DE102005010515A1

DE102005010515A1 - Einzelradantrieb für einzeln aufgehängte, gefederte Räder eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102005010515A1
Application number: DE102005010515A
Authority: DE
Inventors: Max Dipl.-Ing. Bachmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2006-09-21
Also published as: US7708293B2; EP1855906A1; US20080139324A1; WO2006094740A1; KR20070110073A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Einzelradantrieb für einzeln aufgehängte, gefederte Räder eines Fahrzeuges, umfassend eine den Ausgangs-Wellenstutzen (10) einer Antriebseinrichtung mit dem Eingangs-Wellenstutzen eines Rades verbindende Gelenkwelle (2) mit einem Hauptabschnitt (4) und wenigstens einem an einem Ende desselben über ein Gleichlaufgelenk (6) angeordneten, mit dem zugeordneten Wellenstutzen (10) drehgekoppelten Endabschnitt (8), wobei die Gelenkwelle (2) eine einen Versatz zwischen Antriebseinrichtung und Rad ausgleichende permanente Schrägstellung hat und wobei Mittel zur Reduzierung eines durch diese Schrägstellung bedingten permanenten Umlenkwinkels vorgesehen sind. Der dem Gleichlaufgelenk (6) zugeordnete Endabschnitt (8) und der damit gekoppelte Wellenstutzen (10) sind über eine Kegelradpaarung (16, 18) miteinander gekoppelt, deren Umlenkwinkel alpha zumindest teilweise dem entsprechenden permanenten Umlenkwinkel zwischen Gelenkwelle (2) und Wellenstutzen (10) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Einzelradantrieb für einzeln aufgehängte, gefederte Räder eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Gelenkwellen der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art ermöglichen die Bewegung eines federnd aufgehängten Rades gegenüber einer fest im Fahrzeug eingebauten Antriebseinrichtung, die beispielsweise ein Antriebsmotor oder ein einem Antriebsmotor nachgeordnetes Getriebe sein kann. Bei der Bewegung der Drehachse des federnd aufgehängten Rades werden die an den Enden der Gelenkwelle angeordneten, das Antriebsdrehmoment übertragenden Gleichlaufgelenke jeweils hinsichtlich der Größe und der Richtung unterschiedlichen Beugewinkeln unterworfen und stellen damit besonders belastete Bauelemente dar. Deshalb werden diese Beugewinkel zum Schutz der Gelenke gegen Beschädigung bzw. Verschleiß im allgemeinen konstruktiv begrenzt.

Bei zahlreichen Anwendungsfällen besteht zwischen der Antriebseinrichtung und dem Rad ein permanenter Versatz, welcher durch eine entsprechende ständige Schrägstellung der Gelenkwelle ausgeglichen werden muss. Ein derartiger Versatz besteht beispielsweise allgemein bei großen Rädern und tiefliegendem Mittengetriebe bzw. bei kleinen Rädern und hochliegendem Mittengetriebe, und speziell bei geländegängigen Fahrzeugen, bei denen für die Antriebseinrichtung, beispielsweise das Ausgleichsgetriebe, ein großer Bodenabstand verlangt wird. Diese permanente Schrägstellung der Gelenkwelle kann im allgemeinen nicht über einen entsprechend größeren Beugewinkel der Gleichlaufgelenke aufgenommen werden, da der durch Überlagerung des durch die federnde Bewegung der Räder einerseits und die permanente Schrägstellung der Gelenkwelle andererseits bedingte größte Gesamt-Beugewinkel im allgemeinen den zulässigen Beugewinkel übersteigen wird. Es sind deshalb bereits Konstruktionen bekannt geworden, mit denen der durch die permanente Schrägstellung bedingte permanente Beugewinkel eines Gleichlaufgelenkes zumindest teilweise reduziert werden kann.

