DE102004003644A1

DE102004003644A1 - Portalachse

Info

Publication number: DE102004003644A1
Application number: DE200410003644
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Häußler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-01-24
Filing date: 2004-01-24
Publication date: 2005-08-11

Abstract

Bei einer Portalachse für niederflurige Fahrzeuge besteht das Portalgetriebe aus einem Antriebskegelrad (2), welches in Wirkverbindung mit einem ersten Vorgelegekegelrad (3) steht, welches drehfest mit einem zweiten Vorgelegekegelrad (4) verbunden ist, welches in Wirkverbindung mit einem Abtriebskegelrad (5) steht. Der vertikale Abstand der Drehachse (10) des Antriebskegelrades zum Untergrund (11) ist geringer als der vertikale Abstand der Vorgelegekegelräder (9, 4) zum Untergrund (11).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Portalachse, insbesondere für Niederflur-Omnibusse, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Gattungsgemäße Portalachsen werden insbesondere bei Niederflur-Stadtomnibussen verwendet, bei welchen es wichtig ist, den Fahrzeugboden so tief anzuordnen, damit die Passagiere bequem vom Gehsteig in den Omnibus einsteigen können. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Omnibus über einen ausreichend breiten Mittelgang verfügt und gleichzeitig die Bodenfreiheit zum Überfahren von Hindernissen nicht unterschritten wird.

Die DE 196 04 730 A1 offenbart eine Portalachse für Niederflur-Omnibusse, bei welcher ein Portalgetriebe über eine Achswelle von einem Ausgleichsgetriebe angetrieben wird, wobei zwischen dem Antriebsritzel und dem Abtriebsstirnrad zwei Stirnräder angeordnet sind, deren Drehachsen auf derselben Höhe wie die Drehachse des Antriebsritzels angeordnet sind, um eine Leistungsverzweigung am Antriebsritzel zu erhalten, um das Antriebsritzel im Durchmesser und der Breite zu minimieren. Der Portalabstand zwischen der Drehachse des Antriebsritzels und der Drehachse des Abtriebsstirnrades kann nicht weiter vergrößert werden, da hierfür eine weitere Durchmesservergrößerung der Zwischenräder notwendig wäre, was eine Federträgeranbindung auf die übliche Weise nicht ermöglicht. Die Bodenfreiheit einer Niederflussachse wird durch die Lage der Drehachse und dem Durchmesser des Tellerrades Ausgleichsgetriebes bestimmt.

Die Auslegeschrift DE 21 16 441 offenbart ein Achsgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Portalachse, bei welcher das Antriebsritzel, wie bei der DE 196 04 730 A1 , auf einer Ebene mit den Zwischenrädern angeordnet ist und mit diesen Zwischenrädern in leistungsverzweigter Wirkverbindung steht, wobei die Zwischenräder aus einem ersten Stirnrad und einem zweiten Stirnrad bestehen, welche drehfest miteinander verbunden sind, wobei das erste Stirnrad mit dem Antriebsritzel und das zweite Stirnrad mit einem Abtriebsstirnrad in Verbindung stehen, wobei das Abtriebsstirnrad das Fahrzeugrad antreibt. Die Drehachsen der Vorgelegewellen und die Drehachse der Achswelle sollen in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei die Ritzelwelle radial allseitig beweglich gelagert ist, um das Tragbild der Zahnflanken weiter zu verbessern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Portalachse, insbesondere für niederflurige Fahrzeuge, wie beispielsweise Stadtomnibusse, zu schaffen, bei welcher eine ausreichende Bodenfreiheit vorhanden ist und der Portalabstand gegenüber dem Stand der Technik vergrößert wird, ohne die Anbindungsmöglichkeiten der Portalachse an das Fahrzeug-Chassis zu verschlechtern.

Die Aufgabe wird mit einer, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden, gattungsgemäßen Portalachse gelöst.

