DE102023005017A1

DE102023005017A1 - Radnabenantrieb für ein Kraftfahrzeug, sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102023005017A1
Application number: DE102023005017.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Schmidt; Fabian Schwed; Johannes Dehn; Arthur Adam; Jessica Roosz
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-12-06
Filing date: 2023-12-06
Publication date: 2025-06-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Radnabenantrieb (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Radträger (12), mit einer über ein Radlager (14) drehbar an dem Radträger (12) gelagerten Radnabe (40), mit einem Fahrzeugrad (42), welches mit der Radnabe (40) drehfest verbunden ist, mit einer elektrischen Maschine (24), welche einen drehfest mit dem Radträger (12) verbundenen Stator (26) und einen mittels des Stators (26) antreibbaren und dadurch relativ zu dem Stator (26) drehbaren Rotor (30) aufweist, welcher über ein zusätzlich zu dem Radlager (14) vorgesehenes Rotorlager (58) drehbar an dem Radträger (12) gelagert ist, und mit einer formschlüssigen Koppeleinrichtung (K), welche zwischen einem Koppelzustand, in welchem der Rotor (30) mittels der Koppeleinrichtung (K) drehfest mit der Radnabe (40) verbunden ist, und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist, in welchem der Rotor (30) relativ zu der Radnabe (40) drehbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radnabenantrieb für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen Radnabenantrieb.
Der DE 10 2022 000 026 A1 ist ein Radnabenantrieb für ein Kraftfahrzeug als bekannt zu entnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Radnabenantrieb für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen Radnabenantrieb zu schaffen, sodass auf besonders bauraumgünstige Weise ein besonders effizienter Betrieb realisierbar ist. Diese Aufgabe wird durch einen Radnabenantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen auch als Radnabenantriebsvorrichtung oder Radnabenantriebseinrichtung bezeichneten Radnabenantrieb für ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den Radnabenantrieb aufweist und mittels des Radnabenantriebs, insbesondere rein elektrisch, antreibbar ist. Somit ist der Radnabenantrieb vorzugsweise ein elektrischer Radnabenantrieb, mittels welchem das Kraftfahrzeug, insbesondere rein elektrisch, antreibbar ist. Beispielsweise weist das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens oder genau zwei in Fahrzeuglängsrichtung des Kraftfahrzeugs hintereinander und somit aufeinanderfolgend angeordnete, einfach auch als Achsen bezeichnete Fahrzeugachsen auf. Die jeweilige Fahrzeugachse weist wenigstens oder genau zwei jeweilige, einfach auch als Räder bezeichnete Fahrzeugräder auf, wobei die jeweiligen Fahrzeugräder der jeweiligen Fahrzeugachse auf in Fahrzeugquerrichtung des Kraftfahrzeugs einander gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. die Fahrzeugräder sind Bodenkontaktelemente, über welche das Kraftfahrzeug in Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs nach unten hin an einen Boden abstützbar oder abgestützt ist. Wird das Kraftfahrzeug entlang des Bodens gefahren, während das Kraftfahrzeug in Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs nach unten hin über die Bodenkontaktelemente an dem Boden abgestützt ist, so rollen die Bodenkontaktelemente, insbesondere direkt, an dem Boden ab. Dabei ist vorzugsweise, insbesondere genau ein erstes der Fahrzeugräder Bestandteil des Radnabenantriebs. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem Fahrzeugrad ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, das erste Fahrzeugrad des Radnabenantriebs zu verstehen. Dabei ist mittels des Radnabenantriebs, welcher das Fahrzeugrad umfasst, das Fahrzeugrad, insbesondere rein elektrisch, antreibbar. Der zuvor genannte Radnabenantrieb wird auch als erster Radnabenantrieb bezeichnet, wobei, wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem Radnabenantrieb ist, darunter, falls nichts anderes angegeben ist, der erste Radnabenantrieb zu verstehen ist. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug wenigstens eine zusätzlich zu dem Radnabenantrieb vorgesehenen, zweiten Radnabenantrieb aufweisen, welcher beispielsweise, insbesondere genau, ein zweites der Fahrzeugräder umfassen kann, wobei mittels des Radnabenantriebs das zweite Fahrzeugrad, insbesondere rein elektrisch, antreibbar ist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das erste Fahrzeugrad und das zweite Fahrzeugrad die Fahrzeugräder derselben Fahrzeugachse sind. Die vorigen und folgenden Ausführungen zum dem ersten Radnabenantrieb und zu dem ersten Fahrzeugrad können ohne Weiteres auch auf den zweiten Radnabenantrieb und das zweite Fahrzeugrad übertragen werden und umgekehrt.
Der Radnabenantrieb (erster Radnabenantrieb) weist einen Radträger sowie eine Radnabe auf, welche über ein Radlager des Radnabenantriebs drehbar an dem Radträger gelagert ist. Beispielsweise weist das Radlager eine mit dem Radträger, insbesondere permanent, drehfest verbundene erste Lagerschale und eine koaxial und drehbar zu der ersten Lagerschale angeordnete zweite Lagerschale auf, welche beispielsweise, insbesondere permanent, drehfest mit der Radnabe verbunden ist. Somit sind die Radnabe und insbesondere die zweite Lagerschale um eine auch als Hauptdrehachse bezeichnete Raddrehachse relativ zu dem Radträger und insbesondere relativ zu der ersten Lagerschale drehbar an dem Radträger insbesondere über die erste Lagerschale gelagert und vorzugsweise ist das Radlager als ein Wälzlager ausgebildet. Grundsätzlich wäre es denkbar, dass die erste Lagerschale separat von dem Radträger und, insbesondere permanent, drehfest mit dem Radträger verbunden ist. Ferner wäre es denkbar, dass erste Lagerschale und der Radträger einstückig miteinander ausgebildet, das heißt aus einem einzigen Stück gebildet sind. Grundsätzlich wäre es denkbar, dass die Radnabe und die zweite Lagerschale separat voneinander ausgebildet und, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden sind. Ferner wäre es denkbar, dass die zweite Lagerschale und die Radnabe einstückig miteinander ausgebildet und somit aus einem einzigen Stück gebildet und dadurch, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden sind. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Merkmal, dass zwei Bauteile wie beispielsweise die zweite Lagerschale und die Radnabe einstückig miteinander ausgebildet sind, zu verstehen, dass die einstückig miteinander ausgebildeten Bauteile aus einem einzigen Stück gebildet sind, sodass die Bauteile einstückig oder einteilig miteinander ausgebildet sind. Dies bedeutet, dass die Bauteile nicht separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden sind, sondern die Bauteile sind aus einem einzigen Stück gebildet, das heißt durch einen aus einem einzigen Stück gebildeten und somit einstückig ausgebildeten, das heißt integral hergestellten Körper, welcher ein Monoblock ist, gebildet.
Beispielsweise weist das Radlager Wälzkörper auf. Dabei bildet beispielsweise die erste Lagerschale wenigstens eine erste Laufbahn für die Wälzkörper, und die zweite Lagerschale bildet beispielsweise wenigstens eine zweite Laufbahn für die Wälzkörper. Insbesondere dann, wenn sich die Radnabe um die Hauptdrehachse relativ zu dem Radträger und somit die zweite Lagerschale um die Raddrehachse relativ zu der ersten Lagerschale dreht, wälzen die Wälzkörper an der ersten Laufbahn und an der zweiten Laufbahn, insbesondere jeweils direkt, ab, sodass beispielsweise die Wälzkörper die erste Laufbahn und die zweite Laufbahn insbesondere jeweils direkt, berühren.
