DE102009054821A1

DE102009054821A1 - Getriebeanordnung mit transversalem Freiheitsgrad

Info

Publication number: DE102009054821A1
Application number: DE200910054821
Authority: DE
Inventors: Felix 49074 Haeusler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung beispielsweise für ein Fahrzeugrad. Die Getriebeanordnung umfasst eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, wobei die Achsen von Antriebswelle und Abtriebswelle parallel zueinander verlaufen und translatorisch gegeneinander bewegbar sind. Die Getriebeanordnung zeichnet sich durch zwei in Reihe geschaltete Getriebeeinheiten 3, 4 mit jeweils parallelen Ein- und Ausgangswellen aus, wobei die beiden Getriebeeinheiten 3, 4 eine beiden Getriebeeinheiten gemeinsame Zwischenwelle 8 besitzen, und relativ zueinander um die gemeinsame Zwischenwelle 8 schwenkbeweglich angeordnet sind. Die Getriebeanordnung ermöglicht bei minimalem Bauraumbedarf die transversale Entkopplung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle, wobei gleichzeitig mit der transversalen Relativbeweglichkeit der beiden Wellen Drehmomente übertragbar sind. Dabei entfällt dank der Erfindung insbesondere die Notwendigkeit für eine transversal bewegliche Wellendurchführung durch ein Getriebegehäuse und eine dementsprechende, aufwändige Abdichtung. Die Erfindung ermöglicht auf kostengünstige Weise die vollständige Entkopplung beispielsweise eines Radnabenmotors bezüglich der Einfederungsbewegungen des angetriebenen Rades von der Radaufhängung, wodurch die ungefederten Massen eines Radnabenantriebs entscheidend reduziert werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugrades, wobei Antriebswelle und Abtriebswelle der Getriebeanordnung transversal relativ zueinander bewegbar sind.
Getriebeanordnungen zur Übertragung von Antriebsdrehmomenten, bei denen die Antriebswelle relativ zur Abtriebswelle transversal bzw. translatorisch beweglich ist – sprich, bei denen Antriebs- und Abtriebswelle bei gleichzeitiger Drehmomentübertragung gegeneinander im Wesentlichen parallel verschoben werden können – sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Derartige bekannte Getriebeanordnungen mit translatorischem Bewegungsfreiheitsgrad sind jedoch einerseits aufwändig, und benötigen andererseits einen erheblichen Bauraumumfang – insbesondere in axialer und/oder radialer Richtung – zur Verwirklichung der transversalen Beweglichkeit der beiden Wellen gegeneinander.
Im Beispielfall des Einsatzes derartiger Getriebeanordnungen zum Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeugs ist ferner das Gesamtsystem aus Antriebsstrang und Radaufhängung/Radführung zu betrachten, wobei die zur Radführung erforderliche Radaufhängung üblicherweise eine Anzahl von Lenkern aufweist, beispielsweise Längslenker, Schräglenker, Querlenker oder Verbundlenker.
Der zugehörige Antriebsstrang umfasst am Kraftfahrzeug üblicherweise einen Verbrennungsmotor mit angeflanschtem Schaltgetriebe oder Getriebeautomaten, eine oder zwei Antriebswellen und ein oder mehrere Differentiale mit den zugehörigen, zu den Rädern führenden Seitenwellen. Diese Baugruppen – insbesondere soweit sie die Radführungslenker sowie die Seitenwellen umfassen und somit den Radaufhängungen zuzuordnen sind – nehmen einen erheblichen Bauraum im Bereich der Räder des Kraftfahrzeugs in Anspruch, welcher für andere Zwecke nicht mehr zur Verfügung steht, und damit den für Fahrgäste, Gepäck oder auch technische Baugruppen zur Verfügung stehenden Platz verringert.
Dabei können die in einem konventionellen Antriebsstrang enthaltenen Baugruppen, insbesondere die Radführungslenker und die Antriebswellen, gleichzeitig nicht beliebig verkleinert bzw. verkürzt werden, insbesondere da sich hierdurch ungünstige kinematische Verhältnisse bei der Einfederungsbewegung des Rades ergeben würden.
Die Entwicklung bei den Antriebssträngen bzw. Kraftfahrzeugantrieben geht zudem zunehmend in Richtung der Hybridsysteme. Hierunter fallen insbesondere auch die seriellen Hybride, bei denen keine mechanische Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und den Antriebsrädern mehr besteht. Stattdessen kann bei einem seriellen Hybrid der Verbrennungsmotor beispielsweise einen Generator antreiben, welcher – ggf. batteriegepuffert – wiederum mit den Antriebsrädern verbundene Elektromotoren speist. Eine ähnliche Konfiguration kann auch bei einem reinen Elektrofahrzeug vorliegen, wobei die Energie hier nicht vom Verbrennungsmotor, sondern von einem elektrischen Energiespeicher geliefert wird ebenso wie diverse Mischvarianten zwischen dem seriellen Hybrid und dem reinen Elektrofahrzeug angedacht sind oder bereits existieren.
