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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Eine
solche Antriebseinheit verfügt über zwei separate
Motoreinheiten, beispielsweise Elektromotoren, und wird demgemäß üblicherweise
als Doppelmotorantrieb bezeichnet. Jeweils eine der Motoreinheiten
treibt eine Antriebswelle an, die wiederum über mindestens
eine Getriebestufe mit einer Abtriebswelle in Wirkkontakt steht.
Typische Anwendungsgebiete solcher Antriebseinheiten sind beispielsweise
als Antriebe für oder innerhalb eines Fahrzeuges oder generell
als Verstellantrieb. Dabei liegen sich die unmittelbar von den Motoreinheiten angetriebenen
Antriebswellen im Allgemeinen koaxial gegenüber und die
von den Antriebswellen über die mindestens eine Getriebestufe
bzw. jeweils mindestens eine Zahnradpaarung angetriebenen Abtriebswellen
verlaufen parallel zu den Antriebswellen.
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Vorrangiges
Ziel solcher Antriebe ist die Bauraum sparende Unterbringung zwei
separat voneinander steuerbarer Motoreinheiten, über die
die zwei Abtriebswellen mit unterschiedlicher Drehzahl und gegebenenfalls
sogar mit unterschiedlicher Drehrichtung betrieben werden können.
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Eine
solche Antriebseinheit ist zum Beispiel der
JP 2306828 A zu entnehmen.
Diese beschreibt unter anderem eine Antriebseinheit mit zwei Motoreinheiten,
zwei von diesen Motoreinheiten jeweils unmittelbar angetriebene
Antriebswellen und zwei Abtriebswellen, wobei jeweils eine Abtriebswelle über eine
Stirnradstufe mit einer zugeordneten Antriebswelle in Wirkkontakt
steht und über diese um ihre Längsachse gedreht
wird. Die Antriebswellen und Abtriebswellen verlaufen parallel zueinander
und sind jeweils voneinander räumlich getrennt. Dementsprechend
sind die Antriebswellen als auch die Abtriebswellen jeweils unabhängig
voneinander gelagert.
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Jede
Motoreinheit der
JP
2306828 A kann unabhängig von der anderen Motoreinheit
eine ihr zugeordnete Abtriebswelle antreiben und derart an ihr ein
bestimmtes Drehmoment zur Verfügung stellen. Die beschriebene
Antriebseinheit ist für den Einsatz innerhalb eines Kraftfahrzeuges
gedacht, um über jeweils eine Abtriebswelle ein Rad des
Kraftfahrzeuges anzutreiben. So kann über entsprechende Steuerung
der beiden Motoreinheiten eine zueinander unterschiedliche Drehzahl
der beiden Abtriebswellen realisiert werden, die besonders hinsichtlich einer
Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges von Vorteil ist, bei der die kurveninneren
Räder des Kraftfahrzeuges langsamer drehen als die kurvenäußeren
Räder des Kraftfahrzeuges. Eine derartige an die Fahrersituation
angepasste Drehzahlregulierung wird bei aktuell auf dem Markt befindlichen
Antriebskonzepten für Kraftfahrzeuge vornehmlich noch über
ein Differentialgetriebe realisiert.
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Die
in der
JP 2306828 A beschriebene
Antriebseinheit ist jedoch in soweit nachteilig, da hier bei größeren
Drehzahlen auftretende Lagerkräfte in den Antriebs- bzw.
Abtriebswellen über separate und entsprechend dimensionierte
Lager aufgenommen werden müssen. Ebenso sind der Schaffung
einer kompakten Antriebseinheit enge Grenzen gesetzt, da die beiden
Abtriebswellen und die beiden Antriebswellen jeweils vollständig
voneinander mechanisch entkoppelt untergebracht werden müssen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten
Nachteile zu überwinden und eine kompakte Antriebseinheit
bereitzustellen, die insbesondere hinsichtlich der auftretenden
Lagerkräfte in den unmittelbar von den Motoreinheiten angetriebenen
Antriebswellen und in den Abtriebswellen optimiert ist.
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Diese
Aufgabe wird mit der Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Demnach
ist eine Antriebseinheit vorgesehen, die zwei Motoreinheiten, mindestens
zwei längserstreckte Abtriebswellen und mindestens zwei Zahnradpaarungen
aufweist. Die Motoreinheiten treiben jeweils eine der Antriebswellen
an, denen jeweils eine der Abtriebswellen zugeordnet ist. Einer,
jeweils zur Abgabe eines Drehmomentes vorgesehenen Abtriebswelle
und einer zugehörigen Antriebswelle ist weiterhin eine
Zahnradpaarung zugeordnet, so dass jede Abtriebswelle jeweils über
eine Zahnradpaarung mit der zugehörigen Antriebswelle einer
Motoreinheit in Wirkverbindung steht, um um ihre Längsachse
gedreht zu werden. Erfindungsgemäß sind die beiden Antriebswellen
derart zueinander angeordnet, dass sich die beiden Antriebswellen
wenigstens bei Drehung der einen Antriebswelle und bei gleichzeitiger Drehung
der anderen Antriebswelle axial gegeneinander abstützen.
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Es
wird mit anderen Worten eine Antriebseinheit bereitgestellt, bei
der sich die beiden, jeweils von einer zugeordneten Motoreinheit
unmittelbar angetriebene Antriebswellen gegeneinander entlang ihrer
jeweiligen Längserstreckungsrichtung abstützen.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung können die beiden Antriebswellen
darüber hinaus bei den durch die Motoreinheiten verursachten
Drehungen um ihre Längsachsen zueinander unterschiedliche
Drehzahlen aufweisen.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
die jeweils von einer zugeordneten Motoreinheit unmittelbar angetriebenen
Antriebswellen in zueinander gleichläufige Drehrichtungen
von ihren Motoreinheiten um ihre Längsachsen gedreht werden
können. In einer alternativen Ausführung ist vorgesehen,
dass die beiden Antriebswellen zueinander gleichläufig
gedreht werden können. Auch die den Antriebswellen zugehörigen
Abtriebswellen können zueinander gleichläufige
oder zueinander gegenläufige Drehrichtungen aufweisen.
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In
jedem Fall sind erfindungsgemäß die beiden Antriebswellen
derart zueinander angeordnet, dass sich die beiden Antriebswellen
wenigstens bei Drehung der einen Antriebswelle in eine erste Drehrichtung
und bei gleichzeitiger Drehung der anderen Antriebswelle in eine
zweite Drehrichtung axial gegeneinander abstützen, unabhängig
davon, ob die erste Drehrichtung zur zweiten Drehrichtungen gleichläufig
oder gegenläufig ist.
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Es
wird mit anderen Worten eine Antriebseinheit bereitgestellt, bei
der sich die beiden, jeweils von einer zugeordneten Motoreinheit
unmittelbar angetriebene Antriebswellen gegeneinander entlang ihrer
jeweiligen Längserstreckungsrichtung abstützen, selbst
wenn die beiden Antriebswellen mit zueinander unterschiedlicher
Drehzahl und/oder zueinander gegenläufiger Drehrichtungen
von ihrer Motoreinheit um ihre Längsachsen gedreht werden.
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Eine
erfindungsgemäße Antriebseinheit kann basierend
auf dem dargestellten Wirkprinzip sowohl als (Bewegungs-)Antrieb
eines Fahrzeugs als auch generell als Verstellantrieb eingesetzt
werden, der durch die gegenseitige Abstützung der Antriebswellen
extrem kompakt ausgelegt werden kann.
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Eine
derartige axiale Abstützung der beiden Antriebswellen im
Betrieb wird in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung über eine Paarung schräg verzahnter
Zahnräder erreicht, wobei eine Abtriebswelle jeweils über
eine Paarung von mindestens zwei schräg verzahnten Zahnrädern
mit der zugeordneten Antriebswelle einer Motoreinheit in Wirkverbindung
steht. Über die Schrägverzahnung der im Betrieb
in die erste und zweite Drehrichtung angetriebenen Zahnräder
werden in die Antriebswellen Axialkräfte entlang ihrer
Längsachse eingeleitet. Über die erfindungsgemäße
axiale Abstützung der beiden Antriebswellen gegeneinander
können diese Axialkräfte von einer Antriebswelle
jeweils in die andere Antriebswelle eingeleitet werden und zumindest teilweise
einander entgegenwirken, so dass die resultierenden, von (Axial-)Lagern
aufzunehmenden Kräfte reduziert werden oder sogar null
sind. So lässt sich über eine symmetrische Ausbildung
der Antriebseinheit ein Kraftausgleich schaffen, bei dem die aufgrund
der Schrägverzahnung in den Zahnrädern der beiden
Antriebswellen und auf die beiden Antriebswellen wirkenden Axialkräfte
einander direkt entgegenwirken.
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In
einer Ausführungsform stützen sich die beiden
Antriebswellen über ihre einander gegenüberliegenden
Stirnseiten axial gegeneinander ab. Mit anderen Worten die Enden
der beiden Antriebswellen sind zur Abstützung einander
zugewandt. Selbstverständlich ist alternativ auch eine
Abstützung außerhalb der Stirnseiten der beiden
Antriebswellen möglich, bei dem beispielsweise explizit
hierfür vorgesehene Stützbereiche der beiden Antriebswellen
an deren Umfang bzw. entlang deren Mantelflächen an einander
liegen.
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Es
wird aber bevorzugt, dass sich derartige Stützbereiche
für die axiale Abstützung der beiden Antriebswellen
an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Antriebswellen
befinden, um die Antriebseinheit möglichst kompakt halten
zu können und die axiale Abstützung in konstruktiv
relativ einfacher Weise herzustellen.
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Für
ein unmittelbares Anliegen der Antriebswellen aneinander und gleichzeitiger
Bereitstellung der Möglichkeit, dass sich die beiden Antriebswellen mit
zueinander unterschiedlicher Drehzahl drehen können, müssen
die aneinander anliegenden Stützbereiche der Antriebswellen
relativ hochwertig bearbeitet sein oder sie können mit
einem entsprechenden reibungsmindernden Schichtmaterial versehen sein,
um die Reibung zwischen den beiden rotierenden Antriebswellen möglichst
gering zu halten.
