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Die Erfindung betrifft eine Radnabenantriebsvorrichtung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Radnabenantriebsvorrichtung.
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Eine im Wesentlichen gattungsgemäße Radnabenantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug ist aus der
DE 10 2009 035 176 A1 bekannt. Um eine Bremsvorrichtung, hier ein Scheibenbremssystem, und eine elektrische Maschine radial innerhalb einer Felge anordnen zu können wird es in der genannten Schrift vorgeschlagen, dass ein Stator der elektrischen Maschine in seinem Umfang eine Aussparung aufweist, in welcher ein Bremssattel des Scheibenbremssystems angeordnet ist. Der Nachteil des Aufbaus ist hier die sehr komplexe Verschachtelung der Bauelemente. Außerdem kann der Stator nicht vollständig umlaufend ausgebildet werden kann, was jedoch an sich wünschenswert wäre.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, dass prinzipielle Konzept aus der
DE 10 2009 035 176 A1 dahingehend weiterzubilden, dass ein einfacherer Aufbau mit einer vollständigen elektrischen Maschine möglich wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Radnabenantriebsvorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Ferner ist ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Radnabenantriebsvorrichtung angegeben, welches die Aufgabe ebenfalls löst.
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Bei der erfindungsgemäßen Radnabenantriebsvorrichtung ist es so, dass diese vergleichbar wie die Radnabenantriebsvorrichtung im gattungsgemäßen Stand der Technik einen Radträger, ein Radlager, eine elektrische Maschine sowie eine Bremsvorrichtung umfasst. Dabei ist hier der Radträger drehfest mit einer ersten Lagerschale eines Radlagers verbunden, welches außerdem eine zweite drehbar zur ersten Lagerschale angeordnete zweite Lagerschale aufweist. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor und einen mit dem Radträger drehfest verbundenen Stator.
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Im Sinne der Erfindung sind zwei Elemente dann drehfest miteinander verbunden, wenn sie koaxial zueinander angeordnet sind, beispielsweise bezogen auf ihre Drehachse oder bezogen auf eine Rotationssymmetrieachse, und wenn sie derart miteinander verbunden sind, dass sie immer mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen. Ein Element ist dann drehfest mit einem feststehenden Teil verbunden, wenn es nicht gegenüber diesem feststehenden Teil verdreht werden kann.
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Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass die elektrische Maschine als ein Außenläufer ausgebildet ist. Ein solcher Außenläufer als elektrische Maschine ist dabei so zu verstehen, dass zumindest ein Rotorträgerabschnitt radial außerhalb des Stators angeordnet ist. Insbesondere ist zumindest ein axial überlappend zu dem Stator angeordneter Rotorträgerabschnitt radial außerhalb des Stators angeordnet. Der Rotorträgerabschnitt ist dabei ein Teil eines Rotorträgers, der den Rotor trägt oder gegenüber einer drehbaren Lagerung des Rotors abstützt.
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Falls die elektrische Maschine z.B. als Axialflussmaschine ausgebildet ist, kann der Rotorträgerabschnitt den Stator umgreifen. Er kann hierfür beispielsweise ein im Querschnitt auf einer Seite seiner Rotationsachse U-förmig (insgesamt also H-förmig) ausgebildet sein, sodass der „Boden“ des U als ein Abschnitt eines Rotorträgers radial außerhalb des Stators zu liegen kommt. An den Schenkeln des U wären dann die beiden Teile des bei einer solchen Axialflussmaschine typischen geteilten Rotors angeordnet.
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Ferner ist ein Reibbereich der Bremsvorrichtung beim Aufbau gemäß der Erfindung axial zwischen dem Radträger und der elektrischen Maschine angeordnet. Bei einem Blick in axialer Richtung von außen auf die Radnabenantriebsvorrichtung, bevor Rad montiert wird, liegt die elektrische Maschine also vor der Bremsvorrichtung.
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Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich dabei immer auf eine Hauptdrehachse der Radnabenantriebsvorrichtung. Mit der Hauptdrehachse ist eine Drehachse des Rotors gemeint. Der Rotor ist vorteilhaft koaxial zu dem Radlager angeordnet. Unter radial überlappend wird dabei verstanden, dass zwei, insbesondere im Wesentlichen rotationssymmetrische, Elemente in Bezug auf eine gemeinsame Achse radial überlappend angeordnet sind, welche zumindest jeweils teilweise in einen Bereich gleicher radialer Koordinaten, und insbesondere gleicher Winkelkoordinaten, hineinragen. Dem gleichen Verständnis folgend kann unter axial überlappend verstanden werden, dass zwei Elemente hinsichtlich einer gemeinsamen Achse immer dann axial überlappend angeordnet sind, wenn sie zumindest jeweils teilweise in einen Bereich gleicher axialer Koordinaten hineinragen.