Das (erste) Fahrzeugrad des Radnabenantriebs ist mit der Radnabe drehfest verbunden, sodass das Fahrzeugrad über die Radnabe und das Radlager um die Hauptdrehachse relativ zu dem Radträger drehbar an dem Radträger gelagert ist. Dabei sind die Radnabe und das Radlager um die Hauptdrehachse relativ zu dem Radträger drehbar an dem Radträger gelagert.
Der Radnabenantrieb weist außerdem eine elektrische Maschine auf, welche einen, insbesondere permanent, drehfest mit dem Radträger verbundenen Stator und einen Rotor aufweist. Mittels des Stators ist der Rotor antreibbar und dadurch relativ zu dem Stator insbesondere um eine Maschinendrehachse drehbar. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Rotor koaxial zu dem Radlager beziehungsweise den Lagerschalen angeordnet ist, sodass vorzugsweise die Maschinendrehachse mit der Raddrehachse (Hauptdrehachse) zusammenfällt. Durch Antreiben des Rotors ist mittels des Rotors die Radnabe, insbesondere die zweite Lagerschale und über die zweite Lagerschale die Radnabe, antreibbar, wodurch die Radnabe und somit das Fahrzeugrad um die Hauptdrehachse relativ zu dem Radträger und insbesondere relativ zu der ersten Lagerschale drehbar sind.
Das Fahrzeugrad weist beispielsweise eine Felge und eine Radscheibe auf. Dabei ist beispielsweise ein insbesondere aus Gummi gebildeter und separat von der Radscheibe und separat von der Felge ausgebildeter Reifen, welcher Bestandteil des Fahrzeugrads sein kann, auf die Felge aufgezogen, mithin an der Felge befestigt. Insbesondere dann, wenn das Fahrzeugrad, insbesondere direkt, an dem zuvor genannten Boden abrollt, rollt oder wälzt der Reifen, insbesondere direkt, an dem Boden ab.
Der Rotor ist über ein zusätzlich zu dem Radlager vorgesehenes und dadurch beispielsweise als Wälzlager ausgebildetes Rotorlager drehbar an dem Radträger gelagert, sodass der Rotor um die Maschinendrehachse, insbesondere um die Hauptdrehachse, relativ zu dem Radträger über das Radlager drehbar an dem Radträger gelagert ist. Der Radnabenantrieb weist außerdem eine formschlüssige Koppeleinrichtung auf, welche zwischen einem Koppelzustand und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist. In dem Koppelzustand ist mittels der Koppeleinrichtung der Rotor formschlüssig drehfest mit der Radnabe verbunden, sodass in dem Koppelzustand der Rotor die Radnabe und über die Radnabe das Fahrzeugrad antreiben kann. In dem Entkoppelzustand ist der Rotor von der Radnabe entkoppelt und in der Folge, insbesondere um die Maschinendrehachse und ganz insbesondere um die Hauptdrehachse, relativ zu der Radnabe drehbar. Mit anderen Worten gibt die Koppeleinrichtung in dem Entkoppelzustand den Rotor für um die Hauptdrehachse und relativ zu der Radnabe erfolgende Drehungen frei und umgekehrt. Befindet sich somit die Koppeleinrichtung in dem Entkoppelzustand, so können über die Koppeleinrichtung keine Drehmomente zwischen der Radnabe und dem Rotor übertragen werden. Befindet sich somit beispielsweise das Kraftfahrzeug in seinem Schubbetrieb, während sich die Koppeleinrichtung in dem Entkoppelzustand befindet, so schleppt beispielsweise das sich drehende Fahrzeugrad den Rotor nicht mit, sodass beispielsweise ein effizienter Betrieb realisiert werden kann. Erkennbar ist, dass die Koppeleinrichtung als eine mechanische Trenneinheit fungiert, ausgebildet ist oder betreibbar ist, wobei die Trenneinheit auch als Disconnect Unit (englisch für Trenneinheit) oder Abtrenneinheit oder Abkoppeleinheit bezeichnet wird. In dem Koppelzustand sind die Radnabe und der Rotor mittels der Koppeleinheit formschlüssig miteinander verbunden, wodurch ebenfalls ein besonders vorteilhafter, effizienter Betrieb darstellbar ist.
Um nun darüber hinaus eine besonders kompakte Bauweise des Radnabenantriebs realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Koppeleinrichtung ein sich in einer radialen Richtung des Radnabenantriebs, dessen axiale Richtung senkrecht zur radialen Richtung des Radnabenantriebs verläuft, erstreckendes, und entlang der radialen Richtung des Radnabenantriebs relativ zu der Radnabe und relativ zu dem Rotor verschiebbar angeordnetes, mithin verschiebbares und somit translatorisch bewegbares Koppelelement aufweist. Die axiale Richtung des Radnabenantriebs verläuft entlang der Hauptdrehachse oder fällt mit der Hauptdrehachse zusammen, sodass die radiale Richtung des Radnabenantriebs senkrecht zur Hauptdrehachse verläuft.
Das Koppelelement ist somit in radialer Richtung des Radnabenantriebs relativ zu der Radnabe und relativ zu dem Rotor zwischen wenigstens einer den Koppelzustand bewirkenden Koppelstellung und wenigstens einer den Entkoppelzustand bewirkenden Entkoppelstellung verschiebbar. Dies bedeutet, dass dann und insbesondere immer dann, wenn sich das Koppelelement in seiner Koppelstellung befindet, sich die Koppeleinrichtung in ihrem Koppelzustand befindet. Ferner befindet sich beispielsweise dann und vorzugsweise immer dann, wenn sich das Koppelelement in seiner Entkoppelstellung befindet, die Koppeleinrichtung in ihrem Entkoppelzustand. Beispielsweise ist ein Aktor vorgesehen, mittels welchem das Koppelelement relativ zu der Radnabe und relativ zu dem Rotor zwischen der Koppelstellung und der Entkoppelstellung in radialer Richtung des Radnabenantriebs verschiebbar ist. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von der axialen Richtung ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die axiale Richtung des Radnabenantriebs zu verstehen. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von der radialen Richtung ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die radiale Richtung des Radnabenantriebs zu verstehen. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff „radial“ auf die radiale Richtung des Radnabenantriebs, und der Begriff „axial“ bezieht sich auf die axiale Richtung des Radnabenantriebs. Mit anderen Worten meint der Begriff „radial“ die radiale Richtung des Radnabenantriebs, wobei der Begriff „axial“ die axiale Richtung des Radnabenantriebs meint.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass das Koppelelement in der Koppelstellung sowohl mit der Radnabe als auch mit dem Rotor jeweils formschlüssig zusammenwirkt, sodass in dem Koppelzustand mittels des Koppelelements der Rotor und die Radnabe formschlüssig drehfest miteinander verbunden sind. In der Entkoppelstellung wirkt das Koppelelement nicht sowohl mit dem Rotor als auch mit der Radnabe formschlüssig zusammen, sondern beispielsweise wirkt das Koppelelement in der Entkoppelstellung bezogen auf den Rotor und die Radnabe ausschließlich mit dem Rotor oder ausschließlich mit der Radnabe formschlüssig zusammen, oder in der Entkoppelstellung wirkt das Koppelelement weder mit dem Rotor noch mit der Radnabe formschlüssig zusammen, sodass in der Entkoppelstellung und somit in dem Entkoppelzustand der Koppeleinrichtung der Rotor und die Radnabe voneinander entkoppelt und somit um die Hauptdrehachse relativ zueinander drehbar sind. Dadurch, dass bei der Erfindung das Koppelelement radial, das heißt in radialer Richtung des Radnabenantriebs zwischen der Koppelstellung und der Entkoppelstellung verschiebbar ist, kann eine besonders bauraumgünstige Bauweise des Radnabenantriebs realisiert werden.