Um die Anzahl der für die Getriebeanordnung benötigten Komponenten sowie deren Bauraumbedarf und Masse möglichst gering zu halten, wird bei solchen Fahrzeugkonzepten teilweise versucht, die elektrischen Fahrmotoren direkt den Rädern zuzuordnen und möglichst nahe an den Rädern, bzw. als Radnabenmotoren teilweise oder gänzlich in den Rädern selbst unterzubringen. Auf diese Weise können große Teile des konventionellen Antriebsstrangs komplett entfallen, bzw. durch leicht und flexibel zu verlegende elektrische Leitungen zwischen dem Energieerzeuger und den Radnabenmotoren des Kraftfahrzeugs ersetzt werden.
Zusätzlich wurden bereits Anstrengungen unternommen, auch die Radaufhängung selbst mit den zugeordneten Feder/Dämpfereinheiten weitestgehend im Innenraum der Radfelgen bzw. in unmittelbarer Nachbarschaft der Räder unterzubringen, um auf diese Weise noch mehr Bauraum zu gewinnen, der ansonsten bei konventionellen Radaufhängungen für die bekannten Lenkerkonstruktionen erforderlich ist.
Aus der DE 698 06 444 T2 ist eine in die Felge eines Rades integrierbare Radaufhängung bekannt, bei welcher zusätzlich auch beispielsweise elektrische Antriebsmotoren zumindest teilweise im Innenraum der Radfelge untergebracht werden können. Bei dieser bekannten Radaufhängung ist jedoch der elektrische Antriebsmotor jeweils fest am Radträger angeflanscht, weshalb die Masse des Antriebsmotors den ungefederten Massen der Radaufhängung zugeschlagen werden muss. Da die für einen Radnabenantrieb eines Kraftfahrzeugs einsetzbaren Elektromotoren aufgrund der erforderlichen Leistungsfähigkeit eine erhebliche Masse aufweisen, werden hierdurch die ungefederten Massen der Radaufhängung wesentlich vergrößert, worunter der Fahr- und Federungskomfort leidet, insbesondere da aufgrund der hohen ungefederten Massen härtere Stoßdämpfer verbaut werden müssen.
Aus der US 2,182,417 ist eine Getriebeanordnung für ein Fahrzeug bekannt, bei der versucht wurde, die Aufgabe der transversalen Relativbeweglichkeit von Antriebswelle und Abtriebswelle eines Radnabenantriebs dadurch zu lösen, dass zwischen einem Antriebsritzel und einem auf der Abtriebswelle angeordneten Abtriebshohlrad Planetenzahnräder angeordnet wurden, wobei die Planetenzahnräder über jeweils einen Trägerarm schwenkbar mit der Antriebswelle verbunden sind. Auf diese Weise soll eine permanente Kraftübertragung vom Antriebsritzel über die Planetenzahnräder auf das Hohlrad ermöglicht werden auch dann, wenn gleichzeitig (beispielsweise durch Einfederungsbewegungen des Rades) transversale Bewegungen zwischen Antriebsritzel und Hohlrad erfolgen.
Die aus dieser Druckschrift bekannte Lehre ist jedoch nachteilig insofern, als die Aufhängung der Planetenzahnräder gemäß der Lehre dieser Druckschrift lediglich über jeweils einen einzigen Trägerarm erfolgt, und zwar in Kombination mit einer bogenförmigen Gleitführung für einen Achsstummel des jeweiligen Planetenzahnrads im Getriebegehäuse. Hierdurch ergibt sich eine vergleichsweise instabile und in einigen Positionen zudem kinematisch unterbestimmte Lagerung der Planetenzahnräder, wobei die Planetenzahnräder außerdem nur auf einer Seite gelagert und auf der anderen Seite lediglich fliegend in der Verzahnung des Abtriebshohlrads anliegen.
Aus der Patentanmeldung DE 10 2009 002 089.6 der Anmelderin ist eine Getriebeanordnung mit translatorischem Freiheitsgrad bekannt, bei der Planetenräder und Planetenradträger in der Getriebeanordnung so positioniert sind, dass ein mit der Antriebswelle verbundenes Sonnenrad gegenüber der Abtriebswelle translatorisch bewegt werden kann. Bei dieser Ausführung einer Getriebeanordnung mit translatorischem Freiheitsgrad ist es jedoch erforderlich, die aus dem Getriebegehäuse der Getriebeanordnung ragende, transversal gegenüber dem Getriebegehäuse bewegliche Antriebswelle so gegenüber dem Getriebegehäuse abzudichten, dass einerseits Verschmutzungen von den Getriebezahnrädern ferngehalten und dass andererseits das zum Betrieb der Getriebeanordnung erforderliche Getriebeöl nicht austreten kann. Obwohl diese Aufgabe prinzipiell beispielsweise mit einem Faltenbalg gelöst werden kann, ist eine solche Lösung immer noch konstruktiv aufwändig, und ein Faltenbalg nicht optimal dazu geeignet, das Gehäuse eines Zahnradgetriebes dauerhaft zuverlässig abzudichten.
Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Getriebeanordnung insbesondere für ein Fahrzeugrad zu schaffen, mit welcher die genannten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können. Insbesondere soll die Getriebeanordnung auf kleinstem Raum eine transversale bzw. translatorische Entkopplung und damit Relativbeweglichkeit zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle ermöglichen. Auf diese Weise soll es insbesondere möglich werden, in unmittelbarer Nähe eines Rades angeordnete Radnabenmotoren bezüglich der Einfederungsbewegungen des Rades von der Radaufhängung zu entkoppeln, und auf diese Weise die ungefederten Massen der Radaufhängung massiv zu reduzieren. Dabei soll gleichzeitig eine sichere Übertragung des erforderlichen Drehmoments bzw. der erforderlichen Leistung erfolgen. Insbesondere sollen sich der Erfindung verbesserte bzw. vereinfachte Bedingungen für eine etwa erforderliche Abdichtung enthaltener Zahnradgetriebe verwirklichen lassen.