Erfindungsgemäß weist die Portalachse ein angetriebenes Ausgleichsgetriebe auf, dessen Abtrieb über Achswellen mit dem Antrieb der Portalgetriebe verbunden ist. Die Portalgetriebe befinden sich jeweils in der Nähe der Fahrzeugräder und sind einerseits mit einem Achsrohr, welches die beiden Portalgetriebe verbindet, und andererseits mit einem Nabenträger, welcher eine Radlagerung beinhaltet, verbunden. Vorzugsweise ist zwischen dem Portalgetriebe und der Radfelge eine Bremse, wie beispielsweise eine Scheibenbremse, angeordnet. Das Ausgleichsgetriebe ist vorzugsweise einem Portalgetriebe benachbart angeordnet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit das Ausgleichsgetriebe im Bereich der Achsbrückenmitte anzuordnen. Das Antriebskegelrad, welches mit der Achswelle verbunden ist, steht in Wirkverbindung mit einem ersten Vorgelegekegelrad, welches drehfest mit einem zweiten Vorgelegekegelrad verbunden ist, wobei das zweite Vorgelegekegelrad mit einem Abtriebskegelrad in Wirkverbindung steht, welches den Abtrieb des Portalgetriebes bildet und somit mit dem Fahrzeugrad in Verbindung steht. Das Fahrzeugrad und das Abtriebskegelrad weisen dieselbe Drehachse auf. Die Übersetzung des Portalgetriebes ist gegenüber dem Stand der Technik vergrößert, wodurch die Übersetzung im Ausgleichsgetriebe verkleinert werden kann, wodurch die Bodenfreiheit durch ein verkleinertes Ausgleichsgetriebe sich vergrößert oder die Bodenfreiheit durch die Verwendung eines verkleinerten Ausgleichsgetriebes und eines verkleinerten Tellerrades bei vergrößertem Portalabstand beibehalten werden kann. Dieser Portaltrieb ist mit einem horizontalen Achsversatz in Fahrtrichtung ausgeführt, damit das Antriebsrad und die Vorgelegekegelräder bei einem vorgegebenen Achsversatz und vorgegebenen Untersetzungsverhältnis möglichst groß im Durchmesser gewählt werden können und somit eine ausreichende Festigkeit besitzen, um das Antriebsmoment zu übertragen. Somit ist es möglich, den Portalabstand zwischen der Drehachse des Antriebskegelrades und der Drehachse des Abtriebskegelrades und die Übersetzung im Portalgetriebe zu vergrößern, wodurch einerseits der Fahrzeugboden durch eine Vergrößerung des Portalabstands abgesenkt und andererseits durch Verwendung eines kleineren Ausgleichsgetriebes und kleineren Tellerrades die Bodenfreiheit beibehalten werden kann. Ebenso besteht bei dieser Anordnung die Möglichkeit, die Federträger, über welche die Portalachse mit dem Chassis verbunden ist, direkt am Portalgehäuse anzuordnen, mit diesem ortsfest zu verbinden oder einstückig mit diesem auszubilden. Es besteht die Möglichkeit, die Verzahnung des Portalgetriebes als Schrägverzahnung auszuführen, wobei die Verzahnung des ersten und des zweiten Vorgelegekegelrades dergestalt ausgeführt sind, dass sich die Axialkräfte des ersten und des zweiten Vorgelegekegelrades nahezu aufheben. Die Verzahnungen können auch spiral- oder bogenverzahnt ausgeführt sein. Durch die Verwendung eines Antriebskegelrades, welches ausschließlich mit einem weiteren Kegelrad in Wirkverbindung steht und somit keine Leistungsverzweigung mehr stattfindet, besteht die Möglichkeit, das Antriebskegelrad auf einfache Weise zu lagern, ohne das Portalgetriebe statisch überzubestimmen. Ebenso besteht die Möglichkeit, das Abtriebskegelrad im Durchmesser so zu begrenzen, dass eine Bremse, vorzugsweise eine Scheibenbremse, zwischen dem Portalgetriebe und der Radfelge angeordnet sein kann.