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Eine
hierzu deutlich kostengünstigere Variante der erfindungsgemäßen
Antriebseinheit zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen den beiden
Antriebswellen ein Fluid angeordnet ist, über das sich die
beiden Antriebswellen axial gegeneinander abstützen. Hierbei
wird unter einem Fluid sowohl ein (teilweise) gasförmiges
als auch (teilweise) flüssiges Medium verstanden. Über
das zwischen den beiden Antriebswellen befindliche Fluid wird somit
ein Gleitfilm zur Verfügung gestellt, der zwar einerseits
eine axiale Abstützung der Antriebswellen gegeneinander gestattet,
aber andererseits gleichzeitig eine Relativdrehung, d. h. eine Drehung
mit zwei zueinander unterschiedlichen Drehzahlen der beiden rotierenden Antriebswellen,
reibungsmindernd bzw. nahezu reibungsfrei gestattet.
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Anstelle
oder ergänzend zu einem Fluid kann zwischen den beiden
Antriebswellen der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
ein Stützelement vorgesehen sein, relativ zu dem wenigstens
eine der beiden Antriebswellen drehbar ist. Ein derartiges Stützelement
gestattet als zwischen den beiden Antriebswellen befindliches Bauteil
eine axiale Kraftübertragung zwischen den beiden Antriebswellen.
Aufgrund der Tatsache, dass das Stützelement maximal mit
einer der beiden Antriebswellen drehfest verbunden ist, bleiben
die beiden Antriebswellen mit zueinander unterschiedlichen Drehzahlen
rotierbar und leiten dementsprechend keine radialen Kräfte
von einer Antriebswelle an die andere Antriebswelle über
das Stützelement weiter.
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In
einer Ausführungsvariante ist das Stützelement
zwischen den beiden Antriebswellen derart angeordnet, dass die beiden
Antriebswellen jeweils relativ zu dem Stützelement drehbar
sind und nur axiale Kräfte über das Stützelement
von beiden Antriebswellen übertragen werden können.
Mit anderen Worten keine der beiden Antriebswellen ist drehfest mit
dem zwischen ihnen angeordneten Stützelement verbunden.
Vielmehr wäre es in einer solchen Ausführungsvariante
denkbar, dass die beiden Antriebswellen jeweils nur mit ihren Stirnseiten
in einer ihnen zugeordneten Aufnahme des Stützelements
anliegen, um eine axiale Abstützung gegeneinander zu realisieren.
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Alternativ
oder ergänzend kann es selbstverständlich auch
bei der Verwendung eines Stützelements vorgesehen sein,
dass sich zwischen dem Stützelement und einem Stützbereich
der jeweiligen Antriebswelle ein Fluid befindet, um eine eventuell auftretende
Reibung zwischen dem Stützelement und einer Antriebswelle
bzw. beiden Antriebswellen zu verringern.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung unmittelbar aneinander anliegender
Antriebswellen oder aneinander anliegender Abschnitte eines Stützelements
und einer relativ zu dem Stützelement drehbaren Antriebswelle
lassen sich über eine so genannte Kugel-Pfannen-Paarung
realisieren. Bei einer derartigen Kugel-Pfannen-Paarung greift ein
gewölbter Abschnitt eines der beiden aneinander anliegenden Bauteile
(erste Antriebswelle und zweite Antriebswelle oder Antriebswelle
und Stützelement) in eine vorzugsweise zu der Wölbung
komplementäre Aufnahme des anderen Bauteils ein. Während
dementsprechend der gewölbte Abschnitt des einen Bauteils
als „Kugel” in Richtung des anderen Bauteils hervorsteht,
ist die Aufnahme des anderen Bauteils als „Pfanne” eine
nach innen, d. h. von dem mit der Wölbung versehenden Bauteils
weg, gewölbte, beispielsweise napfförmige Aussparung.
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Über
eine derartige Kugel-Pfannen-Paarung ist in relativ einfacher konstruktiver
Weise eine axiale Kraftübertragung zwischen zwei einander
anliegender Antriebswellen oder einer in einem Stützelement anliegenden
Antriebswelle über das Stützelement in die andere
Antriebswelle möglich. Hierfür weist beispielsweise
eine Antriebswelle an ihrer Stirnseite einen gewölbten,
in Längserstreckungsrichtung der Antriebswelle vorstehenden
Abschnitt auf, der in eine dafür vorgesehene Pfanne bzw.
Aussparung der anderen Antriebswelle oder des Stützelements
eingreift. Über die Anlage des gewölbten Abschnitts
an einer hierzu komplementären gekrümmten Anlagefläche
als Negativform zu der Oberfläche des gewölbten
Abschnitts innerhalb der Aussparung sind dann wenigstens in Längserstreckungsrichtung
auftretende (axiale) Kräfte übertragbar. Die in
einer derart definierten Kugel-Pfannen-Paarung aneinander anliegenden
Bauteile können vergleichsweise frei relativ, z. B. auch
mit einem Achs- oder Winkelversatz, zueinander angeordnet werden
und gestatten auch bei unterschiedlichen Drehrichtungen und/oder
-geschwindigkeiten der beiden Bauteile eine definierte Kraftübertragung
und damit axiale Abstützung der beiden Bauteile gegeneinander.
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In
einer Ausgestaltung wird mittels wenigstens eines gewölbten
Abschnitts einer Antriebswelle oder des Stützelements und
einer hierzu komplementär gekrümmten Anlagefläche
der anderen Antriebswelle oder des Stützelementes als Negativform zu
der Oberfläche des gewölbten Abschnitts eine Kugel-Pfannen-Paarung
derart gebildet, dass durch die Anlage des gewölbten Abschnitts
an die gekrümmte Anlagefläche bei axialer Abstützung
der beiden Bauteile gegeneinander eine Zentrierung des gewölbten Abschnitts
bezüglich eines gedachten Krümmungszentrums der
Oberfläche des gewölbten Abschnittes, insbesondere
einer Lagermittelstelle, erfolgt.
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Wie
eingangs bereits dargelegt, wird die axiale Abstützung
der antreibenden Antriebeswellen gegeneinander in einem besonders
bevorzugten Ausführungsbeispiel durch die Paarung schräg
verzahnter Zahnräder erreicht. So bedingen schräg
verzahnte Zahnräder bekanntermaßen beim Kämmen
mit ihnen in Eingriff stehender ebenfalls schräg verzahnter Zahnräder
nicht nur eine radiale, sondern auch eine axiale Kraft(komponente)
in den mit einander kämmenden Zahnrädern beziehungsweise
in den die Zahnräder tragenden Wellen. Diese radialen und
axialen Kräfte müssen dann üblicherweise über
entsprechend ausgelegte Lager, zum Beispiel Wälzlager,
aufgenommen werden.
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Aus
dem allgemeinen Stand der Technik ist bereits das so genannte Prinzip
des Kraftausgleichs bekannt, bei dem zum gegenseitigen Aufheben
derartiger axialer Kräfte eine so genannte Doppelschrägverzahnung
vorgeschlagen wird. Hierbei wird über eine symmetrische
Anordnung zweier Paare von miteinander kämmenden schrägverzahnten Zahnrädern,
also zusammen vier Zahnrädern, erreicht, dass die axialen,
in den zwei die Zahnräder tragenden Wellen einander entgegenwirken
und sich vollständig aufheben. Hierfür weist eine
erste Welle zwei zueinander symmetrische schrägverzahnte Zahnräder
auf, während eine zu der ersten Welle parallel verlaufende
zweite Welle die zwei weiteren, ebenfalls zu einander symmetrischen
schrägverzahnten Zahnräder trägt. Symmetrisch
bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Zahnräder einer jeden
Welle zu einer senkrecht zu der Längsachse der Wellen verlaufenden
Symmetrieachse spiegelsymmetrisch sind.
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Kämmen
nun die Zahnräder der ersten Welle mit den Zahnrädern
der zweiten Welle, werden in der ersten und der zweiten Welle über
die Paarung der schrägverzahnten Zahnräder erzeugten
Axialkräfte in jeder Welle aufgehoben. Eine derartige Anordnung von
Zahnrädern auf zwei zu einander parallel verlaufender Wellen
ist auch als „Pfeilverzahnung” bekannt.
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Bei
diesen bekannten Anordnungen ist jedoch zwingend erforderlich, dass
ausschließlich eine Antriebswelle als erste Welle und eine
dazu parallel verlaufende Abtriebswelle als zweite Welle eingesetzt
werden. Dem gegenüber soll mit der vorliegenden erfindungsgemäßen
Antriebseinheit in kompakter Weise die Möglichkeit bereitgestellt werden,
an mindestens zwei Abtriebswellen zwei Drehmomente abzugreifen,
die jeweils von einer mit einer Antriebswelle gekoppelten Motoreinheit
verursacht werden und hinsichtlich Betrag und Richtung voneinander verschieden
sein können.
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Es
ist daher im Rahmen der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
denkbar, dass die beiden jeweils einer Antriebswelle zugeordneten
Zahnräder nicht identisch zu einander und ebenso wenig
symmetrisch zu einander ausgebildet sind. So könnte an einer
ersten Antriebswelle ein erstes Antriebszahnrad vorgesehen sein,
dass eine erste Anzahl von Zähnen aufweist und eine linkssteigende
Außenverzahnung definiert, während eine zweite
Antriebswelle ein zweites Antriebszahnrad aufweist, dass eine von der
ersten Anzahl des ersten Zahnrades unterschiedliche zweite Anzahl
von Zähnen aufweist und dessen Außenverzahnung
ebenfalls linkssteigend ausgebildet ist. Diese beiden Antriebszahnräder
kämmen jeweils mit einem Abtriebszahnrad, das einer der
beiden Abtriebswellen zugeordnet ist. Da beide Antriebszahnräder
eine linkssteigende Verzahnung aufweisen, sind die mit ihnen kämmenden
Abtriebszahnräder dementsprechend jeweils mit einer rechtssteigenden
Außenverzahnung versehen. Die Antriebszahnräder
und die Abtriebszahnräder sind in dieser Ausführungsvariante
somit zueinander identisch.
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Dreht
nun die erste Antriebswelle und das damit verbundene erste Antriebszahnrad
in eine erste Drehrichtung und die zweite Antriebswelle mit dem zweiten
Zahnrad in eine zu der ersten Drehrichtung gegenläufige
zweite Drehrichtung, stützen sich die beiden Antriebswellen
erfindungsgemäß axial gegeneinander ab, sofern
die beiden Drehungen der ersten und zweiten Antriebswelle jeweils
axiale Kräfte in einer Antriebswelle erzeugen, die in Richtung der
anderen Antriebswelle weisen. Eine vollständige Aufhebung
derartiger, einander entgegenwirkender axialen Kräfte in
den beiden Antriebswellen wird in diesem Ausführungsbeispiel
dann beispielsweise darüber erreicht, dass die beiden Antriebswellen
koaxial zu einander liegen und über die an der ersten (oder
zweiten) Antriebswelle anliegende Drehzahl eine Axialkraft erzeugt,
die vom Betrag der Axialkraft entspricht, die in der zweiten (beziehungsweise
ersten) Antriebswelle über deren zugeordnete Zahnradpaarung
erzeugt wird.
