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Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für Räder einer Fahrzeugachse gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Fahrzeugachse mit einer solchen elektrischen Antriebsvorrichtung.
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Aus der
DE 10 2011 005 625 A1 ist eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Verbundlenkerachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug bekannt. Die Antriebsvorrichtung umfasst eine elektrische Maschine und ein in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine geschaltetes Getriebe.
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Für den Fall, dass die Räder beider Fahrzeugseiten jeweils über eine vorbeschriebene Antriebsvorrichtung angetrieben werden, sind die von den elektrischen Maschinen zur Verfügung gestellten Drehmomente über eine entsprechende elektrische Steuerung bzw. ein sogenanntes elektrisches Differential einzustellen. Dabei wird vorliegend unter einem elektronischen Differenzial eine elektrische Kopplung von Leistungselektroniken von elektrischen Maschinen verstanden, über die die jeweils von den elektrischen Maschinen zur Verfügung gestellten Drehmomente aufeinander abgestimmt werden. Der Betrieb eines solchen elektrischen Differenzials ist jedoch durch einen hohen Steuer- und Regelaufwand gekennzeichnet.
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Des Weiteren sind aus der Praxis sogenannte mechanische Direkttriebachsen bekannt, die einen in einer Fahrzeugmitte angeordneten Zentralmotor umfassen. Dieser elektrische Zentralmotor wird üblicherweise chassisseitig angeordnet und treibt die Fahrzeugachse über eine Gelenkwelle an.
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Derartige mechanische Direkttriebachsen sind insbesondere im Bereich zwischen den fahrzeugaußenseitig angeordneten Rädern durch einen hohen Bauraumbedarf gekennzeichnet. Ein Fußboden oder eine Ladefläche eines mit einer solchen mechanischen Direkttriebachse ausgeführten Fahrzeugs ist daher in Bezug auf eine Radaufstandsfläche hoch bzw. mit großem vertikalen Abstand zur Radaufstandsfläche anzuordnen, was jedoch unerwünscht ist.
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Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine mit geringem Steuer- und Regelaufwand betreibbare elektrische Antriebsvorrichtung zu schaffen. Zusätzlich soll eine bauraumgünstige Fahrzeugachse mit einer solchen elektrischen Antriebsvorrichtung angegeben werden.
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Eine Lösung dieser Aufgabe erfolgt ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruches 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen. Eine Fahrzeugachse ist zudem Gegenstand des weiteren unabhängigen Patentanspruches. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird eine elektrische Antriebsvorrichtung für Räder einer Fahrzeugachse mit wenigstens einer elektrischen Maschine vorgeschlagen. Die wenigstens eine elektrische Maschine steht über eine Getriebeeinrichtung mit Antriebswellen in Verbindung, die jeweils mit wenigstens einem der Räder der Fahrzeugachse koppelbar sind.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass wenigstens zwei elektrische Maschinen vorgesehen sind, deren Ausgangswellen jeweils mit einer Welle eines Summiergetriebes der Getriebeeinrichtung in Wirkverbindung stehen. Das Summiergetriebe ist über eine weitere Welle mit einer Welle eines Leistungsverzweigungsgetriebes der Getriebeeinrichtung verbunden. Das Leistungsverzweigungsgetriebe ist jeweils über eine weitere Welle mit einer der Antriebswellen wirkverbunden.
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Mit anderen Worten sind die beiden elektrischen Maschinen über das Summiergetriebe mechanisch miteinander gekoppelt und dadurch einfacher steuer- und regelbar als über ein elektronisches Differenzial.
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Der Einsatz des Summiergetriebes ermöglicht es, die von den beiden elektrischen Maschinen jeweils abgegebene Leistung unabhängig von der Drehzahl der Antriebswellen bzw. der damit wirkverbundenen Räder einer Fahrzeugachse einzustellen. Dadurch sind die elektrischen Maschinen jeweils in Abhängigkeit ihrer aktuell vorliegenden Betriebstemperatur sowie ihres Wirkungsgrades jeweils in ihrem optimalen Betriebsbereich betreibbar.
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Zusätzlich bietet die Möglichkeit des unabhängigen Betriebes der beiden elektrischen Maschinen auch den Vorteil, dass Eigenresonanzen und Schwingungsanregungen besser kontrollierbar sind. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die kritischen Betriebsbereiche der elektrischen Maschinen gemieden bzw. mit hohem Drehzahlgradienten innerhalb kurzer Betriebszeiten durchfahren werden können. Diese Möglichkeit ist gegeben, weil die Drehzahlen der elektrischen Maschinen nicht mehr direkt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. Raddrehzahl einzustellen sind.
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Bei bauraum- und kostengünstigen Ausführungsformen der elektrischen Antriebsvorrichtung ist/sind das Summiergetriebe und/oder das Leistungsverzweigungsgetriebe als Kegelraddifferenzial ausgebildet.