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Der erfindungsgemäße Aufbau der Radnabenantriebsvorrichtung hat nun den Vorteil, dass er sich außerordentlich kompakt realisieren lässt. Gleichzeitig wird mit der bei abmontierter Felge in axialer Richtung vor der elektrischen Maschine liegenden Bremsvorrichtung ein Aufbau erreicht, bei welchem keine Verschachtelung von Bremsvorrichtung und elektrischer Maschine ineinander notwendig ist.
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Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der Radnabenantriebsvorrichtung der Erfindung kann es vorgesehen, dass die Bremsvorrichtung als eine Trommelbremse ausgebildet ist. Ein Bremsschuh dieser Trommelbremse kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung hiervon radial außerhalb des Stators angeordnet sein. Die Bremsvorrichtung weist also im Vergleich zum feststehenden Teil der elektrischen Maschine einen größeren Außendurchmesser auf.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung kann es ferner vorsehen, dass eine Bremsschuhhalterung der Trommelbremse zumindest teilweise radial überlappend zu dem Stator angeordnet ist. Die Bremsschuhhalterung befindet sich also gesehen von der Hauptdrehachse aus zumindest teilweise auf demselben Radius wie der Stator, sodass diese in axialer Richtung gesehen, und hier soll wieder der Blick bei abmontierter Felge in axialer Richtung auf die Radnabenantriebsvorrichtung gewählt werden, hinter dem Stator bzw. der elektrischen Maschine verschwindet. Dies ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau in radialer Richtung.
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Eine weitere Ausgestaltung der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung kann es außerdem vorsehen, dass eine Bremstrommel mittels einer Bremstrommelhalterung mit der zweiten Lagerschale und damit der Radnabe drehfest verbunden ist. Die Bremstrommel der Trommelbremse ist dabei mittels einer Bremstrommelhalterung unter Umgehung eines Rotorträgers der elektrischen Maschine drehfest mit der zweiten Lagerschale verbunden. In dieser Ausgestaltungsvariante umgreift die Bremstrommelhalterung also die elektrische Maschine bzw. deren Stator und Rotor von außen her und bildet damit, insbesondere bei einer schiebenförmigen bzw. tellerartigen Ausgestaltung eines radial sich erstreckenden Abschnitts dieser Bremstrommelhalterung, eine Art Schutzscheibe für die elektrische Maschine bei abgenommener Felge. In einem sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt der Bremstrommelhalterung kann sie dann die elektrische Maschine von außen umgreifen und auch hier entsprechend schützen. Die Bremstrommelhalterung kann insgesamt also topfförmig ausgestaltet werden und den Stator der elektrischen Maschine gemäß der Erfindung nach außen hin komplett umschließen.
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Eine alternative Ausgestaltung der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung hierzu sieht dagegen vor, dass eine Bremstrommel der Trommelbremse mittels eines Rotorträgers der elektrischen Maschine drehfest mit der zweiten Lagerschale verbunden ist, derart, dass hinsichtlich eines von der zweiten Lagerschalte zu der Bremstrommel verlaufenden Drehmomentenstromes der Rotorträger zwischen der zweiten Lagerschale und der Bremstrommel angeordnet ist. Bei dieser Variante ist der Rotorträger also permanent drehfest mit der Bremstrommel verbunden, wobei der Rotorträger selbst drehfest mit der Radnabe, und damit der zweiten Lagerschale, in Verbindung steht.
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Besonders effizient wird die Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung dann, wenn eine drehbar zu der ersten Lagerschale und drehbar zu der zweiten Lagerschale angeordnete dritte Lagerschale vorgesehen ist, welche axial überlappend zu und radial außerhalb der ersten Lagerschale angeordnet ist, und welche drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Bei dieser besonders günstigen Ausgestaltung der Radnabenantriebsvorrichtung ist also zusätzlich zu dem Radlager ein Rotorlager mit vorgesehen, sodass der Rotor drehbeweglich gegenüber dem Radlager und damit sowohl gegenüber dem Radträger als auch der Radnabe ist.