Aus der DE 36 29 297 C2 ist bereits ein Einzelantrieb der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art bekannt, bei welchem die an den beiden Enden der Gelenkwelle vorgesehenen Gleichlaufgelenkanordnungen als Doppelgelenke ausgebildet sind, d.h. dass jeweils zwei Einzelgelenke in Reihe hintereinander angeordnet sind. Auf diese Weise verteilt sich der Gesamtbeugewinkel auf jeweils zwei Gelenke, so dass der Beugewinkel eines jeden Einzelgelenkes halbiert werden kann. Eine derartige Anordnung ist jedoch konstruktiv und baulich sehr aufwendig und deshalb teuer. Außerdem ist auch bei einer derartigen Anordnung nicht auszuschließen, dass der Beugewinkel eines jeden Einzelgelenkes so groß ist, dass eine wirtschaftliche Lebensdauer nicht gegeben ist.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Einzelradantrieb der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, bei welchem der durch eine permanente Schrägstellung der Gelenkwelle bedingte permanente Beugewinkel eines Gleichlaufgelenkes mit einfachen konstruktiven Mitteln weitgehend oder vollständig reduziert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruches, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der durch die permanente Schrägstellung der Gelenkwelle bedingte Beugewinkel ein konstanter Winkel ist und deshalb durch eine konstante Umlenkung etwa entsprechend dem Winkel zwischen der Gelenkwelle und dem mit dieser zu verbindenden Wellenstutzen überbrückt werden kann.

Demnach geht die Erfindung aus von einem Einzelradantrieb für einzeln aufgehängte, gefederte Räder eines Fahrzeuges, umfassend eine den Ausgangs-Wellenstutzen einer Antriebseinrichtung mit dem Eingangs-Wellenstutzen eines Rades verbindende Gelenkwelle mit einem Hauptabschnitt und zwei an dessen Enden jeweils über ein Gleichlaufgelenk angeordneten, mit den zuordneten Wellenstutzen drehgekoppelten Endabschnitten, wobei die Gelenkwelle eine einen Versatz zwischen Antriebseinrichtung und Rad ausgleichende permanente Schrägstellung hat, und wobei Mittel zu Reduzierung eines durch die Schrägstellung bedingten permanenten Beugewinkels eines Gleichlaufgelenkes vorgesehen sind.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist zudem vorgesehen, dass der dem jeweiligen Gleichlaufgelenk zugeordnete Endabschnitt und der damit gekoppelte Wellenstutzen über eine Kegelradpaarung miteinander gekoppelt sind, deren Umlenkwinkel zumindest teilweise dem entsprechenden permanenten Beugewinkel zwischen der Gelenkwelle und dem damit zu verbindenden Wellenstutzen entspricht.

Auf diese Weise lässt sich der permanente Beugewinkel teilweise oder vollständig überbrücken, so dass das zugeordnete Gleichlaufgelenk nur noch den beispielsweise durch eine federnde Bewegung des Rades bedingten wechselnden Beugewinkel aufnehmen muss, der im allgemeinen innerhalb der funktionalen Grenzen von konventionellen Gleichlaufgelenken liegt.

Gemäß einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wellenstutzen senkrecht zu der Neigungsebene der Gelenkwelle angeordnet ist, wobei der Umlenkwinkel der Kegelradpaarung 90° beträgt. Bei einer derartigen Anordnung kann die Gelenkwelle jede beliebige Stellung in der Neigungsebene annehmen, so dass beliebige Schrägstellungen möglich sind.

Bei manchen Anwendungsfällen besteht aus konstruktiven Gründen nur die Möglichkeit oder die Notwendigkeit, lediglich einen Endabschnitt, beispielsweise den antriebsseitigen Endabschnitt der Gelenkwelle über eine den Beugewinkel reduzierende Kegelradpaarung mit dem zugeordneten Wellenstutzen zu koppeln. Ein Beispiel dafür wird anhand eines Ausführungsbeispieles weiter unten dargestellt und beschrieben.

