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Die
Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, insbesondere ein Einrad-Triebwerk
für ein
batteriebetriebenes Fahrzeug mit einer motorischen Lenkung, wobei
eine motorisch angetriebene Lenkhilfe sowie ein Antriebsmotor mit
einem Fahrgetriebe vorgesehen sind, der über einen Motorflansch mit
einem Drehlager für
das Fahrgetriebe verbunden ist.
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Ein
Einrad-Triebwerk wird insbesondere bei Flurfördertahrzeugen, z.B. den so
genannten Gabelhubwagen, Kommissionierern oder Schubmaststaplern
eingesetzt. Diese Arten von Flurtördertahrzeugen, die im Folgenden
der Einfachheit halber allgemein als Stapler bezeichnet werden,
werden teilweise mit motorisch angetriebenen Lenkhilfen versehen. Die
Antriebseinheit kann auch bei verfahrbaren Hubarbeitsbühnen, Reinigungsgeräten und
führerlosen Fahrzeugen
eingesetzt werden.
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Die
Antriebseinheit umfasst dabei üblicherweise
einen elektrischen Antriebsmotor, der über ein Fahrgetriebe ein Antriebsrad
antreibt. Das Antriebsrad und das Fahrgetriebe sind über ein
Drehlager mit dem Antriebsmotor verbunden. Der Antriebsmotor ist hierbei über einen
Motorflansch mit dem Drehlager verbunden. Ist eine Lenkhilfe vorgesehen,
so wird über
ein Drehelement der Lenkhilfe die Lenkbewegung auf das Fahrgetriebe
und damit auf das Antriebsrad übertragen.
Hierzu ist üblicherweise
das Drehelement als Ritzel ausgebildet, welches in ein mit dem Fahrgetriebe
verbundenes Zahnrad greift. Alternativ hierzu kann die Lenkbewegung
auch über einen
Riemen oder über
ein Kette übertragen
werden. Die Antriebseinheit ist im eingebauten Zustand über das
Drehlager an einem Rahmenteil des Fahrzeugs befestigt, so dass das
Fahrgetriebe mit dem Antriebsrad drehbar ist.
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Bei
bisherigen Antriebseinheiten mit einer Lenkhilfe erfolgt die Montage
der Antriebseinheit erst beim Hersteller des Staplers, welcher unter
aufwändiger
Montage die zunächst
getrennten Einheiten der Lenkhilfe und des Antriebsmotors montieren
muss. Ein Problem hierbei ist die achsparallele Montage zwischen
der Lenkhilfe und dem Antriebsmotor, so dass das Ritzel und der
Zahnkranz möglichst
optimal und verschleißarm
ineinander eingreifen.
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Zur
Montagevereinfachung kann weiterhin eine Verbindungsplatte vorgesehen
sein, auf der einerseits der Antriebsmotor mit dem Motorflansch
und andererseits die Lenkhilfe mit einem Flansch aufgeschraubt sind.
Auch hier besteht weiterhin das Problem der möglichst exakten parallelen
Ausrichtung der Achse der Lenkhilfe mit der des Antriebsmotors.
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Über das
Ritzel der Lenkhilfe werden weiterhin sehr hohe Drehmomente auf
das Zahnrad übertragen,
so dass erhebliche Rückstellkräfte insbesondere
auf die Achse der Lenkhilfe wirken. Daher ist zur Aufnahme dieser
Kräfte
ein vergleichsweise großflächiger Flansch
notwendig, was dazu führt,
dass ein großer
Einbauraum für
die Antriebseinheit notwendig ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Antriebseinheit
anzugeben, insbesondere eine Antriebseinheit, die bei kompaktem Aufbau
die Übertragung
von hohen Lenk-Drehmomenten ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1. Danach ist vorgesehen, dass ein Antriebsmotor über einen
Motorflansch mit einem Drehlager für ein Fahrgetriebe verbunden
ist und dass weiterhin eine motorisch angetriebene Lenkhilfe angeordnet
ist. Dabei bildet ein Gehäuseteil
der Lenkhilfe mit dem Motorflansch eine gemeinsame einstückige Baueinheit.
Diese gemeinsame Baueinheit ist beispielsweise ein einstückiger Metallblock
mit geeigneter Formgebung.