Diese Aufgabe wird durch eine Getriebeanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
In für sich genommen zunächst bekannter Weise umfasst die Getriebeanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Antriebswelle und eine zur Antriebswelle in paralleler Richtung angeordnete Abtriebswelle. In an sich ebenfalls bekannter Weise sind Antriebswelle und Abtriebswelle parallel zueinander – also in senkrechter Richtung zu ihren jeweiligen Rotationsachsen – translatorisch gegeneinander bewegbar, um auf diese Weise translatorische bzw. transversale Verschiebungen zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle, bei gleichzeitiger Drehmomentübertragung, ausgleichen zu können.
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Getriebeanordnung jedoch durch zwei in Reihe geschaltete Getriebeeinheiten aus, deren Ein- und Ausgangswellen jeweils parallel verlaufen. Zudem besitzen die beiden Getriebeeinheiten der Getriebeanordnung eine beiden Getriebeeinheiten gemeinsame Zwischenwelle und sind relativ zueinander schwenkbeweglich um die gemeinsame Zwischenwelle angeordnet.
Durch die beiden erfindungsgemäß in Reihe geschalteten, eine gemeinsame Welle aufweisenden und relativ zueinander um die gemeinsame Welle schwenkbaren Getriebeeinheiten ergibt sich zunächst einmal der Vorteil, dass sich die beiden Getriebeeinheiten relativ zueinander so verschwenken lassen, dass die gewünschte translatorische Relativbeweglichkeit zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle erhalten wird. Dabei ist gleichzeitig die Drehmomentübertragung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle – unabhängig von der jeweiligen, momentanen Parallelverschiebung von Antriebswelle und Abtriebswelle – gewährleistet. Die translatorische Relativbeweglichkeit zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle ergibt sich dabei unabhängig davon, ob nur eine der beiden Getriebeeinheiten, oder aber beide Getriebeeinheiten um die gemeinsame Welle schwenkbar angeordnet sind. Falls insbesondere beide Getriebeeinheiten um die gemeinsame Welle geschwenkt werden können, so ergibt sich insbesondere die Möglichkeit, die Antriebswelle und die Abtriebswelle der Getriebeanordnung auch rein linear translatorisch gegeneinander zu bewegen.
Da zudem die beiden Getriebeeinheiten – bis auf die gemeinsame Zwischenwelle – voneinander räumlich und konstruktiv vollständig getrennt werden können, kann jede der beiden Getriebeeinheiten unabhängig von der jeweils anderen geeignet ausgelegt, dimensioniert und insbesondere jeweils mit einem geeigneten, separaten Schutz gegen Umgebungseinflüsse versehen werden. Auf diese Weise entfällt die im Stand der Technik gegebene Notwendigkeit für eine aufwändige, bewegliche Abdichtung zumindest einer der Getriebewellen am Austritt aus einem Gehäuse der Getriebeanordnung, beispielsweise mittels eines Faltenbalgs.
Die Erfindung wird unabhängig davon verwirklicht, wie die beiden Getriebeeinheiten konstruktiv ausgebildet sind, sondern lässt sich prinzipiell unabhängig von der Bauform und Kraftübertragungsform der beiden Getriebeeinheiten realisieren, solange die beiden Getriebeeinheiten jeweils parallele Ein- und Ausgangswellen aufweisen. Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist jedoch zumindest eine der beiden Getriebeeinheiten ein in einem Getriebegehäuse angeordnetes Stirnradgetriebe, Hohlradgetriebe oder ein Kettentrieb bzw. Riementrieb.
So ergibt sich die Möglichkeit, eine – beispielsweise auf der mit höherem Drehmoment beaufschlagten Seite der Getriebeanordnung angeordnete – Getriebeeinheit geschützt als in einem eigenen Getriebegehäuse angeordnetes Stirnradgetriebe auszuführen, während die beispielsweise auf der Seite der Getriebeanordnung mit höherer Drehzahl, aber niedrigerem Drehmoment anzuordnende Getriebeeinheit als Kettentrieb oder Riementrieb ausgeführt werden kann. Dabei kann die als Kettentrieb oder Riementrieb ausgeführte Getriebeeinheit insbesondere mit einem einfacheren Schutzgehäuse versehen sein, oder je nach Umgebungsbedingung auch ohne eigenes Gehäuse auskommen.
Ebenso gut lassen sich auch zwei jeweils als Kettentrieb oder Riementrieb mit oder ohne Gehäuse ausgeführte Getriebeeinheiten, oder zwei als Stirnradgetriebe ausgeführte Getriebeeinheiten miteinander zu einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung kombinieren, wobei stets jede der beiden miteinander so kombinierten Getriebeeinheiten räumlich und konstruktiv unabhängig voneinander gehalten und je nach Bedarf mit einem eigenen Gehäuse versehen werden kann.