In einem besonders typischen und deshalb häufig auftretenden Fall sind die beiden Einzelräder eines Räderpaares in einer vertikalen Querebene des Fahrzeuges federnd gelagert und gegenüber den in der Mitte angeordneten Antriebseinrichtungen nach unten versetzt. In einem solchen Fall ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die den beiden Rädern zugeordneten Gelenkwellen in einer quer zur Fahrzeuglängsachse liegenden gemeinsamen Querebene und symmetrisch zu einer vertikalen Längsmittelebene des Fahrzeuges angeordnet sowie nach außen und unten geneigt sind, und dass die Ausgangs-Wellenstutzen der zugeordneten Antriebseinrichtungen bzw. die daran angeordneten Kegelräder in Fahrzeuglängsrichtung versetzt angeordnet sind derart, dass jeweils nur eines dieser Kegelräder mit dem diesem zugeordneten gelenkwellenseitigen Kegelrad in Eingriff kommt.

Die Antriebseinrichtungen können beispielsweise jeweils mit einem dieselelektrischen Antriebsaggregat elektrisch verbundene Elektromotoren sein.

Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt es auch, mehrere Antriebsräderpaare in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander anzuordnen, wie anhand eines Ausführungsbeispieles noch genauer dargelegt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 schematisch eine Kegelradpaarung zur Kopplung des Endabschnittes eines Gleichlaufgelenkes mit einem Ausgangs- bzw. Eingangs-Wellenstutzen, wobei der Umlenkwinkel der Kegelradpaarung in der Neigungsebene der Gelenkwelle liegt;
2 schematisch eine andere Kegelradpaarung, wobei der Umlenkwinkel der Kegelradpaarung in einer senkrecht zur Neigungsebene der Gelenkwelle liegt;
3 in einer perspektivischen Draufsicht zwei Einzelradantriebe für die beiden Räder eines Radpaares; und
4 in einer perspektivischen Ansicht ein Fahrzeugchassis mit drei in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordneten Radpaaren, deren Räder jeweils einzeln angetrieben sind.
1 zeigt schematisch eine Anordnung, bei der eine Gelenkwelle 2 in einer im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Zeichenebene entsprechenden Neigungsebene schräg gestellt ist, um einen in dieser Ebene bestehenden Versatz zwischen einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung und einem nicht dargestellten Rad eines Fahrzeuges zu überbrücken. Der Hauptabschnitt 4 der Gelenkwelle 2 ist über ein Gleichlaufgelenk 6 mit einem in der Fahrzeugkarosserie oder im Fahrzeugrahmen drehgelagerten Endabschnitt 8 verbunden.
Ein Ausgangs-Wellenstutzen 10 einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung ist ebenfalls in der Neigungsebene der Gelenkwelle 2 angeordnet und in der Karosserie drehbar gelagert. Die Drehachse 12 des Endabschnittes 8 und die Drehachse 14 des Wellenstutzens 10 bilden einen Winkel α miteinander, welcher durch die permanente Schrägstellung der Gelenkwelle 2 gegenüber dem horizontalen Wellenstutzen 10 bedingt ist.
Das Gleichlaufgelenk 6 nimmt durch eine federnde Aufhängung des nicht dargestellten Rades bedingte veränderliche Winkel entsprechend dem Doppelpfeil 11 zwischen dem Hauptabschnitt 4 und dem Endabschnitt 8 auf, wie allgemein bekannt ist und deshalb nicht näher beschrieben zu werden braucht.
