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Die Erfindung betrifft einen Achsantrieb für eine, insbesondere lenkbare, Fahrzeugachse mit zwei Halbachsen, die an ihren Enden jeweils eine Radseite mit einem Untersetzungsgetriebe aufweisen.
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Insbesondere die angetriebenen Achsen von Fahrzeugen, die zu einem Transport großer Lasten vorgesehen sind und beispielsweise als Nutzfahrzeuge im Erd- oder Tagebau eingesetzt werden können, können als sogenannte Außenplanetenachsen ausgebildet sein und außenseitig im Bereich der Räder ein jeweiliges integriertes Untersetzungsgetriebe aufweisen. Durch die dort erfolgende Untersetzung der Drehzahl ist es möglich, ein zum Transport bzw. zum Bewegen großer Lasten ausreichend hohes Drehmoment auf die Räder eines solchen Fahrzeuges zu übertragen, ohne dass die antreibenden Teile des Achsantriebs selbst derartig hohen Drehmomenten ausgesetzt sind bzw. diese übertragen müssen. Vielmehr können diese bei verhältnismäßig hohen Drehzahlen und entsprechend niedrigen Drehmomenten betrieben werden, sodass durch die während des Antreibens auf die Teile wirkenden Kräfte bedingte Verschleißerscheinungen minimiert werden können. Insbesondere können derartige Außenplaneten auch bei einem Einsatz schnelldrehender Elektromotoren zum Antrieb von Fahrzeugen vorgesehen sein, beispielsweise von Fahrzeugen der genannten Art, um die notwendigen Drehmomente erreichen zu können.
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Ein solches Untersetzungsgetriebe kann beispielsweise als Planetengetriebe ausgebildet sein (auch als Umlaufrädergetriebe bezeichnet) und ein zentral angeordnetes, als Sonnenrad bezeichnetes Zahnrad umfassen, welches von mehreren, als Planetenrädern bezeichneten Zahnrädern umkreist wird. Die Planetenräder können während des Umkreisens des Sonnenrades um dieses umlaufende Achsen rotieren, die auf einem gemeinsamen, um das Sonnenrad drehenden Steg angeordnet sind. Außenseitig können die Planetenräder ferner mit einem konzentrisch zu dem Sonnenrad angeordneten Hohlrad kämmen.
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Die gewünschte Untersetzung kann bei einem solchen Planeten- oder Umlaufrädergetriebe beispielsweise erreicht werden, indem die angetriebenen Halbachsen einer Fahrzeugachse drehfest mit dem jeweils zugeordneten Sonnenrad verbunden werden, so dass dieses mit zu der Halbachse identischer Drehzahl rotiert, während das Drehmoment über den die umlaufenden Achsen der Planetenräder tragenden Steg auf das Rad übertragen wird. Die jeweiligen Hohlräder können während dieser Übertragung der Rotation von den Halbachsen auf die Räder festgehalten werden und entsprechend keinerlei Rotation ausführen.
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Während es durch derartige Außenplanetenachsen erreicht werden kann, ein möglichst hohes Drehmoment auf die Räder eines Fahrzeugs bei gleichzeitig verhältnismäßig geringer Belastung der antreibenden Teile des Achsantriebs zu übertragen, wird der für die Radseiten der Fahrzeugachse in axialer Richtung benötigte Bauraum durch die integrierten Untersetzungsgetriebe beträchtlich erhöht. Zusätzlich dazu muss bei einer lenkbaren Fahrzeugachse ein für den Lenkausschlag der Räder ausreichender Freiraum in axialer Richtung zwischen den Radseiten vorgesehen werden, sodass der in diesem Bereich für die Anordnung von Komponenten eines Achsantriebs zur Übertragung einer Antriebsleistung auf die Fahrzeugachse zur Verfügung stehende Raum stark beschränkt ist.
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Um dem Problem des in axialer Richtung erhöhten Platzbedarfs einer lenkbaren Außenplanetenachse zu begegnen, werden daher in der Regel verhältnismäßig lange Fahrzeugachsen mit einem großen Abstand zwischen den Rädern vorgesehen, um dennoch die notwendigen Komponenten zum Antrieb der Achse anordnen zu können. Diese breite Ausbildung der Achsen schränkt die Einsatzmöglichkeiten der mittels dieser Achsen angetriebenen Fahrzeuge, insbesondere bei eingeschränkten Raumbedingungen, jedoch stark ein.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Achsantrieb für eine, insbesondere lenkbare, Fahrzeugachse mit Außenplaneten zu schaffen, der eine in axialer Richtung bezüglich der Fahrzeugachse möglichst geringe Ausdehnung aufweist und entsprechend eine schmale Bauweise einer durch den Achsantrieb angetriebenen Fahrzeugachse ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Achsantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass der Achsantrieb einen zu einer Antriebsachse koaxialen Eingang zum Empfangen einer Antriebsleistung von einem Motor, insbesondere einem Elektromotor, eine zu einer Zwischenachse koaxiale Zwischenwelle sowie zwei zu einer Abtriebsachse koaxiale Ausgänge zum Ausgeben eines jeweiligen Anteils der Antriebsleistung an eine jeweilige der Halbachsen aufweist, wobei die Antriebsachse, die Zwischenachse und die Abtriebsachse parallel versetzt zueinander angeordnet sind. Der Achsantrieb ist ferner dazu ausgebildet, die Antriebsleistung von der Antriebsachse über die Zwischenachse zur Abtriebsachse zu übertragen und die Antriebsleistung dabei zumindest mit einer vorgegebenen ersten Übersetzung sowie mit einer aus zwei verschiedenen vorgegebenen Übersetzungen wählbaren zweiten Übersetzung zu übertragen.
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Indem die Antriebsachse, die Zwischenachse und die Abtriebsachse parallel versetzt zueinander angeordnet sind und der Achsantrieb die Antriebsleistung von der Antriebsachse über die Zwischenachse zur Abtriebsachse überträgt, können verschiedene Elemente zur Übertragung der Antriebsleistung an diesen zueinander parallel versetzten Achsen vorgesehen werden und entsprechend radial beabstandet zueinander und insbesondere radial beabstandet zu der Abtriebsachse angeordnet werden. Dies ermöglicht eine vornehmlich radiale Erstreckung des Achsantriebs, wobei die Abtriebsachse koaxial oder parallel zu den Halbachsen der Fahrzeugachse verlaufen kann, sodass sich die Zwischenachse sowie die Antriebsachse auch parallel versetzt zu der Fahrzeugachse erstrecken können. Durch die Verlagerung verschiedener Elemente des Achsantriebs an die Antriebsachse und die Zwischenachse kann somit erreicht werden, dass im Bereich der Abtriebsachse lediglich ein geringer Teil der zur Übertragung der Antriebsleistung notwendigen Elemente anzuordnen ist, sodass in axialer Richtung ein für die an den Radseiten der Fahrzeugachse vorgesehenen Untersetzungsgetriebe und den Lenkausschlag ausreichender Platz bei dennoch schmaler Bauweise zur Verfügung steht.
