DE102019217726A1

DE102019217726A1 - Anhängerachse

Info

Publication number: DE102019217726A1
Application number: DE102019217726.3A
Authority: DE
Inventors: Philipp Schart
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-05-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anhängerachse, umfassend eine elektrische Maschine (2), welche eingerichtet ist, als elektrischer Motor oder als elektrischer Generator betrieben zu werden, ein Getriebe (3) mit einer Eingangsachse (4), welche mit einem sich mit dem Boden in Kontakt befindlichen Rad verbindbar ist, und einer Ausgangsachse (5), welche mit der elektrischen Maschine (2) mittelbar oder unmittelbar gekoppelt ist, wobei das Getriebe (3) eine erste Getriebestufe (31) mit einem ersten Übersetzungsverhältnis, eine zweite Getriebestufe (32) mit einem zweiten, vom ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen, Übersetzungsverhältnis, und eine Umschalteinrichtung (30) aufweist, wobei die Umschalteinrichtung (30) eine Verbindung von der Eingangsachse (4) zur Ausgangsachse (5) über die erste Getriebestufe (31) oder über die zweite Getriebestufe (32) bereitstellt, und wobei die erste Getriebestufe (31) ein Schneckengetriebe umfasst.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anhängerachse, beispielsweise eines Wohnwagens oder eines Lastanhängers, sowie einen Fahrzeuganhänger mit einer derartigen Anhängerachse.
Fahrzeuganhänger, wie beispielsweise Wohnwägen, werden heutzutage mittels Zugmaschinen bewegt. Bei Wohnwägen wird häufig nach Ankunft an einem Zielort der Wohnwagen abgekoppelt und per Hand oder mittels eines Rangierantriebs, der die Räder des Wohnwagens direkt über eine bewegliche Antriebsrolle am Reifen des Wohnwagens antreibt, bewegt. Hierbei ist üblicherweise an jedem Reifen des Wohnwagens ein derartiger Rangierantrieb vorgesehen, welche eine Antriebsenergie aus einer 12V-Bord-Batterie des Wohnwagens entnehmen. Hier wäre es somit wünschenswert, eine Verbesserung bei einem Rangierbetrieb eines Fahrzeuganhängers zu haben.
Aus der EP 1 225 090 A2 ist ein derartiger Rangierantrieb bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Anhängerachse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Anhängerachse nicht nur für einen elektrischen Rangierbetrieb ausgelegt ist, sondern auch z.B. eine Lademöglichkeit für einen Energiespeicher des Anhängers bietet. Dabei weist die Anhängerachse einen einfachen und robusten Aufbau auf und benötigt nur einen minimalen Bauraum. Dadurch kann die Anhängerachse eine hohe Lebensdauer aufweisen und ermöglicht einen geringen Wartungsaufwand. Weiterhin vorteilhaft kann dadurch eine Abnutzung der Räder des Anhängers durch die darauf üblicherweise abrollenden Antriebsrollen verringert werden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Anhängerachse eine elektrische Maschine aufweist, welche eingerichtet ist, als elektrischer Motor oder als elektrischer Generator betrieben zu werden. Ferner ist ein Getriebe mit einer Eingangsachse, welche mit einem sich mit einem Boden in Kontakt befindlichen Rad verbindbar ist, und einer Ausgangsachse, welche mit der elektrischen Maschine mittelbar oder unmittelbar gekoppelt ist, vorgesehen. Das Getriebe umfasst dabei wenigstens zwei Getriebestufen mit voneinander verschiedenen Übersetzungsverhältnissen. Weiterhin umfasst das Getriebe eine Umschalteinrichtung, welche zwischen der ersten und zweiten Getriebestufe umschaltet. Die Umschalteinrichtung stellt somit eine Verbindung von einer Eingangsachse bzw. Eingangswelle (erste Achse) des Getriebes zu einer Ausgangsachse bzw. Ausgangswelle (zweite Achse) entweder über die erste Getriebestufe oder über die zweite Getriebestufe bereit. Dabei umfasst die erste Getriebestufe ein Schneckengetriebe.
Durch diese Getriebetopologie ist es möglich, dass die Anhängerachse einerseits in einem Rangierbetrieb betrieben werden kann und andererseits einen elektromotorischen Fahrbetrieb und/oder Generatorbetrieb ermöglicht. Bei einer normalen Fahrt des Anhängers im angehängten Zustand an einer Zugmaschine kann die elektrische Maschine als elektrischer Motor betrieben werden und eine zusätzliche Unterstützung zur Zugmaschine bereitstellen. Im generatorischen Betrieb kann die elektrische Maschine einen Energiespeicher, welcher beispielsweise im Anhänger verbaut ist, aufladen oder elektrische Verbraucher, welche sich im Anhänger befinden, beispielsweise ein Kühlschrank oder dgl., betreiben.
Beispielsweise kann die erste Getriebestufe im Rangiermodus genutzt werden. Hier wird die elektrische Maschine als Motor (motorischer Betrieb) verwendet. Im Rangierbetrieb werden z.B. relativ kleine Strecken zurückgelegt, z.B. wenige Meter, z.B. weniger als 500m oder weniger als 100m oder sogar nur weniger als 20m. Die Geschwindigkeiten im Rangiermodus können vorzugsweise gering sein, z.B. weniger als 10km/h, bevorzugt 6km/h, besonders bevorzugt weniger als 3km/h, z.B. 1km/h und weniger. Im Rangiermodus bzw. Rangierbetrieb kann z.B. ein relativ hohes Drehmoment an dem von der Anhängerachse angetriebenen Rad angefordert werden.
