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Die Erfindung betrifft ein Radantriebsmodul mit einem Rad, einem Getriebe und einer Abstützvorrichtung, mit welcher das Getriebe von einer auf das Rad wirkenden Last entkoppelt ist.
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Im Stand der Technik sind bereits eine Vielzahl von Radantriebsmodulen und Radantriebskonzepten für die verschiedensten Anwendungsgebiete bekannt. Die Radantriebsmodule weisen zumeist ein Rad auf, welches durch weitere Komponenten angetrieben und/oder gelenkt werden soll. Ferner umfassen die Radantriebsmodule zumeist ein Getriebe zum Antrieb des Rades. Problematisch ist dabei, dass Lasten, die über das Rad auf das Radantriebsmodul oder über das Radantriebsmodul auf das Rad wirken, oft über das Getriebe oder einzelne Getriebekomponenten abgestützt werden. Dadurch sind beispielsweise Zahneingriffe von Zahnradpaarungen lastabhängig und es kommt somit zu Schwankungen der durch die Zahnradpaarungen übertragbaren Kräfte und zu variierenden Wirkungsgraden der Zahnradpaarungen. Wird das Radantriebsmodul beispielsweise bei einer Logistikanwendung in einem Transportschlitten verwendet, wird eine Gewichtskraft, welche durch eine Zuladung auf dem Transportschlitten aufgebracht wird, durch das Radantriebsmodul oder die Radantriebsmodule auf den Boden abgeleitet, wobei die Gewichtskraft über das mit dem Boden in Kontakt stehende Rad bzw. über die mit dem Boden in Kontakt stehenden Räder abgestützt wird. Durch die Gewichtskraft auf das Rad oder die durch den Boden auf das Rad aufgebrachte Kraft zur Abstützung der Gewichtskraft wird ein Zahnrad gegenüber einem weiteren Zahnrad des Getriebes verschoben, wodurch der Zahneingriff variiert und lastabhängig ist. Zur lastgerechten Auslegung wird das Getriebe bei den im Stand der Technik bekannten Modulen teils überdimensioniert, um alle bei dem jeweiligen Anwendungsfall auftretenden Kräfte aufnehmen zu können. Soll das Radantriebsmodul kompakt aufgebaut sein und folglich nur einen geringen Platzbedarf aufweisen, ist diese Überdimensionierung sowohl für den Bauraum als auch das Gewicht nachteilig. Insbesondere bei der Verwendung eines derartigen Radantriebsmoduls für Logistikanwendungen, beispielsweise bei Transportschlitten, ist ein geringer Bauraumbedarf bei hoher Belastbarkeit besonders vorteilhaft.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Radantriebsmodul bereitzustellen, dessen das Rad antreibende Getriebe von einer auf das Rad wirkenden Last frei ist und einen günstigen, leichten und bauraumsparenden Aufbau ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Radantriebsmodul umfassend ein Rad, ein Getriebe und eine Abstützvorrichtung vorgeschlagen. Die Abstützvorrichtung dient der Abstützung des Rades an einem Gehäuseteil und der Aufnahme einer auf das Rad wirkenden Last, welche sonst von dem Getriebe aufgenommen werden würde, so dass das Getriebe von der auf das Rad wirkenden Last frei bleibt. Das Getriebe weist einen ersten und einen zweiten Antriebszahnkranz auf, die um eine gemeinsame Rotationsachse drehbar angeordnet sind. Das Rad ist zumindest drehfest an einer Abtriebswelle befestigt sowie durch eine jeweilige Rotation des ersten Antriebszahnkranzes und des zweiten Antriebszahnkranzes lenk- und antreibbar. Zum Antrieb des Rades an der Abtriebswelle werden die Rotationen der Antriebszahnkränze auf die Abtriebswelle übertragen und das Rad mit der Abtriebswelle um eine Radachse rotiert. Bei der Lenkung wird die Abtriebswelle mit dem Rad durch die Rotationen der Antriebszahnkränze um die Rotationsachse der Antriebszahnkränze gedreht bzw. rotiert. Zur