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Im Unterschied hierzu ist/sind das Summiergetriebe und/oder das Leistungsverzweigungsgetriebe bei durch geringe Betriebsgeräusche gekennzeichneten Ausführungsformen der elektrischen Antriebsvorrichtung als Stirnraddifferenzial ausgebildet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung sind eine Drehachse des Summiergetriebes und eine Drehachse des Leistungsverzweigungsgetriebes zueinander beabstandet. Damit ist die elektrische Antriebsvorrichtung in Fahrzeugquerrichtung durch einen geringen Bauraumbedarf gekennzeichnet.
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Eine Achsbrückenquerverbindung einer Fahrzeugachse ist im Vergleich zu der letztbeschriebenen Ausführung der elektrischen Antriebsvorrichtung einfacher gestaltbar, wenn das Summiergetriebe und das Leistungsverzweigungsgetriebe koaxial zueinander angeordnet sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung umfasst das Summiergetriebe ein Stirnrad, das mit der weiteren Welle des Summiergetriebes drehfest verbunden ist, an der Ausgleichsräder des Summiergetriebes drehbar gelagert sind. Das Stirnrad kämmt mit einem Stirnrad des Leistungsverzweigungsgetriebes, das mit der Welle des Leistungsverzweigungsgetriebes drehfest verbunden ist, an der Ausgleichsräder des Leistungsverzweigungsgetriebes drehbar gelagert sind. Dadurch ist ein Achsversatz zwischen den Drehachsen des Summiergetriebes und des Leistungsverzweigungsgetriebes auf konstruktiv einfache Art und Weise bei gleichzeitig geringen Betriebsgeräuschen überbrückbar.
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Die weitere Welle des Summiergetriebes, an der Ausgleichsräder des Summiergetriebes drehbar gelagert sind, steht bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung durch eine der weiteren Wellen des Leistungsverzweigungsgetriebes hindurch mit der Welle des Leistungsverzweigungsgetriebes, an der Ausgleichsräder des Leistungsverzweigungsgetriebes drehbar gelagert sind, in Wirkverbindung. Dadurch sind das Summiergetriebe und das Leistungsverzweigungsgetriebe auf bauraumgünstige Art und Weise koaxial zueinander anordenbar und mit geringem Aufwand in einer Achsbrückenquerverbindung einer Fahrzeugachse, beispielsweise einer Verbundlenkerachse oder einer Starrachse anordenbar.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung stehen die weiteren Wellen des Leistungsverzweigungsgetriebes jeweils über wenigstens eine Stirnradstufe und/oder über wenigstens ein Planetengetriebe mit den Antriebswellen in Wirkverbindung. Damit besteht wiederum auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, eine höhere Drehzahl der elektrischen Maschinen auf gewünscht geringere Drehzahlen der Antriebswellen bzw. der damit verbundenen Räder einer Fahrzeugachse zu reduzieren und gegebenenfalls einen Achsabstand zwischen Ausgangswellen der elektrischen Maschinen und der Antriebswellen zu überbrücken.
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Unter einem Kegelraddifferenzial werden vorliegend unter anderem Umlaufgetriebe verstanden, die ein sogenanntes rückkehrendes Minusgetriebe mit einer Standübersetzung gleich minus eins darstellen. Dabei kann es vorgesehen sein, dass ein am Kegelraddifferenzial anliegendes Drehmoment in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles über ein Stirnrad oder ein Hypoidrad in einen Differenzialkorb eingeleitet wird. Der Differenzialkorb überträgt das Drehmoment beispielsweise an einen Bolzen und bildet zusammen mit diesem den Steg des Umlaufgetriebes. Auf dem Bolzen sitzen zwei sogenannte Ausgleichskegelräder, die das Drehmoment auf die beiden Achswellenräder aufteilen. Die Ausgleichsräder stellen die Planeten des Umlaufgetriebes dar. Die Achswellenräder können als zwei Sonnenräder betrachtet werden. Bei Konstruktionen mit mehr als zwei Ausgleichsrädern kommt anstelle des Bolzens eine meist mehrteilige, sternförmige Zapfenkonstruktion zum Einsatz. Von den Achswellenrädern gelangt das aufgeteilte Drehmoment über Steckwellen an Antriebsräder.
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Der Differenzialkorb ist in der Regel eine massive Gusskonstruktion. Bei Differenzialen mit zwei Ausgleichskegelrädern ist der Differenzialkorb meist einteilig ausgeführt. Er weist dann seitliche Öffnungen auf, die groß genug sind, um die Kegelräder einfügen zu können.
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Bei Differenzialen mit mehr als zwei Ausgleichsrädern wird der Korb zweiteilig ausgeführt. Die Erhöhung der Anzahl der Ausgleichsräder senkt die Belastungen der einzelnen Zahneingriffe des Ausgleichs und erlaubt damit ein insgesamt höheres übertragbares Drehmoment.