Die zweite Getriebestufe kann z.B. im Fahrbetrieb bzw. in einem Zugbetrieb eingesetzt werden, bei der größere Strecken (z.B. mehr als 10km oder sogar mehr als 100km) zurückgelegt werden. In der Zugfahrt können höhere Geschwindigkeiten erreicht werden, z.B. mehr als 70km/h, wodurch das Rad der Anhängerachse entsprechend schnell dreht.
Es sei angemerkt, dass zur Beschreibung der Erfindung die Eingangsachse des Getriebes immer die Achse ist, welche sich mit dem Rad des Anhängers in Verbindung befindet, und die Ausgangsachse des Getriebes immer die Achse ist, welche mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist - dies entspricht also einem generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine, z.B. bei einer Zugfahrt (der Anhänger wird vom Zugfahrzeug gezogen). Es ist für einen Fachmann dabei selbstverständlich, dass sich bei einem Umschalten der elektrischen Maschine von einer Nutzung im generatorischen Betrieb zu einem motorischen Betrieb der Kraftfluss im System umdreht. Damit wird grundsätzlich die bisherige Ausgangsachse des Getriebes zur Eingangsachse und umgekehrt. Trotzdem bleiben zur Vermeidung von Unklarheiten in der Beschreibung die Bezeichnungen „Eingangsachse“ und „Ausgangsachse“ unabhängig von der Betriebsart der elektrischen Maschine erhalten (es wird also immer auf einen Kraftfluss im generatorischen Betrieb Bezug genommen - im motorischen Betrieb müssten somit die Bezeichnungen getauscht werden).
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erste Getriebestufe weist vorzugsweise ein erstes Übersetzungsverhältnis in einem Bereich von 15:1 bis 115:1 auf (somit entsprechen 15 bis 115 Umdrehungen der Ausgangsachse, die der elektrischen Maschine zugewandt, einer Umdrehung der Eingangsachse, die dem Rad zugewandt ist). Beispielsweise kann das Übersetzungsverhältnis 76:1 betragen. Hierbei sei angemerkt, dass das erste Übersetzungsverhältnis von einer Stärke der elektrischen Maschine abhängt. Je stärker die elektrische Maschine ist, desto geringer kann das erste Übersetzungsverhältnis ausgewählt werden. Dadurch kann z.B. im Rangierbetrieb (motorischer Betrieb) bei einer effizienten Drehzahl der elektrischen Maschine (also z.B. geringer Wärmebelastung) ein hohes Drehmoment am Rad erzielt werden und ein für den Rangierbetrieb akzeptabler Geschwindigkeitsbereich erzielt werden.
Das zweite Übersetzungsverhältnis der zweiten Getriebestufe kann z.B. kleiner als das erste Übersetzungsverhältnis sein und ist vorzugsweise in einem Bereich von 1:1 bis 8:1 (somit entsprechen 1 bis 8 Umdrehungen der Ausgangsachse, die der elektrischen Maschine zugewandt ist, einer Umdrehung der Eingangsachse, die dem Rad zugewandt ist). Dabei kann das zweite Übersetzungsverhältnis dabei z.B. 2,66:1. Betragen. Durch diese Getriebeübersetzung ist z.B. im Fahrbetrieb bzw. Zugbetrieb sichergestellt, dass zum einen die Drehzahl der elektrischen Maschine weder im motorischen Betrieb noch im generatorischen Betrieb über eine sinnvolle Drehzahl der elektrischen Maschine erhöht ist. Gleichzeitig wird das Risiko für ein Blockieren des an der Anhängerachse angeordneten Rads im generatorischen Betrieb verringert, da bei dem gewählten Übersetzungsverhältnis das Drehmoment zum Antreiben der elektrischen Maschine nicht so hoch ausfällt.
Weiter bevorzugt sind die beiden Übersetzungsverhältnisse der zwei vorzugsweise parallel verlaufenden, Getriebestufen derart gewählt, dass das zweite Übersetzungsverhältnis um wenigstens einen Faktor 2, insbesondere den Faktor 2,5, kleiner ist als das erste Übersetzungsverhältnis. Weiter bevorzugt ist ein Verhältnis zwischen dem ersten Übersetzungsverhältnis zum zweiten Übersetzungsverhältnis in einem Bereich von 2 bis 60, vorzugsweise 3 bis 30 und besonders bevorzugt 4 bis 20.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Getriebestufe, welche das Schneckengetriebe aufweist, ferner ein Kegelzahnradpaar auf. Durch das Kegelzahnradpaar kann auf einfache Weise eine 90°-Umlenkung einer Drehmomentübertragung ermöglicht werden. Alternativ kann ein Hypoid-Getriebe für die 90°-Umlenkung verwendet werden oder ein anderes Getriebe, welches eine 90° Umlenkung bewirkt (z.B. ein zweites Schneckenradgetriebe).