Abstützung einer auf das Rad wirkenden Last weist die Abstützvorrichtung einen Innenring auf. Das Rad ist mit der Abtriebswelle an dem Innenring gehalten, wobei diese um die Radachse drehbar an dem Innenring gelagert oder aufgenommen ist. Die auf den Innenring über das Rad und die Abtriebswelle wirkende Last, die sonst auf das Getriebe wirken würde, wird an dem Getriebe bzw. an den Zahnradpaarungen des Getriebes vorbeigeleitet bzw. das Getriebe entlastet, indem der Innenring gegen das Gehäuseteil abgestützt ist. Das Getriebe ist durch die Abstützvorrichtung von einer auf das Rad wirkenden Last entkoppelt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildungsvariante des Radantriebsmoduls sieht vor, dass die mit dem Rad verbundene Abtriebswelle orthogonal zu der Rotationsachse der Antriebszahnkränze verläuft und um eine zu der Abtriebswelle konzentrische bzw. zu der Rotationsachse orthogonale Radachse drehbar ist. An einer von dem Rad abgewandten Seite der Abtriebswelle ist auf der Abtriebswelle ein Abtriebszahnrad zumindest drehfest fixiert, um die jeweilige Rotation der ersten und zweiten Antriebszahnkränze über das Abtriebszahnrad auf die Abtriebswelle und das Rad übertragen zu können. Die Abtriebswelle mit dem Rad ist durch das Abtriebszahnrad von dem ersten und dem zweiten Antriebszahnkranz um die Radachse antreibbar und durch die Rotation um die Rotationsachse der Antriebszahnkränze zugleich lenkbar.
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Rotieren der erste Antriebszahnkranz und der zweite Antriebszahnkranz um ihre gemeinsame Rotationsachse mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen, wird das Abtriebszahnrad um die Radachse rotiert, ohne dass es zu einer Rotation bzw. Drehung des Abtriebszahnrades, der Abtriebswelle oder des Rades um die Rotationsachse der Antriebszahnkränze kommt. Durch die einander entgegengesetzten und betragsmäßig gleichen Rotationen der Antriebszahnkränze wird ein Antrieb des Rades ohne Lenkbewegung umgesetzt.
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Rotieren der erste Antriebszahnkranz und der zweite Antriebszahnkranz um ihre Rotationsachse mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit in eine gleiche Richtung, wird das Abtriebszahnrad nicht um die Radachse und ausschließlich um die Rotationsachse der Antriebszahnkränze rotiert, so dass eine Lenkbewegung des Rades ohne Antrieb des Rades um die Radachse erfolgt.
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Rotieren der erste Antriebszahnkranz und der zweite Antriebszahnkranz um ihre Rotationsachse mit unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit in entgegengesetzte oder gleiche Richtungen um ihre Rotationsachse oder steht ein Antriebszahnkranz still, wird an dem Rad gleichzeitig eine Lenkbewegung um die Rotationsachse der Antriebszahnkränze und ein Antrieb bzw. Vortrieb um die Radachse realisiert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante des Radantriebsmoduls sieht zudem vor, dass der erste Antriebszahnkranz und der zweite Antriebszahnkranz entlang ihrer Rotationsachse voneinander beabstandet sind und zwischen dem ersten Antriebszahnkranz und dem zweiten Antriebszahnkranz ein sich entlang der Rotationsachse erstreckender Aufnahmeraum bestimmt ist. In dem Aufnahmeraum sind vorzugsweise der Innenring und das Rad aufgenommen. Der Innenring ist rohrförmig ausgebildet und bildet einen sich parallel zu der Rotationsachse des ersten und zweiten Antriebszahnkranzes durch den Aufnahmeraum erstreckenden Radaufnahmekanal aus, in welchem vorzugsweise das Rad und ein Abschnitt der Abtriebswelle angeordnet sind.
