DE102017220945A1

DE102017220945A1 - Einheit, bestehend aus einem Getriebe und einer Bremse, und elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug mit einer solchen Einheit

Info

Publication number: DE102017220945A1
Application number: DE102017220945.3A
Authority: DE
Inventors: Olivier Frament; Tim Fiß; Philipp Freiheit; Jens Hoffmann; Uwe Bach; Ulrike Meyer; Martin Gädke; Adrian Messner; Holger von Hayn
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2019-05-23
Also published as: WO2019101565A1

Abstract

Die Antriebsmomente eines Elektromotors (1) werden über ein Riemengetriebe (5), das in einem Gehäuse (6) mit einer auf die Ausgangsnabe (8) des Riemengetriebes (5) einwirkenden vorzugsweise elektrischen Bremse (3) auf ein Fahrzeugrad übertragen.
Die Bremse (3), besteht aus einer Bremsscheibe (15), die mit der Ausgangsnabe (8) gekoppelt ist, und einer koaxial dazu angeordneten Magnetspule (16), die auch der Bestätigung einer zusätzlichen Trommelbremse dient.
Die Ausgangsnabe (8) besitzt eine zentrale Aufnahme für eine Gelenkwelle (4), mit der die vom Riemengetriebe (5) untersetzten Kräfte auf ein Fahrzeugrad (24) übertragen werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einheit, bestehend aus einem Getriebe und einer Bremse insbesondere für einen Elektromotor zum Antrieb eines Fahrzeugrades, wobei eine Ausgangsnabe des Getriebes mit einem Fahrzeugrad koppelbar ist, um die Drehung der Ausgangsnabe auf das Fahrzeugrad zu übertragen, und wobei die Bremse an der Ausgangsseite des Getriebes angeordnet ist und auf die Ausgangsnabe einwirkt.
Eine solche Einheit, kombiniert mit einem Elektromotor, ist in der DE 22 31 207 C2 offenbart. Das Getriebe dieser Einheit ist ein Planetenradgetriebe, das über eine Kupplung mit dem Elektromotor gekoppelt ist. Die Bremse ist von einer Vollscheibenbauart. Das Dokument schlägt weiterhin vor, solche Antriebseinheiten zum Antrieb einzelner Räder eines Fahrzeuges zu nutzen. Da ein Elektromotor nicht dynamisch genug auf Änderungen des am Fahrzeugrad wirksamen Drehmomentes reagieren kann, ist zwischen dem Planetenradgetriebe und dem Elektromotor noch eine Kupplung vorgesehen.
Gemäß der DE 10 2010 060 703 A1 ist schon der Vorschlag unterbreitet worden, anstelle eines unelastischen Planetenradgetriebes ein Riemengetriebe vorzusehen, wobei Änderungen des wirksamen Drehmomentes teilweise durch die Elastizität der Riemen aufgenommen werden.
Die Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, eine Einheit, bestehend aus einem Getriebe und einer Bremse, wie sie in der DE 22 31 207 C2 gezeigt ist, so auszugestalten, dass sie besser an die Einsatzbedingungen beim elektromotorischen Antrieb eines Fahrzeugrades angepasst ist.
Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung vor, dass es sich bei dem Getriebe um ein Riemengetriebe handelt, bei dem ein Riemen um eine mit einem Elektromotor koppelbare Eingangsnabe und um die Ausgangsnabe geschlungen ist und dass eine Bremsscheibe und/oder eine Bremstrommel mit der Ausgangsnabe drehfest gekoppelt ist.
Bei einer solchen Anordnung werden die unmittelbar auf die Ausgangsnabe einwirkenden Bremskräfte, die ggf. noch einem Antriebsmoment des Elektromotors entgegenwirken, durch das elastische Verhalten des Riemengetriebes ausgeglichen.
Vorzugsweise sind das Getriebe und die Bremse in einem Gehäuse angeordnet, wobei die auf die Bremsscheibe bzw. auf die Bremstrommel einwirkenden Betätigungseinrichtungen der Bremse auf einer der Ausgangsnabe gegenüberliegenden inneren Montagefläche des Gehäuses befestigt sind.
Um zu einer kompakten Baueinheit zu gelangen, ist der Durchmesser der Bremsscheibe oder der der Bremstrommel nicht größer als der Durchmesser der Ausgangsnabe.
Um die Bremse vor Staubbelastungen zu schützen, sieht die Erfindung vor, dass das Gehäuse einen hülsenförmigen Abschnitt aufweist, der sich von der Montagefläche zur Ausgangsnabe erstreckt und dort eine zentrale Aufnahme für eine Gelenkwelle umschließt, die die Ausgangsnabe mit einem Fahrzeugrad verbindet. Dabei sind die Betätigungseinrichtungen der Bremse um den hülsenförmigen Abschnitt herum angeordnet.
