DE102018219521A1

DE102018219521A1 - Elektromotorisch angetriebene Starrachse für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, und Verfahren zu deren Betrieb, Computerprogrammprodukt, Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018219521A1
Application number: DE102018219521.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Auer; Sebastian Paulik; Johannes Schweizer; Harald Wendl; Gerhard Obermaier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-05-20
Also published as: WO2020099365A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromotorisch angetriebene Starrachse (100) für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge. Die Starrachse (100) umfasst zwei einander gegenüberliegende Radträger (120, 120') und einen dazwischenliegenden Achskörper (110), an welchem die Radträger (120, 120') drehbar gelagert sind. Ferner umfasst die Starrachse (100) zwei radnahe oder radintegrierte Elektromotoren (130, 130'), von denen jeweils einer zum Antreiben einer der Radträger (120, 120') dient. Darüber hinaus umfasst die Starrachse (100) zwei Getriebe (140, 140'), von denen jeweils eines zwischen einem der Elektromotoren (130, 130') und dem triebmäßig zugeordneten Radträger (120, 120') zwischengeschaltet ist. Es ist vorgesehen, dass die Getriebe (140, 140') jeweils eingerichtet sind, zwischen wenigstens zwei Gangstufen geschaltet zu werden. Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Betreiben einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse (100), ein Computerprogrammprodukt, eine elektronische Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromotorisch angetriebene Starrachse für Fahrzeuge, beispielsweise Nutzfahrzeuge. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, eine elektronische Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug.
Eine elektromotorisch angetriebene Starrachse ist aus der DE 295 18 401 U1 bekannt. Die Starrachse ist dort als Portalachse mit endseitig jeweils einem im Bereich eines Rades angeordneten Portalversatzgetriebe ausgebildet. Die Starrachse hat zwei Elektromotoren, von denen jeweils ein Elektromotor einem der Räder zugeordnet ist und zum Antreiben des einen Rades dient. Der Antrieb erfolgt über das jeweils radseitig vorliegende Portalversatzgetriebe, welches ein als Stirnradstufe ausgebildetes Untersetzungsgetriebe mit fester Untersetzung ist.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, wenigstens eine Möglichkeit zur Optimierung der Antriebseigenschaften einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse vorzuschlagen. Insbesondere soll die elektromotorisch angetriebene Starrachse es ermöglichen, dass ein damit ausgerüstetes Kraftfahrzeug auf gegebene Fahranforderungen besser als bisher angepasst werden kann.
Die Aufgabe wird mit einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse gelöst, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Zur Lösung der Aufgabe werden ferner ein Verfahren zum Betreiben einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse mit den Merkmalen des Anspruches 14, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruches 17, eine elektronische Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 18 sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruches 19 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen und/oder Ausgestaltungen und/oder Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Eine grundlegende elektromotorisch angetriebene Starrachse für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, umfasst zwei einander gegenüberliegende Radträger jeweils zur Befestigung wenigstens eines Fahrzeugrades und einen dazwischenliegenden Achskörper, an welchem die Radträger drehbar gelagert sind. Die Starrachse umfasst ferner zwei Elektromotoren, von denen jeweils einer zum Antreiben einer der Radträger dient. Vorzugsweise sind die Elektromotoren radnahe oder radintegriert angeordnet. Weiterhin umfasst die Starrachse zwei Getriebe, von denen jeweils eines zwischen einem der Elektromotoren und dem triebmäßig zugeordneten Radträger zwischengeschaltet ist. Bei den Getrieben kann es sich jeweils um ein Untersetzungsgetriebe handeln.
Unter der Bezeichnung „Elektromotor“ ist in der vorliegenden Beschreibung jede Art von Maschine zu verstehen, welche elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandelt. Insofern ist in der vorliegenden Beschreibung die Bezeichnung „Elektromotor“ als Synonym für eine elektrische Maschine zu verstehen. Unter der Bezeichnung „radnah“ ist in der vorliegenden Beschreibung insbesondere zu verstehen, dass die Elektromotoren nahe an dem triebmäßig zugeordneten Radträger angeordnet sind, also vorzugsweise im Bereich der Starrachse in einem gewissen Abstand zu dem zugeordneten Radträger und insbesondere nicht direkt an oder in dem zugeordneten Radträger vorliegen. Unter der Bezeichnung „radintegriert“ ist in der vorliegenden Beschreibung insbesondere zu verstehen, dass die Elektromotoren an oder in bzw. innerhalb des triebmäßig zugeordneten Radträgers angeordnet sind.
Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Getriebe jeweils eingerichtet sind, zwischen wenigstens zwei Gangstufen geschaltet zu werden. Insbesondere weisen die wenigstens zwei Gangstufen unterschiedliche Übersetzungen auf bzw. sind in der jeweils bereitgestellten Übersetzung zueinander verschieden. Dadurch ist eine Maßnahme ergriffen, welche sich günstig auf die Antriebseigenschaften der Starrachse auswirkt. Denn durch die Schaltbarkeit der Getriebe ist eine Steuerung des motorischen Antriebes der Starrachse zusätzlich zu einer möglichen Drehzahlsteuerung über die Elektromotoren zur Verfügung gestellt. Dies begünstigt bei einem Kraftfahrzeug, welches mit einer solchen Starrachse ausgerüstet ist, sich auf gegebene Fahranforderungen anzupassen. Beispielsweise begünstigt eine solche Starrachse die Steigfähigkeit des Kraftfahrzeuges. Auch ist es dadurch begünstigt, die Endgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges zu beeinflussen.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Getriebe jeweils eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle umfassen, wobei die jeweilige Antriebswelle mit dem jeweils zugeordneten Elektromotor triebverbunden ist oder triebverbindbar ist und die jeweilige Abtriebswelle mit dem jeweils zugeordneten Radträger wirkverbunden ist oder wirkverbindbar ist. Es ist ferner insbesondere vorgesehen, dass die Getriebe jeweils wenigstens zwei Radsätze, insbesondere ausschließlich zwei Radsätze, und jeweils wenigstens ein Schaltelement, insbesondere ein einziges Schaltelement, umfassen. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die wenigstens zwei Radsätze jeweils wenigstens eine Stirnradpaarung umfassen.
