DE102006018818B4

DE102006018818B4 - Sensoranordnung zur Erfassung der Drehzahl eines Antriebsmotors bzw. der Getriebeeingangsdrehzahl in der Achse eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102006018818B4
Application number: DE102006018818.7A
Authority: DE
Inventors: Kai Heinrich; Dipl.-Ing. Illhardt Uwe; Dipl.-Ing. Stammberger Christian; Dipl.-Ing. Scharnagel Günther
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-04-22
Filing date: 2006-04-22
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2026-04-23
Also published as: WO2007122065A1; DE102006018818A1

Abstract

Achse mit einem elektrischen Antriebsmotor (1) und einem Getriebe (5) und einem Anschraubflansch (7) für eine Felge (6), mit einem mit einer Motorwelle (3) verbundenen Antriebsritzel (4) und einer Sensoranordnung zur Erfassung der Drehzahl des Antriebsmotors (1) oder einer Getriebeeingangsdrehzahl, umfassend einen Inkrementalsensor und ein Geberrad (8), wobei das Geberrad (8) der Sensoranordnung drehfest mit der Motorwelle (3) in Verbindung steht, wobei der Inkrementalsensor derart angeordnet ist, dass er zum Austausch ohne eine Demontage des Antriebs zugänglich ist, wobei eine Drehachse der Motorwelle (3) beabstandet zu einer Drehachse der Felge (6) angeordnet ist und das Geberrad (8) eine Kröpfung aufweist, wodurch das Geberrad (8) eine radiale und eine axiale Messwerterfassung ermöglicht, wobei die Messwerterfassung radial oder axial erfolgt, wobei zur axialen Messwerterfassung der Inkrementalsensor an der der Felge (6) zugewandten Seite eines Getriebegehäuses (9) des Getriebes (5) über eine entsprechende Führung oder einen Gehäusedurchbruch angeordnet ist, und zur radialen Messwerterfassung der Inkrementalsensor über eine entsprechende Führung oder einen Durchbruch an einem Getriebedeckel (10) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Achse mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem Getriebe und einem Anschraubflansch für eine Felge.
Bei Getrieben ist die Eingangsdrehzahl eine entscheidende Größe, wobei bei Getrieben mit variabler Übersetzung deren Kenntnis für Gangwahl und Gangsprungzeitpunkt erforderlich ist; bei Getrieben mit fester Übersetzung kann über die Eingangsdrehzahl die Drehzahl der Antriebsmaschine bestimmt werden.
Die US 5 087 229 A offenbart eine Motor-Rad-Vorrichtung mit einem integralen Reduktionsplanetengetriebe. Der Motor, der Getriebesatz und das Rad sind auf einem lenkbaren Stützelement angeordnet und ermöglichen eine unabhängige Wartung der Motor- und Getriebesatzelemente. Gemäß der US 5 087 229 A ist der Elektromotor koaxial zur Drehachse der Felge angeordnet.
Aus der US 5 014 800 A ist eine Motorantriebsvorrichtung mit einer Bremse bekannt, welche so strukturiert ist, dass eine Motorwelle und eine Ausgangswelle koaxial in einem Gehäuse angeordnet sind. Über Planetenräder sind die Motorwelle und die Ausgangswelle verbunden. Durch die in der US 5 014 800 A beschriebene Ausbildung der Motorantriebsvorrichtung wird eine üblicherweise notwendige Wand zwischen der Motorwelle und der Ausgangswelle nicht mehr benötigt. Somit kann die Gesamtlänge des Gehäuses verringert werden.
Insbesondere bei elektrischen Maschinen, die beispielsweise bei Flurförderfahrzeugen gemäß der DE 10 2004 006 722 A1 der Anmelderin als Antriebsmaschinen eingesetzt werden, ist der Drehzahlgeber nicht zwingend an diese angebunden. Im Falle des Antriebs eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs bildet die Drehzahl der Antriebsmaschine die Eingangsgröße einer Geschwindigkeitsregelung, so dass deren Kenntnis erforderlich ist. Des weiteren ist bei elektrischen Drehfeldmaschinen eine genaue Kenntnis der Rotorgeschwindigkeit für eine genaue und feinfühlige Regelung notwendig.
