DE102010029823B4

DE102010029823B4 - Fahrzeugantriebseinheit

Info

Publication number: DE102010029823B4
Application number: DE102010029823.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schier Michael; Andreas Brinner
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2030-06-09
Also published as: DE102010029823A1

Abstract

Fahrzeugantriebseinheit (10), umfassend
- einen Elektromotor (16), der einen Stator (18) und einen Rotor (20) aufweist, und
- ein Planetengetriebe mit
- einer Mehrzahl von Planetenradpaaren (30), die jeweils ein erstes Planetenrad (32) und ein zweites Planetenrad (34) umfassen, die unterschiedliche Durchmesser (d₁; d₂) aufweisen und über eine Planetenradwelle (36) drehfest miteinander verbunden sind,
- einem Planetenradträger, an dem die Planetenradwellen (36) drehbar gehalten sind, und
- einem mit den ersten Planetenrädern (32) im Eingriff stehenden ersten Sonnenrad (40) und einem mit den zweiten Planetenrädern (34) im Eingriff stehenden zweiten Sonnenrad (42), die unterschiedliche Durchmesser (D₁; D₂) aufweisen, um eine gemeinsame Sonnenraddrehachse drehbar und unabhängig voneinander gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) des Elektromotors (16) den Planetenradträger bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugantriebseinheit, umfassend einen Elektromotor, der einen Stator und einen Rotor aufweist, und ein Planetengetriebe mit einer Mehrzahl von Planetenradpaaren, die jeweils ein erstes Planetenrad und ein zweites Planetenrad umfassen, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen und über eine Planetenradwelle drehfest miteinander verbunden sind, einem Planetenradträger, an dem die Planetenradwellen drehbar gehalten sind, und einem mit den ersten Planetenrädern im Eingriff stehenden ersten Sonnenrad und einem mit den zweiten Planetenrädern in Eingriff stehenden zweiten Sonnenrad, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen und um eine gemeinsame Sonnenraddrehachse drehbar und unabhängig voneinander gelagert sind.
Derartige Fahrzeugantriebseinheiten sind im Stand der Technik bekannt und sollen insbesondere als Flugzeugantriebseinheiten zum Bewegen eines Flugzeugs am Boden eingesetzt werden. Flugzeugantriebseinheiten müssen zwei grundsätzlich unterschiedliche Antriebsaufgaben erfüllen. Zum einen sollen sie das Flugzeug am Boden mit hohen Drehmomenten und kleinen Drehzahlen bewegen. Zum anderen sollen sie das angetriebene Rad kurz vor der Landung mit kleinen Drehmomenten auf hohe Drehzahlen beschleunigen, um den Reifenverschleiß bei der Landung zu minimieren.
Beispielsweise offenbart die GB 2 422 643 A eine Flugzeugantriebseinheit der eingangs genannten Art, die einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor aufweist. Der Stator ist direkt auf die Bugachse des Flugzeugs aufgeschoben und drehfest mit dieser verbunden. Der entlang des Außenumfangs des Stators vorgesehene Rotor treibt mehrere Planenteradpaare an, die jeweils ein erstes Planetenrad und ein zweites Planetenrad umfassen. Die Planetenräder jedes Planetenradpaares weisen unterschiedliche Durchmesser auf und sind über eine an einem separaten, in Axialrichtung neben dem Motor angeordneten Planetenradträger drehbar gehaltene Planetenradwelle drehfest miteinander verbunden. Die ersten Planetenräder sind mit einem ersten Sonnenrad in Eingriff, das drehbar um eine Sonnenraddrehachse gehalten ist, die der Bugachse des Flugzeugs entspricht. Die zweiten Planetenräder sind