-
Die Erfindung betrifft einen Portalantrieb für eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges mit Antriebsrädern, umfassend eine Antriebswelle mit einer Antriebsachse und eine Abtriebswelle mit einer Abtriebs- oder Radachse, wobei die Antriebsachse und die Abtriebssachse einen Achs- oder Portalversatz aufweisen und wobei zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle eine erste Übersetzungsstufe angeordnet ist.
-
Portalantriebe für Fahrzeugachsen sind bekannt, sie weisen einen so genannten Portalversatz, d. h. einen Versatz zwischen der Antriebsachse, in der Regel eine Achswelle des Achsdifferenzials, und der Radachse auf. Man erzielt dadurch entweder eine größere Bodenfreiheit für das Fahrzeug, nämlich dann, wenn die Antriebsachse höher als die Radachse liegt, oder eine geringere Bodenfreiheit, insbesondere bei Niederflurfahrzeugen, wenn die Radachse höher als die Antriebsachse liegt.
-
Durch die
DE 10 2004 003 649 A1 wurde ein Portaltrieb, auch Portalantrieb genannt, mit einem Planetengetriebe bekannt, dessen Hohlrad sowohl eine Innen- als auch eine Außenverzahnung aufweist. Der Antrieb wird durch das Sonnenrad bzw. die Sonnenwelle gebildet, und der Abtrieb erfolgt über ein Abtriebszahnrad, welches in die Außenverzahnung des Hohlrades eingreift. Die Achsen der Sonnenwelle und des Abtriebszahnrades weisen einen vertikalen und einen horizontalen Achsversatz (Portalversatz) auf.
-
Durch die
DE 30 27 806 C2 wurde eine weitere Ausführungsform eines Portalantriebes bekannt, nämlich für eine Triebachse eines Omnibusses. Der Antrieb des Portaltriebes erfolgt über eine Achswelle des Achsdifferenzials, welches außermittig auf der Achse angeordnet ist. Der Portaltrieb umfasst ein von der Achswelle angetriebenes Antriebszahnrad und ein in vertikaler Richtung über dem Antriebszahnrad angeordnetes Abtriebszahnrad, dessen Achse der Radachse entspricht. Zwischen dem Antriebszahnrad und dem Abtriebszahnrad sind symmetrisch zwei Zwischenzahnräder angeordnet, welche jeweils sowohl mit dem Antriebsrad als auch mit dem Abtriebszahnrad in Zahnreingriff stehen. Dieser bekannte Portalantrieb weist einen vertikalen Portalversatz auf, wobei die Radachse oberhalb der Antriebsachse angeordnet ist, und ist daher insbesondere für Niederflurfahrzeuges geeignet.
-
Ein Problem bei bekannten Fahrzeugachsen, welche durch eine Elektromaschine angetrieben werden, besteht darin, dass entweder der erreichbare Geschwindigkeitsbereich zu gering oder das an der Antriebsachse verfügbare Antriebsmoment bzw. die Zugkraft zu niedrig ist.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einer elektrisch angetriebenen Fahrzeugachse mit Portalantrieb, d. h. bei einer Portalachse, insbesondere für Niederflurfahrzeuge eine hinreichend hohe Endgeschwindigkeit und Steigfähigkeit für das Fahrzeug zu erzielen.