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Der Achsantrieb weist einen zu der Antriebsachse koaxialen Eingang auf, der sich bei einem Empfang eines Antriebsmomentes um die Antriebsachse dreht und beispielsweise als Flansch ausgebildet sein kann, mittels dessen ein Motor und insbesondere ein Elektromotor bzw. dessen Motorwelle mit der Antriebsachse bzw. einer Antriebswelle verbunden werden kann. Gleichermaßen rotiert die zu der Zwischenachse koaxiale Zwischenwelle um die Zwischenachse und die zwei zu der Abtriebsachse koaxialen Ausgänge drehen um die Abtriebsachse, wenn eine Antriebsleistung auf den Achsantrieb übertragen wird. Auch die Ausgänge können dabei als Flansche ausgebildet sein, mittels derer beispielsweise die jeweiligen Halbachsen der Fahrzeugachse mit der Abtriebsachse verbunden werden können.
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Ferner umfasst die Gesamtübersetzung des Achsantriebs stets zumindest die Kombination aus der vorgegebenen ersten Übersetzung und der jeweiligen gewählten zweiten Übersetzung. Die beiden alternativ auswählbaren vorgegebenen Übersetzungsverhältnisse der zweiten Übersetzung entsprechen damit einem ersten bzw. zweiten Gang des Achsantriebs, wobei grundsätzlich auch noch weitere vorgegebene und wählbare Übersetzungen bzw. Gänge zur Auswahl stehen können. Unabhängig von der Anzahl der wählbaren Übersetzungen bzw. Gänge der zweiten Übersetzung kann die Gesamtübersetzung des Achsantriebs insbesondere gerade dieser Kombination aus der ersten und der zweiten Übersetzung entsprechen, so dass keine weitere Übersetzung zum Übertragen der Antriebsleistung auf die Abtriebsachse vorgesehen ist und übersetzungsbedingte Leistungsverluste minimiert werden können.
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Die Bezeichnung der ersten und der zweiten Übersetzung als „erste“ bzw. als „zweite“ Übersetzung dient dabei ausschließlich der begrifflichen Unterscheidung dieser beiden Übersetzungen und stellt keine Einschränkung auf beispielsweise eine vorgesehene Abfolge der Übersetzungsstufen oder auf eine sonstige Ordnung dieser Übersetzungen dar. Allerdings können die erste Übersetzung und die zweite Übersetzung insbesondere in Serie zueinander vorgesehen sein.
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Insbesondere kann die vorgegebene erste Übersetzung, mit welcher die Antriebsleistung von der Antriebsachse über die Zwischenachse zur Abtriebsachse übertragen wird, eine Untersetzung darstellen, um eine Übersetzung der Drehzahl ins Langsame zu erreichen. Auch die zwei verschiedenen vorgegebenen, jedoch wählbaren Übersetzungen können weitere Untersetzungen der Drehzahl bedingen, so dass insbesondere ein schnelldrehender Elektromotor zum Ausgeben einer Antriebsleistung an den Eingang verwendet werden und dessen hohe Drehzahlen verbessert gehandhabt bzw. ausreichende Drehmomente erreicht werden können. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass zumindest eines der wählbaren Übersetzungsverhältnisse der zweiten eine Übersetzung der Drehzahl ins Schnelle darstellt, um erhöhte Geschwindigkeiten auf die Räder zu übertragen.
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Die Bezeichnungen „Antriebsachse“, „Zwischenachse“ und „Abtriebsachse“ beziehen sich im Zusammenhang mit der Erfindung generell auf geometrische bzw. virtuelle Achsen, insbesondere Rotationsachsen. Insofern können diese Achsen auch als „Antriebsrotationsachse“, „Zwischenrotationsachse“ bzw. „Abtriebsrotationsachse“ bezeichnet werden. Sofern entlang dieser Achsen eine Antriebsleistung übertragen wird, beschreibt dies den Leistungsfluss entlang der entsprechenden mechanischen Komponenten (z.B. vom Eingang über die Zwischenwelle an die Ausgänge des Achsantriebs). Die Bezeichnungen „Halbachse“ und „Achsantrieb“ beziehen sich hingegen auf mechanische Komponenten einer Fahrzeugachse oder für eine Fahrzeugachse.
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Mögliche Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Bei einigen Ausführungsformen kann der Achsantrieb dazu ausgebildet sein, die Antriebsleistung mit der vorgegebenen ersten Übersetzung von der Antriebsachse auf die Zwischenachse zu übertragen und mit der wählbaren zweiten Übersetzung von der Zwischenachse auf die Abtriebsachse zu übertragen. Die Antriebsleistung wird dabei schrittweise von der Antriebsachse auf die Zwischenachse und darauffolgend auf die Abtriebsachse übertragen, wobei insbesondere an den jeweiligen Übersetzungsstufen Untersetzungen und Veränderungen der Drehzahl ins Langsame erfolgen können.
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Indem die Drehzahl bereits mittels einer ersten vorgegebenen Untersetzung von der Antriebsachse auf die Zwischenachse verringert werden kann, kann beispielsweise eine von einem schnelldrehenden Elektromotor über den Eingang auf die Antriebsachse übertragene Rotation verlangsamt an die Zwischenachse übertragen werden. Dadurch kann insbesondere das Wählen und Einstellen der zweiten Übersetzung bzw. eines der Gänge des Achsantriebs, die ebenfalls als Untersetzungen vorgesehen sein können, erleichtert werden, da die zu dieser Einstellung notwendigen Schritte bei einer im Vergleich zu der Antriebsachse verringerten Drehzahl erfolgen können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Eingang an einer zu der Antriebsachse koaxialen Antriebswelle vorgesehen sein, wobei zwischen der Antriebswelle und der Zwischenwelle eine (erste) Stirnradstufe vorgesehen sein kann, welche dazu ausgebildet ist, die Antriebsleistung mit der vorgegebenen ersten Übersetzung von der Antriebswelle zur Zwischenwelle zu übertragen. Dabei kann der Eingang beispielsweise als Flansch ausgebildet sein, über welchen die Antriebswelle mit einer Motorwelle eines die Antriebsleistung ausgebenden Motors und insbesondere eines Elektromotors verbindbar sein kann.
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Insbesondere können die Antriebswelle und die Zwischenwelle über die Stirnradstufe direkt miteinander verbunden sein, so dass keine weiteren, um eine andere Achse als die Antriebsachse und die Zwischenachse drehbare Elemente zur Übertragung der Antriebsleistung vorgesehen sind und ein übersetzungsbedingter Leistungsverlust minimiert werden kann. Dazu kann die Stirnradstufe ein an der Antriebswelle angeordnetes und als Zahnrad ausgebildetes Stirnrad sowie ein an der Zwischenwelle angeordnetes und als Zahnrad ausgebildetes Stirnrad umfassen, welche unmittelbar in Eingriff miteinander stehen.
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Über die Stirnradstufe erfolgt zunächst ein Versatz der parallel zueinander verlaufenden Antriebswelle und der Zwischenwelle, so dass insbesondere auch der an der Antriebswelle vorgesehene und zu der Antriebsachse koaxiale Eingang zum Empfang einer Antriebsleistung versetzt zu der Zwischenwelle angeordnet ist. Indem auch die Zwischenwelle parallel versetzt zu der Fahrzeugachse verlaufen kann, kann somit ein koaxial zu dem Eingang angeordneter Motor, beispielsweise ein Elektromotor, der eine Antriebsleitung an den Eingang ausgibt, radial in Bezug auf die Fahrzeugachse beabstandet von der Zwischenwelle und mit durch die Stirnradstufe nochmals vergrößertem Abstand zu der Fahrzeugachse positioniert werden. Der für den Achsantrieb bzw. den Motor in axialer Richtung bezüglich der Fahrzeugachse benötigte Bauraum kann entsprechend durch diesen parallelen Versatz und die Anordnung des Motors außerhalb der Achse begrenzt werden.