Aus Kosten- und Service- bzw. Zugänglichkeitsgründen kann es sich als sinnvoll erweisen, den Drehzahlgeber nicht an der Antriebsmaschine selbst, sondern am Getriebe zwischen Antriebs- und Lastmaschine anzuordnen.
Bei derartigen Konstruktionen ist die direkte Messung der Rotordrehzahl nur am Antriebsritzel möglich; an allen anderen Zahnrädern ist die entsprechende Übersetzung zu berücksichtigen, wobei die notwendige Auflösung mit dem Faktor der Getriebeübersetzung zwischen dem Antriebsritzel und dem Rad, auf welchem die Drehzahl gemessen wird, steigt. Dennoch kann es aus konstruktiven Gründen, wie Zugänglichkeit und Bauraumbedingungen, vorteilhaft sein, die Drehzahl auf einem langsameren Rad mit erhöhter Auflösung zu messen, um auf die Drehzahl des Antriebsmotors zu schließen. Dies ist möglich, da die Getriebeübersetzung konstant ist.
Üblicherweise sind die Controller der Antriebsmotoren von Flurförderzeugen für eine inkrementelle Drehzahlerfassung mit 64 Impulsen pro Rotorumdrehung ausgelegt. Dieser oder ein höherer Wert müssen mindestens erreicht werden, wobei bei genau 64 Inkrementen eine zusätzliche Parametrierung eines abweichenden Wertes entfällt.
Bei vielen heutigen Getrieben sind Bauraum und Zugänglichkeit einer Sensorbaugruppe stark eingeschränkt. Für den Fall der Verwendung von Sensorlagern wird ein kompletter Ausbau des Antriebs benötigt, wenn ein Sensorlager getauscht werden muss. Es kommt hinzu, dass häufig tragende Bestandteile eines Flurförderzeuges mit dem Antriebsgetriebe verbunden sind, z. B. der Mast. Bei einem Sensordefekt müssten somit neben der kompletten Antriebseinheit auch noch weitere Komponenten demontiert werden.
Aus der DE 10 2005 047 953 A1 der Anmelderin ist ein Antrieb für ein Mobilfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor, welcher über mindestens ein Untersetzungsgetriebe ein Fahrzeugrad antreibt, bekannt, wobei die Drehachse des Antriebsmotors beabstandet zur Drehachse des Fahrzeugrades angeordnet ist, bei dem drehende Bauteile des Untersetzungsgetriebes mit einem Drehzahlsensor in Wirkverbindung stehen, so dass der Drehzahlsensor Drehzahlsignale ausgibt, welche in Abhängigkeit der Drehzahl des Antriebsmotors stehen, wobei der Drehzahlsensor teilweise aus dem Gehäuse des Getriebes herausragt und dadurch ohne eine Demontage des Antriebs austauschbar ist.