In jedem Fall entfällt jedoch die Notwendigkeit für eine transversal bewegliche Abdichtung der Antriebswelle oder Abtriebswelle der Getriebeanordnung. Vielmehr sind allenfalls übliche rotatorische Abdichtungsmaßnahmen an den Eingangs- bzw. Ausgangswellen derjenigen der beiden Getriebeeinheiten vorzusehen, welche jeweils ein Getriebegehäuse aufweisen.
Um die sichere Drehmomentübertragung in allen Betriebszuständen der Getriebeanordnung zu gewährleisten, ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass an zumindest einer der beiden Getriebeeinheiten eine Verdrehsicherung angeordnet ist. Die Verdrehsicherung ist dabei so ausgebildet, dass in einer Neutralstellung der Getriebeanordnung – insbesondere im Fall einer in der Neutralstellung je nach geometrischer Auslegung der Getriebeanordnung etwa möglichen axialen Überdeckung von Antriebswelle und Abtriebswelle und damit kinematischen Unterbestimmung der Relativposition der beiden Getriebeeinheiten – eine Rotation beider Getriebeeinheiten um die dann koaxialen Achsen von Antriebswelle und Abtriebswelle, und damit eine Unterbrechung der Drehmomentübertragung, unterbunden wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Getriebeanordnung als Radantrieb ausgebildet und in eine Radfelge integriert ist. Vorzugsweise ist dabei die Ausgangswelle der zweiten Getriebeanordnung mit der Radachse verbunden, oder bildet selbst die Radachse. Die Getriebeanordnung ist dabei zudem bevorzugt als Radnabenantrieb ausgebildet und mit einem dem Rad unmittelbar benachbarten Antriebsmotor verbunden.
Auf diese Weise lässt sich ein äußerst kompakter Radnabenantrieb darstellen, der zunächst einmal den Vorteil besitzt, vertikale Einfederungsbewegungen des damit ausgestatteten, angetriebenen Rades unbeeinträchtigt zuzulassen, ohne dass hierzu jedoch übliche ausgleichende Antriebsglieder wie insbesondere lange Seitenwellen notwendig werden. Vielmehr ermöglicht die erfindungsgemäße Getriebeanordnung in dieser Ausführungsform eine freie – insbesondere vertikale – Einfederungsbewegung des angetriebenen Rades, wobei jedoch gleichzeitig die beim Radnabenantrieb innerhalb der Radfelge entspringende Antriebswelle der Getriebeanordnung der vertikalen Bewegung des Rades nicht folgt, sondern in vertikaler Richtung chassisbezogen festgelegt sein kann. Die Antriebswelle des Rades kann somit – ohne Zwischenschaltung aufwändiger und Bauraum beanspruchender Seitenwellen – beispielsweise direkt am Fahrzeugchassis gelagert bzw. direkt mit einem Achs- oder Radantrieb verbunden werden.
Im Fall einer Ausführung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung als Radnabenantrieb mit unmittelbar angeschlossenem Antriebsmotor ergibt sich zudem der Vorteil, dass das Gehäuse des Antriebsmotors – obwohl zum Beispiel unmittelbar an der Radnabe angeordnet – nicht mit der Radnabe bzw. mit dem Radträger verbunden sein muss. Vielmehr kann der Antriebsmotor bezüglich der Einfederungsbewegung des Rades von diesem vollständig entkoppelt werden. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Antriebsmotor eines die erfindungsgemäße Getriebeanordnung umfassenden Radnabenantriebs insbesondere karosserie- bzw. chassisfest angeordnet werden kann, während das angetriebene Rad vom Antrieb unbeeinflusst seine Einfederungsbewegungen ausführen kann.
Auf diese Weise wird der Nachteil einiger aus dem Stand der Technik bekannter Radnabenantriebe, bei denen der Antriebsmotor den ungefederten Massen der Radaufhängungen zugeschlagen werden muss, beseitigt. Es wird somit möglich, einen Radnabenantrieb darzustellen, der einen mit einer üblichen Radaufhängung vergleichbaren Federungskomfort bietet.
Als Antriebsmotoren des Radnabenantriebs können im Prinzip beliebige Motoren herangezogen werden. Zu denken ist hier beispielsweise auch an Hydraulikmotoren. Insbesondere mit dem Hintergrund des Einsatzes der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung im Bereich der Personenkraftwagen mit Elektro- bzw. Hybridantrieb ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jedoch vorgesehen, dass es sich beim Antriebsmotor des Radnabenantriebs um einen Elektromotor handelt.
Auf diese Weise wird ein kompakter elektrischer Radnabenantrieb erhalten, der beispielsweise durch den von einer Batterie bzw. von einem Verbrennungsmotor mit Generator erzeugten Strom gespeist werden kann.