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Ferner ermöglicht die Stirnradstufe in einfacher Weise, die Antriebsleistung mit der ersten Übersetzung von der Antriebswelle zu der Zwischenwelle zu übertragen, indem dazu lediglich ein jeweiliges an den entsprechenden Wellen vorgesehenes Zahnrad benötigt wird. Insbesondere kann dabei an der Stirnradstufe eine Untersetzung erfolgen, um beispielsweise eine von einem schnelldrehenden Elektromotor empfangene Antriebsleistung ausgehend von der Zwischenwelle vereinfacht handhaben und insbesondere unproblematisch mit der wählbaren zweiten Übersetzung auf die Abtriebswelle übertragen zu können.
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Bei einigen Ausführungsformen kann der Achsantrieb ein Differential umfassen und die zwei Ausgänge können an Abtriebswellen des Differentials vorgesehen sein. Dabei können zwischen der Zwischenwelle und dem Differential zwei (weitere) zueinander parallele Stirnradstufen vorgesehen sein, welche dazu ausgebildet sind, die Antriebsleistung mit einer jeweiligen der zwei verschiedenen vorgegebenen Übersetzungen von der Zwischenwelle zum Differential zu übertragen, wobei zumindest eine Kupplung vorgesehen sein kann, mittels welcher gewählt bzw. eingestellt werden kann, über welche der zwei Stirnradstufen die Antriebsleistung von der Zwischenwelle zum Differential übertragen wird.
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Insbesondere können die Stirnradstufen dabei zwischen der Zwischenwelle und einem Differentialkorb des Differentials vorgesehen sein, welcher Ausgleichsräder des Differentials trägt, die einen Ausgleich unterschiedlicher Drehzahlen der Abtriebswellen des Differentials ermöglichen. Beispielsweise können so die unterschiedlichen Drehzahlen von mit den Abtriebswellen über die Ausgänge verbundenen Rädern während eines Durchfahrens einer Kurve ausgeglichen werden. Dazu können die Ausgänge beispielsweise als Flansche ausgebildet sein, über welche die jeweiligen Halbachsen der Fahrzeugachse mit den Abtriebswellen des Differentials drehfest verbunden werden können.
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Durch die zwischen der Zwischenwelle und dem Differential vorgesehenen Stirnradstufen erfolgt zunächst neuerlich ein Versatz zwischen der Zwischenwelle und den Abtriebswellen des Differentials sowie den dazu koaxialen Ausgängen des Achsantriebs, so dass die zur Übertragung der Antriebsleistung an der Zwischenwelle vorgesehenen Elemente ebenfalls radial versetzt zu der Abtriebsachse und entsprechend zu der Fahrzeugachse angeordnet werden können. Insbesondere kann von den Elementen des Achsantriebs neben den Ausgängen ausschließlich das Differential koaxial zu der Abtriebsachse und, sofern die Halbachsen über die Ausgänge koaxial mit den Abtriebswellen des Differentials verbunden werden, koaxial zu der Fahrzeugachse angeordnet sein. Somit beansprucht der Achsantrieb lediglich den von dem Differential benötigten Raum zwischen den Radseiten und der axiale Raum steht nahezu vollständig für eine Auslenkung der Räder oder die an den Radseiten ausgebildeten Untersetzungsgetriebe zur Verfügung.
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Die zwei Stirnradstufen können ein jeweiliges Losrad, welches an der Zwischenwelle drehbar gelagert ist, sowie ein jeweiliges Festrad umfassen, welches drehfest mit dem Differential gekoppelt ist. Dabei kann die Kupplung dazu ausgebildet sein, selektiv ein jeweiliges der zwei Losräder drehfest mit der Zwischenwelle zu koppeln, während das jeweilige andere Losrad von der Zwischenwelle entkoppelt ist. Entsprechend kann die Kupplung zur wahlweisen Übersetzung der Antriebsleistung zu dem Differential an der Zwischenwelle und somit ebenfalls radial beabstandet zu der Abtriebsachse angeordnet sein. Die Kupplung kann dabei beispielsweise als Klauenkupplung ausgebildet sein, wobei insbesondere die an dem Eingang empfangene Antriebsleistung bereits über die erste Übersetzung untersetzt auf die Zwischenwelle übertragen werden kann, um eine vereinfachte Synchronisation der Kupplung mit dem jeweiligen Losrad zu ermöglichen.
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Insbesondere können die betreffenden Losräder und Festräder als Zahnräder ausgebildet sein und in direktem Eingriff miteinander stehen. Indem die jeweiligen Festräder drehfest mit dem Differential gekoppelt sind, drehen sie sich gemeinsam mit diesem und mit zu der des Differentials identischer Drehzahl. Entsprechend wird eine auf ein jeweiliges Festrad übertragene Drehung unmittelbar und ohne Übersetzung auf das Differential übertragen, wobei umgekehrt ein jeweiliges Festrad bei einer Drehung des Differentials dessen Drehung ebenfalls unmittelbar ausführt. Ferner können die Festräder einteilig mit dem Differential ausgebildet sein, wobei es auch möglich ist, diese als gesonderte und mit dem Differential verbundene Elemente vorzusehen.
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Indem die Kupplung dazu ausgebildet sein kann, selektiv ein jeweiliges der zwei Losräder drehfest mit der Zwischenwelle zu koppeln, während das jeweilige andere Losrad von der Zwischenwelle entkoppelt ist, kann gewählt werden, über welche der zwei Stirnradstufen die Antriebsleistung zu dem Differential übertragen wird. Dabei wird die Antriebsleistung auf das jeweilige gekoppelte Losrad mit zu der Zwischenwelle identischer Drehzahl übertragen und über die entsprechende Stirnradstufe bzw. das jeweilige Festrad übersetzt zu dem Differential geleitet. Unabhängig davon, über welche der Stirnradstufen die Antriebsleistung übertragen wird, werden aufgrund der drehfesten Kopplung mit dem Differential beide Festräder in Drehung versetzt, sodass auch das jeweilige andere, von der Zwischenwelle entkoppelte Losrad rotiert, sofern dieses in Eingriff mit dem zugeordneten Festrad steht. Dies kann insbesondere eine vereinfachte Synchronisation der Kupplung mit diesem entkoppelten Losrad ermöglichen, sofern die zweite Übersetzung verändert werden und eine Übersetzung über die jeweils andere Stirnradstufe erfolgen soll.
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Die zumindest eine Kupplung kann, wie bereits erwähnt, als Klauenkupplung ausgebildet sein. Eine derartig ausgebildete Kupplung kann eine einfache, robuste und kompakte Möglichkeit zur Wahl der Stirnradstufe, über welche die Antriebsleistung von der Zwischenwelle zum Differential übertragen wird, bzw. zum drehfesten Verbinden eines Losrades der gewählten Stirnradstufe mit der Zwischenwelle bieten. Ferner kann sich eine solche Kupplung als verschleißarm erweisen, um einen langfristigen Gebrauch des Achsantriebs zu ermöglichen.