Um ein Rutschen des Riemens auf den Naben zu verhindern, ist vorgesehen, dass der Riemen an seinen gegenüberliegenden Trume von je einer Spannrolle nach innen gedrückt ist, wobei jede Spannrolle an dem einen Ende eines Doppelhebels gelagert ist, während die jeweils anderen Enden über eine Stange miteinander verbunden sind.
Durch die Kopplung der Spannrollen wird, wenn der eine Trum gestreckt und die zugehörige Spannrolle nach außen gedrückt wird, die andere Spannrolle nach innen gedrückt, wodurch der andere Trum stärker gebogen wird.
Bei der Bremse kann es sich um eine Trommelbremse handeln, wozu die Ausgangsnabe mit einem hülsenförmigen Fortsatz versehen ist, an deren Innenseite die Bremstrommel ausgebildet ist. Die beiden Bremsbacken der Trommelbremse sind auf der Montagefläche gelagert und können von einem hydraulischen oder elektrischen Aktuator in bekannter Weise gegen die Bremstrommel gedrückt werden.
Eine andere Ausführung der Bremse besteht aus einer Bremsscheibe, die flächig auf einer Stirnseite der Ausgangsnabe befestigt ist. Der Bremsscheibe gegenüber liegt eine Magnetspule, die den hülsenförmigen Abschnitt umschließt. Die Magnetspule ist dabei drehfest in dem Gehäuse gehalten, so dass sie bei Strombeaufschlagung gegen die Bremsscheibe gezogen wird. Die dadurch zwischen der Bremsscheibe und der Magnetspule auftretenden Reibkräfte werden über die Montagefläche in das Gehäuse geleitet.
Bei den bisher dargestellten Ausführungen der Bremse war dies entweder eine Trommelbremse oder eine Scheibenbremse, die elektromagnetisch betätigt wird.
Die Erfindung sieht weiterhin eine Kombination einer Trommelbremse mit einer Scheibenbremse vor, wobei die Scheibenbremse gleichzeitig als Betätigung für die Trommelbremse wirkt. Die Erfindung sieht daher vor, dass die Bremse zusätzlich zu der Trommelbremse aus einer Bremsscheibe besteht, die flächig auf einer Stirnseite der Ausgangsnabe befestigt ist, wobei der Bremsscheibe gegenüber eine Magnetspule angeordnet ist, die den hülsenförmigen Abschnitt umschließt und dass die Magnetspule zur Betätigung der Bremsbacken an deren Druckköpfen abgestützt ist.
Bei einer üblichen Trommelbremse stützen sich an den Druckköpfen der Bremsbacken der Stößel eines Hydraulikzylinders oder der eines Linearmotors ab, bei deren Betätigung die Bremsbacken nach außen gegen die Bremstrommel gedrückt werden.
Gemäß der Erfindung ist die Magnetspule so ausgestaltet, dass sie sich in Umfangsrichtung an den Druckköpfen abstützt. Sie wird aufgrund einer Bestromung an die Bremsscheibe herangezogen und tritt damit in eine Reibverbindung mit der Bremsscheibe. Die Reibkräfte erzeugen ein Drehmoment, das auf die Druckköpfe der Bremsbacken übertragen wird, was zu einer Betätigung der Trommelbremse führt. Auf diese Weise wird die Reibfläche vergrößert. Sie besteht nun einerseits aus der der Bremsscheibe und andererseits aus der der Bremstrommel.
Eine einfache Ausführung der Bremse erhält man, wenn die Trommelbremse als Duplexbremse ausgeführt wird, wobei die Magnetspule Nasen aufweist, die an diametral gegenüberliegenden Druckköpfen der Bremsbacken abgestützt sind.
Wie oben schon erläutert, wird die Einheit vorzugsweise mit einem Elektromotor gekoppelt, der an einer Außenfläche des Gehäuses befestigt wird, wobei die Ausgangswelle des Elektromotors von der Eingangsnabe aufgenommen wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit auch eine Antriebseinheit von einer Kombination eines Elektromotors mit der oben beschriebenen Einheit aus einem Riemengetriebe und einer Bremse.
Wie ebenfalls vorher schon beschrieben, dienen solche Antriebseinheiten zum Antrieb eines Fahrzeugrades. Jedes Fahrzeugrad wird vorzugsweise mit einer Antriebseinheit versehen, wobei diese vorzugsweise so angeordnet ist, dass der Elektromotor in einem Winkelbereich oberhalb der Achse der Ausgangsnabe liegt.
Im Folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert. Dazu zeigt die