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Die Abtriebswelle erstreckt sich bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung von dem Radaufnahmekanal des Innenrings radial nach außen durch eine Wandung des Innenrings. Um die Abtriebswelle um die Radachse rotieren zu können, ist die Abtriebswelle zumindest in ihre Radialrichtung, beispielsweise durch eine Gleitlagerbuchse oder eine durch ein oder mehrere Kugellager gebildete Lagerung, an dem Innenring gelagert. Hinzukommt, dass die Abtriebswelle zur Ableitung von Lasten auf den Innenring, die in Richtung der Radachse auf das Rad und die Abtriebswelle wirken, neben einer Radiallagerung auch eine zusätzliche Axiallagerung an dem Innenring aufweisen kann. Die Radiallagerung und die Axiallagerung können beispielsweise durch ein oder mehrere Schrägkugellager miteinander kombiniert sein.
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Zum Antrieb des in dem Innenring angeordneten Rades durch das außerhalb des Innenrings bzw. außerhalb des Radaufnahmekanals des Innenrings angeordneten Abtriebszahnrades sieht eine ebenfalls vorteilhafte Ausbildung des Radantriebsmoduls vor, dass das Rad zumindest abschnittsweise in dem Radaufnahmekanal des Innenrings angeordnet ist und die Abtriebswelle sich von dem Rad und durch die Wandung des Innenrings aus dem Radaufnahmekanal zu dem Abtriebszahnrad erstreckt. Die Wandung kann zur Aufnahme der Abtriebswelle und der gleichzeitigen Beabstandung des Rades von der Wandung des Innenrings eine sich in den Radaufnahmekanal hinein erstreckende Abtriebswellenaufnahme aufweisen, in oder an der die Lagerelemente zur Lagerung der Abtriebswelle und/oder des Rades vorgesehen sein können. Das Rad wird an der Abtriebswelle durch die Abtriebswellenaufnahme vorzugsweise mittig auf der Rotationsachse der Antriebszahnkränze gehalten, so dass ein Berührpunkt bzw. eine Berührfläche des Rades mit dem Boden konzentrisch zu der Rotationsachse der Antriebszahnkränze ist und das Rad bei einer Lenkbewegung auf der Berührfläche um die Rotationsachse gedreht wird.
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Zur Aufnahme des Innenrings an bzw. in den Antriebszahnkränzen und der gleichzeitigen Lagerung der Antriebszahnkränze um ihre gemeinsame Rotationsachse, ist bei einer Ausbildungsalternative des Radantriebsmoduls vorgesehen, dass der erste Antriebszahnkranz durch einen ersten Innenlagerring und der zweite Antriebszahnkranz durch einen zweiten Innenlagerring an dem Innenring gelagert sind. Der erste und der zweite Innenlagering können jeweils aus einem oder mehreren Lagern gebildet sein und ein Radiallager des jeweiligen Antriebszahnkranzes um die Rotationsachse und/oder ein Axiallager des Antriebszahnkranzes entlang der Rotationsachse aufweisen. Der jeweilige Innenlagerring kann auch zumindest teilweise integral durch den Innenring und/oder den jeweiligen Antriebszahnkranz gebildet sein. Beispielsweise kann der erste und/oder zweite Innenlagering durch ein Kugel- bzw. Wälzlager gebildet werden, wobei der Innenring des Kugellagers mit einer Kugellaufspur von dem Innenring des Radantriebsmoduls ausgebildet wird und der Außenring des Kugellagers mit einer Kugellaufspur von dem Zahnkranz ausgebildet wird, wobei in den Kugellaufspuren von einem Käfig gehaltene Wälzkörper bzw. Kugeln laufen.