Bevorzugt bilden die wenigstens zwei Radsätze jeweils einen der wenigstens zwei Gangstufen. Bevorzugt ist das wenigstens eine Schaltelement eingerichtet, in wenigstens zwei Schaltstellungen gebracht zu werden, in welchen die Antriebswelle und die Abtriebswelle miteinander durch jeweils einen der wenigstens zwei Radsätze triebmäßig gekoppelt sind. Das wenigstens eine Schaltelement kann also eingerichtet sein, in einer der wenigstens zwei Schaltstellungen die Antriebswelle und die Abtriebswelle über einen der wenigstens zwei Radsätze miteinander triebmäßig zu koppeln und in einer anderen der wenigstens zwei Schaltstellungen die Antriebswelle und die Abtriebswelle über einen anderen der wenigstens zwei Radsätze triebmäßig miteinander zu koppeln. Ergänzend kann es vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Schaltelement ferner eingerichtet ist, in eine Neutralstellung und/oder eine weitere Schaltstellung gebracht zu werden, in welcher die Antriebswelle und die Abtriebswelle voneinander triebmäßig entkoppelt sind.
Nach einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Getriebe jeweils als Versatzgetriebe ausgebildet sind und jeweils die Antriebswelle und die Abtriebswelle zueinander parallel versetzt angeordnet sind. Dadurch ist eine Voraussetzung geschaffen, dass über eine axiale Länge zwischen dem jeweiligen Getriebe und dem jeweils zugeordneten Radträger ein Freiraum vorliegt, welcher durch den Versatz zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des jeweiligen Getriebes erreicht ist. Dieser Freiraum kann beispielsweise als Bauraum für etwaige Bauteile im radnahen Bereich eines Kraftfahrzeuges genutzt sein.
Eine mögliche Ausführung besteht darin, dass die wenigstens zwei Radsätze einen ersten Radsatz und einen zweiten Radsatz umfassen, welche jeweils ein Hauptrad, wenigstens ein Zwischenrad und ein Hohlrad aufweisen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Hauptrad und das wenigstens eine Zwischenrad miteinander und mit einer Innenverzahnung des Hohlrades kämmen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Hauptrad der Antriebswelle und das Hohlrad der Abtriebswelle oder umgekehrt das Hauptrad der Abtriebswelle und das Hohlrad der Antriebswelle zugeordnet sind.
Eine mögliche Ausgestaltung besteht darin, dass das Hauptrad des ersten Radsatzes und das Hauptrad des zweiten Radsatzes auf einer der Antriebswelle oder der Abtriebswelle zugeordneten, gemeinsamen Welle drehbar gelagert sind, wobei das wenigstens eine Schaltelement eingerichtet ist, das Hauptrad des ersten Radsatzes und das Hauptrad des zweiten Radsatzes mit der gemeinsamen Welle wahlweise drehfest zu verbinden, also je nach Erfordernis das Hauptrad des ersten Radsatzes mit der gemeinsamen Welle oder das Hauptrad des zweiten Radsatzes mit der gemeinsamen Welle drehfest zu verbinden. Das wenigstens eine Schaltelement kann dazu pneumatisch und/oder hydraulisch und/oder elektrisch und/oder mechanisch betätigbar ausgebildet sein. Beispielsweise umfasst das Schaltelement eine auf der gemeinsamen Welle verschiebbar und gegenüber der gemeinsamen Welle drehfest angeordnete Schaltmuffe, welche in einer Verschiebeposition mit dem Hauptrad des ersten Radsatzes drehfest verbunden ist und in einer anderen Verschiebeposition mit dem Hauptrad des zweiten Radsatzes drehfest verbunden ist.
Beispielsweise hat die Schaltmuffe eine Schaltverzahnung und die gemeinsame Welle und das Hauptrad des ersten Radsatzes sowie das Hauptrad des zweiten Radsatzes weisen jeweils eine Gegenverzahnung auf. Beispielsweise ist die Gegenverzahnung der gemeinsamen Welle an einem drehfest an der Welle angeordneten Zwischenring ausgebildet. Beispielsweise ist der Zwischenring mit der Welle drehfest verbunden oder an der Welle angeformt. Beispielsweise ist bezüglich der Haupträder die Gegenverzahnung an jeweils einem seitlichen Fortsatz des jeweiligen Hauptrades angeordnet. Der seitliche Fortsatz kann mit dem Hauptrad drehfest verbunden sein oder daran angeformt sein. Beispielsweise ist die Schaltmuffe mit einer Schaltgabel mechanisch gekoppelt, durch welche die Schaltmuffe betätigt werden kann, um von der einen Schaltstellung in die andere Schaltstellung oder eine Neutralstellung bzw. die vorstehend beschriebene Neutralstellung geschaltet zu werden und auf diese Art und Weise ein Schalten der Gangstufen zu ermöglichen.
Eine mögliche weitere Ausgestaltung besteht darin, dass das wenigstens eine Zwischenrad des ersten Radsatzes und das wenigstens eine Zwischenrad des zweiten Radsatzes auf einer gemeinsamen, gehäusefesten Drehachse, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Lagers, drehbar gelagert sind. Das Lager kann ein Wälzlager, insbesondere Zylinderrollenlager, oder ein Gleitlager sein.