Um eine besonders kompakte Bauweise des Radnabenantriebs realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Koppelelement zumindest bezüglich der einfach auch als Drehachse bezeichneten Hauptdrehachse, um welche die Radnabe und somit das Fahrzeugrad relativ zu dem Radträger drehbar sind, permanent drehfest mit der Radnabe verbunden ist. Somit wirkt beispielsweise das Koppelelement sowohl in der Koppelstellung als auch in der Entkoppelstellung formschlüssig mit der Radnabe zusammen, derart, dass das Koppelelement zumindest bezüglich der Hauptdrehachse permanent drehfest mit der Radnabe verbunden ist. In der Koppelstellung wirkt beispielsweise das Koppelelement auch formschlüssig mit dem Rotor zusammen, wobei beispielsweise in der Entkoppelstellung das Koppelelement nicht formschlüssig mit dem Rotor zusammenwirkt.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Koppelelement axial überlappend zu dem Rotorlager angeordnet ist. Dadurch kann der Bremsbelag des Radnabenantriebs besonders gering gehalten werden.
Unter dem Merkmal „axial überlappend“ ist Folgendes zu verstehen: Zwei Elemente wie beispielsweise das Koppelelement und das Rotorlager sind hinsichtlich einer gemeinsamen, insbesondere in axialer Richtung des Radnabenantriebs verlaufenden Achse und/oder in axialer Richtung des Radnabenantriebs axial überlappend, insbesondere zueinander, angeordnet, wenn sie jeweils zumindest teilweise in einem Bereich gleicher axialer Koordinaten angeordnet sind.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Merkmal „radial überlappend“ Folgendes zu verstehen: Zwei insbesondere zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrische Elemente sind insbesondere in Bezug auf eine gemeinsame, beispielsweise in radialer Richtung des Radnabenantriebs verlaufende Achse und/oder in radialer Richtung des Radnabenantriebs radial, insbesondere zueinander, überlappend angeordnet, wenn sie jeweils zumindest teilweise in einem Bereich gleicher radialer Koordinaten, insbesondere gleicher Winkelkoordinaten, angeordnet sind. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Merkmal, dass ein erstes Bauelement radial innerhalb eines zweiten Bauelements angeordnet ist, zu verstehen, dass das erste Bauelement in einem Bereich kleinerer Radien als das zweite Bauelement angeordnet ist, insbesondere bezogen auf die Hauptdrehachse. Außerdem ist unter dem Merkmal, dass ein erstes Bauelement axial innerhalb eines zweiten Bauelements angeordnet ist, zu verstehen, dass in Einbaulage des Radnabenantriebs, der seine Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des den Radnabenantrieb aufweisenden Kraftfahrzeugs einnimmt und insbesondere bezogen auf eine Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs, das heißt insbesondere dann, wenn eine Lenkung des Kraftfahrzeugs dazu eingestellt ist, eine Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs zu bewirken, das erste Bauelement, welches axial innerhalb des zweiten Bauelements angeordnet ist, auf einer Seite des zweiten Bauelements zu einer auch als Fahrzeugmitte bezeichneten Mitte des Kraftfahrzeugs hin angeordnet ist, mithin das erste Bauelement auf einer zur Mitte des Kraftfahrzeugs hinweisenden Seite des zweiten Bauelements angeordnet ist, sodass das erste Bauelement insbesondere in Fahrzeugquerrichtung des Kraftfahrzeugs betrachtet weiter innen, das heißt näher an der Mitte des Kraftfahrzeugs angeordnet ist als das zweite Bauelement.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente drehfest miteinander verbunden sind, zu verstehen, dass die drehfest miteinander verbundenen Bauelemente koaxial zueinander angeordnet sind und sich insbesondere dann, wenn die Bauelemente angetrieben werden, gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig um eine den Bauelementen gemeinsame Bauelementdrehachse wie beispielsweise die Hauptdrehachse mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit, insbesondere relativ zu einem Bezugselement, wie beispielsweise dem Radträger, drehen. Mit anderen Worten sind zwei Elemente drehfest miteinander verbunden, wenn sie koaxial zueinander angeordnet sind, insbesondere bezogen auf ihre Bauelementdrehachse oder bezogen auf eine Rotationssymmetrieachse, und wenn sie derart miteinander verbunden sind, dass sie immer mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen. Ein Element ist drehfest mit einem Gehäuse verbunden, wenn es nicht gegenüber, das heißt relativ zu dem Gehäuse verdreht werden kann. Somit ist ein Element dann drehfest mit dem Radträger verbunden, wenn es nicht gegenüber, das heißt relativ zu dem Radträger verdreht werden kann.
Unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente drehmomentübertragend miteinander verbunden oder gekoppelt sind, ist zu verstehen, dass die Bauelemente derart miteinander gekoppelt oder verbunden sind, dass Drehmomente zwischen den Bauelementen übertragen werden können, wobei dann, wenn die Bauelemente drehfest miteinander verbunden oder gekoppelt sind, die Bauelemente auch drehmomentübertragend miteinander verbunden oder gekoppelt sind. Zwei drehmomentübertragend miteinander verbundene Bauelemente können somit drehfest miteinander verbunden sein. Ferner ist es denkbar, dass zwei drehmomentübertragend miteinander verbundene Bauelemente über eine zwischengeschaltete Übersetzungseinheit drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, sodass über die Übersetzungseinheit Drehmomente zwischen den Bauelementen übertragen werden können, während die Bauelemente drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, wobei die Bauelemente jedoch relativ zueinander drehbar sein können.
Unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente permanent drehmomentübertragend miteinander verbunden oder gekoppelt sind, ist zu verstehen, dass nicht etwa ein Schaltelement vorgesehen ist, welches zwischen einem die Bauelemente drehmomentübertragend miteinander verbindenden oder koppelnden Koppelzustand und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist, in welchem keine Drehmomente zwischen den Bauelementen über das Schaltelement übertragen werden können, sondern die Bauelemente sind stets beziehungsweise immer und somit permanent drehmomentübertragend, das heißt derart miteinander verbunden oder gekoppelt, dass ein Drehmoment zwischen den Bauelementen übertragen werden kann. Somit ist beispielsweise eines der Bauelemente von dem jeweils anderen Bauelement antreibbar beziehungsweise umgekehrt.
Insbesondere ist unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente permanent drehfest miteinander verbunden sind oder gekoppelt sind, zu verstehen, dass nicht etwa ein Schaltelement vorgesehen ist, welches zwischen einem die Bauelemente drehfest miteinander verbindenden oder koppelnden Koppelzustand und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist, in welchem die Bauelemente voneinander entkoppelt und relativ zueinander drehbar sind, sodass keine Drehmomente zwischen den Bauelementen über das Schaltelement übertragen werden können, sondern die Bauelemente sind stets beziehungsweise immer, mithin permanent drehfest miteinander verbunden oder gekoppelt. Ferner ist unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente drehfest miteinander verbindbar oder koppelbar sind, zu verstehen, dass den Bauelementen ein Umschaltelement zugeordnet ist, welches zwischen wenigstens einem Koppelzustand und wenigstens einem Entkoppelzustand umschaltbar ist. In dem Koppelzustand sind die Bauelemente mittels des Umschaltelements drehfest miteinander verbunden oder gekoppelt. In dem Entkoppelzustand sind die Bauelemente voneinander entkoppelt, sodass in dem Entkoppelzustand die Bauelemente relativ zueinander um die Bauelementdrehachse drehbar sind. Entsprechendes gilt für das Merkmal, dass zwei Bauelemente drehmomentübertragend miteinander verbindbar oder koppelbar sind. Somit ist beispielsweise unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente drehmomentübertragend miteinander verbindbar oder koppelbar sind, zu verstehen, dass den Bauelementen ein Schaltelement zugeordnet ist, wobei das Schaltelement zwischen wenigstens einem Verbindungszustand und wenigstens einem Freigabezustand umschaltbar ist. In dem Verbindungszustand sind die Bauelemente mittels des Schaltelements drehmomentübertragend miteinander gekoppelt oder verbunden, sodass Drehmomente zwischen den Bauelementen insbesondere über das Schaltelement übertragen werden können. In dem Freigabezustand sind die Bauelemente voneinander entkoppelt, sodass in dem Freigabezustand kein Drehmoment zwischen den Bauelementen über das Schaltelement übertragen werden kann.