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Das
oben geschilderte Ausführungsbeispiel, bei dem die axiale
Abstützung der beiden Antriebswellen gegeneinander nur
bei der Drehung der beiden Antriebswellen in jeweils unterschiedliche
Drehrichtungen realisiert wird, kann gerade bei mit der Antriebseinheit
realisierten Verstellantrieben von Vorteil sein. Dabei wird unter
einem Verstellantrieb grundsätzlich ein motorischer Antrieb
für eine Verstellvorrichtung verstanden, mit der entsprechende
Verstellelemente in mindestens zwei von einander unterschiedliche
Stellungen überführt werden können. Die Verstellelemente
können hierfür über die erfindungsgemäße
Antriebseinheit beispielsweise rotiert, verschwenkt oder verschoben
werden. Es kann sich demgemäß um Hebel oder Klappen
handeln.
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Eine
weitere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen
Antriebseinheit ist deren Verwendung als Teil eines Bewegungsantriebes
für ein Fahrzeug. Hierunter fallen erfindungsgemäß jedwede
Anwendungen der Antriebseinheit zur motorisch bedingten Fortbewegung
eines Vehikels. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße
Antriebseinheit beispielsweise zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges,
Golfcaddies, eines Flurförderfahrzeuges wie zum Beispiel
einem Gabelstapler, eines Autoskooters, Rollstuhls oder eines Bootes
ebenso verwendet werden kann, wie in einem ferngesteuerten Spielzeug-Fahrzeug
oder innerhalb eines Bewegungsantriebs für die Räder
eines Flugzeuges.
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In
allen diesen genannten oder dazu ähnlichen Fahrzeugen kann
die erfindungsgemäße Antriebseinheit dafür
eingesetzt werden, über ihre Abtriebswellen wenigstens
zwei Räder des Fahrzeuges anzutreiben. Hierbei wird es
dementsprechend bevorzugt, dass die axiale Abstützung der
beiden Antriebswellen gegeneinander gerade dann erfolgt, wenn die
beiden Antriebswellen zu Drehungen in eine übereinstimmende
Drehrichtung von den Motoreinheiten angetrieben werden. Mit anderen
Worten sind dann die Paarungen der schrägverzahnten Zahnräder
der Antriebswellen und Abtriebswellen derart ausgebildet, dass sich
bei der Drehung der einen Antriebswelle in eine erste Drehrichtung
und bei gleichzeitiger Drehung der anderen Antriebswelle in eine
zweite, zu der ersten Drehrichtung übereinstimmende Drehrichtung
die über die Zahnräder in den beiden gegeneinander
abgestützten Antriebswellen entstehenden Axialkräfte
einander entgegenwirken.
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Über
eine (spiegel)symmetrische Ausbildung der jeweiligen schrägverzahnten
Zahnräder ist in einer darauf basierenden Weiterbildung
dann ebenfalls ein vollständiger Ausgleich der entstehenden
Axialkräfte bei Drehung in die übereinstimmende
Drehrichtung gegeben.
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Dies
würde folglich beispielsweise bedeuten, dass ein Antriebszahnrad
der ersten Antriebswelle und ein Abtriebszahnrad der zweiten Abtriebswelle jeweils
mit einer rechtssteigenden Verzahnung versehen sind, während
die damit kämmenden schrägverzahnten Zahnräder – ein
Antriebszahnrad für die zweite Antriebswelle und ein Abtriebszahnrad
für die erste Abtriebswelle – jeweils mit einer
rechtssteigenden Außenverzahnung versehen sind.
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In
einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Antriebseinheit hat es sich weiterhin als besonders vorteilhaft
herausgestellt, dass zwei Abtriebszahnräder der Antriebseinheit,
die jeweils einer Abtriebswelle zugeordnet sind und diese in Drehung
versetzen, auf einer gemeinsamen Lagerwelle gelagert sind.
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Um über
die beiden Abtriebszahnräder gegebenenfalls unterschiedliche
Drehmomente an die jeweils zugeordnete Abtriebswelle weiterzuleiten, sind
die Abtriebszahnräder auf der gemeinsamen Lagerwelle relativ
zu der Lagerwelle drehbar gelagert. Diese Lagerwelle verläuft
weiterhin vorzugsweise parallel zu zwei koaxial zueinander liegenden
Antriebswellen. Während also die beiden Antriebswellen
sich jeweils entlang einer gemeinsamen ersten Drehachse erstrecken,
erstreckt sich die Lagerwelle entlang einer zu der ersten Drehachse
parallelen zweiten Drehachse.
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In
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
mit einer gemeinsamen Lagerwelle für zwei Abtriebszahnräder
können die Abtriebszahnräder weiterhin derart
ausgebildet und auf der Lagerwelle gelagert sein, dass wenigstens
bei einer Drehung eines Abtriebszahnrads in eine erste Drehrichtung
und gleichzeitiger Drehung des anderen Abtriebszahnrads in eine
zweit Drehrichtung auf die Abtriebszahnräder wirkende Axialkräfte
in die Lagerwelle eingeleitet werden. Dabei ist es zunächst
in Anlehnung an die bereits oben beschriebenen Ausführungsvarianten
unerheblich, ob die erste und die zweite Drehrichtung der Abtriebszahnräder übereinstimmen.
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Wesentlich
bleibt auch hier, dass aus dem Zusammenspiel der entsprechenden
Außenverzahnungen der beiden Abtriebszahnräder
und der beiden Antriebszahnräder und den jeweiligen Drehrichtungen,
bei denen eine axiale Abstützung der beiden Antriebswellen
gegeneinander erfolgen soll, die erzeugten, zueinander gegenläufigen
axialen Kräfte der Abtriebszahnräder in deren
gemeinsame Lagerwelle eingeleitet werden. Wirken folglich die axialen Kräfte
der beiden Antriebswellen aufeinander zu, weisen die sich aus den
Paarungen der schrägverzahnten Antriebs- und Abtriebszahnräder
ergebenden axialen Kräfte in den Abtriebszahnrädern
voneinander weg bzw. sind zu einander entgegengesetzt.
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Diese
zueinander gegenläufigen axialen Kräfte werden
in einem Ausführungsbeispiel von den Abtriebszahnrädern
jeweils über eine an der Lagerwelle fixierte Sicherungsscheibe
in die Lagerwelle übertragen. Hierfür wird jeweils
eine Sicherungsscheibe an den sich gegenüberliegenden Stirnseiten der
Lagerwelle axialfest, insbesondere drehfest mit der Lagerwelle verbunden.
Die Sicherungsscheibe weist einen senkrecht vorspringenden und somit
die Stirnseite umgreifenden Randabschnitt auf, gegen den ein Fortsatz
des zugeordneten Abtriebszahnrads drückt, um die auftretenden
axialen Kräfte von dem Abtriebszahnrad in die Lagerwelle
einzuleiten.
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Anstelle
einer derartigen Sicherungsscheibe kann auch ein aus dem Stand der
Technik bekannter Sprengring eingesetzt werden. Sowohl mit einer
Sicherungsscheibe der oben beschriebenen Art als auch einem Sprengring
ist das zugeordnete Abtriebszahnrad axial auf der Lagerwelle festzulegen
und bleibt dennoch relativ zu der Lagerwelle drehbar.
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Zur Übertragung
einer über die Antriebswellen verursachten Drehung der
Abtriebszahnräder beziehungsweise eines Drehmoments von
den Abtriebszahnrädern auf die Abtriebswellen ist in einer bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Antriebseinheit ein Übertragungsstück vorgesehen.
Ein solches Übertragungsstück ist sowohl mit einem
Abtriebszahnrad als auch mit einer zugeordneten Abtriebswelle verbunden.
Beispielsweise über Wälzlager oder Gleitlager
ist ein solches Übertragungsstück bevorzugt in
einen Gehäuse der Antriebseinheit drehbar gelagert und
abgestützt, um das Drehmoment von einem Abtriebszahnrad
an eine Abtriebswelle zu übertragen.
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Sind
die beiden Abtriebszahnräder auf einer gemeinsamen Lagerwelle
gelagert, ist jeweils im Bereich der Enden der Lagerwelle ein Übertragungsstück
vorgesehen und mit einem Abtriebszahnrad verbunden, so dass die
gegebenenfalls unterschiedlichen, an den Abtriebszahnrädern
anliegenden Drehmomente jeweils an die zugeordnete Abtriebswelle übertragen
werden. Dies kann insbesondere unter Einsatz wenigstens eines homokinetisches Gleichlaufgelenkes
erreicht werden.
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Um
die erfindungsgemäße Antriebseinheit möglichst
kompakt auszugestalten und ihre Montage vergleichsweise einfach
zu halten, wird es des Weiteren bevorzugt, dass sowohl die Antriebswellen
koaxial zueinander als auch die Abtriebswellen koaxial zueinander
liegen und die Abtriebswellen parallel zu den Antriebswellen verlaufen.
Darüber hinaus ist bei einer derartigen und symmetrischen
Anordnung der Zahnradstufen beziehungsweise der Zahnradpaare ein
vollständiger Kraftausgleich der axialen Kräfte möglich.
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Je
nach Einsatzzweck und zur Verfügung stehendem Bauraum für
die erfindungsgemäße Antriebseinheit kann es jedoch
von Vorteil oder notwendig sein, die Antriebs- oder Abtriebswellen
in einem Winkel zueinander anzuordnen, so dass ihre Drehachsen nicht
miteinander übereinstimmen (koaxial sind), sondern sich
kreuzen. Auch bei einer derartigen Anordnung kann noch eine axiale
Abstützung der beiden Antriebswellen gegeneinander beispielsweise über
ein entsprechend ausgelegtes Stützelement realisiert werden,
um derart etwaige Axiallager für die beiden Antriebswellen
kleiner dimensionieren oder vollständig aussparen zu können.