Weiter bevorzugt umfasst die Umschalteinrichtung eine erste und eine zweite Kupplung. Die erste Kupplung ist dabei im Getriebepfad der ersten Getriebestufe zwischen Eingangsachse und Ausgangsachse des Getriebes angeordnet und die zweite Kupplung ist im Getriebepfad der zweiten Getriebestufe zwischen Eingangsachse und Ausgangsachse des Getriebes angeordnet. Die Kupplungen können dabei z.B. derart miteinander verbunden sein, dass, wenn eine Kupplung Drehmoment überträgt, die andere Kupplung kein Drehmoment überträgt. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Drehmomentübertragung über das Getriebe von der Eingangsachse zur Ausgangsachse oder umgekehrt nur über einen Getriebepfad möglich ist. Beispielsweise können beide Kupplungen durch die Umschalteinrichtung gleichzeitig betätigt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Kupplungen derart ausgebildet sind bzw. miteinander gekoppelt sind, dass wenn der Kraftfluss durch die erste Getriebestufe geleitet wird, zumindest ein Element (z.B. ein Zahnrad) der zweiten Getriebestufe stillsteht bzw. drehmomentfrei ist und dass, wenn der Kraftfluss durch die zweite Getriebestufe geleitet wird, zumindest ein Element der ersten Getriebestufe stillsteht bzw. drehmomentfrei ist (z.B. die Schnecke und/oder das Schneckenrad).
Vorteilhaft kann dadurch weiterhin bewirkt werden, dass die Elemente derjenigen Getriebestufe, die nicht aktiviert ist, selbst bei Kraftfluss durch die andere Getriebestufe, welche aktiviert ist, sowohl drehmomentfrei als auch drehzahlfrei bleiben. Dadurch wird einem Verschleiß der nicht aktivierten Getriebestufe vorteilhaft entgegengewirkt. Dies gilt vor allem bei einem hohen Unterschied der Ü bersetzungsverhältni sse.
Weiter bevorzugt umfasst die Anhängerachse ferner einen Riementrieb, welcher zwischen der Ausgangsachse und der elektrischen Maschine angeordnet ist. Der Riementrieb dient dabei insbesondere dazu, die elektrische Maschine frei an der Anhängerachse positionieren zu können.
Weiter bevorzugt ist der Riementrieb derart ausgelegt, dass bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments eine definierte Rutschschwelle erreicht wird, bei der kein Drehmoment mehr übertragen wird. Die definierte Rutschschwelle ist somit eine Sicherheitseinrichtung, welche Schäden am Getriebe, beispielsweise bei einem Blockieren der elektrischen Maschine, auftreten kann. Vorzugsweise wird die Rutschschwelle erreicht, wenn das Drehmoment z.B. größer als 100 Nm oder größer als 120 Nm oder größer als150 Nm ist. Alternativ kann auch eine Rutschkupplung vorgesehen werden. Somit kann auch ein Blockieren eines Rades des Anhängers, welches an der Anhängerachse montiert ist, vermieden werden.
Weiter bevorzugt ist der Riementrieb als Riemengetriebe ausgebildet. Dadurch kann vorteilhaft eine weitere Übersetzung oder Untersetzung der Drehzahl für die elektrische Maschine ermöglicht werden. Eine Getriebeübersetzung des Riemengetriebes liegt z.B. im Bereich von 1:1 bis 6:1.
Mit anderen Worten: zwischen der Ausgangswelle und dem Rotor der elektrischen Maschine kann z.B. noch ein Getriebe, z.B. ein Riemengetriebe angeordnet sein. Dieses kann eine weitere Übersetzungsstufe aufweisen, z.B. im Bereich von 1:1 bis 6:1, bevorzugt 3:1. Mit anderen Worten: z.B. bewirkt bei einem Verhältnis von 3:1 eine Umdrehung der Ausgangsachse drei Umdrehungen des Rotors der elektrischen Maschine bzw. der Eingangswelle der elektrischen Maschine.
Insgesamt können sich dann z.B. für die erste Getriebestufe vom Rad bis zum Rotor ein Übersetzungsverhältnis von 30:1 bis 230:1 und z.B. für die zweite Getriebestufe von 4:1 bis 12:1 ergeben.
Die zweite Getriebestufe des Getriebes, welche vorzugsweise parallel zur ersten Getriebestufe ist, kann unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann die zweite Getriebestufe ein Riemengetriebe oder ein Zahnradgetriebe, insbesondere ein Stirnzahnradgetriebe oder ein Kegelzahnrad-Getriebe (bzw. Kegelradgetriebe), oder ein Kettengetriebe sein. Dadurch kann vorteilhaft je nach Einsatzzweck die Stabilität der Getriebestufe, die Kosten, das Gewicht oder ein anderer Parameter zielgerichtet optimiert werden.
Weiter bevorzugt ist das Schneckengetriebe der ersten Getriebestufe in wenigstens eine Drehrichtung selbsthemmend, z.B. bei einem Kraftfluss vom Rad zur elektrischen Maschine.