Dadurch, dass das Antriebsrad in Fahrtrichtung horizontal versetzt ist, wird die gesamte Achsbrücke mit dem Ausgleichsgetriebe auch in Fahrtrichtung horizontal versetzt. Dadurch kann eine längere Gelenkwelle verwendet werden, wodurch sich der Gelenkwellenbeugewinkel verkleinert.

Erfindungsgemäß kann der Durchmesser des Tellerrades minimiert werden, indem die Übersetzung des Portaltriebes vergrößert wird. Dies ist unter anderem durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Portalgetriebes möglich. Bei der Übersetzung des Portaltriebes nach DE 196 04 730 A1 wird die Übersetzung durch die Durchmesser des Abtriebkegelrades und des Antriebkegelrades bestimmt. Das Abtriebskegelrad kann bei dieser Portalachse nicht vergrößert werden, da dieses sonst mit der Bremse kollidieren würde, das Antriebskegelrad kann aus Festigkeitsgründen nicht minimiert werden. Somit ist eine Vergrößerung der Übersetzung des Portaltriebes durch Verwendung der DE 196 047 730 A1 nicht möglich, da das Tellerrad nicht minimiert werden kann, wodurch sich durch eine Vergrößerung des Portalversatzes die Bodenfreiheit unerlaubt minimieren würde.

Die Drehachsen des Antriebskegelrades, der Zwischenkegelräder und des Abtriebskegelrades sind dergestalt angeordnet, dass sich die Drehachse des Antriebskegelrades mit der Drehachse des ersten Zwischenkegelrades in einem Punkt schneidet und die Drehachse des zweiten Zwischenkegelrades sich mit der Drehachse des Abtriebskegelrades in einem Punkt schneidet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dem Abtriebskegelrad ein weiteres Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet angeordnet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Antriebskegelräder nicht über Achswellen von einem Ausgleichsgetriebe angetrieben sondern werden über separate Antriebsmaschinen angetrieben.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Drehachsen des Antriebskegelrades und des Abtriebskegelrades nicht parallel angeordnet.

In einer weiteren Ausgestaltungsform sind die Drehachsen des Antriebskegelrades, der Zwischenkegelräder und des Abtriebskegelrades nicht in einer Ebene angeordnet. Dies ist beispielsweise durch Verwendung eines Kegelradschraubengetriebes, einem sogenannten Hypoid Getriebe möglich.