Eine mögliche weitere Ausgestaltung besteht ferner darin, dass das Hohlrad des ersten Radsatzes und das Hohlrad des zweiten Radsatzes miteinander drehfest verbunden sind oder gegeneinander angeformt sind, insbesondere ein gemeinsames Hohlrad bilden. Beispielsweise bilden das Hohlrad des ersten Radsatzes und das Hohlrad des zweiten Radsatzes eine Seitenwandung, insbesondere gemeinsame Seitenwandung, eines topfförmigen Getriebegliedes, welches an einem axialen Ende einen Boden aufweist, dort also verschlossen oder weitgehend verschlossen ist, und an einem gegenüberliegenden axialen Ende offen ist. Beispielsweise ist das Getriebeglied, insbesondere der Boden, mit der Abtriebswelle oder der Antriebswelle drehfest verbunden oder daran angeformt und mit seinem offenen axialen Ende einem Gehäuseteil zugewandt. Bei dem Gehäuseteil kann es sich um ein solches Gehäuseteil handeln, welches den zugeordneten Elektromotor aufnimmt. Beispielsweise ist das Gehäuseteil an dem Achskörper befestigt oder an dem Achskörper angeformt oder bildet einen integralen Bestandteil des Achskörpers.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Starrachse ein Zentrum aufweist, welches in Bezug auf den Abstand zwischen den Radträgern in einem halbierenden Abstand zu dem jeweiligen Radträger liegt. Beispielsweise ist die Starrachse symmetrisch bezüglich einer orthogonal zu der Längsachse der Starrachse liegenden Mittelachse oder Querachse aufgebaut und umfasst wenigstens zwei zueinander vorzugsweise identische Baueinheiten, welche in der Mittelachse oder im Bereich der Mittelachse zusammengefügt sind. Nach einer Ausgestaltung liegen die Elektromotoren im Bereich des Zentrums bzw. im Bereich der Mittelachse oder Querachse vor. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die Elektromotoren jeweils in dem Achskörper untergebracht sind oder zumindest teilweise darin aufgenommen sind und beispielsweise in Längsrichtung der Starrachse gesehen, hintereinanderliegend angeordnet sind.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass die Starrachse im Bereich der Radträger, insbesondere innerhalb der Radträger, jeweils ein Vorgelegegetriebe aufweist und die Getriebe zwischen dem jeweils zugeordneten Vorgelegegetriebe und dem jeweils zugeordneten Elektromotor angeordnet sind. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Vorgelegegetriebe jeweils als Untersetzungsgetriebe ausgebildet sind oder ein solches Getriebe umfassen. Beispielsweise umfassen die Vorgelegegetriebe jeweils eine Planetenradstufe oder sind durch ein Planetenradgetriebe gebildet. Es kann vorgesehen sein, dass der Abstand des jeweiligen Getriebes zu dem zugeordneten Radträger, insbesondere dem vorgesehenen Vorgelegegetriebe größer als der Abstand des jeweiligen Getriebes zu dem zugeordneten Elektromotor ist. Beispielsweise sind die Getriebe jeweils nahe an dem zugehörigen Elektromotor angeordnet.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben der vorstehend beschriebenen elektromotorisch angetriebenen Starrachse. Bei dem Verfahren wird im Zuge eines Schaltvorganges eines der Getriebe von einer der wenigstens zwei Gangstufen in eine andere der wenigstens zwei Gangstufen geschaltet und anschließend das andere Getriebe von einer der wenigstens zwei Gangstufen in eine andere der wenigstens zwei Gangstufen geschaltet und dabei wird der dem jeweiligen Getriebe zugeordnete Elektromotor als Synchronisationshilfe genutzt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass im Zuge des einen Schaltvorganges zuerst das eine Getriebe geschaltet wird, ohne dass währenddessen das andere Getriebe geschaltet wird. Erst anschließend wird im Zuge des einen Schaltvorganges dann das andere Getriebe geschaltet. Um das jeweilige Getriebe zu schalten, wird der jeweils zugeordnete Elektromotor zu Synchronisationszwecken genutzt. Dadurch ist eine Maßnahme ergriffen, eine Gangschaltung vorzunehmen, welche eine Schaltung beider Getriebe betrifft, wobei eine Zugkraftunterbrechung vermieden ist oder weitgehend vermieden ist. Auf konstruktive Maßnahmen für eine Synchronisation kann verzichtet oder weitgehend verzichtet werden, da dazu auf die Elektromotoren zurückgegriffen wird.
Beispielsweise ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass die Getriebe von einer gleichen Gangstufe in eine gleiche Gangstufe geschaltet werden. Es werden also im Zuge des einen Schaltvorganges das eine Getriebe von einer ersten Gangstufe in eine zweite Gangstufe geschaltet und das andere Getriebe von einer ersten Gangstufe in eine zweite Gangstufe geschaltet. Bevorzugt sind die erste Gangstufe und die zweite Gangstufe der Getriebe zueinander identisch.