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Der
entscheidende Vorteil der gemeinsamen, einstückigen Baueinheit besteht darin,
dass die relative Einbaulage des über das Drehlager angebauten
Fahrgetriebes einerseits und der Lenkhilfe andererseits zueinander
festgelegt ist. Durch die gemeinsame Baueinheit ist daher automatisch
eine achsparallele Ausrichtung der Lenkhilfe mit einem am Fahrgetriebe
befestigten Zahnrad der Lenkung gegeben. Denn im Vergleich zu einer
Ausgestaltung, bei der die Lenkhilfe und das über das Drehlager angebaute
Fahrgetriebe über
Flansche auf einer Verbindungsplatte befestigt sind, sind beim Einsatz
der gemeinsamen Baueinheit toleranzbedingte Einflüsse, die
aufgrund der Befestigung der Flansche an der Verbindungsplatte hervorgerufen
werden, eliminiert. Die Lenkhilfe und das Fahrgetriebe sind daher über die
gemeinsame Baueinheit problemlos und vor allem exakt zueinander
positionierbar. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist darin zu sehen,
dass die Baueinheit problemlos auch hohe Rückstellkräfte aufnehmen kann, ohne dass
großflächige Flansche
notwendig wären.
Daher ist durch die Verwendung der Baueinheit ein sehr kompakter
Aufbau bei gleichzeitig hoher Drehmomentübertragung möglich.
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Vorzugsweise
umfasst die Lenkhilfe einen Lenkhilfemotor sowie eine Lenkgetriebeeinheit,
wobei diese in dem Gehäuseteil
der gemeinsamen Baueinheit angeordnet ist. Da die hohen Rückstellkräfte von
der Lenkgetriebeeinheit aufgenommen werden müssen, bietet diese Ausgestaltung
den Vorteil, dass die Rückstellkräfte unmittelbar
von der Baueinheit aufgenommen werden.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung weist die Lenkhilfe ein über eine
Getriebewelle angetriebenes Drehelement, insbesondere ein Ritzel,
für die Übertragung
der Lenkbewegung auf und weiterhin ist ein unteres Lager für die Getriebewelle
in der Nähe
des Drehelements angeordnet, und zwar insbesondere unmittelbar am
Drehelement angrenzend. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist zwischen
dem unteren Lager und dem Ritzel nur ein äußerst geringer Hebel gebildet.
Bei gleicher Dimensionierung des Lagers und im Vergleich zu einem
längeren
Hebelweg können
daher deutlich höhere
Rückstellkräfte über das
untere Lager aufgenommen werden.
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In
einer zweckdienlichen Weiterbildung handelt es sich bei dem unteren
Lager um ein abgedichtetes Lager mit eigener Lagerschmierung. Vorzugsweise
ist dabei zudem vorgesehen, dass das untere Lager in Richtung zum
Ritzel hin nachfolgend zu einer Getriebeabdichtung angeordnet ist.
Durch diese Maßnahmen
besteht die Möglichkeit,
das untere Lager nahezu unmittelbar am Ritzel anzuordnen und so den
Hebelweg zu minimieren. Aufgrund der Ausgestaltung als abgedichtetes
Lager mit insbesondere eigener Lagerschmierung kann das untere Lager
außerhalb
der eigentlichen Getriebeabdichtung angeordnet werden, so dass zwischen
dem unteren Lager und dem Ritzel kein weiteres Bauteil mehr zwischengeschaltet
ist.
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Vorzugsweise
ist weiterhin vorgesehen, dass das Ritzel mit der Getriebewelle
eine einstückige Dreheinheit
bildet. Das Ritzel ist also nicht als separates Element auf die
Getriebewelle aufgesteckt. Die Ausgestaltung als einstückige Dreheinheit
ist günstig für die Übertragung
von hohen Drehmomenten.
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Vorzugsweise
ist die Lenkgetriebeeinheit als ein Stirnradgetriebe ausgebildet.
Aufgrund der kompakten Bauweise ist es nämlich nicht erforderlich, ein spezialisiertes
und damit teueres kompakt bauendes Getriebe, wie beispielsweise
ein Planetenradgetriebe, zu verwenden. Vielmehr besteht ein besonderer Vorteil
der Antriebseinheit mit der gemeinsamen Baueinheit darin, dass auch
ein herkömmliches,
kostengünstiges
Stirnradgetriebe ohne weiteres eingesetzt werden kann, ohne dass
die Kenndaten der Antriebseinheit entscheidend verschlechtert werden.