Weitere Merkmale sind der Figuren-Beschreibung zu entnehmen.
1 ist einer isometrischen Darstellung des Portalgetriebes zu entnehmen und
2 zeigt einen schematischen Schnitt durch das Portalgetriebe.
1:
Der prinzipielle Aufbau einer Portalachse für niederflurige Fahrzeuge ist der DE 196 04 730 A1 zu entnehmen, deren Merkmale, bis auf das Portalgetriebe, vollständig umfasst sein sollen.
Ein nicht gezeigtes Ausgleichsgetriebe treibt eine Achswelle 1 an, welche mit einem Antriebskegelrad 2 drehfest verbunden ist. Das Antriebskegelrad 2 ist in Wirkverbindung mit einem ersten Vorgelegekegelrad 3, welches drehfest mit einem zweiten Vorgelegekegelrad 4 verbunden oder mit diesem einstückig ausgebildet ist. Das zweite Vorgelegekegelrad 4 ist in Wirkverbindung mit dem Abtriebskegelrad 5, welches über eine Abtriebswelle 6 ein nicht gezeigtes Fahrzeugrad antreibt. Das Portalgetriebegehäuse 7 umgibt das Portalgetriebe und weist Anbindungsstellen 8 auf, an welchen nicht gezeigte Federträger verbunden werden können, welche die Fahrzeugachse mit dem Fahrzeug-Chassis verbinden. Die Achswelle 1 ist im oberen Bereich eines nicht gezeigten Achsrohres angeordnet. Das zweite Vorgelegekegelrad 4 und das Abtriebskegelrad 5 sind benachbart zur nicht gezeigten Anflanschfläche der Felge und das Antriebskegelrad 2 und das Vorgelegekegelrad 3 sind benachbart zur nicht gezeigten Achsbrücke angeordnet. Es besteht auch die Möglichkeit, das Antriebskegelrad 2 und das Vorgelegekegelrad 3 benachbart zur nicht gezeigten Anflanschfläche der Felge und das Abtriebskegelrad 5 und das zweite Vorgelegekegelrad 4 benachbart zur Achsbrücke in Richtung Achswelle 1 anzuordnen, wodurch eine Aussparung in der Nähe der Bremse angebracht werden kann. Durch Verwendung dieser Aussparung kann der Freigang zum Bremssattel oder Bremszylinder einer Scheibenbremse ausreichend groß ausgebildet werden.
2:
Innerhalb eines Portalgetriebegehäuses 7 ist das Portalgetriebe angeordnet, bei welchem das Antriebskegelrad 2 in Wirkverbindung mit einem ersten Vorgelegekegelrad 3 steht. Das Vorgelegekegelrad 3 ist drehfest mit einem zweiten Vorgelegekegelrad 4 verbunden, welches in Wirkverbindung mit einem Abtriebskegelrad 5 steht. Das erste Vorgelegekegelrad 3 und das zweite Vorgelegekegelrad 4 weisen dieselbe Drehachse 9 auf. Die Drehachse 10 des Antriebskegelrades weist einen geringeren vertikalen Abstand 15 zum Untergrund 11 auf, auf welchem die Reifenaußenkontur 13 im Radaufstandspunkt 14 aufsteht, als der vertikale Abstand 17 der Drehachse 9 zum Untergrund 11 beträgt oder der Vertikale Abstand 18 der Drehachse 12 des Abtriebskegelrades 5 zum Untergrund 11 beträgt. Die Drehachse 10 ist in vertikaler und horizontaler Richtung beabstandet zur Drehachse 9 angeordnet, die Drehachse 9 ist in vertikaler und horizontaler Richtung beabstandet zur Drehachse 12 angeordnet. Es besteht auch die Möglichkeit, die Drehachse 10 auf derselben vertikalen Linie wie die Drehachse 12 anzuordnen, so dass sich kein horizontaler Abstand 16 ergibt. Dadurch ist es möglich, das rechte und das linke Portalgehäuse ohne horizontalen Versatz auszubilden, wodurch die Portalgehäuse gleich ausgebildet werden können. Vorzugsweise ist die Übersetzung zwischen dem Antriebskegelrad 2 und dem ersten Vorgelegekegelrad 3 im Bereich von 2,2 ausgebildet. Vorzugsweise ist die Übersetzung zwischen dem zweiten Vorgelegekegelrad 4 und dem Abtriebskegelrad 5 im Bereich von 1,8 ausgebildet. Somit kann ein Portalgetriebe ausgeführt werden, bei welchem der Portalabstand zwischen der Drehachse 12 und der Drehachse 10 in horizontaler Richtung im Bereich von 30 mm und in vertikaler Richtung im Bereich von 189 mm liegt. Somit besteht die Möglichkeit, das nicht gezeigte Ausgleichsgetriebe und das nicht gezeigte Tellerrad in seinem Durchmesser geringer zu gestalten, da es ein geringeres maximales Drehmoment erfährt und somit, bei gleichbleibender Bodenfreiheit, den Portalabstand vergrößert. Ebenso besteht die Möglichkeit, eine Bremse, insbesondere eine Scheibenbremse, zwischen der Radfelge und dem Portalgetriebe anzuordnen und die Aufnahme der Federträger über die Anbindungsstellen 8 auszubilden.