Um eine besonders kompakte Bauweise des Radnabenantriebs realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Koppelelement das Rotorlager radial durchsetzt.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass ein Rotorträgerabschnitt eines den Rotor tragenden Radträgers axial überlappend zu dem Rotorlager angeordnet ist, wodurch insbesondere eine in axialer Richtung verlaufende Länge des Radnabenantriebs besonders gering gehalten werden kann. Insbesondere ist es beispielsweise vorgesehen, dass der Rotor separat von dem Radträger ausgebildet und, insbesondere permanent, drehfest mit dem Radträger verbunden ist. Insbesondere ist oder umfasst beispielsweise der Rotor ein auch als Rotorblechpaket bezeichnetes Blechpaket. Alternativ oder zusätzlich kann der Rotor wenigstens einen oder mehrere Magnete, insbesondere Permanentmagnete, umfassen, welche beispielsweise an dem Rotorblechpaket gehalten und somit durch das Rotorblechpaket getragen sind. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise der Rotor wenigstens eine auch als Rotorwicklung bezeichnete Wicklung aufweisen, welche an dem Rotorblechpaket gehalten oder und somit durch das Rotorblechpaket getragen ist. Insbesondere ist der Rotor, insbesondere im Gegensatz zum Radträger, ein magnetisch wirksames Element, mittels welchem beispielsweise ein magnetischer Fluss zu führen ist, der beispielsweise bei einem Betrieb der elektrischen Maschine von der elektrischen Maschine erzeugbar ist, insbesondere um die Radnabe und dadurch das Fahrzeugrad anzutreiben.
Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrisch Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere Hundert Volt beträgt.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Rotorträgerabschnitt eine Ausnehmung auf, welche dazu ausgebildet ist, in dem Koppelzustand das Koppelelement aufzunehmen. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Koppelzustand das Koppelelement in der Ausnehmung des Rotorträgerabschnitts aufgenommen ist, mithin in die Ausnehmung eingreift. Dadurch wirkt in dem Koppelzustand das Koppelelement formschlüssig mit dem Rotorträgerabschnitt und über diesen formschlüssig mit dem Rotor zusammen, wobei insbesondere in axialer Richtung der Bremsbelag des Radnabenantriebs besonders gering gehalten werden kann.
Um eine besonders kompakte Bauweise des Radnabenantriebs realisieren zu können, ist es weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Rotorlager radial innerhalb des Rotorträgerabschnittes angeordnet ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Fahrzeugrad die zuvor genannte Radscheibe aufweist. Ferner ist es denkbar, dass das Fahrzeugrad die zuvor genannte Felge aufweist. Die Radscheibe und die Felge sind vorzugsweise, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden. Grundsätzlich wäre es denkbar, dass die Felge und die Radscheibe separat voneinander aus und, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden sind, oder die Radscheibe und die Felge sind einstückig miteinander ausgebildet, das heißt aus einem einzigen Stück gebildet und dadurch, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden. Ganz insbesondere ist der Reifen auf die Felge aufgezogen und somit durch die Felge getragen.
Dabei hat es sich zur Realisierung einer besonders kompakten Bauweise als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn hinsichtlich der axialen Richtung des Radnabenantriebs die Radscheibe des Fahrzeugrades, das Rotorlager, das Radlager und ein Radträgerabschnitt des Radträgers in der Reihenfolge ihrer Nennung, mithin in der genannten Reihenfolge nacheinander, das heißt aufeinanderfolgend angeordnet sind. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass hinsichtlich der axialen Richtung des Radnabenantriebs die Radscheibe, das Rotorlager, das Radlager und der Radträgerabschnitt in folgender Reihenfolge nacheinander, das heißt aufeinanderfolgend angeordnet sind: die Radscheibe - das Rotorlager - das Radlager - der Radträgerabschnitt. Somit schließt sich in axialer Richtung des Radnabenantriebs das Rotorlager an die Radscheibe, das Radlager an das Rotorlager und der Radträgerabschnitt an das Radlager an. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die insbesondere separat von dem Radträger ausgebildete erste Lagerschale an dem genannt Radträgerabschnitt befestigt und dadurch, insbesondere permanent, drehfest mit dem Radträger verbunden ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich durch eine auch als Bremsvorrichtung bezeichnete Reibbremse aus, welche ein permanent drehfest mit der Radnabe verbundenes erstes Bremselement, ein zweites Bremselement und einen Reibbereich aufweist, in welchem die als Reibelemente ausgebildeten Bremselemente in, insbesondere direktes, reibendes Zusammenwirken bringbar sind, um dadurch die Radnabe und somit das Fahrzeugrad insbesondere im Hinblick auf um die Hauptdrehachse und relativ zu dem Radträger erfolgende Drehungen abzubremsen. Vorzugsweise ist das zweite Bremselement zumindest mittelbar, insbesondere direkt, insbesondere permanent, drehfest mit dem Radträger verbunden. Unter dem Merkmal, dass die Bremselemente in reibendes Zusammenwirken bringbar sind, ist zu verstehen, dass die als Reibelemente ausgebildeten Bremselemente in dem Reibbereich in reibschlüssiges Zusammenwirken bringbar sind, um hierdurch die Radnabe und somit das Fahrzeugrad relativ zu dem Radträger und insbesondere relativ zu der ersten Lagerschale abzubremsen, insbesondere hinsichtlich der zuvor genannten, um die Hauptdrehachse und relativ zu dem Radträger und insbesondere relativ zu der ersten Lagerschale erfolgenden Drehungen der Radnabe und somit des Fahrzeugrads. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt, durch, insbesondere hydraulisches, Betätigen der Reibbremse sind die Bremselemente in ein derartiges, insbesondere direktes, Zusammenwirken bringbar, dass die Reibelemente, insbesondere direkt, aneinander reiben, wodurch die Radnabe und somit das Fahrzeugrad hinsichtlich ihrer jeweiligen, um die Hauptdrehachse und relativ zu dem Radträger erfolgenden Drehung abgebremst werden können. Hierdurch kann das Kraftfahrzeug insgesamt abgebremst werden.
Beispielsweise ist das erste Bremselement eine Bremsscheibe. Somit ist vorzugsweise die Reibbremse als eine Scheibenbremse ausgebildet.
Schließlich hat es sich zur Realisierung einer besonders kompakten Bauweise als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Reibbereich der Reibbremse axial zwischen der Radscheibe und dem Radlager angeordnet ist.