mit einem zweiten Sonnenrad in Eingriff, dessen Durchmesser von demjenigen des ersten Sonnenrades verschieden ist. Das zweite Sonnenrad ist drehfest an einer Felge befestigt, die wiederum drehbar um die Sonnenraddrehachse an der Bugachse des Flugzeugs gelagert ist. Die Flugzeugantriebseinheit umfasst eine Arretierungseinrichtung zum wahlweisen Arretieren des ersten Sonnenrads in einer ersten Stellung, in der es drehfest in Bezug auf die Bugachse des Flugzeugs und somit ortsfest in Bezug auf den Stator angeordnet ist. Ferner umfasst die Fahrzeugantriebseinheit eine magnetische Arretierungseinrichtung, bei deren Betätigung das erste Sonnenrad in eine zweite Stellung überführt wird, in der es synchron mit dem zweiten Sonnenrad dreht. In der ersten Stellung wird eine Übersetzung von etwa 1:1 realisiert. Das bedeutet, dass das zweite Sonnenrad bei jeder Umdrehung des Rotors einmal gedreht wird. Somit wird die Felge bei hohen Drehzahlen und entsprechend kleinen Drehmomenten angetrieben, um das Rad kurz vor der Landung zur Minimierung des Reifenverschleißes zu beschleunigen. In der zweiten Stellung hingegen wird eine Übersetzung von etwa 15: 1 realisiert. Entsprechend führt eine 15-fache Umdrehung des Rotors zu einer einzigen Umdrehung des zweiten Sonnenrads. Bei einer solchen Untersetzung wird die Felge bei kleinen Drehzahlen und entsprechend hohen Drehmomenten angetrieben, um das Flugzeug am Boden bewegen zu können.
Der in der GB 2 422 643 A beschriebene Aufbau der Flugzeugantriebseinheit ist dahingehend von Nachteil, dass dieser in Längsrichtung der Bugachse des Flugzeugs sehr viel Bauraum einnimmt, weshalb die Flugzeugantriebseinheit auf vielen Bugachsen existierender Flugzeuge nicht montiert werden kann. Entsprechend sind häufig umfangreiche Umbaumaßnahmen erforderlich, um die Flugzeugantriebseinheit nachrüsten zu können. Darüber hinaus ist die Montage der Flugzeugantriebseinheit ohne den Ausbau der Fahrwerkachse nur vor Ort möglich, wodurch die Nachrüstarbeiten erschwert werden und sehr zeitaufwendig sind.
Die EP 0 528 235 A1 offenbart einen Antrieb für ein Kleinfahrzeug, insbesondere einen Rollstuhl. Dieser weist ein zweistufiges Planetenradgetriebe auf, dessen erstes Sonnenrad mit dem Läufer des Gleichstrommotors verbunden ist. Das zweistufige Planetenradgetriebe ist so aufgebaut, dass der Planetenträger der ersten Stufe drehfest mit dem Sonnenrad der zweiten Stufe verbunden ist. Als Abtriebsachse dient der Planetenradträger der zweiten Stufe, der über eine Kupplung mit der Radnabe verbunden ist. Eine solche Anordnung von Elektromotor und zweistufigem Planetenradgetriebe ermöglicht ein hohes Übersetzungsverhältnis, so dass die Drehzahl des Rotors des Elektromotors um ein Vielfaches höher ist als die Drehzahl der Radnabe. Die offenbarte Anordnung von Motor und Getriebe ist somit geeignet für Anwendungen, bei denen eine sehr geringe Drehzahl der Radnaben bei gleichzeitig hohem Drehmoment erforderlich ist.
Eine weitere Fahrzeugantriebseinheit ist in der EP 1 719 656 A1 offenbart. Die beschriebene Antriebseinheit umfasst ein zweistufiges Planetenradgetriebe, wobei der Rotor des Elektromotors mit dem Hohlrad der ersten Planetenstufe verbunden ist. Die erste und zweite Planetengetriebestufesind derart gekoppelt, dass der Planetenträger der ersten Stufe, bei der das Sonnenradgehäuse fest ist, mit dem Sonnenrad der zweiten Stufe drehfest verbunden ist. Als Abtriebswelle dient der Planetenträger der zweiten Stufe.