Um im Zuge des einen Schaltvorganges zuerst das eine der Getriebe und dann das andere Getriebe zu schalten, kann folgende Vorgehensweise zum Schalten des jeweiligen Getriebes vorgesehen sein: Es wird mittels des zugehörigen Elektromotors das Drehmoment der Antriebswelle von einem Sollwert soweit verringert, bis das wenigstens eine Schaltelement lastfrei ist. Es wird dann das wenigstens eine Schaltelement von der einen Gangstufe in eine Neutralstellung geschaltet, in welcher die Antriebswelle und die Abtriebswelle voneinander triebmäßig entkopppelt sind. Es wird dann mittels des zugehörigen Elektromotors die Drehzahl der Antriebswelle mit der Drehzahl des Hauptrades der anderen Gangstufe synchronisiert. Es wird dann das wenigstens eine Schaltelement in die andere Gangstufe geschaltet. Anschließend wird mittels des zugehörigen Elektromotors das Drehmoment der Antriebswelle auf den Sollwert oder einen anderen Sollwert gebracht. Beispielsweise wird diese Vorgehensweise zuerst bei dem einen Getriebe und dann bei dem anderen Getriebe ausgeführt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen. Das Computerprogrammprodukt umfasst einen Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Die Vorteile und technischen Effekte, die mit dem Computerprogrammprodukt erzielt werden können, entsprechen denjenigen des vorstehend beschriebenen Verfahrens.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine elektronische Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Computerprogrammprodukt.
Die elektronische Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung kann eine digitale Verarbeitungseinheit aufweisen, die vorzugsweise eine Mikroprozessoreinheit (CPU) aufweist. Die CPU kann mit einem Speichersystem und/oder Bussystem daten- und/oder signalverbunden sein. Die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung kann ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die digitale Verarbeitungseinheit kann derart ausgebildet sein, dass Befehle, welche als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abgearbeitet und/oder Eingangssignale von einem Datenbussystem entgegengenommen und/oder Ausgangssignale an ein Datenbussystem abgegeben werden. Das Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene Speichermedien aufweisen. Die Speichermedien können optische Speichermedien und/oder magnetische Speichermedien und/oder festkörperbezogene Speichermedien und/oder nichtflüchtige Speichermedien sein.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, umfassend die vorstehend beschriebene Starrachse und/oder das vorstehend beschriebene Computerprogrammprodukt und/oder die vorstehend beschriebene Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

1 eine mögliche Ausführungsform einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse für Fahrzeuge in einem Teilschnitt sowie mit an einem Ende montierten Fahrzeugrädern,
2 die Starrachse gemäß der 1 in einer schematisierten Darstellung,
3 ein Gehäuseteil der Starrachse gemäß der 1 mit einem Teil eines außenseitig an dem Gehäuseteil angeordneten Getriebes in perspektivischer Darstellung,
4 das Gehäuseteil mit dem Getriebe der 3 in einer Schnittdarstellung und
5 das Getriebe gemäß der 4 in einer vergrößerten Schnittdarstellung.

1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse 100, welche für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Nutzfahrzeugen, geeignet ist. 2 zeigt den Aufbau der Starrachse 100 in einer schematisierten Darstellung. Die Starrachse 100 umfasst zwei einander gegenüberliegende Radträger 120, 120' und einen dazwischenliegenden Achskörper 110, welcher sich entlang einer Längsachse 200 erstreckt und an welchem die Radträger 120, 120' drehbar gelagert sind. Die Radträger 120, 120' dienen jeweils zur Befestigung wenigstens eines Fahrzeugrades. In der 1 ist beispielhaft an einem der Radträger 120, 120', nämlich dem Radträger 120' ein Fahrzeugrad 300 als Doppelrad dargestellt.
Die Starrachse 100 umfasst ferner zwei Elektromotoren 130, 130', von denen jeweils einer zum Antreiben einer der Radträger 120, 120' dient. Bevorzugt sind die Elektromotoren 130, 130' jeweils radnahe angeordnet. Beispielsweise sind die Elektromotoren 130, 130' jeweils im Bereich eines Zentrums 150 angeordnet. Beispielsweise ist das Zentrum 150 zwischen den Radträgern 120, 120' in einem halbierenden Abstand zu dem jeweiligen Radträger 120 bzw. 120' angeordnet und liegt auf einer Querachse 220, welche beispielsweise einer in den 1 und 2 nicht dargestellten Fahrzeuglängsachse entspricht.
Beispielsweise sind die Elektromotoren 130, 130' jeweils in einem Gehäuseteil 40, 40' untergebracht. Bevorzugt sind die Gehäuseteile 40, 40' jeweils ein Bestandteil einer Baueinheit der Starrachse 100, wobei die Baueinheiten bevorzugt im Bereich der Querachse 220 oder in der Querachse 220 zusammengefügt sind. Bevorzugt ist die Starrachse 100 insgesamt symmetrisch bezüglich der Querachse 220 bzw. des Zentrums 150 aufgebaut. Bevorzugt umfasst die Starrachse 100 zwei Getriebe 140, 140', von denen jeweils eines zwischen jeweils einem der Elektromotoren 130, 130' und dem triebmäßig zugeordneten Radträger 120 bzw. 120' zwischengeschaltet ist.
Bevorzugt sind die Getriebe 140, 140' jeweils als Untersetzungsgetriebe ausgebildet und weisen beispielsweise jeweils wenigstens eine Stirnradpaarung auf.
Wie insbesondere aus der 2 ersichtlich ist, sind die Getriebe 140, 140' beispielsweise jeweils als Versatzgetriebe ausgebildet und weisen jeweils eine Antriebswelle 1 bzw. 1' und eine Abtriebswelle 2 bzw. 2' auf, die jeweils zueinander parallel versetzt angeordnet sind. Bevorzugt ist die jeweilige Antriebswelle 1 bzw. 1' dem jeweils zugehörigen Elektromotor 130 bzw. 130' zugeordnet, insbesondere mit der jeweiligen Abtriebswelle 1 bzw. 1' des Elektromotors 130 bzw. 130' drehfest gekoppelt. Bevorzugt ist die jeweilige Abtriebswelle 2 bzw. 2' mit dem jeweils zugehörigen Radträger 120 bzw. 120' wirkverbunden.