-
Erfindungsgemäß weist der Portalantrieb zwei Übersetzungsstufen, ausgebildet als Portalstufen mit Achs- oder Portalversatz, die nebeneinander angeordnet und mittels einer Schalteinrichtung schaltbar sind, auf. Damit wird der Vorteil erreicht, dass mit dem erfindungsgemäßen Portalantrieb zwei Gänge schaltbar sind, wodurch einerseits - im zweiten Gang - eine höhere Endgeschwindigkeit und andererseits - im ersten Gang - eine höhere Zugkraft erreichbar sind. Die Schalteinrichtung ist dabei unmittelbar neben den beiden Übersetzungsstufen, d. h. außerhalb und nicht innerhalb der beiden Übersetzungsstufen angeordnet. Damit ergibt sich eine kompakte Bauweise für den Portalantrieb. Unter Elektrofahrzeug ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Niederflurfahrzeug zu verstehen, welches entweder ausschließlich elektrisch, z. B. durch eine oder mehrere elektrische Maschinen angetrieben wird oder einen Hybridantrieb mit Verbrennungsmotor und Elektromaschine aufweist.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weisen beide Übersetzungs- oder Portalstufen jeweils ein Antriebszahnrad, ein Abtriebszahnrad sowie Zwischenzahnräder auf, welche sowohl mit dem Antriebs- als auch mit dem Abtriebszahnrad in Zahneingriff stehen. Damit werden einerseits ein Portalversatz und andererseits eine Leistungsverzweigung über die beiden Zwischenzahnräder erreicht. Die Antriebszahnräder sind als Festräder und die Abtriebszahnräder sind als Losräder ausgebildet, welche drehbar auf der Abtriebswelle angeordnet sind.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Abtriebszahnrad der zweiten Übersetzungsstufe, das zweite Abtriebzahnrad, auf dem Abtriebszahnrad der ersten Übersetzungsstufe, dem ersten Abtriebszahnrad, drehbar angeordnet. Damit wird der Vorteil erreicht, dass sowohl das erste als auch das zweite Abtriebszahnrad mit der neben dem zweiten Abtriebszahnrad angeordneten Schalteinrichtung einfach koppelbar sind. Damit wird Bauraum in axialer Richtung gespart.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Abtriebszahnrad der ersten Übersetzungsstufe einen Hals auf, welcher als Lagerbasis für das Abtriebszahnrad der zweiten Übersetzungsstufe dient. Gleichzeitig wird durch den Hals, welcher als Hohlwelle ausgebildet ist und das Drehmoment überträgt, eine Verbindung zur Schalteinrichtung geschaffen.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das erste Abtriebszahnrad eine erste Mitnahmeverzahnung und das zweite Abtriebszahnrad eine zweite Mitnahmeverzahnung auf, während die Schalteinrichtung eine Schiebemuffe mit korrespondierenden Mitnahmeverzahnungen aufweist. Damit wird erreicht, dass entweder die erste oder die zweite Mitnahmeverzahnung mit der korrespondierenden Mitnahmeverzahnung der Schiebemuffe in Eingriff gebracht werden kann. Somit sind ein erster und ein zweiter Gang schaltbar.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schalteinrichtung hydraulisch oder pneumatisch betätigbar. Dabei wird die Schiebemuffe durch eine mittels des hydraulischen oder pneumatischen Druckes erzeugte Schaltkraft in ihre jeweilige Schaltposition verschoben.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Schalteinrichtung einen axial verschiebbaren Hydraulikkolben auf, welcher von einem Hydraulikmedium beaufschlagt wird und der mit der Schiebemuffe kinematisch gekoppelt ist. Die Bewegung des Hydraulikkolbens in axialer Richtung wird somit auf die Schiebemuffe übertragen, welche ein Ein- oder Auskuppeln der Losräder bewirkt.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schiebemuffe drehfest, jedoch axial verschiebbar auf der Abtriebswelle angeordnet. Vorzugsweise kann diese Anordnung durch eine Mitnahme- oder Keilverzahnung erfolgen. Damit kann das Drehmoment der Losräder über die Schiebmuffe auf die Abtriebswelle übertragen werden.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abtriebswelle antriebswirksam mit einem Planetenradsatz, kurz Planetensatz genannt, verbunden. Vorzugsweise treibt die Abtriebswelle des Portalantriebes die Sonnenwelle des Planetensatzes an, wobei dessen Hohlradwelle festgehalten, d. h. gehäuseseitig abgestützt ist. Der Abtrieb des Planetensatzes erfolgt über dessen Stegwelle auf das Antriebsrad des Fahrzeuges.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die abtreibende Stegwelle des Planetensatzes in eine Radnabe eines Antriebsrades integriert, d. h. die Stegwelle ist Teil der Radnabe und treibt damit das Antriebsrad an.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Fahrzeugachse ein Gehäuse und einen mit dem Gehäuse fest verbundenen Nabenträger auf, in welchen die beiden Übersetzung- oder Portalstufen sowie die Schalteinrichtung mit Hydraulikkolben angeordnet sind. Der Portalantrieb lässt sich somit kompakt und radnah im Gehäuse und im Nabenträger unterbringen.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
- 1 ein Getriebeschema des erfindungsgemäßen Portalantriebes für eine elektrisch antreibbare Fahrzeugachse,
- 2 eine konstruktive Ausführung des Portalantriebes mit Getriebeschema gemäß 1,
- 3 einen vergrößerten Teilschnitt des Portalantriebes mir Schalteinrichtung,
- 4 einen Axialschnitt im Bereich der Zwischenräder des Portalantriebes,
- 5 eine Ansicht in axialer Richtung auf die erste Übersetzungsstufe mit Zwischenrädern und
- 6 eine Ansicht auf die zweite Übersetzungsstufe mit Zwischenrädern.