Als nachteilig stellt sich bei der hier offenbarten Antriebseinheit dar, dass sich aufgrund der Konfiguration nur ein niedriges Übersetzungsverhältnis ergibt.
Die WO 2005/ 035 358 A2 offenbart eine Fahrzeugantriebseinheit, die einen Motor mit einem Stator und einem Rotor, sowie einen Planetenradträger, der mit dem Rotor des Motors verbunden ist, aufweist. Dabei ist der Motor hinter dem Planetenradträger angeordnet, kann aber auch alterativ an einer anderen Position angeordnet sein. Beispielsweise kann der Motor innerhalb des Flugzeugrumpfes des Flugzeuges positioniert werden und über einen Getriebezug oder ein Bandsystem mit dem Planetenradträger verbunden werden. Nachteilig ist in einer solchen Konfiguration der hohe Platzbedarf und die nicht vorhandene Möglichkeit, den Motor mit dem ebenfalls erforderlichen Übersetzungsgetriebe platzsparend unterzubringen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugantriebseinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, insbesondere Flugzeugantriebseinheit zum Bewegen eines Flugzeugs am Boden, die in Längsrichtung einer Achse, auf der sie montiert werden soll, wenig Bauraum einnimmt, die preiswert herzustellen ist und die einfach und schnell montierbar sowie vor Ort problemlos nachrüstbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Fahrzeugantriebseinheit der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rotor des Elektromotors den Planetenradträger bildet. Auf diese Weise ist es möglich, das Planetengetriebe innerhalb des ringförmigen Motors anzuordnen, also den Elektromotor und das Planetengetriebe radial zueinander zu positionieren, so dass das Planetengetriebe in dem Elektromotor aufgenommen ist. Auf diese Weise wird ein sehr kompakter Aufbau der Fahrzeugantriebseinheit erzielt, der sich vollständig in eine entsprechend ausgebildete Felge integrieren lässt, wie es nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinheit noch näher erläutert wird. Darüber hinaus lässt sich die erfindungsgemäße Fahrzeugantriebseinheit aufgrund ihrer geringen Anzahl von Bauteilen preiswert herstellen, einfach montieren und problemlos nachrüsten.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das erste Sonnenrad wahlweise in einer ersten Stellung, in der es ortsfest in Bezug auf den Stator angeordnet ist, oder in einer zweiten Stellung, in der es synchron mit dem zweiten Sonnenrad dreht, positionierbar. Wie es zuvor bereits unter Bezugnahme auf die GB 2 422 643 A beschrieben wurde, wird in der zweiten Stellung eine Übersetzung von etwa 1:1 realisiert, die einen Antrieb bei hohen Drehzahlen und geringen Drehmomenten ermöglicht. In der ersten Stellung wird eine Untersetzung zum Antreiben bei geringen Drehzahlen und hohen Drehmomenten erzielt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist zumindest eine Arretierungseinrichtung zum wahlweisen Arretieren des ersten Sonnenrads in der ersten Stellung oder in der zweiten Stellung vorgesehen. Bei dieser Arretierungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um einfache Schraub- oder Stiftverbindungen handeln. Auch kann eine Arretierungseinrichtung in Form magnetisch betätigter Bolzen oder dergleichen eingesetzt werden.
Bevorzugt ist eine Schalteinrichtung zum automatischen Betätigen der zumindest einen Arretierungseinrichtung vorgesehen, um das erste Sonnenrad automatisch aus der ersten Stellung in die zweite Stellung und umgekehrt bewegen zu können.
Das erste Sonnenrad kann an einer drehbar um die Sonnenraddrehachse gelagerten Zwischenwelle befestigt oder integral mit dieser ausgebildet sein. An einer solchen Zwischenwelle können dann beispielsweise auch Komponenten der zumindest einen Arretierungseinrichtung oder der Schalteinrichtung positioniert werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Rotor an der Zwischenwelle gelagert, wodurch ein stabiler und kompakter Aufbau erzielt wird.