Dadurch wird vorteilhaft die Betriebssicherheit erheblich erhöht. Setzt sich im Rangierbetrieb z.B. ein mit der Anhängerachse verbundener Anhänger auf einem z.B. abschüssigen Gelände in Bewegung (z.B., weil die elektrische Maschine ausfällt), so wird er in seiner Bewegung durch die Selbsthemmung des Schneckengetriebes gestoppt. Dadurch wird ein besonders hoher Personenschutz und Sachenschutz bewirkt, der zudem unabhängig von einer Stromversorgung der elektrischen Maschine ist. Die Selbsthemmung des Schneckengetriebes kann durch entsprechende Wahl einer Steigung der Schnecke erreicht werden. Beispielsweise kann ein Steigungswinkel des Schneckengetriebes kleiner ausgebildet sein als ein Keilreibungswinkel, der z.B. abhängig ist von Form, Oberflächengüte der Flanken, von einer Gleitgeschwindigkeit und den Schmierverhältnissen. Beispielsweise kann der Steigungswinkel weniger als 10°, bevorzugt weniger als 7° und besonders bevorzugt weniger als 5° betragen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Anhängerachse ferner einen Energiespeicher, welcher mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Dieser Energiespeicher kann der einzige Energiespeicher eines Anhängers sein oder zusätzlich zu anderen Energiespeichern, welche im Anhänger verbaut sind, vorgesehen sein. Die im Energiespeicher an der Anhängerachse gespeicherte Energie kann dabei z.B. auch verwendet werden, um die elektrische Maschine als Motor zu betreiben, um einen Rangierbetrieb auszuführen. Ein Laden des Energiespeichers kann durch Verwendung der elektrischen Maschine als Generator, beispielsweise bei einer normalen Zugfahrt, in welcher der Anhänger durch die Zugmaschine gezogen wird, aufgeladen werden. Das Laden des Energiespeichers im Fahrbetrieb kann z.B. bei aktivierter zweiter Getriebestufe erfolgen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Anhängerachse wenigstens eine mechanische Sollbruchstelle. Die mechanische Sollbruchstelle ist dabei derart ausgelegt, dass bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments ein mechanisches Brechen an der Sollbruchstelle stattfindet. Dadurch wird eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung an der Anhängerachse vorgesehen, wenn beispielsweise aufgrund eines Defekts die elektrische Maschine blockiert. Die Sollbruchstelle ist vorzugsweise an der Eingangsachse und/oder der Ausgangsachse oder im Getriebe vorgesehen.
Weiter bevorzugt umfasst die Anhängerachse ferner eine Erkennungsvorrichtung für eine Blockade der mit einem Rad verbindbaren Eingangsachse der Anhängerachse. Hierdurch kann beispielsweise nach einem längeren Stillstand des Anhängers, z.B. wenn ein Wohnwagen längere Zeit auf einem Campingplatz stand, verhindert werden, dass sich das Getriebe der Anhängerachse noch im kleinen Rangiergang befindet und ein Nutzer mit dem Anhänger einfach losfahren möchte. Die Erkennungsvorrichtung kann beispielsweise ein Warnsignal oder dgl. ausgeben oder beide Getriebepfade in Leerlauf stellen, so dass eine Beschädigung des Getriebes und/oder der elektrischen Maschine bei dem unbeabsichtigten Anfahren vermieden wird.
Beispielsweise kann die Erkennungsvorrichtung einen Blockiersensor, z.B. einen Drehmomentsensor o.ä. aufweisen. Dieser kann z.B. an der Eingangsachse oder an dem Rad angeordnet sein. Die Erkennungsvorrichtung kann weiterhin eine elektronische Schaltung aufweisen, mit dem Signale des Blockiersensors ausgewertet werden können (dieser kann mit der elektronischen Schaltung verbunden sein). Die elektronische Schaltung kann z.B. in einem Steuergerät der Anhängerachse vorgesehen sein. Sie kann jedoch auch separat ausgebildet sein.
Die elektrische Maschine umfasst vorzugsweise einen Inverter oder dgl.
Die elektrische Maschine ist vorzugsweise eine Niedervolt-Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine für ein 12V- oder 24V- oder 36V- oder 48V-Bordnetz. Weiter bevorzugt ist die elektrische Maschine eine elektrisch kommutierte Maschine. Vorzugsweise weist die elektrische Maschine den Inverter auf, um z.B. mit Gleichstrom betrieben zu werden oder im generatorischen Betrieb Gleichstrom auszugeben (z.B. an ein Bordnetz und/oder einen Energiespeicher).
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Fahrzeuganhänger mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Anhängerachse, insbesondere einen Wohnwagen oder einen Lastenanhänger für Fahrzeuge.
Dadurch kann der Fahrzeuganhänger vorteilhaft besonders einfach auch ohne Zugfahrzeug rangiert werden und gleichzeitig kann bei einer Zugfahrt ein Bordnetz mit Strom versorgt werden.
Dabei kann z.B. pro Rad eine erfindungsgemäße Anhängerachse vorgesehen sein bzw. auf jeder Seite (bezogen auf die normale Fahrtrichtung) kann wenigstens je eine erfindungsgemäße Anhängerachse vorgesehen sein. Auf diese Weise wird vorteilhaft ein besonders einfaches Rangieren ermöglicht. So kann z.B. bei gegenläufigem Antreiben der Räder verschiedener Seiten ein Drehen des Fahrzeuganhängers (nahezu) auf der Stelle ermöglicht werden.
Der Fahrzeuganhänger umfasst vorzugsweise wenigstens einen elektrischen Verbraucher, welcher mit der elektrischen Maschine der Anhängerachse elektrisch verbunden ist, insbesondere einen Kühlschrank (16), eine Klimaanlage, einen Fernseher, eine Warmwasserbereitung, eine Mikrowelle oder einen Fön. Die elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Verbraucher kann dabei mittelbar, beispielsweise über einen Energiespeicher und/oder über ein Bordnetz des Fahrzeuganhängers, oder unmittelbar erfolgen.
Figurenliste
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuganhängers mit einer Anhängerachse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung einer Anhängerachse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung einer Anhängerachse gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine schematische Darstellung einer Anhängerachse gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
5 eine schematische Darstellung einer Anhängerachse gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 ein Fahrzeuganhänger 100 mit einer Anhängerachse 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Anhängerachse 1 eine elektrische Maschine 2, welche eingerichtet ist, als elektrischer Motor oder als elektrischer Generator betrieben zu werden.