-
1 zeigt ein Getriebeschema 1, d. h. eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Portalantriebes PO sowie einen Planetenradsatz PS, welcher vom Portalantrieb PO antreibbar ist. Der Portalantrieb PO wird vorzugsweise für den Antrieb eines Elektrofahrzeuges, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Niederflurfahrzeuges eingesetzt. Der Portalantrieb PO weist eine Antriebswelle AN mit einer Antriebsachse a sowie eine Abtriebswelle AB mit einer Abtriebsachse b, die identisch mit der Radachse b ist, auf. Die Antriebsachse a und die Abtriebsachse b, welche in der Zeichnung und im Fahrzeug oberhalb der Antriebsachse a angeordnet ist, weisen einen Achsabstand c, auch Achs- oder Portalversatz c genannt, auf. Die Antriebswelle AN kann, was nicht dargestellt ist, von einer Achswelle eines Achsdifferenzials des Fahrzeuges angetrieben werden. Der Portalantrieb PO weist zwei Übersetzungsstufen, eine erste Übersetzungsstufe Ü1 und eine zweite Übersetzungsstufe Ü2, auf, welche mittels einer Schalteinrichtung SE schaltbar sind. Die erste Übersetzungsstufe Ü1 weist ein auf der Antriebswelle AN drehfest angeordnetes erstes Zahnrad Z1 (auch Festrad Z1 genannt) sowie ein auf der Abtriebswelle AB drehbar angeordnetes zweites Zahnrad Z2 (auch Losrad Z2 genannt) auf. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, stehen das erste und das zweite Zahnrad Z1, Z2 in der Zeichenebene nicht miteinander in Zahneingriff, vielmehr ist zwischen beiden Zahnrädern Z1, Z2 ein Spalt s1 belassen. Die Leistungsübertragung vom antreibenden ersten Zahnrad Z1 auf das abtreibende zweite Zahnrad Z2 erfolgt über zwei vor und hinter der Zeichenebene angeordnete Zwischenräder, welche sowohl mit dem ersten Zahnrad Z1 als auch mit dem zweiten Zahnrad Z2 in Zahnreingriff stehen; dadurch erfolgt eine Aufteilung des Leistungsflusses. Eine Ansicht in axialer Richtung auf die erste Übersetzungsstufe Ü1 mit Zwischenrädern ZR1, ZR2 ist in 5 dargestellt und wird dort näher erläutert. Die zweite Übersetzungsstufe Ü2 weist ein drehfest auf der Antriebswelle AN angeordnetes drittes Zahnrad Z3 (auch Festrad Z3 genannt) sowie ein drehbar gegenüber dem zweiten Zahnrad Z2 angeordnetes viertes Zahnrad Z4 (auch Losrad Z4 genannt) auf. Analog wie bei der ersten Übersetzungsstufe Ü1 stehen das antreibende dritte Zahnrad Z3 und das abtreibende vierte Zahnrad Z4 nicht direkt miteinander in Zahneingriff, vielmehr ist in der Zeichenebene zwischen beiden Zahnrädern Z3, Z4 ein Spalt s2 belassen. Der Leistungsfluss erfolgt analog zur ersten Übersetzungsstufe Ü1 auch bei der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 über vor und hinter der Zeichenebene angeordnete Zwischenräder ZR3, ZR4, welche in 6 dargestellt und erläutert sind. Mittels der Schalteinrichtung SE, welche eine in axialer Richtung verschiebbare Schiebemuffe (ohne Bezugszeichen) aufweist, kann die Antriebswelle AN entweder über die erste Übersetzungsstufe Ü1 oder über die zweite Übersetzungsstufe Ü2 mit der Abtriebswelle AB verbunden werden. Bei der Schaltung der ersten Übersetzungsstufe Ü1 befindet sich die Schiebemuffe in der Schaltposition A, während sie sich bei der Schaltung der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 in der Schaltposition B befindet. Über die Schiebemuffe, wird eine drehfeste Verbindung entweder zwischen dem zweiten Zahnrad Z2 oder zwischen dem vierten Zahnrad Z4 und der Abtriebswelle AB hergestellt. In einer Neutralposition N, die zwischen den beiden Schaltpositionen A, B angeordnet ist, wird kein Drehmoment zwischen Antriebswelle AN und Abtriebswelle AB übertragen. Es wird daraufhin hingewiesen, dass sich die Schalteinrichtung SE nicht zwischen den Losrädern Z2, Z4, sondern außerhalb derselben befindet, nämlich benachbart zum vierten Zahnrad Z4, welches auf einer Hohlwelle (ohne Bezugszeichen) des zweiten Zahnrades Z2 gelagert ist. Der Planetenradsatz PS weist eine Sonnenwelle SO, eine Stegwelle ST, eine gehäuseseitig abgestützte Hohlradwelle HR sowie auf der Stegwelle ST gelagerte Planeten PL auf, welche mit dem Sonnenrad der Sonnenwelle SO und dem Hohlrad der Hohlradwelle HR in Zahnreingriff stehen. Der Planetenradsatz PS wird über die Sonnenwelle SO von der Abtriebswelle AB des Portalantriebes PO angetrieben. Der Abtrieb des Planetenradsatzes PS erfolgt über die Stegwelle ST, welche in den Radkopf eines Antriebsrades des Fahrzeuges integriert sein kann.
