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PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrischer Einzelradantrieb, eine Baueinheit bildend und bestehend aus einem Motor (1) mit Motorachse (2), einem Antriebsrad (13) sowie Halterungs- und Übertragungselementen, gekennzeichnet durch eine direkte, einstufige Kraftübertragung vom Motor auf das Antriebsrad, durch ein Trägerelement (7), auf dessen einer Seite der Motor und auf dessen anderer Seite das Antriebsrad angebracht ist und durch ein Zahnritzel (3), welches direkt auf der Motorachse (2) aufgebracht ist und das auf einen Zahnkranz (4) wirkt, welcher als mittragender Teil der Felge (5) des Antriebsrades ausgebildet ist.
2. Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnritzel (3) und die Motorachse (2) aus einem Stück bestehen.
3. Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zahnkranz (4) und Radfelge (5) aus einem Stück bestehen.
4. Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zahnkranz und Zahnritzel eine Schrägverzahnung aufweisen.
5. Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz aus Kunststoff besteht.
6. Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsverhältnis von Zahnritzel zu Zahnkranz mindestens 1:7 beträgt.
7. Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (7) eine Abdeckung des Zahnkranzes (4) vor allem bodenseitig aufweist, vorzugsweise mit einer Abdecklippe (12).
8. Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement als U-Profil (7'), vorzugsweise mit ungleich langen Schenkeln (14), ausgebildet ist.
9. Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement als Platte (7) ausgebildet ist und dabei vorzugsweise sowohl für den Zahnkranz wie für den Motor eine Abdekkung bildet.
10. Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rutschkupplung (10) vorgesehen ist, vorzugsweise zwischen Zahnkranz (4) und Pneu (8) des Antriebsrades.
11. Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Federelement vorgesehen ist, welches das Trägerelement (7) mit dem Fahrzeugchassis (18) verbindet.
12. Einzelradantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement einen Gummipuffer (19) als Feder und einen Silentblock als Gelenk (16) aufweist.
13. Einzelradantrieb nach Anspruch 11, wobei die Federungsrichtung (20) durch Verdrehen von Trägerelement (7) und Gelenk (16) eingestellt werden kann.
14. Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenfreiheitswinkel (a) mindestens 30 beträgt.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Einzelradantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, der vorzugsweise als Antrieb für Elektromobile verschiedenster Art eingesetzt werden kann.
Es sind bereits derartige Antriebe bekannt, welche jedoch noch erhebliche Nachteile aufweisen und sich meist auch nicht als Einzelradantrieb für mehrere Räder eines Elektromobils eignen.
Es sind viele Antriebe mit Ketten oder Zahnriemen als Kraft übertragung bekannt. In der DE 2915387 A1 wird beispielsweise das einzige Antriebsrad eines Elektromobils über eine aus zwei Zahnriemen bestehende zweistufige Kraftübertragung angetrieben.
Diese zweistufige Kraftübertragung ist hier notwendig, um eine genügend hohe Untersetzung zu erreichen. Sie hat jedoch einen schlechten Wirkungsgrad, d.h. es entstehen relativ bedeutende Übertragungsverluste. Vor allem ist diese Konstruktion auch sehr platzraubend und deshalb nur beschränkt einsetzbar.
Eine etwas kompaktere Bauweise für ein einzelnes vorderes Antriebsrad ist beispielsweise bekannt aus EP 0 017 913 B1, bei welcher der Motor innerhalb des Antriebsrades angeordnet ist, wobei eine zylindrische Ummantelung des Motors als Felge dient, die auf ihrer Aussenseite den Reifen trägt und an ihrer Innenseite unter Zwischenschaltung eines Getriebes vom Motor angetrieben wird. Auch hier wird jedoch wieder eine Kraftübertragung mit zwei Zahnstufen benötigt, mit entsprechend hohen Übertragungsverlusten. Da diese ganze Antriebseinheit innerhalb der Radfelge untergebracht werden muss, reicht sie seitlich relativ weit über das Rad hinaus, was eine schlechte Bodenfreiheit ergibt. Nebst ihrem schlechten Wirkungsgrad sind solche Ausführungen aber auch konstruktiv viel zu aufwendig, zu empfindlich und damit auch zu teuer.