Der permanente Winkel α zwischen den Achsen 12 und 14 des Endabschnittes 8 einerseits und des Wellenstutzens 10 andererseits wird nicht über ein Gleichlaufgelenk aufgenommen, sondern über eine Kegelradpaarung überbrückt. Zu diesem Zweck tragen der Endabschnitt 8 einerseits und der Wellenstutzen 10 anderseits jeweils ein Kegelzahnrad 16 bzw. 18, die miteinander in einem Verzahnungseingriff stehen. Der Umlenkwinkel der Kegelzahnräder 16 bzw. 18 entspricht dem Winkel α. Auf diese Weise ist der durch die permanente Schrägstellung der Gelenkwelle 2 bedingte konstante Winkel α über eine Kegelradpaarung überbrückt, so dass das Gleichlaufgelenk 6 nur die durch die federnde Bewegung des Rades bedingten wechselnden Beugewinkel aufnehmen muss.
2 zeigt eine Anordnung, bei der wiederum ein mit einer nicht dargestellten Gelenkwelle über ein Gleichlaufgelenk antriebsverbundener Endabschnitt 20 in einer der Zeichenebene entsprechenden Neigungsebene schräg gestellt ist, um einen Versatz zwischen einer Antriebseinrichtung und einem Rad zu überbrücken. Ein Wellenstutzen 22 einer nicht dargestellten An triebseinrichtung ist senkrecht zu der Neigungsebene der Gelenkwelle angeordnet. Der Endabschnitt 20 einerseits und der Wellenstutzen 22 andererseits tragen jeweils ein Kegelzahnrad 24 bzw. 26, wobei der Umlenkwinkel dieser Kegelradpaarung 90° beträgt. In diesem Fall entspricht der Umlenkwinkel nicht dem Neigungswinkel; dieser kann vielmehr in der Neigungsebene durch Schwenkung um die Drehachse des Wellenstutzens 22 beliebig gewählt werden.
3 zeigt Einzelradantriebe für zwei Räder eines Radpaares. Die beiden Endabschnitte 30 und 32 jeweils einer mit den zugeordneten Rädern verbundenen, nicht dargestellten Gelenkwelle liegen in einer quer zur Fahrzeuglängsachse liegenden Querebene 34, die gleichzeitig die Neigungsebene der Gelenkwellen darstellt, und sie sind in dieser Querebene 34 nach außen und unten geneigt, wie in 3 angedeutet ist. Die beiden Einzelradantriebe entsprechen demnach der Anordnung der 2.
Die den Endabschnitten 30 bzw. 32 zugeordneten Antriebseinrichtungen 36 bzw. 38, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als mit einem nicht dargestellten dieselelektrischen Antriebsaggregat elektrisch verbundene Elektromotoren sind, sind so angeordnet, dass deren Ausgangs-Wellenstutzen 40 bzw. 42 senkrecht zur Querebene 34 stehen. Der Endabschnitt 30 trägt ein Kegelzahnrad 44, welches mit einem auf dem Wellenstutzen 40 angeordneten Kegelzahnrad 46 im Zahneingriff ist. In entsprechender Weise trägt der Endabschnitt 32 ein Kegelzahnrad 48, welches mit einem auf dem Wellenstutzen 42 angeordneten Kegelzahnrad 50 im Eingriff ist. Um die Kegelräder 46 bzw. 50 von den jeweils nicht zugeordneten Kegelrädern 48 bzw. 44 freizuhalten, sind die Antriebseinrichtungen 36 und 38 in Querrichtung des Fahrzeuges beispielsweise um einen Betrag „a" versetzt, so dass zwischen diesen jeweils ein Abstand verbleibt, der in der 3 mit a1 bzw. a2 bezeichnet ist.
Wie anhand der 2 bereits erläutert wurde, kann die Schrägstellung der Endabschnitte 30 und 32 durch Schwenken um die Drehachsen der zugeordneten Wellenstutzen 40 bzw. 42 beliebig eingestellt werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeuges mit drei in Richtung der Fahrzeuglängsachse 52 hintereinander angeordneten Radpaaren 54, 56, 58, deren Einzelräder jeweils einzeln angetrieben sind. Jedes der Radpaare 54, 56, 58 entspricht der in 3 dargestellten Anordnung. Jedem Radpaar 54, 56, 58 sind zwei etwa in der Längsachse des Fahrzeuges angeordnete, mit einem dieselelektrischen Antrieb verbundene Elektromotoren zugeordnet, von denen jeder wiederum über eine Gelenkwelle mit einem der Räder antriebsverbunden ist.