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Ausgleichs- und Achswellenkegelräder sind räumlich in einer Kugel angeordnet. Die Auflageflächen der Kegelräder sind daher meist ebenfalls kugelförmig ausgebildet. Insbesondere die Achswellenräder werden aber auch mit ebenen Auflageflächen ausgeführt. Bedingt durch die Kegelradverzahnung wirken Axialkräfte auf die Auflageflächen der Kegelräder und auf den Differentialkorb. Meistens ist eine Gleitlagerung der Kegelräder ausreichend, um diese Axialkräfte aufnehmen zu können. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, Axialwälzlager in den Auflageflächen der Kegelräder einzusetzen.
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Durch unterschiedliche Zähnezahlen an den Kegelrädern der Ausgangswellen kann auch eine von -1 abweichende Standübersetzung realisiert werden. Dies ermöglicht eine ungleichmäßige Drehmomentverteilung zwischen den Antriebsachsen.
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Eine Alternative zu den Kegelraddifferenzialen stellen Stirnraddifferenziale dar. Die Bezeichnung Stirnraddifferenzial liegt in der Tatsache begründet, dass die Ausgleichsräder dieses Differenzialtyps durch Stirnräder dargestellt werden. Da in einem Stirnraddifferenzial die Achsen aller Zahnräder parallel verlaufen, werden sie auch als Parallelachsendifferenziale bezeichnet.
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Wie das Kegelraddifferenzial stellt auch das Stirnraddifferenzial beispielsweise ein rückkehrendes Minusgetriebe mit der Standübersetzung gleich -1 dar. Das Drehmoment wird bei bestimmten Bauformen über einen Flansch in ein Gehäuse eingeleitet, welches gleichzeitig den Steg für Ausgleichsplanetenräder bildet. Die Ausgleichsplanetenräder sind paarweise angeordnet und stehen jeweils miteinander in Eingriff. Die Verzahnung dieser Ausgleichsplanetenräder ist bereichsweise so unterbrochen, dass jeweils ein Planet eines Paares zusätzlich nur mit einem rechten Sonnenrad und der andere Planet nur mit einem linken Sonnenrad in Eingriff steht. Von den Sonnenrädern wird das gleichmäßig aufgeteilte Drehmoment über zwei Steckwellen an Antriebsräder weitergleitet.
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Abweichend hierzu sind auch Bauformen von Stirnraddifferenzialen bekannt, die ein rückkehrendes Plusgetriebe darstellen und dessen Summenwelle im Gegensatz zu dem vorbeschriebenen Stirnraddifferenzialtyp nicht der Steg sondern das Hohlrad ist.
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Stirnräder und auch Stirnraddifferentiale bieten die Möglichkeit, die Getriebeeinrichtung im Vergleich zu einer Ausgestaltung mit Kegelrädern und mit Kegelraddifferentialen akustisch besser auslegen zu können und ein mit der Fahrzeugachse ausgeführtes Fahrzeug aufgrund der geringeren Betriebsgeräusche mit höherem Fahrkomfort betreiben zu können.
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Des Weiteren weisen Stirnräder im Vergleich zu Kegelrädern bei hohen Drehzahlen höhere Wirkungsgrade auf, was sich wiederum auf die Lebensdauer der elektrischen Antriebsvorrichtung sowie auf deren Leistungseffizienz positiv auswirkt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Fahrzeugachse mit einer vorstehend näher beschriebenen elektrischen Antriebsvorrichtung, die bauraumgünstig ausführbar ist und mit geringem Steuer- und Regelaufwand betreibbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugachse sind die Antriebswellen in einem Gehäuse der Fahrzeugachse drehbar gelagert. Das Gehäuse weist einen in Einbaulage der Fahrzeugachse in einem Fahrzeug in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Antriebswellen verlaufenden Gehäusebereich auf, der auch als Achsbrückenquerverbindung bezeichnet wird und über den im Bereich einer Seite der Fahrzeugachse auftretende Reifenkräfte im Bereich der anderen Seite der Fahrzeugachse abstützbar sind.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeugachse ist bei einer weiteren Ausführungsform als Verbundlenkerachse ausgebildet, bei der die elektrischen Maschinen in Einbaulage in einem Fahrzeug in Bezug auf eine Vorwärtsfahrtrichtung vor oder hinter mit den Antriebswellen verbundenen Rädern angeordnet sind. Damit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, einen Fahrzeugboden oder eine Ladekante eines mit der erfindungsgemäßen Fahrzeugachse ausgeführten Fahrzeuges zwischen den Rädern mit einem gewünscht geringen vertikalen Abstand zu einem Fahrzeuguntergrund anzuordnen.
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Gehäuse der elektrischen Maschinen sind bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugachse jeweils auf ihren den Antriebswellen abgewandten Seiten jeweils über wenigstens ein Anbindungsgelenk, beispielsweise ein Molekulargelenk mit einer Fahrzeugkarosserie um eine definierte Lagerschwenkachse verschwenkbar verbindbar und über den Gehäusebereich miteinander verbunden. Damit sind Schwenkbewegungen der Fahrzeugachse gegenüber einem Fahrzeugaufbau auf konstruktiv einfache Art und Weise möglich.