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In
diesem Zusammenhang sei auch darauf hingewiesen, dass in der erfindungsgemäßen
Antriebseinheit zwar bevorzugt schrägverzahnte (Stirn-)Zahnräder
verwendet werden, um ein Drehmoment von einer Antriebswelle an ein
Abtriebswelle zu übertragen, es jedoch im Rahmen der Erfindung auch
möglich ist, eine Schneckenradstufe zu verwenden. Hierbei
wären dementsprechend die Achsen einer Antriebswelle und
einer zugeordneten Abtriebswelle um 90° zueinander versetzt.
Auch hier treten über die Paarungen der ebenfalls schrägverzahnten Zahnräder
hohe axiale Kräfte auf, die über die erfindungsgemäße
axiale Abstützung der beiden Antriebswellen gegeneinander
zumindest in einer Drehrichtung wenigstens teilweise ausgeglichen
werden können. Darüber hinaus kann zur Drehmomentübertragung
zwischen einer Antriebswelle an eine Abtriebswelle in Ausgestaltungen
der Erfindung anstelle einer Schneckradstufe oder schrägverzahnter (Stirn-)-Zahnräder
auch ein Schraubrad oder ein Kegelrad, insbesondere mit Hypoidverzahnung,
oder ein Kronenrad vorgesehen sein.
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In
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
weist diese mindestens zwei Abtriebswellen auf, die einer Antriebswelle
einer Motoreinheit zugeordnet sind. Mit anderen Worten werden über
eine Antriebswelle einer Motoreinheit wenigstens zwei Abtriebswellen
angetrieben. Dies lässt sich beispielsweise dadurch realisieren,
dass ein Antriebszahnrad der Antriebswelle mit zwei Abtriebszahnrädern
kämmt, die auf zueinander parallelen Abtriebswellen angeordnet
sind. Die Antriebswelle und die beiden Abtriebswellen verlaufen
dementsprechend hier jeweils parallel zueinander. Dabei liegen die
Antriebswelle und eine erste Abtriebswelle in einer Ebene, während
die Antriebswelle und eine zweite Abtriebswelle in einer zweiten
Ebene liegen, die die erste Ebene entlang der von der Antriebswelle definierten
Längsachse schneidet.
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Mit
einer solchen Ausführungsvariante treiben die beiden Motoreinheiten
der erfindungsgemäßen Antriebseinheit über
ihre beiden Antriebswellen zusammen wenigstens vier Abtriebswellen
an, wobei sich wenigstens die beiden Antriebswellen axial gegeneinander
abstützen. Auf diese Weise ist zumindest ein durch die
Motoreinheiten und die beiden Antriebswellen sowie die damit verbundenen
Zahnräder gebildeter Antriebskern der Antriebseinheit auch
in einem solchen Ausführungsbeispiel auf engstem Raum unterzubringen.
Aufgrund der axialen Abstützung der beiden Antriebswellen
gegeneinander können grundsätzlich axiale Lager
kleiner dimensioniert oder ausgespart werden, die ansonsten die
entsprechenden axialen, in den beiden Antriebswellen auftretenden
und in Richtung der anderen Antriebswelle wirkenden Kräfte
bzw. Kraftkomponenten aufnehmen müssten.
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Wie
bereits mehrfach dargestellt, ist ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden
Erfindung, dass die beiden Antriebswellen bei Bedarf mit unterschiedlichen
Drehzahlen und/oder unterschiedlichen Drehrichtungen betrieben werden
können. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass über
eine elektronische Steuerungseinheit die Drehzahlen und/oder Drehrichtungen
der beiden Antriebswellen aufeinander abgestimmt sind. Als Asynchron-
oder Synchronmotoren ausgebildete elektronische Motoreinheiten gestatten
eine derartige Abstimmung der Drehzahlen und/oder Drehrichtungen
der beiden Antriebswellen, indem diese über von der elektronischen
Steuerungseinheit generierte Steuerungssignale gemäß der
aktuell benötigten Drehmomente an den Abtriebswellen gesteuert
werden. Über in der Steuerungseinheit hinterlegte Kennfelder
für die beiden elektronischen Motoreinheiten können
diese für vordefinierte Gebrauchssituationen der Antriebseinheit
gezielt angesteuert sein.
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Alternativ
oder ergänzend zu einer derartigen elektronischen Abstimmung
des Antriebsverhaltens der beiden voneinander unabhängig
drehbaren Antriebswellen weist eine Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Antriebseinheit eine schaltbare Kupplungseinheit
auf, über die die beiden Antriebswellen drehfest aneinander
gekoppelt werden können.
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So
kann es sinnvoll sein, für spezifische Anwendungsfälle
oder Gebrauchssituationen eine mechanische Kopplung zwischen den
beiden Antriebswellen vorzuhalten und auf diese Weise die erfindungsgemäß relativ
zueinander drehbaren Antriebswellen zumindest für eine
begrenzte Zeit miteinander drehfest zu verbinden.
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Dies
kann insbesondere bei Ausfall einer Motoreinheit von Bedeutung sein,
bei dem dann über die schaltbare Kupplungseinheit eine
drehfeste Kopplung der von der noch funktionierenden Motoreinheit
angetrieben Antriebswelle mit der nicht mehr bestimmungsgemäß angetriebenen
anderen Antriebswelle erfolgt. Der von der anderen, ausgefallenen
Motoreinheit angetriebene Antriebsstrang wird dementsprechend von
der noch funktionstüchtigen Motoreinheit mitgeschleppt.
Eine damit gewährleistete Ausfallsicherheit für
die Antriebseinheit ist besonders bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
in sensiblen Verstell- oder Bewegungserzeugungsvorrichtungen vorteilhaft,
in denen der unvorhergesehene Ausfall eines Drehmoments an einer
der beiden Abtriebswellen versagenskritisch für einzelne
Bauteile oder die komplette, die Antriebseinheit integrierende Vorrichtung
ist. Dabei kann es sich beispielsweise um Stellantriebe für
Landeklappen oder allgemein Stellklappen an Flugzeugen oder Satelliten
handeln. Gleiches gilt für Verladerampen bei Schiffen,
wobei eine Verladerampe jeweils von einer Abtriebswelle der erfindungsgemäßen
Antriebseinheit unabhängig von einer weiteren Verladerampe bewegt
werden kann. Aber auch für die Verwendung der erfindungsgemäßen
Antriebseinheit für den Betrieb eines Gebläses,
wobei über die mindestens zwei Abtriebswellen jeweils ein
Gebläse oder Gebläsesatz angetrieben wird, oder
für Werkzeugmaschinen, in denen die Antriebseinheit über
ihre mindestens zwei Abtriebswellen Komponenten der Werkzeugmaschine
bewegt, ist das Vorsehen eines über die schaltbare Kupplungseinheit
zu schaffenden Notbetriebs der Antriebseinheit von Vorteil. Gleiches
gilt selbstverständlich bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen
Antriebseinheit als Teil eines Fahrzeugantriebs.
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Bei
der schaltbaren Kupplungseinheit kann es sich um eine selbsttätige,
elektrische oder manuell zuschaltbare Kupplung handeln. Demzufolge
kann die Kupplungseinheit die beiden Antriebswellen drehfest miteinander
koppeln, wenn z. B. eine einen festgelegten Schwellenwert übersteigende
Drehzahldifferenz zwischen den beiden Antriebswellen überschritten
wird. Eine derartige ungewollte Drehzahldifferenz führt
dann zur Kopplung der beiden Antriebswellen über die schaltbare
Kupplungseinheit, die auf ein automatisch generiertes Signal hin
elektrisch aktiviert wird oder aufgrund der entstehenden Fliehkräfte
selbsttätig zuschaltet.
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Eine
schaltbare Kupplungseinheit kann je nach zulässigem Kostenaufwand
und in Abhängigkeit der anliegenden Kräfte eine
Viskokupplung, eine Magnetpulverkupplung, eine reibschlüssige,
hydraulische oder elektrisch betätigte Lamellenkupplung, eine
formschlüssige Kupplung, eine so genannte Haldex-Kupplung,
eine magnetische Kupplung oder eine fliehkraftgeregelte Reibkupplung
aufweisen.
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Um
die kompakte Antriebseinheit geschützt und gegebenenfalls
einfach zu kühlend in einem dafür vorgesehenen
Bauraum unterzubringen, kann die erfindungsgemäße Antriebseinheit
ein Gehäuse aufweisen, dass wenigstens die Antriebswellen
und die die Zahnradpaarungen realisierenden Zahnräder der Antriebseinheit
umschließt. Damit kann ein Großteil der Antriebseinheit
thermisch und akustisch isoliert von einer Außenumgebung
vormontiert werden. Weiterhin kann über ein abgedichtetes
Gehäuse der Antriebseinheit ein kühlendes und/oder
reibungsminderndes Fluid bevorratet innerhalb des Gehäuses gehalten
werden.
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Alternativ
oder ergänzend hierzu kann das Gehäuse von einem
Wärme abführenden, d. h. kühlenden Fluid
als Kühlmedium ganz oder teilweise durchströmt
sein. Ein solches Kühlmedium, z. B. Öl, kann dabei
in einem Reservoir des Gehäuses dauerhaft untergebracht
sein und/oder über eine an dem Gehäuse befestigte
oder separat hiervon untergebrachte Pumpvorrichtung aus dem Gehäuse
und in das Gehäuse hineingefördert werden.
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Um
die erfindungsgemäße Antriebseinheit aus wenigstens
teilweise vorgefertigten Modulen herstellen zu können und
diese schnell und einfach zusammenbauen zu können, weist
das Gehäuse der Antriebseinheit bevorzugt mindestens einen
napfförmigen Halteabschnitt auf, in dem wenigstens ein
Abschnitt einer Motoreinheit formschlüssig aufgenommen
ist.
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Da
eine Motoreinheit üblicherweise separat von der Antriebseinheit
vorgefertigt wird und mit der daran bereits festgelegten Antriebswelle
angeliefert wird, ist über eine derartige Ausbildung des
Gehäuses eine definierte Anbringung der Motoreinheit an der
Antriebseinheit vereinfacht. Hierzu wird die Motoreinheit über
den Halteabschnitt räumlich positioniert und in einer definierten
Lage zu dem Gehäuse gehalten, bevor die Motoreinheit beispielsweise über Schraubverbindungen
an dem Gehäuse endgültig fixiert wird.
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Mögliche
Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen
Antriebseinheit sind auch durch die Unteransprüche gegeben.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden zudem bei
der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen
deutlich werden.