Sie eignen sich auch nicht als Einzelantrieb für mehrere Räder, z.B. für beide Hinterräder oder sogar für alle vier Räder. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese bisherigen Nachteile zu überwinden und einen Antrieb zu schaffen, der sehr kompakt ist und gleichzeitig auch einen hohen Wirkungsgrad der Kraftübertragung, eine gute Bodenfreiheit und eine einfache und kostengünstige Konstruktion aufweist und der auch universell für ein oder mehrere Antriebsräder eines Fahrzeugs, als Hinterräder wie auch als gelenkte Vorderräder anwendbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine direkte, einstufige Kraftübertragung vom Motor auf das Antriebsrad vorgesehen ist mit einem Trägerelement, auf dessen einer Seite der Motor und auf dessen anderer Seite das Antriebsrad angebracht ist, und durch ein Zahnritzel, welches direkt auf der Motorachse aufgebracht ist und auf einen Zahnkranz wirkt, welcher als mittragender Teil der Felge des Antriebsrades ausgebildet ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 eine Ausführung mit Trägerplatte im Schnitt,
Figur 2 eine weitere Ausführung mit U-förmigem Trägerelement,
Figur 3 eine seitliche Ansicht des Beispiels von Figur 1 mit einer zusätzlichen Federungseinrichtung als Verbindung zum Fahrzeug Chassis.
Das Ausführungsbeispiel in Figur 1 zeigt einen Einzelradantrieb mit einer Platte 7 als Trägerelement und einem Motor 1 mit Motorwelle 2, welche in einem Zahnritzel 3 endet. Dieses Ritzel 3 steht im Eingriff mit dem Zahnkranz 4 der Radfelge 5. Es bildet damit eine direkte, einstufige Kraftübertragung. Die Radfelge 5 läuft auf der Radachse 6, welche in der Trägerplatte 7 fest verankert ist. Die Radfelge 5 trägt einen Pneu 8, welcher durch einen Sicherungsring 9 fixiert ist, so dass dieser Pneu auf dem Antriebsrad 13 einfach gewechselt werden kann. Eine Rutschkupplung 10 ist hier zwischen Pneu und Felge angebracht, wodurch eine allfällige Überlastung des Antriebs vermieden werden kann. Vorzugsweise werden die Motorachse 2 und auch die Radachse 6 durch Kugellager 11 gehalten.
Durch die hochgelegene Anordnung des Motors auf dem Trägerelement 7 nahe beim Antriebsrad kann eine erwünschte und notwendige hohe Bodenfreiheit, ausgedrückt durch den Bodenfreiheitswinkel a in Figur 1, erreicht werden. Vorzugsweise beträgt dieser Bodenfreiheitswinkel mindestens 30".
Figur 2 zeigt eine Ausführung, bei der das Trägerelement als U Profil 7' geformt ist, wobei der eine Schenkel 14 verlängert ist und damit eine Abdeckung des Zahnkranzes wie auch des Motors bildet.
Diese Abdeckung kann zusätzlich verbessert werden durch Anbringen einer elastischen Lippe 12 zwischen Trägerelement und Radfelge. Im Unterschied zu Figur 1 wird hier die Radachse 6 beidseitig des Antriebsrades 13 durch das Trägerelement 7' gehalten.
Figur 3 zeigt einen Radantrieb nach Figur 1, welcher über einzusätzliches Federelement mit dem Fahrzeug-Chassis 18 verbunden ist.