Das zweite Sonnenrad kann an einer drehbar um die Sonnenraddrehachse gelagerten Nabe befestigt oder einteilig mit dieser ausgebildet sein.
Die Nabe ist gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zur drehfesten Aufnahme einer Fahrzeugfelge ausgebildet. So kann die Nabe beispielsweise mit Gewindebohrungen versehen sein, in die Befestigungsschrauben zum Befestigen der Felge eingreifen.
Vorteilhaft können vier oder acht Planetenradpaare vorgesehen sein. Vier oder acht Planetenradpaare sind insbesondere dahingehend von Vorteil, dass einander gegenüber angeordnete Planetenradpaare identisch ausgebildet werden können, wie es nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinheit noch näher erläutert wird. Auf diese Weise können insbesondere die Fertigung und die Montage der erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinheit vereinfacht werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die ersten Planetenräder jeweils vierzehn Zähne, die zweiten Planetenräder jeweils dreizehn Zähne, das erste Sonnenrad 92 Zähne und das zweite Sonnenrad dreiundneunzig Zähne auf. Diese Zähnezahlen haben sich insbesondere in Bezug auf die Minimierung des zur Verfügung stehenden Bauraums als sehr günstig erwiesen.
Der Elektromotor ist vorteilhaft als permanentmagneterregte Synchronmaschine ausgebildet, wodurch ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.
Der Stator weist gemäß einer Ausgestaltung der vorliegende Erfindung 24 Wicklungen und der Rotor 16 Permanentmagnete auf.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Fahrzeugantriebseinheit auf einer als Träger dienenden Hülse positioniert, wobei die Hülse zum Aufschieben auf eine Fahrzeugachse ausgebildet ist. Eine derartige Hülse ermöglicht eine Vormontage der erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinheit beim Hersteller. Die Hülse mit der daran gehaltenen Fahrzeugantriebseinheit muss nach einer solchen Vormontage dann lediglich auf eine Fahrzeugachse aufgeschoben werden. Entsprechend ist die erfindungsgemäße Fahrzeugantriebseinheit vor Ort schnell und einfach an einem Fahrzeug montierbar.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinheit als Flugzeugantriebseinheit zum Bewegen eines Flugzeugs am Boden.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Fahrzeugfelge, deren Innenkontur zumindest teilweise an die Außenkontur einer erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinheit formangepasst ist. Entsprechend ist die erfindungsgemäße Fahrzeugantriebseinheit optimal in einer erfindungsgemäßen Fahrzeugfelge integrierbar.
Die Fahrzeugfelge ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sie den Außenumfang der Fahrzeugantriebseinheit im Wesentlichen vollständig abdeckt, so dass die Fahrzeugfelge auch eine Schutzfunktion zum Schutz der erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinheit erfüllt.
Im montierten Zustand können die Hülse, die erfindungsgemäße Fahrzeugantriebseinheit und die erfindungsgemäße Fahrzeugfelge derart aufeinander abgestimmt und gegeneinander abgedichtet sein, dass sich eine sehr kompakte und wartungsarme Einheit ergibt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebseinheit unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

1 eine schematische Schnittansicht einer Fahrzeugantriebseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schnittansicht einer Nabe mit daran befestigter Felge der in 1 dargestellten Fahrzeugantriebseinheit;
3 eine perspektivische Ansicht eines Stators eines Elektromotors der in 1 dargestellten Fahrzeugantriebseinheit;
4 eine perspektivische Ansicht einer als Hohlwelle ausgebildeten Zwischenwelle;
5 eine perspektivische Darstellung eines als Planetenradträger eines Planetengetriebes ausgebildeten Rotors des Elektromotors der in 1 dargestellten Fahrzeugantriebseinheit,
6 eine perspektivische Darstellung zweier Sonnenräder des Planetengetriebes der in 1 dargestellten Fahrzeugantriebseinheit, mit denen an dem in 5 dargestellten Rotor drehend gehaltene Planetenradpaare in Eingriff sind; und
7 eine perspektivische Darstellung einer Nabe der in 1 dargestellten Fahrzeugantriebseinheit.