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Die zumindest eine Kupplung kann als synchronisierte Klauenkupplung ausgebildet sein. Insbesondere kann die Synchronisation einer solchen Klauenkupplung zum Wählen der jeweiligen Stirnradstufe elektrisch erfolgen. Dabei kann es vorgesehen sein, die an dem Eingang empfangene Antriebsleistung mittels der ersten Übersetzung untersetzt (d.h. ins Langsame übersetzt) auf die Zwischenwelle zu übertragen, um die notwendige Synchronisation der Klauenkupplung mit den Stirnradstufen der zweite Übersetzung zu erleichtern. Dies kann insbesondere vorgesehen sein, wenn die Antriebsleistung an dem Eingang von einem schnelldrehenden Elektromotor empfangen wird.
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Die zumindest eine Kupplung, insbesondere Klauenkupplung, kann einen Aktor aufweisen, um die Kupplung selektiv mit einer jeweiligen der Stirnradstufen in Eingriff zu bringen bzw. um ein Kupplungselement zu versetzen. Der Aktor kann beispielsweise ein elektrischer, elektromagnetischer, hydraulischer oder pneumatischer Aktor sein.
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Bei einigen Ausführungsformen kann der Achsantrieb eine Steuereinrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, für einen Wechsel der Übertragung der Antriebsleistung von der einen zu der anderen der zwei zueinander parallelen Stirnradstufen (bzw. für einen Wechsel der wählbaren zweiten Übersetzung) nacheinander
- a) die zumindest eine Kupplung (insbesondere Klauenkupplung), während die Kupplung die Zwischenwelle mit der einen der zwei Stirnradstufen koppelt, lastfrei zu regeln;
- b) die Zwischenwelle von der einen der zwei Stirnradstufen zu entkoppeln;
- c) eine Drehzahl der Zwischenwelle derart anzupassen, dass die Drehzahl der Zwischenwelle mit einer Drehzahl der anderen der zwei Stirnradstufen zumindest im Wesentlichen synchron ist; und
- d) die Zwischenwelle über die zumindest eine Kupplung mit der anderen der zwei Stirnradstufen zu koppeln.
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Hierfür kann die Steuereinrichtung (direkt oder indirekt) signaltechnisch mit der Kupplung (insbesondere einem Aktor der Kupplung) und einem eine Antriebsleistung auf den Eingang übertragenden Motor (insbesondere Elektromotor) verbunden sein. Die Steuereinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, den Motor im Sinne einer Synchronisierung der rotierenden Kupplungskomponenten (insbesondere von einander zugeordneten Klauenverzahnungen) zu steuern.
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In dem Schritt a) wird die Kupplung zunächst lastfrei geregelt. Dies kann insbesondere durch Anpassen einer Drehzahl der Zwischenwelle geschehen. In dem Schritt a) kann die auf den Eingang übertragene Antriebsleistung auf im Wesentlichen Null verringert werden, und/oder es kann die Drehzahl des Eingangs bzw. des Motors derart angepasst werden, dass über die Kupplung kein oder kein signifikantes Drehmoment übertragen wird. Hierbei kann insbesondere eine (direkte oder indirekte) Anpassung der Drehzahl des Eingangs bzw. des Motors an die Drehzahl der eingekuppelten Stirnradstufe (bzw. an die Drehzahl eines Losrads dieser Stirnradstufe) erfolgen, welche aus einer Fahrbewegung des Fahrzeugs und somit der Antriebsachse resultiert. Hierbei kann insbesondere die zwischengeschaltete erste Übersetzung berücksichtigt werden. Um die lastfreie Regelung erreichen zu können, kann die Steuereinrichtung insbesondere wenigstens einen Drehzahlsensor und/oder einen Drehmomentsensor umfassen bzw. mit einem solchen verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, aus der von dem Motor auf den Eingang übertragenen Antriebsleistung die auf die Kupplung wirkende Last zu ermitteln; hierfür kann die Steuereinrichtung insbesondere zu einem Überprüfen des Motorstroms eines die Antriebsleistung erzeugenden Elektromotors ausgebildet sein. Es ist alternativ oder zusätzlich auch möglich, den Motor (insbesondere Elektromotor) zumindest im Wesentlichen lastfrei zu schalten (Leerlauf ohne Antriebsmoment).
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In dem Schritt b) wird die zu wechselnde Stirnradstufe ausgekuppelt, d.h. die Kupplung wird ausgerückt.
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In dem Schritt c) wird die Drehzahl der Zwischenwelle mit der Drehzahl der gewählten Stirnradstufe synchronisiert. Hierfür kann der Eingang bzw. der die Antriebsleistung erzeugende Motor entsprechend angesteuert werden, insbesondere unter Berücksichtigung der zwischengeschalteten ersten Übersetzung. Die Steuereinrichtung kann entsprechende Drehzahlsensoren umfassen bzw. mit solchen verbunden sein. In dem Schritt c) kann somit eine (direkte oder indirekte) Anpassung der Drehzahl des Eingangs bzw. des Motors an die Drehzahl der einzukuppelnden Stirnradstufe (bzw. an die Drehzahl eines Losrads dieser Stirnradstufe) erfolgen, welche aus einer Fahrbewegung des Fahrzeugs und somit der Antriebsachse resultiert. Die Drehzahlen sind im Wesentlichen synchron, wenn ein Einkuppeln ohne signifikanten Laststoß möglich ist.
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In dem Schritt d) wird die gewählte Stirnradstufe mit der Zwischenwelle gekoppelt, d.h. die Kupplung wird eingerückt.
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Indem die Kupplung derart steuerbar ist bzw. zu einem Durchführen der beschriebenen Schritte angesteuert werden kann, kann in einfacher Weise zwischen den die Antriebsleistung auf das Differential und die Abtriebswelle übertragenden Stirnradstufen bzw. den Gängen der zweiten Übersetzung gewählt und gewechselt werden.
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Bei einigen Ausführungsformen kann der Achsantrieb eine Feststellbremse umfassen, die mit der Zwischenwelle oder einem an der Zwischenwelle vorgesehenen Element bremswirksam verbunden ist und über die Zwischenwelle oder das an der Zwischenwelle vorgesehene Element auch mit dem Eingang und mit den zwei Ausgängen des Achsantriebs bremswirksam verbunden ist.
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Ein von der Feststellbremse ausgeübtes Bremsmoment wird folglich über die Zwischenachse bzw. in deren Bereich in den Achsantrieb eingeleitet und über die Zwischenwelle bzw. ein daran vorgesehenes Element an den Eingang und insbesondere die zwei Ausgänge des Achsantriebs übertragen, sodass eine Rotation der Wellen des Achsantriebs unterbunden und ein Rollen eines von dem Achsantrieb angetriebenen Fahrzeugs verhindert wird. Ein solches Element zur bremswirksamen Verbindung mit der Feststellbremse kann insbesondere koaxial zu der Zwischenachse angeordnet bzw. um diese drehbar sein, wobei das Element beispielsweise als mit der Zwischenwelle gekoppeltes oder koppelbares Zahnrad ausgebildet sein kann. Ein solches, als Zahnrad ausgebildetes Element kann ferner Teil einer der vorstehend genannten Stirnradstufen sein, welche die möglichen Übersetzungsverhältnisse der wählbaren zweiten Übersetzung definieren, und beispielsweise einem der genannten Losräder entsprechen.