Dieses Federelement besteht aus einem Profilschenkel 15, welcher auf die Trägerplatte 7 geschraubt ist, aus einem Silentblock als Gelenk 16 und einem Seitenschenkel 17, welcher am Chassis 18 des Fahrzeugs befestigt ist. Zwischen den Federungsschenkeln 15 und 17 befindet sich ein Gummipuffer 19, welcher als Feder dient. Dieser Gummipuffer kann leicht ausgewechselt werden. Durch Wahl von
Dimension und Elastizität des Gummipuffers kann eine gewünschte Federungshärte eingestellt werden. Die Federungsrichtung 20 dieses Radantriebs liegt senkrecht zur Verbindungsgeraden 23 zwischen Gelenk 16 und Radachse 6. Je nach Fahrrichtung 21 und vorgesehenem Einsatz kann auch die Federungsrichtung 20 durch Verdrehen von Trägerplatte 7 und Gelenk 16 in Pfeilrichtung 22 verändert werden, um den gewünschten Federungseigenschaften am besten zu entsprechen. Vor allem bei Fahrzeugen mit kleinen Rädern ist eine einstellbare gute und kompakte Federung dieser Art sehr erwünscht für ruhigen Lauf auf unebenem Boden.
Der ganze Radantrieb ist nach dem Baukastenprinzip zusammengesetzt. So können beispielsweise verschiedene Motoren 1 auf das Trägerelement 7 aufgesetzt werden. Vorteilhaft kann auch sein, einerseits Ritzel und Motorachse oder anderseits auch Zahnkranz und Radfelge aus einem Stück zu bilden. Diese vier Elemente können aber auch aus einzelnen Stücken bestehen, welche paarweise direkt miteinander verbunden sind. Oft muss von einer relativ hohen Motordrehzahl auf eine wesentlich geringere Radumdrehungszahl untersetzt werden, so dass ein hohes Untersetzungsverhältnis von Zahnritzel 3 zu Zahnkranz 4, von z.B. mindestens 1:7, erforderlich ist. Dank der erfindungsgemässen Konstruktion ist dies möglich, durch Wahl eines Ritzels mit wenigen Zähnen und eines möglichst grossen Zahnkranzes mit entsprechend mehr Zähnen.
Um eine gleichmässige Kraftübertragung sowie ausgeglichenen und leisen Lauf zu erreichen, ist es vorteilhaft, Zahnkranz und Ritzel in Schrägverzahnung auszuführen. Leiser Lauf kann weiter erreicht werden durch einen Zahnkranz aus Kunststoff, wie beispielsweise Delrin oder ähnliche. Die Trägerplatte von Figur 1 kann so profiliert werden, dass sie eine Abdeckung des Zahnkranzes gegen schädliches Eindringen von Schmutz aufweist. Dies ist vor allem bodensei tig wichtig. Sie kann gleichzeitig aber auch eine Abdeckung für den Motor 1 bilden.
Susführungsbeispiel nach Figur I und 3:
Mit nachfolgend beschriebenem Einzelradantrieb wurden wesentliche Verbesserungen gegenüber bisher bekannten Antrieben gleicher Leistung und Radgrösse erzielt: Motor Bosch IPK 200W, gegossene profilierte Leichtmetallplatte als Trägerelement, Motorachs als Ritzel ausgebildet mit sechs Zähnen, Zahnkranz mit 50 Zähnen, Untersetzungsverhältnis 6:50, Schrägverzahnung, Zahn kranz und Felge aus einem Stück Delrin-Kunststoff gefertigt, Felgendurchmesser 90 mm, Raddurchmesser mit Pneu 140 mm, Federelement gemäss Figur 3.
Damit erreichte Verbesserungen: Wesentlich kompaktere Baumasse, grosser Bodenfreiheitswinkel von 33, Gewicht auf weniger als 3 kg reduziert - während bisherige Antriebe mindestens 4-5 kg schwer sind -, stark reduzierte Herstellungs- und Servicekosten, deutlich verbesserter Wirkungsgrad und dadurch verbesserte Steigfähigkeit und Reichweite der Batterie eines mit diesem Einzelradantrieb ausgerüsteten Elektrofahrzeugs.
Mit der erfindungsgemässen einfachen Konstruktion wird nicht nur eine kostengünstigere Herstellung und Wartung erreicht, auch der Ersatz von Teilen ist viel einfacher.
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PATENT CLAIMS
1. Electric single wheel drive, forming a structural unit and consisting of a motor (1) with motor axis (2), a drive wheel (13) and mounting and transmission elements, characterized by a direct, single-stage power transmission from the motor to the drive wheel, by a carrier element ( 7), on one side of the motor and on the other side the drive wheel is attached and by a pinion (3), which is applied directly to the motor axis (2) and which acts on a ring gear (4), which acts as a supporting part the rim (5) of the drive wheel is formed.