Die elektrische Maschine ist beispielsweise als eine Axialflussmaschine (AFM) ausgebildet, welche auch als Axialflussmotor bezeichnet wird. Alternativ kann die elektrische Maschine als eine Radialflussmaschine ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine als ein Innenläufer ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass der Stator an seiner radial äußeren Seite an den Radträger angebunden ist. Dabei ist beispielsweise zumindest der Rotorträgerabschnitt und/oder zumindest ein weiterer Rotorträgerabschnitt des Rotorträgers radial innerhalb des Stators angeordnet, insbesondere derjenige Rotorträgerabschnitt, der axial überlappend zu dem Stator angeordnet ist. Insbesondere dann, wenn die elektrische Maschine als eine Axialflussmaschine ausgebildet ist, ist vorzugsweise die Axialflussmaschine, insbesondere deren Rotor, in H-Form, das heißt in H-Bauweise ausgebildet, sodass beispielsweise der Rotor zumindest im Wesentlichen H-förmig ausgebildet ist oder eine H-Form bildet, wobei beispielsweise zumindest ein Teilbereich des Stators in der H-Form angeordnet ist. Ferner wäre es denkbar, dass die elektrische Maschine als ein Außenläufer, mithin als eine Außenläufermaschine ausgebildet ist.
Der zuvor genannte Rotorträgerabschnitt ist vorzugsweise derjenige Teil des Radträgers, der radial überlappend zu dem Radlager angeordnet ist.
Die Felge und die Radscheibe können separat voneinander ausgebildet und beispielsweise derart, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden sein, dass die Felge und die Radscheibe miteinander verschweißt sind. Ferner wäre es denkbar, dass die Felge und die Radscheibe einstückig miteinander ausgebildet sind. Beispielsweise ist das Fahrzeugrad derart drehfest mit der Radnabe verbunden, dass die Radscheibe derart drehfest mit der Radnabe verbunden ist, dass die Radscheibe an die Radnabe angeschraubt ist. Hierfür weist beispielsweise die Radnabe beispielsweise als Bohrungen ausgebildete Aufnahmeöffnungen auf, in welchen auch als Radschrauben bezeichneten Schrauben aufnehmbar oder aufgenommen sind, mittels welchen die Radscheibe und somit das Fahrzeugrad an die Radnabe angeschraubt und somit drehfest mit der Radnabe verbunden sind.
Ferner wäre es denkbar, dass die Reibbremse als eine Trommelbremse ausgebildet ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens einen Radnabenantrieb gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines Radnabenantriebs für ein Kraftfahrzeug.
Die einzige 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht einen auch als Radnabenantriebsvorrichtung bezeichneten Radnabenantrieb 10 für ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeug. Der Radnabenantrieb 10 weist einen Radträger 12 und ein Radlager 14 auf, welches eine mit dem Radträger 12, insbesondere permanent, drehfest verbundene erste Lagerschale 16 aufweist. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist das Radlager 14 als ein Wälzlager, das heißt als ein erstes Wälzlager ausgebildet. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Radträger 12 und die erste Lagerschale 16 separat voneinander ausgebildet und, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden. Hierfür ist wenigstens eine oder mehrere Schrauben 18 vorgesehen, wobei mittels der Schraube 18 die Lagerschale 16 mit dem Radträger 12 verschraubt und dadurch, insbesondere permanent, drehfest an dem Radträger 12 befestigt ist. Das Radlager 14 weist eine koaxial und drehbar zur ersten Lagerschale 16 angeordnete zweite Lagerschale 20 auf. Dies bedeutet, dass die Lagerschale 20 koaxial zur Lagerschale 16 angeordnet und um eine Hauptdrehachse 22 relativ zu der Lagerschale 16 und relativ zu dem Radträger 12 drehbar ist. Die Hauptdrehachse 22 wird auch als Raddrehachse bezeichnet. Erkennbar ist, dass die erste Lagerschale 16 ein radial äußerer und radträgerfester Lagerring des Radlagers 14 ist, wobei die zweite Lagerschale 20 ein radial innerer Lagerring des Radlagers 14 ist. Dabei ist die Lagerschale 20 radial innerhalb der Lagerschale 16 angeordnet.
Der Radnabenantrieb 10 weist auch eine elektrische Maschine 24 auf, welche bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als eine Axialflussmaschine (AFM) ausgebildet ist. Die Axialflussmaschine wird auch als Axialflussmotor bezeichnet. Die elektrische Maschine 24 ist vorliegend als ein Innenläufer ausgebildet. Die elektrische Maschine 24 weist einen Stator 26 und einen Statorträger 28 auf, wobei der Stator 26 separat von dem Radträger 12 ausgebildet und, insbesondere permanent, drehfest mit dem Radträger 12 verbunden ist. Hierfür ist der Stator 26 separat von dem Statorträger 28 ausgebildet und, insbesondere permanent, drehfest mit der Statorträger 28 verbunden, welcher den Stator 26 trägt. Der Statorträger 28 ist, insbesondere permanent, drehfest mit dem Radträger 12 verbunden. Beispielsweise ist der Statorträger 28 separat von dem Radträger 12 ausgebildet, und, insbesondere permanent, drehfest mit dem Radträger 12 verbunden. Ferner wäre es denkbar, dass der Statorträger 28 und der Radträger 12 einstückig miteinander ausgebildet sind. Die elektrische Maschine 24 weist außerdem einen Rotor 30 auf, welcher vorliegend Rotorelemente 32 und 34 aufweist. Der Rotor 30 ist mittels des Stators 26 antreibbar und dadurch um die Hauptdrehachse 22 relativ zu dem Stator 26 und relativ zu dem Radträger 12 und relativ zu dem Statorträger 28 drehbar. Der Stator 26 ist beispielsweise ein magnetisch wirksames Element, mittels welchem ein magnetischer Fluss zu führen ist oder geführt wird, der beispielsweise während eines Betriebs der elektrischen Maschine 24 durch die elektrische Maschine 24 erzeugbar ist oder erzeugt wird, insbesondere um dadurch den Rotor 30 anzutreiben. Die elektrische Maschine 24 weist außerdem einen Rotorträger 36 auf, welcher separat von dem Rotor 30 und somit den Rotorelementen 32 und 34 ausgebildet und, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor 30 verbunden ist. Der Rotor 30 ist beispielsweise ein magnetisch wirksames Element, mittels welchem der magnetische Fluss zu führen ist oder geführt wird.
Die Rotorelemente 32 und 34 sind in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10, dessen radiale Richtung mit der axialen Richtung des Radnabenantriebs 10 zusammenfällt, voneinander beabstandet. Die axiale Richtung des Radnabenantriebs 10 fällt mit der Hauptdrehachse 22 zusammen, und die radiale Richtung des Radnabenantriebs 10 verläuft senkrecht zur Hauptdrehachse 22 und ist durch einen Doppelpfeil 38 veranschaulicht. Zumindest ein Teilbereich T des Stators 26 ist in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10 zwischen den Rotorelementen 32 und 34 angeordnet, derart, dass das Rotorelement 32 entlang der Hauptdrehachse 22 und hin zu dem Rotorelement 34 betrachtet zumindest teilweise durch den Teilbereich T überlappt, das heißt überdeckt ist, und dass das Rotorelement 34 entlang der Hauptdrehachse 22 und somit in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10 und hin zu dem Rotorelement 32 betrachtet zumindest teilweise durch den Teilbereich T überlappt, das heißt überdeckt ist. Mittels des Rotors 30 ist durch Antreiben des Rotors 30 die zweite Lagerschale 20 antreibbar und dadurch um die Hauptdrehachse 22 relativ zur ersten Lagerschale 16 und relativ zu dem Radträger 12 drehbar.