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Dieser Aufbau ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung ferner vorgesehen ist, dass eine Kupplung dazu ausgebildet ist, die dritte Lagerschale drehfest mit der zweiten Lagerschale zu verbinden. Eine solche Kupplung oder Trennkupplung kann also genutzt werden, um bei Bedarf die zweite und die dritte Lagerschale zu verbinden oder zu trennen, wobei dann auch der Rotor entsprechend mit der zweiten Lagerschale und damit der Felge verbunden oder von dieser getrennt wird. Über diesen Aufbau lässt sich die elektrische Maschine also bei Bedarf innerhalb der Radnabenantriebsvorrichtung abkoppeln. Dabei sind eine erste Kupplungshälfte und eine zweite Kupplungshälfte Teil dieser Kupplung, wobei eine Kupplungshälfte im Sinne der hier vorliegenden Erfindung immer als Verzahnung oder Lamellenpaket ausgebildet sein kann. Es liegt also eine formschlüssig oder reibschlüssig funktionierende Kupplung vor.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Kupplungshälften dabei radial innerhalb der Bremstrommel und/oder einer Bremstrommelhalterung angeordnet sein. Sie liegen damit im Inneren des Aufbaus.
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Dies gilt insbesondere für den oben beschriebenen Aufbau mit einer tellerartigen oder topfartigen Bremstrommelhalterung, welche dann auch die Kupplungshälften umschließt. Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung kann es dementsprechend vorgesehen sein, dass die Kupplungshälften axial zwischen einer tellerförmig ausgebildeten Bremstrommelhalterung und einer den Rotorträger mit der dritten Lagerschale verbindenden tellerförmig ausgebildeten Rotorverbindung angeordnet sind. Die beiden tellerförmig ausgebildeten Verbindungen bzw. Halterungen erstrecken sich dabei von radial innen nach radial außen und können ferner einzelne in Axialrichtung verlaufende Abschnitte aufweisen. Dabei ist zwischen diesen beiden tellerartigen sich radial erstreckenden Abschnitten die Kupplung eingeschlossen, sodass diese in einem kompakten Aufbau gut geschützt in der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsvariante zu liegen kommt.
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Wie oben bereits angedeutet kann die elektrische Maschine vorzugsweise als Axialflussmaschine ausgebildet sein, wobei ein Abschnitt des Rotorträgers radial außerhalb des Stators und axial überlappend zu dem Stator angeordnet ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Radnabenantriebsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung; und
- 2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Radnabenantriebsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
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In der Darstellung der 1 ist eine Radnabenantriebsvorrichtung 1 schematisch angedeutet. Dabei ist lediglich ein Teil ihres Aufbaus oberhalb einer Hauptdrehachse HA dargestellt. Die Radnabenantriebsvorrichtung 1 umfasst dabei im Wesentlichen eine elektrische Maschine 3, welche als Axialflussmaschine ausgebildet ist, und eine Bremsvorrichtung 4. Sie umfasst einen Radträger 5 und zusätzlich ein Radlager 6. Das Radlager 6 weist dabei eine erste Lagerschale 61 sowie eine drehbar zu dieser ersten Lagerschale 61 angeordnete zweite Lagerschale 62, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über Wälzkörper gegeneinander abgestützt sind. Die zweite Lagerschale 62 befindet sich dabei in radialer Richtung r, bezogen auf die Hauptdrehachse HA, innerhalb der ersten Lagerschale 61. Die zweite Lagerschale 62 bildet an ihrem in axialer Richtung a gesehenen linken Ende in der Darstellung der 1 eine Radnabe 15 aus und ist in einem Befestigungsbereich zur Befestigung einer Felge 2 mit einer solchen über eine angedeutete Felgenschraube 9 verbunden. In diesem Fall befindet sich dabei zwischen der Radnabe 15 und der Felge 2 außerdem eine Rotorverbindung 10, welche drehfest mit der Radnabe 15 und damit der zweiten Lagerschale 62 verbunden ist.