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In
einer zweckdienlichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Elektromotor
der Lenkhilfe über
einen Flansch an der Baueinheit befestigt ist. Da der Lenkhilfemotor
zunächst
nur relativ geringe Drehmomente erzeugt, die dann erst durch die
nachgeschaltete Lenkgetriebeeinheit um ein Vielfaches erhöht werden,
kann der Lenkhilfemotor über
einen vergleichsweise kleinflächigen
Flansch mit der Baueinheit verbunden werden, um einen kompakten
Aufbau zu erzielen.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Drehlager
einen Außenring
aufweist, der ein Teil der einstückigen
Baueinheit ist. Der Außenring
bildet in dieser Ausgestaltung daher einen integralen Teil der Baueinheit.
Die einstückige
Baueinheit umfasst hierbei als den Außenring, den Motorflansch und
das Gehäuseteil
der Lenkhilfe.
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Zur Überwachung
und Kontrolle des Lenkeinschlags des Antriebsrads weist die Lenkhilfe üblicherweise
einen Mess- und Kontrollmechanismus auf, welcher insbesondere redundant
ausgeführt
ist. In der Regel ist zur zusätzlichen
Kontrolle und Überwachung
des Lenkeinschlags als Messelement ein Potenziometer vorgesehen,
dessen drehbares Element mit einer Getriebewelle verbunden ist.
Der feststehende Teil des Potenziometers muss drehfest befestigt
werden. In einer zweckdienlichen Ausgestaltung ist daher vorgesehen,
dass die Baueinheit zugleich auch zur Befestigung eines Messelements, insbesondere
eines Potenziometers vorgesehen ist. Die Baueinheit bildet hierbei
beispielsweise ein Potenziometergehäuse aus.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen jeweils in vereinfachten Darstellungen:
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1 ein
Einrad-Triebwerk gemäß der Erfindung
in einer perspektivischen Darstellung,
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2 eine
teilweise geschnittene Ansicht durch ein Einrad-Triebwerk und
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3 eine
teilweise geschnittene Darstellung einer alternativen Ausgestaltung
eines Einrad-Triebwerks.
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Gemäß 1 umfasst
eine als Einrad-Triebwerk ausgebildete Antriebseinheit 2,
eine Lenkhilfe 4 und einen Fahrantrieb 6, der
ein Antriebsrad 8 antreibt. Der Fahrantrieb 6 umfasst
wiederum einen elektrischen Antriebsmotor 10 sowie ein
Fahrgetriebe 12. Die Lenkhilfe 4 umfasst ebenfalls
einen elektrischen Lenkhilfemotor 14 sowie eine Lenkgetriebeeinheit 16.
Zur Befestigung an einem Rahmenbauteil eines Staplers ist eine gemeinsame,
einstückige Baueinheit 18 vorgese hen,
die einen Motorflansch 18A sowie ein Gehäuseteil 18B der
Lenkhilfe 4 aufweist. Der Antriebsmotor 10 ist über den
Motorflansch 18A und über
ein Drehlager 20 (vgl. hierzu 2 und 3)
mit dem Fahrgetriebe 12 verbunden. Hierdurch kann das Fahrgetriebe 12 und
damit das Antriebsrad 8 relativ zu den Antriebsmotor 10 eine
Dreh- oder Lenkbewegung ausführen.
Der Antriebsmotor 10 ist im Ausführungsbeispiel drehfest mit
dem Rahmenbauteil verbunden.
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Im
Gehäuseteil 18B ist
die Lenkgetriebeeinheit 16 integriert. Der Lenkhilfemotor 14 ist über einen
als Getriebedeckel ausgebildeten Flansch 22 auf das Gehäuseteil 18B aufgeschraubt.
An der Unterseite unterhalb der gemeinsamen Baueinheit 18 weist
die Lenkhilfe 4 ein Ritzel 24 auf, welches in
ein mit dem Fahrgetriebe 12 verbundenes Zahnrad 26 eingreift.
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Zur
Unterstützung
oder Ausübung
der Lenkbewegung des Flurförderfahrzeugs
wird über
die elektromotorisch betätigte
Lenkhilfe 4 eine Dreh- oder Lenkbewegung über das
Ritzel 24 auf das Zahnrad 26 übertragen, so dass ein Lenkeinschlag oder
eine Drehung des Antriebsrads 8 hervorgerufen wird. Die
aufzubringenen Drehmomentkräfte
können hierbei
sehr groß sein.