Der Radnabenantrieb 10 weist außerdem eine Radnabe 40, welche um die Hauptdrehachse 22 relativ zu dem Radträger 12 drehbar über das Radlager 14 und somit über die Lagerschalen 16 und 20 an dem Radträger 12 gelagert ist. Die Radnabe 40 ist koaxial zur Lagerschale 20 und koaxial zur Lagerschale 16 angeordnet. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Radnabe 40 und die Lagerschale 20 einstückig miteinander ausgebildet. Der Radnabenantrieb 10 weist außerdem ein Fahrzeugrad 42 auf, welches mit der Radnabe 40 drehfest verbunden ist. Das Fahrzeugrad 42 weist eine Felge 44 mit einem Felgenbett 46 und eine Radscheibe 48 auf. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Felge 44 und die Radscheibe 48 einstückig miteinander ausgebildet und dadurch permanent drehfest miteinander verbunden. Auf die Felge 44, insbesondere auf das Felgenbett 46, kann ein in 1 nicht dargestellter Reifen aufgezogen sein, welcher somit separat von der Felge 44 und separat von der Radscheibe 48 ausgebildet und an der Felge 44 befestigt ist. Die Radscheibe 48 weist einen insbesondere zentralen Befestigungsbereich 50 auf, welcher mehrere, beispielsweise als Bohrungen ausgebildete Durchgangsöffnungen 52 aufweist. Die jeweilige Durchgangsöffnung 52 ist von einer jeweiligen Radschraube 54 durchdrungen. Mittels der Radschrauben 54 sind die Radscheibe 48 und somit das Fahrzeugrad 42 an die Radnabe 40 angeschraubt und somit drehfest mit der Radnabe 40 verbunden. Somit ist das Fahrzeugrad 42 über die Radnabe 40 und das Radlager 14 um die Hauptdrehachse 22 relativ zu dem Radträger 12 drehbar an dem Radträger 12 gelagert. Erkennbar ist insbesondere, dass die jeweilige Radschraube 54 in eine jeweilige korrespondierende und beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete Schrauböffnung 56 der Radnabe 40 eingeschraubt ist.
Der Rotor 30 ist über ein zusätzlich zu dem Radlager 14 vorgesehenes, als zweites Wälzlager ausgebildetes Rotorlager 58 drehbar zumindest mittelbar an dem Radträger 12 gelagert. Vorliegend ist über das Rotorlager 58 der Rotor 30 unter Vermittlung der Radnabe 40 und des Radlagers 14 drehbar an dem Radträger 12 gelagert.
Das Radlager 14 weist erste Wälzkörper 60 auf, welche eine erste Wälzkörperreihe bilden. Des Weiteren weist das Radlager 14 zweite Wälzkörper 62 auf, welche eine zweite Wälzkörperreihe bilden, wobei die erste Wälzkörperreihe und die zweite Wälzkörperreihe in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Die Lagerschale 16 bildet eine erste Laufbahn L1 für die Wälzkörper 60 und 62, und die Lagerschale 20 bildet eine zweite Laufbahn L2 für die Wälzkörper 60 und 62. Dreht sich die Lagerschale 20 um die Hauptdrehachse 22 relativ zu der Lagerschale 16, so wälzen die Wälzkörper 60 und 62 direkt an den Laufbahnen L1 und L2 ab.
Das als zweites Wälzlager ausgebildete Rotorlager 58 weist dritte Wälzkörper 64 und vierte Wälzkörper 66 auf. Das Rotorlager 58 weist beispielsweise eine dritte Lagerschale 68, welche vorliegend, insbesondere permanent, drehfest mit der Lagerschale 20 und der Radnabe 40 verbunden ist. Vorliegend ist die Lagerschale 68 einstückig mit der Lagerschale 20 und der Radnabe 40 ausgebildet, sodass beispielsweise die Radnabe 40 oder die Lagerschale 20 die Lagerschale 68 bildet. Das Rotorlager 58 weist eine vierte Lagerschale 70 auf, welche, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotorträger 36 verbunden ist. Grundsätzlich wäre es denkbar, dass die Lagerschale 70 und der Rotorträger 36 einstückig miteinander ausgebildet sind, sodass sozusagen der Rotorträger 36 die Lagerschale 70 bildet. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch die vierte Lagerschale 70 separat von dem Rotorträger 36 ausgebildet und, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotorträger 36 verbunden. Die Lagerschale 68 bildet eine dritte Laufbahn L3 für die Wälzkörper 64 und 66, und die Lagerschale 70 bildet eine vierte Laufbahn L4 für die Wälzkörper 64 und 66. Drehen sich der Rotor 30 und somit der permanent drehfest mit dem Rotor 30 verbundene Rotorträger 36 und die Lagerschale 70 um die Hauptdrehachse 22 relativ zu der Lagerschale 68 und somit relativ zu der Radnabe 40 und der Lagerschale 20, so wälzen die Wälzkörper 64 und 66 jeweils direkt an den Laufbahnen L3 und L4 ab. Erkennbar ist, dass die elektrische Maschine 24, mithin der Rotor 30, die Radnabe 40, die Lagerschalen 16 und 20 und somit das Radlager 14 sowie die Lagerschalen 68 und 70 und somit das Rotorlager 58 allesamt koaxial zueinander angeordnet sind.
Der Radnabenantrieb 10 weist des Weiteren eine Koppeleinrichtung K auf, welche zwischen einem Koppelzustand und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist. In dem Koppelzustand ist der Rotor 30 mittels der Koppeleinrichtung K formschlüssig drehfest mit der Radnabe 40 verbunden, sodass die Koppeleinrichtung K eine formschlüssige Koppeleinrichtung K ist. In dem Entkoppelzustand ist der Rotor 30 um die Hauptdrehachse 22 relativ zu der Radnabe 40 drehbar, sodass in dem Entkoppelzustand die Koppeleinrichtung K den Rotor 30 für eine um die Hauptdrehachse 22 und relativ zu der Radnabe 40 erfolgende Drehungen freigibt. Insbesondere können in dem Entkoppelzustand keine Drehmomente zwischen der Radnabe 40 und dem Rotor 30 und somit zwischen dem Fahrzeugrad 42 und dem Rotor 30 über die Koppeleinrichtung K übertragen werden, sodass beispielsweise dann, wenn sich das Kraftfahrzeug in seinem Schubbetrieb befindet, das sich drehende Fahrzeugrad 42 den Rotor 30 nicht mitschleppt. Hierdurch kann ein besonders effizienter Betrieb realisiert werden.
Um nun einen besonders kompakten und somit bauraumgünstigen Aufbau des Radnabenantriebs 10 realisieren zu können, weist die Koppeleinrichtung K ein sich in radialer Richtung des Radnabenantriebs 10 erstreckendes Koppelelement 72 auf, welches, wie durch einen Pfeil 74 veranschaulicht ist, in radialer Richtung des Radnabenantriebs 10 relativ zu der Radnabe 40 und relativ zu dem Rotor 30 und relativ zu dem Rotorträger 36 verschiebbar ist, und zwar zwischen wenigstens einer in 1 gezeigten, den Entkoppelzustand bewirkenden Entkoppelstellung und wenigstens einer den Koppelzustand bewirkenden Koppelstellung.