2. Independent wheel drive according to claim 1, characterized in that the pinion (3) and the motor axis (2) consist of one piece.
3. Independent wheel drive according to claim 1, characterized in that the ring gear (4) and wheel rim (5) consist of one piece.
4. Independent wheel drive according to claim 1, characterized in that the ring gear and pinion have helical teeth.
5. Independent wheel drive according to claim 1, characterized in that the ring gear is made of plastic.
6. Independent wheel drive according to claim 1, characterized in that the reduction ratio of pinion to ring gear is at least 1: 7.
7. Independent wheel drive according to claim 1, characterized in that the carrier element (7) has a cover of the ring gear (4), especially on the bottom side, preferably with a cover lip (12).
8. Independent wheel drive according to claim 1, characterized in that the carrier element is designed as a U-profile (7 '), preferably with legs of different lengths (14).
9. Independent wheel drive according to claim 1, characterized in that the carrier element is designed as a plate (7) and preferably forms a cover both for the ring gear and for the motor.
10. Independent wheel drive according to claim 1, characterized in that a slip clutch (10) is provided, preferably between the ring gear (4) and tire (8) of the drive wheel.
11. Independent wheel drive according to claim 1, characterized in that in addition a spring element is provided which connects the carrier element (7) to the vehicle chassis (18).
12. Independent wheel drive according to claim 11, characterized in that the spring element has a rubber buffer (19) as a spring and a silent block as a joint (16).
13. Independent wheel drive according to claim 11, wherein the suspension direction (20) can be adjusted by rotating the carrier element (7) and joint (16).
14. Independent wheel drive according to claim 1, characterized in that the ground clearance angle (a) is at least 30.
The invention relates to an electric independent wheel drive according to the preamble of claim 1, which can preferably be used as a drive for electric vehicles of various types.
Such drives are already known, but they still have considerable disadvantages and are usually not suitable as a single wheel drive for several wheels of an electric vehicle.
Many drives with chains or toothed belts are known as power transmission. In DE 2915387 A1, for example, the only drive wheel of an electric vehicle is driven by a two-stage power transmission consisting of two toothed belts.
This two-stage power transmission is necessary here in order to achieve a sufficiently high reduction. However, it has poor efficiency, i.e. there are relatively significant transmission losses. Above all, this construction is very space-consuming and can therefore only be used to a limited extent.
A somewhat more compact design for a single front drive wheel is known, for example, from EP 0 017 913 B1, in which the motor is arranged inside the drive wheel, with a cylindrical casing of the motor serving as a rim which carries the tire on the outside and on the inside is driven by the motor with the interposition of a transmission. Here too, however, a power transmission with two gear stages is required, with correspondingly high transmission losses. Since this entire drive unit must be housed within the wheel rim, it extends relatively far beyond the wheel, which results in poor ground clearance. In addition to their poor efficiency, such designs are also structurally far too complex, too sensitive and therefore too expensive.
They are also not suitable as a single drive for multiple wheels, e.g. for both rear wheels or even for all four wheels. The object of the present invention is therefore to overcome these previous disadvantages and to create a drive which is very compact and at the same time also has a high power transmission efficiency, good ground clearance and a simple and inexpensive construction and which is also universal for one or more Driving wheels of a vehicle, as rear wheels as well as steered front wheels can be used.
This object is achieved according to the invention in that a direct, single-stage power transmission from the motor to the drive wheel is provided with a carrier element, on one side of which the motor is attached and on the other side of which the drive wheel is attached, and by a pinion which is directly on the motor axis is applied and acts on a ring gear, which is designed as a supporting part of the rim of the drive wheel.
In the following the invention is explained for example with reference to the drawings. It shows:
FIG. 1 shows an embodiment with a carrier plate in section,
FIG. 2 shows a further embodiment with a U-shaped carrier element,
Figure 3 is a side view of the example of Figure 1 with an additional suspension device as a connection to the vehicle chassis.