Dabei bildet die Motorwelle des Antriebsmotors vorzugsweise unmittelbar die Antriebswelle der Getriebeanordnung bzw. die Eingangswelle der ersten Getriebeeinheit. Auf diese Weise lässt sich der Antriebsmotor ggf. unmittelbar am angetriebenen Rad, bzw. je nach Form und Größe des Antriebsmotors und der Felge sogar innerhalb der Radfelge anordnen.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet ein Gehäuse der zweiten Getriebeeinheit gleichzeitig einen Radträger oder Achsschenkel für die Aufhängung des Rades. Hierdurch wird eine besonders kompakte und robuste Ausführung der als Radnabenantrieb ausgebildeten Getriebeanordnung erreicht, indem die zweite Getriebeeinheit der Getriebeanordnung im Innenraum des somit gleichzeitig als Getriebegehäuse ausgebildeten Radträgers angeordnet werden kann. Zusätzlich wird auf diese Weise die zweite Getriebeeinheit – über die Radführungslenker – rotatorisch bezüglich des Fahrzeugchassis fixiert, so dass bei dieser Ausführungsform die Problematik einer kinematischen Unterbestimmung der Relativpositionen der beiden Getriebeeinheiten und damit eine etwaige Rotation beider Getriebeeinheiten um die Antriebswelle bzw. Abtriebswelle nicht auftreten kann.
Insbesondere bei dieser Ausführungsform ist die erste Getriebeeinheit vorzugsweise mit einem 1:1-Übersetzungsverhältnis ausgeführt. Auf diese Weise ist die translatorische Bewegung – beispielsweise beim Einfedern eines mit der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung ausgestatteten Rades – vollständig entkoppelt von der Drehmomentübertragung über die Getriebeanordnung. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass beim Einfedern des Rades keinerlei Winkel- bzw. Drehzahlfehler zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle entstehen und damit auch keine gegenseitige Beeinflussung zwischen Einfederungsbewegung und Antriebsmomentsübertragung erfolgt.
Die Verwirklichung der Erfindung ist ferner zunächst einmal unabhängig von der konstruktiven Darstellung der transversalen Relativbeweglichkeit zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle der Getriebeanordnung.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung weist die Getriebeanordnung jedoch eine Linearführung auf, bzw. ist mit einer Linearführung verbunden. Mittels der Linearführung wird eine rein lineare translatorische bzw. transversale Relativbewegung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle gewährleistet, der Bewegungsfreiheitsgrad zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle ist somit entsprechend auf eine rein translatorische Bewegung eingeschränkt. Eine derartige Linearführung ist vorteilhaft insofern, als sie im Vergleich mit Lenkeranordnungen lediglich ein Minimum an radaxialem Bauraum beansprucht, was insbesondere bei Radaufhängungen von Bedeutung ist, bei denen die Linearführung der Getriebeanordnung somit einerseits die lineare transversale Beweglichkeit zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle gewährleistet, wie auch andererseits die Radaufhängung selbst bildet.
Dabei können die Lagergehäuse für die Lagerbuchsen der Linearführung beispielsweise auch einstückig mit dem Gehäuse der zweiten Getriebeeinheit ausgebildet oder unmittelbar mit dem Gehäuse der zweiten Getriebeeinheit verbunden sein. Auf diese Weise kann das Gehäuse der zweiten Getriebeeinheit nicht nur als Schutz für das darin enthaltene Getriebe sowie als Radträger dienen, sondern bildet zudem auch noch den beweglichen Teil der in diesem Fall als Linearführung ausgebildeten Radaufhängung selbst.
Insbesondere für den Fall der Ausbildung der Getriebeanordnung als kompakter Radnabenantrieb, der gleichzeitig auch die beschriebene Linearführung zur Aufhängung des Rades umfasst, lässt sich somit der Bauraumbedarf für ein angetriebenes Rad eines Kraftfahrzeugs einschließlich dessen Antrieb und Aufhängung entscheidend verringern – ggf. auf einen Bruchteil des bei konventionellen Antriebssträngen und Radaufhängungen benötigten Bauraums.
Bei höheren Anforderungen an die Kinematik einer Radaufhängung, beispielsweise bei stärkeren oder sportlicheren Fahrzeugen, kann die erfindungsgemäße Getriebeanordnung jedoch auch mittels einer Lenkeranordnung am Fahrzeugchassis angeordnet werden.
Mit dem Hintergrund der Ausbildung der zweiten Getriebeeinheit gleichzeitig als Radträger oder Achsschenkel für die Aufhängung des Rades, bzw. mit dem Hintergrund der Verwendung einer Lenkeranordnung zur Aufhängung des Rades am Fahrzeugchassis sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung vor, dass zwischen der Eingangswelle der Getriebeanordnung und dem Antriebsmotor des Radnabenantriebs eine Ausgleichsgelenkanordnung oder ein elastisches Wellen-Ausgleichselement angeordnet ist. Auf diese Weise lassen sich die geringfügigen axialen Längenveränderungen und geringfügigen Winkeldifferenzen ausgleichen, die beim Einfedern des Fahrzeugrades auftreten können, wenn das Rad nicht mittels einer Linearführung, sondern mittels einer Anordnung aus Radführungslenkern mit dem Fahrzeugchassis verbunden ist. Ebenso lässt sich so der geringfügige seitliche Versatz zwischen der Eingangswelle der Getriebeanordnung und dem chassisfest angeordneten Motor ausgleichen, der beim Einfedern des Rades entsteht, falls die zweite Getriebeeinheit den Radträger oder den Achsschenkel für die Radaufhängung bildet und somit rotatorisch bezüglich des Fahrzeugchassis fixiert ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, hier in einen Radnabenantrieb integrierten Getriebeanordnung;
2 den Radnabenantrieb mit Getriebeanordnung gemäß 1 in schematischer, isometrischer Darstellung;
3 in schematischer, isometrischer Darstellung Getriebeanordnung und Antriebsmotor des Radnabenantriebs gemäß 1 und 2;
4 Getriebeanordnung und Antriebsmotor gemäß 3 in Draufsicht;
5 Radnabenantrieb und Getriebeanordnung und 2 in schematischer Schnittdarstellung; und
6 Schnittverlauf durch Radnabenantrieb und Getriebeanordnung gemäß 5.
Die 1 und 2 zeigen in weitgehend schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer Getriebeanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die hier als elektrischer Radnabenantrieb ausgebildet bzw. in einen Radnabenantrieb integriert ist.