Das Koppelelement 72 ist zumindest bezüglich der Hauptdrehachse 22, um welche die Radnabe 40 relativ zu dem Radträger 12 drehbar ist, permanent drehfest mit der Radnabe 40 verbunden. Beispielsweise ist das Koppelelement 72 als ein Pin ausgebildet, welcher auch als Stift bezeichnet wird. Somit ist beispielsweise das Koppelelement 72 außenumfangsseitig zylindrisch ausgebildet, und zwar zumindest in einem Längenbereich des Koppelelements 72.
Erkennbar ist, dass das Koppelelement 72 axial überlappend zu dem Rotorlager 58 angeordnet ist. Zumindest in der Koppelstellung und vorliegend auch in der Entkoppelstellung durchsetzt das Koppelelement 72 das Rotorlager 58. Erkennbar ist, dass die Wälzkörper 64 eine dritte Wälzkörperreihe und die Wälzkörper 66 eine vierte Wälzkörper bilden, wobei die dritte Wälzkörperreihe und die vierte Wälzkörperreihe in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Unter dem Merkmal, dass das Koppelelement 72 zumindest in der Koppelstellung und vorliegend auch in der Entkoppelstellung das Rotorlager 58 durchsetzt, ist insbesondere zu verstehen, dass das Koppelelement 72 zumindest in der Koppelstellung und vorliegend in der Entkoppelstellung in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10 zwischen der dritten Wälzkörperreihe und der vierten Wälzkörperreihe angeordnet ist.
Erkennbar ist, dass die Lagerschale 70 eine Durchgangsöffnung 76 und der Rotorträger 36 eine vorliegend nach Art eines Sacklochs ausgebildete Ausnehmung 78 aufweist. In der Entkoppelstellung ist das Koppelelement 72 sowohl außerhalb der Durchgangsöffnung 76 als auch außerhalb der Ausnehmung 78 angeordnet, wodurch der Rotor 30 von der Radnabe 40 entkoppelt und um die Hauptdrehachse 22 relativ zu der Radnabe 40 drehbar ist. Sowohl in der Koppelstellung als auch in der Entkoppelstellung ist das Koppelelement 72 in einer korrespondierenden, beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildeten Aufnahme 77 der Radnabe 40 angeordnet, insbesondere derart, dass das Koppelelement 72 sowohl in der Entkoppelstellung als auch in der Koppelstellung die Aufnahme 77 in radialer Richtung des Radnabenantriebs 10 vollständig durchdringt. In der Koppelstellung durchdringt das Koppelelement 72 die Durchgangsöffnung 76 vollständig, und in der Koppelstellung greift das Koppelelement 72 in die Ausnehmung 78 des Rotorträgers 36 ein, sodass das Koppelelement 72 in der Koppelstellung in der Ausnehmung 78 angeordnet ist. Hierdurch sind in der Koppelstellung des Koppelelements 72 mittels des Koppelelements 72 die Radnabe 40 und der Rotorträger 36 und über diesen der Rotor 30 formschlüssig drehfest miteinander verbunden.
Um einen besonders kompakten Aufbau zu realisieren, ist es ferner vorgesehen, dass das Rotorlager 58 radial innerhalb eines Rotorträgerabschnittes RA des Rotorträgers 36 angeordnet ist, wobei die Ausnehmung 78 in dem Rotorträgerabschnitt RA ausgebildet ist. Hinsichtlich der axialen Richtung des Radnabenantriebs 10 sind die Radscheibe 48, das Rotorlager 58, das Radlager 14 und ein Radträgerabschnitt A des Radträgers 12 in folgender Reihenfolge nacheinander angeordnet: die Radscheibe 48 - das Rotorlager 58 - das Radlager 14 - der Radträgerabschnitt A. Dabei ist die separat von dem Radträger 12 ausgebildete erste Lagerschale 16 des Radlagers 14 an dem Radträgerabschnitt A befestigt und dadurch drehfest mit dem Radträgerabschnitt A verbunden.
Das Koppelelement 72 kann auf folgende Weise zwischen der Koppelstellung und der Entkoppelstellung in radialer Richtung des Radnabenantriebs 10 hin- und herbewegt werden: Die Koppeleinrichtung K weist ein Betätigungselement 80 auf, welches beispielsweise ein Ausrücker ist oder als Ausrücker bezeichnet wird. Wie durch einen Doppelpfeil 82 veranschaulicht ist, kann das Betätigungselement 80 entlang der Hauptdrehachse 22 und somit in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10 relativ zu dem Koppelelement 72 verschoben, das heißt hin- und hergeschoben werden. Hierfür weist beispielsweise die Koppeleinrichtung K einen Aktor 84 auf, mittels welchem das Betätigungselement 80 beispielsweise in Richtung des Koppelelements 72 sowie beispielsweise auch von dem Koppelelement 72 weggeschoben werden kann, und zwar in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10. Das Koppelelement 72 weist eine erste Betätigungsfläche und das Betätigungselement 80 weist eine mit der ersten Betätigungsfläche korrespondierende, zweite Betätigungsfläche auf. Die Betätigungsflächen verlaufen in einer jeweiligen Ebene, wobei die jeweilige Ebene schräg zur radialen Richtung und schräg zur axialen Richtung des Radnabenantriebs 10 verläuft. Die Ebenen fallen beispielsweise zusammen, oder die Ebenen verlaufen parallel zueinander. Wird das Betätigungselement 80 in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10 in Richtung des Koppelelements 72 bewegt, das heißt vorliegend geschoben, mithin translatorisch bewegt, so gleiten die Betätigungsflächen, insbesondere direkt, aneinander ab. Hierdurch wird die in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10 verlaufende translatorische Bewegung des Betätigungselements 80 in eine in radialer Richtung des Radnabenantriebs 10 verlaufende Verschiebung, mithin translatorische Bewegung des Koppelelements 72 umgewandelt, derart, dass dadurch, dass das Betätigungselement 80 in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10 in Richtung des Koppelelements 72 geschoben wird, das Koppelelement 72 aus der Entkoppelstellung in die Koppelstellung geschoben wird.
Dem Betätigungselement 80 zugeordnet ist ein Rückstellelement 86 der Koppeleinrichtung K. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Rückstellelement 86 eine Feder, welche vorliegend als ein Festkörper und somit als eine mechanische Feder ausgebildet ist. Durch Bewegen des Koppelelements 72 aus der Entkoppelstellung in die Koppelstellung ist oder wird das Rückstellelement 86, das heißt vorliegend die Feder zu spannen oder gespannt, wodurch das Rückstellelement 86 eine vorliegend als Federkraft ausgebildete Rückstellkraft bereitstellt. Mittels der Rückstellkraft kann das Koppelelement 72 in radialer Richtung zurück aus der Koppelstellung in die Entkoppelstellung bewegt werden. Dabei gleiten beispielsweise die Betätigungsflächen (wieder) aneinander ab, wodurch beispielsweise das Betätigungselement 80 in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10 von dem Koppelelement 72 wegbewegt beziehungsweise in eine von dem Koppelelement 72 wegweisende Richtung verschoben wird.
Der Aktor 84 ist beispielsweise ein elektrischer Aktor, mithin ein elektrisch betreibbarer Aktor. Beispielsweise kann der Aktor 84 ein elektrischer Stellmotor sein, welcher das Betätigungselement 80 axial und translatorisch beispielsweise über eine Schnecke beziehungsweise ein Schneckengetriebe bewegen, insbesondere hin- und herbewegen kann, und zwar insbesondere in Richtung des Koppelelements 72 und beispielsweise von dem Koppelelement 72 weg. Das Rückstellelement 86 kann beispielsweise das Koppelelement 72 dann oder dadurch aus der Koppelstellung in die Entkoppelstellung bewegen, wenn oder dass mittels des Aktors 84 das Betätigungselement 80 in axialer Richtung des Radnabenantriebs 10 von dem Koppelelement 72 beziehungsweise in die zuvor genannte Richtung bewegt wird. Hierdurch wird ein Entspannen der Feder zugelassen, wodurch die Feder das Koppelelement 72 aus der Koppelstellung in die Entkoppelstellung bewegen kann.