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Es
zeigen:
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1A–1E verschiedene
Ansichten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
die über zwei zueinander symmetrische, schrägverzahnte
Zahnradpaare an zwei Abtriebswellen je ein Drehmoment zur Verfügung
stellt;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer Weiterentwicklung des Ausführungsbeispiels
der 1A–1E mit
einer schaltbaren Kupplungseinheit, über die die beiden
Antriebswellen drehfest miteinander gekoppelt werden können;
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3A–3B Seitenansichten
aneinander anliegender Stirnseiten der zwei Antriebswellen bei einer
erfindungsgemäßen Antriebseinheit;
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4 eine
Seitenansicht zweier einander zugewandter Stirnseiten der beiden
Antriebswellen in einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
die sich über ein zwischen Ihnen befindliches Stützelement gegeneinander
axial abstützen.
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Die 1A bis 1E zeigen
in verschiedenen Ansichten ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 mit
zwei Motoreinheiten 2L, 2R und zwei von diesen
Motoreinheiten 2L und 2R angetriebene Abtriebswellen 9L und 9R zur Abgabe
je eines Drehmoments an den beiden Abtriebswellen 9L und 9R.
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Wie
insbesondere aus der 1C, die eine Schnittdarstellung
entlang der Schnittlinie C-C der 1B zeigt,
und der 1E, die einen perspektivischen
Einblick in das Innere eines Gehäuses 10 der Antriebseinheit 1 gewährt,
ist ersichtlich, dass die Motoreinheiten 2L und 2R jeweils
zunächst eine erste Antriebswelle 3L bzw. zweite
Antriebswelle 3R antreiben.
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Die
beiden Antriebswellen 3L und 3R weisen jeweils
ein schrägverzahntes Antriebsritzel 4L, 4R auf.
Jedes der Antriebsritzel 4L, 4R, als ein Beispiel für
ein schrägverzahntes (Stirn-)Zahnrad mit Schrägverzahnung,
kämmt unter großem Übersetzungsverhältnis
mit einem schrägverzahnten Abtriebszahnrad 5L bzw. 5R.
Der Eingriff der Zähne der miteinander kämmenden
Zahnräder 4L und 5L bzw. 4R und 5R weist
vorliegend eine relativ hohes Überdeckung auf, um über
die damit gebildeten Zahnradpaarungen relativ große Drehmomente
sicher und dauerhaft von den Motoreinheiten 2L, 2R an
die Abtriebszahnräder 5L, 5R zu übertragen.
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Aufgrund
der Schrägverzahnung der miteinander kämmenden
Zahnräder 4L und 5L bzw. 4R und 5R werden
sowohl in den Antriebswellen 3L und 3R als auch
in den Abtriebszahnrädern 5L und 5R bei der
Drehung der Antriebswellen 3L, 3R Axialkräfte erzeugt.
Diese Axialkräfte sind in der 1C durch Pfeile
gekennzeichnet, die mit den Bezugszeichen L1, R1 bzw. L2, R2 versehen
sind. Während die Axialkräfte L1 und R1 die auftretenden
Axialkräfte in den Antriebsritzeln 4L, 4R bzw.
in den Antriebswellen 3L, 3R bezeichnen, stehen
die Axialkräfte L2 und R2 für die in den Abtriebszahnrädern 5L und 5R auftretenden
Axialkräfte.
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Aufgrund
einer symmetrischen Ausgestaltung der miteinander in Eingriff stehenden
Zahnradpaare 4L, 5L und 4R, 5R entlang
einer Symmetrieachse T wirken die Axialkräfte L1 und R1
der beiden Antriebswellen 4L und 4R bei einer
Drehung in eine gemeinsame Drehrichtung D1 entsprechend der 1E einander
direkt entgegen.
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Werden
die Antriebsritzel 4L und 4R darüber hinaus
um die den beiden Antriebswellen 3L und 3R gemeinsame
Drehachse M1 mit übereinstimmenden Drehzahlen in die eine
Drehrichtung D1 rotiert, sind auch die Beträge der in den
Antriebsritzeln 4L, 4R bzw. in den Antriebswellen 3L, 3R erzeugten
Axialkräfte L1, R1 vom Betrag her gleich. Die Drehachse M1
stimmt vorliegend mit den Längsachsen der Antriebswellen 3L und 3R überein.
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Die
Axialkräfte L1 und R1 heben sich damit vollständig
gegeneinander auf, da in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 die
beiden Antriebswellen 3L und 3R in einem Abstützbereich
A an ihren Stirnseiten aneinander anliegen. Über diesen
Abstützbereich A stützen sich die Antriebswellen 3L und 3R somit
entlang ihrer Längsachsen (axial) gegeneinander ab.
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Die
Antriebseinheit 1 muss daher keine aufwendige axiale Lagerung
der Antriebswellen 3L und 3R vorsehen, wenn diese
in die Drehrichtung D1 um die gemeinsame Drehachse M1 von den Motoreinheiten 2L und 2R rotiert
werden. Vielmehr können die Antriebswellen 3L und 3R die
mit der Schrägverzahnung der miteinander in Eingriff stehenden
Zahnräder 4L, 5L bzw. 4R, 5R in
den Antriebswellen 3L und 3R auftretenden axialen
Kräfte L1 und R1 über den an ihren Stirnseiten
befindlichen Stützbereich A ineinander einleiten.
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Da
die Antriebswellen 3L und 3R in dem Stützbereich
A aber nicht drehfest miteinander verbunden sind, können
die beiden Motoreinheiten 2L und 2R die beiden
Antriebswellen 3L und 3R mit zueinander unterschiedlichen
Drehzahlen zur Drehung entlang der Drehrichtung D1 antreiben und
damit zueinander unterschiedliche Drehmomente an den Abtriebswellen 9L und 9R zur
Verfügung stellen.
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Die
axiale Abstützung der beiden Antriebswellen 3L und 3R kann
dabei über die direkte Anlage der Stirnseiten der beiden
Antriebswellen 3L und 3R erfolgen oder über
ein zwischen ihnen befindliches Fluid F, um die Reibung zwischen
den aneinander anliegenden und gegebenenfalls mit unterschiedlichen
Drehzahlen zu einander rotierenden Stirnseiten der Antriebswellen 3L und 3R zu
mindern. Derartige Lösungen mit einer Kugel-Pfannen-Paarung
der beiden Stirnseiten der Antriebswellen zeigen exemplarisch die
nachfolgend erläuterten 3A und 3B.
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Eine
weitere Möglichkeit der axialen Abstützung der
beiden Antriebswellen 3L und 3R ist durch ein
zwischen ihnen liegendes Stützelement E möglich,
das nur mit einer der beiden Antriebswellen 3L, 3R drehfest
verbunden ist oder sogar derart gelagert ist, dass beide Antriebswellen 3L und 3R sich
gegenüber dem Stützelement E drehen können.
Exemplarisch zeigt die ebenfalls nachfolgend näher erläuterte 4 eine
solche Möglichkeit mit einem zwischen den Antriebswellen
der Antriebseinheit 1 angeordneten Stützelement
E, bei dem die Stirnseiten der Antriebswellen und das Stützelement
E jeweils eine Kugel-Pfannen-Paarung bilden.
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Während
eine Drehung der Antriebswellen 3L und 3R um ihre
gemeinsame Drehachse M1 in die Drehrichtung D1 einander entgegenwirkende
Axialkräfte L1 und R1 bedingt, entstehen in den Abtriebszahnrädern 5L und 5R die
Axialkräfte L2 und R2, die voneinander weg weisen. Diese
Axialkräfte L2 und R2 werden vorliegend nicht über
entsprechende Wälzlager aufgenommen, sondern in eine Lagerwelle
W eingeleitet.
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Die
beiden Abtriebszahnräder 5L und 5R sind
auf dieser Lagerwelle W gemeinsam, nebeneinander gelagert. Die beiden
Abtriebszahnräder 5L und 5R sind gegenüber
der Lagerwelle W drehbar und können somit auch mit unterschiedlichen
Drehzahlen und bei Bedarf auch entlang unterschiedlicher Drehrichtungen
um eine zur Drehachse M1 der Antriebswellen 3L, 3R parallel
verlaufende Drehachse M2 gedreht werden. Im zuletzt genannten Fall
mit unterschiedlichen Drehrichtungen ist selbstverständlich
zu beachten, dass keine versagenskritischen Torsionskräfte
auf die Lagerwelle W wirken. Um die Lagerwelle W nicht abweichend
von dem gezeigten Ausführungsbeispiel in ihrem Durchmesser
erheblich vergrößern zu müssen, kann
dies beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwischen den Mantelflächen
einer Bohrung der Abtriebszahnräder 5L und 5R,
durch die hindurch die Lagerwelle W geführt ist, und der
Außenfläche der Lagerwelle W selbst eine ausreichende
Schmierung vorgesehen ist. Zusätzlich oder alternativ können
die zueinander gegenläufigen Drehmomente an den Abtriebszahnrädern 5L, 5R bestimmungsgemäß relativ
gering gehalten und beispielsweise elektronisch begrenzt sein.
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Zur
Einleitung der Axialkräfte L2 und R2 von den Abtriebszahnrädern 5L und 5R in
die Lagerwelle W weisen die Abtriebszahnräder 5L und 5R jeweils einen
angeformten, in Richtung der ihnen am nächsten liegenden
Stirnseite der Lagerwelle W weisenden Fortsatz 50L bzw. 50R auf.
Dieser Fortsatz 50L bzw. 50R bildet entsprechend
der 1C einen schmalen, hülsenförmigen
Bund um die Bohrung eines jeweiligen Abtriebszahnrads 5L, 5R,
durch die hindurch die Lagerwelle W geführt ist. Der Fortsatz 50L bzw. 50R liegt
jeweils in axialer Richtung an einem Rand einer Sicherungsscheibe 51 an.
Diese Sicherungsscheibe 51 ist über eine Schraube
S jeweils an einer Stirnseite der Lagerwelle W fixiert und umgreift mit
ihrem vorspringenden Rand diese Stirnseite.
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Dementsprechend
kann die Axialkraft L2 bzw. R2 von dem Fortsatz 50L bzw. 50R des
Abtriebszahnrads 5L bzw. 5R über die
Sicherungsscheibe 51 an der Stirnseite der Lagerwelle W
in die Lagerwelle W eingeleitet werden. Der sich damit ergebende
Kraftfluss der Lagerkräfte L2 und R2 von den Abtriebszahnrädern 5L und 5R in
die Lagerwelle W ist in der Schnittansicht der 1C anhand
zweier Verlaufspfeile verdeutlicht.