Dadurch bedingt sind über das
Ritzel 24 hohe Drehmomente zu übertragen. Dies führt dazu,
dass durch das Ineinandergreifen der einzelnen Zähne eine hohe Rückstellkraft
ausgeübt
wird. Für
einen dauerhaften, verschleißarmen Betrieb
ist daher ein möglichst
optimales Ineinandergreifen der Zähne des Ritzels 24 und
der des Zahnrads 26 anzustreben. Dies erfordert insbesondere eine
parallele Ausrichtung der Achsen 28 der Lenkhilfe 4 und
des Antriebsmotors 10.
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Aufgrund
der Ausgestaltung des Motorflansches 18A und des Gehäuseteils 18B als
gemeinsame Baueinheit 18 ist diese achsparallele Ausrichtung ohne
weiteres gewährleistet.
Zugleich ist der Abstand zwischen den beiden Achsen 28 durch
die gemeinsame Baueinheit 18 bis auf notwendige Einbau-Toleranzen
festgelegt. Hierdurch ist ein möglichst
optimales Ineinandergreifen zwischen Ritzel 24 und Zahnrad 26 gewährleistet.
Durch die Ausgestaltung der gemeinsamen Baueinheit 18 werden
weiterhin die über
das Ritzel 24 ausgeübten
Rückstellkräfte direkt
auf die Baueinheit 18 übertragen,
so dass auch sehr hohe Drehmomente übertragen werden können. Zur
Aufnahme der Kräfte
sind daher keine großflächigen Flansche
notwendig, so dass die Lenkhilfe 4 und der Antriebsmotor 10 nahe
aneinander und damit platzsparend angeordnet werden können.
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Die
gemeinsame Baueinheit 18 ist beispielsweise ein vorgefertigtes
Metall-Gusselement,
welches durch geeignete Metallbearbeitungsmaßnahmen nachbearbeitet ist.
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Aus
den 2 und 3 sind weitere Details der Antriebseinheit 2 zu
entnehmen. Nachfolgend werden lediglich insbesondere die für den angestrebten
kompakten Aufbau und der Erzeugung und Übertragung von hohen Drehmomenten
wichtigsten Merkmale näher
erläutert.
Die darüber
hinaus in den 2 und 3 dargestellten
Merkmale und ihrer Bedeutung ergeben sich dem einschlägigen Fachmann
ohne weiteres aus der Zeichnung.
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Die
beiden Ausführungsvarianten
der 2 und 3 unterscheiden sich unter anderem
dadurch, dass gemäß der Ausführungsvariante
nach 2 der Motorflansch 18A mit einem Außenring 20A des
Drehlagers 20 über
Schrauben verbunden ist, wohingegen gemäß der Ausführungsvariante nach 3 der
Motorflansch 18A und der Außenring 20A ein einstückiges Element
bilden, so dass in diesem Ausführungsbeispiel
die gemeinsame Baueinheit gebildet ist durch den Außenring 20A,
dem Motorflansch 18A sowie dem Gehäuseteil 18B.
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Wie
aus den 2 und 3 zu entnehmen ist,
ist der Antriebsmotor 10 über den Motorflansch 18A mit
dem Drehlager 20 verbunden. Das Drehlager 20 umfasst
hierbei einen Außenring 20A,
Lagerelemente 20B sowie einen Innenring 20C. Eine
Motorwelle 30 ist durch das Drehlager 20 zu dem
Fahrgetriebe 12 geführt, über das
das Antriebsrad 8 direkt angetrieben wird. Das Fahrgetriebe 12 ist
hierbei von unten an den Innenring 20C angeflanscht. Mit
dem Fahrgetriebe 12 ist weiterhin das Zahnrad 26 verbunden.
Die Antriebseinheit 2 ist im eingebauten Zustand mit dem
Motorflansch 18A und dem Außenring 20A am Rahmenbauteil
des Fahrzeugs befestigt.
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Bei
der Lenkhilfe 4 ist der Lenkhilfemotor 14 über den
Flansch 22 am Gehäuseteil 18B angeflanscht.
Im Gehäuseteil 18B ist
die Lenkgetriebeeinheit 16 angeordnet, die für eine Vervielfachung
des von dem Lenkhilfemotor 14 erzeugten Drehmoments sorgt.