Bevorzugt weist die Starrachse 100 im Bereich der Radträger 120, 120' jeweils ein Vorgelegegetriebe 160 bzw. 160' auf. Bevorzugt sind die Vorgelegegetriebe 160, 160' jeweils innerhalb der Radträger 120, 120' angeordnet. Bevorzugt sind die Getriebe 140, 140' jeweils zwischen dem Vorgelegetriebe 160 bzw. 160' und dem zugeordneten Elektromotor 130 bzw. 130' angeordnet. Beispielsweise ist der Abstand des jeweiligen Getriebes 140 bzw. 140' zu dem jeweils zugehörigen Radträger 120 bzw. 120', insbesondere dem jeweils zugehörigen Vorgelegegetriebe 160 bzw. 160', größer als der Abstand zu dem jeweils zugehörigen Elektromotor 130, 130'. Bevorzugt sind die Vorgelegegetriebe 160, 160' jeweils als Untersetzungsgetriebe ausgebildet und bilden beispielsweise ergänzend zu den Getrieben 140, 140' wenigstens eine weitere Untersetzungsstufe. Beispielsweise sind die Vorgelegegetriebe 160, 160' jeweils als Planetenradgetriebe ausgebildet.
Bevorzugt sind die Getriebe 140, 140' jeweils eingerichtet, zwischen wenigstens zwei Gangstufen mit unterschiedlichen Übersetzungen geschaltet zu werden. Bevorzugt weisen dazu die Getriebe 140, 140' jeweils wenigstens zwei Radsätze 10, 20 und 10', 20' sowie wenigstens ein Schaltelement S bzw. S' auf, wobei die wenigstens zwei Radsätze 10, 20 und 10', 20' jeweils einen der wenigstens zwei Gangstufen der Getriebe 140, 140' bilden. Das jeweils wenigstens eine Schaltelement S bzw. S' ist eingerichtet, in wenigstens zwei Schaltstellungen gebracht zu werden, in welchen die Antriebswelle 1 bzw. 1' und die Abtriebswelle 2 bzw. 2' miteinander durch jeweils einen der wenigstens zwei Radsätze 10, 20 bzw. 10', 20' triebmäßig gekoppelt sind.
3 zeigt am Beispiel des Gehäuseteiles 40 die Anordnung des zugehörigen Getriebes 140 in einer Seitenansicht, wobei das Getriebe 140 nur teilweise dargestellt ist. 4 zeigt das Gehäuseteil 40 und das Getriebe 140 in einer Schnittdarstellung. Der Einfachheit halber ist in der 4 der zugehörige Elektromotor 140 weggelassen. In 5 ist die Darstellung des Getriebes 140 der 4 vergrößert dargestellt, um den Aufbau des Getriebes 140 besser zu veranschaulichen. Bevorzugt sind das Getriebe 140' und das Gehäuseteil 40' in identischer Weise ausgebildet.
Wie insbesondere aus den 3 bis 5 ersichtlich ist, umfassen die wenigstens zwei Radsätze 10, 20 einen ersten Radsatz 10 und einen zweiten Radsatz 20, welcher jeweils ein Hauptrad 10.1 bzw. 20.1, wenigstens ein, vorzugsweise wenigstens zwei Zwischenräder 10.2, 10.3 bzw. 20.2, 20.3 und ein Hohlrad 10.4 bzw. 20.4 aufweisen. Das Hauptrad 10.1 bzw. 20.1 kämmt mit einem der Zwischenräder 10.2, 10.3 bzw. 20.2, 20.3, wobei das wenigstens eine Zwischenrad 10.2 bzw. 20.2 mit dem anderen Zwischenrad 10.3 bzw. 20.3 kämmt und das Hauptrad 10.1 bzw. 20.1 und das wenigstens eine Zwischenrad bzw. die wenigstens zwei Zwischenräder 10.2, 10.3 bzw. 20.2, 20.3 mit einer Innenverzahnung des Hohlrades 10.4 bzw. 20.4 kämmen. Insofern umgibt das jeweilige Hohlrad 10.4 bzw. 20.4 das Hauptrad 10.1 bzw. 20.1 und das wenigstens eine Zwischenrad 10.2, 10.3 bzw. 20.2, 20.3. Das Hauptrad 10.1 bzw. 20.1 ist dabei der Antriebswelle 1 und das Hohlrad 10.4 bzw. 20.4 ist der Abtriebswelle 2 zugeordnet.
Bevorzugt sind das wenigstens eine Zwischenrad 10.2 bzw. 10.3 des ersten Radsatzes 10 und das wenigstens eine Zwischenrad 20.2 bzw. 20.3 des zweiten Radsatzes 20 auf einer gemeinsamen, gehäusefesten Drehachse 5 bzw. 6 gelagert. Beispielsweise ist die Drehachse 5 zw. 6 gehäusefest bezüglich des Gehäuseteiles 40, insbesondere an dem Gehäuseteil 40 befestigt. Zusätzlich kann ein weiteres gehäusefestes Bauteil 45 vorgesehen sein, welches beispielsweise zwischen Zwischenrädern 10.2, 10.3 bzw. 20.2, 20.3 angeordnet ist und daran die Drehachse 5 bzw. 6 abgestützt ist.