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Die Feststellbremse kann mit der Zwischenwelle oder einem an der Zwischenwelle vorgesehenen Element direkt oder indirekt verbunden sein. Beispielsweise kann die Feststellbremse eine Bremsscheibe umfassen, die direkt mit der Zwischenwelle selbst oder einem der genannten Losräder drehfest gekoppelt ist und entsprechend gemeinsam mit dieser bzw. diesem dreht. Durch ein Blockieren der Feststellbremse kann somit unmittelbar auch die Drehung der Zwischenwelle oder des Losrads gebremst und blockiert werden. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, die Feststellbremse lediglich indirekt mit der Zwischenwelle und beispielsweise über eine weitere Stirnradstufe mit einem der Losräder zu koppeln.
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Die Feststellbremse kann eine Bremsscheibe umfassen, die drehfest mit einer Bremswelle gekoppelt ist, wobei die Bremswelle koaxial zur Zwischenachse angeordnet und drehfest mit der Zwischenwelle gekoppelt oder koppelbar sein kann. Insbesondere kann die Feststellbremse dabei eine einzelne Bremsscheibe umfassen, die beispielsweise einteilig mit der Bremswelle ausgebildet sein kann. Ferner kann die Bremswelle einteilig mit der Zwischenwelle ausgebildet sein, so dass die Bremswelle unmittelbar drehfest mit der Zwischenwelle gekoppelt ist und ein an der Bremsscheibe angreifendes Bremsmoment direkt auf die Zwischenwelle übertragen wird. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Bremswelle gesondert von der Zwischenwelle vorgesehen ist und wahlweise mit dieser koppelbar ist, wobei die wahlweise Kopplung insbesondere über die genannte Kupplung zum Schalten zwischen den zwei möglichen Stufen bzw. Gängen der zweiten Übersetzung erfolgen kann.
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Bei weiteren Ausführungsformen kann die Feststellbremse eine Bremsscheibe umfassen, die drehfest mit einer Bremswelle gekoppelt ist, wobei die Bremswelle zu der Zwischenachse parallel versetzt angeordnet und, insbesondere über eine Stirnradstufe, mit der Zwischenwelle bremswirksam verbunden oder verbindbar ist. Auch bei diesen Ausführungsformen kann die Feststellbremse insbesondere eine einzelne Bremsscheibe umfassen, die ferner auch einteilig mit der Bremswelle ausgebildet sein kann.
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Indem die Bremswelle parallel versetzt zu der Zwischenachse angeordnet sein kann, kann wiederum auch ein paralleler Versatz zu der Abtriebswelle und entsprechend der Fahrzeugachse erreicht werden, um den für den Achsantrieb benötigten Bauraum in axialer Richtung bezüglich der Fahrzeugachse begrenzen zu können. Ferner kann es vorgesehen sein, durch die Verbindung der Bremswelle mit der Zwischenwelle, insbesondere über eine Stirnradstufe, die Drehzahl der Zwischenwelle übersetzt zu der Bremswelle zu übertragen. Insbesondere kann es hierbei vorgesehen sein, durch eine solche Übersetzungsstufe zwischen der Zwischenwelle und der Bremswelle das auf die Bremswelle übertragene Drehmoment zu verkleinern, um die zu einem Blockieren des Achsantriebs notwendige auf die Bremsscheibe auszuübende Kraft zu verringern.
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Grundsätzlich kann die Feststellbremse auch bei diesen Ausführungsformen dauerhaft mit der Zwischenwelle bremswirksam verbunden sein, wobei alternativ insbesondere die vorstehend genannte Kupplung dazu genutzt werden kann, die bremswirksame Verbindung wahlweise herzustellen.
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Bei einigen Ausführungsformen kann der Achsantrieb ein Gehäuse umfassen, innerhalb dessen die Übertragung der Antriebsleistung von dem Eingang zu den zwei Ausgängen erfolgt. Ein derartiges Gehäuse ermöglicht es, die jeweiligen Elemente des Achsantriebs kompakt und klar definiert anzuordnen, sodass der Achsantrieb als kompakte, geschlossene Antriebseinheit mit definierten Schnittstellen vorgesehen, hergestellt und vertrieben werden kann. Ferner kann durch eine derartige kontrollierte Anordnung der Elemente die Kopplung des Achsantriebs mit einer Fahrzeugachse bzw. dessen Montage vereinfacht werden.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Antriebsstrang mit einer Fahrzeugachse, die zwei Halbachsen umfasst, welche an ihren Enden jeweils eine Radseite mit einem Untersetzungsgetriebe aufweisen, sowie mit einem Achsantrieb zum Antreiben der Fahrzeugachse wie hierin offenbart.
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Wie vorstehend beschrieben, kann durch einen Achsantrieb der beschriebenen Art der für diesen benötigte Bauraum in axialer Richtung bezogen auf die Fahrzeugachse minimiert werden, so dass dieser für die an den Radseiten vorgesehenen Untersetzungsgetriebe sowie gegebenenfalls für eine Auslenkung der Radseiten bzw. mit diesen verbundener Räder genutzt werden kann. Somit kann trotz des für die an den Radseiten vorgesehenen Untersetzungsgetriebe benötigten zusätzlichen axialen Bauraums aufgrund des schmalen Achsantriebs eine entsprechend kurze Fahrzeugachse und schmale Bauweise des Fahrzeugs erreicht werden.
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Bei einigen Ausführungsformen kann die Fahrzeugachse lenkbar sein. Insbesondere bei einer derartigen Fahrzeugachse ist es notwendig, den für den Achsantrieb in axialer Richtung benötigten Bauraum zu minimieren und einen für den Lenkausschlag ausreichenden Freiraum bereitzustellen. Durch die in axialer Richtung schmale Bauweise des hierin offenbarten Achsantriebs eignet sich dieser insbesondere auch zum Antrieb lenkbarer Achsen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Antriebsstrang einen Elektromotor zum Ausgeben einer Antriebsleistung an den Eingang des Achsantriebs aufweist, wobei der Elektromotor koaxial zu dem Eingang angeordnet sein kann. Die Motorwelle des Elektromotors, über welche der Elektromotor die Antriebsleistung ausgibt, bzw. eine Rotationsachse der Motorwelle ist hierbei koaxial zu dem Eingang und entsprechend zu der Antriebsachse des Achsantriebs vorgesehen. Der Elektromotor kann somit in gleichem radialem Abstand bezogen auf die Fahrzeugachse wie die Antriebsachse des Achsantriebs angeordnet werden. Auch der Elektromotor ist somit radial beabstandet zu der Fahrzeugachse angeordnet, welche parallel versetzt zu der Antriebsachse verlaufen kann, so dass der Elektromotor nicht axial zwischen den Radseiten der Fahrzeugachse positioniert ist und in diesem Bereich keinen Platz beansprucht.
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Die Erfindung wird im Folgenden rein beispielhaft anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 bis 4 schematische Darstellungen eines mit einer Fahrzeugachse verbundenen erfindungsgemäßen Achsantriebs.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs 71 mit einem Achsantrieb 11 für eine lenkbare Fahrzeugachse F. Die Fahrzeugachse F umfasst dabei eine erste Halbachse 13 und eine zweite Halbachse 15, die an ihren Enden eine jeweilige erste Radseite 17 und eine zweite Radseite 19 aufweisen.