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Zur Übertragung der Lasten von dem Innenring auf das Gehäuseteil bzw. von dem Gehäuseteil auf den Innenring ist bei einer alternativen Ausbildung ferner vorgesehen, dass die Abstützvorrichtung einen Außenring aufweist, der in Radialrichtung der Rotationsachse außerhalb des Innenrings angeordnet ist und diesen ringförmig umläuft. Der Innenring ist durch einen Außenlagerring gegen bzw. an dem Außenring abgestützt. Die Lagerung des Innenrings am Außenring durch den Außenlagerring kann wiederum aus einem oder mehreren Lagern gebildet sein und ein Radiallager um die Rotationsachse und/oder ein Axiallager entlang der Rotationsachse aufweisen. Der Außenlagerring kann ebenfalls zumindest teilweise integral durch den Innenring und den Außenring gebildet sein. Vorzugsweise wird durch den Außenlagerring sowohl eine in Richtung der Rotationsachse als auch eine orthogonal zu der Rotationsachse auf das Rad aufgebrachte Last abgestützt, indem der Außenlagerring, beispielsweise durch ein Schrägkugellager, sowohl eine radiale als auch eine axiale Lagerung bzw. Kraftaufnahme ermöglicht, wobei das Rad durch die axiale Lagerung zumindest gegen eine von einem Boden auf das Rad wirkende Last abgestützt ist.
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Der Innenring bildet zur Lagerung an dem Außenring vorzugsweise einen die Rotationsachse umlaufenden und sich in Radialrichtung der Rotationsachse nach außen erstreckenden Lagervorsprung aus, der sich in Radialrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebszahnkranz hindurch erstreckt. Der Außenlagerring ist an dem Lagervorsprung aufgenommen oder wird zum Teil von ihm ausgebildet.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass sich die Abtriebswelle auf Höhe des Lagervorsprungs durch die Wandung des Innenrings erstreckt und das Abtriebszahnrad abschnittsweise in dem Lagervorsprung angeordnet ist. Zur Aufnahme des Abtriebszahnrades in dem Lagervorsprung ist in diesem eine den Lagervorsprung orthogonal zu der Radachse durchlaufende Durchgangsöffnung ausgebildet, in welcher das Abtriebszahnrad angeordnet ist. Die Durchgangsöffnung erstreckt sich in die Radialrichtung des Abtriebszahnrades orthogonal zu der Radachse aus dem Lagervorsprung heraus zu dem ersten und zweiten Antriebszahnkranz hin, wobei das Abtriebszahnrad in der Durchgangsöffnung aufgenommen ist.
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Die Antriebszahnkränze, die Innenlagerringe, der Außenlagerring und der Innenring sind konzentrisch zueinander in einem durch den Außenring bestimmten und in Radialrichtung von dem Außenring umgebenen Aufnahmeraum des Außenrings angeordnet. Durch die konzentrische Anordnung sind die Komponenten um die Rotationsachse der Antriebszahnkränze in Abhängigkeit der Rotationen der Antriebszahnkränze drehbar an dem Außenring gelagert, welcher vorzugsweise relativ zu den Komponenten ortsfest oder zumindest drehfest ist. Weitere Komponenten des Radantriebs, wie beispielsweise ein erster und ein zweiter Antriebsmotor, sind vorzugsweise bezüglich des Außenrings ortsfest.
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Eine vorteilhafte Variante des Radantriebsmoduls sieht vor, dass der Außenring an dem Gehäuseteil fixiert oder zumindest in eine Richtung parallel zu der Rotationsachse der Antriebszahnkränze und in Radialrichtung der Rotationsachse an dem Gehäuseteil abgestützt ist.
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Alternativ sieht eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform vor, dass der Außenring das Gehäuseteil bildet.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung eines Radantriebsmoduls aus einer Seitenansicht;
- 2 eine perspektivische Darstellung eines Radantriebsmoduls ohne Abstützvorrichtung.
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2 dient der Erläuterung des Funktionsprinzips des Radantriebsmoduls 1 und soll die Verständlichkeit der in 1 dargestellten Schnittansicht erhöhen, weshalb nachfolgend zunächst die Ansicht in 2 beschrieben ist.