Die Anhängerachse 1 umfasst ferner ein Getriebe 3 mit einer Eingangsachse 4 (erste Achse) und einer Ausgangsachse 5 (zweite Achse). Die Eingangsachse 4 ist hier mit einem sich mit einem Boden in Kontakt befindlichen Rad 15 (mit Profil 50) verbunden (in der Figur ist der Boden parallel zur Bildebene angeordnet, das Rad 15 ist quer geschnitten dargestellt). Die Eingangsachse 4 (erste Achse) ist somit dem Rad 15 zugewandt. Die Ausgangsachse 5 (zweite Achse) ist hier mit der elektrischen Maschine 2 mittelbar oder unmittelbar gekoppelt. Die Ausgangsachse 5 ist somit der elektrischen Maschine 2 zugewandt.
Das Getriebe 3 umfasst eine erste Getriebestufe 31 und eine zweite Getriebestufe 32. Die erste und zweite Getriebestufe 31, 32 sind dabei parallel zueinander angeordnet, so dass ein erster Getriebepfad von der Eingangsachse 4 zur Ausgangsachse 5 über die erste Getriebestufe 31 verläuft und ein alternativer zweiter Getriebepfad von der Eingangsachse 4 zur Ausgangsachse 5 über die zweite Getriebestufe 32 verläuft.
Das Getriebe umfasst dabei ferner eine Umschalteinrichtung 30. Ein Übersetzungsverhältnis der ersten und zweiten Getriebestufe ist verschieden voneinander. Das erste Übersetzungsverhältnis ist vorzugsweise in einem Bereich von 30:1 bis 230:1. Ein idealer Wert für das erste Übersetzungsverhältnis hängt dabei von der Stärke der elektrischen Maschine 2 ab. Je stärker die elektrische Maschine 2 ist, desto geringer kann das erste Übersetzungsverhältnis gewählt werden. Das zweite Übersetzungsverhältnis ist vorzugsweise 8:1. Ein Verhältnis des ersten Übersetzungsverhältnisses zum zweiten Übersetzungsverhältnisses ist vorzugsweise mindestens 2,5:1, bevorzugt mindestens 10:1.
Die Umschalteinrichtung 30 kann unterschiedlich ausgebildet sein. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Umschalteinrichtung 30 eine erste Kupplung 34 und eine zweite Kupplung 35. Dabei kann die Umschalteinrichtung 30 so ausgebildet, dass es zumindest zwei Schaltzustände gibt:

In einem ersten Schaltzustand läuft ein Kraftfluss ausschließlich über die erste Getriebestufe 31 vom Rad 15 zur elektrischen Maschine 2 oder umgekehrt - in diesem ersten Schaltzustand ist die zweite Getriebestufe 32 kraftfrei bzw. drehmomentfrei. Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Element der zweiten Getriebestufe stillsteht oder ohne Kraftangriff (leer) dreht.

In einem zweiten Schaltzustand läuft ein Kraftfluss ausschließlich über die zweite Getriebestufe 32 vom Rad 15 zur elektrischen Maschine 2 oder umgekehrt - in diesem zweiten Schaltzustand ist die erste Getriebestufe 32 kraftfrei bzw. drehmomentfrei. Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Element der ersten Getriebestufe stillsteht oder ohne Kraftangriff (leer) dreht.
In einem möglichen dritten Schaltzustand wird gar kein Kraftfluss übertragen vom Rad 15 zur elektrischen Maschine 2 oder umgekehrt (Neutralstellung). Weiterhin umfasst die erste Getriebestufe 31 ein Schneckengetriebe 6 mit Schnecke 61 und Schneckenrad 62 und ein Kegelradgetriebe 7 mit einem Kegelzahnradpaar 7 (z.B. wäre auch ein Hypoidgetriebe denkbar). Das Schneckengetriebe 6 ist, ausgehend von der Eingangsachse 4, nach dem Kegelradgetriebe 7 (auch Kegelzahnrad-Getriebe oder Winkelgetriebe genannt) angeordnet. Das Kegelradgetriebe 7 (Kegelzahnrad-Getriebe) ermöglicht eine Umlenkung des Getriebepfads um 90°, ausgehend von der Eingangsachse 4. Das Schneckengetriebe 6 ist dann in der ersten Getriebestufe 31 dem Kegelradgetriebe 7 nachgeschaltet. Auf diese Weise wird eine doppelte Umlenkung um jeweils 90° bewirkt, so dass der Eingang und der Ausgang der ersten Getriebestufe 31 parallel zueinander verlaufen.
Die zweite Getriebestufe 32 umfasst hier ein Stirnradgetriebe 8.
Somit wird Drehmoment, ausgehend von der Eingangsachse, entweder über die erste Getriebestufe 31 oder alternativ über die zweite Getriebestufe 32 zur Ausgangsachse 5 übertragen. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist an der Ausgangsachse 5 eine Riementrieb 11 angeordnet, welcher die mechanische Verbindung zur elektrischen Maschine 2 bereitstellt. Der Riementrieb 5 kann dabei auch als Riemengetriebe vorgesehen sein und somit eine weitere Übersetzung und/oder Untersetzung vorsehen.
