnenrad von 7
19: Planetenradträger von 7
20: Ausgangswelle
21: Planetenräder von 7
22: Hohlrad von 7

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 966361 B1 [0004]
EP 0966361 B1 [0009]

Claims

Radnabengetriebe (1) für einen Einzelradantrieb eines Kraftfahrzeugs, das in einem am Kraftfahrzeug angelenkten Radträger (4) angeordnet ist und eine von einem Elektromotor (2) angetriebene Eingangswelle (8) sowie zumindest zwei Planetenstufen (5, 6, 7) aufweist, wobei mittels des Radnabengetriebes (1) eine Drehzahl der Eingangswelle (8) ins Langsame übersetzt wird und dieses ein auf der Eingangswelle (8) fixiertes inneres Zentralrad (9) einer ersten Planetenstufe (5) aufweist, welches mit Planetenrädern (10), die auf einem Steg (11) drehbar gelagert sind, in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (11) drehfest mit dem Radträger (4) verbunden ist und die erste Planetenstufe (5) einen Abtrieb über ein äußeres Zentralrad (12) aufweist, wobei dieses mit einem Sonnenrad (13) der zweiten Planetenstufe (6) verbunden ist, und dass ein Planetenträger (15) der zweiten Planetenstufe (6) über eine Abtriebswelle (17) ein Fahrzeugrad (3) antreibt, wobei sich deren Planetenräder (14) an einem drehfest mit dem Radträger (4) verbundenen Hohlrad (16) abstützen.
Radnabengetriebe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Planetenstufen (5 und 6) eine dritte mit der Abtriebswelle verbundene Planetenstufe (7) nachgeschaltet ist.
Radnabengetriebe nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (17) ein Sonnenrad (18) der dritten Planetenstufe (7) antreibt, wobei deren Planetenradträger (19) zumindest mittelbar mit einem Radantriebsflansch verbunden ist, und dass ein Hohlrad (22) der dritten Planetenstufe (7) drehfest gegenüber dem Radträger (4) fixiert ist.
Radnabengetriebe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radnabengetriebe (1) für einen elektrischen Einzelradantrieb einer Vorderachse eines land- oderbauwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeuges vorgesehen ist, wobei der den Elektromotor (2) aufnehmende Radträger (4) an einem zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgebildeten Achskörper einer Starrachse angelenkt ist.