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In 2 ist das Radantriebsmodul 1 zusammen mit seinen Antriebsmotoren 11, 21 dargestellt, welche den ersten und den zweiten Antriebszahnkranz 15, 25 antreiben. Der erste Antriebsmotor 11 ist entgegengesetzt zu dem zweiten Antriebsmotor 21 angeordnet, wobei die Antriebsmotoren 11, 21 jeweils noch ein eigenes Motorgetriebe umfassen können. Über jeweils eine Motorwelle 12, 22 sind die Antriebsmotoren 11, 21 mit jeweils einem Ritzel 13, 23 verbunden.
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Das erste Ritzel 13 greift mit seiner Verzahnung in eine Verzahnung eines ersten Zwischenrades 14 ein, welches mit seiner Verzahnung in eine Antriebsverzahnung des ersten Antriebszahnkranzes 15 eingreift, so dass durch eine Rotation des ersten Ritzels 13 der erste Antriebszahnkranz 15 von dem ersten Antriebsmotor 11 antreibbar und um die Rotationsachse R rotierbar ist.
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Analog gilt das gleiche für den zweiten Antriebszahnkranz 25. Das zweite Ritzel 23 greift mit seiner Verzahnung in eine Verzahnung eines zweiten Zwischenrades 24 ein, welches mit seiner Verzahnung in eine Antriebsverzahnung des zweiten Antriebszahnkranzes 25 eingreift, womit durch eine Rotation des zweiten Ritzels 23 der zweite Antriebszahnkranz 25 von dem zweiten Antriebsmotor 21 antreibbar und um die Rotationsachse R rotierbar ist.
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Zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebszahnkranz 15, 25 ist ein Abtriebszahnrad 32 angeordnet, welches mit seiner Verzahnung sowohl in eine zu dem Abtriebszahnrad 32 weisende Verzahnung des ersten Antriebszahnkranzes 15 als auch in eine zu dem Abtriebszahnrad 32 weisende Verzahnung des zweiten Antriebszahnkranzes 25 eingreift. Die Rotation des Abtriebszahnrades 32 (dritte Rotation) ist folglich sowohl von der Rotation des ersten Antriebszahnkranzes 15 (erste Rotation) als auch von der Rotation des zweiten Antriebszahnkranzes 25 (zweite Rotation) bestimmt.
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Von dem Abtriebszahnrad 32 erstreckt sich eine mit dem Abtriebszahnrad 32 drehfest verbundene Abtriebswelle 31 entlang einer Radachse A in Richtung der Rotationsachse R der Antriebszahnkränze 15, 25. An einer von dem Abtriebszahnrad 32 entlang der Radachse A beabstandeten Seite ist das Rad 30 drehfest mit der Abtriebswelle 31 verbunden, wodurch eine Rotation (dritte Rotation) des Abtriebszahnrades 32 über die Abtriebswelle 31 auf das Rad 30 übertragen wird. Das Rad 30 ist wie dargestellt abschnittsweise zwischen dem ersten Antriebszahnkranz 15 und dem zweiten Antriebszahnkranz 25 aufgenommen, welche entlang ihrer Rotationsachse R beabstandet sind und zwischen sich einen Aufnahmeraum 20 aufspannen. Beide Antriebszahnkränze 15, 25 weisen eine sich entlang der Rotationsachse R durch den jeweiligen Antriebszahnkranz 15, 25 erstreckende Kranzöffnung auf. Das Rad 30 erstreckt sich zumindest auf seiner dem Boden B zugewandten Seite durch die jeweilige Kranzöffnung, womit das Rad 30 im Wesentlichen fünf Abschnitte aufweist. Ein erster Abschnitt, mit welchen das Rad 30 zwischen den Antriebszahnkränzen angeordnet ist, zwei zweite Abschnitte, mit welchen das Rad 30 in den Kranzöffnungen der Antriebszahnkränze 15, 25 angeordnet ist, und zwei dritte Abschnitte, mit welchen das Rad 30 entlang der Rotationsachse R außerhalb der Antriebszahnkränze 15, 25 liegt.