Die elektrische Maschine 2 ist ferner mit einem Energiespeicher 10 verbunden. Der Energiespeicher 10 kann dabei in die Anhängerachse 1 integriert sein oder alternativ ist der Energiespeicher 10 im Fahrzeuganhänger vorgesehen. Weiter alternativ können auch zwei oder mehrere Energiespeicher vorgesehen werden, welche jeweils über ein Bordnetz des Fahrzeuganhängers 100 miteinander verbunden sind. In 1 ist ferner noch ein elektrischer Verbraucher 16, in diesem Ausführungsbeispiel ein Kühlschrank, mit dem Energiespeicher 10 verbunden.
Somit kann erfindungsgemäß eine Anhängerachse mit einer Getriebetopologie bereitgestellt werden, welche die Anforderungen in einem Rangierbetrieb des Fahrzeuganhängers 100 und auch in einem generatorischen oder motorischen Betrieb der elektrischen Maschine 2 erfüllt. Das Getriebe 3 stellt somit ein Schaltgetriebe bereit. Dieses Schaltgetriebe schaltet alternativ entweder auf den ersten Getriebepfad über die erste Getriebestufe 31 (z.B. für einen motorischen Rangierbetrieb mittels der elektrischen Maschine 2 und mit sicherheitserhöhender Selbsthemmung durch das Schneckengetriebe 6) oder auf den zweiten Getriebepfad über die zweite Getriebestufe 32 (z.B. für einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 2 im Zugbetrieb bzw. Fahrbetrieb). Die elektrische Maschine 2 kann z.B. einen Inverter aufweisen, der einen Betrieb der elektrischen Maschine 2 mit Gleichstrom ermöglicht bzw. eine Einspeisung von Gleichstrom in ein Bordnetz ermöglicht.
Der Riementrieb 11 stellt dabei eine Sicherheitseinrichtung dar, da der Riementrieb 11 derart ausgelegt ist, dass bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments, beispielsweise 100 Nm, 120 Nm oder 150 Nm, ein Durchrutschen des Riementriebs auftritt. Dadurch wird verhindert, dass beispielsweise bei einem Blockieren der elektrischen Maschine 2 ein zu großes Drehmoment auf das Getriebe 3 übertragen wird. Somit kann das Getriebe 3 vor Schäden geschützt werden.
Weiterhin ist das Schneckengetriebe 6 in eine Drehrichtung selbsthemmend ausgeführt. Dadurch kann beispielsweise bei einem Rangierbetrieb des Fahrzeuganhängers, beispielsweise bei einem Ausfall des Energiespeichers 10, ein selbstständiges Bewegen des Fahrzeuganhängers vermieden werden.
Weiterhin kann die Anhängerachse 1 eine - hier nicht dargestellte -Erkennungsvorrichtung für ein Blockieren der Eingangsachse 4 der Anhängerachse 1 aufweisen. Die Eingangsachse 4 blockiert z.B., wenn das mit ihr verbundene Rad 15 blockiert. Die Erkennungsvorrichtung kann z.B. einen Blockiersensor aufweisen. Sie kann z.B. auch eine elektronische Schaltung zur Auswertung der Signale des Blockiersensors aufweisen (z.B. ähnlich einem ABS-System, jedoch v.a. auch für geringe Geschwindigkeiten beim Anfahren ausgelegt). Die Erkennungsvorrichtung kann ein Steuergerät aufweisen oder Bestandteil eines Steuergeräts sein. Die Anhängerachse 1 kann das Steuergerät aufweisen.
2 zeigt eine Anhängerachse 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei beim zweiten Ausführungsbeispiel die zweite Getriebestufe 32 durch einen zweiten Riementrieb 12 verwirklicht ist. Wie aus 2 ersichtlich ist, wird somit die Eingangsachse 4 (erste Achse) des Getriebes 3 in einem Zustand der Umschaltvorrichtung 30 bzw. der (beiden) Kupplungen 34, 35, in welchem der Kraftfluss ausschließlich über die zweite Getriebestufe 32 führt, über den zweiten Riementrieb 32 mit der Ausgangsachse 5 (zweite Achse) verbunden. Die zweite Getriebestufe kann z.B. auch als Kettengetriebe ausgebildet sein. Die Ausgangsachse 5 ist über einen ersten Riementrieb 11 wie im ersten Ausführungsbeispiel mit der elektrischen Maschine 2 verbunden. Hierbei sei angemerkt, dass der zweite Riementrieb 12 ebenfalls eine Sicherheitseinrichtung durch ein Durchrutschen bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments aufweisen kann. Somit weist das zweiten Ausführungsbeispiel zwei Riementriebe auf, welche beide mit Durchrutschfunktion ausgeführt sein können, so dass eine redundante Sicherheitseinrichtung bei einer Schaltstellung über den zweiten Getriebepfad über die zweite Getriebestufe 32 vorhanden ist. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
3 zeigt eine Anhängerachse 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beim dritten Ausführungsbeispiel ist der Aufbau der Getriebes 3 wiederum unterschiedlich zu den beiden vorhergehenden Ausfüh ru ngsbeispielen.
In 3 ist erkennbar, dass die erste Getriebestufe 31 vom Rad 15 ausgehend zur elektrischen Maschine 2 hin betrachtet folgendermaßen ausgebildet ist.