-
2 zeigt eine konstruktive Ausführung 2 des Getriebeschemas 1 gemäß 1. Für funktionsgleiche oder analoge Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Die Antriebswelle AN, auf welcher die Festräder Z1, Z3 angeordnet sind, weist gegenüber der Abtriebswelle AB, auf welcher die Losräder Z2, Z4 gelagert sind, einen Achs- oder Portalversatz c auf, wobei die Antriebsachse a in der Zeichnung und auch im Fahrzeug unterhalb der Abtriebs- oder Radachse b angeordnet ist. Das Zahnradpaar Z1, Z2 bildet die erste Übersetzungsstufe Ü1, und das Zahnradpaar Z3, Z4 bildet die zweite Übersetzungsstufe Ü2 des Portalantriebes PO. Beide Übersetzungsstufen Ü1, Ü2 werden über die Schalteinrichtung SE geschaltet. Der Portalantrieb PO ist in den 3, 4 vergrößert dargestellt und wird dort ausführlich beschrieben. Die Abtriebswelle AB ist in einem Gehäuse 3 und einem Nabenträger 4 gelagert und stirnseitig mit der Sonnenwelle SO des Planetenradsatzes PS drehfest verbunden. Auf der Sonnenwelle SO ist ein Sonnenrad 5 angeordnet. Die Stegwelle ST, welche in einen Radkopf oder Radnabe 6 integriert ist, weist Planetenzapfen 7 auf, auf welchen Planetenräder PL gelagert sind. Die Hohlradwelle HR ist drehfest gegenüber dem Nabenträger 4 abgestützt. Die Radnabe 6, in welcher der Planetensatz PS aufgenommen ist, ist über ein Kegelrollenlager 8 gegenüber dem Nabenträger 4 gelagert. Auf der Radnabe 6 wird mittels Radbolzen 9 ein nicht dargestelltes Antriebsrad des Elektrofahrzeuges befestigt. Mit der Radnabe 6 ist eine Bremsscheibe 10 drehfest verbunden
-
3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Portalantriebes PO, wie er bereits in 2 dargestellt ist. Für gleiche Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Die Abtriebswelle AB ist endseitig über ein Zylinderrollenlager 11 gegenüber dem Gehäuse 3 gelagert. Auf der Abtriebswelle AB ist das Losrad Z2, welches einen als Hohlwelle ausgebildeten Hals 12 aufweist, über Nadellager 13 gegenüber der Abtriebswelle AB gelagert. Auf dem Hals 12 des Losrades Z2 ist das Losrad Z4 mittels weiterer Nadellager 14 gelagert. Der Hals12 des Losrades Z2 weist eine erste Mitnahmeverzahnung 15 (Außenverzahnung) und das Losrad Z4 weist eine zweite Mitnahmeverzahnung 16 (Innenverzahnung) auf. Die Schalteinrichtung SE umfasst eine Schiebemuffe 17, welche über eine als Mitnahmeverzahnung ausgebildete Innenverzahnung 17a drehfest, jedoch axial verschiebbar auf der Abtriebswelle AB angeordnet ist und eine als Mitnahmeverzahnung ausgebildete Außenverzahnung 17b aufweist. Die Schiebemuffe 17 befindet sich in der Darstellung gemäß 3 in einer Neutralposition, in welcher die Schiebemuffe 17 durch einen Fixierstift 18 gehalten ist. In der Neutralposition wird kein Drehmoment übertragen. Die Schiebemuffe 17 wird durch einen Hydraulikkolben 19, welcher in einer Zylinderbohrung 20 axial verschiebbar angeordnet ist, betätigt, d. h. in die beiden Schaltpositionen A, B (1) verschoben. Der Hydraulikkolben 19 weist eine erste größere Kolbenfläche 19a und eine zweite kleinere Kolbenfläche 19b auf, welche mit einem Druckmedium, vorzugsweise einer Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar sind.