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Molekulargelenke im vorliegenden Sinne sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. So beschreibt beispielsweise die
DE 10 2009 000 510 A1 verschiedenen Bauformen von Molekulargelenken, die in Achsstreben, Lenkern oder dergleichen, insbesondere in Kraftfahrzeugen verwendet werden und einen gummiartigen, elastischen Gelenkkörper beinhalten.
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Bei einer weiteren konstruktiv einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugachse ist der Gehäusebereich mit Gehäuseträgerbereichen gekoppelt, die bereichsweise auf den zu den elektrischen Maschinen abgewandten Seiten der Antriebswellen vorgesehen sind. An den Gehäuseträgerbereichen greifen jeweils eine Dämpfereinheit und eine Federeinheit an, die in Einbaulage der Fahrzeugachse in einem Fahrzeug mit einer Fahrzeugkarosserie zusammenwirken. Dadurch sind Schwenkbewegungen der erfindungsgemäßen Fahrzeugachse beispielsweise um die Schwenkachsen der Molekulargelenke auf einfache Art und Weise über die Federeinheiten abfederbar. Des Weiteren ist über die Dämpfereinheiten ein Aufschwingen des Fahrzeugaufbaus vermeidbar.
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Das Summiergetriebe und das Leistungsverzweigungsgetriebe sind bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugachse außermittig und beide auf einer Seite der Fahrzeugachse angeordnet. Dadurch ist ein Fahrzeugboden bzw. eine Ladekante eines Fahrzeuges über einen gewünscht großen Bereich in Fahrzeugquerrichtung zwischen dem Summiergetriebe und der gegenüberliegenden Seite der Fahrzeugachse sowie zwischen dem Leistungsverzweigungsgetriebe und der gegenüberliegenden Seite der Fahrzeugachse mit geringem Abstand zu einem Fahrzeuguntergrund anordenbar.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeugachse ist bei einer weiteren kostengünstigen Ausführungsform als Starrachse ausgebildet. Die elektrischen Maschinen sind dann in Einbaulage in einem Fahrzeug zwischen mit den Antriebswellen wirkverbundenen Rädern angeordnet und fest mit dem Gehäusebereich der Fahrzeugachse verbunden. Das Summiergetriebe und das Leistungsverzweigungsgetriebe sind zwischen den elektrischen Maschinen positioniert, womit die erfindungsgemäße Fahrzeugachse in Fahrzeuglängsrichtung durch einen geringen Bauraumbedarf gekennzeichnet ist.
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Ist der Gehäusebereich mit Gehäusefederträgern gekoppelt, die jeweils mit einer Feder- und Dämpfereinheit verbunden sind, ist ein Einfedern von Rädern gegenüber einem Fahrzeugaufbau auf konstruktiv einfache Art und Weise umsetzbar und ein unerwünschtes Aufschwingen des Fahrzeugaufbaus vermeidbar.
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Das Summiergetriebe und/oder das Leistungsverzweigungsgetriebe sind bei einer konstruktiv einfachen und bauraumgünstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugachse im Gehäusebereich angeordnet.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten Ansprüche oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen oder unmittelbar aus der Zeichnung hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Draufsicht einer als Verbundlenkerachse ausgebildeten Fahrzeugachse mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung für Räder;
- 2 eine 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Fahrzeugachse, bei der das Summiergetriebe und das Leistungsverzweigungsgetriebe als Stirnraddifferenziale ausgeführt sind;
- 3 eine 1 entsprechend Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Fahrzeugachse, wobei eine Getriebeeinrichtung der elektrischen Antriebsvorrichtung ein Summiergetriebe und ein dazu koaxial angeordnetes Leistungsverzweigungsgetriebe umfasst;
- 4 eine 3 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Fahrzeugachse, bei der das Summiergetriebe und das Leistungsverzweigungsgetriebe jeweils als Stirnraddifferenzial ausgeführt sind;
- 5 eine schematisierte Darstellung der Fahrzeugachse gemäß 4 aus einer in 4 näher gekennzeichneten Ansicht V, die einer Rückansicht in Fahrzeuglängsrichtung entspricht;
- 6 eine weitere schematisierte Darstellung der Fahrzeugachse gemäß 4 aus einer in 4 näher gekennzeichneten Ansicht VI, die einer Seitenansicht entspricht; und
- 7 eine 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Fahrzeugachse, die als Starrachse ausgeführt ist.
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In der Zeichnung ist ein Koordinatensystem angegeben, wobei eine x-Richtung einer Fahrzeuglängsrichtung, eine y-Richtung einer Fahrzeugquerrichtung und eine z-Richtung einer Fahrzeughochachse entspricht.