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Der
in der 1C dargestellte Verlauf der Axialkräfte
L2 und R2 ebenso wie die Wirkrichtung der Axialkräfte L1
und R2 in den Antriebswellen 3L und 3R ergibt
sich jedoch nur bei der Drehung der beiden Antriebswellen 3L und 3R in
die in der 1E gezeigte Drehrichtung D1
um die Drehachse M1.
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So
weist in der gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Antriebseinheit 1 die erste (linke) Antriebswelle 3L ein
erstes Antriebsritzel 4L mit einer rechtssteigenden Außenverzahnung
auf, die mit einer linkssteigenden Außenverzahnung des ersten
Abtriebszahnrads 5L kämmt. Aufgrund der Symmetrie
entlang der Symmetrieachse T weist folglich das zweite Antriebsritzel 4R der
zweiten (rechten) Antriebswelle 3R eine linkssteigende
Außenverzahnung 42 auf, die mit einer rechtssteigenden
Außenverzahnung 52 des zweiten Abtriebszahnrads 5R kämmt.
Dementsprechend verlaufen die Axialkräfte in den Antriebsritzeln 4L, 4R und
in den Abtriebszahnrädern 5L, 5R entgegengesetzt
zu den in der 1C dargestellten Axialkräften
L1, L2, R1 und R2, wenn die beiden Antriebswellen 3L und 3R zu
einer zu der Drehrichtung D1 gegenläufigen Drehung um ihre
Drehachse M1 angetrieben werden. Die dabei auftretenden Axialkräfte
in den Antriebwellen 3L und 3R werden vorliegend
dann über eine nicht weiter dargestellte Lagerung innerhalb
der Motoreinheiten 2L und 2R aufgenommen, da die
auftretenden Axialkräfte die Antriebswellen 3L und 3R in
die Richtung der Motoreinheiten 2L und 2R weisen.
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Demgegenüber
werden die beiden Abtriebszahnräder 5L und 5R über
die bei diesem Betrieb der Antriebseinheit 1 auftretenden
Axialkräfte gegeneinander gedrückt. Damit diese
einander entgegen wirkenden Axialkräfte sich wenigstens
teilweise aufheben können, stützen sich die beiden
Abtriebszahnräder 5L und 5R in diesem
Betriebszustand über einen zwischen ihnen liegenden Stützbereich
B axial gegeneinander ab.
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So
kann in diesem Stützbereich B eine zwischen die Abtriebszahnräder 5L und 5R gelegte
Anlaufscheibe angeordnet sein. Damit können sich die beiden
Abtriebszahnräder 5L und 5R zwar einerseits mit
zueinander unterschiedlichen Drehzahlen und/oder Drehrichtungen
ohne unmittelbare Anlage aneinander und relativ reibungsarm um die
gemeinsame Lagerwelle W drehen, aber sich andererseits auch bei
einer Umkehr der Drehrichtung gegeneinander axial abstützen.
In der gezeigten Ausführungsform können sich somit
nicht nur die in die Lagerwelle W eingeleiteten Axialkräfte
L2 und R2 der Abtriebszahnräder 5L und 5R bei
einer Drehung der Abtriebszahnräder 5L und 5R in
eine erste, gemeinsame Drehrichtung (hier D2L oder
D2R) gegenseitig vollständig neutralisieren,
sondern auch die dazu entgegensetzten Axialkräfte bei einer
Drehung in eine zu der ersten Drehrichtung entgegengesetzte Drehrichtung
der Abtriebszahnräder 5L, 5R (nicht dargestellt, aber
hier identisch zu D1).
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Die Übertragung
des an den Abtriebszahnrädern 5L und 5R anliegenden
Drehmoments bei einem Antrieb über die zugeordnete Motoreinheit 2L bzw. 2R an
die jeweils ihnen zugeordnete Abtriebswelle 9L bzw. 9R erfolgt über
ein zwischengeschaltetes Übertragungsstück 8L bzw. 8R.
Das Übertragungsstück 8L, 8R weist
jeweils einen vorstehenden Einpressabschnitt 8.1L, 8.1R auf,
der auf den jeweiligen Fortsatz 50L, 50R des zugeordneten
Abtriebszahnrads 5L, 5R aufgeschoben und aufgepresst
ist. Sowohl der Fortsatz 50L, 50R des Abtriebszahnrads 5L bzw. 5R als
auch der damit kraftschlüssig verbundene Einpressabschnitt 8.1L bzw. 8.1R des
jeweiligen Übertragungsstücks 8L, 8R ist
dabei über ein zweites (Wälz-)Lager 7L, 7R in
einem Gehäusefortsatz 10.1L bzw. 10.1R des
Gehäuses 10 in dem Gehäuse 10 der
Antriebseinheit 1 drehbar gelagert.
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Während
sich das Abtriebszahnrad 5L (bzw. analog das Abtriebszahnrad 5R) über
ein erstes (Wälz-)Lager 6L (6R) an dem
Gehäusefortsatz 10.1L (10.1R) abstützt,
ist zwischen dem auf den jeweiligen Fortsatz 50L (50R)
aufgepressten Einpressabschnitt 8.1L (8.1R) und
dem Gehäusefortsatz 10.1L (10.1R) dieses
zweite Lager 7L (7R) in Form eines Nadellagers
angeordnet.
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Ein
von dem Übertragungsstück 8L bzw. 8R in
axialer Richtung aus dem Gehäuse 10 vorstehendes
Ende ist mit der jeweiligen Abtriebswelle 9L bzw. 9R verbunden.
Vorliegend verlaufen die beiden Abtriebswellen 9L und 9R koaxial
zueinander entlang der Drehachse M2 und damit auch koaxial zu der
Lagerwelle W der beiden Abtriebszahnräder 5L und 5R. Zur
Verbindung mit dem jeweils ihnen zugeordneten Übertragungsstück 8L bzw. 8R sind
die Abtriebswellen 9L und 9R jeweils mit einem
Ende in eine Bohrung des Übertragungsstücks 8L bzw. 8R eingepasst.
Selbstverständlich ist hier aber auch jede andere bekannte
Welle-Nabe-Verbindung in Abhängigkeit des zu übertragenden
Drehmoments denkbar.
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Um
die Verbindungsstelle zwischen Übertragungsstück 8L und
Abtriebswellen 9L bzw. Übertragungsstück 8R und
Abtriebswelle 9R vor Verunreinigungen zu schützen,
ist eine gebalgte Abdeckung 9.1L bzw. 9.1R vorgesehen.
Diese Abdeckung 9.1L bzw. 9.1R ist auf die Abtriebswelle 9L bzw. 9R aufgesteckt
und umgreift umlaufend einen Abschnitt des Übertragungsstücks 8L bzw. 8R.
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Über
die Übertragungsstücke 8L und 8R kann
die Antriebseinheit 1 demnach eine von den Motoreinheiten 2L und 2R angetriebene
Drehung der Antriebswellen 3L und 3R über
die Paarung der schrägverzahnten Zahnräder 4L und 5L bzw. 4R und 5R als
Drehungen der Abtriebswellen 9L und 9R mit verminderter
Drehzahl um die Drehachse M2 entlang von Drehrichtungen D2L und D2R entsprechend
der 1E abgeben. Entsprechend der symmetrischen Ausgestaltung
der Antriebseinheit 1 sind die Drehrichtungen D2L und D2R der beiden
Abtriebswellen 9L, 9R zur gemeinsamen Drehrichtung
D1 der beiden Antriebswellen 3L, 3R entgegengesetzt.
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Die
dargestellte Antriebseinheit 1 kann auf vielfältige
Weise als eine zentrale Antriebseinheit (von gegebenenfalls mehreren
Antriebseinheiten) einer Stellvorrichtung oder eines Bewegungsantriebs genutzt
werden. So können die Abtriebswellen 9L und 9R nicht
nur zur Weitergabe einer rotativen Bewegung verwendet werden, sondern
können alternativ auch mit einem Linearantrieb, beispielsweise über einen
Exzenter, gekoppelt sein, um über die rotierende Abtriebswellen 9L, 9R eine
translatorische, lineare Verstellung eines Bauteils zu verursachen.
Eine hierfür notwendige Umwandlung der rotativen Bewegung
an den Abtriebswellen 9L und 9R in eine translatorische
Bewegung ist beispielsweise über einen so genannten Rollengewindetrieb
möglich.
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Selbstverständlich
ist es auf Basis der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 auch
möglich, eine der Abtriebswellen 9L, 9R mit
einem Linearantrieb zu koppeln, während die andere Abtriebswelle 9R, 9L für
einen rotativen Antrieb genutzt wird. Auch hier wäre immer
noch ein wenigstens teilweiser Ausgleich der auftretenden Axialkräfte
L1 und R1 in den Antriebswellen 3L und 3R (bei
Drehung in Drehrichtung D1) bzw. L2 und R2 in den Abtriebszahnrädern 5L und 5R (bei
Drehung in der Antriebswellen 3L und 3R entgegengesetzt
zur Drehrichtung D1) möglich.
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Die
kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 der 1A–1E wird
zudem durch das gezeigte Gehäuse 10 weiter unterstützt.
Das Gehäuse 10 besteht aus zwei zueinander spiegelsymmetrischen
Gehäusehälften 10L und 10R,
die entlang der Symmetrieachse T aneinandergefügt sind.
Eine Gehäusehälfte 10L bzw. 10R nimmt dabei
jeweils eine Antriebswelle 3L, 3R mit ihrem Antriebsritzel 4L, 4R,
ein Abtriebszahnrad 5L, 5R und wenigstens einen
Teil des Übertragungsstücks 8L, 8R in
ihrem Inneren auf bzw. umschließt die genannten Komponenten
der Antriebseinheit 1 vollständig.
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Darüber
hinaus weist jede Gehäusehälfte 10L, 10R einen
napfförmigen Halteabschnitt 10.2L, 10.2R auf,
an dem die jeweilige Motoreinheit 2L oder 2R formschlüssig
aufgenommen und damit festgelegt ist.