Die 1 bis 7 zeigen eine Fahrzeugantriebseinheit 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bzw. Komponenten derselben. Bei der Fahrzeugantriebseinheit 10 handelt es sich um eine Flugzeugantriebseinheit zum Bewegen eines Flugzeugs am Boden, die vorliegend an einer Bugachse 12 eines nicht näher dargestellten Fahrwerks eines Flugzeugs angeordnet ist.
Die Fahrzeugantriebseinheit 10 umfasst eine Hülse 14, die auf die Bugachse 12 aufgeschoben ist. Ferner weist die Fahrzeugantriebseinheit 10 einen Elektromotor 16 mit einem Stator 18 und einem Rotor 20 auf.
Der Stator 18 besteht aus einem becherförmig ausgebildeten und als Gehäuse dienenden Statorflansch 22, der auf die Hülse 14 aufgeschoben und drehfest mit dieser verbunden ist, und einem fest mit dem Statorflansch 22 verbundenen ringförmigen Statorkern 24, der insgesamt 24 Induktionsspulen 26 trägt. Der Statorflansch 22 ist über ein weiteres Bauteil, das vorliegend nicht näher dargestellt ist, mit dem Flugzeugfahrwerk drehfest verbunden, wodurch eine Drehmomentabstützung erzielt wird. Bei dem weiteren Bauteil kann es sich beispielsweise um eine als Drehmomentstütze bezeichnete Klemmschelle oder dergleichen handeln.
Der Rotor 20, der ebenfalls ringförmig aufgebaut ist, ist entlang seines Außenumfangs mit sechzehn Permanentmagneten 28 bestückt, die sich jeweils in Längsrichtung erstrecken und mit den Induktionsspulen 26 des den Rotor 20 umgebenden Stators 18 in bekannter Weise zusammenwirken.
Der Rotor 20 ist erfindungsgemäß als Planetenradträger ausgebildet. Entlang seines Innenumfangs nimmt er acht Planetenradpaare 30 auf, die einen Teil eines Planetengetriebes bilden. Jedes Planetenradpaar 30 umfasst ein erstes Planetenrad 32 und ein zweites Planetenrad 34, die unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen und über eine Planetenradwelle 36 drehfest miteinander verbunden sind, wobei die Außendurchmesser d₁ der ersten Planetenräder 32 größer als die Außendurchmesser d₂ der zweiten Planetenräder 34 sind. Die ersten Planetenräder 32 haben jeweils 14 Zähne und die zweiten Planetenräder 34 weisen jeweils 13 Zähne auf. Die Planetenradwellen 36 der Planetenradpaare 30 sind mittels entsprechender Lagerungen 37 in einem radial einwärts vorstehenden ringförmigen Vorsprung 38 des Rotors 20 gelagert, wobei sich die Planetenradwellen 36 parallel zueinander erstrecken und gleichmäßig voneinander beabstandet entlang des ringförmigen Vorsprungs 38 angeordnet sind, so dass jeweils zwei Planetenradpaare 30 einander gegenüberliegen.