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Die Bremsvorrichtung 4 kann zum Beispiel als Trommelbremse oder als Scheibenbremse ausgeführt sein. Ein Reibbereich 43 der Bremsvorrichtung 4 ist axial zwischen dem Radträger 5 und einem Stator 32 der elektrischen Maschine 3 angeordnet. In den Ausführungsbeispielen ist die Bremsvorrichtung 4 als Trommelbremse ausgebildet. Sie umfasst eine Bremstrommel 41 und einen Bremsschuh 42. In an sich bekannter Art und Weise wird dieser Bremsschuh 42 drehfest gehalten. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist er über eine Bremsschuhhalterung 8 mit dem Radträger 5 verbunden. Die Anbindung des Bremsschuhs 42, wobei in der Praxis typischerweise zwei oder mehr derartige Bremsschuhe 42 vorgesehen sein können, erfolgt dann gelenkig und mit einem Aktuator in der Art, dass die Bremsschuhe 42 auf ihrem Durchmesser radial nach außen bewegt werden können, um bei Bedarf Reibung zwischen dem Bremsschuh 42 und der inneren Oberfläche der Bremstrommel 41 zu erzeugen.
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Die elektrische Maschine 3 ist als Axialflussmaschine in Form eines Außenläufers ausgebildet. Der Stator 32 der elektrischen Maschine 3 ist dabei über eine Statorhalterung 11 drehfest mit dem Radträger 5 verbunden. Ein Rotor 31 der elektrischen Maschine 3 ist, wie bei Axialflussmaschinen typisch, zweigeteilt ausgeführt. Die beiden Teile des Rotors 31 sind über einen Rotorträger 16 miteinander verbunden. Zumindest ein Abschnitt des Rotorträgers 16 ist axial überlappend zu dem Stator 5 und radial außerhalb des Stators 5 angeordnet. Der genannte Abschnitt des Rotorträgers 16 ist vorteilhaft zylinderförmig ausgebildet. Der Rotorträger 16 selbst ist über die kreisscheibenförmige Rotorverbindung 10 drehfest mit der zweiten Lagerschale 62 bzw. der Radnabe 15 und damit der Felge 2 im montierten Zustand verbunden. Die drehfeste Verbindung zu der Radnabe 15 bzw. Felge 2 über die Rotorverbindung 10 nutzt neben dem Rotorträger 16 auch der Bremstrommel 41, welche über eine Bremstrommelhalterung 7 mit dem axial benachbarten Rotorträger 16 verbunden ist.
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Die Befestigung der ersten Lagerschale 61 an dem Radträger 5 kann nun vorzugsweise über eine angedeutete Schraube 12 erfolgen, sodass das Radlager 6 über diese Schraube 12 mit dem Radträger 5 verschraubt ist. Ein mit 18 bezeichneter erster Ringabschnitt des Radträgers 5 wird dadurch mit einem zweiten Ringabschnitt 19, welcher Teil der ersten Lagerschale 61 ist, drehfest verbunden.
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Dieser sehr kompakt und mit einfach zugänglichen Bauteilen, die einen geringen Grad der Verschachtelung untereinander aufweisen, ausgestaltete Aufbau der Radnabenantriebsvorrichtung 1, wie er in der Darstellung der 1 zu erkennen ist, lässt sich nun noch um eine weitere Funktionalität erweitern. Ein solcher Aufbau ist in der Darstellung der 2 zu erkennen. Der Aufbau in der 2 ist dabei, soweit er dem der 1 entspricht, mit denselben Bezugszeichen versehen und weist dieselben Funktionalitäten auf. Nachfolgend wird daher lediglich auf die Unterschiede der beiden Ausführungsvarianten der Radnabenantriebsvorrichtung 1 im Detail eingegangen.
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Ein erstes Detail, welches hier anders gestaltet ist, ist es, dass zusätzlich ein Rotorlager 13 vorgesehen ist, über welches der Rotor 31 mittelbar gegenüber dem Radträger 5 und damit dem Stator 32 gelagert ist. Die Lagerung des Rotors 31 wird also nicht wie bisher vom Radlager 6 mit übernommen. Dieses Rotorlager 13 steht nun über eine modifizierte Rotorverbindung 10 mit dem Rotorträger 16 in Verbindung, welcher bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Radnabenantriebsvorrichtung 1 nun nicht mehr drehfest mit der zweiten Lagerschale 62 des Radlagers 6 bzw. der Radnabe 15 verbunden ist. Vielmehr ist er über die modifizierte Rotorverbindung 10 drehfest mit einer dritten Lagerschale 131 verbunden. Diese dritte Lagerschale 131 des Rotorlagers 13 stützt sich dabei vorzugsweise von radial außen auf der ersten Lagerschale 61 des Rotorlagers 6 über Wälzkörper ab. Die ersten Lagerschale 61 wird bei diesem Aufbau also zur mittleren Lagerschale, welche radial außen zusammen mit der dritten Lagerschale 131 das Rotorlager 13 und radial innen zusammen mit der zweiten Lagerschale 62 das Radlager 6 ausbildet. Durch diese Doppelnutzung der ersten Lagerschale 61 werden Bauraum und Bauteile eingespart.