Man erkennt in den 1 und 2 zunächst einmal die Felge eines Fahrzeugrads 1 sowie einen hier als Elektromotor ausgeführten Antriebsmotor 2. Deutlich wird erkennbar, dass der Antriebsmotor 2 unmittelbar neben der Felge bzw. neben dem Fahrzeugrad 1 positioniert werden kann, wobei dank der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung somit lange Seitenwellen, die üblicherweise Antriebsmotor bzw. Differenzial mit dem angetriebenen Rad verbinden, entfallen. Dennoch kann das dergestalt durch einen unmittelbar benachbarten Antriebsmotor 2 angetriebene Fahrzeugrad 1 weiterhin die erforderlichen, im wesentlichen vertikalen Federungsbewegungen ausführen, während der Antriebsmotor chassisfest angeordnet werden kann, und somit nicht zu den ungefederten Massen gezählt werden muss. Die dabei auftretende Relativbewegung zwischen dem Fahrzeugrad und dem Antriebsmotor ist in 2 (vgl. auch 3) jeweils mittels strichlierter Doppelpfeile a, b, c angedeutet.
Die in den Figuren dargestellte Ausführungsform der Getriebeanordnung besitzt erfindungsgemäß zwei separate, in Reihe geschaltete Getriebeeinheiten 3, 4, wie dies insbesondere aus den 3 bis 5 hervorgeht. Besonders in 3 erkennt man, dass dabei die erste, antriebsmotornahe Getriebeeinheit 3 als Riementrieb ausgeführt ist, während die zweite, radnahe Getriebeeinheit 4 als gekapseltes Zahnradgetriebe ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäß separat gehaltenen beiden Getriebeeinheiten 3, 4 der Getriebeanordnung bringen dabei den Vorteil mit sich, dass jede Getriebeeinheit 3, 4 unabhängig von der Ausführung der anderen Getriebeeinheit 4, 3 ausgelegt und angeordnet werden kann. Insbesondere kann jede der beiden Getriebeeinheiten 3, 4 nach Bedarf mit einem eigenen, geschlossenen Gehäuse 5 versehen werden, wie dies bei der dargestellten Ausführungsform bei der radnahen, als Zahnradgetriebe ausgebildeten zweiten Getriebeeinheit 4 der Fall ist. Dabei entfällt jedoch die im Stand der Technik noch unvermeidlich notwendige Abdichtung eines – relativ zum gefederten Fahrzeugrad – transversal beweglichen Durchtritts der Antriebswelle 6 durch eine Gehäusewandung der Getriebeanordnung, insbesondere mittels eines Elastomer-Faltenbalgs.
Stattdessen können dank der Erfindung die beiden separat gehaltenen, in Reihe geschalteten Getriebeeinheiten 3, 4 jeweils getrennt voneinander mit einem vollständig geschlossenen Getriebegehäuse versehen werden (vgl. Getriebegehäuse 5 der zweiten Getriebeeinheit 4), wobei die Getriebegehäuse jeweils lediglich normale Wellendurchtritte mit üblichen rotatorischen Dichtungen benötigen.
Ebenso gut können jedoch auch unterschiedliche Gehäuse oder Schutzmaßnahmen für die beiden Getriebeeinheiten 3, 4 vorgesehen werden, oder eine der beiden Getriebeeinheiten 3 kann bei geeigneter Ausführung auch als im Wesentlichen gehäuselose Getriebeübersetzung ausgebildet werden, wie dies bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform bei der ersten Getriebeeinheit 3 der Fall ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die erste Getriebeeinheit 3 als trocken laufender Riementrieb 7 ausgeführt, welcher keine besonderen Schutzmaßnahmen gegen Umgebungseinflüsse bzw. kein eigenes Gehäuse erfordert. Dennoch kann der Riementrieb 7 ohne weiteres auch mit einem eigenen, leichten Schutzgehäuse beispielsweise aus Kunststoff ausgestattet werden, ebenso wie anstelle des Riementriebs 7 beispielsweise ein Kettentrieb, oder auch ein weiteres, mit eigenem Getriebegehäuse versehenes Zahnradgetriebe eingesetzt werden kann, ohne damit den Umfang der Erfindung zu verlassen.