Das Planetengetriebe umfasst ferner ein mit den ersten Planetenrädern 32 in Eingriff stehendes erstes Sonnenrad 40 und ein mit den zweiten Planetenrädern 34 in Eingriff stehendes zweites Sonnenrad 42. Das erste Sonnenrad 40 weist einen Außendurchmesser D₁ und zweiundneunzig Zähne auf, und das zweite Sonnenrad hat einen Außendurchmesser D₂ und ist einteilig mit einer Zwischenwelle 44 ausgebildet, die über mit 93 Zähnen versehen, wobei der Außendurchmesser D₂ größer als der Außendurchmesser D₁ ist. Das erste Sonnenrad 40 ist Lagerungen 46 und 47 drehbar an der Hülse 14 gehalten ist. Das zweite Sonnenrad 42 ist drehfest an einer Nabe 48 fixiert, die über Lagerungen 50 und 52 ebenfalls drehbar an der Hülse 14 gehalten ist. Die Zwischenwelle 44 umfasst an ihrem einen freien Ende einen mit mehreren Durchgangslöchern 54 versehenen ringförmigen Flanschabschnitt 56, einen sich an den Flanschabschnitt 56 anschließenden, das erste Sonnenrad 40 definierenden mittleren Abschnitt 58 und einen sich an den mittleren Abschnitt 58 anschließenden Endabschnitt 60, der entlang eines radial einwärts vorstehenden ringförmigen Vorsprungs 61 mit einer Mehrzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Stiften 62 versehen werden kann. Die Durchgangslöcher 54 dienen zur Aufnahme von Befestigungsbolzen 64 einer am Statorflansch befestigten Arretierungseinrichtung 66, mit deren Hilfe die Zwischenwelle 44 und somit das erste Planetenrad 32, wie es in 1 gezeigt ist, in einer ersten Stellung drehfest in Bezug auf den Stator 18 fixierbar ist. Auf diese Weise wird eine Untersetzung in der Größenordnung von etwa 10:1 realisiert, d.h. bei zehnmaliger Umdrehung des Rotors 20 wird das zweite Sonnenrad 42 einmal um seine Drehachse gedreht. In einer zweiten Stellung, die in den Figuren nicht gezeigt ist, greifen die Befestigungsbolzen 64 der Arretierungseinrichtung 66 nicht in die am Flanschabschnitt 56 der Zwischenwelle 44 ausgebildeten Durchgangslöcher 54 ein, sondern die Zwischenwelle 44 und die Nabe 48 sind drehfest miteinander verbunden, so dass sich diese synchron bewegen, was über die am Endabschnitt 60 der Zwischenwelle 44 montierten Stifte 62 realisiert wird, die in entsprechend ausgebildete, an der Stirnseite der Nabe 48 vorgesehene Bohrungen 67 eingreifen. In dieser zweiten Stellung wird eine Übersetzung von 1:1 realisiert, d. h. bei jeder Umdrehung des Rotors 20 dreht sich das zweite Sonnenrad 42 einmal um seine Drehachse. Die Festlegung der Zwischenwelle 44 und somit des ersten Sonnenrades 40 in der ersten bzw. in der zweiten Stellung erfolgt während der Montage der Fahrzeugantriebseinheit 10 und ist während des Betriebs nicht veränderbar. Alternativ können jedoch auch mittels einer Schalteinrichtung schaltbare Arretierungseinrichtungen zum wahlweisen Arretieren der Zwischenwelle 44 bzw. des ersten Sonnenrades 40 in der ersten bzw. in der zweiten Stellung vorgesehen sein. So können die Arretierungseinrichtungen beispielsweise durch elektromagnetisch betätigbare Bolzen realisiert werden. Entsprechend wäre die Übersetzung des Planetengetriebes auch während des Betriebs veränderbar, wie es beispielsweise in der eingangs genannten GB 2 422 643 A beschrieben ist, weshalb hierauf lediglich Bezug genommen und auf weitere Ausführungen verzichtet wird. An der Nabe 48 ist mit mehreren Befestigungsschrauben 70 drehfest eine zweiteilig ausgebildete Felge 72 gehalten, die das Bugrad des Flugzeugs aufnimmt. Die Innenkontur der Felge 72 ist an die Außenkontur der Fahrzeugantriebseinheit 10 formangepasst, so dass die Fahrzeugantriebseinheit 10 optimal in die Felge 72 integriert ist. Dabei deckt die Felge 72 den Außenumfang der Fahrzeugantriebseinheit 10 im Wesentlichen vollständig ab.