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1 zeigt eine stark schematisierte Draufsicht auf eine Fahrzeugachse 1 mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung 2. Die Fahrzeugachse 1 kann beispielsweise in leichten oder mittelschweren Busanwendungen oder auch in Lieferfahrzeugen eingesetzt werden. Die elektrische Antriebsvorrichtung 2 umfasst vorliegend zwei elektrische Maschinen 3, 4. Die elektrischen Maschinen 3, 4 sind in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles entweder lediglich rein motorisch betreibbar oder können zusätzlich zum motorischen Betrieb auch generatorisch betrieben werden, um beispielsweise während eines Schubbetriebes elektrische Energie rekuperieren zu können.
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Ausgangwellen 5, 6 der elektrischen Maschinen 3, 4 stehen über eine Getriebeeinrichtung 7 mit Antriebswellen 8, 9 in Wirkverbindung. Die Antriebswellen 8, 9 sind vorliegend mit Rädern 10, 11 verbunden, womit ein Antriebsmoment der elektrischen Maschinen 3, 4 über die Getriebeeinrichtung 7 und die Antriebswellen 8, 9 auf die Räder 10, 11 übertragbar ist. Die Ausgangswelle 5 der elektrischen Maschine 3 steht mit einer Welle 12 eines Summiergetriebes 13 der Getriebeeinrichtung 7 in Wirkverbindung. Damit sind die elektrischen Maschinen 3, 4 über die Ausgangswellen 5, 6 mit dem Summiergetriebe 13 verbunden und es ist in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles eine Leistungssummierung sowie eine stufenlose Übersetzung im Bereich des Summiergetriebes in einem Wertebereich von 1 bis 2 realisierbar.
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Die Welle 12 ist vorliegend ein Kegelrad des als Kegelraddifferenzial ausgeführten Summiergetriebes 13. Die weitere Ausgangswelle 6 der elektrischen Maschine 4 ist drehfest mit einer Welle 14 des Summiergetriebes 13 gekoppelt, die ebenfalls als Kegelrad ausgebildet ist. Ein Differenzialkorb 15 des Summiergetriebes 13 ist drehfest mit einem Stirnrad 16 verbunden, das mit einem Stirnrad 17 eines ebenfalls als Kegelraddifferenzial ausgeführten Leistungsverzweigungsgetriebes 18 kämmt. Der Differentialkorb 15 stellt eine weitere Welle des Summiergetriebes 13 dar, an dem in an sich bekannter Art und Weise Ausgleichskegelräder drehbar angeordnet sind, die mit den Kegelrädern 12 und 14 kämmen. Über den Differenzialkorb 15 des Summiergetriebes 13 und über die miteinander kämmenden Stirnräder 16 und 17 ist das Leistungsverzweigungsgetriebe 18 antreibbar, das das Achsdifferenzial der Fahrzeugachse 1 darstellt. Dabei wird das über das Summiergetriebe 13 anliegende Drehmoment mittels des Leistungsverzweigungsgetriebes 18 zu gleichen Teilen in Richtung der Antriebswellen 8 und 9 und damit in Richtung der damit in Wirkverbindung stehenden Rädern 10 und 11 weitergeleitet.
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Als Kegelräder ausgeführte Wellen 19, 20 des Leistungsverzweigungsgetriebes 18 sind mit in Fahrzeugquerrichtung y verlaufenden Wellen 21, 22 drehfest verbunden und kämmen mit Ausgleichskegelrädern des Leistungsverzweigungsgetriebes 18. Die Ausgleichskegelräder sind drehbar mit einem Differentialkorb 50 des Leistungsverzweigungsgetriebes 18 verbunden. Der Differenzialkorb 50 ist drehfest mit dem Stirnrad 17 gekoppelt.
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Die Wellen 21 und 22 stehen jeweils über Stirnradstufen 23, 24 mit den Antriebswellen 8, 9 in Wirkverbindung. Über die beiden Stirnradstufen 23 und 24 werden die Drehzahlen der elektrischen Maschinen 3, 4 auf das gewünschte geringere Drehzahlniveau der Räder 10, 11 übersetzt. Des Weiteren ist ein Achsabstand zwischen den Ausgangswellen 5 und 6 der elektrischen Maschinen 3, 4 und der Antriebswellen 8, 9 auf konstruktiv einfache und bauraumgünstige Art und Weise über die Stirnradstufen 23 und 24 überbrückbar.
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Die beiden elektrischen Maschinen 3, 4 sind in Fahrzeuglängsrichtung x vor den Rädern 10 bzw. 11 angeordnet. Zusätzlich sind die elektrischen Maschinen 3, 4 über Anbindungsgelenke 25, 26 um eine definierte Lagerschwenkachse 27, 28 verschwenkbar verbunden. Dabei sind die Anbindungsgelenke 25 und 26 jeweils als Molekulargelenk ausgeführt, die neben Schwenkbewegungen der Fahrzeugachse 1 auch weitere Bewegungen der Fahrzeugachse 1 und der Räder 10, 11 gegenüber dem Fahrzeugaufbau in definiertem Umfang zulassen. Dabei sind die Anbindungsgelenke 25 und 26 in Gehäuse 29 und 30 der elektrischen Maschinen 3, 4 integriert.