Vorzugsweise ist für das Koppelelement 72 eine beispielsweise als O-Ring ausgebildete und beispielsweise aus einem Gummi gebildete Dichtung vorgesehen, mittels welcher beispielsweise das Koppelelement 72 gegen die Radnabe 40 abgedichtet ist, und beispielsweise ist die Dichtung in der Aufnahme 77 angeordnet. Beispielsweise ist das Koppelelement 72 mittels eines Schmiermittels, insbesondere mittels eines flüssigen Schmiermittels, geschmiert, wobei beispielsweise die Dichtung vermeiden kann, dass das Schmiermittel übermäßig von dem Koppelelement 72 wegströmt.
Der Radnabenantrieb 10 weist des Weiteren eine als Reibbremse 87 ausgebildete Bremsvorrichtung auf, welche ein permanent drehfest mit der Radnabe 40 verbundenes erstes Bremselement 88 und ein, insbesondere permanent, drehfest mit dem Radträger 12 verbundenes zweites Bremselement 90 aufweist. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Reibbremse 87 als eine Scheibenbremse ausgebildet, sodass das Bremselement 88 als eine Bremsscheibe ausgebildet ist. Die Reibbremse 87 weist einen Reibbereich B auf, in welchem die Bremselemente 88 und 90 in, insbesondere direktes, reibendes Zusammenwirken bringbar sind, um dadurch das Fahrzeugrad 42 abzubremsen. Erkennbar ist, dass der Reibbereich B axial zwischen der Radscheibe 48 und dem Radlager 16 angeordnet ist.
Der Radnabenantrieb 10 weist des Weiteren ein beispielsweise als Gleitlager ausgebildetes Lager 92, über welches das Betätigungselement 80 verschiebbar an der Radnabe 40 gelagert ist. Hierfür umfasst beispielsweise das Lager 92 eine mit der Radnabe 40 verbundene erste Lagerhälfte, welche beispielsweise derart mit der Radnabe 40 verbunden ist, dass Relativbewegungen zwischen der Radnabe 40 und der ersten Lagerhälfte unterbunden sind. Ferner umfasst beispielsweise das Lager 92 eine mit dem Betätigungselement 80 verbundene zweite Lagerhälfte, welche beispielsweise derart mit dem Betätigungselement 80 verbunden ist, dass Relativbewegungen zwischen dem Betätigungselement 80 und der zweiten Lagerhälfte unterbunden sind. Die Lagerhälften des Lagers 92 sind beispielsweise entlang der Hauptdrehachse 22 relativ zueinander verschiebbar.
Bezugszeichenliste

10: Radnabenantrieb
12: Radträger
14: Radlager
16: erste Lagerschale
18: Schraube
20: zweite Lagerschale
22: Hauptdrehachse
24: elektrische Maschine
26: Stator
28: Statorträger
30: Rotor
32: Rotorelement
34: Rotorelement
36: Rotorträger
38: Doppelpfeil
40: Radnabe
42: Fahrzeugrad
44: Felge
46: Felgenbett
48: Radscheibe
50: Befestigungsbereich
52: Durchgangsöffnung
54: Radschraube
56: Schrauböffnung
58: Rotorlager
60: erster Wälzkörper
62: zweiter Wälzkörper
64: dritter Wälzkörper
66: vierter Wälzkörper
68: dritte Lagerschale
70: vierte Lagerschale
72: Koppelelement
74: Doppelpfeil
76: Durchgangsöffnung
77: Aufnahme
78: Ausnehmung
80: Betätigungselement
82: Doppelpfeil
84: Aktor
86: Rückstellelement
87: Reibbremse
88: erstes Bremselement
90: zweites Bremselement
92: Lager
A: Radträgerabschnitt
B: Bremsbereich
L1: erste Laufbahn
L2: zweite Laufbahn
L3: dritte Laufbahn
L4: vierte Laufbahn
K: Koppeleinrichtung
RA: Rotorträgerabschnitt
T: Teilbereich

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

DE 10 2022 000 026 A1 [0002]

Claims

Radnabenantrieb (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Radträger (12), mit einer über ein Radlager (14) drehbar an dem Radträger (12) gelagerten Radnabe (40), mit einem Fahrzeugrad (42), welches mit der Radnabe (40) drehfest verbunden ist, mit einer elektrischen Maschine (24), welche einen drehfest mit dem Radträger (12) verbundenen Stator (26) und einen mittels des Stators (26) antreibbaren und dadurch relativ zu dem Stator (26) drehbaren Rotor (30) aufweist, welcher über ein zusätzlich zu dem Radlager (14) vorgesehenes Rotorlager (58) drehbar an dem Radträger (12) gelagert ist, und mit einer formschlüssigen Koppeleinrichtung (K), welche zwischen einem Koppelzustand, in welchem der Rotor (30) mittels der Koppeleinrichtung (K) drehfest mit der Radnabe (40) verbunden ist, und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist, in welchem der Rotor (30) relativ zu der Radnabe (40) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (K) ein sich in einer radialen Richtung (38) des Radnabenantriebs (10) erstreckendes und entlang der radialen Richtung (38) des Radnabenantriebs (10) relativ zu der Radnabe (40) und relativ zu dem Rotor (30) verschiebbar angeordnetes Koppelelement (72) aufweist.
Radnabenantrieb (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (72) zumindest bezüglich einer Drehachse (22), um welche die Radnabe (40) relativ zu dem Radträger (12) drehbar ist, permanent drehfest mit der Radnabe (40) verbunden ist.
Radnabenantrieb (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (72) axial überlappend zu dem Rotorlager (58) angeordnet ist.
Radnabenantrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (72) das Rotorlager (58) radial durchsetzt.
Radnabenantrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotorträgerabschnitt (RA) eines den Rotor (30) tragenden Rotorträgers (36) axial überlappend zu dem Rotorlager (58) angeordnet ist.
Radnabenantrieb (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorträgerabschnitt (RA) eine Ausnehmung (78) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, in dem Koppelzustand das Koppelelement (72) aufzunehmen.
Radnabenantrieb (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorlager (58) radial innerhalb des Rotorträgerabschnittes (RA) angeordnet ist.
Radnabenantrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugrad (42) eine Radscheibe (48) aufweist.
Radnabenantrieb (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich der axialen Richtung des Radnabenantriebs (10) die Radscheibe (48) des Fahrzeugrades (42), das Rotorlager (58), das Radlager (14) und ein Radträgerabschnitt (A) des Radträgers (12) in folgender Reihenfolge nacheinander angeordnet sind: die Radscheibe (48) - das Rotorlager (58) - das Radlager (14) - der Radträgerabschnitt (A).
Radnabenantrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Reibbremse (87), welche ein permanent drehfest mit der Radnabe (40) verbundenes erstes Bremselement (88), ein zweites Bremselement (90) und einen Reibbereich (B) aufweist, in welchem die Bremselemente (88, 90) in reibendes Zusammenwirken bringbar sind, um dadurch das Fahrzeugrad (42) abzubremsen.
Radnabenantrieb (10) nach den Ansprüchen 9 und 10 oder nach den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbereich (B) der Reibbremse (87) axial zwischen der Radscheibe (48) und dem Radlager (14) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Radnabenantrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.