Befindet sich das erste Sonnenrad 40 bzw. die Zwischenwelle 44 in der zuvor beschrieben ersten Stellung, so sind das erste Sonnenrad 40 und der Stator 18 ortsfest zueinander positioniert. Bei Drehung des Rotors 20 bewegen sich die ersten Planetenräder 32 entsprechend entlang des Außenumfangs D₁ des stillstehenden ersten Sonnenrads 40. Das zweite Sonnenrad 42 ist hingegen um die Bugachse 12 frei drehbar, so dass sich die zweiten Planetenräder 34 und das zweite Sonnenrad 42 aufgrund ihres Eingriffs in entgegen gesetzten Richtungen bewegen. Auf diese Weise wird die Untersetzung erzielt, die zum Bewegen des Flugzeugs am Boden erforderlich ist.
Befindet sich das erste Sonnenrad 40 bzw. die Zwischenwelle 44 hingegen in der zuvor beschrieben zweiten Stellung, so sind das erste Sonnenrad 40 und das zweite Sonnenrad 42 miteinander gekoppelt, so dass sich diese synchron um die Bugachse 12 bewegen. Bei Drehung des Rotors 20 drehen die ersten Planetenräder 32 und die zweiten Planetenräder 34 synchron mit den Sonnenrädern 40 und 42 Auf diese Weise wird eine Übersetzung von 1:1 erzielt, die zum Beschleunigen des Bugrads kurz vor der Landung geeignet ist.
Der Aufbau der Fahrzeugantriebseinheit 10 ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass der Rotor 20 des Elektromotors 16 den Planetenradträger des Planetengetriebes bildet, also die Planetenradpaare 30 aufnimmt. Entsprechend ist es möglich, den Elektromotor 16 und das Planetenradgetriebe radial zueinander anzuordnen, weshalb die Fahrzeugantriebseinheit 10 optimal in den durch die Felge 72 definierten Bauraum integriert werden kann. Die wenigen Bauteile führen zu einer einfachen und problemlosen Montage und Demontage. Darüber hinaus lassen sie sich einfach und kostengünstig fertigen. Ferner kann die Fahrzeugantriebseinheit 10 aufgrund der Tatsache, dass die Hülse 14 alle anderen Komponenten der Fahrzeugantriebseinheit 10 aufnimmt, herstellerseitig vormontiert werden, so dass die gesamte Fahrzeugantriebseinheit 10 vor Ort lediglich auf die Bugachse 12 eines Flugzeugs geschoben werden muss. Entsprechend ist eine sehr einfache und schnelle Nachrüstbarkeit gewährleistet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Drehmoment, das an der einen Seite der Fahrzeugantriebseinheit 10 abgegeben wird, also in 1 rechts an die Felge, zu einem Anteil in axialer Richtung durch das Innere des Elektromotors 16 auf die gegenüberliegende Seite geführt wird und dort abgestützt werden kann, also in 1 links über die Befestigungsbolzen 64 von der Zwischenwelle 44 zum feststehenden Stator 18, und sich zu einem anderen Anteil über die Außenkontur des Statorflansches 22 direkt abstützt. Darüber hinaus stützt sich die Radialkraft des Fahrzeugs nur auf die Felge 72 ab, nicht hingegen auf den Elektromotor 16.