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An den Radseiten 17 und 19 ist ein jeweiliges als Planetengetriebe ausgebildetes Untersetzungsgetriebe 21 vorgesehen, durch welches eine Rotation der jeweiligen Halbachse 13 bzw. 15 untersetzt bzw. in eine verlangsamte Rotation übersetzt an eine Radnabe 83 und ein damit verbundenes Rad 73 übertragen werden kann (vgl. auch 2). Die Untersetzung wird dabei erreicht, indem die Rotation der Fahrzeugachse F bzw. der jeweiligen Halbachse 13 oder 15 auf ein drehfest mit dieser gekoppeltes Sonnenrad 77 übertragen wird, wodurch zwischen dem Sonnenrad 77 und einem festgehaltenen Hohlrad 75 angeordnete Planetenräder 79 in Rotation um ihre Achsen versetzt werden. Diese Achsen sind auf einem konzentrisch um das Sonnenrad 77 umlaufenden Steg 81 gelagert, sodass auch die Planetenräder 79 das Sonnenrad 77 während ihrer Rotation umkreisen. Die Radnabe 83 ist dabei mit dem Steg 81 gekoppelt, auf welchem die umlaufenden Achsen der Planetenräder 79 angeordnet sind, und die Drehung der jeweiligen Halbachse 13 oder 15 wird untersetzt auf die der entsprechenden Radseite 17 oder 19 zugeordnete Radnabe 83 übertragen.
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Durch das Vorsehen eines derartigen Untersetzungsgetriebes 21 an den Radseiten 17 und 19 der beiden Halbachsen 13 und 15 der Fahrzeugachse F ist es möglich, ein erhöhtes Drehmoment auf die Radnabe 83 bzw. auf mit dieser verbundene Räder 73 (vgl. 2) zu übertragen, ohne dass die Elemente des Achsantriebs 11 zur Übertragung einer von einem Motor 25 empfangenen Antriebsleistung selbst derartig hohen Drehmomenten ausgesetzt sind. Vielmehr können diese bei verhältnismäßig hohen und beispielsweise von einem schnelldrehenden Elektromotor 25 generierten Drehzahlen und entsprechend niedrigen Drehmomenten betrieben werden, sodass die Elemente einer geringeren Belastung ausgesetzt sind. Insbesondere können solche radseitigen Untersetzungsgetriebe 21 für Fahrzeuge zum Transport großer Lasten, beispielsweise für Nutzfahrzeuge im Tage- oder Erdbau, vorgesehen werden, um die erforderlichen hohen Drehmomente auf die Räder 73 solcher Fahrzeuge zu übertragen.
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Derartige als sogenannte Außenplanetenachsen mit radseitigen Untersetzungsgetrieben 21 ausgebildete Fahrzeugachsen F benötigen jedoch einen bezüglich der Fahrzeugachse F in axialer Richtung erhöhten Bauraum. Insbesondere, wenn die durch den Achsantrieb 11 angetriebene Fahrzeugachse F auch lenkbar ausgebildet ist, ist der axial für die Anordnung von Elementen des Achsantriebs 11 zur Verfügung stehende Bauraum zwischen den Radseiten 13 und 15 zusätzlich durch den für den Lenkausschlag der Räder 73 freizuhaltenden Platz beschränkt (vgl. 2). Um dennoch eine schmale Bauweise eines Fahrzeuges mit einer lenkbaren, als Außenplanetenachse ausgebildeten Fahrzeugachse F zu ermöglichen, ist der Achsantrieb 11 in axialer Richtung bezüglich der Fahrzeugachse F mit möglichst geringer Ausdehnung ausgebildet und die Übertragung einer von dem Motor 25 empfangen Antriebsleistung an die Halbachsen 13 und 15 erfolgt über eine parallel zu der Fahrzeugachse F versetzte Antriebsachse A und eine parallel versetzte Zwischenachse B sowie eine zu der Fahrzeugachse F koaxiale Abtriebsachse C. Alternativ zu einer solchen koaxialen Anordnung der Abtriebsachse C zu der Fahrzeugachse F kann auch vorgesehen sein, dass die Abtriebsachse C und die Fahrzeugachse F parallel versetzt zueinander verlaufen und beispielsweise über ein Versatzgetriebe miteinander verbunden sind.
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Der Achsantrieb 11 weist einen Eingang 23 auf, über welchen eine von einem Motor 25 ausgegebene Antriebsleistung empfangen wird, wobei der Motor 25 insbesondere als schnelldrehender Elektromotor vorgesehen sein kann. Dazu kann der Eingang 23 als Flansch ausgebildet sein, der mit einer Motorwelle des Motors 25 verbindbar ist, um eine Antriebsleistung auf die Antriebsachse A des Achsantriebs 11 zu übertragen. Der Eingang 23 ist dabei koaxial zu der Antriebsachse A angeordnet und rotiert entsprechend bei Empfang einer Antriebsleistung um diese Antriebsachse A, wobei der Eingang 23 ferner insbesondere auch koaxial zu einer (nicht gezeigten) Motorwelle des Motors 25 angeordnet sein kann, sodass sich auch die Motorwelle koaxial zu der Antriebsachse A erstrecken kann.
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Der Eingang 23 ist drehfest mit einer Antriebswelle 41 verbunden, auf die eine empfangene Antriebsleistung entsprechend unmittelbar übertragen wird. Die auf die Antriebswelle 41 übertragene Antriebsleistung wird in der Folge über eine einer ersten Übersetzung entsprechende Stirnradstufe 33 an eine Zwischenwelle 27 übertragen, die um eine zu der Antriebsachse A parallel versetzte Zwischenachse B drehbar ist. Die der Stirnradstufe entsprechende erste Übersetzung 33 ist somit durch das Verhältnis der an der Antriebswelle 41 und der Zwischenwelle 27 ausgebildeten Stirnräder 85 bzw. 87 eindeutig vorgegeben, die insbesondere als Zahnräder ausgebildet sein und in direktem Eingriff zueinander stehen können. Insbesondere kann die erste Übersetzung 33 dabei eine Untersetzung bedingen, so dass die Rotation der Antriebswelle 41 verlangsamt bzw. mit verringerter Drehzahl auf die Zwischenwelle 27 übertragen wird. Dies kann insbesondere den Einsatz eines schnell rotierenden Elektromotors 25 ermöglichen, indem eine Weiterleitung der Antriebsleistung von der Zwischenwelle 27 an die Abtriebsachse C aufgrund der verlangsamten Rotationsgeschwindigkeit der Zwischenwelle 27 vereinfacht erfolgen kann.
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Koaxial zu der Zwischenwelle 27 sind ein erstes Losrad 51 und ein zweites Losrad 53 grundsätzlich frei drehbar um die Zwischenwelle 27 gelagert, die allerdings selektiv mittels einer Kupplung 49 drehfest mit der Zwischenwelle 27 gekoppelt werden können. Die Kupplung 49 kann dabei beispielsweise als synchronisierte Klauenkupplung ausgebildet sein, wobei deren Synchronisation mit dem jeweiligen Losrad 51 oder 53 insbesondere elektrisch erfolgen kann. Hierfür ist eine Steuereinrichtung 89 vorgesehen, die mit dem Motor 25 und über eine nicht gezeigte Steuerleitung mit einem Aktor der Kupplung 49 verbunden ist, der beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein kann. Die Steuereinrichtung 89 kann ferner Drehzahlsensoren und/oder Drehmomentsensoren umfassen bzw. mit solchen verbunden sein, um den Motor 25 in Abhängigkeit von Signalen der Sensoren im Sinne einer Synchronisierung der rotierenden Kupplungskomponenten zu steuern. Die zur selektiven Kopplung erforderliche Synchronisation der Kupplung 49 mit einem jeweiligen der Losräder 51 und 53 wird dadurch vereinfacht, dass die am Eingang 23 empfangene Antriebsleistung an der ersten Übersetzung 33 untersetzt wird, sodass die Zwischenwelle 27 im Vergleich zu der Antriebswelle 41 verlangsamt rotiert.