Zunächst weist sie ein Stirnradgetriebe 8 auf, welches alternativ auch als Kettengetriebe, Riemengetriebe oder dergleichen (mit zueinander im Wesentlichen parallelen Wellen bzw. Achsen) ausgebildet sein kann. Anschließend gelangt der Kraftfluss in das Schneckenrad 62 eines Schneckengetriebes 6 (die Achse des Schneckenrades ist im Wesentlichen parallel zur Eingangsachse 4). Zwischen Schneckenrad und dem Stirnradgetriebe 8 ist die erste Kupplung 34 angeordnet. Das Schneckenrad 62 kämmt mit der Schnecke 61 des Schneckengetriebes 6. Die Achse der Schnecke 61 ist im Wesentlichen um 90° zur Achse des Schneckenrades 62 und damit zur Eingangsachse 4 verdreht. Die Schnecke 61 ist mit der Ausgangsachse 5 verbunden (zumindest dann, wenn der Kraftfluss durch die erste Getriebestufe 31 geleitet wird). Die Ausgangsachse 5 ist somit parallel zur Achse der Schnecke 61 und um 90° zur Eingangsachse 4 verdreht. Die Ausgangsachse 5 ist hier mittels eines Riemengetriebes 11 mit der elektrischen Maschine 2 gekoppelt.
Die zweite Getriebestufe 32 verläuft - ausgehend vom Rad 15 zur elektrischen Maschine 2 hin betrachtet - wie folgt. Die Eingangsachse 4 (erste Achse) ist mit einem Kegelradgetriebe 7 verbunden. Dieses wiederum ist mit der Ausgangsachse 5 verbunden. Die Ausgangsachse 5 (zweite Achse) ist mit dem Riemengetriebe 11 der elektrischen Maschine 2 verbunden, wobei zwischen dem Riemengetriebe 11 und dem Kegelradgetriebe 7 (alternativ ist auch ein Hypoidgetriebe möglich) die zweite Kupplung 35 vorgesehen ist, hier auf der Ausgangsachse 5. Die zweite Kupplung 35 ist hier z.B. zwischen der Schnecke des Schneckengetriebes 6 und dem Stirnradgetriebe 7 vorgesehen.
Durch diese besonders vorteilhafte Ausführungsform wird erreicht, dass die Eingangsachse 4 und die Ausgangsachse 5 um 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Auf diese Weise kann dieselbe Ausführungsform der Anhängerachse 1 an zwei einander gegenüberliegenden Rädern eines Anhängers 100 angebracht werden und dabei gespiegelt aufgebaut sein. Mit anderen Worten: der Rotor der beiden elektrischen Maschinen 2 der zwei Anhängerachsen 1 dreht dann relativ zum jeweiligen Stator immer in derselben Richtung, wenn der Anhänger geradeaus fährt (also nach vorne oder nach hinten). Dadurch wirkt z.B. ein für den Hauptbetrieb (z.B. Geradeausfahrt) ausgelegtes Kühlungskonzept (z.B. mit dem Rotor mitdrehende Kühlflügelelemente) für beide elektrischen Maschinen 2 der beiden Anhängerachsen 1 gleich. Dadurch lässt sich z.B. eine Überhitzung der elektrischen Maschinen 2 vermeiden bzw. muss nicht für verschiedene Anbringungsseiten der Anhängerachse 1 jeweils ein anderes Aufbaukonzept der elektrischen Maschine 2 vorgehalten werden.
4 zeigt eine Anhängerachse 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel das Schneckengetriebe 6 direkt mit der Eingangsachse 4 verbunden ist. Das Kegelradgetriebe 7 (oder ein Hypoidgetriebe oder allgemein ein Winkelgetriebe) ist hier - im Unterschied zum Ausführungsbeispiel von 1 - dem Schneckengetriebe 6 nachgeschaltet, betrachtet ausgehend vom Rad 15 zur elektrischen Maschine 2 hin. Weiterhin ist die zweite Getriebestufe 32 als Kettengetriebe 9 ausgebildet. Die zweite Getriebestufe 32 kann z.B. auch als Stirnradgetriebe, Riemengetriebe oder dergleichen ausgebildet sein.
5 zeigt eine Anhängerachse 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim fünften Ausführungsbeispiel die elektrische Maschine 2 direkt auf der Ausgangsachse 5 angeordnet ist. Da das fünfte Ausführungsbeispiel keinen Riementrieb umfasst, ist eine Sicherheitseinrichtung in Form eines Durchrutschens des Riemens des Riementriebs nicht möglich. Daher weist das fünfte Ausführungsbeispiel zwei Sollbruchstellen 13 auf. Die beiden Sollbruchstellen 13 sind dabei auf der Eingangsachse 4 und der Ausgangsachse 5 angeordnet und können beispielsweise Schwächungen in der Eingangsachse 4 bzw. der Ausgangsachse 5 sein, welche bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments brechen. Es versteht sich, dass auch lediglich eine Sollbruchstelle 13 vorgesehen sein kann. Diese wäre dann vorzugsweise an der Ausgangsachse 5 bzw. Ausgangswelle vorgesehen, da hierdurch die sicherheitserhöhende Selbsthemmung des Schneckengetriebes 6 beim Bruch der Sollbruchstelle 13 nicht außer Betrieb gesetzt wird.
Es sei angemerkt, dass bei den in den 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispielen selbstverständlich auch Sollbruchstellen 13, wie im fünften Ausführungsbeispiel beschrieben, zusätzlich vorgesehen sein können.