-
Zur Schaltung des ersten Ganges, d. h. der ersten Übersetzungsstufe Ü1, wird die Schiebemuffe 17, auch Schaltmuffe 17 genannt, durch den Hydraulikkolben 19 in der Zeichnung nach rechts verschoben, sodass die Innenverzahnung 17a der Schiebemuffe 17 in die Außenverzahnung 15 des Losrades Z2 eingreift und eine drehfeste, formschlüssige Verbindung herstellt. Zur Schaltung des zweiten Ganges, d. h. der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 wird die Schaltmuffe 17 über die Neutralstellung hinaus in der Zeichnung nach links verschoben, sodass die Außenverzahnung 17b der Schaltmuffe 17 in die Innenverzahnung 16 des Losrades Z4 eingreift.
-
4 zeigt einen Axialschnitt in der Ebene der Antriebsachse a, der Achsen m1, m2, der Zwischenräder ZR1, ZR2 der ersten Übersetzungsstufe Ü1 und der Achsen m3, m4 der Zwischenräder ZR3, ZR4 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2. In der Zeichenebene steht das erste Zahnrad Z1 in Zahneingriff mit dem ersten Zwischenrad ZR1 und dem zweiten Zwischenrad ZR2; das dritte Zahnrad Z3 steht in Zahneingriff mit den beiden Zwischenräder ZR3, ZR4.
-
5 zeigt eine 3D-Darstellung mit Blick in Richtung der Antriebsachse AN auf die erste Übersetzungsstufe Ü1 mit antreibendem ersten Zahnrad Z1, den beiden Zwischenräder ZR1, ZR2 und dem abtreibenden zweiten Zahnrad Z2. Man erkennt aus dieser Darstellung, dass die vom dem antreibenden ersten Zahnrad Z1 ausgehende Leistung auf die beiden Zwischenräder ZR1, ZR2 verteilt und von diesen auf das abtreibende zweite Zahnrad Z2 übertragen wird. Aufgrund dieser Leistungsteilung werden die Verzahnungen und die Wellenlager weniger beansprucht.
-
6 zeigt eine ähnliche 3D-Darstellung wie 5, jedoch mit Blick auf die zweite Übersetzungsstufe Ü2, welche durch das antreibende dritte Zahnrad Z3, die beiden Zwischenräder ZR3, ZR4 und das abtreibende vierte Zahnrad Z4 gebildet wird. Im Vergleich zu 5 sind die unterschiedlichen Durchmesserverhältnisse für die erste Übersetzungsstufe Ü1 und die zweite Übersetzungsstufe Ü2 deutlich erkennbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Getriebeschema
- 2
- Konstruktive Ausführung
- 3
- Gehäuse
- 4
- Nabenträger
- 5
- Sonnenrad
- 6
- Radnabe
- 7
- Planetenzapfen
- 8
- Kegelrollenlager
- 9
- Radbolzen
- 10
- Bremsscheibe
- 11
- Zylinderrollenlager
- 12
- Hals von zweitem Zahnrad
- 13
- Nadellager
- 14
- Nadellager
- 15
- erste Mitnahmeverzahnung (Z2)
- 16
- zweite Mitnahmeverzahnung (Z4)
- 17
- Schiebemuffe/Schaltmuffe
- 17a
- Mitnahmeinnenverzahnung
- 17b
- Mitnahmeaußenverzahnung
- 18
- Fixierstift
- 19
- Hydraulikkolben
- 19a
- erste Kolbenfläche
- 19b
- zweite Kolbenfläche
- 20
- Zylinderbohrung
- A
- erste Schaltposition
- a
- Antriebsachse
- AB
- Abtriebswelle
- AN
- Antriebswelle
- B
- zweite Schaltposition
- b
- Abtriebs- und Radachse
- c
- Portalversatz
- HR
- Hohlradwelle
- m1
- Achse (ZR1)
- m2
- Achse (ZR2)
- m3
- Achse (ZR3)
- m4
- Achse (ZR4)
- N
- Neutralposition
- PL
- Planetenrad
- PO
- Portalantrieb
- PS
- Planetenradsatz
- s1
- Spalt
- s2
- Spalt
- SE
- Schalteinrichtung
- SO
- Sonnenwelle
- ST
- Stegwelle
- Ü1
- erste Übersetzungsstufe
- Ü2
- zweite Übersetzungsstufe
- Z1
- erstes Zahnrad (Festrad)
- Z2
- zweites Zahnrad (Losrad)
- Z3
- dritte Zahnrad (Festrad)
- Z4
- viertes Zahnrad (Losrad)
- ZR1
- erstes Zwischenrad
- ZR2
- zweites Zwischenrad
- ZR3
- drittes Zwischenrad
- ZR4
- viertes Zwischenrad
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004003649 A1 [0003]
- DE 3027806 C2 [0004]