Bevorzugt sind die Zwischenräder 10.2, 10.3, 20.2, 20.3 jeweils unter Zwischenschaltung eines Lagers 31, 32, 33, 34, wie beispielsweise eines Zylinderrollenlagers oder dergleichen drehbar gelagert. Bevorzugt sind das Hohlrad 10.4 des ersten Radsatzes 10 und das Hohlrad 20.4 des zweiten Radsatzes 20 zueinander drehfest angeordnet, beispielsweise gegeneinander angeformt und bilden beispielsweise eine Seitenwandung 38 eines topfförmigen Getriebegliedes 35 (vgl. 4 und 5, in der 3 weggelassen). Beispielsweise weist das topfförmige Getriebeglied 35 an einem axialen Ende 36 einen Boden 39 auf und ist an diesem axialen Ende 36 verschlossen.
Bevorzugt weist das topfförmige Getriebeglied 35 an einem gegenüberliegenden axialen Ende 37 eine Durchgangsöffnung auf, insbesondere ist an dem axialen Ende 37 offen ausgebildet. Wie insbesondere aus der 5 ersichtlich ist, ist bevorzugt das Getriebeglied 35 beispielsweise über den Boden 39 mit der Abtriebswelle 2 drehfest verbunden, beispielsweise indem die Abtriebswelle 2 an dem Getriebeglied 35 angeformt ist. Bevorzugt ist das Getriebeglied 35 mit seinem offenen axialen Ende 37 dem Gehäuseteil 40 zugewandt angeordnet.
Bevorzugt ist das wenigstens eine Schaltelement S eingerichtet, das Hauptrad 10.1 des ersten Radsatzes 10 und das Hauptrad 20.1 des zweiten Radsatzes 20 mit der gemeinsamen Welle 3 wahlweise drehfest zu verbinden. Dabei kann das wenigstens eine Schaltelement S auch in eine Neutralstellung gebracht sein, in welcher die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 2 voneinander triebmäßig entkoppelt vorliegen.
Bevorzugt ist das wenigstens eine Schaltelement S durch eine auf der gemeinsamen Welle 3 verschiebbar und gegenüber der gemeinsamen Welle 3 drehfest angeordnete Schaltmuffe 41 gebildet oder das wenigstens eine Schaltelement S umfasst eine solche Schaltmuffe 41. Die Schaltmuffe 41 ist beispielsweise in einer Verschiebeposition mit dem Hauptrad 10.1 des ersten Radsatzes 10 drehfest verbunden und in einer anderen Verschiebeposition mit dem Hauptrad 20.1 des zweiten Radsatzes 20 drehfest verbunden.
Bevorzugt hat die Schaltmuffe 41 eine Schaltverzahnung, wobei die gemeinsame Welle 3 und das Hauptrad 10.1 des ersten Radsatzes 10 und das Hauptrad 20.1 des zweiten Radsatzes 20 jeweils eine Gegenverzahnung aufweisen. Beispielsweise ist die Gegenverzahnung der gemeinsamen Welle 3 an einem Zwischenring ausgebildet, welcher beispielweise an der gemeinsamen Welle 3 befestigt oder angeformt ist. Beispielsweise sind die Verzahnungen der Haupträder 10.1, 20.1 jeweils an einem seitlichen Fortsatz 42, 43 des jeweiligen Hauptrades 10.1, 20.1 angeordnet, wobei der Fortsatz 42 bzw. 43 mit dem Hauptrad 10.1 bzw. 20.1 drehfest verbunden ist oder daran angeformt ist. Zum Betätigen der Schaltmuffe 41 kann eine Schaltgabel 44 (3) vorgesehen sein, mittels welcher die Schaltmuffe 41 in axialer Richtung hin- und hergeschoben werden kann, um auf diese Art und Weise die Gangstufen zu schalten.
Durch die jeweils schaltbaren Getriebe 140, 140' ist die Durchführung eines Schaltvorganges wie folgt möglich: Zuerst wird eines der Getriebe 140, 140' von einer der wenigstens zwei Gangstufen in eine andere der wenigstens zwei Gangstufen geschaltet, beispielsweise von einer ersten Gangstufe in eine zweite Gangstufe, ohne dass beispielsweise währenddessen das andere der Getriebe 140, 140' geschaltet wird. Anschließend wird dann das andere der Getriebe 140, 140' von einer der wenigstens zwei Gangstufen in eine andere der wenigstens zwei Gangstufen geschaltet, beispielsweise von einer ersten Gangstufe in eine zweite Gangstufe geschaltet. Im Zuge des Schaltvorganges kann der dem jeweiligen Getriebe 140 bzw. 140' zugeordnete Elektromotor 130 bzw. 130' als Synchronisationshilfe genutzt werden bzw. genutzt sein. Bevorzugt sind die Gangstufen der Getriebe 140, 140' zueinander identisch ausgebildet, insbesondere sind die erste Gangstufe und die zweite Gangstufe der Getriebe 140 und 140' zueinander identisch.