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Die als Zahnräder ausgebildeten Losräder 51 und 53 stehen in Eingriff mit einem jeweiligen ersten Festrad 55 und einem zweiten Festrad 57, welche drehfest mit einem Differential 43 (Achsdifferentialgetriebe) verbunden und einteilig mit diesem ausgebildet sein können. Das erste Losrad 51 bildet somit mit dem ersten Festrad 55 des Differentials 43 eine erste Stirnradstufe 35, während das zweite Losrad 53 mit dem zweiten Festrad 57 eine zweite Stirnradstufe 37 bildet, über welche die Antriebsleistung von der Zwischenwelle 27 auf das Differential 43 übertragen werden kann. Das Differential 43 ist dabei koaxial zu der Abtriebsachse C angeordnet und dessen Abtriebswellen 45 und 47 sind mit Ausgängen 29 und 31 des Achsantriebs 11 verbunden, welche als Flansche ausgebildet und mit den Halbachsen 13 und 15 der Fahrzeugachse F zur Übertragung der Antriebsleistung auf die Radnaben 83 verbunden sind. Die Ausgleichsräder 85 des Differentials 43 ermöglichen ferner einen Ausgleich unterschiedlicher Drehzahlen der Radseiten 17 und 19, beispielsweise beim Durchfahren einer Kurve.
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Indem selektiv entweder das erste Losrad 51 oder das zweite Losrad 53 drehfest mit der Zwischenwelle 27 gekoppelt werden kann, kann die Stirnradstufe 35 oder 37 gewählt werden, mittels welcher die von dem Motor 25 empfangene Antriebsleistung von der Zwischenwelle 27 zu dem Differential 43 geleitet wird. Folglich findet zwischen der Zwischenwelle 27 und dem Differential 43 eine zweite Übersetzung 39 statt, wobei diese zweite Übersetzung 39 wählbar über die erste Stirnradstufe 35 oder die zweite Stirnradstufe 37 erfolgen kann, die entsprechend schaltbare Gänge des Achsantriebs 11 darstellen. Auch hierbei kann insbesondere mittels der Stirnradstufen 35 und 37 eine Untersetzung der Drehzahl von der Zwischenwelle 27 zu dem Differential 43 erfolgen, wobei es auch denkbar ist, zumindest einen der Gänge als die Drehzahl ins Schnelle übersetzend auszubilden. Grundsätzlich ist es auch möglich, mehr als die gezeigten zwei Gänge für den Achsantrieb 11 und beispielsweise weitere Stirnradstufen zwischen der Zwischenwelle 27 und dem Differenzial 43 vorzusehen.
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Die am Eingang 23 von dem Motor 25 empfangene Antriebsleistung wird somit, unabhängig von der Zahl der wählbaren Stufen bzw. Gänge an der zweiten Übersetzung 39, stets durch eine Kombination der ersten Übersetzung 33 und der wählbaren zweiten Übersetzung 39 übersetzt an die Ausgänge 29 und 31 und die Halbachsen 13 und 15 der Fahrzeugachse F übertragen. Dabei ermöglicht die erste Übersetzung 39 beispielsweise, die von einem schnelldrehenden Elektromotor 25 empfangene Antriebsleistung von der Antriebsachse A zu der Zwischenachse B untersetzt zu übertragen. Insbesondere sind bei der gezeigten Ausführungsform zusätzlich zu der ersten Übersetzung 33 und der zweiten Übersetzung 39 keine weiteren Übersetzungsstufen vorgesehen, so dass die Gesamtübersetzung des Achsantriebs 11 gerade der Kombination aus der ersten Übersetzung 33 und der ausgewählten zweiten Übersetzung 39 entspricht, wodurch übersetzungsbedingte Leistungsverluste minimiert werden können.
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Das jeweils nicht mit der Zwischenwelle 27 gekoppelte Losrad 53 oder 51 verbleibt von dieser entkoppelt, so dass keine Antriebsleistung von der Zwischenwelle 27 auf das betreffende Losrad 53 oder 51 übertragen wird. Aufgrund des Eingriffs der Losräder 53 und 51 mit den zugeordneten Festrädern 57 und 55 des Differentials 43 und deren drehfester Kopplung mit dem Differential 43 wird jedoch stets auch das nicht gekoppelte der Losräder 53 und 51 in Rotation versetzt. Dieses Drehen beider Losräder 53 und 51 kann einen Wechsel der Kopplung durch eine Synchronisation der Kupplung 49 mit dem jeweils nicht gekoppelten Losrad 53 oder 51 zum Umschalten zwischen den Gängen bzw. der die Antriebsleistung übertragenden Stirnradstufe 35 oder 37 des Achsantriebs 11 erleichtern.
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Was dieses synchronisierte Umschalten betrifft, insbesondere wenn die Kupplung 49 als Klauenkupplung ausgebildet ist, kann die Steuereinrichtung 89 die Kupplung 49 bzw. deren Klauenverzahnung zunächst lastfrei regeln. Hierfür kann die Steuerungseinrichtung 89 die Signale von Drehzahlsensoren und/oder Drehmomentsensoren berücksichtigen, um den Motor 25 zu steuern. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 89 eine lastfreie Rotation der Klauenverzahnung anhand der von dem Motor 25 ausgegebenen und an den Eingang 23 übertragenen Antriebsleistung erfassen, sodass die Regelung, wenn der Motor 25 als Elektromotor ausgebildet ist, beispielsweise unter Berücksichtigung des gemessenen Motorstroms erfolgen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 89 den Motor 25 einfach lastfrei schalten. Sodann kann die Steuereinrichtung 89 das jeweilige gekoppelte und zu wechselnde Losrad 51 oder 53 auskuppeln (Öffnen der Kupplung 49) und dadurch dessen drehfeste Verbindung mit der Zwischenwelle 27 lösen. Daraufhin kann die Drehzahl des Motors 25 und somit der Zwischenwelle 27 mittels der Steuereinrichtung 89 derart angepasst werden, dass eine Synchrondrehzahl an der Klauenverzahnung der Kupplung 49 für das jeweilige gewählte (andere) Losrad 53 oder 51 erreicht wird. Um den Wechsel zwischen den Losrädern 51 und 53 abzuschließen, kann die Kupplung 49 bzw. deren Klauenverzahnung sodann wieder geschlossen werden, um nun das gewählte (andere) Losrad 53 oder 51 drehfest mit der Zwischenwelle 27 zu koppeln. Ab diesem Zeitpunkt kann wieder Antriebsleistung von dem Motor 25 auf die Ausgänge 29 und 31 übertragen werden.