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Der Rotor 31 der elektrischen Maschine 3 kann sich über das Rotorlager 13 nun frei sowohl um seinen mit dem Radträger 5 verbundenen Stator 32 als auch um die zweite Lagerschale 62 und damit um die Radnabe 15 und die Felge 2 drehen. Diese Entkopplung kann in bestimmten Fahrsituationen sinnvoll sein, um ein Mitschleppen der elektrischen Maschine 3 zu vermeiden. Um über die elektrische Maschine 3 nun jedoch Antriebsleistung oder Bremsleistung zu Rekuperation auf die Felge 2 übertragen zu können, ist eine Kupplung bzw. Trennkupplung 14 vorgesehen. Diese Kupplung 14 umfasst zwei Kupplungshälften 141, 142. Die erste Kupplungshälfte 141 ist dabei mit der dritten Lagerschale 131 über die Rotorverbindung 10 drehfest verbunden. Die zweite Kupplungshälfte 142 ist über eine modifizierte Bremstrommelhalterung 7 mit der zweiten Lagerschale 62 bzw. der Radnabe 15 drehfest verbunden. Die modifizierte Bremstrommelhalterung 7 ist dabei tellerartig ausgebildet und verläuft in radialer Richtung abschnittsweise parallel zu der Rotorverbindung 10. Sie verläuft dann radial außerhalb des Rotorträgers 16 bis zur Bremstrommel 41. Sie ist bei der Ausführung gemäß 2 anstelle der Rotorverbindung 10 zwischen der Felge 2 und der Radnabe 15 drehfest gehalten. Die Kupplung 14 liegt in axialer Richtung a zwischen der Rotorverbindung 10 und der Bremstrommelverbindung 7.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist außerdem eine Schaltklaue 143 schematisch angedeutet, über welche sich die beiden Kupplungshälften 141, 142 bei Bedarf koppeln oder voneinander trennen lassen. Die beiden Kupplungshälften 141, 142 können beispielsweise eine Verzahnung oder Lamellen aufweisen. Die Kupplung 14 kann also als formschlüssig oder reibschlüssig wirkende Kupplung 14 ausgebildet sein. Im Prinzip wäre auch eine Kombination hiervon denkbar, beispielsweise eine über Reibelemente synchronisierte Klauenkupplung.
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Alles in allem entsteht so, mit oder ohne die Kupplung 14 zum Verbinden und Trennen der elektrischen Maschine 3 mit der Felge 2 bzw. der Radnabe 15, mit welcher diese Felge 2 verbindbar ist, ein sehr kompakter Aufbau mit einer hohen Funktionalität und einfachen Bauteilen, welche nicht über komplexe Aussparungen in zumindest einem der Bauteile miteinander verschachtelt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radnabenantriebsvorrichtung
- 2
- Felge
- 3
- elektrische Maschine
- 31
- Rotor
- 32
- Stator
- 4
- Bremsvorrichtung
- 41
- Bremstrommel
- 42
- Bremsschuh
- 43
- Reibbereich
- 5
- Radträger
- 6
- Radlager
- 61
- erste Lagerschale
- 62
- zweite Lagerschale
- 7
- Bremstrommelhalterung
- 8
- Bremsschuhhalterung
- 9
- Felgenschraube
- 10
- Rotorverbindung
- 11
- Statorverbindung
- 12
- Schraube
- 13
- Rotorlager
- 131
- dritte Lagerschale
- 14
- Kupplung
- 141
- erste Kupplungshälfte
- 142
- zweite Kupplungshälfte
- 143
- Schaltklaue
- 15
- Radnabe
- 16
- Rotorträger
- 18
- erster Ringabschnitt (von 5)
- 19
- zweiter Ringabschnitt (von 61)
- 20
- Kupplungsverbindung
- HA
- Hauptdrehachse
- r
- radiale Richtung
- a
- axiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009035176 A1 [0002, 0003]