Die Lenkgetriebeeinheit weist eine Getriebewelle 32 auf,
an deren Ende sich das Ritzel 24 befindet. Die Getriebewelle 32 ist über mehrere
Lager gelagert, wobei ein unteres Lager 34 unmittelbar
angrenzend zum Ritzel 24 angeordnet ist. Das untere Lager 24 weist
eine eigene Lagerabdichtung und eine eigene Lagerschmierung auf.
Hierdurch kann das untere Lager 34 außerhalb einer Getriebeabdichtung 36 angeordnet
werden. Im Ausführungsbeispiel schließt sich
das untere Lager 34 unmittelbar an die Getriebeabdichtung 36 an.
Durch diese konstruktive Maßnahme
ist die unmittelbare Anordnung des unteren Lagers 34 am
Ritzel 24 ermöglicht.
Zwischen dem Ritzel 24 und dem unteren Lager 34 wirkt
daher nur ein sehr geringer Hebel, so dass die in radialer Richtung
auf das Ritzel 24 einwirkenden Kräfte vergleichsweise problemlos
aufgenommen werden können.
Durch die unmittelbare Anordnung am Ritzel 24 ist daher
eine entsprechend kleine und damit kostengünstige Dimensionierung des
unteren Lagers 34 ermöglicht.
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Die
Anordnung des unteren Lagers 34 in unmittelbarer Nähe des Ritzels 24 in
Kombination mit der Ausgestaltung der gemeinsamen Baueinheit 18 ermöglicht in
besonders vorteilhafter Weise vergleichsweise hohe Drehmomente zu
erzeugen und zu übertragen.
Da die Drehmomente unmittelbar von der Baueinheit 18 und
nicht etwa über
weit ausladende Flansche übernommen
werden, lassen sich diese hohen Drehmomente zugleich bei sehr kompakter Bauweise
realisieren. Damit einhergehend ergibt sich ein weiterer Vorteil,
wonach nämlich
für die
Ausgestaltung der Lenkgetriebeeinheit 16 keine hoch spezialisierte
und damit teuere kompakt bauende Getriebe notwendig sind. Vielmehr
wird für
die Lenkgetriebeeinheit 16 ein herkömmliches und kostengünstiges
Stirnradgetriebe verwendet.
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Im
Unterschied zu der Ausführungsvariante nach 2 weist
die Variante nach 3 neben der einstückigen Ausbildung
des Außenrings 20A mit
der Baueinheit 18 weiterhin einen Befestigungsflansch 38 für ein Potenziometer 40 auf.
Dieser Befestigungsflansch 38 ist ebenfalls ein Teil der
einstückigen
Baueinheit 18. Der Befestigungsflansch 38 ist
im Ausführungsbeispiel
hierbei im Querschnitt gesehen in etwa L-förmig ausgebildet und umgreift
die Unterseite des Ritzels 24. Der Befestigungsflansch 38 weist
zudem ein Aufnahmegehäuse 42 für das Potenziometer 40 auf.
Im Ausführungsbeispiel
ist die Getriebewelle 32 über das Ritzel 34 hinaus
geführt, so
dass an diesem überstehenden
Teilstück
der drehbare Teil des Potenziometers befestigt werden kann. Bei
der Anordnung des Potenziometers 40 kommt es ebenfalls
auf eine achsgenaue Ausrichtung des Potenziometers 40 an.
Daher ist die Anordnung und die Montage des Potenziometers 40 aufgrund
des über den
Befestigungsflanschs 38 vorgegebenen Befestigungsort für das Potenziometer 40 einfach
zu verwirklichen.
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- 2
- Antriebseinheit
- 4
- Lenkhilfe
- 6
- Fahrantrieb
- 8
- Antriebsrad
- 10
- Antriebsmotor
- 12
- Fahrgetriebe
- 14
- Lenkhilfemotor
- 16
- Lenkgetriebeeinheit
- 18
- Baueinheit
- 18A
- Motorflansch
- 18B
- Gehäuseteil
- 20
- Drehlager
- 20A
- Außenring
- 20B
- Lagerelemente
- 20C
- Innenring
- 22
- Flansch
- 24
- Ritzel
- 26
- Zahnrad
- 28
- Achse
- 30
- Motorwelle
- 32
- Getriebewelle
- 34
- unteres
Lager
- 36
- Getriebeabdichtung
- 38
- Befestigungsflansch
- 40
- Potenziometer
- 42
- Aufnahmegehäuse