1: Achswelle
2: Antriebskegelrad
3: erstes Vorgelegekegelrad
4: zweites Vorgelegekegelrad
5: Abtriebskegelrad
6: Abtriebswelle
7: Portalgetriebegehäuse
8: Anbindungsstellen
9: Drehachse
10: Drehachse
11: Untergrund
12: Drehachse
13: Reifenaußenkontur
14: Radaufstandspunkt
15: vertikaler Abstand
16: horizontaler Abstand
17: vertikaler Abstand
18: vertikaler Abstand

Claims

Portalachse mit einem angetriebenen Ausgleichsgetriebe, welches über Achswellen (1) und über je ein Portalgetriebe mit je einem Fahrzeugrad verbunden ist, wobei das Fahrzeugrad um eine Drehachse (12) drehbar ist und auf einem Untergrund (11) aufsteht, wobei in jedem Portalgetriebe ein von der Achswelle (1) angetriebenes Antriebrad (2) mit einem ersten Vorgelegerad (3) in Wirkverbindung steht, und das erste Vorgelegerad (3) drehfest mit einem zweiten Vorgelegerad (4) verbunden ist, und beide Vorgelegeräder (3, 4) sich um eine Drehachse (9) drehen, wobei das zweite Vorgelegerad (4) mit einem Abtriebsrad (5), welches mit dem Fahrzeugrad verbunden ist und sich um die Drehachse (12) des Fahrzeugrades dreht, in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (2), das erste Vorgelegerad (3), das zweite Vorgelegerad (4) und das Abtriebsrad (5) als Kegelräder ausgebildet sind und ein vertikaler Abstand (15) der Drehachse (10) des Antriebskegelrades (2) zum Untergrund (11) geringer ist als ein vertikaler Abstand (18) der Drehachse (12) des Abtriebskegelrades (5) zum Untergrund (11).
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (10) des Antriebskegelrades (2) zur Drehachse (9) des Vorgelegekegelrades (3, 4) beabstandet und die Drehachse (9) des Vorgelegekegelrades (3, 4) beabstandet zur Drehachse (12) des Abtriebskegelrades (5) angeordnet sind.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelräder (2, 3, 4, 5) des Portalgetriebes schrägverzahnt oder spiralverzahnt oder bogenverzahnt ausgeführt sind.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägungswinkel der Verzahnungen des ersten und des zweiten Vorgelegekegelrades (3, 4) dergestalt ausgelegt sind, dass die Axialkräfte des ersten und des zweiten Vorgelegekegelrades (3, 4) sich nahezu aufheben.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Federträger, welche die Portalachse mit einem Fahrzeugchassis verbinden, mit dem Portalgetriebe verbunden sind.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achswelle (1) an einer oberen inneren Begrenzung einer Achsbrücke angeordnet ist.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebskegelrad (2) in einem Portalgehäuse des Portalgetriebes gelagert ist.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzung zwischen dem Antriebskegelrad (2) und dem ersten Vorgelegekegelrad (3) im Bereich 2,2 liegt.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzung zwischen dem zweiten Vorgelegekegelrad (4) und dem Abtriebskegelrad (5) im Bereich von 1,8 liegt.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale Abstand zwischen der Drehachse (12) des Abtriebskegelrades (5) und der Drehachse (10) des Antriebskegelrades (2) im Bereich von 189 mm und der vertikale Abstand zwischen der Drehachse (12) des Ab triebskegelrades (5) und der Drehachse (10) des Antriebskegelrades (2) im Bereich von 30 mm liegen.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achsbrücke in Fahrtrichtung versetzt zur Drehachse (12) des Fahrzeugrades angeordnet ist.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antriebskegelrad ein weiteres Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet angeordnet ist.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebskegelrad direkt von einer Antriebsmaschine angetrieben wird.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Drehachsen des Antriebskegelrad, der Zwischenkegelräder und des Abtriebskegelrades dergestalt angeordnet sind, dass sich die Drehachse des Antriebskegelrades mit der Drehachse des ersten Zwischenkegelrades in einem Punkt schneidet und die Drehachse des zweiten Zwischenkegelrades sich mit der Drehachse des Abtriebskegelrades in einem Punkt schneidet.
Portalachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad und das erste Vorgelegekegelrad oder das zweite Vorgelegekegelrad und das Abtriebsrad als Hypoidverzahnung ausgeführt sind, oder dass das Abtriebsrad, das erste Vorgelegekegelrad, das zweite Vorgelegekegelrad und das Abtriebsrad als Hypoidverzahnung ausgeführt sind.