1 eine Antriebseinheit nach dem Stand der Technik,
2 eine perspektivische Sicht auf die Antriebsseite eines Riemengetriebes einer Einheit gemäß der Erfindung,
3 eine teilgeschnittene Darstellung der Bremse in einer Einheit gemäß der Erfindung aus Sicht der Vorderseite der Ausgangsnabe,
3a eine Bremsscheibe der elektromagnetischen Bremse gemäß 3,
3b eine Magnetspule der elektromagnetischen Bremse gemäß 3,
4 eine teilgeschnittene Darstellung der Bremse gemäß 3 in einer Einheit gemäß der Erfindung aus der Rückseite der Ausgangsnabe und
5 die typische Anordnung einer Antriebseinheit zum Antrieb eines Fahrzeugrades in einem Fahrzeug.

Zunächst wird auf die 1 Bezug genommen. Demnach besteht die Antriebseinheit aus einem Elektromotor 1, einem Getriebe 2, einer Bremse 3 und einer Gelenkwelle 4, die mit einem hier nicht dargestellten Fahrzeugrad gekoppelt wird. In dieser Darstellung sind die genannten Elemente auf einer Achse linear hintereinander angeordnet, wobei sie in der Fahrzeugkarosserie den Raum unmittelbar hinter den Rädern einnehmen, was möglicherweise zu Raumausnutzungsproblemen führt.
Bei der gezeigten linearen Anordnung kann das Getriebe 2 letztendlich nur ein Planetenradgetriebe sein, das daher zwangsweise mit einer Rutschkupplung versehen sein muss, um Lastwechsel im Antriebsstrang auffangen zu können.
Die Erfindung sieht daher ein Riemengetriebe 5 vor, dessen Aufbau der 2 entnommen werden kann. Dieses zeigt die Gehäuseschale eines Gehäuses 6, die von einem hier nicht gezeigten Deckel verschließbar ist. In dem Gehäuse 6 sind nebeneinander und axial versetzt eine Eingangsnabe 7 und eine Ausgangsnabe 8 angeordnet, um die ein Riemen 9 geschlungen ist.
An den Außenseiten der Trume des Riemens liegt je eine Spannrolle 10 an. Jede der Spannrollen 10 ist am Ende eines Doppelhebels 11 gelagert, deren andere Enden über eine Stange 12 miteinander verbunden sind. Spannt sich z. B. der eine Trum, weil das Drehmoment des an der Eingangsnabe 7 angedockten Elektromotors nicht sofort auf die Räder übertragen werden kann, so wird die zugehörige Spannrolle nach außen gedrückt. Durch die Hebelanordnung wandert die andere Spannrolle nach innen. Die Streckung des einen Trums wird daher durch eine stärkere Beugung des anderen Trums ausgeglichen.
Anstelle der Doppelhebelanordnung können funktionsgleiche Kopplungen der beiden Spannrollen 10 vorgesehen werden.
Die Bremse ist vorzugsweise eine elektrische Bremse. Eine Möglichkeit besteht gemäß 3 darin, eine elektromagnetische Bremse vorzusehen, die aus einer Bremsscheibe aus ferromagnetischem Material und einer Magnetspule besteht.
Wie aus der 3 hervorgeht, ist eine Bremsscheibe 15 (Detaildarstellung in 3a) auf der Abtriebsseite der Ausgangsnabe 8 befestigt und eine Magnetspule 16 (Detaildarstellung in 3b) auf einem hülsenförmigen Abschnitt 17 des Gehäuses 6 verschiebbar gelagert. Der hülsenförmige Abschnitt 17 geht von einer Montagefläche 18 an der Innenseite des Gehäuses 6 aus, die zur Ausgangsnabe 8 weist und die bis zum Zentrum der Ausgangsnabe 8 reicht.
Diese Anordnung des hülsenförmigen Abschnittes 17 ist auch in der teilgeschnittenen Darstellung der 4 zu erkennen.
Die Bremsscheibe 15 ist an einer Rückenplatte 19 befestigt, die die Ausgangsnabe 8 so verstärkt, dass die Bremskräfte übertragen werden können. Die Magnetspule 16 verläuft um den hülsenförmigen Abschnitt 17 des Gehäuses, wobei sie in axialer Richtung bewegbar ist. Um die Bremskräfte abstützen zu können, befinden sich an der Rückseite der Magnetspule Nasen 20, die z. B. in entsprechende Vertiefungen in der Montagefläche 18 eingreifen, so dass die Magnetspule drehfest gegenüber dem Gehäuse 6 gelagert ist. Weiter unten wird eine Abstützung der Nasen an den Bremsbacken einer Trommelbremse beschrieben.