Die zweite Getriebeeinheit 4, die bei der dargestellten Ausführungsform als Stirnradgetriebe ausgeführt ist (insbesondere da in der zweiten Getriebeeinheit 4 aufgrund der Untersetzung ein erheblich höheres Drehmoment auftritt), besitzt ein geschlossenes Getriebegehäuse 5 und kann somit in der üblichen Weise geschützt und abgedichtet im Ölbad laufen. Dabei kann das Getriebegehäuse 5 der zweiten Getriebeeinheit 4 beispielsweise gleichzeitig Radträgerfunktion für das Rad 1 (vgl. 2) eines Kraftfahrzeugs übernehmen. Je nach Art der Radaufhängung beispielsweise mittels Linearführungen oder mittels einer Anordnung aus Radführungslenkern kann in diesem Fall die entsprechende Radaufhängung direkt am Getriebegehäuse 5 der zweiten Getriebeeinheit 4 angreifen. Dies ist in 3 mittels (lediglich schematisch eingezeichneter) Angriffspunkte 15 für Radführungslenker angedeutet.
Führungselemente des Getriebegehäuses 5 in dessen Funktion als Radträger, (z. B. Radführungslenker, Querträger oder Linearführungen) sind in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eigens dargestellt. Gleiches gilt für Feder- und/oder Dämpfungselemente der Radaufhängung, die je nach konstruktiver Ausführung teilweise oder ganz ebenfalls innerhalb der Radfelge angeordnet werden können. Diesbezüglich wird auf die Patentanmeldung DE 10 2009 002 089.6 der Anmelderin Bezug genommen, die in ihrem Offenbarungsumfang hinsichtlich der Radaufhängung und der Radführung in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird.
Die gewünschte transversale Relativbeweglichkeit zwischen der Antriebswelle 6 und der Abtriebswelle 9 der Getriebeanordnung wird dabei erfindungsgemäß dadurch gewährleistet, dass die beiden Getriebeeinheiten 3, 4 relativ zueinander schwenkbeweglich angeordnet sind, wobei die schwenkende Relativbewegung zwischen den beiden Getriebeeinheiten um die beiden Getriebeeinheiten gemeinsame Zwischenwelle 8 erfolgt.
Die voneinander getrennte Ausführung und Anordnung der beiden Getriebeeinheiten 3, 4 der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung wird auch in 4 deutlich. Man erkennt in 4 ferner, dass die Ausgangswelle 9 der zeichnungsbezogen linken, zweiten Getriebeeinheit 4 bereits unmittelbar die Radachse bildet, wobei die Verbindung mit der Radfelge 1 (vgl. 1 und 5) mittels eines Schraubflansches 10 erfolgt, welcher hier unmittelbar auf der Ausgangswelle 9 der zweiten Getriebeeinheit 4 sitzt.
Dabei können – bei geeigneter Auslegung, sowie Anordnung der beiden Getriebeeinheiten 3, 4 an den jeweiligen Anschlussbauteilen – auch beide Getriebeeinheiten 3, 4 um die gemeinsame Zwischenwelle 8 schwenkbar ausgeführt sein, wodurch sich insbesondere auch eine geradlinig translatorische Relativbeweglichkeit zwischen der Antriebswelle 6 und der Abtriebswelle 9 der Getriebeanordnung realisieren lässt.
Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung ist die zweite, radnahe Getriebeeinheit 4 jedoch rotatorisch durch geeignete Mittel festgelegt, insbesondere durch die Radführungsmittel wie beispielsweise Querlenker oder dergleichen (welche in den Figuren der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht dargestellt sind). Die Aufgabe der transversalen Relativbeweglichkeit zwischen Antriebswelle 6 und Abtriebswelle 9 wird bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform der Getriebeanordnung somit primär durch die erste, motornahe Getriebeeinheit 3 gewährleistet.
Daher ergibt sich bei der dargestellten Ausführungsform durch die Einfederungsbewegungen a des angetriebenen Rades 1 gegenüber dem chassisfest angeordneten Elektromotor 2 ein vergleichsweise geringer relativer Versatz b in Fahrzeuglängsrichtung, dies entspricht einer bogenförmigen Relativbewegung c der Antriebswelle 6 um die gemeinsame Zwischenwelle 8 der Getriebeanordnung, vgl. insbesondere die durch die strichlierten Doppelpfeile angedeuteten Relativbewegungsbahnen in den 2 und 3.
Um den mit dem bogenförmigen Verlauf der Relativbewegung zwischen Antriebswelle 6 und Abtriebswelle 9 verbundenen Querversatz aufzunehmen, ist somit zwischen der Antriebswelle 6 bzw. der Eingangswelle 6 der ersten, motornahen Getriebeeinheit 3 und dem Antriebsmotor 2 noch eine geeignete Ausgleichsgelenkanordnung 11 erforderlich. Eine solche Ausgleichsgelenkanordnung 11 zur Aufnahme des Querversatzes zwischen der Antriebswelle 6 der Getriebeanordnung und dem Antriebsmotor 2 bei Einfederungsbewegungen des Rades ist in den 1, 3, 4 und 5 jeweils schematisch angedeutet.
In 5 ist die als Radnabenantrieb ausgeführte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung nochmals im Querschnitt dargestellt, wobei der Schnittverlauf durch die Getriebeanordnung gemäß 5 in 6 angegeben ist.