Das Riemengetriebe 11 in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 kann z.B. auch durch ein Kettengetriebe oder ein Stirnradgetriebe ersetzt sein. In diesem Fall ist das Vorsehen wenigstens einer Sollbruchstelle und/oder einer Rutschkupplung besonders vorteilhaft.
Gleichfalls kann in jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele eine Erkennungsvorrichtung für das Blockieren des wenigstens einen Rads 15 Anhängerachse 1 vorgesehen sein.
Wie somit aus den Ausführungsbeispielen ersichtlich ist, kann somit ein Fahrzeuganhänger bereitgestellt werden, welcher sowohl eine Unterstützung bei einem Rangierbetrieb durch die als Elektromotor betriebene elektrische Maschine 2 bereitstellt, als auch ein Laden von Energiespeichern 10 während einer Zugmaschinenfahrt mit dem Fahrzeuganhänger durch Betreiben der elektrischen Maschine 2 als Generator ermöglicht. Durch das Getriebe 3 können dabei unterschiedliche Übersetzungen realisiert werden, so dass Verluste während des Rangierbetriebs bzw. des Fahrbetriebs zum Laden des Energiespeichers gering sind und/oder außerhalb des Einsatzbereiches der elektrischen Maschine 2 liegende Drehzahlen und/oder Drehmomente vorteilhaft vermieden werden. Ferner ist es auch möglich, dass bei einem geladenen Energiespeicher die elektrische Maschine 2 als Elektromotor betrieben wird und vom Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird, um eine zusätzliche Antriebskraft auf die Räder 15 des Fahrzeuganhängers 100 abzugeben, um das Zugfahrzeug bei der normalen Vorwärtsfahrt zu unterstützen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1225090 A2 [0003]

Claims

Anhängerachse, umfassend: - eine elektrische Maschine (2), welche eingerichtet ist, als elektrischer Motor oder als elektrischer Generator betrieben zu werden, und - ein Getriebe (3) mit einer Eingangsachse (4), welche mit einem sich mit dem Boden in Kontakt befindlichen Rad (15) verbindbar ist, und einer Ausgangsachse (5), welche mit der elektrischen Maschine (2) mittelbar oder unmittelbar gekoppelt ist, - wobei das Getriebe (3) eine erste Getriebestufe (31) mit einem ersten Übersetzungsverhältnis, eine zweite Getriebestufe (32) mit einem zweiten, vom ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen, Übersetzungsverhältnis, und eine Umschalteinrichtung (30) aufweist, - wobei die Umschalteinrichtung (30) eine Verbindung von der Eingangsachse (4) zur Ausgangsachse (5) über die erste Getriebestufe (31) oder über die zweite Getriebestufe (32) bereitstellt, und - wobei die erste Getriebestufe (31) ein Schneckengetriebe umfasst.
Anhängerachse nach Anspruch 1, wobei die erste Getriebestufe (31) ein erstes Übersetzungsverhältnis in einem Bereich von 15:1 bis 115:1 aufweist und/oder wobei die zweite Getriebestufe (32) ein zweites Übersetzungsverhältnis in einem Bereich von 1:1 bis 8:1 aufweist
Anhängerachse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Getriebestufe (31) ferner ein Kegelzahnradpaar (7) umfasst.
Anhängerachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umschalteinrichtung (30) eine erste Kupplung (34) und eine zweite Kupplung (35) aufweist, wobei die erste Kupplung (34) im Getriebepfad der ersten Getriebestufe (31) zwischen Eingangsachse (4) und Ausgangsachse (5) angeordnet ist und die zweite Kupplung (35) im Getriebepfad der zweiten Getriebestufe (32) zwischen Eingangsachse (4) und Ausgangsachse (5) angeordnet ist.
Anhängerachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Riementrieb (9), welcher zwischen der Ausgangsachse (5) und der elektrischen Maschine (2) angeordnet ist.
Anhängerachse nach Anspruch 5, wobei der Riementrieb (9) bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments eine definierte Rutschschwelle aufweist, um kein Drehmoment mehr zu übertragen.
Anhängerachse nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Riementrieb (9) ein Riemengetriebe ist.
Anhängerachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Getriebestufe (32) ein Riemengetriebe (12) oder ein Zahnradgetriebe (8), insbesondere ein Stirnzahnradgetriebe oder ein Kegelzahnrad-Getriebe, oder ein Kettengetriebe umfasst.
Anhängerachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schneckengetriebe (6) der ersten Getriebestufe (31) in einer Drehrichtung des Schneckengetriebes (6) selbsthemmend ausgebildet ist, insbesondere bei einem Kraftfluss ausgehend vom Rad (15) zur elektrischen Maschine (2).
Anhängerachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Energiespeicher (10), welcher mit der elektrischen Maschine (2) verbunden ist.
Anhängerachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine mechanische Sollbruchstelle (13), welche zwischen der elektrischen Maschine (2) und der Eingangsachse (4) angeordnet ist.
Anhängerachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Erkennungsvorrichtung für eine Blockade der mit dem Rad (15) verbindbaren Eingangsachse (4) der Anhängerachse (1).
Fahrzeuganhänger, umfassend wenigstens eine Anhängerachse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeuganhänger nach Anspruch 13, wobei ein elektrischer Verbraucher des Fahrzeuganhängers mit der elektrischen Maschine (2) der Anhängerachse (1) elektrisch verbunden ist, insbesondere ein Kühlschrank (16), eine Klimaanlage, ein Fernseher, eine Warmwasserbereitung, eine Mikrowelle oder ein Fön.