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Neben der verbesserten Möglichkeit zur Weiterleitung einer am Eingang 23 empfangenen Antriebsleistung zu den Ausgängen 29 und 31 ermöglichen die zur Erzielung der ersten Übersetzung 33 und der zweiten Übersetzung 39 genutzten Stirnradstufen einen radialen Versatz der Antriebsachse A, der Zwischenachse B und der zu der Fahrzeugachse F koaxialen Abtriebsachse C relativ zueinander. Dadurch kann ein insbesondere im Bereich zwischen den Radseiten 17 und 19 bezüglich der Fahrzeugachse F axial schmaler Aufbau des Achsantriebs 11 erreicht werden, indem dessen Elemente mit radialem Abstand zu der Fahrzeugachse F angeordnet werden. Der aufgrund der mit jeweiligen Untersetzungsgetrieben 21 als Außenplanetenachsen ausgebildeten Halbachsen 13 und 15 in axialer Richtung bezüglich der Fahrzeugachse F begrenzte Bauraum wird somit nur minimal durch den Achsantrieb 11 und ausschließlich durch das Differential 43 beansprucht. Auch die durch den Achsantrieb 11 angetriebene Fahrzeugachse F kann entsprechend, trotz deren Lenkbarkeit und des zusätzlichen, für den Lenkausschlag benötigten Freiraums in axialer Richtung, schmal ausgebildet sein und auch bei Fahrzeugen Verwendung finden, die unter beengten Platzverhältnissen eingesetzt werden.
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Ferner ermöglicht die zweifache Übersetzung über die erste als Stirnradstufe ausgebildete Übersetzung 33 und die zweite, zwischen den Stirnradstufen 35 und 37 wählbare zweite Übersetzung 39, den Elektromotor 25 parallel zu der Fahrzeugachse F, jedoch mit verhältnismäßig großem radialem Abstand anzuordnen. Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, die mit den Radseiten 17 und 19 verbundene Räder 73 während einer Auslenkung der lenkbaren Fahrzeugachse F zeigt, kann dadurch erreicht werden, dass ein für die Auslenkung der Räder 73 ausreichender Freiraum zur Verfügung steht und dieser nicht durch den Elektromotor 25 eingeschränkt wird. Durch einen derart in axialer Richtung schmal bauenden Achsantrieb 11 können folglich auch verhältnismäßig kurze Fahrzeugachsen F und entsprechend schmale Fahrzeuge mit einem schnelldrehenden Elektromotor 25 angetrieben werden.
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Um ferner eine kompakte und klar definierte Anordnung der Elemente des Achsantriebs 11 zu erreichen und die Verbindung des Achsantriebs 11 mit der Fahrzeugachse F während einer Montage zu erleichtern, sind diese in einem Gehäuse 69 angeordnet, so dass der Achsantrieb 11 als ein kompaktes Antriebsmodul mit definierten Schnittstellen, die insbesondere durch den Eingang 23 und die zwei Ausgänge 29 und 31 definiert sind, in den Antriebsstrang 71 eingesetzt werden kann.
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Wie 3 zeigt, kann der Achsantrieb 11 eine Feststellbremse 59 aufweisen, die eine Bremsscheibe 61 umfasst. Diese Bremsscheibe 61 ist mit einer Bremswelle 63 drehfest verbunden und kann einteilig mit dieser ausgebildet sein. Die Bremswelle 63 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel wiederum drehfest mit dem ersten Losrad 51 der Stirnradstufe 35 der zweiten Übersetzung 39 verbunden und kann daher mittels der Kupplung 49 drehwirksam mit der Zwischenwelle 27 gekoppelt werden. Durch diese Kopplung kann eine auf die Bremsscheibe 61 übertragene Bremswirkung unmittelbar auf die Zwischenwelle 27 übertragen werden und deren Rotation bremsen bzw. blockieren, um ein Rollen eines mittels des Achsantriebs 11 angetriebenen Fahrzeuges zu verhindern. Die Bremswirkung wird zudem auch stets über die Stirnradstufe 35 auf das Differential 23 sowie über die erste, als Stirnradstufe ausgebildete Übersetzung 33 auf die Antriebswelle 41 übertragen, so dass mittels der Feststellbremse 59 ein vollständiger Stillstand des Achsantriebs 11 erreicht werden kann.
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In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Achsantrieb 11 wiederum eine Feststellbremse 59 mit einer Bremsscheibe 61 auf, die drehfest mit einer Bremswelle 63 gekoppelt und einteilig mit dieser ausgebildet sein kann. Diese Bremswelle 63 ist parallel versetzt zu der Zwischenachse B und der Zwischenwelle 27 angeordnet und weist ein als Zahnrad ausgebildetes Stirnrad 67 auf, welches drehfest mit der Bremswelle 63 verbunden ist und ebenfalls einteilig mit dieser ausgebildet sein kann. Dieses Stirnrad 67 befindet sich in Eingriff mit dem ersten, an der Zwischenwelle 27 angeordneten Losrad 51 und bildet mit diesem gemeinsam eine Stirnradstufe 65.
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Wiederum kann die Bremsscheibe 61 bzw. die Bremswelle 63 somit mittels der Kupplung 49 dreh- bzw. bremswirksam mit der Zwischenwelle 27 gekoppelt werden, so dass eine auf die Bremsscheibe 61 ausgeübte Bremskraft an die Zwischenwelle 27 und über diese an die Antriebswelle 41 sowie die Abtriebswellen 45 und 47 und die Ausgänge 29 und 31 übertragen werden kann. Insbesondere kann dabei mittels der Stirnradstufe 65 ein verringertes Drehmoment von der Zwischenwelle 27 auf die Bremswelle 63 übertragen werden, um die zu einem Feststellen des Achsantriebs 11 bzw. eines dadurch angetriebenen Fahrzeuges notwendige und auf die Bremsscheibe 61 zu übertragende Bremskraft möglichst gering zu halten.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Achsantrieb
- 13
- erste Halbachse
- 15
- zweite Halbachse
- 17
- erste Radseite
- 19
- zweite Radseite
- 21
- Untersetzungsgetriebe
- 23
- Eingang
- 25
- Motor
- 27
- Zwischenwelle
- 29
- erster Ausgang
- 31
- zweiter Ausgang
- 33
- erste Übersetzung, Stirnradstufe
- 35
- Stirnradstufe
- 37
- Stirnradstufe
- 39
- zweite Übersetzung
- 41
- Antriebswelle
- 43
- Differential
- 45
- erste Abtriebswelle
- 47
- zweite Abtriebswelle
- 49
- Kupplung
- 51
- erstes Losrad
- 53
- zweites Losrad
- 55
- erstes Festrad
- 57
- zweites Festrad
- 59
- Feststellbremse
- 61
- Bremsscheibe
- 63
- Bremswelle
- 65
- Stirnradstufe
- 67
- Stirnrad der Bremswelle
- 69
- Gehäuse
- 71
- Antriebsstrang
- 73
- Rad
- 75
- Hohlrad
- 77
- Sonnenrad
- 79
- Planetenrad
- 81
- Steg
- 83
- Radnabe
- 85
- Stirnrad der Antriebswelle
- 87
- Stirnrad der Zwischenwelle
- 89
- Steuereinrichtung
- A
- Antriebsachse
- B
- Zwischenachse
- C
- Abtriebsachse
- F
- Fahrzeugachse