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Vorliegend
sind die Motoreinheiten 2L und 2R mit einem zylindrischen
Motorgehäuse 20L bzw. 20R ausgebildet,
dessen eine Stirnseite jeweils in einer durch den napfförmigen
Halteabschnitt 10.2L bzw. 10.2R definierten Aufnahme
eingesetzt ist. Das Motorgehäuse 20L bzw. 20R umschießt
schützend einen in seinem Inneren untergebrachten Antriebsmotor 21L bzw. 21R,
der in der 1C nur schematisch dargestellt
ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Synchron- oder
Asynchronmotor als Beispiel für eine elektronische Motoreinheit 2L bzw. 2R handeln.
Mit einem Durchzug an der in dem Halteabschnitt 10.2L bzw. 10.2R ruhenden
Stirnseite des Motorgehäuses 20L bzw. 20R ist
die Motoreinheit 2L bzw. 2R schnell und zügig
in der gewünschten Position an der jeweiligen Gehäusehälfte 10L bzw. 10R einzustecken.
So greift dieser Durchzug in eine Durchgangsbohrung der jeweiligen
Gehäusehälfte 10L bzw. 10R.
Durch die von dem Durchzug berandete Bohrung des Motorgehäuses 20L, 20R ist
die jeweilige Antriebswelle 3L, 3R ins Innere
des Gehäuses 10 geführt.
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Die
in dem Gehäuse 10 angeordneten Zahnräder 4L und 5L bzw. 4R und 5R werden
von einem sich an den Halteabschnitt 10.2L bzw. 10.2R anschließenden
Gehäuseabschnitt 10.3L bzw. 10.3R der
Gehäusehälften 10L, 10R in radialer
Richtung vollständig umschlossen. Über die sich
in den 1A–1C unterhalb
des Halteabschnitts 10.2L, 10.2R von den Gehäusehälften 10L, 10R hervorstehenden
Gehäusefortsatz 10.1L und 10.1R stützen
sich die Abtriebszahnräder 5L und 5R sowie die Übertragungsstücke 8L und 8R drehbar
an dem Gehäuse 10 ab. In den Bereich der Gehäusefortsätze 10.1L und 10.1R schließen
sich die Abtriebswellen 9L und 9R an das Gehäuse 10 der
gezeigten Antriebseinheit 1 an, so dass diese davon hervorstehen.
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Um
den Zusammenbau der beiden Gehäusehälften 10L und 10R des
Gehäuses 10 zügig vollziehen zu können,
weist jede Gehäusehälfte 10L, 10R einen
umlaufenden, radial vorstehenden Randabschnitt 10.4L bzw. 10.4R auf.
Diese Randabschnitte 10.4L und 10.4R weisen jeweils
eine im zusammengebauten Zustand der Antriebseinheit 1 der
anderen Gehäusehälfte 10L oder 10R zugewandte
Montagefläche auf, die im zusammengebauten Zustand aneinander
anliegen und an denen eine Mehrzahl von Verbindungsstellen 11 vorgesehen
ist.
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Um
vor der Verbindung der beiden Gehäusehälften 10L und 10R eine
bestimmungsgemäße Orientierung der beiden Gehäusehälften 10L, 10R zueinander
sicherzustellen, weist eine der Gehäusehälften,
vorliegend die (linke) Gehäusehälfte 10L, entsprechend
der 1E an den Verbindungsstellen 11 in Richtung
der anderen Gehäusehälfte 10R vorstehende
Verbindungsstifte 111 auf. Diese Befestigungsstifte 111 oder
alternativ analog vorstehende Befestigungshülsen werden
zur Verbindung der beiden Gehäusehälften 10L und 10R miteinander
in korrespondierende Bohrungen an der anderen Gehäusehälfte 10R eingeführt.
Durch die in diesen Bohrungen ruhenden Befestigungshülsen
kann nun beispielsweise eine Schraube hindurchgeführt werden, um
mittels einer auf die Schraube aufgedrehten Mutter die beiden Gehäusehälften 10L und 10R zueinander
zu fixieren.
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In
der 2 ist eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Antriebseinheit nach den 1A–1E gezeigt.
Diese weist zwischen den beiden, sich axial gegeneinander abstützenden
Antriebswellen 3L und 3R eine schematisch gezeigte Kupplungseinheit
K auf. Über die schaltbare Kupplungseinheit K können
die beiden Antriebswellen 3L und 3R bei Bedarf
drehfest miteinander gekoppelt werden.
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Mit
anderen Worten stützen sich die beiden Antriebswellen 3L und 3R während
eines bestimmungsgemäßen ersten Gebrauchszustands
beispielsweise in Analogie zu dem Ausführungsbeispiel der 1A–1E unmittelbar über
einen Abstützbereich A gegeneinander axial ab. In einem
davon unterschiedlichen zweiten Gebrauchszustand, in dem die Kupplungseinheit
K aktiviert wurde, sind die beiden Antriebswellen 3L und 3R nicht
mehr unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Drehzahlen
und/oder Drehrichtungen betreibbar, sondern über die Kupplungseinheit
K drehfest miteinander gekoppelt.
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Der
Kopplungs- bzw. Kupplungsvorgang zur drehfesten Verbindung der zueinander
koaxial verlaufenden längserstreckten Antriebswellen 3L und 3R kann
hierbei auf verschiedene Art und Weise ausgelöst werden.
So ist beispielsweise eine hydraulische, magnetische, elektrische
oder rein mechanische Betätigung denkbar, die darüber
hinaus sowohl selbsttätig, automatisch (d. h. z. B. auf
ein automatisch generiertes Signal einer Steuerungseinheit hin) oder
manuell erfolgen kann. Hierbei wird zwischen selbsttätig
und automatisch insoweit unterschieden, als dass eine selbsttätige
drehfeste Kopplung der beiden Antriebswellen 3L und 3R miteinander
ohne äußere Anregung und beispielsweise ausschließlich fliehkraftbetätigt
erfolgt. Demgegenüber fallen unter eine automatische drehfeste
Kopplung der beiden Antriebswellen 3L und 3R miteinander
auch diejenigen Kopplungsvorgänge, bei denen aufgrund des Überschreitens
eines vordefinierten Schwellenwerts (z. B. einer zulässigen
Drehzahldifferenz zwischen den beiden Antriebswellen 3L und 3R)
automatisch ein elektrisches Steuersignal an die Kupplungseinheit übertragen
wird und so der Kopplungsvorgang ausgelöst wird.
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Eine
derartige Kopplung der beiden Antriebswellen 3L und 3R ist
beispielsweise dann vorgesehen, wenn eine der beiden Motoreinheiten 2L, 2R ausfällt
oder nicht mehr volle Leistung bringt und die dieser Motoreinheit
zugeordnete Abtriebswelle 9L oder 9R durch die
andere, noch intakte Motoreinheit mitgeschleppt werden soll. Auf
diese Weise ist in einem zweiten Gebrauchszustand, in dem die Kupplungseinheit
K aktiviert ist, ein „Notbetrieb” der Antriebseinheit 1 möglich,
in dem noch beide Abtriebswellen 9L und 9R ein
(aufgrund der Symmetrie der Zahnräder 4L, 5L und 4R, 5R identisches)
Drehmoment zur Verfügung stellen.
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Mögliche
Ausführungsformen der hier nur schematisch dargestellten
schaltbaren Kupplungseinheit können dementsprechend eine
Viskokupplung, eine Magnetpulverkupplung, eine Lamellenkupplung,
eine Haldex-Kupplung oder eine magnetische Kupplung aufweisen.
-
Ein
in dem Ausführungsbeispiel der 2 ersichtlicher
und gegenüber dem Ausführungsbeispiel der vorangegangenen 1A–1E deutlich vergrößerter
Zwischenraum Z zwischen den axial nebeneinander angeordneten Abtriebszahnrädern 5L und 5R ergibt
sich aufgrund der mittig angeordneten Kupplungseinheit K. Im Unterschied
zu dem Ausführungsbeispiel der Antriebseinheit 1 in
den 1A–1E ist
hier folglich die Lagerwelle W länger ausgebildet. Der
Zwischenraum Z zwischen den beiden Abtriebszahnrädern 5L und 5R ist
längs der Lagerwelle W beispielsweise über an
den Abtriebszahnrädern 5L, 5R angeformte
und sich jeweils in Richtung des anderen Abtriebszahnrades 5R, 5L erstreckende
Fortsätze und/oder über eine auf die Lagerwelle
W aufgeschobene Hülse überbrückt. So
erfolgt die Krafteinleitung bzw. Kraftkompensation der Axialkräfte,
insbesondere der Axialkräfte L2 und R2, in Übereinstimmung
mit den zuvor gemachten Ausführungen zu der Antriebseinheit 1 der 1A–1E.
-
In
der 2 ist darüber hinaus eine weitere bevorzugte
Welle-Nabe-Verbindung für die drehfeste Verbindung der Übertragungsstücke 8L und 8R mit dem
jeweiligen Fortsatz 50L, 50R eines Abtriebszahnrads 5L bzw. 5R anhand
des sichtbaren Fortsatzes 50R dargestellt. So weist hierin
der (rechte) Fortsatz 50R mehrere axial und somit parallel
zu Längserstreckung des Fortsatzes 50R verlaufende
Befestigungsnuten 50.1R auf. Diese bilden eine formschlüssige
Keilwellen-Verbindung mit dem aufgeschoben Abschnitt des Übertragungsstückes 8R,
um so auch große Drehmomente sicher übertragen
zu können.
-
In
den 3A und 3B werden
in Seitenansicht verschiedene Möglichkeiten exemplarisch dargestellt,
wie die beiden Antriebswellen 3L und 3R der 1A–1E und 2 in
dem Stützbereich A aneinander anliegen können,
um sich auch bei unterschiedlichen Drehzahlen und/oder Drehrichtungen der
beiden Antriebswellen 3L und 3R axial gegeneinander
abzustützen.
-
In
der 3A liegen Antriebswellen 3L* und 3R* mit
ihren Stirnseiten in einem Abstützbereich A* über
eine Kugel-Pfannen-Paarung aneinander an. Hierbei ist ein nach außen
gewölbter Abschnitt der einen (linken) Antriebswelle 3L* einem
nach innen gewölbten Abschnitt der anderen (rechten) Antriebswelle 3R* zugewandt.
Die zueinander komplementär gewölbten Abschnitte
werden dabei vorliegend durch die einander zugewandten Stirnseiten
der beiden Antriebswellen 3L* und 3R* selbst gebildet.