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Auf den jeweils in Bezug auf die Fahrzeuglängsrichtung x zu den elektrischen Maschinen 3 und 4 abgewandten Seiten der Räder 10 und 11 ist jeweils eine Federeinheit 31, 32 und eine Dämpfereinheit 33, 34 vorgesehen. Dabei besteht die Möglichkeit, die Federeinheiten 31 und 32 als Luftfedern auszuführen.
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Die Getriebeeinrichtung 7 ist vorliegend in einem Gehäuse 35 der Fahrzeugachse 1 angeordnet, das mit den Gehäusen 29 und 30 der elektrischen Maschinen 3, 4 fest verbunden ist und in dem die Antriebswellen 8, 9 drehbar gelagert sind. Dabei umfasst das Gehäuse 35 einen in Einbaulage der Fahrzeugachse 1 in Fahrzeugquerrichtung y zwischen den Antriebswellen 8 und 9 verlaufenden Gehäusebereich 36, der als starrer Achskörper bzw. als eine Achsbrücke ausgebildet ist und somit eine sogenannte Achsbrückenquerverbindung zwischen Radträgern 70, 72 der Verbundlenkerachse 1 darstellt. Die Radträger 70, 72 nehmen die Räder 10, 11 auf.
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Der Gehäusebereich 36 ist mit Gehäuseträgerbereichen 37, 38 gekoppelt, die bereichsweise auf den zu den elektrischen Maschinen 3, 4 abgewandten Seiten der Antriebswellen 8, 9 bzw. der Räder 10, 11 vorgesehen sind. An den Gehäuseträgerbereichen 37 und 38 greifen jeweils die Federeinheiten 31, 32 und die Dämpfereinheiten 33, 34 an, die in Einbaulage der Fahrzeugachse 1 im Fahrzeug mit dessen Fahrzeugkarosserie in an sich bekannter Art und Weise zusammenwirken.
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Das Summiergetriebe 13 und das Leistungsverzweigungsgetriebe 18 sind außermittig und beide auf einer Seite der Fahrzeugachse 1 bzw. auf einer Fahrzeugseite angeordnet. Damit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, in Fahrzeugquerrichtung y zwischen dem Summiergetriebe 13 und der Stirnradstufe 24 einen Fahrzeugboden 53 mit möglichst geringem Abstand zu einem Fahrzeuguntergrund 48 anzuordnen. Mit anderen Worten besteht mit dem vorbeschriebenen Achskonzept die Möglichkeit, den Fahrzeugboden 53 im letztgenannten Bereich zwischen den Rädern 10 und 11 maximal abzusenken. Dies bietet zusätzlich die Möglichkeit, sowohl Hochboden- als auch Niederflurbusse zu realisieren. Wird die vorbeschriebene Fahrzeugachse 1 in einem Transportfahrzeug eingesetzt, kann auch dessen Ladefläche zumindest bereichsweise maximal abgesenkt werden.
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Darüber hinaus bietet das vorbeschriebene Fahrzeugachskonzept die Möglichkeit, ein Zugkraftangebot im Bereich der Räder 10, 11 im Vergleich zu Fahrzeugachskonzepten, die konventionelle Radnabenmotorlösungen umfassen, aufgrund der Verwendung des Summiergetriebes bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf zu verdoppeln. Des Weiteren kann auch die Drehzahl der Räder 10 und 11 zugkraftunterbrechungsfrei stufenlos variiert werden.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Fahrzeugachse 1, die funktional den gleichen Aufbau wie die Fahrzeugachse gemäß 1 aufweist. Lediglich das Summiergetriebe 13 und das Leistungsverzweigungsgetriebe 18 sind bei der Fahrzeugachse 1 gemäß 2 als Stirnraddifferenziale ausgebildet. Die Stirnraddifferenziale 13 und 18 sind als rückkehrendes Minusgetriebe mit der Standübersetzung gleich -1 ausgebildet.
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Die über die beiden Ausgangswellen 5 und 6 in das Summiergetriebe 13 eingeleiteten Drehmomente werden von den als Sonnenrädern ausgeführten Wellen 12 und 14 über Ausgleichsplaneten 41, 42 auf ein Gehäuse bzw. einen Steg 43 weitergleitet. Die Ausgleichsplaneten 41 und 42 sind paarweise angeordnet und stehen jeweils miteinander in Eingriff. Die Verzahnung der Ausgleichsplaneten 41, 42 ist bereichsweise so unterbrochen, dass jeweils ein Ausgleichsplanet 41 mit dem Sonnenrad 12 und der andere Ausgleichsplanet 42 mit dem Sonnenrad 14 in Eingriff steht. Das Gehäuse 43 des Summiergetriebes 13 ist mit dem Stirnrad 16 ausgebildet, die mit dem Stirnrad 17 eines Gehäuses 44 des ebenfalls als Stirnraddifferenzial ausgeführten Leistungsverzweigungsgetriebes 18 kämmt.