Gut erkennbar wird wieder die beiden Getriebeeinheiten 3, 4 der Getriebeanordnung gemeinsame Zwischenwelle 8, welche gleichzeitig die Schwenkachse der ersten Getriebeeinheit 3 darstellt, um welche die erste Getriebeeinheit 3 bei den Einfederungsbewegungen des Rades 1 geschwenkt wird. Die erste Getriebeeinheit 3 besitzt zu diesem Zweck zwei im Wesentlichen stabförmige Abstandshalter 12, welche einerseits schwenkbar auf der den beiden Getriebeeinheiten 3, 4 gemeinsamen Zwischenwelle 8 gelagert sind, und somit die schwenkende Relativbewegung der beiden Getriebeeinheiten 3, 4 zueinander setzen, und welche andererseits die beiden Wellen 6, 8 der ersten Getriebeeinheit 3 lagernd aufnehmen und für deren konstanten Abstand sorgen.
In 5 gut erkennbar ist auch das geschlossene (hier aufgeschnitten dargestellte) Gehäuse 5 der zweiten Getriebeeinheit 4 sowie die darin in Form eines Stirnradgetriebes laufenden Zahnräder 13, 14, ebenso wie der hier (schematisch dargestellte) einstückig mit der Ausgangswelle 9 der zweiten Getriebeeinheit 4 ausgebildete Aufnahmeflansch 10 für die Radfelge 1.
Im Ergebnis wird deutlich, dass sich dank der Erfindung eine äußerst kompakte Radantriebseinheit mit integrierter Getriebeübersetzung sowie mit direkt benachbartem, jedoch karosseriefestem Antriebsmotor realisieren lässt, wodurch sich der Vorteil geringer ungefederter Massen bei gleichzeitig konstruktiv einfacher Ausführbarkeit insbesondere der Abdichtung gegenüber Umgebungseinflüssen realisieren ist. Mit der Erfindung wird es somit auf kostengünstige Weise möglich, Radnabenmotoren bezüglich der Einfederungsbewegungen des zugehörigen, angetriebenen Rades von der Radaufhängung vollständig zu entkoppeln.
Die Erfindung leistet damit einen Beitrag insbesondere zur Kosten- und Bauraumreduzierung im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugantrieben, ferner zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten und zur Verbesserung des Fahrkomforts von Radnabenantrieben, insbesondere bei Anwendungen im Bereich der elektrischen bzw. Hybridantriebe.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugrad
2: Antriebsmotor
3, 4: Getriebeeinheit
5: Getriebegehäuse
6: Antriebswelle, Eingangswelle
7: Riementrieb
8: Zwischenwelle
9: Abtriebswelle, Ausgangswelle
10: Schraubflansch
11: Wellen-Ausgleichgelenk
12: Abstandshalter
13, 14: Stirnzahnrad
15: Radführungslenker-Anbindung
a, b, c: Relativbewegungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69806444 T2 [0010]
US 2182417 [0011]
DE 102009002089 [0013, 0054]

Claims

Getriebeanordnung insbesondere für ein Fahrzeugrad, die Getriebeanordnung umfassend eine Antriebswelle (6) und eine Abtriebswelle (9), wobei die Achsen von Antriebswelle (6) und Abtriebswelle (9) parallel verlaufen und in senkrechter Richtung bezüglich der Rotationsachsen von Antriebswelle (6) und Abtriebswelle (9) translatorisch gegeneinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung zwei in Reihe geschaltete Getriebeeinheiten (3, 4) mit jeweils parallel verlaufenden Ein- und Ausgangswellen umfasst, wobei die beiden Getriebeeinheiten (3, 4) eine den beiden Getriebeeinheiten (3, 4) gemeinsame Zwischenwelle (8) aufweisen und wobei die beiden Getriebeeinheiten (3, 4) relativ zueinander um die gemeinsame Zwischenwelle (8) schwenkbeweglich angeordnet sind.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch dass zumindest eine der beiden Getriebeeinheiten (3, 4) als ein in einem Getriebegehäuse (5) angeordnetes Stirnradgetriebe (13, 14) ausgebildet ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Getriebeeinheiten (3, 4) als Kettentrieb oder Riementrieb (7) ausgebildet ist.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer der Getriebeeinheiten (3, 4) eine Verdrehsicherung zur Unterbindung einer Rotation der Getriebeeinheiten (3, 4) um die Antriebswelle (6) und/oder Abtriebswelle (9) in einer Neutralstellung der Getriebeanordnung angeordnet ist.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung als Radantrieb ausgebildet und in eine Radfelge (1) integriert ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (9) der zweiten Getriebeeinheit (4) mit der Radachse verbunden ist oder die Radachse bildet.
Getriebeanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung als Radnabenantrieb ausgebildet und mit einem dem Rad unmittelbar benachbart angeordneten Antriebsmotor (2) verbunden ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (2) ein Elektromotor ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle die Antriebswelle (6) der Getriebeanordnung bildet.
Getriebeanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle die Eingangswelle (6) der ersten Getriebeeinheit (3) bildet.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (5) der zweiten Getriebeeinheit (4) einen Radträger oder Achsschenkel für die Aufhängung des Rades (1) bildet.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebeeinheit (3) ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 aufweist.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Linearführung zur Festlegung der translatorischen Relativbeweglichkeit von Antriebswelle (6) und Abtriebswelle (9).
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung mittels einer Radführungslenkeranordnung mit einem Fahrzeugchassis verbunden ist.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Antriebswelle (6) der Getriebeanordnung und dem Antriebsmotor (2) eine Ausgleichsgelenkanordnung oder ein elastisches Wellenelement (11) angeordnet ist.