The exemplary embodiment in FIG. 1 shows an independent wheel drive with a plate 7 as a carrier element and a motor 1 with a motor shaft 2, which ends in a pinion 3. This pinion 3 is in engagement with the ring gear 4 of the wheel rim 5. It thus forms a direct, single-stage power transmission. The wheel rim 5 runs on the wheel axle 6, which is firmly anchored in the carrier plate 7. The wheel rim 5 carries a tire 8, which is fixed by a locking ring 9, so that this tire can easily be changed on the drive wheel 13. A slip clutch 10 is attached here between the tire and the rim, whereby any overloading of the drive can be avoided. The motor axis 2 and also the wheel axis 6 are preferably held by ball bearings 11.
A desired and necessary high ground clearance, expressed by the ground clearance angle α in FIG. 1, can be achieved by the high-altitude arrangement of the motor on the carrier element 7 close to the drive wheel. This ground clearance angle is preferably at least 30 ".
Figure 2 shows an embodiment in which the carrier element is shaped as a U profile 7 ', one leg 14 being extended and thus forming a cover for the ring gear and the motor.
This cover can be further improved by attaching an elastic lip 12 between the carrier element and the wheel rim. In contrast to FIG. 1, the wheel axle 6 is held on both sides of the drive wheel 13 by the carrier element 7 '.
FIG. 3 shows a wheel drive according to FIG. 1, which is connected to the vehicle chassis 18 via an additional spring element.
This spring element consists of a profile leg 15 which is screwed onto the carrier plate 7, a silent block as a joint 16 and a side leg 17 which is fastened to the chassis 18 of the vehicle. A rubber buffer 19, which serves as a spring, is located between the suspension legs 15 and 17. This rubber buffer can be easily replaced. By choosing
The dimension and elasticity of the rubber buffer can be adjusted to a desired suspension hardness. The suspension direction 20 of this wheel drive is perpendicular to the connecting straight line 23 between the joint 16 and the wheel axle 6. Depending on the direction of travel 21 and the intended use, the suspension direction 20 can also be changed by rotating the support plate 7 and joint 16 in the direction of the arrow 22 in order to best achieve the desired suspension properties correspond. Especially in vehicles with small wheels, an adjustable good and compact suspension of this type is very desirable for smooth running on uneven ground.
The entire wheel drive is based on a modular principle. For example, different motors 1 can be placed on the carrier element 7. It can also be advantageous to form the pinion and motor axle on the one hand, or the gear rim and wheel rim on the other. However, these four elements can also consist of individual pieces that are directly connected in pairs. It is often necessary to step down from a relatively high engine speed to a much lower wheel speed, so that a high reduction ratio of pinion 3 to ring gear 4, e.g. at least 1: 7, is required. Thanks to the construction according to the invention, this is possible by choosing a pinion with few teeth and a toothed ring that is as large as possible with correspondingly more teeth.
In order to achieve a uniform power transmission as well as balanced and quiet running, it is advantageous to design the ring gear and pinion with helical teeth. Quiet running can be further achieved by a plastic gear rim, such as Delrin or the like. The carrier plate of Figure 1 can be profiled so that it has a cover of the ring gear against harmful penetration of dirt. This is particularly important on the ground side. At the same time, it can also form a cover for the engine 1.
Example of implementation according to FIGS. I and 3:
With the independent wheel drive described below, significant improvements have been achieved compared to previously known drives of the same power and wheel size: Bosch IPK 200W motor, molded profiled light metal plate as support element, motor axle designed as a pinion with six teeth, ring gear with 50 teeth, reduction ratio 6:50, helical teeth, ring gear and rim made from a piece of Delrin plastic, rim diameter 90 mm, wheel diameter with tire 140 mm, spring element according to FIG. 3.
Improvements achieved with this: Much more compact construction mass, large ground clearance angle of 33, weight reduced to less than 3 kg - while previous drives are at least 4-5 kg heavy -, greatly reduced manufacturing and service costs, significantly improved efficiency and thus improved climbing ability and range of the Battery of an electric vehicle equipped with this single wheel drive.
The simple construction according to the invention not only achieves less expensive manufacture and maintenance, but also the replacement of parts is much easier.