Die 4 zeigt eine Ausführung der Bremse 3 als Trommelbremse. Dazu besitzt die Ausgangsnabe 8 an ihrem Rand eine sich in axialer Richtung erstreckende hülsenförmige Verlängerung 21, an deren Innenseite die Bremstrommel 22 ausgebildet ist. Auf der schon erwähnten Montagefläche 18 sind - wie bei einer Trommelbremse üblich - zwei Bremsbacken 23 gelagert, die durch einen Aktuator, vorzugsweise einen elektrischen Aktuator, nach außen gegen die Brems-trommel 22 gedrückt werden können.
Aus der 4 geht auch eine Kombination einer Trommelbremse mit einer Scheibenbremse hervor.
Die Bremsscheibe ist - wie aus der 3 ersichtlich - an der Rückseite der Ausgangsnabe mit Bolzen befestigt. Vor ihr liegt die Magnetspule 16, die in axialer Richtung auf dem hülsenförmigen Abschnitt 17 bewegbar ist. Bei einer Strombeaufschlagung wird eine Magnetspule 16 an die Bremsscheibe 15 herangezogen, so dass die Magnetspule 16 in eine Reibverbindung mit der Bremsscheibe 15 eintritt. Dazu ist die der Bremsscheibe zugewandte Stirnfläche der Magnetspule 16 mit einem Reibbelag versehen. Durch den Reibschluss wird die Magnetspule 16 mitgenommen. Diese Drehbewegung kann zur Betätigung der Trommelbremse genutzt werden. Dazu besitzt - wie die 3b zeigt - die Magnetspule auf der von der Reibseite abgewandten Seite Nasen 20, die nicht - wie oben beschrieben - in die Gehäusewand eingreifen, sondern an den diametral gegenüberliegenden Druckköpfen der Bremsbacken 23 angelegt sind. Die Trommelbremse ist dazu als Duplexbremse ausgeführt, d. h. dass das jeweils eine Ende einer Bremsbacke drehbar an der Montagefläche 18 gelagert bzw. an Widerlagern abgestützt ist, während das jeweils andere Ende als Druckkopf wirkt, auf den eine Betätigungskraft ausgeübt wird. Bei einer Duplexbremse liegen Druckköpfe der beiden Bremsbacken diametral gegenüber, so dass beide Bremsbacken im Trommeldrehsinn gegen die Bremstrommel gedrückt werden.
Die Strombeaufschlagung führt somit zunächst zu einer Betätigung der Scheibenbremse und infolge zu einer Betätigung der Trommelbremse. Die dadurch erzielte Vergrößerung der Reibfläche erlaubt es, den Durchmesser der Bremsscheibe und der Bremstrommel klein zu halten, so dass sie nicht größer sein müssen, als der Durchmesser der Ausgangsnabe.
Die 5 zeigt abschließend die Ordnung einer Antriebseinheit an der Felge eines Fahrzeugrades 24. Dabei befinden sich die Ausgangsradnabe 8 und damit die Bremse 3 der erfindungsgemäßen Einheit auf Höhe der Radachse. Die Eingangsradnabe 7 des Riemengetriebes 5 und ein axial damit gekoppelter Elektromotor 25, der an der Außenfläche des Gehäuses 6 befestigt ist, wobei die Eingangsnabe 7 auf die Ausgangswelle des Elektromotors 25 aufgesteckt ist, befinden sich oberhalb der Radachse. Die Antriebseinheit ist an der im Hintergrund der 5 schematisch angedeuteten Karosserie 26 befestigt. Jedenfalls nimmt der Motor nicht - wie in der Ausführung nach 1 - den Raum unmittelbar hinter der Radachse ein, vielmehr kann er je nach den Raumbedürfnissen von anderen Aggregaten des Fahrzeuges in eine geeignete Position versetzt zur Radachse angeordnet werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Getriebe
3: Bremse
4: Gelenkwelle
5: Riemengetriebe
6: Gehäuse
7: Eingangsnabe
8: Ausgangsnabe
9: Riemen
10: Spannrollen
11: Doppelhebel
12: Stange
15: Bremsscheibe
16: Magnetspule
17: hülsenförmiger Abschnitt
18: Montagefläche
19: Rückenplatte
20: Nasen
21: Verlängerungen
22: Bremstrommel
23: Bremsbacken
24: Fahrzeugrad
25: Elektromotor
26: Karosserie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2231207 C2 [0002, 0004]
DE 102010060703 A1 [0003]