Eine mögliche Abfolge der auszuführenden Verfahrensschritte im Zuge eines solchen Schaltvorganges kann dann wie folgt ausgestaltet sein: Es wird mittels des zugehörigen Elektromotors 130 das Drehmoment der Antriebswelle 1 des Getriebes 140 von einem Sollwert soweit verringert wird, bis das wenigstens eine Schaltelement S des Getriebes 140 lastfrei ist. Es wird dann das wenigstens eine Schaltelement S von der einen Gangstufe in eine Neutralstellung geschaltet, in welcher die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 2 voneinander triebmäßig entkoppelt sind. Es wird dann mittels des zugehörigen Elektromotors 130 die Drehzahl der Antriebswelle 1 mit der Drehzahl des Hauptrades 20.1 der anderen Gangstufe synchronisiert. Es wird dann das wenigstens eine Schaltelement S in die andere Gangstufe geschaltet und anschließend mittels des zugehörigen Elektromotors 130 das Drehmoment der Antriebswelle 1 auf den Sollwert oder einen anderen Sollwert gebracht wird. Bevorzugt wird die vorstehend am Beispiel des Getriebes 140 beschriebene Abfolge in gleicher Weise bei dem Schalten des Getriebes 140' vorgenommen.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet die Bezugnahme auf einen bestimmten Aspekt oder eine bestimmte Ausführungsform oder eine bestimmte Ausgestaltung, dass ein bestimmtes Merkmal oder eine bestimmte Eigenschaft, die in Verbindung mit dem jeweiligen Aspekt oder der jeweiligen Ausführungsform oder der jeweiligen Ausgestaltung beschrieben ist, zumindest dort enthalten ist, aber nicht notwendigerweise in allen Aspekten oder Ausführungsformen oder Ausgestaltungen der Erfindung enthalten sein muss. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass jede Kombination der verschiedenen Merkmale und/oder Strukturen und/oder Eigenschaften, welche in Bezug auf die Erfindung beschrieben sind, von der Erfindung umfasst sind, sofern dies nicht ausdrücklich oder eindeutig durch den Zusammenhang widerlegt ist.
Die Verwendung von einzelnen oder allen Beispielen oder einer beispielhaften Ausdrucksweise im Text soll lediglich die Erfindung beleuchten und stellt keine Beschränkung hinsichtlich des Umfangs der Erfindung dar, wenn nichts anders behauptet wird. Auch ist keine Ausdrucksweise oder Formulierung der Beschreibung so zu verstehen, dass es sich um ein nicht beanspruchtes, aber für die Praxis der Erfindung wesentliches Element handelt ist.
Bezugszeichenliste

1: Antriebswelle
2: Abtriebswelle
1': Antriebswelle
2': Abtriebswelle
3: gemeinsame Welle
5: Drehachse
6: Drehachse
10: Radsatz
20: Radsatz
10': Radsatz
20': Radsatz
10.1: Hauptrad
10.2: Zwischenrad
10.3: Zwischenrad
10.4: Hohlrad
20.1: Hauptrad
20.2: Zwischenrad
20.3: Zwischenrad
20.4: Hohlrad
S: Schaltelement
S': Schaltelement
31: Lager
32: Lager
33: Lager
34: Lager
35: topfförmiges Getriebeglied
36: axiales Ende
37: axiales Ende
38: Seitenwandung
39: Boden
40: Gehäuseteil
40': Gehäuseteil
41: Schaltmuffe
42: Fortsatz
43: Fortsatz
44: Schaltgabel
45: gehäusefestes Bauteil
100: Starrachse
110: Achskörper
120: Radträger
120': Radträger
130: Elektromotor
130': Elektromotor
140: Getriebe
140': Getriebe
150: Zentrum
160: Vorgelegegetriebe
160': Vorgelegegetriebe
200: Längsachse
220: Querachse
300: Fahrzeugrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 29518401 U1 [0002]

Claims

Elektromotorisch angetriebene Starrachse (100) für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, umfassend zwei einander gegenüberliegende Radträger (120, 120') und einen dazwischenliegenden Achskörper (110), an welchem die Radträger (120, 120') drehbar gelagert sind, und umfassend zwei radnahe oder radintegrierte Elektromotoren (130, 130'), von denen jeweils einer zum Antreiben der Radträger (120, 120') dient, und ferner umfassend zwei Getriebe (140, 140'), von denen jeweils eines zwischen einem der Elektromotoren (130, 130') und dem triebmäßig zugeordneten Radträger (120, 120') zwischengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe (140, 140') jeweils eingerichtet sind, zwischen wenigstens zwei Gangstufen geschaltet zu werden.
Starrachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe (140, 140') jeweils eine Antriebswelle (1; 1') und eine Abtriebswelle (2; 2') umfassen, wobei die jeweilige Antriebswelle (1; 1') mit dem jeweils zugeordneten Elektromotor (130; 130') triebverbunden ist und die jeweilige Abtriebswelle (2; 2') mit dem jeweils zugeordneten Radträger (120; 120') wirkverbunden ist, und dass die Getriebe (140, 140') jeweils wenigstens zwei Radsätze (10, 20; 10', 20') und wenigstens ein Schaltelement (S; S') umfassen, wobei die wenigstens zwei Radsätze (10, 20; 10', 20') jeweils einen der wenigstens zwei Gangstufen bilden und das wenigstens eine Schaltelement (S; S') eingerichtet ist, in wenigstens zwei Schaltstellungen gebracht zu werden, in welchen die Antriebswelle (1; 1') und die Abtriebswelle (2; 2') miteinander durch jeweils einen der wenigstens zwei Radsätze (10, 20; 10', 20') triebmäßig gekoppelt sind.
Starrachse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schaltelement (S; S') eingerichtet ist, in eine Neutralstellung gebracht zu werden, in welcher die Antriebswelle (1; 1') und die Abtriebswelle (2; 2') voneinander triebmäßig entkoppelt sind.
Starrachse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe (140, 140') als Versatzgetriebe ausgebildet sind und jeweils die Antriebswelle (1; 1') und die Abtriebswelle (2; 2') zueinander parallel versetzt angeordnet sind.
Starrachse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Radsätze (10, 20; 10', 20') jeweils wenigstens eine Stirnradpaarung umfassen.