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Ausgleichsplanetenräder 45 und 46 des Leistungsverzweigungsgetriebes 18 sind über Bolzen 47 drehbar im Gehäuse 44 angeordnet und stehen wiederum jeweils miteinander in Eingriff. Des Weiteren ist die Verzahnung der Ausgleichsplaneten 45 und 46 wiederum bereichsweise so unterbrochen, dass der Ausgleichsplanet 45 mit der Welle 21 drehfest verbundenen und als Sonnenrad ausgebildeten Welle 19 und der Ausgleichsplanet 46 nur mit der als Sonnenrad ausgeführten Welle 20 des Leistungsverzweigungsgetriebes 18 in Eingriff steht. Dabei ist das weitere Sonnenrad 20 drehfest mit der Welle 22 gekoppelt.
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Eine weitere Ausführungsform der Fahrzeugachse 1 zeigt 3 in einer 1 entsprechenden Darstellung. Bei der Fahrzeugachse 1 gemäß 3 sind das Summiergetriebe 13 und das Leistungsverzweigungsgetriebe 18 wiederum jeweils als Kegelraddifferenziale ausgeführt und koaxial zueinander angeordnet. Durch die Längsanordnung der beiden Kegelraddifferenziale 13 und 18 ist der die Achsbrückenquerverbindung darstellende Gehäusebereich 36 wesentlich einfacher gestaltbar.
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Der Differenzialkorb 15 ist vorliegend durch die als Hohlwelle ausgebildete Welle 21 des Summiergetriebes 13 hindurch drehfest mit einem Differenzialkorb 50 verbunden. Dabei ist die drehfeste Verbindung zwischen den beiden Differenzialkörben 15 und 50 ebenfalls als Hohlwelle ausgebildet, durch die die Ausgangswelle 6 der elektrischen Maschine 4 hindurch mit der Welle 14 des Summiergetriebes 13 verbunden ist. Zusätzlich umgibt die Welle 21 neben der Ausgangswelle 6 auch die drehfeste Verbindung zwischen den Differenzialkörben 15 und 50. Auch die Welle 22 ist als Hohlwelle ausgeführt, durch die die Ausgangswelle 6 der elektrischen Maschine 4 hindurch in Richtung des Summiergetriebes 13 geführt ist. Um den nunmehr größeren Achsabstand zwischen dem Leistungsverzweigungsgetriebe 18 und den beiden Antriebswellen 8 und 9 im erforderlichen Umfang überbrücken zu können, steht das Leistungsverzweigungsgetriebe 18 zusätzlich zu den beiden Stirnradstufen 23 und 24 auch über zwischengeschaltete weitere Stirnradstufen 51 und 52 mit den Antriebswellen 8 und 9 in Wirkverbindung.
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Die in 4 gezeigte Fahrzeugachse 1 weist wiederum einen funktionalen Aufbau auf, der dem funktionalen Aufbau der Fahrzeugachse 1 gemäß 3 entspricht. Wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Fahrzeugachsen gemäß 3 und 4 ist, dass das Summiergetriebe 13 und das Leistungsverzweigungsgetriebe 18 der Fahrzeugachse 1 gemäß 4 jeweils als Stirnraddifferenzial ausgeführt ist.
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Die als Sonnenrad ausgeführte Welle 12 des Summiergetriebes 13 ist mit der Ausgangwelle 5 der elektrischen Maschine 3 gekoppelt. Die weitere als Sonnenrad ausgebildete Welle 14 des Summiergetriebes 13 ist durch das Leistungsverzweigungsgetriebe 18 hindurch mit der Ausgangswelle 6 der elektrischen Maschine 4 gekoppelt. Des Weiteren ist das Gehäuse 43 des Summiergetriebes 13 durch die wiederum als Hohlwelle ausgeführte Welle 21 hindurch mit dem Gehäuse 44 des Leistungsverzweigungsgetriebes 18 drehfest verbunden. Die drehfeste Verbindung zwischen den Gehäusen 43 und 44 ist ebenfalls als Hohlwelle ausgebildet, durch die die Ausgangswelle 6 der elektrischen Maschine 4 geführt ist.
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5 zeigt die Fahrzeugachse 1 gemäß 4 aus einer in 4 näher gekennzeichneten Ansicht V bzw. aus einer Rückansicht in Fahrzeuglängsrichtung x. Aus der Darstellung gemäß 5 geht hervor, dass der Fahrzeugboden 53 in Fahrzeugquerrichtung y zwischen den Rädern 11 und dem Leistungsverzweigungsgetriebe 18 in Bezug auf den Fahrzeuguntergrund 48 mit geringem vertikalen Abstand ausführbar ist.
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Zusätzlich zeigt 6 die Fahrzeugachse 1 gemäß 4 aus einer in 4 näher gekennzeichneten Seitenansicht VI in Fahrzeugquerrichtung y und einen Verlauf des Fahrzeugbodens 53, wobei der Verlauf des Teils des Fahrzeugbodens 53 dargestellt ist, der in Bezug auf den Fahrzeuguntergrund 48 das niedrigste Höhenniveau zwischen den Rädern 10 und 11 aufweist.