2: Gelenkwelle
4: Hauptabschnitt
6: Gleichlaufgelenk
8: Endabschnitt
10: Ausgangs-Wellenstutzen
11: Doppelpfeil
12: Drehachse von 8
14: Drehachse von 10
16: Kegelzahnrad
18: Kegelzahnrad
20: Endabschnitt
22: Wellenstutzen
24: Kegelzahnrad
26: Kegelzahnrad
30: Endabschnitt
32: Endabschnitt
34: Querebene
36: Antriebseinrichtung
38: Antriebseinrichtung
40: Ausgangs-Wellenstutzen
42: Ausgangs-Wellenstutzen
44: Kegelzahnrad
46: Kegelzahnrad
48: Kegelzahnrad
50: Kegelzahnrad
52: Fahrzeuglängsachse
54: Radpaar
56: Radpaar
58: Radpaar

Claims

Einzelradantrieb für einzeln aufgehängte, gefederte Räder eines Fahrzeuges, umfassend eine den Ausgangs-Wellenstutzen einer Antriebseinrichtung mit dem Eingangs-Wellenstutzen eines Rades verbindende Gelenkwelle mit einem Hauptabschnitt und zwei an dessen Enden jeweils über ein Gleichlaufgelenk angeordneten, mit den zugeordneten Wellenstutzen drehgekoppelten Endabschnitten, wobei die Gelenkwelle eine einen Versatz zwischen Antriebseinrichtung und Rad ausgleichende permanente Schrägstellung hat, und wobei Mittel zu Reduzierung eines durch die Schrägstellung bedingten permanenten Umlenkwinkels vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der dem jeweiligen Gleichlaufgelenk (6) zugeordnete Endabschnitt (4) und der damit gekoppelte Wellenstutzen (10) über eine Kegelradpaarung (16, 18) miteinander gekoppelt sind, deren Umlenkwinkel (α) zumindest teilweise dem entsprechenden permanenten Umlenkwinkel zwischen der Gelenkwelle (2, 4) und dem damit gekoppelten Wellenstutzen (10) entspricht.
Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstutzen (40; 42) senkrecht zu der Neigungsebene (34) der Gelenkwelle (2) angeordnet ist, wobei der Umlenkwinkel der Kegelradpaarung (44, 46; 48, 50) gleich 90° ist.
Einzelradantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der antriebsseitige Endabschnitt (30; 32) der Gelenkwelle über eine den Umlenkwinkel überbrückende Kegelradpaarung (44, 46; 48, 50) mit dem zugeordneten Wellenstutzen (40; 42) verbunden ist.
Einzelradantrieb nach Anspruch 2 oder 3, für ein Fahrzeug mit wenigstens einem Antriebsräderpaar, dadurch gekennzeichnet, dass die den beiden Rädern eines Antriebsräderpaares zugeordneten Gelenkwellen in einer quer zur Fahrzeuglängsachse liegenden Querebene (34) und symmetrisch zu einer vertikalen Längsmittelebene des Fahrzeuges angeordnet sowie nach außen und unten geneigt sind, und dass die Ausgangs-Wellenstutzen (40; 42) der zugeordneten Antriebseinrichtungen (36; 38) bzw. die daran angeordneten Kegelräder (46; 50) im wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung um einen Betrag (a) versetzt angeordnet sind derart, dass jeweils nur eines dieser Kegelräder (46; 50) mit dem diesem zugeordneten gelenkwellenseitigen Kegelrad (44; 48) im Zahneingriff ist.
Einzelradantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtungen (36; 38) jeweils mit einem dieselelektrischen Antriebsaggregat elektrisch verbundene Elektromotoren sind.
Einzelradantrieb nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Antriebsräderpaare (54, 56, 58) in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnet sind.