Es sollte klar sein, dass die erfindungsgemäße Fahrzeugantriebseinheit nicht nur zum Antreiben von Flugzeugen am Boden sondern auch zum Antreiben anderer Fahrzeuge oder Maschinen einsetzbar ist.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeugantriebseinheit
12: Bugachse/ Fahrzeugachse
14: Hülse
16: Elektromotor
18: Stator
20: Rotor
22: Statorflansch
24: Statorkern
26: Induktionsspule
28: Permanentmagnet
30: Planetenradpaar
32: erstes Planetenrad
34: zweites Planetenrad
36: Planetenradwelle
37: Lagerung
38: ringförmiger Vorsprung
40: erstes Sonnenrad
42: zweites Sonnenrad
44: Zwischenwelle
46,47: Lagerung
48: Nabe
50,52: Lagerung
54: Durchgangsloch
56: ringförmiger Flanschabschnitt
58: mittlerer Abschnitt
60: Endabschnitt
61: Vorsprung
62: Stift
64: Befestigungsbolzen
66: Arretierungseinrichtung
67: Bohrung
70: Befestigunsschraube
72: Felge/ Fahrzeugfelge
D₁: Außendurchmesser des ersten Sonnenrads
D₂: Außendurchmesser des zweiten Sonnenrads
d₁: Außendurchmesser des ersten Planetenrads
d₂: Außendurchmesser des zweiten Planetenrads

Claims

Fahrzeugantriebseinheit (10), umfassend - einen Elektromotor (16), der einen Stator (18) und einen Rotor (20) aufweist, und - ein Planetengetriebe mit - einer Mehrzahl von Planetenradpaaren (30), die jeweils ein erstes Planetenrad (32) und ein zweites Planetenrad (34) umfassen, die unterschiedliche Durchmesser (d₁; d₂) aufweisen und über eine Planetenradwelle (36) drehfest miteinander verbunden sind, - einem Planetenradträger, an dem die Planetenradwellen (36) drehbar gehalten sind, und - einem mit den ersten Planetenrädern (32) im Eingriff stehenden ersten Sonnenrad (40) und einem mit den zweiten Planetenrädern (34) im Eingriff stehenden zweiten Sonnenrad (42), die unterschiedliche Durchmesser (D₁; D₂) aufweisen, um eine gemeinsame Sonnenraddrehachse drehbar und unabhängig voneinander gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) des Elektromotors (16) den Planetenradträger bildet.
Fahrzeugantriebseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (40) wahlweise in einer ersten Stellung, in der es ortsfest in Bezug auf den Stator (18) angeordnet ist, oder in einer zweiten Stellung, in der es synchron mit dem zweiten Sonnenrad (42) dreht, positionierbar ist.
Fahrzeugantriebseinheit (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Arretierungseinrichtung (66) zum wahlweisen Arretieren des ersten Sonnenrads (40) in der ersten Stellung oder in der zweiten Stellung vorgesehen ist.
Fahrzeugantriebseinheit (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung zum automatischen Betätigen der zumindest einen Arretierungseinrichtung (66) vorgesehen ist.
Fahrzeugantriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad (40) an einer drehbar um die Sonnenraddrehachse gelagerten Zwischenwelle (44) befestigt oder integral mit dieser ausgebildet ist.
Fahrzeugantriebseinheit (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) an der Zwischenwelle (44) gelagert ist.
Fahrzeugantriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sonnenrad (42) an einer drehbar um die Sonnenraddrehachse gelagerten Nabe (48) befestigt oder einteilig mit dieser ausgebildet ist.
Fahrzeugantriebseinheit (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (48) zur drehfesten Aufnahme einer Fahrzeugfelge (72) ausgebildet ist.
Fahrzeugantriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vier oder acht Planetenradpaare (30) vorgesehen sind.
Fahrzeugantriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planetenräder (32) jeweils vierzehn Zähne, die zweiten Planetenräder (34) jeweils dreizehn Zähne, das erste Sonnenrad (40) zweiundneunzig Zähne und das zweite Sonnenrad (42) dreiundneunzig Zähne aufweisen.
Fahrzeugantriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (16) als permanentmagneterregte Synchronmaschine ausgebildet ist.
Fahrzeugantriebseinheit (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (18) vierundzwanzig Wicklungen und der Rotor (20) sechzehn Permanentmagnete aufweist.
Fahrzeugantriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese auf einer als Träger dienenden Hülse (14) positioniert ist, wobei die Hülse (14) zum Aufschieben auf eine Fahrzeugachse (12) ausgebildet ist.
Verwendung einer Fahrzeugantriebseinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche als Flugzeugantriebseinheit zum Bewegen eines Flugzeuges am Boden.
Fahrzeugfelge (72), deren Innenkontur zumindest teilweise an die Außenkontur einer Fahrzeugantriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche formangepasst ist.
Fahrzeugfelge (72) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, das sie derart ausgebildet ist, dass sie den Außenumfang der Fahrzeugantriebseinheit (10) im Wesentlichen vollständig abdeckt.