Dabei ist die Stirnseite der einen Antriebswelle 3L* mit
einer Wölbung KL nach außen,
d. h. in Richtung der anderen Antriebswelle 3R* gewölbt
und die andere (rechte) Antriebswelle 3R*, weist eine zu
dieser Wölbung KL parallele, nach
innen weisende Wölbung KR an ihrer Stirnseite
auf.
-
Über
ein zwischen den beiden einander zugewandten Stirnseiten der beiden
Antriebswellen 3L* und 3R* ist darüber
hinaus ein Fluid F eingebracht, um die Reibung zwischen den beiden
Antriebswellen 3L* und 3R* beim Betrieb der Antriebseinheit 1 zu mindern.
-
In
der 3B wird eine dazu ähnliche Ausführung
einer Kugel-Pfannen-Paarung mit Antriebswellen 3L' und 3R' gezeigt,
die über einen Abstützbereich A' bei einer Drehung
der Antriebswellen 3L' und 3R' in die Drehrichtung
D1 aneinander anliegen. Hierbei weist die Antriebswelle 3L' an
ihrer Stirnseite einen nach außen gewölbten Absatz
mit einer Wölbung KL' auf. Der
Absatz ist entsprechend eines Segments einer Kugeloberfläche
gekrümmt.
-
Dieser
vorstehende Absatz der einen Antriebswelle 3L' greift in
eine dazu als Negativform korrespondierende Aufnahme in der anderen
Antriebswelle 3R' ein. Auch hier wird zwischen den beiden dem
Abstützbereich A' einander angrenzenden Abschnitten der
beiden Antriebswellen 3L' und 3R' die axiale Abstützung
der beiden Antriebswellen 3L' und 3R' entlang
der Drehachse M1 über das Fluid F realisiert.
-
Um
die Stirnseiten der beiden Antriebswellen nicht zwingend aufeinander
abstimmen zu müssen und die axiale Abstützung
ausschließlich über ein zwischen den beiden Antriebswellen
befindliches Fluid F zu realisieren, kann entsprechend der 4 zwischen
zwei Antriebswellen 3L** und 3R** ein Stützelement
E angeordnet sein. Dieses Stützelement E ist auf keinem
der beiden gezeigten Antriebswellen 3L** und 3R** drehfest
angeordnet, so dass sich die beiden Antriebswellen 3L** und 3R** relativ
zu dem zwischen Ihnen befindlichen Stützelement E um die Drehachse
M1 drehen können. Das Stützelement E, das vorzugsweise
aus einem im Zusammenspiel mit dem Material der Antriebswellen 3L** und 3R** einen niedrigen
Reibungskoeffizienten aufweiset, definiert zwei Aufnahmen für
jeweils eine der Antriebswellen 3L** und 3R** auf
voneinander abgewandten Seiten des Stützelements E. In
diese Aufnahmen ist jeweils das in Richtung der anderen Antriebswelle
weisende Ende einer Antriebswelle 3L**, 3R** eingeführt,
so dass die beiden Antriebswellen 3L** und 3R** über das
Stützelement E entlang der Drehachse M1 auftretende und
in Richtung der anderen Antriebswelle weisende Axialkräfte
aneinander übertragen können.
-
Für
die Übertragung der Axialkräfte L1, R1 liegt eine
Antriebswelle 3L** oder 3R** beim Antrieb über
die Motoreinheit 2L bzw. 2R an dem Stützelement
E mit ihrer mit einer Wölbung KL**
bzw. KR** versehenen Stirnseite in einer
entsprechend parallel dazu gewölbten Gegenfläche
der Aufnahme des Stützelements E an. Auf diese Weise wird
jeweils zwischen dem Stützelement und einer der beiden
Antriebswellen 3L** und 3R** eine Variante einer
Kugel-Pfannen-Paarung realisiert.
-
Eine
solche Kugel-Pfannen-Paarung gestattet im Betrieb der Antriebseinheit 1 in
besonders effizienter Weise die Übertragung axialer Kräfte
L1, R1 der beiden Antriebswellen ineinander bei gleichzeitiger Bereitstellung
einer relativ großen Montage- und Fertigungstoleranz für
die relativ zueinander drehbaren Antriebswellen.
-
Wie
bereits eingangs erläutert, kann die erfindungsgemäße
Antriebseinheit auf vielfältigste Art und Weise in unterschiedlichen
Vorrichtungen eingesetzt werden, bei denen zwei voneinander mechanisch
unabhängige und von zwei Motoreinheiten erzeugte Drehmomente
genutzt werden sollen und die diese beiden Motoreinheiten aufweisende
(zentrale) Antriebseinheit möglichst kompakt und kostengünstig
hergestellt werden soll. Gleichzeitig wird über die gezeigte
Ausbildung mit schrägverzahnten Zahnrädern eine
maximal mögliche Laufruhe auch bei höchsten Drehzahlen
der beiden Antriebswellen zur Verfügung gestellt, ohne
dass für die in den Antriebs- und Abtriebswellen auftretende
und unter Umständen relativ hohe Axialkräfte gesondert
Axiallager vorgesehen werden müssten.
-
Zwar
wird es vorliegend aufgrund der Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit
elektromotorischer Antriebe bevorzugt, diese als Motoreinheiten 2L, 2R der Antriebseinheit 1 zu
verwenden. Dabei können elektromotorische Motoreinheiten 2L, 2R in
einem Schubbetrieb zudem als Generatoren arbeiten. Jedoch können
selbstverständlich auch hydraulische oder pneumatische
Motoreinheiten 2L, 2R verwendet werden.
-
Wie
bereits eingangs dargelegt, ist die erfindungsgemäße
Antriebseinheit sowohl als Teil eines Fahrzeugantriebs zu verwenden,
der eine motorisch angetriebene Fortbewegung des Fahrzeugs sicherstellt.
Dies ist z. B. bei Kraftfahrzeugen jedweder Art, Schiffen oder Booten
aber auch bei Roll- oder Krankenstühlen der Fall. Dabei
können Umdrehungsgeschwindigkeiten der beiden Antriebswellen
von bis zu 17.000 Umdrehungen je Minute ohne Weiteres realisiert
werden, da die beiden Antriebswellen bei einer Drehung in die entsprechende(n)
Drehrichtung(en) axial gegeneinander abgestützt sind und
damit die dabei auftretenden Axialkräfte nicht zwingend
von Lagern aufgenommen werden müssen. Darüber
hinaus ist eine Anwendung in Stellantrieben oder Verstellvorrichtungen
denkbar, die insbesondere auch im Bereich der Raumfahrt- oder Flugzeugtechnik
eingesetzt werden. Exemplarisch seien hier Vorrichtungen zur Verstellung
von Klappen oder Hebeln genannt.
-
Ebenso
kann die Antriebseinheit für ein Gebläse eingesetzt
werden, bei dem die beiden Abtriebswellen 9L und 9R einen
oder mehrere Lüfter antreiben. Insbesondere im Hinblick
auf einen Einsatz der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
in Werkzeugmaschinen erscheint eine Kopplung der ein Drehmoment
abgebenden Abtriebswellen mit einem Linearantrieb von Vorteil.
-
Die
gezeigte Antriebseinheit 1 ist sehr einfach im Aufbau und
leicht justierbar in der Montage. So kann der Abstand der Antriebswellen 3L, 3L', 3L*, 3L** und 3R, 3R', 3R*, 3R** und
Abtriebswellen 9L, 9R über das Gehäuse 10 und
eine diesbezügliches axiales Spiel über die Gehäusehälften 10L, 10R eingestellt
werden.
-
Die
erfindungsgemäße kompakte Antriebseinheit 1 kann
außerdem beliebig um eine zu ihren Drehachsen M1 oder M2
parallele Raumachse gedreht in einem für sie vorgesehenen
Baumraum angebracht werden, ohne dass ihre Funktionstüchtigkeit
dadurch beeinträchtigt wird.
-
Die
Kühlung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
ist mit einem Gehäuse, das entsprechend dem Gehäuse 10 der
vorangegangenen Figuren wesentliche Komponenten der Antriebseinheit umschließt,
durch das Vorsehen eines Kühlmediums innerhalb des Gehäuses
besonders effizient zu realisieren. Darüber hinaus wird
mit einem solchen Gehäuse eine thermische und akustische
Kapselung der kompletten Antriebseinheit, bestehend aus zwei Motoreinheiten,
zwei einstufigen Getriebestufen und zwei jeweils mit den Abtriebswellen
verbundenen Übertragungsstücken zum Schutz vor äußeren
Umwelteinflüssen und zur leichteren Montage bereitgestellt.
-
- 1
- Antriebseinheit
- 10
- Gehäuse
- 10.1L,
10.1R
- Gehäusefortsatz
- 10.2L,
10.2R
- Halteabschnitt
- 10.3L,
10.3R
- Gehäuseabschnitt
- 10.4L,
10.4R
- Randabschnitt
- 10L,
10R
- Gehäusehälfte
- 11
- Verbindungsstellen
- 111
- Befestigungsstift
- 20L,
20R
- Motorgehäuse
- 21L,
21R
- Antriebsmotor
- 2L,
2R
- Motoreinheit
- 3L,
3L*, 3L**, 3L'
- Antriebswelle
- 3R,
3R*, 3R**, 3R'
- Antriebswelle
- 42
- Außenverzahnung
- 4L,
4R
- Antriebsritzel
- 50.1R
- Befestigungsnut
- 50L,
50R
- Fortsatz
- 51
- Sicherungsscheibe
- 52
- Außenverzahnung
- 5L,
5R
- Abtriebszahnrad
- 6L,
6R
- (erstes)
Lager
- 7L,
7R
- (zweites)
Lager
- 8.1L,
8.1R
- Einpressabschnitt
- 8L,
8R
- Übertragungsstück
- 9.1L,
9.1R
- Abdeckung
- 9L,
9R
- Abtriebswelle
- A,
A*, A', B
- Abstützbereich
- D1,
D2L, D2R
- Drehrichtung
- E
- Stützelement
- F
- Fluid
- K
- Kupplungseinheit
- KL, KL', KL**
- Wölbung
- KR, KR', KR**
- Wölbung
- L1,
R1
- Axialkraft
(in Antriebsritzel bzw. Antriebswelle)
- L2,
R2
- Axialkraft
(in Abtriebszahnrad)
- M1,
M2
- Drehachse
- S
- Schraube
- T
- Symmetrieachse
- W
- Lagerwelle
- Z
- Zwischenraum
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2306828
A [0004, 0005, 0006]