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Eine weitere Ausführungsform der Fahrzeugachse 1 ist in 7 dargestellt. Die Fahrzeugachse 1 gemäß 7 ist als Starrachse ausgebildet. Die elektrische Antriebsvorrichtung 2 umfasst wiederum die beiden elektrischen Maschinen 3 und 4 und die Getriebeeinrichtung 7. Die beiden elektrischen Maschinen 3 und 4 sind in Fahrzeugquerrichtung y zwischen den Rädern 10 und 11 positioniert und fest mit dem Gehäuse 35 der Fahrzeugachse 1 verbunden.
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Das Summiergetriebe 13 ist wiederum zwischen den beiden elektrischen Maschinen 3 und 4 angeordnet und im vorbeschriebenen Umfang mit den Ausgangswellen 5 und 6 wirkverbunden. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 18 ist wie das Summiergetriebe 13 in etwa mittig zwischen den Rädern 10 und 11 angeordnet und über die Stirnräder 16 und 17 mit dem Summiergetriebe 13 gekoppelt. Die Wellen 21 und 22 sind koaxial zu den Antriebswellen 8 und 9 angeordnet und über Planetengetriebe 54 und 55 mit diesen verbunden. Hohlräder 56 und 57 der Planetengetriebe 54 und 55 sind drehfest ausgebildet.
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In Fahrzeuglängsrichtung x sind jeweils vor und hinter den Rädern 10 bzw. 11 jeweils Gehäuseträgerbereiche 58 bis 61 vorgesehen, an welchen jeweils eine Feder- und Dämpfereinheit 62 bis 65 angebracht ist. Die Feder- und Dämpfereinheiten 62 bis 65 umfassen jeweils Federbalge als Luftfedern, womit die Fahrzeugachse 1 eine sogenannte Vierfach-Balgaufhängung aufweist.
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In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, dass die Fahrzeugachse 1 gemäß 7 lediglich mit zwei Bälgen ausgeführt ist oder dass die Gehäuseträgerbereiche über Blattfedern mit dem Fahrzeugaufbau in Wirkverbindung stehen. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass das Summiergetriebe 13 und das Leistungsverzweigungsgetriebe 18 in nicht näher dargestelltem Umfang in vorbeschriebener Art und Weise als Stirnraddifferenziale ausgebildet sind.
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Zusätzlich ist es vorgesehen, dass mit dem Stirnrad 16 ein weiteres Stirnrad 63 kämmt, das beispielsweise drehfest mit einer Zapfwelle gekoppelt ist. Damit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, die Zapfwelle unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit des mit der Fahrzeugachse 1 ausgeführten Fahrzeuges und auch mit variabler Drehzahl zu betreiben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugachse
- 2
- elektrische Antriebsvorrichtung
- 3, 4
- elektrische Maschine
- 5, 6
- Ausgangswelle der elektrischen Maschine
- 7
- Getriebeeinrichtung
- 8,9
- Antriebswelle
- 10, 11
- Räder
- 12
- Welle des Summiergetriebes, Ausgleichskegelrad
- 13
- Summiergetriebe
- 14
- Welle des Summiergetriebes, Ausgleichskegelrad
- 15
- Differenzialkorb des Summiergetriebes
- 16
- Stirnrad des Summiergetriebes
- 17
- Stirnrad des Leistungsverzweigungsgetriebes
- 18
- Leistungsverzweigungsgetriebe
- 19
- Welle des Leistungsverzweigungsgetriebes
- 20
- Welle des Leistungsverzweigungsgetriebes
- 21
- Welle
- 22
- Welle
- 23, 24
- Stirnradstufe
- 25, 26
- Anbindungsgelenk
- 27, 28
- Lagerschwenkachse
- 29, 30
- Gehäuse der elektrischen Maschine
- 31, 32
- Federeinheit
- 33, 34
- Dämpfereinheit
- 35
- Gehäuse
- 36
- Gehäusebereich
- 37, 38
- Gehäuseträgerbereich
- 41, 42
- Ausgleichsplanet
- 43
- Gehäuse des Summiergetriebes
- 44
- Gehäuse des Leistungsverzweigungsgetriebes
- 45, 46
- Ausgleichsplanetenrad
- 47
- Bolzen
- 48
- Fahrzeuguntergrund
- 50
- Differenzialkorb des Leistungsverzweigungsgetriebes
- 51, 52
- Stirnradstufe
- 53
- Fahrzeugboden
- 54, 55
- Planetengetriebe
- 56, 57
- Hohlrad
- 58 bis 61
- Gehäuseträgerbereich
- 62 bis 65
- Feder- und Dämpfereinheit
- 66
- Stirnrad
- 70, 72
- Radträger
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugquerrichtung
- z
- Fahrzeughochrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011005625 A1 [0002]
- DE 102009000510 A1 [0034]