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Das in 1 dargestellte Radantriebsmodul 1 ist in einem entlang der Rotationsachse R geschnittenen Teilschnitt abgebildet, wobei das Rad 30 die Abtriebswelle 31 und das Abtriebszahnrad 32 zwar schematisch jedoch ungeschnitten dargestellt sind. Die Abtriebswelle 31 mit dem Abtriebszahnrad 32 und dem Rad 30 werden an einem Innenring 33 gehalten, welcher zur Lagerung der Abtriebswelle 31 ein nicht dargestelltes Radiallager und ein nicht dargestelltes Axiallager aufweist, welche jedoch auch durch eine Gleitlagerbuchse gebildet sein können. Die Abtriebswelle 31 stützt eine über den Boden B auf das Rad 30 und von dem Rad 30 auf die Abtriebswelle 31 wirkende Last, beispielsweise die Kraft K, entlang der Rotationsachse R durch das Radiallager an dem Innenring 33 und eine orthogonal zu der Rotationsachse R an dem Rad 30 anliegende Last über das Axiallager an dem Innenring 33 ab.
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Der Innenring 33 ist rohrförmig ausgebildet, wobei sich eine Wandung parallel zu der Rotationsachse R durch den Aufnahmeraum 20 erstreckt und einen Radaufnahmekanal, in welchem das Rad 30 angeordnet ist, ringförmig umschließt. Ferner stützt sich der Innenring 33 über einen Außenlagerring 34', der insbesondere als ein Radialkräfte und Axialkräfte aufnehmendes Wälzlager ausgeführt sein kann, an einem Außenring 34 ab. An dem Innenring 33 sind zudem der erste Antriebszahnkranz 15 und der zweite Antriebszahnkranz 25 jeweils über einen Innenlagerring 15', 25' gelagert, um die Antriebszahnkränze 15, 25 an und um dem Innenring 33 rotierbar aufzunehmen, wobei die Antriebszahnkränze 15, 25 und der Innenring 33 konzentrisch um ihre gemeinsame Rotationsachse R angeordnet sind.
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Der Außenlagerring 34' ist an einem Lagervorsprung 33' des Innenrings 33 aufgenommen, welcher die Wandung des Innenrings 33, die sich rohrförmig entlang der Rotationsachse R erstreckt, in Umfangsrichtung um die Rotationsachse R umläuft. Die Radachse A, um welche die Abtriebswelle 31 mit dem Rad 30 und dem Abtriebszahnrad 32 rotierbar ist, ist zu dem Lagervorsprung 33' symmetrisch angeordnet, wodurch sich die Abtriebswelle 31 von dem Rad 30 aus dem Radaufnahmekanal durch die Wandung des Innenrings 33 in den Lagervorsprung 33' hinein erstreckt. Der Lagervorsprung 33' weist an bzw. um die Abtriebswelle 31 eine Durchgangsöffnung 32' auf, in welcher das Abtriebsrad 32 angeordnet ist. Wird das Radantriebsmodul 1 an seinem Außenring 34 beispielsweise durch eine Gewichtskraft G belastet, wird diese von dem Außenring 34, welcher auch ein Teil eines das Radantriebsmodul 1 aufnehmenden Gehäuseteils sein kann, über den Außenlagerring 34' auf den Innenring 33 übertragen. Durch die Gewichtskraft G wird die Position des Abtriebszahnrades 32 gegenüber dem ersten oder zweiten Antriebszahnkranzes 15, 25 nicht variiert und eine Belastung des Abtriebszahnrades 32 bzw. der Antriebszahnkränze 15, 25 nicht verändert. Insbesondere der Zahneingriff der Antriebszahnkränze 15, 25 ist unabhängig von der Belastung des Radantriebsmoduls 1 durch die Gewichtskraft G. Diese wird von dem Innenring 33 auf die Abtriebswelle 31 und von dieser auf das Rad 30 übertragen, welches die Gewichtskraft G gegen den Boden B durch eine entgegen gerichtete Kraft K abstützt.