Starrachse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Radsätze (10, 20) einen ersten Radsatz (10) und einen zweiten Radsatz (20) umfassen, welche jeweils ein Hauptrad (10.1; 20.1), wenigstens ein Zwischenrad (10.2, 10.3; 20.2, 20.3) und ein Hohlrad (10.4; 20.4) aufweisen, wobei das Hauptrad (10.1; 20.1) und das wenigstens eine Zwischenrad (10.2, 10.3; 20.2, 20.3) miteinander und mit einer Innenverzahnung des Hohlrades (10.4; 20.4) kämmen, und wobei das Hauptrad (10.1; 20.1) der Antriebswelle (1) und das Hohlrad (10.4; 20.4) der Abtriebswelle (2) oder umgekehrt das Hauptrad (10.1; 20.1) der Abtriebswelle (2) und das Hohlrad (10.4; 20.4) der Antriebswelle (1) zugeordnet sind.
Starrachse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptrad (10.1) des ersten Radsatzes (10) und das Hauptrad (20.1) des zweiten Radsatzes (20) auf einer der Antriebswelle (1) oder der Abtriebswelle (2) zugeordneten, gemeinsamen Welle (3) drehbar gelagert sind, wobei das wenigstens eine Schaltelement (S) eingerichtet ist, das Hauptrad (10.1) des ersten Radsatzes (10) und das Hauptrad (20.1) des zweiten Radsatzes (20) mit der gemeinsamen Welle (3) wahlweise drehfest zu verbinden.
Starrachse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Zwischenrad (10.2, 10.3) des ersten Radsatzes (10) und das wenigstens eine Zwischenrad (20.2, 20.3) des zweiten Radsatzes (20) auf einer gemeinsamen, gehäusefesten Drehachse (5, 6), beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Lagers (31, 32, 33, 34), insbesondere Wälzlagers oder Gleitlagers, drehbar gelagert sind.
Starrachse nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (10.4) des ersten Radsatzes (10) und das Hohlrad (20.4) des zweiten Radsatzes (20) miteinander drehfest verbunden sind oder gegeneinander angeformt sind, insbesondere ein gemeinsames Hohlrad bilden.
Starrachse nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (10.4) des ersten Radsatzes (10) und das Hohlrad (20.4) des zweiten Radsatzes (20) eine Seitenwandung (38) eines topfförmigen Getriebegliedes (35) bilden, welches an einem axialen Ende (36) einen Boden (39) aufweist und an einem gegenüberliegenden axialen Ende (37) offen ist, wobei das Getriebeglied (35), insbesondere der Boden (39), mit der Abtriebswelle (2) oder der Antriebswelle (1) drehfest verbunden ist und mit seinem offenen axialen Ende (37) einem Gehäuseteil (40), insbesondere einem den zugeordneten Elektromotor (130) aufnehmenden Gehäuseteil (40), zugewandt ist.
Starrachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (130, 130') in dem Achskörper (110) untergebracht sind und in Längsrichtung der Starrachse (100) gesehen, hintereinanderliegend angeordnet sind.
Starrachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Starrachse (100) ein Zentrum (150) aufweist, welches in Bezug auf den Abstand zwischen den Radträgern (120, 120') in einem halbierenden Abstand zu dem jeweiligen Radträger (120; 120') liegt, und die Elektromotoren (130, 130') im Bereich des Zentrums (150) vorliegen.
Starrachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Starrachse (100) im Bereich der Radträger (120, 120'), insbesondere innerhalb der Radträger (120, 120'), jeweils ein Vorgelegegetriebe (160, 160') aufweist und die Getriebe (140, 140') zwischen dem jeweils zugeordneten Vorgelegegetriebe (160; 160') und dem jeweils zugeordneten Elektromotor (130; 130') angeordnet sind.
Verfahren zum Betreiben einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse (100), nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem im Zuge eines Schaltvorganges eines der Getriebe (140, 140') von einer der wenigstens zwei Gangstufen in eine andere der wenigstens zwei Gangstufen geschaltet wird und anschließend das andere der Getriebe (140, 140') von einer der wenigstens zwei Gangstufen in eine andere der wenigstens zwei Gangstufen geschaltet wird und dabei der dem jeweiligen Getriebe (140, 140') zugeordnete Elektromotor (140; 140') als Synchronisationshilfe genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Getriebe (140, 140') von einer gleichen Gangstufe in eine gleiche Gangstufe geschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Starrachse (100) nach Anspruch 6 ausgebildet ist und bei dem Verfahren im Zuge des einen Schaltvorganges zuerst das eine der Getriebe (140, 140') geschaltet wird und anschließend das andere Getriebe (140') geschaltet wird, indem jeweils mittels des zugehörigen Elektromotors (130; 130') das Drehmoment der Antriebswelle (1; 1') von einem Sollwert soweit verringert wird, bis das wenigstens eine Schaltelement (S; S') lastfrei ist, dann das wenigstens eine Schaltelement (S; S') von der einen Gangstufe in eine Neutralstellung geschaltet wird, in welcher die Antriebswelle (1; 1') und die Abtriebswelle (2; 2') voneinander triebmäßig entkoppelt sind, dann mittels des zugehörigen Elektromotors (130; 130') die Drehzahl der Antriebswelle (1; 1') mit der Drehzahl des Hauptrades (20.1) der anderen Gangstufe synchronisiert wird, dann das wenigstens eine Schaltelement (S; S') in die andere Gangstufe geschaltet wird und anschließend mittels des zugehörigen Elektromotors (130; 130') das Drehmoment der Antriebswelle (1; 1') auf den Sollwert oder einen anderen Sollwert gebracht wird.
Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 16.
Elektronische Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 17.
Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, umfassend eine Starrachse (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und/oder ein Computerprogrammprodukt nach dem Anspruch 17 und/oder einer elektronischen Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung nach Anspruch 18.