Bei dieser Konstruktion kann eine direkte Messung der Motorwellendrehzahl über eine axiale Messwerterfassung erfolgen, bei der über einen magnetischen Dipol ein phasenverschobenes Sin-Cos-Signal erzeugt wird, wobei die dadurch gewonnenen analogen und absoluten Rotorlagesignale in nachteiliger Weise mittels einer Zwischenbaugruppe oder einer Software in eine Drehzahl umgewandelt werden müssen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung zur Erfassung der Drehzahl eines Antriebsmotors bzw. der Getriebeeingangsdrehzahl eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs anzugeben, welche eine Austauschbarkeit des Sensors ohne die Notwendigkeit der Demontage der Antriebseinheit und eine direkte Erfassung der Drehzahl ohne hohen Umwandlungsaufwand für die Signale des Sensors ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird eine Achse mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem Getriebe und einem Anschraubflansch für eine Felge vorgeschlagen, mit einem mit einer Motorwelle verbundenen Antriebsritzel und einer Sensoranordnung zur Erfassung der Drehzahl des Antriebsmotors oder einer Getriebeeingangsdrehzahl, umfassend einen Inkrementalsensor und ein Geberrad, wobei das Geberrad der Sensoranordnung drehfest mit der Motorwelle in Verbindung steht, wobei der Inkrementalsensor derart angeordnet ist, dass er zum Austausch ohne eine Demontage des Antriebs zugänglich ist, wobei eine Drehachse der Motorwelle beabstandet zu einer Drehachse der Felge angeordnet ist und das Geberrad eine Kröpfung aufweist, wodurch das Geberrad eine radiale und eine axiale Messwerterfassung ermöglicht, wobei die Messwerterfassung radial oder axial erfolgt, wobei zur axialen Messwerterfassung der Inkrementalsensor an der der Felge zugewandten Seite eines Getriebegehäuses des Getriebes über eine entsprechende Führung oder einen Gehäusedurchbruch angeordnet ist, und zur radialen Messwerterfassung der Inkrementalsensor über eine entsprechende Führung oder einen Durchbruch an einem Getriebedeckel angeordnet ist.
Sofern der Inkrementalsensor so angeordnet ist, dass eine radiale Messwerterfassung ermöglicht wird, ist das Geberrad in seiner Dicke so groß zu dimensionieren, dass ausreichend Material am Inkrementalsensor vorbeigeführt wird, um ein Signal zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, zur Erhöhung der Auflösung das Geberrad hinsichtlich des Durchmessers größer zu dimensionieren, wobei zur Bereitstellung des erforderlichen Bauraumes eine umlaufende Nut im Getriebedeckel oder eine Aussparung in der Wandung des A-Lagerschildes des Antriebsmotors vorgesehen ist. Die Nut ist derart gestaltet, dass sie eine Kröpfung des Geberrades ermöglicht, wodurch auch eine radiale Messwerterfassung ermöglicht wird.
Bei dieser Ausführungsform ist der Sensor zur axialen Messwerterfassung an der der Felge zugewandten Seite des Getriebegehäuses über eine entsprechende Führung bzw. einen Gehäusedurchbruch angeordnet; für den Fall einer radialen Messwerterfassung kann der Sensor am Getriebedeckel über eine entsprechende Führung angeordnet sein. Ein Teil des Sensors kann aus dem Getriebedeckel bzw. dem Getriebegehäuse herausragen, wodurch eine einfache Demontage des Sensors ermöglicht wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann, um eine noch größere Laufbreite und/oder eine höhere Materialstärke des Geberrades zu ermöglichen, der A-Lagersitz des Antriebsmotors im Lagerschild weiter in Richtung des Rotors verlagert werden. Für den Fall, dass der Rotor teilweise hohl ausgeführt ist, kann der A-Lagersitz in den Rotor hinein verlagert werden.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption kann über einen einfachen HF-Digitaleingang die Drehzahl ohne eine aufwändige Signalaufbereitung ermittelt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Teils einer Achse eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer Sensoranordnung und
2 eine Schnittansicht eines Teils einer Achse eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer Sensoranordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist ein Teil einer Achse eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs dargestellt, wobei der Antriebsmotor mit 1, das A-Lagerschild des Motors mit 2, die Motorwelle mit 3, das Antriebsritzel mit 4, das Getriebe mit 5, die Felge mit 6 und der Anschraubflansch für die Felge mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet ist.