Claims

Einheit bestehend aus einem Getriebe (2) und einer Bremse (3) insbesondere für einen Elektromotor (1) zum Antrieb eines Fahrzeugrades (24), wobei eine Ausgangsnabe (8) des Getriebes (2) mit einem Fahrzeugrad (24) koppelbar ist, um die Drehung der Ausgangsnabe (8) auf das Fahrzeugrad (24) zu übertragen, und wobei die Bremse (3) an der Ausgangseite des Getriebes (2) angeordnet ist und auf die Ausgangsnabe (8) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Getriebe (2) um ein Riemengetriebe (5) handelt, bei dem ein Riemen (9) um eine mit einem Elektromotor (1) koppelbare Eingangsnabe (7) und um die Ausgangs-nabe (8) geschlungen ist, und dass eine Bremsscheibe (15) und/oder eine Bremstrommel (22) mit der Ausgangsnabe (8) drehfest gekoppelt ist.
Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2) und die Bremse (3) in einem Gehäuse (6) angeordnet sind, wobei die auf die Bremsscheibe (15) oder die Bremstrommel (22) ein-wirkenden Betätigungseinrichtungen der Bremse (3) auf einer der Ausgangsnabe (8) gegenüberliegenden inneren Montagefläche (18) des Gehäuses (6) befestigt sind.
Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Bremsscheibe (15) oder der der Bremstrommel (22) nicht größer ist als der Durchmesser der Ausgangsnabe (8) .
Einheit nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) einen hülsenförmigen Abschnitt (17) aufweist, der sich von der Montagefläche (18) zur Ausgangsnabe (8) erstreckt und dort eine zentrale Aufnahme für eine Gelenkwelle (4) umschließt, wobei die Betätigungseinrichtungen der Bremse (3) um den hülsenförmigen Abschnitt (17) herum angeordnet sind.
Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (9) an seinen gegenüberliegenden Trume von je einer Spannrolle (10) nach innen gedrückt ist, wobei jede Spannrolle (10) an dem einen Ende eines Doppelhebels (11) gelagert ist, während die jeweils anderen Enden über eine Stange (12) miteinander verbunden sind.
Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Bremse (3) um eine Trommel-bremse handelt, wozu die Ausgangsnabe (8) mit einem hülsenförmigen Fortsatz versehen ist, an deren Innenseite die Bremstrommel (22) ausgebildet ist.
Einheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bremsbacken (23) der Trommelbremse (22) an der Montagefläche (18) gelagert sind, wo sich auch ein hydraulischer oder elektrischer Aktuator zur Betätigung der Trommelbremse (22) befindet.
Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (3) aus einer Bremsscheibe (15) besteht, die flächig auf einer Stirnseite der Ausgangsnabe (8) befestigt ist, wobei der Bremsscheibe (15) gegenüber eine Magnetspule (16) angeordnet ist, die den hülsenförmigen Abschnitt (17) umschließt und drehfest in dem Gehäuse (6) gehalten ist.
Einheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (3) zusätzlich zu der Trommelbremse (22) aus einer Bremsscheibe (15) besteht, die flächig auf einer Stirnseite der Ausgangsnabe (8) befestigt ist, wobei der Bremsscheibe (15) gegenüber eine Magnetspule (16) angeordnet ist, die den hülsenförmigen Abschnitt (17) umschließt, und dass die Magnetspule (16) zur Betätigung der Bremsbacken (23) an deren Druckköpfen abgestützt ist.
Einheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommelbremse (22) als Duplexbremse ausgeführt wird, wobei die Magnetspule (16) Nasen aufweist, die an diametral gegenüberliegenden Druckköpfen der Bremsbacken (23) abgestützt sind.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Elektromotor (1) zu einer Antriebseinheit zusammengesetzt ist, der an einer Außenfläche des Gehäuses befestigt wird, wobei die Ausgangswelle des Elektromotors (1) von der Eingangsnabe (7) aufgenommen wird.
Fahrzeug mit einer Einheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) in einem Winkelbereich oberhalb der Achse der Ausgangsnabe (8) liegt.