Die Sensoranordnung umfasst ein drehfest mit der Motorwelle 3 verbundenes Geberrad 8 und einen Sensor, der an der der Felge 6 zugewandten Seite des Getriebegehäuses 9 über eine entsprechende Führung bzw. einen Gehäusedurchbruch angeordnet ist, wobei in diesem Fall eine axiale Messwerterfassung ermöglicht wird. Durch den Pfeil wird die axiale Sensierrichtung des Sensors veranschaulicht. Das Geberrad 8 ist optimal an den zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Geberrad 8 zur Erhöhung der Auflösung hinsichtlich des Durchmessers größer dimensioniert, wobei zur Bereitstellung des erforderlichen Bauraumes eine umlaufende Nut 11 im Getriebedeckel 10 oder gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform eine Aussparung in der Wandung des A-Lagerschildes 2 des Antriebsmotors 1 vorgesehen ist. Die Nut 11 bzw. die Aussparung in der Wandung des A-Lagerschildes kann derart gestaltet sein, dass sie, wie in 2 gezeigt, eine Kröpfung des Geberrades 8 ermöglicht, wodurch auch eine radiale Messwerterfassung ermöglicht wird.
Bei dieser Ausführungsform kann der Sensor zur axialen Messwerterfassung an der der Felge 6 zugewandten Seite des Getriebegehäuses 9 über eine entsprechende Führung bzw. einen Gehäusedurchbruch angeordnet sein; die Sensierrichtung ist durch den horizontal verlaufenden Pfeil veranschaulicht.
Für die radiale Sensierrichtung bzw. radiale Messwerterfassung, die durch den senkrecht verlaufenden Pfeil dargestellt ist, ist der Sensor am Getriebedeckel 10 über eine entsprechende Führung bzw. einen Durchbruch angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsmotor
2: A-Lagerschild des Antriebsmotors
3: Motorwelle
4: Antriebsritzel
5: Getriebe
6: Felge
7: Anschraubflansch für die Felge
8: Geberrad
9: Getriebegehäuse
10: Getriebedeckel
11: Nut

Claims

Achse mit einem elektrischen Antriebsmotor (1) und einem Getriebe (5) und einem Anschraubflansch (7) für eine Felge (6), mit einem mit einer Motorwelle (3) verbundenen Antriebsritzel (4) und einer Sensoranordnung zur Erfassung der Drehzahl des Antriebsmotors (1) oder einer Getriebeeingangsdrehzahl, umfassend einen Inkrementalsensor und ein Geberrad (8), wobei das Geberrad (8) der Sensoranordnung drehfest mit der Motorwelle (3) in Verbindung steht, wobei der Inkrementalsensor derart angeordnet ist, dass er zum Austausch ohne eine Demontage des Antriebs zugänglich ist, wobei eine Drehachse der Motorwelle (3) beabstandet zu einer Drehachse der Felge (6) angeordnet ist und das Geberrad (8) eine Kröpfung aufweist, wodurch das Geberrad (8) eine radiale und eine axiale Messwerterfassung ermöglicht, wobei die Messwerterfassung radial oder axial erfolgt, wobei zur axialen Messwerterfassung der Inkrementalsensor an der der Felge (6) zugewandten Seite eines Getriebegehäuses (9) des Getriebes (5) über eine entsprechende Führung oder einen Gehäusedurchbruch angeordnet ist, und zur radialen Messwerterfassung der Inkrementalsensor über eine entsprechende Führung oder einen Durchbruch an einem Getriebedeckel (10) angeordnet ist.
Achse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung des erforderlichen Bauraumes für das Geberrad (8) eine umlaufende Nut (11) im Getriebedeckel (10) oder eine Aussparung in der Wandung eines A-Lagerschildes (2) des Antriebsmotors (1) oder im Getriebedeckel (10) vorgesehen ist.
Achse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein A-Lagersitz des elektrischen Antriebsmotors (1) in einem A-Lagerschild (2) weiter in Richtung eines Rotors des elektrischen Antriebsmotors (1) verlagert ist.
Achse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein A-Lagersitz des elektrischen Antriebsmotors (1) in einen Rotor des elektrischen Antriebsmotors (1) hinein verlagert ist, wobei der Rotor des elektrischen Antriebsmotors (1) teilweise hohl ausgeführt ist.